Sede – Huacho

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIRÍA DE

SISTEMAS

PROYECTOS DE CONTROL

TEMA: EJEMPLOS SISTEMAS DE CONTROL.

DOCENTE TUTOR

ING MEZA VILLANUEVA BEDER

ALUMNO

GRANADOS SANTOS JHOON HENRRY

SEMESTRE ACADÉMICO

2015-II

CICLO: IV

Huacho, 13 de septiembre de 2015

SISTEMAS DE CONTROL.

La ingeniería de control es la rama de la ingeniería que se basa en el uso de elementos

sistemáticos como controladores PLC y PAC, control

numérico o servomecanismos relacionados con aplicaciones de la tecnología de la

información, como son tecnologías de ayuda por computador CAD, CAM o CAx, para el

control industrial de maquinaria y procesos, reduciendo la necesidad de intervención

humana.

En el ámbito de la industrialización, la automatización está un paso por delante de la

mecanización. Mientras que la mecanización provee operadores humanos con maquinaria

para ayudar a exigencias musculares de trabajo, la automatización reduce

considerablemente la necesidad para exigencias humanas sensoriales y mentales. Los

procesos y los sistemas también pueden ser automatizados.

La ingeniería de control moderna se relaciona de cerca con la Ingeniería eléctrica y

la electrónica, pues los circuitos electrónicos pueden ser modernizados fácilmente usando

técnicas de la teoría de control. En muchas universidades, los cursos de ingeniería de

control son dictados generalmente por la Facultad de Ingeniería Eléctrica. Anterior a la

electrónica moderna, los dispositivos para el control de procesos eran diseñados por

la ingeniería mecánica, los que incluían dispositivos tales como levas junto con

dispositivos neumáticos e hidráulicos. Algunos de estos dispositivos mecánicos siguen

siendo usados en la actualidad en combinación con modernos dispositivos electrónicos.

El control aplicado en la industria se conoce como control de procesos. Se ocupa sobre

todo del control de variables como temperatura, presión, caudal, etc., en un proceso

químico de una planta. Se incluye como parte del plan de estudios de cualquier programa

de ingeniería química. Emplea muchos de los principios de la ingeniería de control. La

ingeniería de control es un área muy amplia y cualquier ingeniería puede utilizar los

mismos principios y técnicas que esta utiliza.

Vídeo de ejemplo de la importancia en la industria de un sistema de control automatizado.

1.1 Marco conceptual

Hay muchos modos de definir un marco conceptual, algunas definiciones son las

siguientes:

Una serie de ideas y conceptos coherentes organizados de tal manera que sean fáciles

de comunicar a los demás.

Una manera organizada de pensar en el cómo y el porqué de la realización de un

proyecto, y en como entenderemos sus actividades.

La base de pensamiento sobre lo que hacemos y lo que ello significa, con la

influencia de otras ideas e investigaciones.

Una visión de conjunto de las ideas y las prácticas que conforman el modo en que

se lleva a cabo el trabajo de un proyecto.

Una serie de suposiciones, valores, y definiciones que todo el equipo adopta para

un trabajo conjunto.

¿Porque necesitamos un marco conceptual?

El marco conceptual nos ayuda a explicar por qué estamos llevando a cabo algún proyecto

de una manera determinada. También nos ayuda a comprender y a utilizar las ideas de

otras personas que han hecho trabajos similares.

El marco conceptual nos ayuda a decidir y a explicar el camino que hemos decidido

tomar: por qué hemos escogido ciertos métodos y no otros para llegar a un punto

determinado. Puede que haya personas que hayan tomado trayectorias similares y hayan

tenido experiencias diferentes usando una u otra vía. También es posible que existan

trayectorias que nunca han sido exploradas. Con un marco conceptual podemos explicar

por qué hemos intentado seguir esta vía o esta otra, basándonos en las experiencias de los

demás, y en lo que a nosotros nos gustaría explorar y descubrir.

Un marco conceptual puede ser un conjunto de conceptos y teorías de una determinada

disciplina o profesión que es relevante para su compresión o ejercicio. Representa un

nivel más profundo que el modelo. También se le llama marco teórico. Los conceptos

pueden ser propios de la disciplina o profesión, o extraídos o pedidos a otras ramas y

aplicados a ella.

Se podría decir que el modelo representa la estructura y que la teoría representa el

funcionamiento.

1.1.1 Control, sistema, proceso, actuador, variable controlada, variable manipulada,

sistema de control, perturbación, entrada de referencia.

Sistema

Conjunto de elementos interactuando y en donde se manifiesta una relación causa-efecto,

acción-reacción, (entrada y salida).

Sistema de control Automático

Sistema que reemplaza al factor humano en la realización de tareas peligrosas, repetitivas,

monótonas, que requieren especial atención.

Control automático

1. caso lazo abierto (open loop): sistemas no re alimentados.

2. caso lazo cerrado (closer loop): sistemas re alimentados.

Control Automático en lazo abierto

La salida no tiene efecto sobre la entrada (acción de excitación). No se mide, no se re

alimenta para modificar la entrada.

A cada entrada entrada le corresponde una condición de trabajo fija. Solo se puede usar

el control lazo abierto si la relación entre la entrada y la salida es conocida y si no hay

perturbaciones.

Control Automático en lazo cerrado

La acción (excitación al sistema) depende de la reacción (respuesta) en cada instante del

sistema.

La respuesta se compara con el valor deseado y la diferencia entre ambas (erro) se utiliza

para actuar sobre el proceso con el fin de reducir el error y llevar la respuesta al valor

deseado.

Variable manipulada: estímulo aplicado al proceso por el equipo de control con el fin

de lograr que la variable controlada alcance el valor deseado.

Variable controlada: respuesta obtenida del sistema controlado.

Perturbación

1.- señal aditiva no deseada que tiende a afectar el valor de la salida del sistema.

2.- cualquier causa que hace que la variable controlada se desvié de su objetivo.

Sistema de control automático componentes.

1.- Equipo de control: Al menos debe leer los valores deseados, los reales del sistema

bajo control, y con ellos calcular los valores de las variables a aplicar al sistema según el

objetivo fijado.

2.- Actuadores: Aplican energía al sistema según los cálculos del equipo de control.

3.- Sensores: Miden las variables controladas.

Metodología para diseño de sistemas de control automáticos

1.- Conocimiento profundo del sistema y su funcionamiento.

2.- Establecimiento de los objetivos.

3.- Selección de las variables de interés: entradas y salidas.

4.- Selección de los sensores y actuadores necesarios.

5.- Modelado del conjunto {Actuadores, Sistemas, Sensores}.

6.- Validación del modelo.

7.- Análisis del comportamiento vía simulación numérica.

8.- Cálculo de los modelos de los controladores.

9.- Análisis del comportamiento.

10.-Si el comportamiento no es satisfactorio, vuelta al paso 5.

11.- Implementación y puesta en marcha.

1.2 Control de lazo abierto.

El control de lazo abierto se define del modo siguiente, según DIN 19226:

El control de lazo abierto es un proceso en un sistema, por el que una o más variables, las

variables de entrada, influyen en otras variables, las variables de salida, según las

regularidades específicas del sistema. El control de lazo abierto se caracteriza por una

cadena de acción abierta.

El principio del control de lazo abierto se ejemplifica por medio del sistema de mezcla de

aire exterior/re circulado que se muestra en la Fig. 1-1. La temperatura exterior se

adquiere por medio de la sonda 1 y se transmite al controlador 2. Aquí, la señal se

convierte en una señal de control para actuadores de compuerta 3, según la regularidad

definida en el controlador, de modo que cada temperatura exterior da lugar a una posición

específica de la compuerta. La temperatura del aire mezclado 5 se ajusta en consecuencia;

no existe re alimentación de esta temperatura al controlador.

El control de lazo abierto tiene siempre una cadena de acción abierta.

1.- Sonda de temperatura exterior

2.- Dispositivo de control de lazo abierto

3.- Actuadores de compuertas de aire

4.- Aire re circulado

5.- Aire mezclado

1.2.1 Representación mediante diagrama de bloques.

El control de este sistema puede representarse usando un diagrama de bloques (Fig. 1-2).

Éste consta del equipo de control de lazo abierto 1 y del sistema controlado 2.

Fig. 1-2 Diagrama de bloques de un sistema de control de lazo abierto (general)

1.- Equipo de control (función de control de lazo abierto)

2- Sistema controlado

xe Variable de entrada (variable de control)

xa Variable de salida

y Variable manipulada

z Variable de perturbación

CARACTERÍSTICAS:

– No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del sistema

(referencia).

– Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fijada.

– La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador.

– En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su función

adecuadamente.

1.2.2 Análisis de ejemplos reales.

EJEMPLOS:

• Lavadora:

– Funciona sobre una base de tiempos

– Variable de salida “limpieza de la ropa” no afecta al funcionamiento de la lavadora.

• Semáforos de una ciudad

– Funcionan sobre una base de tiempo

– Variable de salida “estado del tráfico” no afecta la funcionamiento del sistema.

1.3 Control en lazo cerrado.

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los

sistemas de circuito cerrado usan la retro alimentación desde un resultado final para

ajustar la acción de control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible

cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:

- Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.

- Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz

de manejar.

- Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una atención que

el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos

que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.

Sus características son:

Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.

La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.

Su propiedad de retroalimentación.

Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas. Un ejemplo de un sistema de

control de lazo cerrado sería el termotanque de agua que utilizamos para bañarnos. Otro

ejemplo sería un regulador de nivel de gran sensibilidad de un depósito. El movimiento

de la boya produce más o menos obstrucción en un chorro de aire o gas a baja presión.

Esto se traduce en cambios de presión que afectan a la membrana de la válvula de paso,

haciendo que se abra más cuanto más cerca se encuentre del nivel máximo.

Sistemas de lazo cerrado o sistemas con re alimentación o feedback. La toma de

decisiones del sistema no depende sólo de la entrada sino también de la salida.

El sistema es más flexible y capaz de reaccionar si el resultado que está obteniendo

no es el esperado; los sistemas a los que podemos llamar robots casi siempre son de

lazo cerrado.

1.3.1 Representación mediante diagrama de bloques

Los sistemas de control constan de bloques o módulos. Hay dos tipos de sistemas de

control, los de lazo abierto y los de lazo cerrado. En los sistemas de lazo abierto

disponemos del módulo de entrada (magnitud física variable que cuando cambia

influye en el sistema), módulo de control (manual), módulo de proceso (actuador) y

planta (salida). Mientras que en el sistema de control de lazo cerrado disponemos

aparte de los módulos citados anteriormente del módulo de realimentación (sensor).

1.3.2 Análisis de ejemplos reales.

Termostato de aire acondicionado: El termostato de un aparato de aire

acondicionado es un sensor térmico que enciende el aparato cuando la temperatura

es más alta que la programada y lo apaga cuando es igual o más baja. Es un

mecanismo de lazo cerrado.

En este tipo de sistemas, las señales de salida y de entrada están relacionadas mediante

un bucle de realimentación, a través del cual la señal de salida influye sobre la de

entrada. De esta forma, la señal de salida tiene efecto sobre la acción de control.

Estos sistemas de control se pueden representar mediante el siguiente esquema:

Sistema de control en lazo cerrado

En estos sistemas existe un elemento, denominado captador o sensor, que es capaz

de detectar los cambios que se producen en la salida y llevar esa información al

dispositivo de control, que podrá actuar en consonancia con la información recibida

para conseguir la señal de salida deseada.

Por tanto, los sistemas de control en lazo cerrado son capaces de controlar en cada

momento lo que ocurre a la salida del sistema, y modificarlo si es necesario. De esta

manera, el sistema es capaz de funcionar por sí solo de forma automática y cíclica,

sin necesidad de intervención humana. Estos sistemas, capaces de autocontrolarse sin

que intervenga una persona, reciben el nombre de sistemas de control

automáticos o automatismos.

Un ejemplo de automatismo fácil de entender es el que controla la temperatura de una

habitación mediante un termostato. El termostato es un dispositivo que compara la

temperatura indicada en un selector de referencia con la existente en la habitación; en

caso de que ambas no sean iguales, genera una señal que actúa sobre el sistema de

calefacción, hasta hacer que la temperatura de la habitación coincida con la de

referencia.

En los sistemas de fabricación también se han incorporado las máquinas automáticas,

que llevan a cabo trabajos de precisión y nos evitan realizar tareas pesadas. Esta nueva

forma de trabajo se denomina automatización.

Así, existen máquinas que ensamblan vehículos, fabrican tarjetas de circuito impreso,

montan cajas de embalaje, franquean y clasifican el correo, transportan materiales de

un sitio a otro de la fábrica, rellenan botellas con líquidos, preparan y cierran latas de

alimentos en conserva, fabrican medicamentos y los embalan, e infinidad de ejemplos

en todos los ámbitos de la industria.

Modelo de sistema eléctrico (Inductor)

En general las ecuaciones que definen las características de los bloques funcionales

eléctricos considera los siguientes:

a) La entrada es una corriente y la salida es una diferencia de potencial.

b) La entrada es una diferencia de potencial y la salida es una corriente.

c) La entrada es una diferencia de potencial y la salida es una diferencia de potencial.

Función de transferencia

Una función de transferencia es un modelo matemático que a través de un cociente

relaciona la respuesta de un sistema (modelada) a una señal de entrada o excitación

(también modelada). En la teoría de control, a menudo se usan las funciones de

transferencia para caracterizar las relaciones de entrada y salida de componentes o de

sistemas que se describen mediante ecuaciones diferenciales lineales e invariantes en

el tiempo.

La función de trasferencia de un sistema lineal e invariante en el tiempo (LTI), se

define como el cociente entre la transformada de Laplace de la salida y la

transformada de Laplace de la entrada, bajo la suposición de que las condiciones

iniciales son nulas.