Electrónica Industrial y Controles (TEEL 2061-001)

Electrónica Industrial y Controles (TEEL 2061-001)
Introducción
La revolución industrial ocurrió al substituirse la producción de un sólo artículo a la vez
por la producción en masa, o en serie. Esto fue posible gracias al invento de la
maquinaria de vapor. Eventualmente, el motor eléctrico y los sistemas hidráulicos
reemplazaron a las máquinas de vapor y se desarrollaron los sistemas automáticos de
control industrial.
Clasificación de controles en la industria:
1. Controles de movimiento y
2. Controles de procesos
1. Controles de movimiento
Se conocen también como servomecanismos y tienen tres características comunes:
a. Controlan la posición, velocidad o aceleración de un mecanismo,
b. Miden el movimiento o la posición del mecanismo, y
c. Tienen respuesta casi inmediata (de segundos o minutos)
Un tipo de controles de movimiento son los robots que abundan en las líneas de
producción de automóviles. También se encuentran en los satélites de
comunicaciones para modificar la dirección de las antenas.
2. Controles de procesos:
Lo que se controla son algunas variables físicas o químicas tales como: temperatura,
presión, caudal, nivel de algun líquido en un tanque, pH (acidez), humedad, o
composición química.
Estos controles pueden ser secuenciales o continuos
a. Controles de procesos secuenciales (“batch processing”)
Se refieren a operaciones diversas que se ejecutan en cierto orden y por
intervalos de tiempo definidos, con el propósito de producir un artículo. Tal
sería el caso de una fábrica de galletas en donde los diversos procesos
consisten en mezclar los ingredientes uno a uno en diferentes momentos.
b. Controles de procesos continuos
Son aquellos en donde varias operaciones están siendo ejecutadas y
controladas al mismo tiempo. Existe una entrada de materiales que los recibe
continuamente, y una salida de los productos manufacturados, también
contínua. Un ejemplo es la producción de papel.
Los sistemas de controles pueden ser a lazo abierto o a lazo cerrado. Los primeros son
manuales pues requieren que una persona ejecute una acción que indique al sistema qué
hacer. Los segundos son automáticos y operan sin interrupción, ni participación externa.
En la figura 1 se muestra un sistema a lazo abierto. Para mantener constante el nivel del
agua en el tanque es necesario que una persona accione la válvula cuando el caudal
cambie. En la figura 2 se muestra un sistema a lazo cerrado en donde la válvula se abre o
cierra automáticamente, de acuerdo con las variaciones de nivel, para mantenerlo
constante
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Figura 1. Ejemplo de un sistema a lazo abierto
Figura 2. Ejemplo de un sistema a lazo cerrado
Elementos constituyentes de los sistemas a lazo abierto y a lazo cerrado
La figura 3 muestra los elementos de un sistema a lazo cerrado. Cada bloque representa
un elemento del sistema y ejecuta una función en la operación de control. Las líneas entre
los bloques muestran las señales de entrada y salida de cada elemento, y las flechas, la
secuencia de acciones en el orden en que ocurren.
Variable controlada. Se refiere a la variable cuyo valor debe mantenerse igual al de
referencia, durante el proceso
Variable medida. Es el valor de la variable que se desea controlar. Para hacerlo, es
necesario conocer su valor en el proceso y compararlo con el valor de referencia.
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Figura 3. Diagrama de los componentes de un sistema de control a lazo cerrado
Instrumento de medida. Mide la variable que deseamos controlar y produce una señal de
salida que especifica el valor de esta variable. No existe en sistemas a lazo abierto
Señal de retroalimentación. Es la salida del instrumento de medida. No existe en los
sistemas a lazo abierto
Valor de referencia (“Set point”). Es el valor deseado de la variable controlada
Detector de error. Compara el valor de referencia con el valor medido de la variable
controlada
Señal de error. Es la salida del detector de error. Provee el valor de la diferencia entre el
valor deseado y el medido
Controlador. Recibe la señal de error y produce los ajustes necesarios para minimizarla
Actuador. Es un aparato o instrumento que ejecuta las acciones que conducen a la
variable controlada a adquirir el valor de referencia
Variable manipulada. Es la variable que se manipula para cambiar las condiciones de la
variable controlada. En un horno, la válvula del gas se abre o cierra para cambiar el valor
del flujo de gas que alimenta al quemador. Si el flujo aumenta, lo hace también la
temperatura, que es la variable controlada.
Proceso de manufactura. Es el que culmina con la producción del artículo deseado
Perturbación. Es cualquier factor responsable de cambiar el valor de la variable
controlada y que está fuera del control del sistema
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