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• Definiciones y Conceptos Básicos• Esquema general de un sistema automatizado• Concepto general de realimentación• Tipología de los sistemas de control:

• sistemas de regulación• sistemas de control secuencial

• Tecnologías para la Automatización

TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LAAUTOMATIZACIÓN

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Introducción

• El control aparece en casa, en los coches, en la industria, yen los sistemas de comunicación y transporte.

• Cada vez se convierte en un elemento más crítico si falla.• Necesario para diseño de material e instrumentación usado

en ciencias básicas• Aparecen principios de control en Economía, Biología y

Medicina• El control es inherentemente multidisciplinario (proceso,

técnicas de control, tecnología de sensores y actuadores, ...)

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La Ingeniería de Sistemas y Automática

AutomáticaDisciplina que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es lasustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución deuna tarea física o mental previamente programada.

SistemaCualquier entidad compleja constituida por un conjunto de elementos queguardan entre sí una relación de influencia, formando un entramado que asociaunos elementos con otros.

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Dispositivo que se encarga de controlar el funcionamiento del procesocapaz de reaccionar ante las situaciones que se presenten.

Sistema AutomáticoProceso dotado de elementos o dispositivos que se encargan decontrolar el funcionamiento del mismo, de forma que pueda operar encierta medida de forma autónoma, sin intervención humana.

Sistema Automático = Proceso + Automatismo

Automatismo

Regulación, manual o automática, sobre un sistema.

Control

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Con la automatización se busca:• reducir costes en

– materias primas– materiales– energía– mano de obra

• mejorar las condiciones de trabajo– reducir trabajos pesados

• mejorar la calidad del producto• realizar operaciones que serían imposibles para un

operador humano

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EESQUEMASQUEMA GGENERAL DE UNENERAL DE UN SSISTEMAISTEMA AAUTOMATIZADO (I)UTOMATIZADO (I)

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EESQUEMASQUEMA GGENERAL DE UNENERAL DE UN SSISTEMAISTEMA AAUTOMATIZADO (II)UTOMATIZADO (II)

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EESQUEMASQUEMA GGENERAL DE UNENERAL DE UN SSISTEMAISTEMA AAUTOMATIZADO (III)UTOMATIZADO (III)

CONTROL EN LAZOCONTROL EN LAZO CERRADOCERRADO

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EESQUEMASQUEMA GGENERAL DE UNENERAL DE UN SSISTEMAISTEMA AAUTOMATIZADO (IV)UTOMATIZADO (IV)

Parte operativa(planta o proceso)

Parte de Mando(control)

Preaccionadores Accionadores

Captadores

Supervisión

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Parte operativaControlSupervisión

• Simuladores E/S

• Maquetas• Lógica cableada• PLC´s• PC+Tarjeta E/S• Microcontroladores• Reg. Digitales• Etc...

• Panel de mando• PC+SCADA

• Simuladores

Esquema general de un Sistema Automatizado (V)

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SISTEMAS SCADASCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es

decir: adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicaciónsoftware especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control deproducción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo(controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el procesode forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda lainformación que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto delmismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad,supervisión, mantenimiento, etc.

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Nivel deSUPERVISIÓN

óDialogo

Hombre-Máquina

Unidadde

ControlConsignas

Informaciónelaboradasobre el

funcionamientodel S.A.

Pre-accionadores

Órdeneso Accionesde Control

Accionadores

Captadores

Máquinao

Proceso

Parte de Mando Parte Operativa

Informaciónsobre elproceso

Trabajo

EESQUEMASQUEMA GGENERAL DE UNENERAL DE UN SSISTEMAISTEMA AAUTOMATIZADO (VI)UTOMATIZADO (VI)

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Todo SA, por simple que sea, se basa en la idea de Bucle o Lazo:

Sistema Automático: Concepto de Lazo o Bucle

CaptadoresMediante los captadores, percibe la condición o estado del proceso

Automatismo o Unidad de ControlEn la U.C. existirá algun “algoritmo” o “principio de control” que en funcióndel estado del proceso, calcula acciones de control u órdenes tendentesa llevar dicho proceso al estado deseado de funcionamiento

ActuadoresDichas órdenes son traducidas a acciones de control, que son aplicadasal proceso mediante los accionadores o actuadores

Nivel de SupervisiónEl automatismo puede generar también información elaborada delproceso o recibir consignas de funcionamiento hacia o desde un nivelsuperior de supervisión

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Lazo abierto y Lazo cerrado

Lazo AbiertoSin concurrencia de la información del estado del proceso.La acción de control no es afectada por la salida del sistema.Ej:• Tostadora• Lavadora automática• Pedal del acelerador (aunque aquí el lazo lo cierra el conductor)

Lazo CerradoLas acciones de control dependen de la referencia y de la propiasalida del sistemaEj:• Piloto automático de un avión• Ducha• Termostato• Sistema de hidratación del cuerpo humano (sed)• etc.

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Ejemplo de sistema en Lazo Abierto:Lavadora

Prelavado12 min

AclaradoGiro lentosin jabón20 min

CentrifugadoGiro 1200 rpm

5 min

LavadoGiro lentocon jabón

20 min

CentrifugadoGiro 1200 rpm

10 min

Tto. antiarrugasGiro muy lento

5 min

Pausa5 minfin

inicio

• En principio sin concurrencia de sensores• Nota: No obstante existen lavadoras que miden nivel de carga y

suciedad: eso sería bucle cerrado

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Control Avión

GPS

Consignas

altituddirecciónvelocidad(Medidas)

+-

altituddirecciónvelocidad

etc.

Ejemplo de sistema en Lazo Cerrado:Sistema de Piloto Automático

perturbaciones:ráfagas de vientocorrientesdensidad aireC

perturbaciones:interf. electromag.

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Sist. Automáticos de Control Secuencial

Dos grandes tipos de Sistemas Automáticosde control:

Sist. Automáticos de Regulación

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Evento Discreto:Ocurrencia de una característica en la evolución de una señal (flancode subida, paso por un cierto nivel, pulso, llegada de un dato, C).Suele representarse por un valor booleano {0,1}

Sistemas de eventos discretos:Sistemas dinámicos que cambian de estado ante la ocurrencia de eventosdiscretos. Generalmente el estado sólo puede adquirir un conjunto discreto devalores y puede ser representado de forma simbólica en vez de numérica.

Sistemas Automáticos de Control Secuencial

Sistemas Automáticos de Control Secuencial:Son los sistemas automáticos en los que el proceso a controlar es unsistema de eventos discretos

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VE

NS

NI

Unidadde

Control

Automatismofunción lógica:

si NS=1 entonces VE=0si NI=0 entonces VE=1

CaptadoresSensores de nivel NS, NI

ActuadoresVálvula todo-nada VE

Sistema de control Secuencial

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V1 V2

Pieza

FCS

FCB

MS

MBR

AUTOMA-TISMO

FCS

FCI

FCD

FCDFCI

MBR

Sistema Automático de control Secuencial

PARTE DE MANDO

PARTE OPERATIVA

FCB

MS

V1

V2

MB

MB

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Sistemas Automáticos de Regulación

Sistemas Automáticos de Regulación:Son los sistemas automáticos en los que el proceso a controlar escontinuo.

Habitualmente se persigue que un conjunto de una o varias variablescontinuas del proceso alcancen valores especificados por otras tantasreferencias o consignas.

Ejemplos:• Control de cambio de rumbo en un buque• Sistema biológico de regulación de la presión arterial• Sistema de control de la posición de un brazo robot• Sistema de control de posición del cabezal de un disco óptico

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Control del cambio de rumbo de un buque

ψr : rumbo deseadoψe : error en el rumboψ : rumbo del buqueδc : ángulo de timón necesario para corregir el rumboδ : ángulo del timón

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Tecnologías para la Automatización

Tecnología CableadaUniones físicas entre los elementos que constituyen la Unidad de Control quepueden ser dispositivos:Mecánicos, Neumáticos, Hidráulicos, Eléctricos,Electrónicos, etc.

Inconvenientes:• Ocupa mucho espacio• Poca flexibilidad• Mantenimiento costoso• No adaptados a funciones de control

complejas

Ventajas:• Simplicidad• Adecuadas para problemas

sencillos

Ejemplos:• Control de nivel de líquido por flotador• Sistema de gobierno hidráulico del timón• Cuadros de mando por contactores

Familias tecnológicas:• Mecánicos• Neumáticos• Hidráulicos• Eléctricos• Electrónicos, etc.

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Tecnologías para la Automatización

Tecnología ProgramadaUtilización de dispositivos capaces de ejecutar algoritmos, dotados deentradas y salidas analógicas y/o digitales

Inconvenientes:• Complicados y caros para

aplicaciones simples

Ventajas:• Flexibilidad• Ocupan poco espacio• Coste compensa para

aplicaciones de complicaciónmedia/alta

• Mantenimiento sencillo

Ejemplos:• Automatización industrial con PLCs

Familias tecnológicas:• Microprocesadores (ordenadores

de proceso)• Microcontroladores• Autómatas Programables (PLCs)• PCs industriales

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Regulador IndustrialPID (Ej: DR-20)

sensor detemperatura

Control de Procesos Continuos

resistencia

Periferiadistribuida

Esquema típico de una Automatización Industrial

Nivel de Supervisión:- Comp. de proceso- Monitorización- Interfase hombre-maquina

Control deProcesosDiscretos

preaccionador

válvula

sensoresnivel

proceso

microcontrolador

Alg.Control

DA

AD

Bus de campo

Bus de campo

Periferiadistribuida

Periferiadistribuida

interfase

Procesocontinuo

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Orígenes de estas transparencias:

• página web de la asignatura Sistemas Automáticos (ISA uniovi)(http://isa.uniovi.es/ISAwiki/index.php/Sistemas_Automáticos)

• página web de la asignatura Automatización Industrial (ICAI)(http://www.dea.icai.upco.es/jarm/Asignaturas/AutomatizacionIndustrial_3itiei/transparencias/1intro.pdf)