TEMA 1

Introducción a la Automatización y el

Control.

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1. INTRODUCCIÓN• ¿Qué es un Sistema de Control Automático?• La Realimentación • Terminología, Definiciones, Nomenclatura • Ejemplos• Estructura de un Sistema de Control Automático• Requerimientos Mínimos Necesarios.• Metodología de Diseño de Sistemas de Control

Automático

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Conceptos Sistema

conjunto de elementos interactuando y en donde se manifiesta una relación causa-efecto, acción-reacción, (entrada – salida).

.•Terminología: Planta, Proceso y Sistema son

equivalentes

Sistema de Control Automático

Sistema que reemplaza al factor humano en la realización de tareas peligrosas, repetitivas, monótonas, que requieren especial atención…

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Tipos de Sistemas de Control Automático

1. Caso lazo abierto (open loop): sistemas no realimentados.

2. Caso lazo cerrado (closed loop): sistemas realimentados.

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Control Automático en Lazo Abierto

La salida no tiene efecto sobre la entrada (acción de excitación). NO se mide, NO se realimenta para modificar la entrada.

Control ProcesoEntrada Salida

A cada entrada le corresponde una condición de trabajo fija. Sólo se puede usar el control en lazo abierto si la relación entre la

entrada y la salida es conocida y si no hay perturbaciones.

En Ingeniería de Sistemas NO son considerados como sistemas automáticos los sistemas en lazo abierto

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Valor deseado

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 (error) se utiliza para actuar sobre el proceso con el fin de reducir el error y llevar la respuesta al valor deseado.

Valor deseado Equipo de

controlSistema,Proceso

respuesta del sistema

PerturbacionesVariable

manipulada

Lazo cerradoclosed loop

Incluye realimentación feedback

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acción reacción

Definiciones

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 sistema2. Cualquier causa que hace que la variable controlada se desvíe de su objetivo

Sistema,Proceso

Variable controlada

Perturbación

Variable manipulada

Sistema SISO: una entrada, una salida

Variables controladasVariables manipuladas

Sistema MIMO: varias entradas, varias salidas

Perturbaciones

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Sistema,Proceso

Notación Seguida en el Curso

Planta,Proceso,Sistema

Equipo deControl

Referencia w Valor deseadoConsignaSP (Set Point)

w

Variable manipulada u Señal de controlEntrada al procesoMV (Manipulated variable)OP (Output to Process)

Variable controlada ySalida del procesoCV (Controled Variable)PV (Process Variable)

Perturbaciones dDV (Deviation Variables)

u yd

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Ejemplo: Sistema de Calefacción Doméstico

TT

Sensor/transmisor de temperatura

caldera

Pérdida de calor (perturbación)

válvulacaudal combustible

Controlador

TCreferencia

señal de control

Medida Cálculo Acción

Temperatura habitación Thab (Tref – Thab) > 0 Abrir válvula(Tref – Thab) < 0 Cerrar válvula

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Objetivo: Mantener constante la temperatura de una casa (21ºC, época invernal)

Ejemplo: Precalentador de Tubos Objetivo: calentar un producto (de densidad conocida y caudal fijo), que llega con una temperatura Ti hasta una temperatura de salida deseada T utilizando la energía procedente de aceite térmico que llega al precalentador a través de una válvula de paso.

producto frío14ºC

Ti, FProducto caliente

85ºC

T

Aceite témico T<180ºC(Retorno a caldera)

Aceite térmicoT=180ºC

TT

TC

Temperatura deseada

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Temperatura real

controladorválvula

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C

Proceso

Sensor Controlador

Actuador

Ejemplo: Depósito Objetivo 1: Mantener constante el nivel (el valor lo define el usuario. Porcentaje sobre máximo posible).

Objetivo 2: Mantener constante el caudal de salida (el valor lo define el usuario. Porcentaje sobre máximo posible).

50% max

hf

S

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Ejemplo: Sistema de Posicionamiento Electro Mecánico

Detalle motores de giro mesa superior e inferior

Sistema automático corte de jamones deshuesados

Robot de descargaMesa giratoria

Ejemplo: Sistema de Posicionamiento Electro Mecánico

Mesa inferior giratoria

Motor giro mesa inferior

Sensor de posición de la mesa inferior

Reductora

posición

Equipo de control

Alim

enta

ción

m

otor

Red eléctrica

Posición deseada mesa (grados)

Objetivo: colocar la mesa en la posición requerida por robot de descarga para almacenar trozo sobrante del jamón..

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Sistema de Control AutomáticoComponentes

Planta,Proceso, Sistema

Variablesa controlar

Equipo de Control

Valores Deseados

Actuadores

Sensores Valores medidos

Variables para excitar alsistema

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 control3. Sensores: Miden las variables controladas.

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REQUISITOS GENERALES DE UN SISTEMA DE CONTROL

AUTOMATICOI. Estabilidad: Salida acotada a entrada acotada

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II. Seguimiento de la referenciaDinámica: forma de la respuesta

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REQUISITOS GENERALES DE UN SISTEMA DE CONTROL

AUTOMATICO

Metodología para Diseño de Sistemas de Control Automáticos

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1. Conocimiento profundo del Sistema y su funcionamiento,2. Establecimiento de los objetivos,3. Selección de las Variables de interés: Entradas, Salidas,4. Selección de los Sensores y Actuadores necesarios,5. Modelado del conjunto Sistema, Sensores, Actuadores,6. Validación del Modelo,7. Análisis del comportamiento vía Simulación numérica,8. Cálculo de los modelos de los “controladores” 9. Análisis del comportamiento,10. Rediseño si procede (vuelta a 6).11. Implementación y puesta en marcha.

Metodología para Diseño de Sistemas de Control Automáticos

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1. Conocimiento profundo del Sistema y su funcionamiento,2. Establecimiento de los objetivos,3. Selección de las Variables de interés: Entradas, Salidas,4. Selección de los Sensores y Actuadores necesarios,5. Modelado del conjunto Sistema, Sensores, Actuadores,6. Validación del Modelo,7. Análisis del comportamiento vía Simulación numérica,8. Cálculo de los modelos de los “controladores” 9. Análisis del comportamiento,10. Rediseño si procede (vuelta a 6).11. Implementación y puesta en marcha.