TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I1. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Mª Jesús Saiz

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RESUMEN TEMA 12: SISTEMAS AUTOMÁTICOS Y DE CONTROL

1.-INTRODUCCIÓN:

Un sistema de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de

manera que regulen o dirijan una acción por si mismos, teniendo en cuenta las variaciones en el estado

inicial, e incluso variaciones intermedias.

Los sistemas de control trabajan fundamentalmente con la información facilitada por los sensores, y

tras su procesado electrónico o informático, activan o desactivan actuadores.

Ejemplo: control de temperatura de una habitación por medio de un termostato; llenado de una cisterna

del inodoro; limpiaparabrisas inteligente; etc.

2.-TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL:

Sistemas de control de lazo abierto: en estos circuitos la señal de salida no influye sobre la

señal de entrada.

Ejemplo:

Ejemplo: lavadora, tostadora, …

Sistemas de control de lazo cerrado: son los circuitos en los que existe una realimentación de

la señal de salida, de manera que la salida ejerce un efecto sobre la acción de control, mediante

comparación de los valores.

Entrada Salida

Elementos

de control Entrada Salida

Proceso

Interruptor

horario

Iluminación

deseada

Iluminación

producida

Lámparas

Elementos

de control

Entrada

Salida

Proceso

Realimentación

Comparador

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Ejemplo: Iluminación plaza

Ejemplo: servomotores (motores de cc con un circuito de control, encargado de controlar la posición del

motor entre 0º y 180º).

3.-COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CONTROL:

Además del proceso que se vaya a controlar, son necesarios los siguientes componentes:

Sistema de mando: por ejemplo, el selector de temperatura de una vivienda que permite fijar el

valor deseado.

Elementos de control: son los encargados de comparar una variable física con el valor

deseado, interpretar el error o desviación y decidir si actuar o no sobre el actuador.

Actuan o no dependiendo de la señal eléctrica que les llegue. Dicha señal es facilitada por los

transductores, captadores y comparadores.

Captador: es el elemento que mide el valor real alcanzado por una variable. Ejemplo:

termómetro que mide la temperatura de una vivienda.

Comparador: calcula la diferencia entre el valor real (captador) y el valor deseado (sistema de

mando).

Transductor: transforma la magnitud de entrada en otra de salida más fácil de operar,

generalmente de tipo eléctrico.

Suelen llevar asociado un amplificador que multiplica la señal de salida del comparador para

actuar con potencia sobre el proceso a controlar.

Actuadores

Realimentación

Elementos

de control

Entrada Salida Proceso

Captador

Comparador

Sistema

de mando

Transductor

Comparador

Iluminación

producida

Iluminación

deseada

Interruptor

(contactor)

Lámparas

Fotocélula

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4.-TRANSDUCTORES:

Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de

entrada, en otra diferente de salida, que sea más fácil de procesar. Esta señal de salida es generalmente

de tipo eléctrico (tensión, corriente, etc.)

Los transductores los podemos clasificar en función de la señal que miden:

Transductores de temperatura

Transductores de iluminación

Transductores de velocidad

Transductores de proximidad

Transductores de movimiento

Transductores de presión

Transductores de temperatura:

Termorresistencias: son hilos metálicos cuya resistencia varía con la temperatura. Los hilos metálicos son conductores, generalmente de cobre, níquel o platino.

Termistores: son resistencias variables con la temperatura, construidas de material

semiconductor.

PTC (coeficiente de temperatura positivo): al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia

NTC (coeficiente de temperatura negativo): al disminuir la temperatura, aumenta la resistencia

Termopares: están basados en la unión de 2 metales distintos por un extremo. Al calentar la unión,

se genera una diferencia de potencial en los extremos libres.

Pueden utilizarse como materiales para la fabricación de termopares: hierro y constantano, cobre y

constantano o antimonio y bismuto.

Transductores de iluminación:

Resistencias LDR o fotorresistencias: son resistencias variables con la luz. Cuanta

más intensidad de luz incide en la superficie de la LDR menor será su resistencia.

Simbolo eléctrico

Simbolo eléctrico

PTC NTC

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Fotodiodos: son diodos que al recibir luz generan una corriente eléctrica (cuando no hay

luz se comportan como un diodo normal)

Simbolo eléctrico

Fototransistor: son transistores que al recibir luz en la base permiten la circulación

eléctrica desde el colector al emisor.

Simbolo eléctrico

Transductores de velocidad:

Tacómetro: es un elemento que indica la velocidad (generalmente en rpm) de

la máquina a la que va acoplado. Son tacómetros electrónicos que producen

una tensión proporcional a la velocidad de giro.

Transductores de proximidad: son transductores que proporcionan una señal

binaria (0/1 = conduce/no conduce) ante la presencia de un objeto.

Finales de carrera: son interruptores accionados mecánicamente (necesitan contacto

físico).

Sensores de proximidad inductivos: no precisan del contacto físico. Utilizan un campo

magnético para reaccionar frente a un objeto que desean detectar

Sensores de proximidad capacitivos: no precisan contacto físico. Utilizan un campo

eléctrico para detectar el objeto.

Transductores de movimiento: se utilizan para medir longitudes o ángulos.

Radar: se utiliza en medidas de grandes distancias. Emplean ondas electromagnéticas que emiten

por medio de una antena para interceptar objetos.

Ultrasonidos y Rayos laser: en distancias algo mayores.

Potenciómetro: para distancias cortas (1mm a 1m), son distancias variables que se desplazan.

En distancias cortas, también se pueden usar transductores resistivos, inductivos y capacitivos.

Transductores de presión:

Mecánicos: pueden medir la presión de forma directa por comparación o de forma indirecta por

deformación. Se utilizan manómetros y el tubo Bourdon.

Electromecánicos: utilizan un elemento mecánico elástico (como el tubo Bourdon o un fuelle) junto

con un transductor elástico que genera la señal eléctrica.

Electrónicos: son muy sensibles y se emplean para la medida del alto vacío.

Ánodo Cátodo

- +

B C

E

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5.-CÁLCULO DE LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA:

Para operar matemáticamente un sistema de control se utiliza la “transformada de Laplace”.

Primero se representa el sistema con el siguiente diagrama de bloques:

Se define la función de transferencia de un sistema como el cociente entre las transformadas de

Laplace de las señales de salida y entrada.

P = Z / X

Cálculos:

- Las variables que entran a un bloque, se multiplican por el bloque

- Las variables que entran a un comparador se suman o restan

entre sí, según el signo que tengan.

Funciones básicas:

a)

b)

XP

X - Y X

Y

Solución: 𝒁

𝑿= 𝑷𝟏𝑷𝟐

Entrada X Proceso Salida Z

X P Z

X P

X P1 P2 Z

XP1P2 XP1 X P1 P2 Z

X P1P2 Z

Datos:

Resolución:

Resolución: (X – Z)P X - Z

Z

X P Z

Z = X P1 P2

Z = (X – Z) P = XP – ZP

Z(1+P) = XP

Solución: 𝒁

𝑿=

𝑷

𝟏+𝑷

X 𝑷

𝟏 + 𝑷 Z

X P Z Datos:

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Datos:

Datos:

Datos:

Z = (X – ZP2) P1 = XP1 – ZP2 P1

Z(1+ P1 P2) = XP1

Z = (X + ZP2) P1 = XP1 + ZP2 P1

Z(1- P1 P2) = XP1

Z = X + ZP1

Z(1- P1) = X

c)

d)

e)

f)

Resolución: (X + Z)P X+ Z

Z

X P Z

Z = (X + Z) P = XP + ZP

Z(1-P) = XP

Solución: 𝒁

𝑿=

𝑷

𝟏−𝑷

X 𝑷

𝟏 − 𝑷 Z

Datos: X

P Z

X P1 Z

P2

Solución: 𝒁

𝑿=

𝑷𝟏

𝟏+𝑷𝟏𝑷𝟐

X

𝑷𝟏

𝟏+𝑷𝟏𝑷𝟐 Z

Resolución:

X P1 Z

P2

ZP2

(X + ZP2)P1 X+ZP2

Z

X P1 Z

P2

Solución: 𝒁

𝑿=

𝑷𝟏

𝟏−𝑷𝟏𝑷𝟐

X

𝑷𝟏

𝟏−𝑷𝟏𝑷𝟐 Z

Resolución:

X Z

P1

ZP1

X+ZP1

Z

X Z

P1

Resolución:

ZP2

(X – ZP2)P1 X–ZP2

Z

X P1 Z

P2

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Ejercicios:

- PAU Junio 2014/2015

- PAU Septiembre 2012/2013

- PAU Septiembre 2012/2013

Solución: 𝒁

𝑿=

𝟏

𝟏−𝑷𝟏

X

𝟏

𝟏−𝑷𝟏 Z

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- PAU Junio 2010/2011

- PAU Junio 2010/2011

- PAU Septiembre 2009/2010

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9

- PAU Septiembre 2009/2010

- PAU Junio 2009/2010

- PAU Septiembre 2008/2009