Elementos componentes de un sistema de control

La figura representa uno de los posibles esquemas de bloques de un sistema de control genrico y simple, en lazo cerrado (retroalimentado), con una sola entrada y una sola salida, para un sistema con seales continuas. Las flechas de un lazo cerrado, que conectan un bloque con otro, representan la direccin del flujo de la energa de control o informacin, que a menudo no es la fuente principal de energa para el sistema. Los elementos del sistema de control ms importantes son los siguientes:

Proceso

Conjunto de operaciones que se van a suceder y que van a tener un fin determinado. El procesamiento se realiza sobre una planta o una mquina, que son el conjunto de componentes y piezas que van a tener un determinado objetivo.

Actuador

Como el nombre indica es el componente encargado de actuar sobre el proceso o mquina en funcin de la seal recibida del amplificador. El actuador modifica la variable de entrada del proceso controlado, por ejemplo, una corriente elctrica que circula por la resistencia del radiador, en un sistema de control de temperatura; una corriente de fluido por una tubera, en un sistema de control de caudal; etc.

Amplificador

Elemento que aumenta la amplitud o intensidad de un fenmeno. Tiene por finalidad amplificar la seal de error con objeto de que alcance un nivel suficiente para excitar el actuador.

Comparador

Elemento que compara la seal controlada con la seal de referencia para proporcionar la seal de error. El resultado de la comparacin representa la desviacin de la salida con respecto al valor previsto. Se le conoce tambin como detector de error.

Transductor

Dispositivo que transforma un tipo de energa en otro ms apto para su utilizacin. Si la energa transformada es en forma elctrica se llama sensor. Por ser el instrumento encargado de detectar la seal de salida para utilizarla de nuevo en el proceso de realimentacin se le llama en los sistemas de control captador.

Acondicionador de seales

Bloque que adapta la seal transformada por el transductor a los niveles adecuados del comparador.

Plantas industriales

Son locaciones o conjuntos compuestos de maquinaria industrial, es decir de aparatos dispuestos para llevar a cabo una tarea pre-establecida, bsicamente la de produccin, la de transformacin de materia prima en productos o energas. Las plantas industriales en s son el sitio de fabricacin, el punto de fbrica. Si bien, la labor de una planta industrial puede ser solamente un segmento de la produccin. Por ejemplo, en el caso del ensamble de un carro, es posible que sus diferentes componentes sean fabricados en diferentes plantas industriales, para finalmente ser montado en un determinado lugar. Las plantas industriales se clasifican en:

Segn la naturaleza del proceso que se lleva a cabo

Proceso continuo

Se caracterizan por trabajar las 24 horas del da.

Proceso repetitivo

La modalidad del tratamiento que se realiza sobre los productos es por lotes.

Proceso intermitente

Estas plantas organizan su trabajo para satisfacer las demandas especficas de sus clientes de uno u otro producto o servicio.

Segn el tipo de proceso que predomina

Qumico

En las plantas industriales qumicas se extraen y procesan diversas materias primas, ya sean sintticas o naturales, y se transforman en otras sustancias, con propiedades diferentes a las originales. Su propsito es mejorar la calidad de vida de las personas a travs de la satisfaccin de sus necesidades.

Mecnico

Se dedican a construir y mantener las mquinas que se utilizan en empresas relacionadas con la ingeniera para llevar a cabo la transformacin de materias primas en productos elaborados a nivel masivo. Las plantas industriales de este tipo realizan una labor necesaria para la mayora de las compaas, especialmente para las de transportes, las qumicas, las mineras y las de servicios pblicos.

De acuerdo con las materias primas que predominan en sus procesos

Dentro de este grupo, las plantas industriales ms comunes suelen ser la maderera, la petrolera, la carboqumica y la petroqumica.

Segn el tipo de productos que obtienen

Los principales tipos de plantas industriales desde este punto de vista son la alimenticia, la textil, la farmacutica y la del cemento.

Sensores

Es un dispositivo que tiene algn parmetro que es funcin del valor de una determinada variable fsica del medio en el cual est situado

Tipos de Sensores

Existen diferentes tipos de sensores, en funcin del tipo de variable que tengan que medir o detectar

Sensores de Contacto

Se emplean para detectar el final del recorrido o la posicin lmite de componentes mecnicos Los principales son los llamados fines de carrera (o finales de carrera). Se trata de un interruptor que consta de una pequea pieza mvil y de una pieza fija que se llama NA, normalmente abierto, o NC, normalmente cerrado. Final de carrera

Sensores pticos

Detectan la presencia de una persona o de un objeto que interrumpen el haz de luz que le llega al sensor. Los principales sensores pticos son las fotorresistencias, las LDR.

Sensores de Temperatura

Los termistores son los principales sensores de temperatura. Se trata de resistencias cuyo valor asciende con la temperatura (termistor PTC) o bien disminuye con la temperatura (termistor NTC)

Sensores de Humedad

Se basan en que el agua no es un material aislante como el aire sino que tiene una conductividad elctrica

Sensores Magnticos

Detecta los campos magnticos que provocan los imanes o las corrientes elctricas. El principal es el llamado interruptor Reed

Sensores Infrarrojos

Si recordamos el espectro electromagntico estudiado, exista una franja de ondas electromagnticas cuya frecuencia es muy baja para que nuestros ojos la detecten; son los infrarrojos. Existen diodos capaces de emitir luz infrarroja y transistores sensibles a este tipo de ondas y que por lo tanto detectan las emisiones de los diodos

Controladores

Es aquel que compara el valor de la variable o condicin a controlar con un valor deseado y toma una accin de acuerdo con la desviacin existente sin que el operario intervenga en absoluto.

Tipos de controlador

Controlador de accin Proporcional (P)

En este regulador la seal de accionamiento es proporcional a la seal de error del sistema. Si la seal de error es grande, el valor de la variable regulada es grande y si la seal de error del sistema es pequea, el valor de la variable regulada es pequeo. Es el ms simple de todos los tipos de control y consiste simplemente en amplificar la seal de error antes de aplicarla a la planta o proceso

Controlador de accin Integral (I)

En un controlador integral, la seal de salida del mismo vara en funcin de la desviacin y del tiempo en que se mantiene la misma, o dicho de otra manera, el valor de la accin de control es proporcional a la integral de la seal de error. Esto implica que mientras que en la seal proporcional no influa el tiempo, sino que la salida nicamente variaba en funcin de las modificaciones de la seal de error, en este tipo de control la accin vara segn la desviacin de la salida y el tiempo durante el que esta desviacin se mantiene

Controlador de accin Derivativo (D)

La accin derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actan los modos proporcional e integral). El error es la desviacin existente entre el punto de medida y el valor consigna, o "Set Point". La funcin de la accin derivativa es mantener el error al mnimo corrigindolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de esta manera evita que el error se incremente.

Actuadores

Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energa hidrulica, neumtica o elctrica en la activacin de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en funcin a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una vlvula

Tipos de actuadores

Actuadores neumticos

En ellos la fuente de energa es aire a presin entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos de actuadores neumticos

Cilindros

En los primeros se consigue el desplazamiento de un mbolo encerrado en un cilindro como consecuencia de la diferencia de presin a ambos lados de aqul. Los cilindros neumticos pueden ser de simple o de doble efecto. En los primeros, el mbolo se desplaza en un sentido como resultado del empuje ejercido por el aire a presin, mientras que en el otro sentido se desplaza como consecuencia del efecto de un muelle

Motores neumticos

En los motores neumticos se consigue el movimiento de rotacin de un eje mediante aire a presin. Los dos tipos ms utilizados son los motores de aletas rotativas y los motores de pistones axiales.

Actuadores hidrulicos

Este tipo de actuadores no se diferencia mucho de los neumticos. En ellos, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presin comprendida normalmente entre los 50 y 100 bar, llegndose en ocasiones a superar los 300 bar. Existen, como en el caso de los neumticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motores de aletas y pistones.

Sin embargo, las caractersticas del fluido utilizado en los actuadores hidrulicos marcan ciertas diferencias con los neumticos. En primer lugar, el grado de compresibilidad de los aceites usados es considerablemente menor al del aire, por lo que la precisin obtenida en este caso es mayor. Por motivos similares, es ms fcil en ellos realizar un control continuo, pudiendo posicionar su eje en todo un intervalo de valores (haciendo uso del servocontrol) con notable precisin. Adems, las elevadas presiones de trabajo, diez veces superiores a las de los actuadores neumticos, permiten desarrollar elevadas fuerzas y pares.

Actuadores elctricos

Las caractersticas de control, sencillez y precisin de los accionamientos elctricos han hecho que sean los mas usados en los robots industriales actuales. Dentro de los actuadores elctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes:

Motores de corriente contina

Servomotores

Son los ms usados en la actualidad debido a su facilidad de control. En este caso, se utiliza en el propio motor un sensor de posicin (Encoder) para poder realizar su control. Los motores de DC estn constituidos por dos devanados internos, inductor e inducido, que se alimentan con corriente continua

Motores pas a paso

Los motores paso a paso generalmente no han sido considerados dentro de los accionamientos industriales, debido principalmente a que los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeos y los pasos entre posiciones consecutivas eran grandes. En los ltimos aos se han mejorado notablemente sus caractersticas tcnicas, especialmente en lo relativo a su control, lo que ha permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar pares suficientes en pequeos pasos para su uso como accionamientos industriales.

Motores de corriente alterna.

Este tipo de motores no ha tenido aplicacin en robtica hasta hace unos aos, debido fundamentalmente a la dificultad de su control. Sin embargo, las mejoras que se han introducido en las maquinas sncronas hacen que se presenten como un claro competidor de los motores de corriente continua