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CONTROLADORES PID
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martes, 2 de marzo de 2010
miércoles, 5 de agosto de 2009
CONTROL ANALOGICO
Respetados estudiantes, este blog se esta construyendo para tratar de dimensionar toda esa concepcion matematica que en contramos en el modulo, buscando entender en donde se aplica todo eso, e igualmente al final encontraran unos link que nos permitiran aclarar algunos conceptos del curso.Un Sistema de Control puede ser definido como el medio a través del cual una cantidad o variable cualquiera de interés en una maquina, mecanismo o proceso, es mantenido o alterado de acuerdo con un patrón de comportamiento deseado.
En todo Sistema de Control, el foco central de atención es la PLANTA, es decir la maquina, mecanismo o proceso a ser controlado. Asociados con la planta están los actuadores, encargados de modificar su comportamiento o características, y los sensores encargados de describir su comportamiento mediante señales eléctricas, neumáticas o de otro tipo. La planta tiene varias características importantes:
1. Puede no trabajar como se desea si se deja a su libre comportamiento, a esto
se le llama “Lazo abierto” o sin realimentación. Por ejemplo, el motor de una centrifugadora podría tener una velocidad de giro uniforme o podrían no conservarse las condiciones de presión y temperatura requeridas para el óptimo funcionamiento de una caldera.
2. Puede estar sometidas a perturbaciones externas que no están bajo el control del usuario; por ejemplo, torques de carga sobre un motor, tormentas de viento sobre un avión, baches en la carretera sobre un automóvil, etc.
En todo Sistema de Control, el foco central de atención es la PLANTA, es decir la maquina, mecanismo o proceso a ser controlado. Asociados con la planta están los actuadores, encargados de modificar su comportamiento o características, y los sensores encargados de describir su comportamiento mediante señales eléctricas, neumáticas o de otro tipo. La planta tiene varias características importantes:
1. Puede no trabajar como se desea si se deja a su libre comportamiento, a esto
se le llama “Lazo abierto” o sin realimentación. Por ejemplo, el motor de una centrifugadora podría tener una velocidad de giro uniforme o podrían no conservarse las condiciones de presión y temperatura requeridas para el óptimo funcionamiento de una caldera.
2. Puede estar sometidas a perturbaciones externas que no están bajo el control del usuario; por ejemplo, torques de carga sobre un motor, tormentas de viento sobre un avión, baches en la carretera sobre un automóvil, etc.
3. Puede ser monitoreada defectuosamente debido a la presencia de señales de ruido que afectan las mediciones de los sensores. Esto podría ocasionar, por ejemplo, lecturas incorrectas de concentración de impurezas en una planta de tratamiento de aguas o mediciones incorrectas en los instrumentos de un avión.
Para evitar que todo esto suceda, y garantizar que una planta se comporte de la manera deseada, es necesario incorporarla a un Sistema de Control; el cual cumple la función de permitir que la variable o variables de salida reguladas (posición, velocidad, temperatura, presión, etc) sigan una señal de referencia, por ejemplo un punto de trabajo (set point) de un horno eléctrico.
El control ha sido una de las áreas de mayor avance en los últimos años a nivel tecnológico, esto permite optimizar procesos, mejorar procesos obteniendo mejores rendimientos y por lo tanto mayores ganancias. Un sistema de control es un mecanismo con la capacidad de responder de forma autónoma frente al comportamiento dinámico de ciertas variables. Los sistemas de control pueden ser clasificados básicamente de acuerdo a dos criterios: qué controlan y cómo controlan. Desde el primer punto de vista, existen sistemas de control de movimiento o servos y sistemas de control de procesos. Desde el segundo punto de vista se habla de sistemas de lazo abierto o manuales, y sistemas de lazo cerrado o automáticos. Es muy importante tener muy claro que una cosa es el tipo de control que es lo que explicamos previamente y otra cosa es el método de control que se refiere a la forma como se desarrolla el proceso de control como tal, dentro de los cuales encontramos el método moderno y el método clásico.
El control al igual que las diferentes areas de la ingenieria utilizan como principal soporte las matematicas, modelar un sistema real es decir un sistema dinamico matematicamente es algo bastante complejo, a partir de ese modelo que se obtenga se puede diseñar todo un proceso de control que dependiendo de la necesidad podra ser de cierto tipo y de cierto metodo.
Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo auto: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales substituyendo a operadores humanos.
El alcance va más allá que la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadores humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano. La automatización como una disciplina de la ingeniería es más amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistema de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. Computadoras especializadas, son utilizadas para leer entradas de campo a través de sensores y en base a su programa, generar salidas hacia el campo a través de actuadores. Esto conduce para controlar acciones precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial. (Se temía que estos dispositivos fueran vulnerables al error del año 2000, con consecuencias catastróficas, ya que son tan comunes dentro del mundo de la industria).
Existen dos tipos distintos: DCS o Sistema de Control Distribuído, y PLC o Controlador Lógico Programable. El primero era antiguamente orientado a procesos de tipo análogos, mientras que el segundo se utilizaba en procesos de tipo discreto (ceros y unos). Actualmente ambos equipos se parecen cada vez más, y cualquiera de los dos puede ser utilizado en todo tipo de procesos.
Las interfaces Hombre-Máquina (HMI) o interfaces Hombre-Computadora (CHI), formalmente conocidas como interfaces Hombre-Máquina, son comúnmente empleadas para comunicarse con los PLCs y otras computadoras, para labores tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles automáticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que monitorea y controla estas interfaces son conocidos como ingenieros de estación.
Otra forma de automatización que involucra computadoras es la prueba de automatización, donde las computadoras controlan un equipo de prueba automático que es programado para simular seres humanos que prueban manualmente una aplicación. Esto es acompañado por lo general de herramientas automáticas para generar instrucciones especiales (escritas como programas de computadora) que direccionan al equipo automático en prueba en la dirección exacta para terminar las pruebas. Pues bien, como ya lo mencionamos previamente los tipos de control pueden ser en lazo abierto o lazo cerrado, analicemos un poco esto, pero antes conozcamos algunas definiciones:
DEFINICIONES:
Antes de introducirnos en el estudio de los sistemas de control, debemos conocer una serie de definiciones y términos que vamos a utilizar en el desarrollo de los apartados del tema.
-Planta: Conjunto de componentes y piezas que van a tener un determinado objetivo.
-Proceso: Conjunto de operaciones que se van a suceder y que van a tener un fin determinado.
-Sistema: Combinación de componentes que actúan juntos para realizar el control.
-Perturbaciones: Todas las señales indeseadas que intervienen de forma ad-versa en el funcionamiento de un sistema. Pueden ser internas si se generan dentro del sistema, o externas si se generan fuera del sistema y constituyen una entrada.
-Entrada de mando: Señal excitadora del sistema que es independiente de la salida del mismo.
-Selector de referencia: Elemento que se coloca para tener una referencia. Unidad que establece el valor de la entrada de referencia. Se calibra en función del valor deseado en la salida del sistema.
-Entrada de referencia: Señal producida por el selector de referencia.
-Unidad de control: Unidad que reacciona con una señal activa para producir la salida deseada. Realiza el trabajo de gobernar la salida.
-Salida: Cantidad que debe mantenerse en un valor fijado de antemano. Se considera la variable gobernada.
-Sistema de control en bucle abierto: Sistema en el que la salida no tiene in-fluencia sobre la entrada.
-Elemento de realimentación: Unidad que facilita medios para aumentar o disminuir la señal de salida.
-Señal activa: Señal que es la diferencia entre la señal de entrada de rete-cia y la salida realimentada.
-Sistema de control de bucle cerrado: Sistema en el que la salida afecta a la entrada, de tal manera que mantenga el valor de salida deseado.
Antes de introducirnos en el estudio de los sistemas de control, debemos conocer una serie de definiciones y términos que vamos a utilizar en el desarrollo de los apartados del tema.
-Planta: Conjunto de componentes y piezas que van a tener un determinado objetivo.
-Proceso: Conjunto de operaciones que se van a suceder y que van a tener un fin determinado.
-Sistema: Combinación de componentes que actúan juntos para realizar el control.
-Perturbaciones: Todas las señales indeseadas que intervienen de forma ad-versa en el funcionamiento de un sistema. Pueden ser internas si se generan dentro del sistema, o externas si se generan fuera del sistema y constituyen una entrada.
-Entrada de mando: Señal excitadora del sistema que es independiente de la salida del mismo.
-Selector de referencia: Elemento que se coloca para tener una referencia. Unidad que establece el valor de la entrada de referencia. Se calibra en función del valor deseado en la salida del sistema.
-Entrada de referencia: Señal producida por el selector de referencia.
-Unidad de control: Unidad que reacciona con una señal activa para producir la salida deseada. Realiza el trabajo de gobernar la salida.
-Salida: Cantidad que debe mantenerse en un valor fijado de antemano. Se considera la variable gobernada.
-Sistema de control en bucle abierto: Sistema en el que la salida no tiene in-fluencia sobre la entrada.
-Elemento de realimentación: Unidad que facilita medios para aumentar o disminuir la señal de salida.
-Señal activa: Señal que es la diferencia entre la señal de entrada de rete-cia y la salida realimentada.
-Sistema de control de bucle cerrado: Sistema en el que la salida afecta a la entrada, de tal manera que mantenga el valor de salida deseado.
CARACTERISTICAS DE UN SISTEMA DE CONTROL:
1. Señal de Corriente de Entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía externa con el propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.
2. Señal de Corriente de Salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada.
3. Variable Manipulada: Es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuesta deseada. Es decir, se manipula la entrada del proceso.
4. Variable Controlada: Es el elemento que se desea controlar. Se puede decir que es la salida del proceso.
5. Conversión: Mediante receptores se generan las variaciones o cambios que se producen en la variable.
6. Variaciones Externas: Son los factores que influyen en la acción de producir un cambio de orden correctivo.
7. Fuente de Energía: Es la que entrega la energía necesaria para generar cualquier tipo de actividad dentro del sistema.
8. Retroalimentación: La retroalimentación es una característica importante de los sistemas de control de lazo cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables del sistema. Dependiendo de la acción correctiva que tome el sistema, este puede apoyar o no una decisión, cuando en el sistema se produce un retorno se dice que hay una retroalimentación negativa; si el sistema apoya la decisión inicial se dice que hay una retroalimentación positiva.
La Ingeniería en los Sistemas de Control: Los problemas considerados en la ingeniería de los sistemas de control, básicamente se tratan mediante dos pasos fundamentales como son:
-El análisis.
-El diseño.
En el análisis se investiga las características de un sistema existente. Mientras que en el diseño se escogen los componentes para crear un sistema de control que posteriormente ejecute una tarea particular. Existen dos métodos de diseño:
-Diseño por análisis.
-Diseño por síntesis.
El diseño por análisis modifica las características de un sistema existente o de un modelo estándar del sistema y el diseño por síntesis en el cual se define la forma del sistema a partir de sus especificaciones.
La representación de los problemas en los sistemas de control se lleva a cabo mediante tres representaciones básicas o modelos:
-Ecuaciones diferenciales, integrales, derivadas y otras relaciones matemáticas.
-Diagramas en bloque.
-Gráficas en flujo de análisis.
Los diagramas en bloque y las gráficas de flujo son representaciones gráficas que pretenden el acortamiento del proceso correctivo del sistema, sin importar si está caracterizado de manera esquemática o mediante ecuaciones matemáticas. Las ecuaciones diferenciales y otras relaciones matemáticas, se emplean cuando se requieren relaciones detalladas del sistema. Cada sistema de control se puede representar teóricamente por sus ecuaciones matemáticas. El uso de operaciones matemáticas es patente en todos los controladores de tipo P, PI y PID, que debido a la combinación y superposición de cálculos matemáticos ayuda a controlar circuitos, montajes y sistemas industriales para así ayudar en el perfeccionamiento de los mismos.
Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control"
CONTROL EN LAZO ABIERTO
Sistemas de control en lazo abierto son sistemas en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control, o dicho de otra forma, son aquellos en los que la señal de salida no tiene influencia sobre la señal de entrada, tal como podemos ver en la siguiente Figura.
La variable que deseamos controlar puede diverger considerablemente del valor deseado debido a las perturbaciones externas, por lo que, en este tipo de sistemas interesa una gran calibración de los componentes que forman las di-versas etapas, así como la no existencia de dichas perturbaciones.
La variable que deseamos controlar puede diverger considerablemente del valor deseado debido a las perturbaciones externas, por lo que, en este tipo de sistemas interesa una gran calibración de los componentes que forman las di-versas etapas, así como la no existencia de dichas perturbaciones.
Por ejemplo, si queremos mantener constante la temperatura de una habitación, esta temperatura es la variable física de entrada que interesa controlar.
El control sobre el proceso puede ser efectuado de varias formas; una de las más usuales responde al diagrama de bloques de la Figura anterior.
CONTROL EN LAZO CERRADO
Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:
- Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.
- Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz de manejar.
- Vigilar un proceso es especialmente duro en algunos casos y requiere una atención que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.
Sus características son:
-Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.
-La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.
-Su propiedad de retroalimentación.
-Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas.
Un ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado sería el termotanque de agua que utilizamos para bañarnos. Otro ejemplo sería un regulador de nivel de gran sensibilidad de un depósito. El movimiento de la boya produce más o menos obstrucción en un chorro de aire o gas a baja presión. Ésto se traduce en cambios de presión que afectan a la membrana de la válvula de paso, haciendo que se abra más cuanto más cerca se encuentre del nivel máximo.
Sugiero que visiten las siguientes paginas, son muy didacticas les permitira aclarar algunos conceptos:
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