Un sistema de
control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar,
ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de
reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados teóricamente
verdaderos. Por lo general, se usan sistemas de control industrial en procesos de
producción industriales1 para controlar equipos o máquinas.
Existen dos clases comunes
de sistemas de control, sistemas de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. En
los sistemas de control de lazo abierto la salida se genera dependiendo de la
entrada; mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida depende de las
consideraciones y correcciones realizadas por la retroalimentación. Un sistema de lazo cerrado es
llamado también sistema de control con realimentación. Los sistemas de control
más modernos en ingeniería automatizan procesos sobre la base de muchos
parámetros y reciben el nombre de controladores
de automatización programables (PAC).
Objetivos
Los
sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:
1.
Ser estables y robustos frente a perturbaciones y
errores en los modelos.
2.
Ser eficiente según un criterio preestablecido
evitando comportamientos bruscos e irreales.
Necesidades
de la supervisión de procesos
·
Limitaciones de la visualización de los sistemas de
adquisición y control.
·
Control vs monitoreo del proceso
·
Minería de datos.
·
Clasificación de los sistemas de control según su
comportamiento y medición:
Control:
selección de las entradas de un sistema de manera que los estados o salidas
cambien de acuerdo a una manera deseada. Los elementos son:
·
Siempre existe para verificar el logro de los
objetivos que se establecen en la planeación.
·
Medición. Para controlar es imprescindible medir y
cuantificar los resultados.
·
Detectar desviaciones. Una de las funciones
inherentes al control, es descubrir las diferencias que se presentan entre la
ejecución y la planeación.
·
Establecer medidas correctivas. El objeto del
control es prever y corregir los errores.
·
Factores de control; Cantidad, Tiempo, costo,
Calidad.
Controlador: (Electrónica). Es un dispositivo
electrónico que emula la capacidad de los seres humanos para ejercer control.
Por medio de cuatro acciones de control: compara, calcula, ajusta y limita.
Proceso:
operación o desarrollo natural progresivamente continúo, marcado por una serie
de cambios graduales que se suceden uno al otro en una forma relativamente fija
y que conducen a un resultado o propósito determinados. Operación artificial o
voluntaria progresiva que consiste en una serie de acciones o movimientos
controlados, sistemáticamente dirigidos hacia un resultado o propósito
determinados. Ejemplos: procesos químicos, económicos y biológicos.
Supervisión: acto de
observar el trabajo y tareas de otro (individuo o máquina) que puede no conocer
el tema en profundidad.
Control
de Lazo abierto
Se dice
que un sistema o planta está a lazo abierto cuando las entradas no son
afectadas o modificadas por los valores en las salidas de la planta. Un ejemplo
de este tipo de sistemas de control puede ser calentador de agua que
usamos a diario en nuestras casas. Tomemos un calentador eléctrico.
Cuando lo conectamos a la red de energía eléctrica y lo encendemos, cuando
abrimos la llave del agua, esta comienza a pasar a través de una resistencia
eléctrica la cual va calentando gradualmente el agua. La temperatura del agua
(unas de las salidas que deseamos controlar) dependerá de la cantidad y
temperatura del agua (dos de las entradas). si nosotros no incrementamos la
potencia de la energía eléctrica o la apertura de la válvula de agua la salida
no cambiará. Así el agua podrá salir más caliente o más fría, pero en
ningún momento las entradas cambiaran dependiendo de la temperatura de salida.
Es aquel en
el que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como
resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada
en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador
para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida
no se convierte en señal de entrada para el controlador.
·
Ejemplo
1: Un tanque con una manguera de
jardín. Mientras que la llave siga
abierta, el agua fluirá. La altura del agua en el tanque no puede hacer que la
llave se cierre y por tanto no nos sirve para un proceso que necesite de un
control de contenido o concentración.
·
Ejemplo
2: Al hacer una tostada, lo que hacemos es controlar
el tiempo de tostado de ella misma entrando una variable (en este caso el grado
de tostado que queremos). En definitiva, el que nosotros introducimos como
parámetro es el tiempo.
Control de lazo cerrado
Ahora
bien, si colocamos un sensor de temperatura dentro del depósito del agua
conoceremos la temperatura del agua en la salida. Podemos instalar un
dispositivo que se encargue de encender y apagar el calentador si el agua está
dentro de un rango de temperatura. Por ejemplo; si deseamos agua a 32º Celsius
podemos colocar un rango de encendido y apagado de 4 grado, por lo tanto si el
agua está por debajo de 30º se enciende el calentador y cuando llegue por
encima de 34º se apaga. Con este simple control On/Off unas de las entradas del
sistemas se modificará dependiendo del valor de la salida. La entrada ha
cambiado, ya no he una señal de encendido y apagado, sino que es una señal de
referencia que tiene el mismo valor fisico que la salida controlada. Observe en
la simulación del calentador de agua que si cambio la referencia, la salida de
sistema intentará seguir a la entrada. Este tipo de sistemas de control se dice
que son realimentados.
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.
·
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.
