AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES FIEE - UNAC VÍCTOR GUTIÉRREZ TOCAS 2 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 1 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 2 CONTROL AUTOMATICO POR REALIMENTACIÓN Materiales Actuador Medidor PROCESO Controlador Programa CONTROL POR PROGRAMA Materiales Actuador PROCESO Controlador Procesamiento de datos Criterios de calidad AUTOMATIZACIÓN 3 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. 4 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 5