Separata 02 AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES

AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES
FIEE - UNAC
VÍCTOR GUTIÉRREZ TOCAS
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Procesos. Definición. Evolución. Clasificación. Control y automatización.
El sistema es un conjunto de elementos, interrelacionados entre sí, los cuales se caracterizan
por poseer unos parámetros que los definen, y por mostrar unas condiciones físicas asociadas,
susceptibles de evolucionar con el tiempo.
Los parámetros característicos, específicos de cada elemento, son considerados normalmente
constantes e invariables con el tiempo y se les denomina parámetros del sistema. Las condiciones
físicas de cada componente, cambiantes con el tiempo, determinan el estado del sistema en todo
momento, y se expresan mediante las denominadas variables del sistema. Sus magnitudes y su
evolución viene regidas por leyes específicas, en función del tiempo, de la configuración de los
componentes y de los parámetros de los mismos.
Proceso es el conjunto de fases sucesivas de fenómenos. Para el caso de Un Proceso Industrial es
la secuencia ordenada de operaciones o acciones que conducen a un objetivo productivo.
Dicho de otro modo, un proceso es un conjunto de equipos o dispositivos, ya sean mecánicos,
eléctricos, físicos, químicos, térmicos, o de cualquier índole, dispuestos de tal modo que puedan
realizar las operaciones necesarias con el fin de lograr un determinado objetivo. Un proceso
corresponde a un conjunto de variables y parámetros, posiblemente interrelacionados.
Los procesos que se realizan pueden ser:
Continuos, con un flujo ininterrumpido de materias a través de los mecanismos de
transporte y transformación (transportes de cinta, secadores, evaporadores, hornos, etc.)
Discretos o discontinuos (batch), con un flujo intermitente de materias, tal como ocurre en
la manufactura.
Los procesos también son:
Dinámicos.- caracterizados por variables dependientes en tiempo y espacio (Ej. Procesos
químicos), naturaleza de las ecuaciones que la modelan: algebraicas
Secuenciales.- caracterizados por secuencia de eventos aislados entre si, dependientes o no (Ej.
Secuencia de operación de máquinas, laminadores, etc.), naturaleza de las ecuaciones que la
modelan: booleanas
De objetos.- caracterizados por las alteraciones en el estado o posición de objetos, identificados
individualmente. (Ej. Línea de producción, cambio del estado y posición de los objetos), naturaleza
de las ecuaciones que la modelan: estocásticas
Las variables, cuando son detectadas, permiten las informaciones respecto a los procesos.
Los parámetros, cuando son alterados externa o internamente, influencian en el comportamiento de
las variables.
El objetivo del control automático de procesos es mantener en determinado valor de operación o
punto de referencia, las variables del proceso tales como: Temperatura, presión, flujo, nivel, etc.
Este punto de consigna, llamado también punto de referencia, valor de referencia, configuración
inicial, set point, setup, entre otras denominaciones es con el que se comparan las señales que
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llegan al controlador y en función de ella se toma alguna acción para ajustar dicha señal a este valor
del punto de consigna mediante los actuadores
Control: Es un conjunto de procedimientos o actuaciones que producen la acción y desempeño
deseados en un proceso.
El sistema de control lo
conforman los sensores de las
perturbaciones, el controlador,
y los actuadores. El sistema
controlado es aquel conjunto
formado por el proceso y el
sistema de control.
Malla
Abierta
Actuación fija,
independientemente de
perturbaciones
Control
Malla
Cerrada
Son de dos grandes tipos: el
control manual y el control
automático, pueden ser a su
vez de malla abierta o malla
cerrada.
Varía su actuación según algún
criterio depende de perturbación
(realimentación)
CONFIGURACIÓN BÁSICA DEL CONTROL
Dentro de los sistemas automáticos se ubican los controladores de diferentes tipos que actúan solo
con las señales de los sensores o actuadores o también los que además son influenciados por
aspectos externos como programas y sistemas inteligentes.
Flujo de
materiales
Materiales
Flujo de
energía
..
Actuador
PROCESO
Medidor
Flujo de
señales
Instrumento
CONTROL MANUAL
Materiales
Actuador
PROCESO
Medidor
Instrumento
Controlador
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CONTROL AUTOMATICO POR REALIMENTACIÓN
Materiales
Actuador
Medidor
PROCESO
Controlador
Programa
CONTROL POR PROGRAMA
Materiales
Actuador
PROCESO
Controlador
Procesamiento de
datos
Criterios de
calidad
AUTOMATIZACIÓN
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Medidor
EJEMPLOS DE SISTEMAS Y CONTROL
Entrada
Salida
Entrada
Salida
Motor
Energia
Electrica
Termometro
Temperaratura
Rotacion
Sistema
Sistema de medicion
Entrada
Temperaratura
requerida
Salida
Sistema de
calefaccion central
Temperaratura
requerida
Numero en
una escala
Temperatura en el
valor establecido
Sistema de control de
temperatura del
cuerpo
Temperatura
del cuerpo
Sistema de control
Retroalimentacion de datos sobre la
temperatura real
Sistema de control por retroalimentacion de Tº
Posicion requerida
de la mano
Sistema de control
para la poscion y mov.
de la mano
La mano avanzando
hacia el lapiz
Retroalimentacion de datos sobre la
posicion
Sistema de control por retroalimentacion para tomar un lapiz
Entrada
Salida
Interruptor
Decision de
encender o
apagar
Alimentacion
electrica
Calentador electrico
Cambio de Tº
Calefaccion de una habitacion: SISTEMA EN LAZO ABIERTO
Entrada
Elemento de
comparacion
+
Temperatura
deseada
Salida
Interruptor
-
Alimentacion
electrica
señal de
desviacion
Calentador electrico
Temperatura
constante
Dispositivo de
medicion
Retroalimentacion de señal de temperatura
Calefaccion de una habitacion: SISTEMA EN LAZO CERRADO
Variable controlada: Temperatura de la habitacion
Valor de referencia: Temperatura deseada de la habitacion
Elemento de comparacion: Persona que compara el valor medido y el valor de la Tº deseada
Señal de error: Diferencia entre temperaturas medida y deseada
Unidad de control: La persona
Unidad de correccion: Interruptor del calentador
Proceso: calentamiento por calefactor
Dispositivo de medicion: Termometro.
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EJEMPLOS DE SISTEMAS DE CONTROL
Entradas
Controlador
Reloj
Elementos de
correccion
Programa
Proceso
Salidas
Unidad
de
Control
Bomba
Valvula
Calentador
Nivel del agua
Tambor
de la
lavadora
Motor
Temperatura de agua
Velocidad de Tambor
Puerta Cerrada
Retroalimentacion de las salidas del nivel de agua, temperatura del agua, velocidad de tambor y puerta cerrada
CONTROL SECUENCIAL DE UNA LAVADORA DE ROPAS
Entradas
Salidas
Controlador
Interruptor General
Al avance pelic.
Boton disparador
Solenoide
Prueba baterias
Sensor de
distancia
Interfaz
Sensor de luz
Interfaz
Unidad
de
Control
basada en
microprocesador
Motor avanza
pelicula
Actuador, abre
obturador
Actuador, cierra
obturador
Solenoide
M
A la posicion
A la apertura
codific. posic. lente
M
M
Motor a pasos
Motor a pasos
Displaya datos
ELEMENTOS BASICOS DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA CAMARA FOTOGRAFICA AUTOMATICA
Velocidad del motor
Tiempo de la bujia
Solenoide para mezcla de aire con
combustible
Posicion del eje del cigueñal
Retroalimentacion del tiempo de encendido
Temperatura del motor
Unidad
de
Control
basada en
microprocesador
Valvula de inyeccion de combustible
Posicion del acelerador de gasolina
Flujo masico del aire
ELEMENTOS BASICOS DEL SISTEMA DE MANDO DE UN MOTOR GASOLINERO
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