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AUTOMATIZACION Y CONTROLAUTOMATIZACION Y CONTROL
04. SISTEMAS DE CONTROL 04. SISTEMAS DE CONTROL INDUSTRIALESINDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE CALDASUNIVERSIDAD DE CALDASFACULTAD DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA
Julio César Caicedo Eraso
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Sistemas de Control Industriales
Los sistemas de control se encargan de la regulación automática de operaciones y del equipo asociado, así como de la integración y coordinación de estas operaciones en un sistema de producción global.
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Niveles de automatización.
Nivel Industrias de Proceso.
Industrias de Manufactura Discreta.
5 Nivel corporativo.
Nivel corporativo.
4 Nivel de planta. Nivel de planta o fábrica.
3 Nivel de control de supervisión.
Nivel de celdas o sistema de manufactura.
2 Nivel de control regulatorio.
Nivel de máquinas.
1 Nivel de Equipo. Nivel de equipo.
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Variables y Parámetros
La variable continua :• Es una variable ininterrumpida
durante el tiempo de manufactura.• Se conoce como análoga, lo que
quiere decir que puede tomar muchos valores dentro de un rango ya definido.
• Fuerza, temperatura, tasa de flujo, presión, son ejemplos de variable continua.
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Variables y Parámetros
La variable discreta:
• Sólo puede tomar sólo un valor dentro de un rango definido.
• Se conoce como variable binaria.
• Puede tomar valores como on/off, abierto/cerrado, 0 y 1.
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Control Continuo Vs. DiscretoFactor de comparación.
Control Continuo. Control Discreto.
Medidas de salida del producto.
Peso, volumen líquido y volumen sólido.
Número de partes o de productos.
Medidas de calidad. Consistencia, concentración, ausencia de contaminantes.
Dimensiones, Acabado, Apariencia, ausencia de defectos.
Variables y parámetros.
Temperatura, tasa de flujo, presión.
Posición velocidad, aceleración.
Sensores. Sensores de flujo, presión y de temperatura.
Interrupores, sensores fotoeléctricos y válvulas.
Actuadores. Válvulas, calentadores, bombas.
Interruptores, motores y pistones.
Unidades de tiempo Segundos, minutos, horas.
Menos de un segundo.
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Sistemas de Control Continuos
• Regulatorios: El objetivo es mantener el desempeño del proceso a cierto nivel o dentro de una cierta banda de tolerancia.
• Re-alimentado: La estrategia es anticipar los efectos de variabilidad que podrían afectar el proceso, detectándolos y compensándolos, de tal forma que el proceso no tenga altas variaciones en la operación.
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Sistemas de Control Continuos
• Optimización en Estado Estable: Se refiere a una clase de técnicas de optimización. 1. Índice de desempeño bien definido (tasa de producción).2. Relación entre índice y variables es conocida.3. Valores de los parámetros del sistema se pueden calcular matemáticamente.Con estas características, el algoritmo de control está diseñado para llevar el proceso al estado óptimo ya establecido.
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Sistemas de Control Continuos
• Control Adaptable: Combina el control de retroalimentación y el control óptimo al medir las variables de proceso relevantes durante la operación. Utiliza algoritmos de control para optimizar el índice de desempeño.
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Sistemas de Control Continuos
• Funciones del control adaptable:1. Identificación: valor actual del índice de desempeño es determinado en base a medidas tomadas del proceso.2. Decisión: se implementa por medio del algoritmo del sistema adaptable.3. Modificación: Los parámetros son alterados por medio de actuadores para optimizar el estado del sistema.
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Sistemas de Control Discretos
• Cambio Manejo de Evento (Event-Driven): Es ejecutado por el controlador para responder a cualquier evento que ha alterado el sistema (perturbación).
• Cambio Manejo de Tiempo (Time-Driven): Se ejecuta por el sistema de control en un punto específico de tiempo o al terminar un lapso.
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Proceso Computarizado de Control.
• El uso de computadores para controlar procesos industriales se inicia a fines de los 50´s.
• Refinerías, industrias petroquímicas e industrias relacionadas con alta producción y transformación de recursos naturales, tenían que manejar demasiadas variables y lazos cerrados de control para operar.
• Las operaciones de control se llevaban a cabo de forma manual, por medio de operadores y gente calificada para supervisar y controlar las operaciones.
• Muchos problemas se suscitaron por las fallas humanas que se tenían debido a diversos factores.
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Requerimientos de control Computarizado.
• Interrupciones iniciadas por el proceso: El controlador debe ser capaz de responder a una señal de entrada, proveniente del proceso.
• Acciones en tiempo: El controlador debe tener la capacidad de ejecutar acciones en puntos específicos de tiempo.
• Comandos computacionales hacia el proceso: El control por computadora debe ser capaz de enviar señales al proceso para iniciar una acción correctiva.
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Requerimientos de control Computarizado.
• Eventos iniciados por el sistema o programa: Son eventos que el sistema de control realizados por los mismos dispositivos computarizados. Por ejemplo, la impresión de un reporte que haya sido previamente programado.
• Eventos iniciados por operador: El control computarizado siempre debe permitir la entrada de una operación del personal (operador).
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Capacidades de control computarizado.
• Polling (muestreo de datos): significa la extracción de datos mediante muestras con el fin de indicar el estado del proceso.
Frecuencia: Recíproco del intervalo de tiempo donde los datos son recolectados.
Orden: Es la secuencia de los lugares donde los datos son recogidos.
Formato: Se refiere a la manera en que el procedimiento del muestreo es diseñado.
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Capacidades de control computarizado
• Interlocks (dispositivos de seguridad): Es un mecanismo de seguridad que sirve para coordinarlas actividades de 2 o más dispositivos y prevenir que 1 dispositivo interfiera con el otro.
Seguro de entrada (input interlock): Es un seguro que requiere de un dispositivo externo para ejecutarse (sensor, switch). Se pueden usar para:Para proceder con un ciclo de trabajo. Ejemplo: Una
máquina comunica una señal al controlador de que el proceso se cumplió.
Para interrumpir un ciclo de trabajo. Ejemplo: Sensor que mande una señal si al robot se le cayó una pieza.
Seguro de salida: Señal enviada por el controlador a un dispositivo externo.
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Capacidades de control computarizado
• Sistema de interrupción: Está muy relacionado con los interlocks. Es un sistema computarizado de control que suspende la ejecución de un programa o subrutina debido a la prioridad de una nueva acción.
Interrupciones internas: Son ejecutadas por el propio sistema computacional.
Interrupciones externas: Son ejecutadas por un operador.
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Niveles de Control Industrial
• Control Básico: Es el de más baja jerarquía. Incluye el control retroalimentado, muestreo e interlocks.
• Nivel de procedimiento: Es un nivel intermedio. En este nivel se usan los datos del muestreo para recalcular valores de parámetros, cambiar puntos de referencia o ganancias del proceso.
• Nivel de coordinación: Nivel más alto de control. Corresponde a la supervisión de todo el proceso industrial, incluso puede involucrar y controlar todo el sistema de automatización de la empresa.
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Formas de Procesos de Control por Computadora.
• Proceso de monitoreo por computadora: involucra el uso de la computadora para observar, recolectar y grabar información de la operación. El monitoreo por computadora se clasifica en:
Datos del proceso: son parámetros y referencias del proceso.
Datos del equipo: indica el estado del equipo.Datos del producto: muestra el rango de calidad
o el cumplimiento con ciertos estándares del producto que se está realizando.
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Formas de Procesos de Control por Computadora.
• Control Digital Directo: Es uno de los más importantes. Es un sistema de control de proceso por computadora donde ciertos componentes en un sistema análogo son reemplazados por una computadora digital.Con este control podemos:
• Tener mayor control: se pueden manejar algoritmos más complicados que los convencionales.
• Integración y optimización de múltiples lazos: Se pueden integrar mediciones de distintos lazos de control.
• Editar el programa de control: Se puede cambiar fácilmente el algoritmo de control.
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Formas de Procesos de Control por Computadora.
• Control Numérico y robótica: Implica el uso de microcomputadoras para dirigir la herramienta de una máquina a una secuencia previamente definida por un programa.
• Controles lógicos programables: se usan instrucciones específicas en una memoria programable para secuenciar y controlar una máquina o proceso.
• Sistemas de control distribuidos y PCs: aquí se usan los microprocesadores, que son chips de circuitos integrados que contienen los elementos lógicos digitales necesarios para ejecutar instrucciones que se encuentran en su memoria y llevar esas instrucciones hacia el proceso.