instrumentacion(lazo abierto y cerrado).docx

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INDICE INTRODUCCIÓN............................................................1 4.1 APLICACIÓN DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO...............2 4.2 MODOS DE CONTROL APLICADOS EN INSTRUMENTOS..........................4 4.2.1 ON-OFF. ON-OFF CON HISTÉRESIS...................................5 4.2.2 CONTROL PROPORCIONAL...........................................6 4.2.3 CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL...................................8 4.2.4 CONTROL PROPORCIONAL DERIVATIVO................................11 4.2.5 CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO.......................12 4.3 CRITERIOS PARA LA SELOECCION DE UN CONTROLADOR.....................15 4.4 SINTONIZACION DE CONTROLADORES.....................................16 5.1 PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS....................................19 5.2 CONTROL SUPERVISORÍO...............................................25 5.3 CONTROL DIGITAL DIRECTO (DDC)......................................26 5.4 CONTROL DISTRIBUIDO................................................27 5.5 INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL............................................27 SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y CONTROL SUPERVISORIO (SCADA)........28 FUNCIONAMIENTO DE PLCS.................................................43 ANEXOS.................................................................47 CONCLUSIÓN.............................................................48 BIBLIOGRAFÍA...........................................................49 0

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INDICEINTRODUCCIÓN.............................................................................................................................................................................. 1

4.1 APLICACIÓN DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO................................................2

4.2 MODOS DE CONTROL APLICADOS EN INSTRUMENTOS.........................................................................4

4.2.1 ON-OFF. ON-OFF CON HISTÉRESIS................................................................................................................5

4.2.2 CONTROL PROPORCIONAL................................................................................................................................6

4.2.3 CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL................................................................................................................8

4.2.4 CONTROL PROPORCIONAL DERIVATIVO................................................................................................11

4.2.5 CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO......................................................................12

4.3 CRITERIOS PARA LA SELOECCION DE UN CONTROLADOR..............................................................15

4.4 SINTONIZACION DE CONTROLADORES............................................................................................................16

5.1 PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS............................................................................................................19

5.2 CONTROL SUPERVISORÍO...........................................................................................................................................25

5.3 CONTROL DIGITAL DIRECTO (DDC)......................................................................................................................26

5.4 CONTROL DISTRIBUIDO................................................................................................................................................27

5.5 INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL...................................................................................................................................27

SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y CONTROL SUPERVISORIO (SCADA).........................28

FUNCIONAMIENTO DE PLCS..............................................................................................................................................43

ANEXOS............................................................................................................................................................................................. 47

CONCLUSIÓN.................................................................................................................................................................................48

BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................................................................. 49

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INTRODUCCIÓN

En este trabajo se desglosaran los temas correspondientes a las unidades

4._ controladores

5._ control asistido por computadora

Se sabe que un controlador de dispositivo (llamado normalmente controlador, o, en inglés, driver) es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con un periférico, haciendo una abstracción del hardware y proporcionando una interfaz -posiblemente estandarizada- para usarlo. Se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo en particular. Por tanto, es una pieza esencial, sin la cual no se podría usar el hardware.

El propósito de adquisición de datos es medir un fenómeno eléctrico y físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. La adquisición de datos basada en PC utiliza una combinación de hardware modular, software de aplicación y una PC para realizar medidas. Mientras cada sistema de adquisición de datos se define por sus requerimientos de aplicación, cada sistema comparte una meta en común de adquirir, analizar y presentar información. Los sistemas de adquisición de datos incorporan señales, sensores, actuadores, acondicionamiento de señales, dispositivos de adquisición de datos y software de aplicación.

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4.1 APLICACIÓN DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO

La revolución industrial ocurrió al substituirse la producción manual o artesanal, de un sólo artículo a la vez, por la producción en masa o en serie.

Esto fue posible gracias a que el “governor”, creado por James Watt en 1788, permitió el control automático y estable de la velocidad de la maquinaria de vapor.

Posteriormente, el motor eléctrico, los sistemas hidráulicos, etc. reemplazaron a las máquinas de vapor y se desarrollaron los sistemas automáticos de control industrial.

Los Sistemas de Control los podemos clasificar en dos grupos, según el objeto del control:

1. Control de movimiento Se conocen también como servomecanismos: Controlan posición, velocidad, aceleración, dirección y sentido. Son los de uso más habitual en nuestras aplicaciones mecatrónicas de arte.

2. Control de procesos: Controlan variables físicas o químicas tales como: temperatura, presión, caudal, nivel de líquido en un tanque, pH (acidez), humedad, o composición química.

Son de uso habitual en la industria. Los sistemas de control pueden ser a lazo abierto o a lazo cerrado.

Lazo abierto: Generalmente son manuales, pues requieren que una persona ejecute una acción que indique al sistema qué hacer. La estabilidad del sistema no es un problema importante en este tipo de sistemas y es más fácil de lograr. Son aplicables cuando se conoce con anticipación las entradas y no existen perturbaciones significativas.

Se usan componentes relativamente precisos y baratos para obtener el control adecuado.

En la figura se muestra un sistema a lazo abierto. Para mantener constante el nivel del agua en el tanque es necesario que una persona accione la válvula cuando el caudal de salida cambie.

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Lazo cerrado: Son automáticos y operan sin interrupción, ni participación externa.

En la figura se muestra un sistema a lazo cerrado en donde la válvula se abre o cierra automáticamente, de acuerdo con las variaciones de nivel, para mantenerlo constante.

Elementos constituyentes de un sistema a de controla lazo cerrado

La figura muestra los elementos de un sistema a lazo cerrado. Cada bloque representa un elemento del sistema y ejecuta una función en la operación de control. Las líneas entre los bloques muestran las señales de entrada y salida de cada elemento, y las flechas, la secuencia de acciones en el orden en que ocurren.

Variable controlada: Se refiere a la variable cuyo valor debe mantenerse igual al de referencia.

Variable medida: Es el valor de la variable que se desea controlar. Para hacerlo, es necesario conocer su valor en el proceso y compararlo con el valor de referencia.

Instrumentos de medición: Es el conjunto de sensores que mide la variable que deseamos controlar y produce señal/es de salida que proporcionales al valor de esta variable.

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Señal de retroalimentación: Es la salida del instrumento de medida.

Valor de referencia: (.Set point). Es el valor deseado de la variable controlada.

Comparador: Compara el valor de referencia con el valor medido de la variable controlada.

Señal de error: Es la salida del detector.

Comparador: Provee el valor de la diferencia entre el valor deseado y el medido.

Actuador: Es un aparato o instrumento que ejecuta las acciones que conducen a la variable controlada a adquirir el valor de referencia.

Variable manipulada: Es la variable que se manipula para cambiar las condiciones de la variable controlada. En un horno, la válvula del gas se abre o cierra para cambiar el valor del flujo de gas que alimenta al quemador. Si el flujo aumenta, lo hace también la temperatura, que es la variable controlada.

Perturbación: Es cualquier factor responsable de cambiar el valor de la variable controlada y que está fuera del control del sistema.

Controlador: Recibe la señal de error y produce los ajustes necesarios para minimizarla.

Para nosotros, usualmente un micro controlador o una PC corriendo un programa o algoritmo que determine las acciones a tomar.

4.2 MODOS DE CONTROL APLICADOS EN INSTRUMENTOS

Control de procesos El valor de referencia se establece para los sensores (temperatura, nivel y presión) en procesos industriales. Este punto de referencia también se llama un punto de ajuste. Para obtener el punto de referencia utilizamos el sistema de lazo cerrado. El valor de proceso es visto por el controlador de proceso que controla ese proceso; compara con el punto de referencia necesario. A continuación, acorta el trabajo en proceso para el error para tener valor en punto derecho. Se utiliza el método de modo de control para reducir el error. Hay tres modos control que se utilizan habitualmente, que son:

1: derivado

2: proporcional

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3: Integral: on/off.

Modos de control:

Cuando el valor de referencia después del valor medido, la activación de la salida es controlada por el control de encendido/apagado. Para entender este concepto sólo pensamos en el termostato. Cuando el valor medido de la banda muerta de punto de referencia, que tome acción, de lo contrario el control sigue su antiguo estado. Si sucede el caso previo, luego se apaga la salida ya que estaba encendido y apaga después de alcanzar el punto de ajuste. En este concurso un transmisor con el medidor digital panel con cuyo punto de referencia de variable es el muy buen ejemplo para ON-OFF control proceso. Control proporcional es otro método para el proceso de control. Genera la salida que es lineal, así como el continuo los dos valores importantes, que se miden y valor del set point. Su salida es la diferencia entre esos dos valores. La fórmula que tenemos para medir la salida de este sistema es como debajo.

Salida (t) = {K (A – B) + sesgo} donde A es el valor de referencia y B es el valor medido y el sesgo son una salida de cero. Control bidireccional se logra como resultado. Una de las características importantes de control proporcional es que, si el sistema requiere que el cambio de funcionamiento que la salida existe punto en equilibrio. Si aumenta la ganancia de dicho sistema, disminuye offset. Como es lógico que un solo controlador puede controles de salida de un proceso y múltiples controladores pueden controlar múltiples procesos a la vez. El término controladores distribuidos se utiliza muy comúnmente en comunicación digital.

4.2.1 ON-OFF. ON-OFF CON HISTÉRESIS

Tomemos por ejemplo, el caso de un horno eléctrico. La temperatura aumenta al activar las resistencias calentadoras mediante un contactor, gobernado a su vez por un relé dentro del controlador. El modo de control ON/OFF es lo más elemental y consiste en activar el mando de calentamiento cuando la temperatura

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está por debajo de la temperatura deseada SP y luego desactivarlo cuando la temperatura esté por arriba

 

Inevitablemente debido a la inercia térmica del horno la temperatura estará continuamente fluctuando alrededor del SP. La inercia térmica es consecuencia del retardo en la propagación del calor en el interior del horno desde la resistencia calentadora hasta el sensor de temperatura

No es difícil imaginar que las fluctuaciones aumentarán cuanto mayor sea la inercia térmica del horno (retardo).

 Evidentemente este algoritmo de control no es el más adecuado cuando se desea una temperatura constante y uniforme Pero sí ofrece la ventaja de provocar poco desgaste en los contactores electromecánicos, pues estos se activan y desactivan lo mínimo necesario.

Incluso para reducir aún más el desgaste a veces se efectúa un control ON/OFF con histéresis, es decir que el mando de calentamiento se activa unos pocos grados por arriba del SP y se desactiva unos grados por abajo del SP, provocando por supuesto una mayor fluctuación de la temperatura pero menor funcionamiento de los contactores. El control ON/OFF con histéresis se usa generalmente en cámaras frigoríficas donde la temperatura debe estar dentro de un rango y se desea activar y desactivar lo menos posible los motores del sistema de refrigeración.

4.2.2 CONTROL PROPORCIONAL.

Ya se mencionó que el controlador proporcional entrega una potencia que varía en forma proporcional al error (SP-PV). Para poner en marcha un controlador proporcional se deben fijar los siguientes parámetros:- la temperatura deseada SP,

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por ej. SP = 200 °C- la banda proporcional Pb, por ej. Pb = 10 %.- el tiempo de ciclo tc, por ej. tc = 4 seg. Por supuesto no hace falta definir el tiempo de ciclo si se va a usar una válvula motorizada como mecanismo de control. La banda proporcional Pb se programa en el controlador como un porcentaje del SP. Corresponde a una banda de temperatura situada por debajo del SP a lo largo de la cual, la potencia de salida variará proporcionalmente al error (SP-PV), disminuyendo cuanto más cercana sea la temperatura al SP. Internamente el controlador realizará el cálculo del porcentaje de salida "Out" mediante la siguiente fórmula: Out = [ 100% * E / banda ] banda = Pb*SP/100%E = (SP - PV)El paréntesis [ ] se usa para indicar saturación, es decir que si al evaluar el interior, resulta mayor de 100%, se deja en 100% y si resulta 0 o negativo, se deja en 0%.Para los valores del ejemplo SP=200°C y Pb=10%, la potencia determinada por el control variará a lo largo 20°C abajo del SP. banda = Pb*SP/100% = 10% * 200 °C / 100% = 20°CEs decir que la banda a lo largo de la cual variará gradualmente la potencia será:180°C...200°C.Por ejemplo si la temperatura del horno es igual o menor de 180°C,la salida de control (potencia) será 100%.Cuando la temperatura esté en la mitad de la banda, es decir en 190°C la salida será 50% :Out% = [100% * E / banda] = 100%*(200-190)/20 = 50%Al llegar la temperatura a 200 °C la salida será 0% :Out% = [100%*(200-200)/20] = 0

 

Por lo tanto es importante tener presente que mientras menor sea la banda proporcional, el control proporcional se comportará más parecido al On/Off, es decir tenderá a presentar oscilaciones alrededor del SP. El control proporcional presenta el problema que la temperatura jamás se estabilizará justo en el valor del

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SP. En la práctica se estaciona siempre en un punto dentro de la banda proporcional, produciendo así el “error estacionario".

La razón es fácil de entender recurriendo a nuestro ejemplo. Supongamos que la temperatura se estacionará en 200 °C en forma estable y permanente, entonces la salida sería 0%. Pero siempre es necesario suministrarle al horno algo de potencia, por lo menos cómo para compensar las pérdidas de calor al medio ambiente o calor contenido en el material que sale del horno. Es evidentemente imposible que el horno se mantenga a 200°C con los calefactores permanentemente apagados. Luego la temperatura tiene que descender un poco, lo suficiente para que la potencia de suministrada por los calefactores sea igual a las Pérdidas de energía del horno (energía que sale del horno).Supongamos que para nuestro horno las pérdidas son tales que hace falta 25% de la potencia de los calefactores para mantener la temperatura alrededor del SP. Luego la temperatura se estacionará establemente a 195°C, pues para esa temperatura la salida es25% (ver tabla N1). Al valor del error en este punto, 5°C, se le llama

Error estacionario:

El error estacionario se puede reducir disminuyendo la banda proporcional. Dejamos como tarea al lector, el analizar la razón .Para ello puede usar nuestro ejemplo del horno pero con Pb = 5% y calcular a que temperatura el control entregará 25% de potencia. Pero reducir mucho la banda proporcional volverá oscilatorio nuestro sistema (más parecido a un On/Off), luego existe un límite inferior y siempre habrá algo de error estacionario En particular en los hornos que poseen mucha inercia térmica (mucho tiempo de retardo) se pueden presentar oscilaciones de la temperatura que solamente se podrán eliminar aumentando la banda proporcional y con ella aumentará el error estacionario. Otro problema generado al aumentar la banda proporcional para eliminar las oscilaciones, es que el control pierde efectividad para responder rápidamente a perturbaciones externas (variaciones de la carga del horno, apertura de una puerta, etc.)Para mejorar la respuesta a transciendes del control se utiliza un control proporcional derivativo.

4.2.3 CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL

Retomaremos ahora el problema inconcluso del "error estacionario" tratado en la sección dedicada al control proporcional. Para ello continuaremos utilizando el

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mismo ejemplo de nuestro horno a 200°C con Pb=10%, estacionado a 195°C para entregar 25% de potencia. Una forma de eliminar el error estacionario podría ser aumentando, mediante algún ajuste manual, un 25% la salida del control de modo que se estacione en 200°C. Algunos controles antiguos permitían este ajuste y era llamado "Manual reset" o "Ajuste manual", el problema con este ajuste es que será efectivo mientras el horno esté con las mismas características que cuando se realizó. Por ejemplo, si por alguna razón las pérdidas del horno disminuyen a 20%, la temperatura subirá por arriba de 200°C creando un error por arriba del SP. La forma efectiva de solucionar el problema del error estacionario es agregando al control proporcional el término "Integral" llamado también a veces "automatic reset"o"resetaction", nosotros lo llamaremos "acción integral".

El control será el mismo proporcional, pero a la salida se le suma la acción integral, que la corrige tomando en cuenta la magnitud del error y el tiempo que este ha permanecido. Para ello se le programa al control una constante I, que es formalmente "la cantidad de veces que aumenta la acción proporcional por segundo". La salida se corrige en una cantidad equivalente a la integral del error multiplicada por I. Si parece complicado, es porque en realidad lo es un poco. Recurriendo a una analogía de un "saco" se podrá entender cómo opera la acción integral. La integral del error es simplemente la suma acumulada de los errores medidos por el control cada segundo. Escomo un saco al cual se le va metiendo cada segundo una cantidad equivalente al error medido en ese segundo. Si existe un error de 5°C, entonces el saco va creciendo, aumentando su tamaño cada segundo en una cantidad de 5. Si el error es 0°C, entonces nada se le agrega al saco y este permanece en el mismo tamaño. Pero si existe un error negativo, por ejemplo T=202 °C, entonces se le sacará 2 al saco cada segundo que permanezca este error y el tamaño del saco irá disminuyendo. La idea es que la salida del control será la misma que en un control proporcional más la magnitud del saco multiplicada por la constante I. Internamente el control PI realiza el cálculo con la siguiente fórmula: Out = [ 100% * ( E + I*Saco ) / banda ]= [ (100%*E/banda) + (100%* I *Saco/banda) ] banda = ( Pb*SP/100% )Veamos que pasa a nuestro horno al colocarle una acción integral =0.04/seg. Y con SP=200°C, Pb=10%. (Ver la tabla 3)Con la temperatura estacionada en 195°C (por efecto de las pérdidas estimadas en 25%) a partir del tiempo 1, se activa la acción integral, desde ese momento cada segundo el saco aumenta en 5°C.

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La potencia de salida irá aumentando cada segundo, mientras el error sea 5°C, en la cantidad:(100%* I * 5 /banda) = 100%*0.04*5/20 = 1%En el segundo 6 el aumento de potencia de salida ha forzado el alza de la temperatura y así la reducción del error a 4°C. El alza de la potencia de salida continua pero más lenta, incrementándose cada segundo en la cantidad:(100%* I * 4 /banda) = 100%*0.04*4/20 = 0.8%El proceso continua de la misma forma aumentando el tamaño del saco hasta que en algún momento el error sea definitivamente eliminado, pues solo en ese momento se detendrá el incremento de la potencia de salida. Entonces será el saco (la integral) quien supla el "ajuste" de la potencia necesaria para mantener el horno a 200°C.Por muy pequeño que sea el valor programado de I, siempre corregirá el error estacionario, pero tardará más tiempo en hacerlo.

Al revés, si se programa un valor excesivo de I , entonces la acción integral tendrá mucha fuerza en la salida y el sistema alcanzará rápidamente el SP, pero lo más probable es que siga de largo por efectos de la inercia térmica. Entonces la acción integral (con error negativo) será en sentido contrario, el saco irá disminuyendo rápidamente con la magnitud del error. Como consecuencia habrá una excesiva disminución de la potencia de salida y la temperatura probablemente baje del SP, entrando así el sistema en un ciclo oscilatorio. En la práctica normalmente el deberá ser grande solo en sistemas que reaccionan rápidamente, (por ejemplo controles de velocidad de motores) y pequeño para sistemas lentos con mucha inercia. (Por ejemplo hornos).

 En general los valores de la constante I son relativamente pequeños, para la mayoría de los sistemas el valor adecuado de I varía entre 0 y 0.08 1/seg. Por ese motivo en la mayoría de los controladores la cantidad I se programa

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multiplicada por 10000. Es decir que para tener una acción integral de 0.01/seg, se programa I'=0.01*10000=100.

4.2.4 CONTROL PROPORCIONAL DERIVATIVO.

Un control PD es uno proporcional al que se le agrega la capacidad de considerar también la velocidad de la temperatura en el tiempo. De esta forma se puede "adelantar" la acción de control del mando de salida para obtener así una temperatura más estable. Si la temperatura está por debajo del SP, pero subiendo muy rápidamente y se va a pasar de largo el SP, entonces el control se adelanta y disminuye la potencia de los calefactores. Al revés si la temperatura es mayor que el SP, la salida debería ser 0% pero si el controles tima que la temperatura baja muy rápido y se va pasar para abajo del SP, entonces le coloca algo de potencia a la salida para ir frenando el descenso brusco. La acción derivativa es llamada a veces "rate action" por algunos fabricantes de controles porque considera la "razón de cambio" de la temperatura. Para entender a fondo el control PD usaremos el mismo ejemplo anterior del horno pero agregamos ahora un nuevo parámetro llamado constante derivativa D, medido en segundos. Internamente el controlador realizará ahora el cálculo:Out = [ 100% * ( E - D * Vel) / ( banda ) ] banda = Pb*SP/100%Donde "Vel" es la velocidad de la temperatura medida por el controlador, en °C/seg. Para este ejemplo fijamos D = 5 seg. y como antes SP=200 °C y Pb=10%. Supongamos que en un momento dado, la temperatura del horno es de 185°C y está subiendo a una velocidad Vel= 2 °C/Seg. En un control proporcional la salida debería ser de 75%.Out = [ 100% *E / banda ] = 100%*15°C/20°C = 75%Pero en este caso el control PD toma en cuenta la velocidad de ascenso de la temperatura yla multiplica por la constante derivativa D y obtiene :Out = [ 100% * ( E - D * Vel) / ( banda ) ]= [ 100% * (15°C - 5 Seg * 2 °C/Seg.) / banda ]= [ 100% * (5°C) / 20°C ] = 25%entonces a pesar que la temperatura actual es 185 °C, la salida es 25% en vez de 75%, al considerar la velocidad de ascenso de la temperatura. La acción derivativa ocurre también fuera de la banda proporcional, en la tabla se puede ver que para esta misma velocidad de ascenso de 2 °C/seg, la salida deja de ser 100% a partir de 170°C Out = [ 100% * ( E - D * Vel) / banda ]= [ 100% * ( (200-170)°C - 5 Seg * 2 °C/Seg.) / 20°C ]= [ 100% * (30°C-10°C) / 20°C ]= [ 100% * (20°C) / 20°C ] = 100%De la misma forma si la temperatura está sobre 200 °C pero descendiendo rápidamente,(velocidad negativa) por ejemplo -1°C/seg, entonces el control activará antes y con mayor  potencia la salida intentando que no baje de 200 °C. En la tabla 2 se observan las potencias a distintas temperaturas para 3 casos: control proporcional, control PD con velocidad positiva y el mismo control PD con una velocidad

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negativa.El control PD permite obtener una temperatura muy estable, sin oscilaciones y sin necesidad de sacrificar la respuesta ante perturbaciones aumentando la banda proporcional.

Out = [ 100% * ( E + D*dE/dt) / (Pb*SP/100% ) ]La forma alternativa de la fórmula, en términos de ganancias es:Out = Kp * E + Kd * dE/dtKp = 100% / (Pb*SP/100%)Kd = 100% * D / (Pb*SP/100%)Se omitió el paréntesis [ ] para aliviar la fórmula, pero se entiende que puede ocurrir la saturación en el cálculo y debe considerarse. La constante Kd es la ganancia derivativa.Ejercicios:1) Un control PD tiene programado: SP=500, Pb=5% y D=10 seg..Si PV va en aumento de forma que incrementa 30 unidades cada minuto. En el instante que PV pase por 490, cuál será el valor de la salida de control. Respuesta: Out=20%.2) Un control PD tiene programado: SP=500, Pb=5% y D=10 seg..Si PV es superior a SP y va en descenso 90 unidades cada minuto. En el instante que PV sea 505, cuál será el valor de la salida de control. Respuesta: Out=40%.

4.2.5 CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO

A estas alturas el lector ya debe intuir que un control PID es un controlador proporcional con acción derivativa y acción integral simultáneamente superpuestas. Así mismo el lector ya debe estarse preguntando cómo elegir los valores de los parámetros Pb, D, I, tc que debe introducir en su flamante controlador PID. Si el lector quiere una respuesta sencilla a esta pregunta, le tenemos no muy buenas noticias. Existe un solo conjunto de valores Pb, D, I que darán el rendimiento óptimo y encontrarlos requiere: conocimientos teóricos, habilidad obtenida mediante la experiencia y suerte. Pero no hay porque desalentarse, en realidad cualquier conjunto de valores cercano al óptimo brindará un rendimiento aceptable y probablemente casi igual al óptimo. Además

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afortunadamente existen un par de métodos experimentales para encontrar una aproximación de estos parámetros. Pero antes de entrar en detalle de cómo encontrarlos, definiremos algunos conceptos útiles. Se dice que un sistema y su controlador tienen un comportamiento inestable

Cuando después de un tiempo razonable de funcionamiento y sin ocurrir perturbaciones externas, la temperatura permanece fluctuando en forma oscilatoria ya sea con un período regular o errático. Este sería por ejemplo el caso de un control On/Off o uno proporcional con Pb muy chico. Por otra parte un comportamiento estable es tal que la temperatura se mantiene en un valor constante mientras no ocurran perturbaciones externas. Siempre se busca que el sistema de control sea estable, pero además, dentro de las condiciones de estabilidad existen 3 tipos de comportamiento bien definidos: control sub-amortiguado, control con amortiguamiento crítico y control sobre amortiguado. En las figura 2.9 se muestran ejemplos de estos comportamientos. En cada uno de estos casos varía la velocidad de respuesta del sistema ante perturbaciones y a la vez la propensión a tener comportamiento inestable u oscilatorio.

El sistema sobre amortiguado tiene una velocidad de respuesta lenta, después que ocurra una perturbación, el sistema puede tardar en volver al SP, pero la ventaja es que el sistema es muy estable y no adquiere comportamientos oscilatorios indeseables. Esta condición tiende a ocurrir cuando la banda proporcional Pb es más grande de lo necesario. También puede deberse a una constante derivativa D muy grandes, basta acordarse que la acción derivativa tiende a frenar la temperatura. En el otro extremo, cuando un sistema se comporta de modo Sub-amortiguado la velocidad de respuesta es muy buena pero pueden

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ocurrir varias oscilaciones de cierta amplitud antes que la temperatura llegue a un valor estable suele ocurrir esta condición cuando la banda proporcional Pb es pequeña (se parece a un On/Off), la constante derivativa D chica y la constate de integración I grande.

El punto medio entre las condiciones anteriores es el amortiguamiento crítico. A esta condición corresponde los valores óptimos de los parámetros Pb, D, I.

 En este caso el sistema es bastante estable y la velocidad de respuesta es la mejor que se puede lograr.

Existe una guía general para seleccionar un sistema de control

4.3 CRITERIOS PARA LA SELOECCION DE UN CONTROLADOR

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Estabilidad: Es la característica que el sistema hace que la variable de salida vuelva al SP después de una perturbación.

Razón de amortiguamiento: La amortiguación de la respuesta es tal que la relación de amplitudes entre las crestas de los primeros ciclos sucesivos es 0.25, es decir cada sobre impulso es la cuarta del siguiente. Este criterio es un compromiso de estabilidad y rapidez de retorno al SP. Una razón mayor a ¼ dará mayor estabilidad, pero mayor demora en normalización de la variable, una relación menor a ¼ devolverá más rápidamente la variable al SP, pero perjudicara la estabilidad del sistema. Este criterio es el más importante y se aplica en procesos donde la duración de la desviación es tan importante como el valor de la desviación.

Criterio de amplitud mínima: La desviación de la amplitud debe ser mínima ya que en caso contrario puede afectar al producto final. En estos casos se considera la desviación más importante que la duración.

Cuando se pone en marcha una planta se realiza un primer ajuste, es decir fijar los valores de las acciones PID (parámetros). Como la puesta en marcha es limitada, y por la experiencia los instrumentistas, ellos prefijan esos valores de acuerdo a la siguiente tabla y los ajustan más adelante en forma definitiva.

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4.4 SINTONIZACION DE CONTROLADORES

El diseño de controladores, tal como se mostró en la sección anterior, se realiza en función del cono ci-miento del pro ceso, es decir, a partir del modelo del pro ceso, del esquema de control y de las restricciones que se le imponen al mismo. A diferencia de ello, la sintonización de los controladores se realiza sin que se disponga de dicha información y resulta sumamente útil en los casos en que la obtención del modelo del pro ceso es muy engorrosa. Los métodos de diseño utilizan restricciones particulares impuestas a la respuesta deseada que permiten determinar con precisión los parámetros del controlador, en tanto que en el caso de la sintonización de un controlador, dichos parámetros se van a justando de forma tal que se obtenga una respuesta temporal aceptable.

Los métodos de sintonización están basados en estudios experimentales de la respuesta al escalón de diferentes tipos de sistemas, razón por la cual los parámetros del controlador que se determinan utilizando estas metodologías podrían dar como resultado una respuesta medianamente indeseable. Es por ello que dichos parámetros se utilizan como punto de partida para la definitiva sintonización de los mismos, lo cual se realizará a justándolos finamente de forma tal que se logre obtener la respuesta deseada.

En esta sección se mostraran dos reglas de sintonización de controladores desarrolladas por Ziegler y Nichols, las cuales simplifican altamente el problema dejar los parámetros de un controlador. Dichas reglas podrían no ser la mejor alternativa p ero su sencillez y disponibilidad las mantienen como una fuerte opción aún hoy en día.

Primer Método (Curva de Reacción)

En este método la respuesta de la planta al aplicar un escalón unitario debe tener el aspecto de una curva en forma de S, en el caso en que la curva no presente esta dicha forma, no es posible aplicar el método. Si la planta incluye integrador(es) o polos dominantes complejos conjugados, la respuesta al escalón unitario no será como la requerida y no podrá utilizarse el método.

Segundo Método (Oscilación Continua)

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Este método solamente puede aplicarse cuando un pro ceso a lazo cerrado, como el que se muestra en la figura 0.8 presenta una respuesta que oscile continuamente, como la que se muestra en la Fig. 0.9, para un valor específico de su ganancia a lazo abierto, es decir, el sistema a lazo cerrado tiene una ganancia crítica, la cual corresponde con el límite de estabilidad del sistema a lazo cerrado.

Tanto la ganancia crítica (Kcr) como el periodo crítico (Pcr) pueden ser determinados en forma experimental, a partir de los cuales los parámetros del controlador pueden fijarse según la Tabla 0.3. Adicionalmente, si se conoce la función de transferencia del pro ceso los valores de la ganancia y del periodo críticos podrán ser obtenidos teóricamente utilizando el criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz.

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Al igual que en el primer método, los parámetros determinados a través de la tabla servirán como inicio a partir de los cuales se ajustarán los mismos hasta lograr la respuesta deseada.

5.1 PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS

Definiciones

Dato: Representación simbólica (numérica, alfabética...), atributo o característica de un valor. No tiene sentido en sí mismo, pero convenientemente tratado (procesado) se puede utilizar en la relación de cálculos o toma de decisiones.

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Adquisición: Recogida de un conjunto de variables físicas, conversión en voltaje y digitalización de manera que se puedan procesar en un ordenador.

Sistema: Conjunto organizado de dispositivos que interactúan entre sí ofreciendo prestaciones más completas y de más alto nivel. Una vez que las señales eléctricas se transformaron en digitales, se envían a través del bus de datos a la memoria del PC. Una vez los datos están en memoria pueden procesarse con una aplicación adecuada, archivarlas en el disco duro, visualizarlas en la pantalla, etc...

Bit de resolución: Número de bits que el convertidor analógico a digital (ADC) utiliza para representar una señal.

Rango: Valores máximo y mínimo entre los que el sensor, instrumento o dispositivo funcionan bajo unas especificaciones.

Teorema de Nyquist: Al muestrear una señal, la frecuencia de muestreo debe ser mayor que dos veces el ancho de banda de la señal de entrada, para poder reconstruir la señal original de forma exacta a partir de sus muestras. En caso contrario, aparecerá el fenómeno del aliasing que se produce al infra-muestrear. Si la señal sufre aliasing, es imposible recuperar el original. Velocidad de muestreo recomendada:

*frecuencia mayor (medida de frecuencia)

*frecuencia mayor (detalle de la forma de onda)

Los componentes de los sistemas de adquisición de datos, poseen sensores adecuados que convierten cualquier parámetro de medición de una señal eléctrica, que se adquiriere por el hardware de adquisición de datos. Los datos adquiridos se visualizan, analizan, y almacenan en un ordenador, ya sea utilizando el proveedor de software suministrado u otro software. Los controles y visualizaciones se pueden desarrollar utilizando varios lenguajes de programación de propósito general como VisualBASIC, C++, Fortran, Java, Lisp, Pascal. Los lenguajes especializados de programación utilizados para la adquisición de datos incluyen EPICS, utilizada en la construcción de grandes sistemas de adquisición de datos, LabVIEW, que ofrece un entorno gráfico de programación optimizado para la adquisición de datos, y MATLAB. Estos entornos de adquisición proporcionan un lenguaje de programación además de bibliotecas y herramientas para la adquisición de datos y posterior análisis.

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De la misma manera que se toma una señal eléctrica y se transforma en una digital para enviarla al ordenador, se puede también tomar una señal digital o binaria y convertirla en una eléctrica. En este caso el elemento que hace la transformación es una tarjeta o módulo de Adquisición de Datos de salida, o tarjeta de control. La señal dentro de la memoria del PC la genera un programa adecuado a las aplicaciones que quiere el usuario y, luego de procesarla, es recibida por mecanismos que ejecutan movimientos mecánicos, a través de servomecanismos, que también son del tipo transductores.

Un sistema típico de adquisición utiliza sensores, transductores, amplificadores, convertidores analógico - digital (A/D) y digital - analógico (D/A), para procesar información acerca de un sistema físico de forma digitalizada.

¿Cómo se adquieren los datos?

La adquisición de datos se inicia con el fenómeno físico o la propiedad física de un objeto (objeto de la investigación) que se desea medir. Esta propiedad física o fenómeno podría ser el cambio de temperatura o la temperatura de una habitación, la intensidad o intensidad del cambio de una fuente de luz, la presión dentro de una cámara, la fuerza aplicada a un objeto, o muchas otras cosas. Un eficaz sistema de adquisición de datos pueden medir todos estos diferentes propiedades o fenómenos.

Un sensor es un dispositivo que convierte una propiedad física o fenómeno en una señal eléctrica correspondiente medible, tal como tensión, corriente, el cambio en los valores de resistencia o condensador, etc. La capacidad de un sistema de adquisición de datos para medir los distintos fenómenos depende de los transductores para convertir las señales de los fenómenos físicos mensurables en la adquisición de datos por hardware. Transductores son sinónimo de sensores en sistemas de DAQ. Hay transductores específicos para diferentes aplicaciones, como la medición de la temperatura, la presión, o flujo de fluidos. DAQ también despliega diversas técnicas de acondicionamiento de Señales para modificar adecuadamente diferentes señales eléctricas en tensión, que luego pueden ser digitalizados usando CED.

Las señales pueden ser digitales (también llamada señales de la lógica) o analógicas en función del transductor utilizado.

El acondicionamiento de señales suele ser necesario si la señal desde el transductor no es adecuado para la DAQ hardware que se utiliza. La señal puede ser amplificada o desamplificada, o puede requerir de filtrado, o un cierre patronal, en el amplificador se incluye para realizar demodulación. Varios otros ejemplos de

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acondicionamiento de señales podría ser el puente de conclusión, la prestación actual de tensión o excitación al sensor, el aislamiento, linealización, etc. Este pretratamiento de la señal normalmente lo realiza un pequeño módulo acoplado al transductor.

DAQ hardware son por lo general las interfaces entre la señal y un PC. Podría ser en forma de módulos que pueden ser conectados a la computadora de los puertos (paralelo, serie, USB, etc...) o ranuras de las tarjetas conectadas a (PCI, ISA) en la placa madre. Por lo general, el espacio en la parte posterior de una tarjeta PCI es demasiado pequeño para todas las conexiones necesarias, de modo que una ruptura de caja externa es obligatoria. El cable entre este recuadro y el PC es cara debido a los numerosos cables y el blindaje necesario y porque es exótico. Las tarjetas DAQ a menudo contienen múltiples componentes (multiplexores, ADC, DAC, TTL-IO, temporizadores de alta velocidad, memoria RAM). Estos son accesibles a través de un bus por un micro controlador, que puede ejecutar pequeños programas. El controlador es más flexible que una unidad lógica dura cableada, pero más barato que una CPU de modo que es correcto para bloquear con simples bucles de preguntas.

Driver software normalmente viene con el hardware DAQ o de otros proveedores, y permite que el sistema operativo pueda reconocer el hardware DAQ y dar así a los programas acceso a las señales de lectura por el hardware DAQ. Un buen conductor ofrece un alto y bajo nivel de acceso.

Ejemplos de Sistemas de Adquisición y control: • DAQ para recoger datos (datalogger) medioambientales (energías renovables e ingeniería verde). • DAQ para audio y vibraciones (mantenimiento, test). • DAQ + control de movimiento (corte con laser). • DAQ + control de movimiento+ visión artificial (robots modernos).

Tiempo de conversión

Es el tiempo que tarda en realizar una medida el convertidor en concreto, y dependerá de la tecnología de medida empleada. Evidentemente nos da una cota máxima de la frecuencia de la señal a medir.

Este tiempo se mide como el transcurrido desde que el convertidor recibe una señal de inicio de "conversión" (normalmente llamada SOC, Start of Conversión) hasta que en la salida aparece un dato válido. Para que tengamos constancia de un dato válido tenemos dos caminos:

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• Esperar el tiempo de conversión máximo que aparece en la hoja de características.

• Esperar a que el convertidor nos envíe una señal de fin de conversión.

Si no respetamos el tiempo de conversión, en la salida tendremos un valor, que dependiendo de la constitución del convertidor será:

• Un valor aleatorio, como consecuencia de la conversión en curso

• El resultado de la última conversión

La etapa de acondicionamiento de la señal con más detalle, en una etapa de acondicionamiento podemos encontrar estas etapas, aunque no todas están siempre presentes:

• Amplificación

• Excitación

• Filtrado

• Multiplexado

• Aislamiento

• Linealización

Amplificación: Es el tipo más común de acondicionamiento. Para conseguir la mayor precisión posible la señal de entrada debe ser amplificada de modo que su máximo nivel coincida con la máxima tensión que el convertidor pueda leer.

Aislamiento: Otra aplicación habitual en el acondicionamiento de la señal es el aislamiento eléctrico entre el transductor y el ordenador, para proteger al mismo de transitorios de alta tensión que puedan dañarlo. Un motivo adicional para usar aislamiento es el garantizar que las lecturas del convertidor no son afectadas por diferencias en el potencial de masa o por tensiones en modo común.

Cuando el sistema de adquisición y la señal a medir están ambas referidas a masa pueden aparecer problemas si hay una diferencia de potencial entre ambas masas, apareciendo un "bucle de masa", que puede devolver resultados erróneos.

Multiplexado: El multiplexado es la conmutación de las entradas del convertidor, de modo que con un sólo convertidor podemos medir los datos de diferentes canales de entrada. Puesto que el mismo convertidor está midiendo diferentes canales, su frecuencia máxima de conversión será la original dividida por el número de canales muestreados. Se aconseja que los multiplexores se utilizen

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antes del conversor y después del condicionamiento del señal, ya que de esta manera no molestará a los aislantes que podamos tener.

Filtrado: El fin del filtro es eliminar las señales no deseadas de la señal que estamos observando. Por ejemplo, en las señales cuasi-continuas, (como la temperatura) se usa un filtro de ruido de unos 4 Hz, que eliminará interferencias, incluidos los 50/60 Hz de la red eléctrica.

Las señales alternas, tales como la vibración, necesitan un tipo distinto de filtro, conocido como filtro antialiasing, que es un filtro pasabajo pero con un corte muy brusco, que elimina totalmente las señales de mayor frecuencia que la máxima a medir, ya que se si no se eliminasen aparecerían superpuestas a la señal medida, con el consiguiente error.

Excitación: La etapa de acondicionamiento de señal a veces genera excitación para algunos transductores, como por ejemplos las galgas "extesométricas", "termistores" o "RTD", que necesitan de la misma, bien por su constitución interna, (como el termistor, que es una resistencia variable con la temperatura) o bien por la configuración en que se conectan (como el caso de las galgas, que se suelen montar en un puente de Wheatstone).

Linealización: Muchos transductores, como los termopares, presentan una respuesta no lineal ante cambios lineales en los parámetros que están siendo medidos. Aunque la linealización puede realizarse mediante métodos numéricos en el sistema de adquisición de datos, suele ser una buena idea el hacer esta corrección mediante circuitería externa.

Ejemplo:

A veces el sistema de adquisición es parte de un sistema de control, y por tanto la información recibida se procesa para obtener una serie de señales de control. En este diagrama podemos ver los bloques que componen nuestro sistema de adquisición de datos:

Como vemos, los bloques principales son estos:

• Transductor

• El acondicionamiento de señal

• El convertidor analógico-digital

• La etapa de salida (interfaz con la lógica)

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El transductor es un elemento que convierte la magnitud física que vamos a medir en una señal de salida (normalmente tensión o corriente) que puede ser procesada por nuestro sistema. Salvo que la señal de entrada sea eléctrica, podemos decir que el transductor es un elemento que convierte energía de un tipo en otro. Por tanto, el transductor debe tomar poca energía del sistema bajo observación, para no alterar la medida.

El acondicionamiento de señal es la etapa encargada de filtrar y adaptar la señal proveniente del transductor a la entrada del convertidor analógico / digital. Esta adaptación suele ser doble y se encarga de:

• Adaptar el rango de salida del transductor al rango de entrada del convertidor (Normalmente en tensión).

• Acoplar la impedancia de salida de uno con la impedancia de entrada del otro.

La adaptación entre los rangos de salida del convertidor y el de entrada del convertidor tiene como objetivo el aprovechar el margen dinámico delconvertidor, de modo que la máxima señal de entrada debe coincidir con la máxima que el convertidor (pero no con la máxima tensión admisible, ya que para ésta entran en funcionamiento las redes de protección que el convertidor lleva integrada).

Por otro lado, la adaptación de impedancias es imprescindible ya que los transductores presentan una salida de alta impedancia, que normalmente no puede excitar la entrada de un convertidor, cuya impedancia típica suele estar entre 1 y 10 k.

El convertidor analógico/digital es un sistema que presenta en su salida una señal digital a partir de una señal analógica de entrada, (normalmente de tensión) realizando las funciones de cuantificación y codificación.

La cuantificación implica la división del rango continuo de entrada en una serie de pasos, de modo que para infinitos valores de la entrada la salida sólo puede presentar una serie determinada de valores. Por tanto la cuantificación implica una pérdida de información que no podemos olvidar.

La codificación es el paso por el cual la señal digital se ofrece según un determinado código binario, de modo que las etapas posteriores al convertidor puedan leer estos datos adecuadamente. Este paso hay que tenerlo siempre en cuenta, ya que puede hacer que obtengamos datos erróneos, sobre todo cuando el sistema admite señales positivas y negativas con respecto a masa, momento en el cual la salida binaria del convertidor nos da tanto la magnitud como el signo de la tensión que ha sido medida.

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La etapa de salida es el conjunto de elementos que permiten conectar el s.a.d con el resto del equipo, y puede ser desde una serie de buffers digitales incluidos en el circuito convertidor, hasta una interfaz RS-232, RS-485 o Ethernet para conectar a un ordenador o estación de trabajo, en el caso de sistemas de adquisición de datos comerciales.

Ventajas

Flexibilidad de procesamiento, posibilidad de realizar las tareas en tiempo real o en análisis posteriores (a fin de analizar los posibles errores), gran capacidad de almacenamiento, rápido acceso a la información y toma de decisión, se adquieren gran cantidad de datos para poder analizar, posibilidad de emular una gran cantidad de dispositivos de medición y activar varios instrumentos al mismo tiempo, facilidad de automatización, etc.

Se utiliza en la industria, la investigación científica, el control de máquinas y de producción, la detección de fallas y el control de calidad entre otras aplicaciones.

5.2 CONTROL SUPERVISORÍO

La expresión “SCADA” está compuesta por las iniciales de la denominación inglesa “Supervisory Control And Data Adquisition”, que en nuestro idioma se traduce como “Control Supervisorio y Adquisición de Datos”. Sin embargo, dado que los primeros sistemas de supervisión se originaron en los Estados Unidos, se ha generalizado el uso de las siglas SCADA para aludir a dichos sistemas.

Se trata de un sistema capaz de obtener y procesar información de procesos industriales dispersos y de actuar en forma remota sobre los mismos. Esto significa que permite supervisar simultáneamente procesos e instalaciones industriales distribuidas en grandes áreas, tales como las redes de distribución eléctrica, oleoductos, gasoductos, etc. Fig. 1.

Un SCADA no debe confundirse con un Sistema de Control Distribuido (DCS, Distributed Control System), aunque actualmente los principios y tecnologías que utilizan son muy similares. Su principal diferencia consiste en que los sistemas de control distribuido, normalmente se usan para controlar procesos industriales más complejos y restringidos al perímetro de una planta; por ejemplo, los sistemas de control de una refinería, los de una planta de GLP, etc.

El SCADA describe un número de unidades terminales remotas (RTU´s, Remote Terminal Units) instaladas en las cercanías del proceso, las cuales se comunican con una estación maestra (MTU, Master Terminal Station) ubicada en una sala de control central.

 

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5.3 CONTROL DIGITAL DIRECTO (DDC)

En el control digital que apareció hacia los años 1960, el computador llevaba a cabo todos los cálculos que realizaban individualmente los controladores P, P+I, P+I+D generando directamente las señales que van a las válvulas. Este tipo de control se denomina (control digital directo), el computador esta enlazado con el proceso.

 El DDC permite una transferencia automático-manual sin perturbaciones y admite una fácil modificación de las acciones y de las configuraciones de los sistemas de control lo cual es muy importante en la puesta en marcha de la planta. El DDC tiene la ventaja sobre los controladores convencionales de estar provisto de un calibrado automático que corresponde a las acondiciones de operación instantánea. Es decir, el computador ajusta la calibración de sus algoritmos de acuerdo con una función predeterminada de la variable medida o de una combinación de variables en lugar de requerir periódicamente la calibración individual de cada instrumento por un instrumentista o especialista tal como acurre en los instrumentos convencionales.

 Sistema de control que realiza un aparato digital que establece directamente las señales que van a los elementos finales de control.

En la Fig. 2, se muestra el esquema de una computadora trabajando en control digital directo. En este esquema la computadora ejecuta uno o varios algoritmos de control para realizar directamente el control de una o varias variables de un proceso.

  

Fig. 2) Control Digital Directo.

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5.4 CONTROL DISTRIBUIDO

En este esquema, que es el más difundido a nivel industrial en la actualidad se utilizan computadoras o micro controladores para reemplazar los lazos de control individuales que en el esquema antiguo se implementaban con controladores analógicos. Además se usa una gran computadora de gran capacidad para realizar la función de supervisora que ya se describió en el esquema supervisor anterior, con la diferencia que en el nuevo esquema dicha computadora se auxilia de subsistemas que controlan una red local que sirve de interfaz de comunicación con cada controlador.

5.5 INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL

La rápida adopción de la PC en los últimos 20 años generó una revolución en la instrumentación de ensayos, mediciones y automatización. Un importante desarrollo resultante de la ubicuidad de la PC es el concepto de instrumentación virtual, el cual ofrece variados beneficios a ingenieros y científicos que requieran mayor productividad, precisión y rendimiento.

 Un instrumento virtual consiste de una computadora del tipo industrial, o una estación de trabajo, equipada con poderosos programas (software), hardware económico, tales como placas para insertar, y manejadores (drivers) que cumplen, en conjunto, las funciones de instrumentos tradicionales. Los instrumentos virtuales representan un apartamiento fundamental de los sistemas de instrumentación basados en el hardware a sistemas centrados en el software que aprovechan la potencia de cálculo, productividad, exhibición y capacidad de conexión de las populares computadoras de escritorio y estaciones de trabajo. Aunque la PC y la tecnología de circuitos integrados han experimentado avances significativos en las últimas dos décadas, es el software el que realmente provee la ventaja para construir sobre esta potente base de hardware para crear los instrumentos virtuales, proveyendo mejores maneras de innovar y de reducir los costos significativamente. Con los instrumentos virtuales, los ingenieros y

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científicos construyen sistemas de medición y automatización que se ajustan exactamente a sus necesidades (definidos por el usuario) en lugar de estar limitados por los instrumentos tradicionales de funciones fijas (definidos por el fabricante).

  Fig. 3) LabVIEW.

SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y CONTROL SUPERVISORIO (SCADA)

La expresión “SCADA” está compuesta por las iniciales de la denominación inglesa “Supervisory Control And Data Adquisition”, que en nuestro idioma se traduce como “Control Supervisorio y Adquisición de Datos”. Sin embargo, dado que los primeros sistemas de supervisión se originaron en los Estados Unidos, se ha generalizado el uso de las siglas SCADA para aludir a dichos sistemas.

Se trata de un sistema capaz de obtener y procesar información de procesos industriales dispersos y de actuar en forma remota sobre los mismos. Esto significa que permite supervisar simultáneamente procesos e instalaciones industriales distribuidas en grandes áreas, tales como las redes de distribución eléctrica, oleoductos, gasoductos, etc.

Un SCADA no debe confundirse con un Sistema de Control Distribuido (DCS, Distributed Control System), aunque actualmente los principios y tecnologías que utilizan son muy similares. Su principal diferencia consiste en que los sistemas de control distribuido, normalmente se usan para controlar procesos industriales más complejos y restringidos al perímetro de una planta; por ejemplo, los sistemas de control de una refinería, los de una planta de GLP, etc.

El SCADA describe un número de unidades terminales remotas (RTU´s, Remote Terminal Units) instaladas en las cercanías del proceso, las cuales se comunican con una estación maestra (MTU, Master Terminal Station) ubicada en una sala de control central.

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Una RTU es un sistema que cuenta con un microprocesador e interfaces de entrada y salida tanto analógicas como digitales que permiten tomar la información del proceso provista por los dispositivos de instrumentación y control en una localidad remota y, utilizando técnicas de transmisión de datos, enviarla al sistema centralizado maestro. La MTU, bajo un software de control, permite la adquisición de la data a través de todas las RTUs ubicadas remotamente y brinda la capacidad de ejecutar comandos de control remoto cuando es requerido por el operador. La data adquirida por la MTU se presenta a través de una interfaz gráfica en forma comprensible y utilizable, y más aún esta información puede ser impresa en un reporte.

Control Industrial Distribuido

La medición y el control en la industria son muy importantes, tanto desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la consideración del balance adecuado entre costes y producto final.

El control automático de procesos industriales es hoy en día una actividad multidisciplinar, en la que hay que tener en cuenta aspectos técnicos (electrónica, informática de sistemas, etc.), científicos (investigación de nuevos criterios y materiales, etc.) y económicos (mejora de los márgenes comerciales sin perder calidad y competitividad). Los sistemas de control sofisticados del tipo de los instalados mediante complejos elementos de instrumentación, no se han creado de la noche a la mañana, aunque el auge que viven actualmente así lo pueda parecer. Son el resultado de más de cien años de trabajo de fabricantes y usuarios, quienes no han de dejado de buscar las mejores soluciones al control industrial automatizado.

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Soluciones tecnológicas en el control automatizado.

Lo que no cabe duda es que el papel “dirigente” en cualquier solución a un problema de automatización correrá a cargo de la informática industrial y que el microprocesador, en cualquiera de sus formas o versiones, irá copando posiciones relevantes hasta estar presente en todos los niveles que constituyen un control distribuido. En todo caso, independientemente del tipo de control utilizado, los objetivos del control de procesos pueden resumirse en: 1. Operar el proceso en forma segura y estable. 2. Diseñar sistemas de control que el operador pueda vigilar, comprender y, cuando sea necesario, manipular en forma selectiva. 3. Evitar desviaciones importantes respecto a las especificaciones de productos durante las perturbaciones. 4. Permitir que el operador cambie un valor deseado o punto de consigna (valor de referencia) sin perturbar indebidamente otras variables controladas. 5. Evitar cambios considerables y rápidos en variables manipuladas que podrían incumplir restricciones de operación, o perturbar unidades integradas o situadas en escalafones inferiores. 6. Operar el proceso en forma congruente con los objetivos de calidad de cada producto. Así, las desviaciones en la calidad podrían ser menos permisivas (mucho más costosas) en un producto que en otro. 7. Controlar las cualidades del producto en valores que maximicen su utilidad cuando se consideren índices y valores de productos y además, minimicen el consumo de energía.

Control Automático

El control automático de procesos es un caso particular del término automatización y engloba al control electrónico, por ser esta la rama técnica que ha permitido una evolución continua de la automatización industrial.

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Jerarquía del control automático

Es posible definir el control automático de procesos como: La elaboración o captación de un proceso industrial a través de varias etapas, con el uso libre de los equipos necesarios para ahorrar tiempo manual y esfuerzo mental. Tal como se ha dicho, el control automático de procesos hace un uso exhaustivo del control electrónico, valiéndose de éste para completar su esquema clásico, basado en el concepto de lazo o bucle de control de realimentación, cuya presencia en los distintos niveles del control automático es normal.

Historia del control de procesos

El control de procesos ha evolucionado históricamente hacia la consecución de un grado de automatización lo más elevado posible.

Control ManualAl principio, los procesos industriales fueron controlados manualmente por un operador. El operador observaba lo que sucedía (una bajada de temperatura, por ejemplo) y hacía ajustes (manipular una válvula) basados en las instrucciones de operación y en el propio conocimiento que el operador tenía del o en la figura

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siguiente ilustra un concepto básico en el control de procesos. proceso. Este “lazo de control” (proceso / sensor / operador / válvula / proceso) mostrada.

Control manual

Control LocalUn controlador local permite a un operador llevar el control de varios “lazos” del proceso. Como un regulador de la presión del gas doméstico, un controlador local usa la energía del proceso o el aire comprimido de la planta para ajustar la posición de una válvula de control o cualquier otro elemento final de control. Por todo lo anterior, podemos concluir diciendo que los controladores locales permitían el control de un mayor número de variables del proceso, pero no solucionaban los problemas que planteaba el hecho de la presencia física del operario en los lugares y momentos necesarios para hacer muchas de las operaciones.

Control Neumático CentralizadoEl desarrollo de los dispositivos de control operados neumáticamente, permitieron un notable avance en el control de procesos. Con ésta tecnología, las variables del proceso podían ser convertidas a señales neumáticas y transmitidas hacia controladores remotos. Se entraba en la confección de los denominados “circuitos neumáticos”. Usando combinaciones de orificios, palancas, amortiguadores y otros dispositivos mecánicos complejos, un controlador neumático puede hacer cálculos elementales basados en el punto de consigna y el valor de la variable a controlar, ajustando el elemento final de control consecuentemente.Control electrónico de lazo simple

En los años 60, los dispositivos electrónicos ya estaban capacitados para ir reemplazando a los controladores neumáticos. Los controladores electrónicos analógicos de lazo simple eran precisos, rápidos y fáciles de integrar en pequeños lazos interactivos. De este modo, la interface para su manejo y control ofrece mejoras respecto de los controles neumáticos, además de permitir la captación electrónica de datos y un procesado de éstos con un índice de errores considerablemente mejorado respecto de aquellos.

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Control centralizado por computadoraUn sistema basado en este modo de control, estaba estructurado en torno a una computadora central que recibe todas las entradas del proceso (variables), ejecuta los cálculos apropiados y produce salidas que se dirigen hacia los actuadores o dispositivos finales de control. Así, nació el llamado Control Digital Directo o DDC. La computadora puede controlar un elevado número de lazos y variables temporales, además de ejecutar estrategias de control. Un teclado y un monitor acoplados directamente a la PC proporcionan una interface del usuario (operador) con el proceso

Control centralizado por computadora

La introducción de un ordenador como elemento que lleva a cabo toda la supervisión, adquisición y análisis de datos, permite a los sistemas de control avanzar más allá del lazo de control del proceso; ahora pueden ejercer labores de administración, ya que el ordenador puede también recibir y procesar datos, calcular y presentar operaciones financieras que optimicen la estrategia de producción, y que junto a las consignas propuestas por el consejo de administración, establezcan los criterios básicos para dirigir la producción en el sentido adecuado.

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Control SupervisadoPara dotar a los sistemas con ordenador centralizado del nivel de seguridad adecuado y evitar que una “caída” de éste paralice todo el sistema, se empezaron a utilizar muchas veces controladores analógicos vinculados directamente al proceso, esto es, optimizados para la variable que debían controlar. Estos controladores son ahora los que realmente controlan el proceso, dejando al ordenador central la función de los cambios de puntos de consigna, es decir, el valor de referencia con el que se ha de comparar la variable controlada para mantenerla siempre optimizada. Esta combinación de actuaciones recibe el nombre de control supervisor o control de puntos de consigna (SPC, Set Point Control) y una estructura típica sería la ofrecida en la siguiente, en la cual puede observarse como es en la parte más próxima al proceso donde se materializa la principal diferencia con el DDC.

Control supervisado

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El estado de la variable a controlar llega ahora tanto al ordenador como al controlador analógico, que además recibe la consigna adecuada en cada instante y que será calculada por el ordenador. Si se presenta cualquier avería (especialmente en el ordenador) el controlador regula la variable del proceso con respecto al último punto de consigna que recibió del ordenador central. Toda esta actuación local formaría el Lazo de Control, tal como se muestra en la figura siguiente, y proporciona un cierto grado de autonomía al proceso respecto del control centralizado. Aunque el SPC permite que el control básico del proceso continúe a pesar del posible fallo del ordenador central, sigue necesitando una ampliación del cableado y un software adicional en caso de querer ampliar el número de entradas y/o salidas.

Control Distribuido El control distribuido es el paso siguiente en la evolución de los sistemas de control que se han expuesto en el punto anterior. Así, en los sistemas centralizados, ya clásicos, su potencia de tratamiento se concentra en un único elemento (el ordenador central), mientras que en el control distribuido la potencia de tratamiento de la información se encuentra repartida en el espacio. Podríamos decir que los sistemas de control distribuido fueron desarrollados para proporcionar las ventajas del control por ordenador pero con más seguridad y flexibilidad.

En los años setenta, dentro de los esfuerzos de investigación dedicados a la resolución del problema del control electrónico de fábricas con gran número de lazos (variables), y teniendo en cuenta el estado de la técnica de los microprocesadores por un lado y la “fuerte inercia” de la industria a los cambios por otro, se llegó a las siguientes conclusiones generales:

a) Descartar el empleo de un único ordenador (control DDC) por el serio inconveniente de la seguridad y sustituirlo por varios controladores digitales capaces de controlar individualmente un cierto número de variables, para así “distribuir” el riesgo del control único.

b) Cada controlador digital debía ser “universal”, es decir, disponer de algoritmos de control seleccionables por software, que permitieran resolver todas las situaciones de control y dieran así versatilidad al sistema.

c) La velocidad en la adquisición de los datos y su salida hacia los actuadores debía ser en “tiempo real”, lo que obligaba a utilizar la tecnología más avanzada en microprocesadores.

d) Para comunicar entre si los transmisores electrónicos de campo (que suministran datos), los controladores y las interfaces para la comunicación con el operador de planta, se adoptó el empleo de una vía de comunicaciones, en forma de cable coaxial instalado en la planta, con un recorrido paralelo a los edificios y a la sala de control.

e) El panel clásico requerido por el control tradicional, se sustituirá por uno o varios monitores CRT, en los cuales, el operador con la ayuda del teclado/puntero deberá examinar las variables de proceso, las características de control, las alarmas, etc., sin perturbar el control de la

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planta y con la opción de cambiar cualquiera de las características de control de las variables de proceso.

En esencia, la diferencia entre el control distribuido y el control clásico puede compararse a la existente entre una máquina cuya configuración se hace mediante el cambio de cables y otra donde cualquier modificación se hace por software. En este aspecto el ordenador personal es un elemento fundamental, tanto a nivel de planta como en escalafones superiores y permite la visualización de las señales de múltiples transmisores, el diagnóstico de cada lazo de control, el acceso a los datos básicos de calibración y a los datos de configuración de los transmisores.

Red de control distribuido

Sus elementos principales son:

Controlador BásicoEs un módulo estructurado en torno a un microprocesador que permite realizar controles PID (Proporcional-Integral-Derivativo) y otros algoritmos de control basados en sumas, multiplicaciones, divisiones, relaciones, raíces cuadradas, contadores, etc. Un controlador básico puede controlar varios lazos, es decir, puede estar “pendiente” de múltiples variables de forma simultánea y proporcionar un control sobre ellas. Estos algoritmos pueden configurarse, y en caso de avería en las unidades de control superiores, el control que ejercerá el regulador digital será el correspondiente al último algoritmo configurado: tipo de control (directo, inverso, etc.), tipo de señal de entrada (lineal, exponencial, etc.), alarmas a generar, sensores a muestrear, etc. Como vemos, en este controlador básico se establece ya el primer paso en la dotación de cierta autonomía a los diferentes elementos de un control distribuido.

La red de comunicación externa suministra los datos necesarios que definen el comportamiento del regulador. Estos datos externos junto a los propios del proceso se optimizan, obteniéndose los parámetros que se introducen en el

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algoritmo de regulación y que unidos a la consigna (referencia), permitirán enviar al proceso la actualización correspondiente.

Normalmente la optimización suele ser un acondicionamiento de señal más o menos complejo: ADC/DAC, conversión V/F, variación de nivel, comparación, etc.

Regulador digital

Controlador multifunciónUtiliza en su programación un lenguaje de alto nivel y permite controlar procesos complejos en los que el regulador digital básico no puede:

• Control de procesos por lotes o discontinuos (batch). Un ejemplo puede ser una cadena de dosificación en la que no se fabrica siempre el mismo producto y hay que estar variando la consigna de los dosificadores de acuerdo al producto o receta que se esté fabricando en el momento.

• Control en tiempo real. La complejidad de las ecuaciones y la dinámica del proceso no pueden ser encomendadas a un controlador básico.El controlador multifunción suele estar constituido por un equipo basado en un ordenador personal con elevada capacidad operativa y de comunicación.

Estación de trabajo del operadorProporciona la comunicación con todas las señales de la planta para el operador de proceso, el ingeniero de proceso y el técnico de mantenimiento. La

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presentación de la información a cada uno de ellos se realiza mediante programas de operación. De este modo:

a) El operador de proceso ve en la pantalla un gráfico del proceso (o parte de él) que le interesa, y puede manipular las variables deseadas, las alarmas, las curvas de tendencia, etc. Puede archivar datos históricos de la planta que crea interesantes, obtener copias en impresora de las tendencias o de los estados de alarma, etc.

b) El ingeniero de proceso puede editar los programas de control del proceso, construir las representaciones en pantalla de partes del proceso, etc. Tendrá un acceso al proceso mucho más “crítico” que el operador y su actuación será más puntual que la de éste.

c) El técnico de mantenimiento se dedicará desde la estación de trabajo, fundamentalmente, a diagnosticar y resolver problemas en los elementos de control distribuido de la planta.Todos los componentes del control distribuido están perfectamente comunicados entre ellos, siendo ésta la clave para conseguir una elevada eficiencia global.El control distribuido tiene una seguridad mejorada con relación a los sistemas de control convencionales. El sistema es redundante y limita las consecuencias de un fallo, manteniendo el control del sistema y mejorando la fiabilidad.

Niveles de un control distribuidoCombinando los conceptos de lazo de control y comunicaciones industriales, un sistema de control distribuido (DCS) consta de uno o más “niveles” de control, los cuales, están vinculados con el fin de ejecutar conjuntamente tareas complejas con un máximo de efectividad y una elevada optimización en el uso de los recursos.

En la figura siguiente se muestra la relación existente entre los diferentes niveles de un DCS, sobre los cuales sería interesante hacer la siguiente precisión: en su definición original (clásica) eran los niveles 1, 2 y 3 los que realmente formaban el DCS, estando el restante (4) más vinculado al sistema de gestión de la empresa. Sin embargo, hoy en día, cuando se habla de control distribuido se está haciendo referencia a la totalidad de la figura siguiente, de ahí que se tienda a utilizar cada vez más el nombre de sistemas de información total. En los niveles inferiores de un control distribuido estarán aquellos elementos que están en contacto con el proceso y, por tanto, ajustados a los parámetros y variables que el proceso suministra y que el DCS debe controlar.

En los niveles superiores, los ordenadores, estaciones de trabajo e incluso los autómatas pueden llevar a cabo funciones adicionales tales como: concentración de datos, análisis y optimización de unidades (plantas o divisiones corporativas con cierto grado de autonomía) del proceso. La adición de algún otro nivel al DCS puede también ayudar a integrar actividades relacionadas con una división o una

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planta, tal como compras, recepción de material, control de inventario, facturación, control de calidad y servicios al cliente o usuario.

Los sistemas de control distribuido multinivel poseen todas las posibilidades de unos sistemas de control centralizado, mientras conservan la flexibilidad, seguridad y rapidez de respuesta de los controladores autónomos basados en microprocesadores. Por ejemplo, el fallo de cualquier componente de un DCS afecta sólo a una pequeña parte del proceso, si acaso. Por otro lado, si un elemento de un nivel superior falla, los controladores del NIVEL 1 continuarán el control del proceso normalmente, entendiendo por normalidad la ejecución de la última labor encomendada (programada).

A diferencia de un sistema centralizado, sólo el NIVEL 1 debe estar conectado a las entradas y salidas del proceso. Un bus de datos sirve para la comunicación entre los controladores y la interface del operador. Esta distribución física en varios niveles de control puede reducir significativamente el coste del cableado y las modificaciones y mantenimiento pueden llevarse a cabo sin interrumpir el proceso.

Inclusive, los DCS son fácilmente ampliables. Cualquier dispositivo que haya de añadirse se comunica con otros dispositivos ya instalados en el mismo lugar. Esta modularidad proporciona una significativa mejora de costes durante todas las fases de un plan de automatización.

Niveles de un control distribuido

En los niveles superiores, los ordenadores, estaciones de trabajo e incluso los autómatas pueden llevar a cabo funciones adicionales tales como: concentración de datos, análisis y optimización de unidades (plantas o divisiones corporativas con cierto grado de autonomía) del proceso. La adición de algún otro nivel al DCS puede también ayudar a integrar actividades relacionadas con una división o una planta, tal como compras, recepción de material, control de inventario, facturación, control de calidad y servicios al cliente o usuario.

Los sistemas de control distribuido multinivel poseen todas las posibilidades de un sistema de control centralizado, mientras conservan la flexibilidad, seguridad y

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rapidez de respuesta de los controladores autónomos basados en microprocesadores. Por ejemplo, el fallo de cualquier componente de un DCS afecta sólo a una pequeña parte del proceso, si acaso. Por otro lado, si un elemento de un nivel superior falla, los controladores del NIVEL 1 continuarán el control del proceso normalmente, entendiendo por normalidad la ejecución de la última labor encomendada (programada).

A diferencia de un sistema centralizado, sólo el NIVEL 1 debe estar conectado a las entradas y salidas del proceso. Un bus de datos sirve para la comunicación entre los controladores y la interface del operador. Esta distribución física en varios niveles de control puede reducir significativamente el coste del cableado y las modificaciones y mantenimiento pueden llevarse a cabo sin interrumpir el proceso.

Inclusive, los DCS son fácilmente ampliables. Cualquier dispositivo que haya de añadirse se comunica con otros dispositivos ya instalados en el mismo lugar. Esta modularidad proporciona una significativa mejora de costes durante todas las fases de un plan de automatización.

Elementos requeridos por nivelEste nivel es el denominado de planta o proceso y es el que físicamente se encuentra en contacto con el entorno a controlar, tal como su nombre indica. Para maximizar los beneficios de un DCS, en este nivel se utilizan sensores, actuadores y módulos de E/S de los denominados “inteligentes” y que generalmente están basados en microprocesadores (regulación digital). Este tipo de elementos son muy flexibles, permitiendo modificar tanto el control como los cambios requeridos en el proceso, además de ofrecer una fácil ampliación en caso necesario. Inclusive, los módulos de E/S pueden manejar varios lazos de control, ejecutar algoritmos específicos, proporcionar alarmas, llevar a cabo secuencias lógicas y algunos cálculos y estrategias de control altamente interactivas.

Los sensores, transductores, actuadores y demás instrumentos de análisis incluidos en el NIVEL 1, se encargan de comunicar las condiciones del proceso al sistema de control por un lado, y por otro, ajustan el proceso de acuerdo con las órdenes recibidas desde el sistema de control, del mismo nivel o superior. En el primer caso tendríamos los sensores y transductores e instrumental de campo y en el segundo los actuadores.

La coordinación de todos estos elementos se hace, bien mediante un bus de campo, bien mediante un bus de dispositivos. La conexión de los actuadores y sensores al resto del DCS se hará directamente al bus de comunicación o a los módulos de E/S, dependiendo de las posibilidades de comunicación que posean. A su vez, los módulos de E/S pueden ser unidades de pequeños autómatas, siendo estos los que integrarán las comunicaciones necesarias. La instalación de todo lo relacionado con este nivel de control se lleva a cabo por personal altamente especializado, ya que el mismo elemento (sobre todo transductores y actuadores) unos centímetros adelante o atrás no mide o actúa con igual fidelidad.

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Estos componentes, sobre todo los transductores, son muy sensibles y precisan unas condiciones de trabajo muy definidas, por lo tanto es fundamental elegir el dispositivo adecuado para evitar multitud de problemas “sin lógica aparente”.

Nivel 2

Suele denominarse generalmente de control y regulación. En este nivel se encuentra la interface de operaciones de cada uno de los procesos controlados. La interface de operaciones o consola será una estación tipo ordenador personal, ya que constará de teclado, unidad de visualización y puntero. Esta interface permite al operador observar el estado del proceso y programar los elementos vinculados a él, individualmente si ello es necesario.Los autómatas (PLC’s) ubicados en este nivel suelen ser de prestaciones más llevadas, dotados de módulos de comunicaciones industriales (buses de campo), además de sus funcionalidades características. Por otro lado, los ordenadores irán equipados con tarjetas a modo de interface, que permitirán la relación adecuada con el entorno. Ambos equipos “extraen” los datos más significativos del nivel inferior mediante los puentes de comunicaciones adecuados (gateway o bridge) y los ponen a disposición de la interface de operaciones. La interface de operaciones permite al operador ver datos del proceso en cualquier formato. Los formatos pueden incluir una visión global del estado del proceso, representaciones gráficas de los elementos o equipos de proceso, tendencias de las variables, estado de alarmas y cualquier otro tipo de información. El operador usa el teclado/puntero para dirigir los controladores, requerir información del proceso, ejecutar estrategias de control y generar informes de operación. Esta interface se ubica físicamente cerca del proceso o procesos controlados.

En este segundo nivel nos encontramos con las celdas o células, vinculadas a los diferentes procesos (cada una a uno, normalmente) y en ellas se pueden producir los primeros descartes de productos a raíz de las anomalías detectadas.

Los niveles 1 y 2 tienden a integrarse cada vez más en uno solo: control y regulación en planta. Ello es debido, principalmente a que los elementos de campo (NIVEL 1) son cada vez más sofisticados, arrebatando el campo a los controladores del NIVEL 2, ya que algunos de ellos además de incluir varios elementos a la vez (transductor, acondicionador, regulación digital), posee una interface lo suficientemente potente como para comunicar directamente con niveles superiores. De hecho, la consola de operaciones del NIVEL 2 puede ser usada para interrogar o dirigir un controlador inteligente del NIVEL 1. Esta combinación de inteligencia, controladores independientes e interface de operador, proporciona la seguridad, velocidad, potencia y flexibilidad que es la esencia de un DCS.

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Nivel 3

Este nivel es el conocido como de mando de grupos y en él se sitúa la denominada en su día “interface del ingeniero” y que hoy en día suele conocerse como “interface para el control de la línea de producción”. Esta interface (con cualquiera de sus nombres) de un DCS facilita la coordinación de las diferentes células existentes en el nivel inferior, a la vez que supervisa y controla toda un área, permitiendo obtener una visión más amplia de lo que se está ejecutando en la planta. También proporciona información importante a los ingenieros después de la instalación y puesta en marcha del sistema.Para mejorar la productividad, una “interface de ingeniero” deberá ser fácil de usar, rápida y eficiente. Menús de operaciones y bases de datos ayudan a mejorar el uso y la productividad. De ahí que en este nivel se incluyan, sobre todo, ordenadores con software muy específico.

En este nivel se produce también un análisis pormenorizado de los datos generados en niveles inferiores y se producen los descartes definitivos. Además se aplican los criterios más exigentes de control de calidad y se planifica la producción a medio y corto plazo.

En el NIVEL 3 de un sistema de control distribuido se produce la primera centralización, entendiendo por ello la concentración masiva de información, gracias a lo cual se pueden planificar estrategias sofisticadas en lo que a la producción industrial se refiere. Así, en este nivel se deciden aspectos productivos tan importantes como entrada y salida de materiales, es decir, la logística de aprovisionamiento.

Nivel 4

Es el nivel de dirección de la producción. En este nivel se define la estrategia de la producción en relación con el análisis de las necesidades del mercado y se formulan previsiones de producción a largo plazo. Sobre estas previsiones, se planifica la producción en el NIVEL 3.

En este cuarto nivel se utilizan estaciones de trabajo, que permiten simular estrategias de producción e intercambiar datos con otros departamentos vinculados (diseño, I+D, etc), además de establecer posibles cambios en ingenierías de los procesos. Es un nivel con enfoques más mercantiles, por lo que no profundizaremos más en él y tan sólo añadiremos que los ordenadores en este nivel están especializados en gestión y almacenamiento de datos, además de estar vinculados mediante la red de comunicación correspondiente a sus respectivas aplicaciones.

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FUNCIONAMIENTO DE PLCS

Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. 

Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el     programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.

 Campos de aplicación

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc. , por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

Espacio reducidoProcesos de producción periódicamente cambiantesProcesos secuencialesMaquinaria de procesos variablesInstalaciones de procesos complejos y ampliosChequeo de programación centralizada de las partes del proceso

 

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Ejemplos de aplicaciones generales:

Maniobra de máquinasMaquinaria industrial de plásticoMáquinas transferMaquinaria de embalajesManiobra de instalaciones:

Instalación de aire acondicionado, calefacción...Instalaciones de seguridad

Señalización y control:Chequeo de programasSeñalización del estado de procesos

 

VENTAJAS E INCONVENIENTES

No todos los autómatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y las innovaciones técnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones me obligan e referirme a las ventajas que proporciona un autómata de tipo medio.

 

VENTAJAS

Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que: No es necesario dibujar el esquema de contactos No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general la capacidad de  almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande.  La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes  proveedores, distintos plazos de entrega. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos. Mínimo espacio de ocupación. Menor coste de mano de obra de la instalación. Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden indicar y detectar averías. Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo cableado. Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción.

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INCONVENIENTES

Como inconvenientes podríamos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente está solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento. El coste inicial también puede ser un inconveniente.

     

FUNCIONES BÁSICAS DE UN PLC

Detección:

  Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación.

Mando:

Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.

Dialogo hombre maquina:

Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

Programación:

Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la máquina.

Nuevas Funciones

Redes de comunicación:

Permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.

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Sistemas de supervisión:

También los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador.

Control de procesos continuos:

Además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en el autómata.

Entradas- Salidas distribuidas:

Los módulos de entrada salida no tienen por qué estar en el armario del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red.

Buses de campo:

Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.                 

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ANEXOS

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CONCLUSIÓN

En esta investigación se habla de los temas correspondientes a las ultimas unidades del temario de instrumentación en el cual desarrollamos temas correspondientes a controladores y sus tipos y modos de uso así como también de los controles asistidos por computadora cuales son como se usan y sus aplicaciones en la vida diaria.

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BIBLIOGRAFÍA

http://es.wikipedia.org/wiki/Adquisici%C3%B3n_de_datoshttp://www.buenastareas.com/ensayos/Topicos-De-Control/672858.htmlhttp://www.buenastareas.com/ensayos/Control-Asistido-Por-Computadora/1659036.htmlhttp://www.buenastareas.com/ensayos/Topicos-De-Control-Asistido-Por-Computadora/2682958.htmlhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%20PRINCIPAL/PLC/plc.htmhttp://tecinst.blogspot.mx/2012/12/topicos-de-control-asistido-por.htmlhttp://tesis.ipn.mx:8080/dspace/bitstream/123456789/4910/1/466_SISTEMA%20DE%20INSTRUMENTACION%20CONTROL%20Y%20MONITOREO%20DE%20PROCESOS%20INDUSTRIALES%20ASISTIDO%20POR%20COMPUTADORA.pdf

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