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SISTEMAS DESISTEMAS DE CONTROLCONTROL
Profesor: Pascual Santos LópezProfesor: Pascual Santos López
SISTEMAS DE REGULACIÓN ...
ContenidosContenidos
• ¿Qué es control?¿Qué es control?
• Concepto de señal.Concepto de señal.
• Concepto de sistema.Conce...
¿Qué es control?¿Qué es control?
• Controlar un proceso consiste enControlar un proceso consiste en
mantener constantes ci...
Ejemplo de sistema deEjemplo de sistema de
controlcontrol
• TemperaturaTemperatura de nuestro cuerpo; side nuestro cuerpo;...
Concepto de señalConcepto de señal
• En los sistemas de control, una magnitudEn los sistemas de control, una magnitud
físi...
Tipos de señales eléctricasTipos de señales eléctricas
• Señal analógicaSeñal analógica (nº(nº
infinito de valores) yinfin...
Ventajas de utilizar señalesVentajas de utilizar señales
eléctricaseléctricas
• Resulta muy sencillo procesarlasResulta mu...
Concepto de Sistema:Concepto de Sistema:
• ¿Qué es un sistema?¿Qué es un sistema?
• Combinación de componentesCombinación ...
Modelado de SistemasModelado de Sistemas
• ¿Qué es un modelo?¿Qué es un modelo?
• Es algo que nos ayuda a entender elEs al...
Función de TransferenciaFunción de Transferencia
• Función de transferenciaFunción de transferencia de un sistema se indic...
Señales:
• y: señal de salida
• r: señal de referencia
• e: señal de error
• v: señal de realimentación
DDiagramas de Bloq...
Tipos de control,Tipos de control, atendiendoatendiendo
al circuito implementadoal circuito implementado
• Control manual:...
Tipos de control,Tipos de control, atendiendoatendiendo
al circuito implementadoal circuito implementado
Estructura de un sistema de control
• Tenemos dos tipos de estructura diferente de
lazo de control:
• Sistemas de control ...
Sistemas de control de LAZO ABIERTO
• Cualquier perturbación desestabiliza el sistema, y
el control no tiene capacidad par...
Sistemas de control de LAZO CERRADO
• Una variación en la salida o en otra variable, se mide,
y el controlador, modifica l...
Control de temperatura.Control de temperatura.
•Lazo abierto - No se mide
•Lazo
cerrado
•Si se mide
Elementos que componen un sistemaElementos que componen un sistema
de controlde control
Proceso
Variables
a controlar
Cont...
Proceso
Transmisor
Variable Medida o
Controlada CV
Controled Variable o
Process Variable PV
Salida (del proceso)
Controlad...
Variable de proceso,
PV.
• La variable medida que se desea estabilizar
(controlar) recibe el nombre de variable de
proceso...
Set Point SP o Consigna
• El valor prefijado (Set Point, SP) es el valor deseado
de la variable de proceso,es decir, la co...
Error E
• Se define error como la diferencia entre la
variable de proceso PV y el set point SP,
• E = SP - PV
• En el ejem...
Estructura general de unEstructura general de un
sistema de medida.sistema de medida.
Elementos de un sistema deElementos de un sistema de
medidamedida
• Sensor o elemento primario:Sensor o elemento primario:...
Tipos de sensoresTipos de sensores
• Por el principio físico:Por el principio físico:
– ResistivoResistivo
– CapacitivoCap...
Actuadores (Elemento finalActuadores (Elemento final
de control)de control)
• EléctricosEléctricos
• RelésRelés
• Solenoid...
ACTIVIDADACTIVIDAD
• Analizar los siguientes sistemas, explicando que tipo deAnalizar los siguientes sistemas, explicando ...
Sistemas actuales de controlSistemas actuales de control
 Control clásicoControl clásico
 Control en cascadaControl en c...
Control clásicoControl clásico
• Control de dos posiciones (todo-nada)Control de dos posiciones (todo-nada)
(on-off)(on-of...
El control On/Off o de dos posiciones
• Tomemos por ejemplo, el caso de un horno eléctrico.
• La temperatura aumenta al ac...
El control On/Off o de dos
posiciones
Control de dos posicionesControl de dos posiciones
Control discreto o de dosControl discreto o de dos
posicionesposiciones
o control ON / OFFo control ON / OFF
Detector de m...
Control Proporcional deControl Proporcional de
tiempo variable (PWM)tiempo variable (PWM)
• Para poder controlar la temper...
PWM pulse width modulation
Modulación por ancho de pulso
• Es posible modular de 0% a 100% la potencia que recibe un
horno...
• Siguiendo con el ejemplo, si hace falta 250W, es
decir 25% de la potencia basta con tener 1 segundo
activado el relé y 3...
Control Proporcional o ContinuoControl Proporcional o Continuo
La variable controlada, toma valores en un rango continuo, ...
Control proporcionalControl proporcional
• El controlador proporcional entrega una potencia
que varía en forma proporciona...
• Internamente el controlador realizará el cálculo del porcentaje de
salida "Out" mediante la siguiente fórmula:
– Out = [...
Control Proporcional Derivativo PD
• Esta acción suele llamarse de velocidad, pero nuncaEsta acción suele llamarse de velo...
Control PDControl PD
• La acción derivativa es llamada a veces "rate action" por
algunos fabricantes de controles porque c...
Ejemplo de Control PDEjemplo de Control PD
• Supongamos que en un momento dado, la temperatura del horno es de
185°C y est...
Control PIControl PI
• Este control es el proporcional más la acción integral, que lo corrige tomando en
cuenta la magnitu...
Control PIDControl PID
• Un control PID es un controlador proporcional con
acción derivativa y acción integral simultáneam...
Control PIDControl PID
Selección del control.Selección del control.
Criterios de estabilidadCriterios de estabilidad
Control en cascadaControl en cascada
Control con aprendizajeControl con aprendizaje
•Sistema al que se le ha “enseñado” la elección
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Control por lógica difusaControl por lógica difusa
Control Digital Directo (DDC)Control Digital Directo (DDC)
ControlControl
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SCADA)SCADA)
Sistemas SCADA: Supervisión,Sistemas SCADA: Supervisión,
Control y Adquisición de Datos.Control y Adquisición de Datos.
Mu...
Control distribuidoControl distribuido
Redes de control distribuidoRedes de control distribuido
CNC
PC/VME
VME/PC
PLC
DCS
Controlador
Area
Ethernet/TCP/IP TCP/IP...
Control JerarquizadoControl Jerarquizado
Instrumentación de un controlInstrumentación de un control
automático.automático.
ISA
Instrumentación: Conjunto de aparato...
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Control de flujoControl de flujo
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Bomba
centrífuga
Caudalímetro Válvula
Bomba, valvula: dimensionamiento, posicion...
Control de nivelControl de nivel
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Selección del tipo de transmisor
Control de presiónControl de presión
PCPT
Fi
F
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Variedad de dinámicas y objetivos
Sistema rápido
Sintonía de PI
Control de temperaturaControl de temperatura
TT
u
TC
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Muchas arquitecturas / procesos
Proceso lento PID
Posibles reta...
Instrumentación de un controlInstrumentación de un control
automático.automático.
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  1. 1. SISTEMAS DESISTEMAS DE CONTROLCONTROL Profesor: Pascual Santos LópezProfesor: Pascual Santos López SISTEMAS DE REGULACIÓN YSISTEMAS DE REGULACIÓN Y CONTROLCONTROL
  2. 2. ContenidosContenidos • ¿Qué es control?¿Qué es control? • Concepto de señal.Concepto de señal. • Concepto de sistema.Concepto de sistema. • Modelado de sistemas.Modelado de sistemas. • Función de transferencia.Función de transferencia. • Tipos de control.Tipos de control. • Estructura de un sistema de control.Estructura de un sistema de control. • Elementos que componen un sistema de control.Elementos que componen un sistema de control. • Sistemas actuales de control.Sistemas actuales de control.
  3. 3. ¿Qué es control?¿Qué es control? • Controlar un proceso consiste enControlar un proceso consiste en mantener constantes ciertas variables,mantener constantes ciertas variables, prefijadas de antemano. Las variablesprefijadas de antemano. Las variables controladas pueden ser, por ejemplo:controladas pueden ser, por ejemplo: Presión, Temperatura, Nivel, Caudal,Presión, Temperatura, Nivel, Caudal, Humedad, etc.Humedad, etc. • Un sistema de control es el conjunto deUn sistema de control es el conjunto de elementos, que hace posible que otroelementos, que hace posible que otro sistema, proceso o planta permanezcasistema, proceso o planta permanezca fiel a un programa establecido.fiel a un programa establecido.
  4. 4. Ejemplo de sistema deEjemplo de sistema de controlcontrol • TemperaturaTemperatura de nuestro cuerpo; side nuestro cuerpo; si lala temperatura sube por encima de 37ºC, setemperatura sube por encima de 37ºC, se suda, refrescando el cuerpo.suda, refrescando el cuerpo. • Si la TªSi la Tª tiende a bajar de 37ºC, el cuerpo,tiende a bajar de 37ºC, el cuerpo, involuntariamente, comienza a temblar,involuntariamente, comienza a temblar, contracción muscular que calienta nuestrocontracción muscular que calienta nuestro cuerpo, haciendo que se normalice nuestracuerpo, haciendo que se normalice nuestra temperatura. Por tanto, en este caso:temperatura. Por tanto, en este caso: – Sistema de medida o sensores -> CélulasSistema de medida o sensores -> Células nerviosas de la pielnerviosas de la piel – Señal de consigna -> 37ºCSeñal de consigna -> 37ºC – Acción de control de la temperatura ->Acción de control de la temperatura -> Sudar o temblarSudar o temblar
  5. 5. Concepto de señalConcepto de señal • En los sistemas de control, una magnitudEn los sistemas de control, una magnitud física variable se representa generalmentefísica variable se representa generalmente mediante una señal eléctrica que varía demediante una señal eléctrica que varía de manera tal que describe dicha magnitud.manera tal que describe dicha magnitud. • Por ejemplo, una señal eléctrica será laPor ejemplo, una señal eléctrica será la variación de la salida de tensión de unvariación de la salida de tensión de un termopar que mide temperatura y latermopar que mide temperatura y la variación de temperatura la transforma envariación de temperatura la transforma en variación de tensión.variación de tensión. • Los dispositivos, circuitos y sistemasLos dispositivos, circuitos y sistemas electrónicos manipulan señales eléctricas.electrónicos manipulan señales eléctricas.
  6. 6. Tipos de señales eléctricasTipos de señales eléctricas • Señal analógicaSeñal analógica (nº(nº infinito de valores) yinfinito de valores) y que tiene una variaciónque tiene una variación continua en el tiempo.continua en el tiempo. • Señal digitalSeñal digital (nº finito(nº finito de valores) y que tienede valores) y que tiene una variación discretauna variación discreta de valores en el tiempo.de valores en el tiempo. • Señal digital binariaSeñal digital binaria (dos valores concretos,(dos valores concretos, 1 y 0) la señal eléctrica1 y 0) la señal eléctrica sólo puede adoptar dossólo puede adoptar dos niveles de tensión.niveles de tensión.
  7. 7. Ventajas de utilizar señalesVentajas de utilizar señales eléctricaseléctricas • Resulta muy sencillo procesarlasResulta muy sencillo procesarlas mediante circuitos electrónicos, quemediante circuitos electrónicos, que son tanto económicos como fiables.son tanto económicos como fiables. • Pueden transmitirse sin dificultad aPueden transmitirse sin dificultad a largas distancias.largas distancias. • Pueden almacenarse para serPueden almacenarse para ser posteriormente reproducidas.posteriormente reproducidas.
  8. 8. Concepto de Sistema:Concepto de Sistema: • ¿Qué es un sistema?¿Qué es un sistema? • Combinación de componentesCombinación de componentes que actúan interconectados,que actúan interconectados, para cumplir un determinadopara cumplir un determinado objetivo.objetivo. • ¿Cómo se representa un¿Cómo se representa un sistema?sistema? • Como un rectángulo o cajaComo un rectángulo o caja negra y variables que actúannegra y variables que actúan sobre el sistema. Las flechassobre el sistema. Las flechas que entran (u, excitaciones oque entran (u, excitaciones o entradas). Las flechas queentradas). Las flechas que salen (y, variables producidassalen (y, variables producidas por el sistema o salidas).por el sistema o salidas).
  9. 9. Modelado de SistemasModelado de Sistemas • ¿Qué es un modelo?¿Qué es un modelo? • Es algo que nos ayuda a entender elEs algo que nos ayuda a entender el funcionamiento de un sistema. Puedefuncionamiento de un sistema. Puede ser unaser una placa electrónica (hardware) o un conjuntoplaca electrónica (hardware) o un conjunto de relaciones matemáticas, en las cualesde relaciones matemáticas, en las cuales codificamos el funcionamiento del sistemacodificamos el funcionamiento del sistema (es lo que llamamos(es lo que llamamos modelo matemáticomodelo matemático) y) y que eventualmente puede desarrollarse enque eventualmente puede desarrollarse en un programa de ordenador.un programa de ordenador. • Modelado Entrada - Salida:Modelado Entrada - Salida: • Uno de los enfoques de modelado más útilesUno de los enfoques de modelado más útiles para propósitos de control es elpara propósitos de control es el ModeladoModelado ExternoExterno o entrada / salida. Este tipo deo entrada / salida. Este tipo de modelo describe la relación estímulo -modelo describe la relación estímulo - respuesta del proceso y conduce a la llamadarespuesta del proceso y conduce a la llamada Función TransferenciaFunción Transferencia del proceso.del proceso.
  10. 10. Función de TransferenciaFunción de Transferencia • Función de transferenciaFunción de transferencia de un sistema se indica porde un sistema se indica por G(s), y es el cociente entre la transformada de LaplaceG(s), y es el cociente entre la transformada de Laplace de la señal de salida y la transformada de Laplace de lade la señal de salida y la transformada de Laplace de la señal de entradaseñal de entrada
  11. 11. Señales: • y: señal de salida • r: señal de referencia • e: señal de error • v: señal de realimentación DDiagramas de Bloquesiagramas de Bloques:: GH r e + = 1 GH G r y F + == 1 Funciones de Transferencia: • G: ganancia directa • H: ganancia de realimentación • GH: ganancia de lazo • F: ganancia de lazo cerrado
  12. 12. Tipos de control,Tipos de control, atendiendoatendiendo al circuito implementadoal circuito implementado • Control manual:Control manual: El operador aplica lasEl operador aplica las correcciones que cree necesariascorrecciones que cree necesarias.. • Control automático:Control automático: La acción de control seLa acción de control se ejerce sin intervención del operador y suejerce sin intervención del operador y su solución es cableada, es decir, rígida, no sesolución es cableada, es decir, rígida, no se puede modificarpuede modificar.. • Control programado:Control programado: Realiza todas lasRealiza todas las labores del control automático, pero sulabores del control automático, pero su solución es programada. Se puede modificarsolución es programada. Se puede modificar su proceso de operación o ley de control.su proceso de operación o ley de control.
  13. 13. Tipos de control,Tipos de control, atendiendoatendiendo al circuito implementadoal circuito implementado
  14. 14. Estructura de un sistema de control • Tenemos dos tipos de estructura diferente de lazo de control: • Sistemas de control en LAZO ABIERTO – Aquel en el que ni la salida ni otras variables del sistema tienen efecto sobre el control. NO TIENE REALIMENTACIÓN • Sistemas de control en LAZO CERRADO – En un sistema de control de lazo cerrado, la salida del sistema y otras variables, afectan el control del sistema. TIENE REALIMENTACIÓN
  15. 15. Sistemas de control de LAZO ABIERTO • Cualquier perturbación desestabiliza el sistema, y el control no tiene capacidad para responder a esta nueva situación. • Ejemplo: el aire acondicionado de un coche. • El sistema o la planta no se mide. • El control no tiene información de cómo esta la salida (Planta).
  16. 16. Sistemas de control de LAZO CERRADO • Una variación en la salida o en otra variable, se mide, y el controlador, modifica la señal de control, para que se estabilice, el sistema, ante la nueva situación. • Ejemplo: el climatizador de un coche. • El sistema o la planta se mide en todo momento. • El control tiene información de cómo esta la salida (Planta).
  17. 17. Control de temperatura.Control de temperatura. •Lazo abierto - No se mide •Lazo cerrado •Si se mide
  18. 18. Elementos que componen un sistemaElementos que componen un sistema de controlde control Proceso Variables a controlar Controlador Valores Deseados Actuador Transmisor Valores medidos Variables para actuar
  19. 19. Proceso Transmisor Variable Medida o Controlada CV Controled Variable o Process Variable PV Salida (del proceso) Controlador SP Set Point Referencia Consigna Variable manipulada Manipulated Variable MV DV MV E (Error) PV PV Perturbaciones Desviation Variables DV Elementos que componen un sistema de control Sensor o E. primario Sistema de medida ActuadorRegulador Comparador Amplificador PV SP Señal o Acción De Control Señal Amplificada Transductor
  20. 20. Variable de proceso, PV. • La variable medida que se desea estabilizar (controlar) recibe el nombre de variable de proceso ("process value") y se abrevia PV. • Un buen ejemplo de variable de proceso es la temperatura, la cual mide el instrumento controlador mediante un termopar o una Pt100.
  21. 21. Set Point SP o Consigna • El valor prefijado (Set Point, SP) es el valor deseado de la variable de proceso,es decir, la consigna. • Es el valor al cual el control se debe encargar de mantener la PV. • Por ejemplo en un horno la temperatura actual es 155 °C y el controlador esta programado para llevar la temperatura a 200°C. • Luego PV=155 y SP=200.
  22. 22. Error E • Se define error como la diferencia entre la variable de proceso PV y el set point SP, • E = SP - PV • En el ejemplo anterior E = (SP - PV) = (200°C - 155°C) = 45 °C. • Recuerde que el error será positivo cuando la temperatura sea menor que el set point, PV < SP .
  23. 23. Estructura general de unEstructura general de un sistema de medida.sistema de medida.
  24. 24. Elementos de un sistema deElementos de un sistema de medidamedida • Sensor o elemento primario:Sensor o elemento primario: Mide o sensa el valor de unaMide o sensa el valor de una variable de proceso, y toma una salida proporcional a lavariable de proceso, y toma una salida proporcional a la medida. Esta salida, puede o no, ser eléctrica. El sensor debemedida. Esta salida, puede o no, ser eléctrica. El sensor debe tomar la menor energía posible del sistema, para no introducirtomar la menor energía posible del sistema, para no introducir error.error. • Transductor:Transductor: Elemento que transforma la magnitud medidaElemento que transforma la magnitud medida por el elemento primario en una señal eléctrica.por el elemento primario en una señal eléctrica. • Transmisor o Acondicionador de señal :Transmisor o Acondicionador de señal : Elemento queElemento que convierte, acondiciona y normaliza la señal para suconvierte, acondiciona y normaliza la señal para su procesamiento.procesamiento. • En la industria, las señales de salida normalizadas son: 4 aEn la industria, las señales de salida normalizadas son: 4 a 20mA, 0 a 5v, 0 a 10v, si son salidas eléctricas y 3 a 15 psi20mA, 0 a 5v, 0 a 10v, si son salidas eléctricas y 3 a 15 psi en señal neumática.en señal neumática.
  25. 25. Tipos de sensoresTipos de sensores • Por el principio físico:Por el principio físico: – ResistivoResistivo – CapacitivoCapacitivo – InductivoInductivo – PiezoresistivoPiezoresistivo – FotovoltáicoFotovoltáico – ElectromagnéticoElectromagnético – TermomagnéticoTermomagnético – PiezoeléctricoPiezoeléctrico • Por la salida:Por la salida: – EléctricaEléctrica • activosactivos • pasivospasivos – MecánicaMecánica • Por la magnitud a medir,Por la magnitud a medir, es la clasificación máses la clasificación más utilizada:utilizada: – TemperaturaTemperatura – PresiónPresión – CaudalCaudal – PosiciónPosición – Velocidad, etc...Velocidad, etc...
  26. 26. Actuadores (Elemento finalActuadores (Elemento final de control)de control) • EléctricosEléctricos • RelésRelés • SolenoidesSolenoides • Motores CCMotores CC • Motores ACMotores AC • Motores paso aMotores paso a pasopaso • Hidráulicos oHidráulicos o neumáticosneumáticos • Válvulas neumáticasVálvulas neumáticas • Válvulas de solenoideVálvulas de solenoide • Cilindros y válvulasCilindros y válvulas pilotopiloto • MotoresMotores
  27. 27. ACTIVIDADACTIVIDAD • Analizar los siguientes sistemas, explicando que tipo deAnalizar los siguientes sistemas, explicando que tipo de lazo es y porque. Explicar cómo se podría perfeccionar ellazo es y porque. Explicar cómo se podría perfeccionar el sistema:sistema: – Tostadora por tiempo.Tostadora por tiempo. – Control de semáforos por tiempo.Control de semáforos por tiempo. – Bomba de calor de una vivienda.Bomba de calor de una vivienda. • Identificar en cada sistema anterior, las señales yIdentificar en cada sistema anterior, las señales y elementos típicos de un sistema de control. Dibujar elelementos típicos de un sistema de control. Dibujar el diagrama de bloques.diagrama de bloques. • Crear dos sistemas nuevos de control, uno en lazo abiertoCrear dos sistemas nuevos de control, uno en lazo abierto y otro en lazo cerrado, modificando el de lazo abierto.y otro en lazo cerrado, modificando el de lazo abierto. Identificando señales y elementos básicos.Identificando señales y elementos básicos.
  28. 28. Sistemas actuales de controlSistemas actuales de control  Control clásicoControl clásico  Control en cascadaControl en cascada  Control con aprendizajeControl con aprendizaje  Control por lógica difusaControl por lógica difusa  Control digital directo (ddc)Control digital directo (ddc)  Control supervisor (spc y scada)Control supervisor (spc y scada)  Control distribuido (scd)Control distribuido (scd)  Control jerarquizadoControl jerarquizado
  29. 29. Control clásicoControl clásico • Control de dos posiciones (todo-nada)Control de dos posiciones (todo-nada) (on-off)(on-off) • Proporcional de tiempo variable (PWM)Proporcional de tiempo variable (PWM) • Proporcional (P)Proporcional (P) • Proporcional + Integral (PI)Proporcional + Integral (PI) • Proporcional + Derivativo (PD)Proporcional + Derivativo (PD) • Proporcional + Integral + Derivativo (PID)Proporcional + Integral + Derivativo (PID)
  30. 30. El control On/Off o de dos posiciones • Tomemos por ejemplo, el caso de un horno eléctrico. • La temperatura aumenta al activar las resistencias calentadoras mediante un contactor, gobernado a su vez por un relé dentro del controlador. • El modo de control ON/OFF es el más elemental y consiste en activar el mando de calentamiento cuando la temperatura está por debajo de la temperatura deseada SP y luego desactivarlo cuando la temperatura esté por arriba. • Debido a la inercia térmica del horno la temperatura estará continuamente fluctuando alrededor del SP. • Las fluctuaciones aumentarán cuanto mayor sea la inercia térmica del horno (retardo). • Este control no es el más adecuado cuando se desea una temperatura constante y uniforme
  31. 31. El control On/Off o de dos posiciones
  32. 32. Control de dos posicionesControl de dos posiciones
  33. 33. Control discreto o de dosControl discreto o de dos posicionesposiciones o control ON / OFFo control ON / OFF Detector de máximo y mínimo nivel Electroválvula ON/OFF Relé Las variables solo admiten un conjunto de estados finitos
  34. 34. Control Proporcional deControl Proporcional de tiempo variable (PWM)tiempo variable (PWM) • Para poder controlar la temperatura con menos fluctuaciones, se debe entregar al horno una potencia gradual, para mantenerlo a la temperatura deseada . • En el ejemplo anterior del control On/Off, el relé del mando de calentamiento estará activado 100%, entregando el máximo de potencia al horno o bien desactivado sin entregar potencia. • El controlador proporcional entrega una potencia que varía en forma gradual entre 0 y 100% según se requiera y en forma proporcional al error (SP-PV).
  35. 35. PWM pulse width modulation Modulación por ancho de pulso • Es posible modular de 0% a 100% la potencia que recibe un horno eléctrico mediante el mismo contactor que se usaría para un control on/off. • La idea es modular el tiempo de activación del contactor durante un tiempo fijo tc, llamado tiempo de ciclo, de modo que el horno reciba finalmente un promedio de la potencia. • Supongamos que nuestro horno funciona con un calefactor de 1000W, si se requiere una potencia de 500W, equivalente a 50% de la total, entonces se activa 2 segundos el relé y se desactiva otros 2, para luego empezar otro ciclo. • El efecto neto será que el horno recibe 50% de la potencia pero la temperatura no fluctúa al ritmo del tiempo de ciclo pues este es menor al tiempo de respuesta del horno.
  36. 36. • Siguiendo con el ejemplo, si hace falta 250W, es decir 25% de la potencia basta con tener 1 segundo activado el relé y 3 segundos desactivado.
  37. 37. Control Proporcional o ContinuoControl Proporcional o Continuo La variable controlada, toma valores en un rango continuo, se mide y se actúa continuamente sobre un rango de valores del actuador Variable Manipulada Variable Controlada Referencia LT LC Perturbación Control
  38. 38. Control proporcionalControl proporcional • El controlador proporcional entrega una potencia que varía en forma proporcional al error (SP-PV). • Para poner en marcha un controlador proporcional se deben fijar los siguientes parámetros: – La temperatura deseada SP , por ej. SP = 200 °C – La banda proporcional Pb, por ej. Pb = 10 %. • La banda proporcional Pb se programa en el controlador como un porcentaje del SP. • banda = Pb x SP/100%
  39. 39. • Internamente el controlador realizará el cálculo del porcentaje de salida "Out" mediante la siguiente fórmula: – Out = [ 100% * E / banda ] – banda = Pb*SP/100% – E = (SP - PV) • Para los valores del ejemplo SP=200°C y Pb=10%, la potencia determinada por el control variará a lo largo 20°C abajo del SP. • banda = Pb*SP/100% = 10% * 200 °C / 100% = 20°C • Es decir que la banda a lo largo de la cual variará gradualmente la potencia será: 180°C...200°C. • Por ejemplo si la temperatura del horno es igual o menor de 180°C, la salida de control (potencia) será 100%. • Cuando la temperatura esté en la mitad de la banda, es decir en 190°C la salida será 50% : • Out% = [100% * E / banda] = 100%*(200-190)/20 = 50% • Al llegar la temperatura a 200 °C la salida será 0% :. • Out% = [100%*(200-200)/20] = 0%
  40. 40. Control Proporcional Derivativo PD • Esta acción suele llamarse de velocidad, pero nuncaEsta acción suele llamarse de velocidad, pero nunca puede tenerse sola, pues sólo actua en periodo transitorio.puede tenerse sola, pues sólo actua en periodo transitorio. • Un control PD es uno proporcional al que se le agrega la capacidad de considerar también la velocidad de la temperatura en el tiempo. • De esta forma se puede "adelantar" la acción de control del mando de salida para obtener así una temperatura más estable. • Si la temperatura esta por debajo del SP, pero subiendo muy rápidamente y se va a pasar de largo el SP, entonces el control se adelanta y disminuye la potencia de los calefactores. • Al revés si la temperatura es mayor que el SP, la salida debería ser 0% pero si el control estima que la temperatura baja muy rápido y se va pasar para abajo del SP, entonces le coloca algo de potencia a la salida para ir frenando el descenso brusco.
  41. 41. Control PDControl PD • La acción derivativa es llamada a veces "rate action" por algunos fabricantes de controles porque considera la "razón de cambio" de la temperatura. • En el ejemplo del horno agregamos un nuevo parámetro llamado constante derivativa D, medido en segundos. • Internamente el controlador realizará ahora el cálculo: • Out = [ 100% * ( E - D * Vel) / ( banda ) ] • banda = Pb*SP/100% • Donde "Vel" es la velocidad de la temperatura medida por el controlador, en °C/seg • Para este ejemplo fijamos D = 5 seg. y como antes SP=200 °C y Pb=10%.
  42. 42. Ejemplo de Control PDEjemplo de Control PD • Supongamos que en un momento dado, la temperatura del horno es de 185°C y está subiendo a una velocidad Vel= 2 °C/Seg.. • En un control proporcional la salida debería ser de 75%. – Out = [ 100% *E / banda ] = 100%*15°C/20°C = 75% • Pero en este caso el control PD toma en cuenta la velocidad de ascenso de la temperatura y la multiplica por la constante derivativa D y obtiene : – Out = [ 100% * ( E - D * Vel) / ( banda ) ] – = [ 100% * (15°C - 5 Seg * 2 °C/Seg.) / banda ] – = [ 100% * (5°C) / 20°C ] = 25% • entonces a pesar que la temperatura actual es 185 °C, la salida es 25% en vez de 75%, al considerar la velocidad de ascenso de la temperatura • De la misma forma, si la temperatura está sobre 200 °C pero descendiendo rápidamente, (velocidad negativa) por ejemplo: -1°C/seg, entonces el control activará antes y con mayor potencia la salida intentando que no baje de 200 °C.
  43. 43. Control PIControl PI • Este control es el proporcional más la acción integral, que lo corrige tomando en cuenta la magnitud del error y el tiempo que este ha permanecido. • Para ello se le programa al control una constante I, que es "la cantidad de veces que aumenta la acción proporcional por segundo“. • Por muy pequeño que sea el valor programado de I, siempre corregirá el error estacionario, pero tardará más tiempo en hacerlo. • Al revés si se programa un valor excesivo de I , entonces la acción integral tendrá mucha fuerza en la salida y el sistema alcanzará rápidamente el SP, pero lo más probable es que siga de largo por efectos de la inercia térmica. • Entonces la acción integral (con error negativo) será en sentido contrario, irá disminuyendo rápidamente de acuerdo al error. • Como consecuencia habrá una excesiva disminución de la potencia de salida y la temperatura probablemente baje del SP, entrando así el sistema en un ciclo oscilatorio. • En la práctica normalmente I deberá ser grande solo en sistemas que reaccionan rápidamente, (por ejemplo controles de velocidad de motores ) y pequeño para sistemas lentos con mucha inercia. (Por ejemplo hornos) • En general los valores de la constante I son relativamente pequeños, para la mayoría de los sistemas el valor adecuado de I varia entre 0 y 0,08
  44. 44. Control PIDControl PID • Un control PID es un controlador proporcional con acción derivativa y acción integral simultáneamente superpuestas. • el lector ya debe estarse preguntando cómo elegir los valores de los parámetros Pb, D, I, que debe introducir en su controlador PID. • Existe un solo conjunto de valores Pb, D, I que darán el rendimiento óptimo para un sistema y encontrarlos requiere: conocimientos teóricos, habilidad, experiencia y suerte.
  45. 45. Control PIDControl PID
  46. 46. Selección del control.Selección del control.
  47. 47. Criterios de estabilidadCriterios de estabilidad
  48. 48. Control en cascadaControl en cascada
  49. 49. Control con aprendizajeControl con aprendizaje •Sistema al que se le ha “enseñado” la elección de control para cada situación ambiental.
  50. 50. Control por lógica difusaControl por lógica difusa
  51. 51. Control Digital Directo (DDC)Control Digital Directo (DDC)
  52. 52. ControlControl supervisorsupervisor (SPC y(SPC y SCADA)SCADA)
  53. 53. Sistemas SCADA: Supervisión,Sistemas SCADA: Supervisión, Control y Adquisición de Datos.Control y Adquisición de Datos. Multi Panel PROFIBUS-DP Nivel de PLCNivel de PLC Sistemas SCADASistemas SCADA TCP/IP Conexión a impresora de red Acceso a archivos y recetas SIEMENS
  54. 54. Control distribuidoControl distribuido
  55. 55. Redes de control distribuidoRedes de control distribuido CNC PC/VME VME/PC PLC DCS Controlador Area Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Nivel de fábrica Tiempos de ciclo bus < 1000 ms Nivel del celda Tiempos de ciclo bus < 100 ms Nivel de campo Tiempos de ciclo bus < 10 ms
  56. 56. Control JerarquizadoControl Jerarquizado
  57. 57. Instrumentación de un controlInstrumentación de un control automático.automático. ISA Instrumentación: Conjunto de aparatos o su aplicación para el propósito de observar, medir o controlar.
  58. 58. qa Control de flujoControl de flujo FCw u Bomba centrífuga Caudalímetro Válvula Bomba, valvula: dimensionamiento, posicionamiento Caudalímetro: Tipo, rango Orden: Bomba, caudalímetro, válvula
  59. 59. Control de nivelControl de nivel q LC w u LT qi h Selección del tipo de transmisor
  60. 60. Control de presiónControl de presión PCPT Fi F u a w Variedad de dinámicas y objetivos Sistema rápido Sintonía de PI
  61. 61. Control de temperaturaControl de temperatura TT u TC w q T Muchas arquitecturas / procesos Proceso lento PID Posibles retardos por la colocación del transmisor
  62. 62. Instrumentación de un controlInstrumentación de un control automático.automático.
  63. 63. ¡MUCHAS¡MUCHAS GRACIAS!GRACIAS!

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