Introducción al control Automático de procesos. Formas de realizar control en un...
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Automatización de Procesos Agroindustriales Introducción al Control Automático Ing. W. Castillo INTRODUCCIÓN AL CONTROL AUTOMÁTICO DE PROCESOS. FORMAS DE REALIZAR CONTROL EN UN PROCESO.
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Automatización de Procesos Agroindustriales
Introducción al Control Automático Ing. W. Castillo
INTRODUCCIÓN AL CONTROL
AUTOMÁTICO DE PROCESOS.
FORMAS DE REALIZAR CONTROL EN
UN PROCESO.
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Introducción al Control Automático Ing. W. Castillo
TAREAS DE UN INGENIERO
DISEÑO
Como queremos
que funcione
OPERACIÓN
Como debe
de
funcionar
CONTROL AUTOMÁTICO
Hacer que
funcione
automáticament
e
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CONTROL DE PROCESOS
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CONTROL DE PROCESOS
La operación y el control de
un proceso necesitan:
1. comprender su funcionamiento
dinámico
2. mantener sus variables en los
valores deseados a pesar de
perturbaciones
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OBJETIVOS
Distinguir el control automático del manual.
Reconocer en un sistema las variables de entrada, de
salida y de perturbación.
Distinguir un sistema de control en lazo abierto y en
lazo cerrado.
Reconocer las tareas que se realizan en un sistema
de control, y los elementos que lo integran.
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IDEA DE CONTROL
Como llenar el vaso sin derramar una gota
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IDEA DE CONTROL
Temperatura de agua de la Tina
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DEFINICIONES
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DEFINICIONES
(automático) de Sistemas
trata de regular, con la mínima intervención humana,
el comportamiento dinámico de un sistema mediante
órdenes de mando.
Tiempo
Te
mp
era
tura Dangerous
W, Ti
W, T
T
Válvula
Vapor de agua
Proceso de Calentamiento de un
Líquido
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DEFINICIONES
(automático) de Sistemas
trata de regular, con la mínima intervención humana,
el comportamiento dinámico de un sistema mediante
órdenes de mando.
Te
mp
era
tura
Valor Existente
82°
85°
80°
Valor Deseado (Set Point)
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DEFINICIONES
conjunto de elementos, físicos o abstractos,
relacionados entre sí de forma que modificaciones o
alteraciones en determinadas magnitudes en uno de
ellos pueden influir o ser influidas por los demás.
magnitudes que definen el
comportamiento de un sistema.
Tiempo
Te
mp
era
tura Dangerous
W, Ti
W, T
T
Válvula
Vapor de agua
Proceso de Calentamiento de un
Líquido
VARIABLES DE SISTEMA
Variable de entrada:
Es una variable del sistema tal que una
modificación de su magnitud o condición puede
alterar el estado del sistema.
Flujo, temperatura en la entrada
26/09/2010
Perturbaciones
sistema
Variables
de
entrada
Variables
de
salida
Variables
manipuladas
W, Ti
W, T
T
Válvula
Vapor de agua
Proceso de Calentamiento de un
Líquido
VARIABLES DE SISTEMA
Variable de Salida:
Es una variable del sistema cuya magnitud o
condición se mide.
Flujo, temperatura en la salida
26/09/2010
Perturbaciones
sistema
Variables
de
entrada
Variables
de
salida
Variables
manipuladas
W, Ti
W, T
T
Válvula
Vapor de agua
Proceso de Calentamiento de un
Líquido
VARIABLES DE SISTEMA
Variable manipulada:
Es la cantidad o condición modificada por el
controlador a fin de afectar la variable controlada.
Esta afectan el curso del proceso y pueden ser
medidas y cambiadas a voluntad.
Caudal de vapor
26/09/2010
Perturbaciones
Sistema
Variables
de
entrada
Variables
de
salida
Variables
manipuladas
W, Ti
W, T
T
Válvula
Vapor de agua
Proceso de Calentamiento de un
Líquido
VARIABLES DE SISTEMA
Perturbaciones:
Es una señal que tiene a afectar adversamente el
valor de la salida del sistema. Estas afectan
directamente el curso del proceso pero no pueden
ser cambiadas a voluntad.
Temperatura de los alrededores
26/09/2010
Perturbaciones
Sistema
Variables
de
entrada
Variables
de
salida
Variables
manipuladas
W, Ti
W, T
T
Válvula
Vapor de agua
Proceso de Calentamiento de un
Líquido
SISTEMAS DE CONTROL
Sistema de control es el conjunto de dispositivos que
actúan juntos para lograr un objetivo de control
L
F
T
A
Agua de
calentamiento
Alimentación
Cualquier planta de proceso continuo
tiene muchos sistemas de control
•Control de nivel en depósitos
•Control de Temperatura
•Control de flujo en tuberías, etc.
C
C
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OPERACIONES BÁSICAS EN SISTEMAS DE
CONTROL
, la medición de la variable a ser controlada
es usualmente hecha por la combinación de sensor y
transmisor.
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L
F
T
A
Agua de
calentamiento
Alimentación
C
C
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OPERACIONES BÁSICAS EN SISTEMAS DE
CONTROL
Basado en la medición, el controlador debe
decidir qué hacer para mantener la variable en su valor
deseado.
26/09/2010
L
F
T
A
Agua de
calentamiento
Alimentación
C
C
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OPERACIONES BÁSICAS EN SISTEMAS DE
CONTROL
Como resultado de la decisión del controlador,
el sistema debe tomar una acción, esta es finalmente
realizada por el actuador.
26/09/2010
L
F
T
A
Agua de
calentamiento
Alimentación
C
C
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SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
•Temperatura exterior z1
•Unidad de control S.
•Válvula (variable correctora)
Y.
•Temperatura x de la
habitación.
•Variable de perturbación z2
(Ventana)
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La señal de entrada (o referencia) u(t) actúa directamente
sobre el dispositivo de control (Regulador), para producir,
por medio del Actuador, el efecto deseado en las variables
de salida y(t).
El regulador NO comprueba el valor que toma la salida.
Problema: Claramente sensible a las perturbaciones que
se produzcan sobre la planta.
Regulador o
Controlador
Señal de
entrada
u(t)
ActuadorProceso o
Planta
Variable
de
control
vc (t)
Variable
de
actuación
va(t)
Variable
de
salida
y(t)
Perturbaciones
z(t)
SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
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Tráfico (cantidad?,
origen?,
destino?, ...)
Detergente
(cantidad?, ...)
Agua
(dureza?, presión?,
temperatura?,...)
Selección
Programa
Selección
T. ciclo
Ropa (cantidad?,
grado suciedad?,
color? ...)
SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
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SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
Entrada de liquido
W, Ti
Válvula de
control
Vapor T
Salida de liquido
W, T
Controlador de
alimentación
directa
Medición
de flujo
Medición de
temperatura
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•Mediante un termómetro se mide permanentemente la variable
objetivo de temperatura interior (variable controlada x). Ésta se
compara con la temperatura deseada (valor deseado w). La
diferencia resultante entre las dos variables es la denominada
señal de error e.
SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO
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La salida del sistema se mide por medio de un Sensor, y se
compara con el valor de la entrada de referencia u(t).
De manera intuitiva se deduce que, de este modo, el
sistema de control podría responder mejor ante las
perturbaciones que se produzcan sobre el sistema.
Regulador o
Controlador
Señal de
error
e(t)
ActuadorProceso o
Planta
Variable
de control
vc (t)
Variable
de
actuación
va(t)
Variable
de
salida
y(t)
Perturbaciones
z(t)
Sensor
Señal de
entrada
u(t)
Variable
medida
ym (t)
SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO
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SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO
Sensores de Carga
(peso ropa)
Sensor de Turbidez
(suciedad ropa)Sensor de
Presión del
agua
Controlador
Sensores de Carga
“Automático”
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SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO
Entrada de liquido
W, Ti
Válvula de
control
Vapor T
Salida de liquido
W, T
Medición de
temperatura
ControladorPunto de
referencia
Señal de temperatura al controlador
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REALIMENTACIÓN.
Entrada de liquido
W, Ti
Válvula de
control
Vapor T
Salida de liquido
W, T
Controlador de
alimentación
directa
Medición de
flujoMedición de
temperatura
Controlador de
retroalimenta-
ción
Medición de
T
Valor de
referencia
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Realimentación y sus efectos.
Lazo abierto
Ventajas: Desventajas:
•Fácil de implementar
•Sencillo
•Económico
• Si existe un error en la salida,
el control no lo compensa.
• Si hay perturbaciones, el
control no las compensa.
• La efectividad depende de la
calibración.
•Necesita componentes precisos
Lazo cerrado
Ventajas: Desventajas:
• A veces complicado para
implementar
• Tiene más componentes que
un control a lazo abierto.
• Utiliza más potencia.
• Necesita sensores que pueden
no ser económicos.
• Si existe un error en la salida
el control lo compensa.
• Si hay perturbaciones el
control las compensa.
• Puede utilizar componentes
imprecisos y baratos.
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POR QUE CONTROL AUTOMÁTICO DE
PROCESOS
Históricamente se utilizaba el control automático
para reemplazar tareas humanas
Hoy es usado para:
aumento y constancia (repetitibilidad) en la calidad
mejor rendimiento
menor desperdicio y reprocesado de productos
menos contaminación
mayor margen de seguridad
menor consumo de energía
Reducción de 2-10% en los costos operativos
representan un monto anual muy importante.
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REALIMENTACIÓN.
Entrada de liquido
W, Ti
Válvula de
control
Vapor T
Salida de liquido
W, T
Controlador de
alimentación
directa
Medición de
flujoMedición de
temperatura
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REALIMENTACIÓN.
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Máquinas
Sistemas de manipulación y/o transporte de materiales
Sistemas de control por computador
Recursos humanos
SISTEMAS DE FABRICACIÓN.
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Manuales: están directamente supervisadas por un
operario. La máquina proporciona la fuerza y la energía, y
el trabajador proporciona el control.
Semiautomáticas: un programa en la máquina ocupa una
parte del ciclo y el operario la otra parte del ciclo.
Automáticas: las máquinas operan largos periodos de
tiempo sin intervención del operario. Se requiere su
vigilancia cada cierto número de ciclos.
SISTEMAS DE FABRICACIÓN.
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Comunicar instrucciones a los trabajadores
Descarga de programas de piezas a las máquinas
controladas por
computador
Control y/o coordinación de los sistemas de manipulación
y transporte
de material
Planificación de la producción en planta
Diagnóstico de averías
Supervisión de seguridad en los procesos
Control de calidad
SISTEMAS DE FABRICACIÓN.
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Lógica de control cableada (electrotecnia).
Elementos todo/nada: relés, termopares, etc.
Circuitos electrónicos analógicos. Aparece PID.
Existencia de derivas.
Uso de tecnología digital (microprocesador).
Mayor flexibilidad en el control. Sistemas DCS
Respuesta ante eventos. Señales binarias.
Teoría de estados: Sistemas PLC.
REALIZACIÓN TECNOLÓGICA DEL CONTROL.
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Químicos, farmacéuticos, metales básicos, petróleo,
comida, bebidas, generación de energía eléctrica…
Automóviles, aviones, aparatos, computadores,
maquinaria y en general otros componentes con los cuales
estos productos son ensamblados.
TIPOS DE SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN IND.
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PROCESOS DISCRETOS
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PROCESOS DISCRETOS
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PROCESOS CONTINUOS
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TIPOS DE SISTEMAS DE
AUTOMATIZACIÓN IND.
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TIPOS DE SISTEMAS DE
AUTOMATIZACIÓN IND.
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Básicamente, 3 clases de necesidades :
Suprimir la influencia de perturbaciones externas
Asegurar la estabilidad
Optimizar el desempeño
NECESIDADES E INCENTIVOS PARA
CONTROLAR PROCESOS INDUSTRIALES
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NECESIDADES E INCENTIVOS PARA CONTROLAR
PROCESOS INDUSTRIALES
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NECESIDADES E INCENTIVOS PARA
CONTROLAR PROCESOS INDUSTRIALES
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Que la respuesta transitoria se extinga al extinguirse
la excitación
NECESIDADES E INCENTIVOS PARA
CONTROLAR PROCESOS INDUSTRIALES
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Una vez alcanzadas las especificaciones y que se
tiene un comportamiento estable (y seguro), se busca
el mejor desempeño
Figura de mérito: más rentable, menos impacto
ambiental, ...
NECESIDADES E INCENTIVOS PARA
CONTROLAR PROCESOS INDUSTRIALES
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NECESIDADES E INCENTIVOS PARA
CONTROLAR PROCESOS INDUSTRIALES
Automatización de Procesos Agroindustriales
Introducción al Control Automático Ing. W. Castillo
NECESIDADES E INCENTIVOS PARA
CONTROLAR PROCESOS INDUSTRIALES
Automatización de Procesos Agroindustriales
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INTRODUCCIÓN AL CONTROL
AUTOMÁTICO DE PROCESOS.
FORMAS DE REALIZAR CONTROL EN
UN PROCESO.
