Carrera: Ingeniería en Alimentos Materia: Automatización y Control Año: 2016 Régimen: Semestral Docentes responsables Profesor Protitular: Lic. Pablo A. IARIA Carga Horaria Horas Totales: 96 hs. (72 hs. reloj) Requisitos necesarios para cursar la materia Cursada para cursar, aprobada para rendir: Operaciones Unitarias II Aprobada para cursar: Ingeniería de Procesos. Objetivos generales de la materia La materia tiene por objeto introducir al alumno en la temática del control automático de procesos industriales, dotándolo para ello del conocimiento de los principios del funcionamiento de los instrumentos necesarios para la medición de las variables del proceso involucradas. Además se pretende que el alumno haga una correcta selección del tipo de instrumento y el más adecuado para cada caso en particular. Por otra parte se le brindan al alumno las herramientas teóricas para analizar sistemas de control reales, modelar matemáticamente los mismos y poder obtener conclusiones valiosas de su comportamiento tanto en régimen transitorio como en régimen permanente, y así poder determinar su estabilidad y su respuesta a diferentes perturbaciones. Además se pretende acercar al alumno a la implementación de sistemas de control automático basado en computadoras digitales como controladores inteligentes y a las nuevas técnicas de control no clásico que están siendo aplicadas en la industria en la actualidad y con las cuales se están obteniendo resultados sin precedentes. Programa Tema I: Introducción al curso de Control e Instrumentación. Ubicación del curso en la carrera y objetivos. Reseña histórica sobre la evolución de los controles. Introducción en el tema y la problemática. Nociones sobre las implicancias económicas de la automatización industrial. Control de lazo abierto y de lazo cerrado. Ejemplos ilustrativos. Análisis de la evolución en la manufactura. Análisis de sistemas físicos, mecánicos, fisiológicos etc. Similitudes y analogías. Tema II: Nociones sobre circuitos eléctricos, hidroneumáticos y mixtos. Introducción a las transformadas de Laplace. Función compleja de variable compleja, condiciones de Cauchy-Riemann, Propiedades y teoremas básicos. Transformación Inversa de Laplace. Resolución de ecuaciones diferenciales. Clasificación de los circuitos de mando y control: Sistemas a lazo abierto/cerrado. Modelización de sistemas físicos. Función de transferencia. Linealización de modelos no lineales. Diagramas en bloque, ejemplos. Nociones fundamentales: circuitos eléctricos, neumáticos, hidráulicos, electrónicos, circuitos mixtos. Diagrama funcional, elementos de comando y comandados. Revisión de interruptores, válvulas comunes y sanitarias. Introducción al estudio de circuitos eléctricos y magnéticos. Introducción al estudio de circuitos

hidroneumáticos. Combinación entre circuitos eléctricos e hidroneumáticos. Diagramas de circuitos eléctricos, hidroneumáticos y mixtos. Tema III: Sistemas de medición y actuadores. Sistemas de medición: fundamentos de instrumentación. Propiedades físicas, fundamentos en los que se basa el funcionamiento de los instrumentos. Transferencia de variables. Detalles constructivos. Frecuencia de uso industrial de las variables de proceso. Sensores de variables, detección de propiedades físicas. Transmisores, convertidores para el manejo de señales. Transductores; cadenas, sus componentes; Tabla para su registro. Instrumentos: indicadores (analógicos, digitales) registradores. Tableros de control. Salas, display, alarmas, etc. Sensores, rangos de trabajo y detalles constructivos referidos a: temperatura; caudales y flujos; niveles de líquidos y granos; presiones; composición química; medición de pH; pesos y fuerzas; humedad en aire, gases y sólidos; viscosidad; variables eléctricas; velocidades (lineal, angular, r.p.m.). Actuadores: principios del funcionamiento. Aplicaciones, limitaciones. Detalles constructivos y principios de funcionamiento de: Relay; válvula solenoide; válvulas servo-controladas; servomecanismos. Tema IV: Estrategias de control. Identificación de las variables concurrentes en un lazo cerrado. Lazo de control: medición, comparación, regulación. Controles manuales y/o automáticos. Esquemas clásicos de control. Características, ventajas y desventajas, aplicación y ejemplos de Estrategia de control: On-Off; proporcional; integral, proporcional integral; proporcional derivativo; Efectos de la acción de control integral derivativa sobre el comportamiento del sistema, proporcional integral derivativo. Método de Ziegler-Nichols. Descripción de esquemas de control no clásicos: “Fuzzy Control” y “Neural Control”. Sistemas autocontrolados. Diagramas en bloque. Función de transferencia. Propiedades, operaciones. Tema V: Análisis de la respuesta Transitoria: Comportamiento transitorio: Análisis de respuesta transitoria de sistemas de 1º y 2º orden. Perturbaciones. Métodos de respuesta en frecuencia. Tipos de funciones perturbadoras: impulsiva, escalón, rampa, sinusoide, etc. Modelos matemáticos de sistemas reales, ejemplos de sistemas de primero y segundo orden. Análisis de respuesta transitoria de plantas de primer y segundo orden; interpretación de la respuesta. Máximo sobreimpulso, tiempo de pico, tiempo de estabilización; Especificación de un sistema de segundo orden, Estabilidad, Criterio de estabilidad de Routh-Horowitz. Métodos de respuesta en frecuencia, resonancia. Optimización de sistemas. Criterios CECI, CECIT, CEAIT etc. Tema VI: Implementación de controles en la industria y Automatización de procesos. Implementación de controles y automatización: utilización de computadoras digitales en la implementación. Arquitectura interna. Conversión A/D, D/A. Adaptación, digitalización y transmisión de señales. Calidad de los servicios generales para tener un buen servicio. Capacitación del personal para una implantación sin conflictos. Estudio de etapas de corto y largo plazo. Beneficios versus costos. Proyecto: Como aplicación de los temas de la materia, se realizará un proyecto de automatización de un sistema simple. Se utilizara como plataforma una computadora personal, con una placa de adquisición de datos PCXIO como controlador. Estas tres placas poseen las siguientes características: 3 Temporizadores programables de 16 bits cada uno (8254). 1 Conversor A/D de ocho bits, con 8 canales, Single End. 3 Puertos de entrada salida, programables de 8 bits cada uno. (8255). Las entradas analógicas, se utilizaran para conectar sensores, los cuales adecuadamente calibrados, se utilizaran para cuantificar las variables controladas del sistema en cuestión. Estos sensores son el feedback del sistema, que cierran el lazo de control. Estas entradas permitirán la conexión de hasta 8 sensores en cada placa de adquisición, lo que a su vez permitirá controlar hasta 8 variables de proceso en forma simultánea. Las salidas digitales serán utilizadas para activar o desactivar elementos actuadores que permitan variar el estado

de la planta para mantener controlada las variables del proceso. También es posible utilizar los puertos para realizar control P+I+D de sistemas. Para esto será necesario adquirir un conversor D/A el cual podría ser conectado en el área de prototipos que la misma placa posee para tal finalidad. También será necesario adquirir los actuadores apropiados. El control automático del proceso se realizara mediante un algoritmo de control. Este se escribirá en algún lenguaje de alto nivel, que permita el manejo del flujo de datos de y hacia la placa de adquisición, usualmente estos lenguajes son C o QBasic. En nuestro caso se opto por este último, por la simplicidad, facilidad, naturalidad de las instrucciones y disponibilidad del software. En la actualidad es posible realizar un número limitados de acciones básicas de control. Se pretende que el alumno implemente un algoritmo ON-OFF con banda diferencial para manejar un relay de estado sólido que a la vez actúe sobre un elemento que permita cambiar el valor de la variable controlada. Otra acción básica de control posible es PWM, (Pulse Width Modulation), la cual podrá implementarse con modificaciones mínimas en el programa. Mediante la implementación de este proyecto, se pretende que el alumno comprenda las diferentes etapas de un sistema de control, desde la implementación, interconexión, linealización y calibración de sensores. El desarrollo del algoritmo de control, que realizara la toma de decisiones de acción sobre la planta. La optimización de los parámetros del controlador, para mejorar la respuesta del sistema. La interconexión de actuadores apropiados, y el estudio teórico/practico del sistema controlado para explicar su comportamiento. Bibliografía Obligatoria: • Ogata Katsuhiko, Ingeniería de Control Moderna, Prentice Hall Hispanoamericana S.A., México, 2004. • Kuo Benjamin, Sistemas Automáticos de Control, Mc Graw Hill, New Jersey, 2011 • Dorsey, Sistemas de control continuos y discretos, Mc Graw Hill, New Jersey, 2008. • Fraden Jacob, Handbook of Modern Sensors, AIP Press, Springer 2004. De Consulta: • Considine Douglas, Process/Industrial Instruments & Control Handbook. Mc Graw Hill, New Jersey, 1993. • Creus Sole A. /et al/, Transductores y Medidores Electrónicos. Marcombo Boixareau Editores. Madrid,

1977. • Creus Sole A., Instrumentación Industrial. Marcombo Boixareau Editores. Barcelona, 1979. • Mc Farlane Ian, La automatización de la Fabricación de Alimentos y Bebidas. Vicente Ediciones, Madrid,

1995. Metodología de enseñanza Las clases se desarrollarán a través de las siguientes estrategias metodológicas que se utilizarán en relación con los contenidos curriculares, para el aprendizaje de los alumnos, al servicio del logro de los objetivos: Exposiciones orales a cargo del docente, con presentaciones de esquemas teóricos y conceptualizaciones elegidas por su potencial explicativo. Diálogo y explicaciones con el grupo total. Aprendizaje teórico práctico con corrección individual, Clases específicas para la implementación del Proyecto de desarrollo de un control automático, corrección grupal estrategia "Learning by doing". Trabajos en pequeños grupos sobre la base de un proyecto integrador y a través de la consulta bibliográfica. Producciones grupales a partir de la realización práctica del un proyecto, sobre el cual se puedan sacar y generalizar conceptos surgidos de la experiencia. Lectura autónoma del material bibliográfico y discusión grupal.

Metodología de Evaluación En el transcurso de la cursada, se tendrán dos instancias de exámenes parciales, con un único recuperatorio y un examen final. En las instancias parciales se evaluará el progreso de los conocimientos adquiridos, mientras que el examen final tiene por objetivo la integración de los temas. El primer parcial, abarca los contenidos desarrollados hasta la última clase previa al examen y consta de dos modalidades diferentes. La primera de ellas es un examen consistente en la implementación de algoritmos computacionales y consistirá en escribir los programas correspondientes en una computadora. La segunda parte será la evaluación de contenidos teóricos, en un examen escrito. El segundo parcial será escrito y se evaluarán los contenidos teóricos y prácticos, desarrollados hasta la clase anterior al examen. Las características del examen recuperatorio, tendrá las mismas características que las del parcial recuperado. El examen final será oral, y tiene características integradoras. Durante la cursada también se llevará a cabo un proyecto de automatización de una planta simple. Este proyecto se llevara a cabo siguiendo todas las etapas involucradas, que van desde la programación de la estrategia de control, calibración, obtención de resultados, optimización y evaluación de la performance del sistema, en la cual pueden volcarse los conocimientos que se vayan adquiriendo, y cuyos resultados serán evaluados en forma grupal.