Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

Escuela de Ingeniería EléctricaExtensión Maturín

Profesora: Autor:

Ing. Mariangela Pollonais. Carlos, M. Marcano.

CI 16061654.

Maturín, Julio de 2013

Índice

Pág.

Introducción………………………………………………………….. III

Contenido

Controlador……………………………………………………………. 4

Compensación en Adelanto…………………………………………… 4

Compensación en Atraso …………………………………………….. 4-5

Tipos de controladores……………………………………………….. 5-6 Controladores DigitalesControladores AnalógicosControladores ClásicoControladores ModernosControladores Lógica DifusaControladores Neuronales

Acciones de Control……………………………………………………. 7-8Controles de dos posicionesControles proporcionales Controles IntegralControles derivativos

Tipos de Acciones de Control…………………………………………... 8-10

Esquema termo controlador……………………………………………. 11

Conclusiones………………………………………………………………. 12

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Introducción

Los procesos, fabriles, de mano factura, realizar una función de control por un operario que decide como manipular los equipos con el fin de obtener un nivel de productiva continua constante y eficiente dentro de los parámetros establecidos. La eficiencia de esta productividad implica el constante aumento de los niveles de producción de la de los equipos instalados en las líneas de producción, el mejoramiento de la calidad del producto final, la disminución de los costos de producción, y la seguridad tanto para el personal como para las instalaciones. Para lograr esto es necesario que los procesos productivos se realicen a la mayor velocidad posible y que las variables a controlar estén dentro de valores definidos.

Debido a estas exigencias, la industria han necesitado de la utilización de nuevos y más complejos procesos, que muchas veces el operario no puede controlar debido a la velocidad y exactitud requerida, muchas veces las condiciones del espacio donde se lleva a cabo la tarea no son las más adecuadas para el desempeño del personal. Frente a este panorama surge la automatización y los sistemas de control como una solución que va a permitir llevar a la producción a estándares de calidad definidos dentro de las normas. Actualmente en el mundo, se ve una introducción de las computadoras y de la microelectrónica en la industria y en la sociedad, esto trae una extensión del campo de la automatización industrial ya que permite a través del manejo de la información, señales, datos, mediciones y variables.

Transformar los mecanismos de producción y procesos productivos de la industria continúa y se extiende el proceso de automatización electromecánica que permite controlar los equipos, la nueva era de la automatización se basa en la fusión de la electrónica con los antiguos mecanismos automáticos que funcionaban utilizando diferentes medios mecánicos neumáticos, hidráulicos entre otras. Dando origen a los programadores lógicos, sensores robot, a las máquinas y herramientas computarizadas, a los sistemas flexibles que permiten que las líneas de producción y las diferentes etapas de un proceso funcionen de forma más eficientes y seguras dando así una mayor confiabilidad a la trazabilidad y calidad del producto final.

Controladores:

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Los sistemas de control permiten controlar cualquier tipo de dispositivo que realice alguna función dentro de algún proceso, mediante señales analógicas o digitales. El objetivo de cualquier estrategia de control es mantener una variable llamada controlada próxima a un valor deseado conocido como punto de ajuste “set-point”.

Los controladores son los instrumentos diseñados para detectar y corregir los errores producidos al comparar y computar el valor de referencia o “Set point”, con el valor medido del parámetro más importante a controlar en un proceso. Se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo en particular.

Esquema de sistema de control de nivel sencillo.

Compensación en Adelanto:

La compensación de adelanto básicamente acelera la respuesta e incrementa la estabilidad del sistema, los compensadores en adelanto se usan extensivamente en control, un compensador en adelanto puede incrementar la estabilidad o velocidad de respuesta de un sistema

Un compensador de primer orden en adelanto puede diseñarse usando el lugar de raíces. Un compensador en adelanto en la forma de mapa polo-cero está dado por:

Donde la magnitud de zo es menor que la magnitud de po. Un compensador por adelanto tiende a desplazar el lugar de raíces hacia el semiplano izquierdo. Esto resulta en una mejora en la estabilidad del sistema y un incremento en la velocidad de respuesta.

Compensación en Atraso:

La compensación de atraso mejora la precisión en estado estable del sistema, pero reduce la velocidad de la respuesta. Un compensador en atraso puede reducir, pero no eliminar el error de estado estacionario.

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Los compensadores en atraso, adelanto y adelanto/atraso se diseñan normalmente para un sistema representado en la forma función de transferencia.

Un compensador en atraso puede diseñarse usando el lugar de raíces. Un compensador en atraso en la forma de mapa polo-cero está dado por:

Donde la magnitud de zo es mayor que la magnitud de po. Un compensador en atraso de fase tiende a desplazar el lugar de raíces a la derecha, lo cual es indeseable. Por esta razón, el polo y cero de un compensador en atraso deben ser ubicados muy juntos normalmente cerca del origen de modo que no cambie apreciablemente las características de respuesta transitoria o estabilidad del sistema.

Tipos de Controladores:

Hay varias clasificaciones dentro de los sistemas de controladores:

  Atendiendo a su naturaleza son analógicos, digitales o mixtos.

  Atendiendo a su estructura, número de entradas y salidas puede ser control clásico

o control moderno. 

Atendiendo a su diseño pueden ser por lógica difusa, o redes neuronales.

Controladores Digitales:

Los controladores digitales son pequeñas instalaciones inteligentes que se componen de una entrada de sensor, un indicador digital y una salida de regulación. Existen controladores digitales para diferentes trabajos de medición y regulación. Los controladores digitales se configuran a través de las teclas del propio controlador.

Controlador Digital.

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Controladores Analógicos:

Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo, representando un dato de información en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura y mecánicas.

Controlador Lógico Programable PLC

Controladores Clásico:

Se denominan sistemas de control clásico, cuando la salida no tiene efecto sobre la acción de control, es decir no se compara la salida con la entrada de referencia. Por lo tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación fija. Así, la precisión del sistema depende de la calibración y del operador cuya función será la del controlador.

Controladores Modernos:

Es un método en el cual la respuesta de un controlador varía automáticamente basado en los cambios de las condiciones dentro del proceso y puede emplearse en diversas aplicaciones como en el control del pH.

Controladores Lógica Difusa:

Este control utiliza la lógica difusa a través de conceptos de inteligencia artificial capaz de convertir una muestra de la señal real a números difusos, para tratarlos según las reglas de inferencia y las bases de datos determinados en las unidades de decisión, logrando estabilizar el sistema sin la necesidad de fijar un punto de referencia.

Controladores Neuronales:

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Neuronales, artificiales están diseñadas para actuar como lo hace el cerebro humano conectando la red entre los elementos de la forma más sencilla para poder ser entrenados y realizar funciones complejas en diversos campos de aplicación.

Acciones de Control:

Controles de dos Posiciones:

En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación solo tiene dos posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendidos y apagados. El control de dos posiciones o de encendido y apagado es relativamente simple y barato, razón por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto industriales como domésticos.

Control de dos posiciones.

Controles Proporcionales:

En el modo proporcional la magnitud de la salida del controlador es proporcional a la magnitud del error, es decir si el elemento de controles una válvula esta recibe una señal que es proporcional a la magnitud de la corrección requerida.Cualquiera que sea el mecanismo real y la forma de operación, el controlador proporcional es, en esencia, un amplificador con una ganancia ajustable.

Diagrama en bloque controlador proporcional.

Controles Integral:

Un gran cambio en la carga de un sistema hará experimentar un gran cambio del punto de referencia, a la variable controlada. Por ejemplo, si es aumentado el flujo de un material

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mientras atraviesa un intercambiador de calor, la temperatura del material caerá antes con respecto al sistema de control y este pueda ajustar la entrada de vapora una nueva carga. Como el cambio en el calor de la variable controlada disminuye, la señal de error comienza a ser más pequeña y la posición del elemento de control se va acercando al punto requerido para mantener un valor constante. Sin embargo, el valor constante no será un punto de referencia, tendrá un desfase u offset.

Controlador integral (offset).

Controles Derivativos:

Este tipo de acción de control es conocido como derivativa. La acción derivativa entrega una señal proporcional a la velocidad de cambio de la señal de error. Debido a esto, cuando la variable controlada esta quieta, la señal derivativa es cero. Cuando el valor de la variable controlada está cambiando rápidamente, la señal derivativa es grande.

La señal derivativa cambia la salida del controlador. En este sentido, una señal de control más grande es producida cuando hay un cambio rápido en la variable controlada, y durante el cambio, el elemento final de control recibe una señal de entrada más grande. El resultado es una respuesta más rápida a los cambios de carga.

En términos matemáticos, la acción derivativa está basada en la caída de una curva representando la cantidad de error de sobre tiempo.

Los miembros de la familia de controladores PID, incluyen tres acciones: proporcional (P), integral (I) y derivativa (D). Estos controladores son los denominados P, I, PI, PD y PID.

Tipos de Acciones de Control

P: Acción de control proporcional: Da una salida del controlador que es proporcional al error, es decir:

u(t)=KP.e(t), que describe desde su función transferencia queda:

Cp(s) = Kp

Donde Kp es una ganancia proporcional ajustable. Un controlador proporcional puede controlar cualquier planta estable, pero posee desempeño limitado y error en régimen permanente (off-set).

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I: Acción de control integral: Da una salida del controlador que es proporcional al error acumulado, lo que implica que es un modo de controlar lento. u(t) = Ki ∫ e(t) dt ; Cp(s) = K /s La señal de control u(t) tiene un valor diferente de cero cuando la señal de error e(t) es cero. Por lo que se concluye que dada una referencia constante, o perturbaciones, el error en régimen permanente es cero.

PI: acción de control proporcional-integral: Se define mediante u(t) = Kp(t) + K/ Ti ∫ e(t) dt

Donde Ti se denomina tiempo integral y es quien ajusta la acción integral. La función de transferencia resulta: 1Cpi(s) = Kp ( 1 + 1/Tps )

Con un control proporcional, es necesario que exista error para tener una acción de control distinta de cero. Con acción integral, un error pequeño positivo siempre nos daría una acción de control creciente, y si fuera negativa la señal de control seria decreciente. Este razonamiento sencillo nos muestra que el error en régimen permanente será siempre cero. Muchos controladores industriales tienen solo acción PI. Se puede demostrar que un control PI es adecuado para todos los procesos donde la dinámica es esencialmente de primer orden. Lo que puede demostrarse en forma sencilla, por ejemplo, mediante un ensayo al escalón.PI: acción de control proporcional-integral, se define mediante:

u(t) = Kp(t) + K/Ti ʃ e(t) + dt

donde Ti se denomina tiempo integral y es quien ajusta la acción integral. La función de transferencia resulta:

Cpi(s) = Kp ( 1 + 1/T ps)

Con un control proporcional, es necesario que exista error para tener una acción de control distinta de cero. Con acción integral, un error pequeño positivo siempre nos daría una acción de control creciente, y si fuera negativa la señal de control seria decreciente.

Este razonamiento sencillo nos muestra que el error en régimen permanente será siempre cero. Muchos controladores industriales tienen solo acción PI.

Se puede demostrar que un control PI es adecuado para todos los procesos donde la dinámica es esencialmente de primer orden. Lo que puede demostrarse en forma sencilla, por ejemplo, mediante un ensayo al escalón.

PD: acción de control proporcional-derivativa, se define:u(t) = Kpe(t) + KpTd de(t)/dt

Donde Td es una constante de denominada tiempo derivativo. Esta acción tiene carácter Cpd(s) = kp+s.kp.Td) de previsión, lo que hace más rápida la acción de control, aunque

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tiene la desventaja importante que amplifica las señales de ruido y puede provocar saturación en el actuador. La acción de control derivativa nunca se utiliza por sı sola, debido a que solo es eficaz durante periodos transitorios. La función transferencia de un controlador PD resulta:

Cpd(s) = kp+skpTd

Cuando una acción de control derivativa se agrega a un controlador proporcional, permite obtener un controlador de alta sensibilidad, es decir que responde a la velocidad del cambio del error y produce una corrección significativa antes de que la magnitud del error se vuelva demasiado grande.

Aunque el control derivativo no afecta en forma directa al error en estado estacionario, añade amortiguamiento al sistema y, por tanto, permite un valor más grande que la ganancia K, lo cual provoca una mejora en la precisión en estado estable.

PID: acción de control proporcional-integral-derivativa: Esta acción combinada reúne las ventajas de cada una de las tres acciones de control individuales. La ecuación de un controlador con esta acción combinada se obtiene mediante:

U(t) = kp e(t) + k/tiʃe(t)dt + kpTd (dt)/dt t

Y su función de transferencia resulta:

Cp ID(s) = kp (1+1/tis + s.Td

Esquema de termo controlador:

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Link video termo controlador:

http://youtu.be/L9fBB7LVEkM

Conclusiones

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La aplicación del control automático a una instalación productiva, hacen que los elementos del proceso o sistema generen distintos beneficios y logros, tanto seguridad para las instalaciones, para el personal, como aumento de la producción, sin embargo, su aplicación indistintamente del proceso que se quiera controlar es importante porque establece medidas para corregir las actividades que de forma manual realizaba un operario constantemente, de manera que así con la puesta en marcha de los sistemas automáticos de control, se alcancen los planes exitosamente de la industria.

Los sistemas de control permiten controlar cualquier tipo de dispositivo que realice alguna función dentro de algún proceso, mediante señales analógicas o digitales ya establecidos mediante parámetros y trazabilidades que son regidos también por normas internacionales.

Es un objetivo cualquier estrategia de control mantener una variable controlada que agilicen y garanticen la continuidad de un proceso cualquiera que sea lo que se quiere controlar de forma automática.

Los controladores son los instrumentos que se han diseñados para detectar y corregir se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo en particular a fin de que su funcionamiento sea efectiva.

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