SISTEMA DE CONTROL DE
PROCESOS
Son dispositivos diseñados para centralizar la recolección de
los datos de
los procesos en una planta, ejecutar programas de control y
realizar acciones sobre
los procesos en forma autónoma, a través de interconexiones con la
instrumentación y con otros dispositivos de supervisión y control.
Los más comunes son los Controladores Lógicos programables (PLC)
IHM (Gp:) Instrumentación de Planta (Gp:) PLANTA (Gp:) I (Gp:) O (Gp:) I (Gp:)
O (Gp:) Infraestructura Física de Planta Controlador Lógico Programable
PLC Telecomunicaciones Supervisión
a Distancia (Scada) Configuración y Programación RTU PID DCS Sistemas de
Control Distribuido PLC
VARIABLE
Una variable es
aquello que varía o puede variar. Se trata de algo inestable, inconstante y
mudable. En otras palabras, una variable es un símbolo que
representa un elemento no especificado de un conjunto dado. Es la cantidad o
condición que se mide y se controla, las variables controladas más comunes son
la posición, peso, velocidad, temperatura, presión, nivel, flujos. La variable
se refiere a todo lo controlable en un proceso.
VARIABLE MANIPULADA
La señal
de control o variable manipulada es la cantidad o condición que el controlador
modifica para afectar el valor de la variable controlada. Normalmente, la
variable controlada es la salida del sistema. Controlar significa medir el
valor de la variable controlada del sistema y aplicar la variable manipulada al
sistema para corregir o limitar la desviación del valor medido respecto del
valor deseado.
PERTURBACIÓN
Una
característica importante de los sistemas de control es la capacidad de reducir
los efectos inferidos por las perturbaciones o disturbios. Se debe diferenciar
entre las perturbaciones del proceso y las perturbaciones en la medición.
Las
perturbaciones del proceso, son aquellas que afectan el control del proceso.
Dan siempre fluctuaciones en la señal de salida del proceso, no importando si
el sistema está realimentado o no. Normalmente es una tarea primordial del
sistema de control el que los disturbios tengan tan poco efecto negativo como
sea posible en la señal de salida
REPETITIVIDAD
Repetitividad indica el porcentaje de variabilidad
o desviación presente que puede presentarse en los instrumentos de medición
empleado durante el experimento. Se apoya en la
estadística para evaluar la dispersión en los resultados obtenidos tras un
experimento. Es recrear exactamente todos los resultados a partir de los datos
originales.
Por ejemplo: El operador 1 mide una
parte con un sistema de medición A 20 veces y luego mide la misma parte con el
sistema de medición B.
La
línea continua representa las mediciones con el sistema de medición A. La línea
de trazo interrumpido representa las mediciones con el sistema de medición B.
El sistema de medición A presenta menos variación, lo que significa que es más
repetible que el sistema de medición B.
EXACTITUD
Es la capacidad de un instrumento
de acercarse al valor de la magnitud real, es decir, la cercanía del valor
experimental obtenido con el valor exacto de una medida.
Por
ejemplo: Si los resultados obtenidos son similares entre si y además se acercan
al valor real se puede decir que el instrumento de medición es preciso y
exacto.
PRECISIÓN
En ciencia, ingeniería, industria
y estadística se denomina precisión a la capacidad de un instrumento de dar el
mismo resultado en mediciones diferentes realizadas de la misma manera.
Por
ejemplo: El más preciso no siempre es el más exacto. Como se observa en la
figura, si bien los resultados son similares entre si, no se acercan al valor
verdadero.
LINEALIDAD
Expresa lo
constante que resulta la sensibilidad del sensor o aparato de medida. Una
sensibilidad constante (alta linealidad) facilita la conversión del valor leído
al valor medido.
A la máxima
desviación con respecto a la recta proporcional se le denomina alinealidad y
está dada en porcentaje:
INCERTIDUMBRE
Es el parámetro
asociado con el resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los
valores que podrían ser razonablemente atribuidos al valor a medir. El valor de
incertidumbre incluye componentes procedentes de efectos sistemáticos en las
mediciones, debido a componentes que se calcula a partir de distribuciones
estadísticas de los valores que proceden de una serie de mediciones y valores
que se calculan a partir de funciones de densidades de probabilidad basadas en
la experiencia u otra información.
Ejemplo tras el
proceso de calibración de la incertidumbre de medida se debe indicar el
certificado de calibración, que deberá ser correctamente comprendido e
interpretado.
CONTROLADOR
El controlador es una componente del sistema de
control que detecta los desvíos existentes entre el valor medido por un sensor
y el valor deseado “set point”, programado por un operador; emitiendo una señal
de corrección hacia el actuador como se observa en la figura.
Un controlador es un bloque electrónico encargado
de controlar uno o más procesos. Al principio los controladores estaban
formados exclusivamente por componentes discretos, conforme la tecnología fue
desarrollándose se emplearon procesadores rodeados de memorias, circuitos de
entrada y salida. Actualmente los controladores integran todos los dispositivos
mencionados en circuitos integrados que conocemos con el nombre de
micro-controladores. Los controladores son los instrumentos diseñados para
detectar y corregir los errores producidos al comparar y computar el valor de
referencia o “Set point”, con el valor medido del parámetro más importante a
controlar en un proceso
ACTUADOR
Un
actuador es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar
fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca
el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión
hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide).
Dependiendo del origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”,
“hidráulico” o “eléctrico”.
ELEMENTO FINAL DE CONTROL
Los
elementos finales de control son mecanismos que modifican el valor de una
variable que ha sido manipulada como respuesta a una señal de salida desde un
dispositivo de control automático; es decir, se encarga de manipular alguna
característica del proceso según lo ordenado por el controlador. Según el tipo
de proceso, hay dispositivos que reciben señales de control del tipo discretas,
tipo batch o continuas.
Industrialmente
lo más común es que la variable manipulada por estos dispositivos sea un
caudal, el elemento de control de más amplia difusión es la válvula y por ello
se hará énfasis en éste.
Las
válvulas funcionan según el teorema de Bernoulli, el cual describe que el flujo
a través de un orificio como:
SENSOR
Un sensor es
un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o estímulos
externos y responder en consecuencia. Estos aparatos pueden transformar las
magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas.
Lo cual
encontramos los siguientes tipos de sensores:
- Sensores de
posición.
- Sensores de contacto.
- Sensores por ultrasonido.
- Sensores de movimiento.
- Sensores de deslizamiento.
- Sensores de velocidad.
- · Sensores de aceleración.
TRANSMISOR
Los transmisores son
instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un
instrumento receptor, tal como un: indicador, registrador, controlador o una
combinación de éstos. Un sistema transmisor consiste generalmente en:
- · Un elemento primario o detector de variaciones de la magnitud a medir.
- · El elemento transmisor, algunas veces lleva incorporado el elemento detector.
- El elemento receptor de las distintas magnitudes de la variable a medir (indicador, registrador, totalizador, etc.).
TRANSDUCTOR
Un transductor es
un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía
de entrada, en otra diferente a la salida. Generalmente se trata de un
dispositivo utilizado para convertir un fenómeno físico en una señal eléctrica
o neumática.
También se podría llamar
transductor al conjunto sensor-transmisor, pues toma la magnitud del proceso y
la traduce a una señal normalizada para el sistema de control.
ACONDICIONADOR
Un acondicionador de señales es un dispositivo
que convierte un tipo de señal electrónica en otro tipo de señal. Su uso
principal es convertir una señal que puede ser de difícil lectura mediante
instrumentación convencional en un formato que se puede leer más fácilmente. Al
ejecutar esta conversión ocurren numerosas funciones.
MICRO CONTROLADOR
Un
microcontrolador es un circuito integrado digital que puede ser usado para muy
diversos propósitos debido a que es programable. Está compuesto por una unidad
central de proceso (CPU), memorias (ROM y RAM) y líneas de entrada y salida
(periféricos).
Un
microcontrolador puede usarse para muchas aplicaciones algunas de ellas son:
manejo de sensores, controladores, juegos, calculadoras, agendas, avisos
lumínicos, secuenciador de luces, cerrojos electrónicos, control de motores,
relojes, alarmas, robots, entre otros. El límite es la imaginación.
REGISTRADOR
El
registrador es un dispositivo tecnológico el cual proporciona una imagen
gráfica del comportamiento de alguna variable dinámica de proceso, tal como la
presión, el nivel, la temperatura, la potencia eléctrica, humedad, pH, y flujo
entre muchas otras. Es considerado un instrumento muy importante para los
operadores de las plantas de procesos industriales pues mide, indica, registra
e incluso controla un proceso desatendido por varios días.
CONVERTIDOR
El
convertidor de señales sirve para convertir señales eléctricas unitarias, p.
ej.: 4 … 20 mA en 0,2 … 1 bar (3 ... 15 psi). Con ello constituye un vínculo
entre los sistemas eléctricos-electrónicos y los sistemas neumáticos. Las
señales se convierten analógicamente mediante un principio de comparación de
fuerzas patentado.
CIRCUITO ABIERTO O LAZO
ABIERTO
Son
los sistemas en los cuales la salida no afecta la acción de control. En un
sistema en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla
con la entrada.
En
cualquier sistema de control en lazo abierto, la salida no se compara con la
entrada de referencia. Por tanto a cada entrada de referencia le corresponde
una condición operativa fija; como resultado, la precisión del sistema depende
de la calibración. Ante la presencia de perturbaciones, un sistema de control
en lazo abierto no realiza la tarea deseada. En la práctica, el control en lazo
abierto sólo se utiliza si se conoce la relación entre la entrada y la salida y
si no hay perturbaciones internas ni externas. Es evidente que estos sistemas
no son de control realimentado.
ELEMENTOS
BÁSICOS
1.
Elemento de control: Este elemento determina qué acción se va a tomar dada una
entrada al sistema de control.
2.
Elemento de corrección: Este elemento responde a la entrada que viene del
elemento de control e inicia la acción para producir el cambio en la variable
controlada al valor requerido.
3.
Proceso: El proceso o planta en el sistema en el que se va a controlar la
variable.
CIRCUITO CERRADO O 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 difícil 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. Esto 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.
