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.
Variable
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.
Repetibilidad
Se entiende por
repetibilidad que un estudio, suceso o proceso puede ser reproducible si es posible recrear
exactamente todos los resultados a partir de los datos originales.
Exactitud
La exactitud fidelidad de
un dato, medida, cálculo, etc. Es la capacidad de un instrumento para acercarse
al valor de la magnitud real, en otras palabras la exactitud se refiere a cuán cerca del valor
real se encuentra el valor medido.
Precisión
La precisión es un dato
totalmente relevante, especialmente para la investigación en ámbito de los
cuales los resultados se expresan con un número y un rango de error estimado,
es decir que se indica una zona de la cual el verdadero valor tiene que estar
dentro de tales parámetros.
Linealidad
Se dice que un sistema es lineal, cuando cumple con el criterio siguiente:
Si una entrada X produce una salida X, y una
entrada Y produce una salida Y, entonces una entrada X+Y producirá X+Y. En
otras palabras, el sistema maneja dos entradas simultáneas de manera
independiente y esas no interactuan en el sistema. Esos criterios implican el
hecho que un sistema lineal no producirá frecuencias de salida, que no esten presentes
en la entrada.
Observen que no hay nada en estos criterios que diga
que la salida del sistema es la misma que la entrada, o que la salida se parece
a la entrada. Por ejemplo la entrada podrìa ser una corriente eléctrica y la
salida podria ser una temperatura. En el caso de estructuras mecánicas como
máquinas consideraremos la entrada como una fuerza vibratoria y la salida como
la vibración medida.
Incertidumbre
Uno de los aspectos
interesantes del concepto de incertidumbre de medida es la posibilidad de
aumentar la calidad de medida y ayudar a comprender su resultado. Cuando hay un
margen de duda sobre una medida es necesario preguntar: ¿Cuán grande es el
margen o intervalo? ¿Cuál es el nivel de confianza? ¿Cómo estamos de seguros de
que el valor verdadero de la medida esté dentro del intervalo?
Además, 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
control es un área de la ingeniería y forma parte de la Ingeniería de Control. Se centra en
el control de los sistemas dinámicos mediante el principio de la realimentación,
para conseguir que las salidas de los mismos se acerquen lo más posible a un
comportamiento predefinido. Esta rama de la ingeniería tiene como herramientas
los métodos de la teoría de sistemas matemática.
Un actuador es un dispositivo capaz
de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un
proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado.
Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera
la orden para activar un elemento final de control, como por ejemplo una
válvula. Son los elementos que influyen directamente en la señal de salida del
automatismo, modificando su magnitud según las instrucciones que reciben de la
unidad de control.
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. Los elementos finales de control pueden ser una válvula de control,
variadores de frecuencia y motores eléctricos, una servoválvula, un relé,
elementos calefactores de carácter eléctrico o un amortiguador. Ya que
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.
Sensor
Un sensor es todo aquello que tiene
una propiedad sensible a una magnitud del medio, y al variar esta magnitud
también varia con cierta intensidad la propiedad, es decir, manifiesta la
presencia de dicha magnitud, y también su medida.
Un sensor en la industria es un
objeto capaz de variar una propiedad ante magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas con un transductor en variables
eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: intensidad
lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión,
desplazamiento, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc.
El transmisor es un
instrumento que capta la variable en proceso y la transmite a distancia a un
instrumento indicador o controlador. Es un equipo que emite una señal, código o
mensaje a través de un medio.
TRANSDUCTOR
Los
transductores son aquellas partes de una cadena de medición que transforman una
magnitud física en una señal eléctrica. Los transductores son especialmente
importantes para que los medidores puedan detectar magnitudes físicas. Normalmente, estas
magnitudes, como por ejemplo temperatura, presión, humedad del
aire, presión sonora, caudal, o luz, se convierten en una señal
normalizada. Las ventajas de la transformación son por un lado la flexibilidad,
ya que muchos medidores soportan la transformación de señales normalizadas. Por
otro lado, las magnitudes medidas pueden ser leídas a grandes distancias sin
prácticamente pérdida alguna.
ACONDICIONADOR
Cuando se
habla de acondicionadores de señal, electrónicas de acondicionamiento o
convertidores de señal, hablamos de lo mismo, un eslabón más de la cadena de
medida. Hay sensores que pueden llevar o no electrónica incorporada,
dependiendo de ésta electrónica y según el tipo de señal de salida que tenga,
así como donde vayamos a conectar su señal, se ha de elegir un tipo u otro de
acondicionador de señal.
Los
acondicionadores de señal o electrónicas de acondicionamiento típicos son una
caja que integra la electrónica y tiene sus conectores o bornes de señal de
entrada, procedente del sensor, y otros para la señal de salida ya amplificada
o tratada.
Otro
formato, es el de los visualizadores, que en realidad son acondicionadores con
pantalla, donde se muestra el valor medido, en vez de sacar la señal
amplificada o tratada por un conector, lo envía a la pantalla para que se pueda
leer. Hay opciones que copian la señal de pantalla a una salida analógica, por
lo que tenemos el valor medido en ambos sitios.
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
Los sistemas de control realimentados se denominan también sistemas de
control de lazo cerrado. En la práctica, los términos control realimentado y
control en lazo cerrado se usan indistintamente.
En un sistema de control en lazo cerrado, se alimenta al controlador la
señal de error de actuación, que es la diferencia entre la señal de entrada y
la salida de realimentación (que puede ser la señal de salida misma o una
función de la señal de salida y sus derivadas o/y integrales) a fin de reducir
el error y llevar la salida del sistema a un valor conveniente. El término
control en lazo cerrado siempre implica el uso de una acción de control
realimentando para reducir el error del sistema.
ELEMENTOS BÁSICOS
1. Elemento de comparación: Este
elemento compara el valor requerido o de referencia de la variable por
controlar con el valor medido de lo que se obtiene a la salida, y produce una
señal de error la cual indica la diferencia del valor obtenido a la salida y el
valor requerido.
2. Elemento de control: Este
elemento decide que acción tomar cuando se recibe una señal de error.
3. Elemento de corrección: Este
elemento se utiliza para producir un cambio en el proceso al eliminar el error.
4. Elemento de proceso: El
proceso o planta, es el sistema dónde se va a controlar la variable.
5. Elemento de medición: Este
elemento produce una señal relacionada con la condición de la variable
controlada, y proporciona la señal de realimentación al elemento de comparación
para determinar si hay o no error.
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