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informe relacionado al control automático y manual ...

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Automatización Y control industrial

Control Automático. Historia y características.

NOMBRE: Felipe Andrés Guzmán Otárola CARRERA: Ingeniería en automatización y control industrial ASIGNTATURA: Instrumentación industrial. PROFESOR: Ing. Cesar Alejandro Álvarez Álvarez. FECHA:

Automatización Y control industrial

Índice 1

Introducción....................................................................................................................................... 3

2

Analizar la evolución histórica del control automático......................................................4 2.1

3

4

Breve historia................................................................................................................................. 4

Características generales de las tecnologías manuales y automáticas del control.5 3.1

Control Manual.............................................................................................................................. 5

3.2

Control Automático........................................................................................................................ 5

Componentes que conforman el lazo de control ya sea automático y manual........6 4.1

Control Manual (lazo abierto)........................................................................................................6

4.1.1

Elemento de control............................................................................................................... 6

4.1.2

Elemento de corrección.......................................................................................................... 6

4.1.3 4.2

Proceso................................................................................................................................... 6

Control Automático (lazo cerrado).................................................................................................6

4.2.1

Elemento de comparación......................................................................................................6

4.2.2

Elemento de medición............................................................................................................6

5 Analizar cómo han impactado estas tecnologías de control automático y manual en nuestra sociedad............................................................................................................................... 7 5.1 6

Control manual y automático.........................................................................................................7

Lazos de control abiertos y cerrados.......................................................................................8 6.1

Estrategias de control..................................................................................................................... 8

Control realimentado............................................................................................................................. 8 Control por actuadores en paralelo.......................................................................................................8 Control por relación o razón de flujos....................................................................................................8 Controladores en serie o cascada...........................................................................................................8 Control selectivo.................................................................................................................................... 8 Control anticipativo................................................................................................................................8 7 Ejemplos de aplicaciones de lazo abierto y lazo cerrado en el tema industrial, público y doméstico...............................................................................................................................9 7.1 8

Ejemplos......................................................................................................................................... 9

Conclusiones...................................................................................................................................10

1 Introducción A manera de inicio, este informe básicamente presenta la importancia, características, definiciones y ejemplos claros sobre los distintos lazos de control, así como los conceptos generales. Intencionalmente, en este trabajo se evitan tanto el lenguaje técnico como la introducción de ecuaciones; sin embargo, se da gran relevancia a la aplicación práctica mediante las distintas técnicas de control con la finalidad de llevar a cabo la construcción de dos diferentes tipos de controles: el control manual o el control automático, también los conceptos de lazo abierto y lazo cerrado, son explicados y se dan ejemplos claros y se da a conocer un poco de la historia de sus inicios.

2 Analizar la evolución histórica del control automático. 2.1 Breve historia. La historia de la humanidad se puede seguir en base al desarrollo de sus avances tecnológicos y científicos. Se puede considerar que entre los principales descubrimientos o inventos que han revolucionado la forma de vida del hombre están: la invención de la rueda, la construcción de la imprenta, la aparición de la máquina de vapor -que generó la Revolución Industrial-, la electrónica y sus aplicaciones en la informática y la aparición de la red de redes, Internet, como vehículo unificador en nuestra aldea global. El control automático ha desempeñado una función vital en el avance de la ingeniería y la ciencia. El primer trabajo importante en control automático surge a finales del siglo XVIII, y fue el regulador de velocidad centrífugo de James Watt para el control de velocidad de una máquina de vapor. Cuando la máquina de vapor fue inventada y se dio inicio a la Revolución Industrial, se inició paralelamente la necesidad de crear un sistema de control para poder manipular los diferentes parámetros de esta máquina. Un ejemplo de esto fue el desarrollo del regulador de presión con el fin de controlar este parámetro en el sistema. El Control Automático ha tenido un rápido desarrollo en los últimos años. Sin embargo, a lo largo del tiempo ha sufrido un proceso de evolución que se inició en el año 800 a.c., en la civilización griega, donde en el pensamiento del hombre ya estaba vivo el placer de obtener el movimiento por sí mismo, y así lo manifiesta Homero en sus escritos, como La Iliada. Cuatro siglos después, Aristóteles intuía que el automatismo liberaría el trabajo humano cuando cada una de las herramientas pudiese cumplir su tarea obedeciendo una orden o simplemente intuyéndola. A principios del siglo XX, hubo una necesidad industrial de instrumentos capaces de medir, grabar y controlar presiones, temperaturas y otras variables. Desde mediados de 1930, los controladores automáticos eran principalmente de tres tipos: • Relé eléctrico con válvula operada por un solenoide que da una acción de on/off. • Relé eléctrico con válvula operada por un motor: una acción proporcional de banda ancha. • Relé neumático. Se dieron grandes avances en conceptos y procesos de control, entre los cuales se pueden ofrecer algunos ejemplos: • En 1922, Minorsky mostró que la estabilidad puede determinarse a partir de las ecuaciones diferenciales, y da a conocer lo valioso de un controlador PID (Proporcional Integral Derivativo). La función proporcional se conocía desde el comienzo del relé, pero la parte integral no se conoció hasta 1920 y la derivativa en 1930. • Ivanoff fue una de las primeras personas en intentar desarrollar las bases teóricas que apoyarían el análisis y la síntesis de los controladores de temperatura. • Nyquist, en 1932, diseñó un procedimiento simple para determinar la estabilidad en sistemas de lazo cerrado. • C.E. Mason y G.A. Philbrick patentaron en 1934 un controlador que tiene, además de la acción proporcional, la acción integral. Este controlador fue capaz de eliminar el error permanente. • En 1940.G Ziegler y N.B. Nichols ponen en el mercado el primer controlador PID: Fulscope modelo 100.

• En 1936 Ed S. Smith enfatizó en la importancia de usar controladores con parámetros ajustables. Antes de él, los parámetros en los controladores eran fijos

3 Características generales de las tecnologías manuales y automáticas del control. 3.1 Control Manual. Hablamos de control manual toda vez que existe la presencia y la intervención de una persona en la acción de controlar y regular el comportamiento del sistema. Esta persona participa en forma activa, registrando la inspección a través de sus sentidos (vista, olfato, etc.) y actuando con sus manos u otra parte del cuerpo, para llevar al sistema hacia los valores normales. La aplicación de control manual implica: verificación del cumplimiento de determinadas normas a través de los sentidos. La regulación proviene de órdenes que nuestro cerebro envía a los músculos que realizan el manejo de las herramientas.

3.2 Control Automático. El principio de todo sistema de control automático es la aplicación del concepto de realimentación o feedback (medición tomada desde el proceso que entrega información del estado actual de la variable que se desea controlar) cuya característica especial es la de mantener al controlador central informado del estado de las variables para generar acciones correctivas cuando así sea necesario. Este mismo principio se aplica en campos tan diversos como el control de procesos químicos, control de hornos en la fabricación del acero, control de máquinas herramientas, control de variables a nivel médico e incluso en el control de trayectoria de un proyectil militar. La aplicación de control automático implica: verificación del cumplimiento de determinados procesos a través de la información entregada por los sensores (a través de pantallas, graficas, etc.). La regulación proviene del controlador del proceso, que realiza el manejo de las herramientas a partir de señales eléctricas con la cual controla los actuadores.

4 Componentes que conforman el lazo de control ya sea automático y manual. 4.1 Control Manual (lazo abierto). •

Existen elementos básicos que conforman un sistema de control de lazo abierto:

4.1.1 Elemento de control •

Se encarga de procesar las señales de entrada y tomar una decisión para enviarla al elemento de corrección.

4.1.2 Elemento de corrección •

Este elemento es el que produce un cambio en el proceso, por lo regular este bloque se refiere al actuador, ya que tiene la capacidad de hacer cambios físicos en el proceso.

4.1.3 Proceso •

También se le conoce conoce como planta y son todas las características del proceso, por ejemplo, cuánto tiempo tarda en realizarse o cuantas veces se necesita hacer el mismo procedimiento, etc.

4.2 Control Automático (lazo cerrado). •

Este sistema tiene los elementos principales de lazo abierto (Control, corrección y proceso) e incluye dos más.

4.2.1 Elemento de comparación •

Este comparador recibe información de retroalimentación de los cambios que va sufriendo el proceso, y genera una señal de error de el estado actual de la variable con respecto al punto de referencia, para mandarla nuevamente al controlador para que tome una decisión nuevamente

•

Con señal de error se refiere a que manda una señal, de si ya llego al punto de regencia o no ha llegado o también en sistemas más complejos podemos saber cuánto falta para llegar a la meta.

4.2.2 Elemento de medición •

Estos elementos por lo regular son sensores que miden la información del sistema y la retroalimentan al comparador.

5 Analizar cómo han impactado estas tecnologías de control automático y manual en nuestra sociedad. 5.1 Control manual y automático. La importancia del control manual y automático de procesos, en nuestros días, radica en la reducción del costo asociado a la generación de bienes y servicios, ya que produce un incremento en la calidad y volúmenes de producción de una planta industrial, y estabiliza el comportamiento de las variables que participan en los procesos, lo cual repercute en la reducción de consumo de energía y tiempo. Otro beneficio indirecto del control automático radica en la seguridad industrial de los trabajadores y su salud a corto, mediano y largo plazo, reduciendo la rotación de personal y aumentando el tiempo libre en actividades importantes para la empresa. Otro aspecto que no se puede dejar de mencionar es el logro de una vida con más comodidades y enfocada al mantenimiento de la salud. La eliminación de errores y un aumento en la seguridad de los procesos es otra contribución del uso y aplicación de las técnicas de control. Es importante destacar que anterior a la aplicación masiva de las técnicas de control automático en la industria, el hombre aplicaba sus capacidades de cálculo, e incluso su fuerza física, para la ejecución del control de un proceso o máquina asociada a la producción. En la actualidad, gracias al desarrollo y aplicación de las técnicas modernas de control, un gran número de tareas y cálculos asociados a la manipulación de las variables ha sido delegado a computadoras, controladores y mecanismos especializados para el logro de los requerimientos del sistema. El control de procesos requiere, en muchos casos, la intervención de personal humano para conseguir determinados objetivos de alto nivel (seguridad, calidad, producción). La automatización exige que el sistema de control pueda reemplazar al operador en esas tareas –o auxiliarle–, para lo que se precisa gran potencia en el manejo del conocimiento que se tiene del proceso y habilidades específicas (Sanz et al., 1991). En este tipo de situaciones, el control inteligente ofrece perspectivas interesantes, ya que es capaz de suministrar metodologías que permiten realizar, de forma automática, algunas de las tareas realizadas típicamente por el ser humano.

6 Lazos de control abiertos y cerrados. 6.1 Estrategias de control. En el mundo del control automático también existe este concepto, en este caso se denomina estrategia de control y está relacionado con la distribución de los dispositivos o equipos bajo los cuales funciona una máquina o específicamente una aplicación o proceso. A continuación, ampliaremos más este concepto. Estrategias de control: Determina la estructura o circuito que sigue la información o señales en el lazo. Dependiendo de la aplicación (entorno de trabajo, máquina) a gobernar se debe definir el actuar de las variables de proceso (presión, flujo, temperatura, etc,). En función de esta información se incorporarán determinados instrumentos y/o equipos con los cuales se debe lograr la estabilidad en la aplicación o sistema. Estos instrumentos y/o equipos podrán estar en cantidades (varios sensores, varios controladores, etc.) y dispuestos en una jerarquía o circuito específico determinado por el Ingeniero de proceso. Por lo general cada entorno de trabajo tiene sus estrategias establecidas. Ejemplos de estrategias de control típicas pueden ser:

Control realimentado: aplicación más usual; se mide en la salida del lazo o circuito y luego se actúa sobre el dispositivo salida.

Control por actuadores en paralelo: para alcanzar rápidamente el valor de setpoint; se incorporan varios dispositivos de salida (actuadores).

Control por relación o razón de flujos: para efectuar mezclas exactas entre determinados productos; se determina una razón de medida entre los productos en el controlador general. Lo usual es 2 sensores y un actuador.

Controladores en serie o cascada: en este caso existe un controlador para la variable principal y otro para la variable secundaria; la idea general es analizar y mejorar la dinámica de la variable manipulada (que es muy inestable) en perjuicio de la variable principal.

Control selectivo: seguridad para el entorno de terreno y para el operario. Idea general; trabajar en los rangos de seguridad para las variables

Control anticipativo: se mide una o varias variables de entrada en el lazo y en función de estos datos se determina el trabajo del actuador. Cabe destacar que las estrategias son aplicables a cualquier variable siempre y cuando el actuar de la operación sea lógico.

7 Ejemplos de aplicaciones de lazo abierto y lazo cerrado en el tema industrial, público y doméstico. 7.1 Ejemplos Ej. Industrial

Ej. publico

Ej. domestico

Lazo abierto

Regadío de Plantaciones

Semáforo

Lavadora

Lazo cerrad o

Control de temperatura en un estanque

Puestas automáticas (centros comerciales)

Climatizador de un auto (no aire acondicionado)

Características

Sistemas en los cuales no se realiza una comparación en la variable controlada, puesto que no realizan ningún tipo de medición para asegurar el resultado final del proceso este correcto. Sistemas en los cuales se realizan comparaciones (mediciones) constantemente para asegurar el resultado final sea el esperado (también de esta manera corregir errores).

8 Conclusiones. En el presente documento se dio a conocer los inicios de los tipos de control, también se presentaron características generales de estos sistemas y sus componentes. Se vio el impacto que tienen sobre la sociedad hoy en dia y algunas ventajas de estas. Una vez mencionados los distintos tipos de control (estrategias de control), se dan ejemplos en donde podemos ver implementadas estas tecnologías....