Sistema de control y automatización industrial-Arellano PDF

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Federico Arellano UNIDAD N°1 Sistema de control y automatización industrial La automatización industrial es el uso de sistemas o elementos computarizados y electrónicos para fines industriales. Abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los trasmisores de campo, los sistemas de control y supervisión Prehistoria Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo. Posteriormente fueron capaces de sustituir la energía humana o animal por formas naturales de energía renovable (viento, mareas, flujo de agua). Después fueron controladores por mecanismos de relojería o dispositivos similares (algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor) para producir acciones simples o repetitivas. Año 300 A.C Siglo XIX En 1801 un telar automático utilizando tarjetas perforadoras revoluciono la industria textil. La parte mas visible de la automatización actual. Ventajas: Repetitividad, control de calidad mas estrecho, mayor eficiencia, incremento de productividad y reducción de trabajo humano. Desventajas: Requerimiento de gran capital, decremento severo en la flexibilidad y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación Siglo XX En el siglo XX comenzó a desarrollarse una diferenciación entre la primera revolución industrial, centrando en la mecanización (máquina de vapor, telar mecánico) y lo que se llamó segunda revolución industrial (en la segunda mitad del siglo XX) que se centraba en torno a la automatización de la industria.

La automatización para mediados del siglo XX aun utilizaba mecanismos simples. El concepto solamente llego a ser realmente practico con la adición de las computadoras digitales. Las computadoras digitales con la combinación requerida velocidad, poder de cómputo, precio, tamaño) para ser aplicados en la industria, aparecieron en la década de los años 1960. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de la mayoría de tareas simples, repetitivas, tareas semi especializadas y especializadas

La automatización y el cuerpo humano Ningún dispositivo puede competir, en la precisión y certeza, contra el ojo humano; tampoco contra el oído humano; cualquier persona puede identificar y distinguir mayar cantidad de esencias que cualquier dispositivo automático Tecnologías que compone la automatización industrial      

Electricidad industrial Neumática industrial Oleohidráulico industrial Autómatas programables Comunicaciones industriales Robótica industrial

Sistemas de control (DCS) Un concepto fundamental en torno a la automatización industrial es el de DCS (sistema de control distribuido) un DCS esta formado por varios niveles de automatización que van desde un mínimo de 3 hasta 5. Los mismos se denominan: nivel de campo (sensores y actuadores), nivel de supervisión (estaciones de operación y los servidores de proceso), nivel MES (PCs con softwares especializados para la distribución de toda la información), y el nivel ERP (PCs con softwares especializados para la planificación y administración de la producción de toda la industria o empresa). Interfaces hombre-maquina HMI Los HMI o interfaces hombre-computadora (CHI) suelen emplearse para comunicarse con los PLCs y con otros computadores, para laboras de centrales automáticos o respuesta a mensaje de alarma. Quienes monitorean y controlan estas interfaces son ingenieros de estación y quien espera directamente en la HMI o SCADA (sistema de control y adquisición de dotes) son conocidos como personal de operación. Prueba de automatización En donde las computadoras controlan un equipo de prueba automático que es programado para simular MES. Humanos que prueban manualmente una aplicación. Automatización y político fiscal La adopción de la tecnología de inteligencia artificial a generado que muchas personas sean desplazadas por la automatización, la cual ha generado una discusión interna de político publico de 2017. Bill Gates defendió la idea de que los robots deben pagar impuestos para comprender el desempleo tecnológico. Por otro lado, Laurence Summers, economista americano, contesto que no sería lógico y lo que habría que hacer es invertir recursos en educación y reentrenamiento

Minería automatizada Implico la eliminación del trabajo humano del proceso minero. La minería automatizada se refiere a 2 tipos de tecnologías: automatización de procesos y softwares; aplicar la tecnología robótica a los vehículos y equipos mineros.

Automatización de los procesos de negocio Es la automatización industrial de los procesos de negocio complicados atreves de la habilitación de la tecnología. Se puede optimizar un negocio para hacerlo más sencillo, logran la trasformación digital, aumentar calidad en el servicio, mejorar los servicios repartidos o con tener los costos. También pude integrar aplicaciones, reestructuración de lo bueno, lo oral y un software de aplicación. Se puede implementar en áreas que incluyen mercadotécnicas, ventas y flujo de trabajo. Platooning En la construcción de una autovía automatizada. Reduce la distancia entre vehículos empleando enganches electrónicos y dispositivos mecánicos, permitiendo que los vehículos enganchados puedan acelerar o frenar sincrónicamente, eliminado el tiempo de reacción humana, permitiendo insertar una mayor cantidad de vehículos en las carreteras. Pero para que este sistema se ponga en circulación se necesita la adquisición de nuevos vehículos o la modificación de los actuales. Los vehículos con inteligencia artificial, permitirán incluirse o abordar los platoons

UNIDAD N°2 1)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 fallos teóricamente verdaderos 2)por lo general, los sistemas de control industriales se usan en procesos de producción industriales para controlar equipos o maquinas 3)existen dos clases de sistemas de control: sistemas de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado 4)la salida en los de lazo abierto se genera dependiendo de la entrada 5)la salida en los de lazo cerrado se genera dependiendo de las consideraciones y correcciones realizadas por la retroalimentación 6)un sistema de lazo cerrado es llamado también sistema de control de retroalimentación

7)en ingeniería los sistemas de control también reciben el nombre de controladores de automatización programables (PAC) 8)los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:  

Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos. Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos bruscos e irreales.

9)Controlador: electrónico que emula la capacidad de los seres humanos para ejercer control. Por medio de cuatro acciones de control: compara, calcula, ajusta y limita. 10)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. 11)Supervisión: acto de observar el trabajo y tareas de otro (individuo o máquina) que puede no conocer el tema en profundidad. Ejemplo: cuando el profesor te observa manipulando maquinaria de la sección de taller. 12)Sistema de lazo abierto: solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada. Ejemplo: semáforo, tostadora, lavarropas, etc 13)se caracterizan por:  Ser sencillos y de fácil concepto.  Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.  La salida no se compara con la entrada.  Ser afectado por las perturbaciones.  Estas pueden ser tangibles o intangibles.  La precisión depende de la previa calibración del sistema. 14)sistema de control de lazo cerrado: 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.

15) 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. 16) 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.  Su propiedad de retroalimentación.  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. 17)Los sistemas de control se pueden agrupar en:     

Hechos por el hombre Naturales Componentes hechos por el hombre y otros naturales Neumático, eléctrico, mecánico o de cualquier tipo. Control predictivo

18)-1) hechos por el hombre. Electrónico o eléctricos (sensores y actuadores) 1.1. Según casualidad: casuales o no casuales (es casual si existe una casualidad entre las salidas y las entradas) 1.2. según el N° de salidas 1.2.1. De una entrada y una salida o SISO (single input, single output). 1.2.2. De una entrada y múltiples salidas o SIMO (single input, múltiple output). 1.2.3. De múltiples entradas y una salida o MISO (múltiple input, single output). 1.2.4. De múltiples entradas y múltiples salidas o MIMO (múltiple input, múltiple output). 1.3. Según la ecuación que defina el sistema 1.3.1. Lineal, si la ecuación diferencial que lo define es lineal 1.3.2. si la ecuación diferencial no es lineal 1.4. las señales o variables son función del tiempo 1.4.1. tiempo continuo o analógico 1.4.2. tiempo discreto 1.4.3. Eventos discretos 1.5. Según la relación entre las variables 1.5.1. Sistemas acoplados, son dos sistemas y es cuando uno de sus variables de uno de ellos está relacionado con las del otro sistema 1.5.2. Dos sistemas desacoplados, si las variables de ambos sistemas no tienen ninguna relación 1.6. Evolución de variables (tiempo y espacio) 1.6.1. Estacionarios, tiempo y espacio constantes 1.6.2. No estacionarios, variables no constantes 1.7. según la respuesta del sistema 1.7.1. sistema estable 1.7.2. sistema inestable 1.8. comparación entre entrada y salida 1.8.1. Lazo abierto 1.8.2. Lazo cerrado 1.9. Según posibilidad de predecir respuesta 1.9.1. Sistema determinista, futuro predecible

1.9.2. Sistema estocástico, respuestas aleatorias 19. Sistemas automáticos. Características: 1. Señal de corriente de entrada 2. Señal de corriente de salida 3. Variable manipulada 4. Variable controlada 5. Conversión 6. Variaciones externas 7. Fuentes de energía 8. Retroalimentación 9. Variables de fase 20. Análisis: investiga las características de un sistema existente. Diseño: escogen componentes para crear un sistema de control 21. Métodos de diseño: -Diseño por análisis: Modifica las características de un sistema existente -Diseño por síntesis: En el se define la forma del sistema a partir de sus modificaciones 22. Representación de problemas en los sistemas de control: 1. Ecuaciones diferenciales, integrales, derivadas y otras relaciones matemáticas: Se emplea cuando se requiere relaciones detalladas del sistema 2. Diagrama en bloque: representaciones graficas que pretende el acortamiento del proceso correctivo del sistema 3. Gráficos en flujo de análisis: representaciones graficas que pretenden el acortamiento del proceso correctivo del sistema...