introducciÓn al control industrial asistido por ordenador

5/12/2018 INTRODUCCI N AL CONTROL INDUSTRIAL ASISTIDO POR ORDENADOR - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-al-control-industrial-asistido-por-ordenado

y INTRODUCCIÓN AL CONTROL INDUSTRIAL ASISTIDO POR ORDENADOR

Hoy en día, ante la complejidad creciente de los procesos industriales y el aumento en laproducción de estos, resulta necesario desde el punto de vista financiero lograr una producciónóptima; que sea capaz de reducir sus costos y de proporcionar una calidad buena en susproductos. Lo anterior solo puede lograrse con un adecuado control industrial.

A lo largo del curso se ha observado que existen dos tipos de control, el analógico y el digital, sibien es cierto que el primero es el mas usado en países del tercer mundo como el nuestro; elsegundo es hasta hoy, el mas ventajoso a emplear en los procesos industriales. Debido a locómodo que resulta tratar exclusivamente con números puros y ser ideal para la resolución deproblemas numéricos. Asimismo la alta velocidad conseguida en las señales de mando a losdiversos instrumentos de control, permite mantener el set piont casi constante y monitoreado entodo momento.

Sin embargo este tipo de control frente al analógico, tiene la desventaja de que al muestrear elproceso pierde parte de la información. Lo anterior puede ser corregido con complejos algoritmosmatemáticos (al comparar este y el analógico en cuestión de costos, el control digital pierdegravemente) que le asignan versatilidad e interacción amigable en la modificación de parámetros y

variables que operan en el proceso.

Aunado a lo anterior, con el control digital asistido por computador se puede:

y Lograr mayor rendimiento de los procesos y por lo tanto una mejor producción conmenores costes gracias a la utilización eficiente del material y del equipo.

y Mayor calidad en los productos fabricados a costos muy reducidos.

y Mayor seguridad, ya que la acción de corrección y activación de alarmas es casi inmediata.

y Proporciona una gran cantidad de información a la dirección de control, en forma

simultánea y en tiempo real.

A pesar de las maravillas que puede desarrollar este sistema, debe quedar claro que el controldigital asistido por ordenador no hace milagros y que las ventajas anteriormente mencionadas solose logran desarrollando un buen modelo que refleje exactamente el sistema de balance de materiay energía, además de incluir complejos algoritmos que le ayuden a minimizar los errores propios desus unidades de adquisición de datos (para ello hay que analizar física , analítica ymatemáticamente nuestro proceso en cuestión de forma minuciosa).

Lo anterior puede verse en forma sencilla en el siguiente ejemplo, referente a un intercambiador decalor.



La ecuación siguiente representa el balance de energía:

Q*q=F*Cp(Tf-Ti)

De donde:

Q = Caudal de vapor

q = Calor de condensación del vapor a la presión de alimentación

F = Caudal de liquido

Cp = Calor especifico del liquido

Tf = Temperatura del liquido a la salida

Ti = Temperatura del liquido a la entrada

En el modelo anterior se supone que no hay pérdidas (o son mínimas estas)

Esta ecuación es el modelo matemático simple del proceso expresado en forma estática sin tener en cuenta las condiciones dinámicas (en cuyo caso debe ser expresado en forma de ecuacióndiferencial). Como nos interesa controlar la temperatura de salida, reducimos la expresión a:

Tf = Ti+[(Q*q)/(F*Cp)]



El control clásico por realimentación de Tf, se actúa únicamente sobre el caudal de vapor Q,mientras que en el control en adelanto simple se considera solo el caudal del fluido F. De ahí laimportancia de tener en cuenta las demás variables que intervienen en la ecuación para conseguir el control total del proceso. Por otro lado, la ecuación puede modificarse a:

Q = F*(Cp/q)*(Tf-Ti)

Expresión que indica que el problema del control total queda resuelto con un instrumento queresuelva la ecuación, midiendo los valores de Ti, Tf y F e introduciendo o midiendo los valores deCp y q. Dicho instrumento recibe el nombre de COMPUTADOR. En el ejemplo anterior, la eficaciadel computador dependerá de la precisión con que el modelo matemático o algoritmo de control seajuste al modelo real del proceso (recordemos que hay perdida de datos por parte del controldigital), por lo que resulta útil añadir al sistema un control de realimentación clásico, queobviamente puede almacenarse el la memoria del computador y ejecutarse al par del control deadelanto simple.

Se que el ejemplo anterior es sumamente simple y como es lógico, al tender los sistemas aevolucionar a una complejidad cada vez mayor, fue inevitable el intentar desarrollar un computador de gran capacidad que realizara la función de controlar todas las variables del proceso en forma

optima. Este computador programable evoluciono en dos etapas:

- El control digital directo

- El control supervisor

Estos computadores iniciaron la separación de la instrumentación analógica del mando directo deloperador, pasando directamente este a funciones de supervisión e interviniendo solo en casonecesario al ser avisado por el computador.

La decisión de un(a) computador(a) conectado(a) al proceso se realizaba hace 20-30 años deacuerdo con múltiples factores de los cuales aun se recuerdan los siguientes:

y La planta debía de tener una producción anual muy grande para que fuera factible obtener un pequeño porcentaje de mejora en su rendimiento que pudiera justificar la enormeinversión que representaba la instalación de control por computadores (Actualmente loscostos se han abaratado enormemente y las prestaciones han mejoradoespectacularmente de modo que puede afirmarse que, a partir de unos 20-25 lazos(instrumentos a monitorear y controlar), es mas barata la adquisición de instrumentos decontrol digital que la de analógicos (neumáticos o electrónicos).

y Que haya líneas de proceso muy importantes (como en la fabricación de hidrocarburos oen la industria fármaco biológica).

y Que el proceso cambie sus características internas con el tiempo, tal como en el caso de

los coeficientes de transferencia de calor en un horno, en un intercambiador de calor, etc...donde se prevé que la instalación de instrumentos convencionales dará menor rendimiento.

y En procesos en desarrollo donde puede ser muy útil la instalación de un computador puesto que permite realizar estudios de manera continua que facilitan su mejor diseño.

y Procesos agresivos donde se tenía que manejar todo el proceso de manera simbólica puesno había forma de realizar mediciones constantes.



y Procesos extremadamente delicados y peligrosos, que exigían alta precisión (centralesnucleares).

B) CONTROL DE PROCESOS POR ORDENADOR

B1) MONITORES (Adquisición de datos).

Se define a un monitor como una unidad de adquisición de datos, podría decirse que son sensores,pero a diferencia de estos, los monitores de un tiempo acá, poseen cierto tipo de inteligenciaconferida por un procesador.

De ahí el termino monitoreo que usaremos a lo largo del texto.

Además de lo anterior otro tipo de monitor, es aquel que presenta en forma grafica lo que estapasando en la planta, de forma fácil y porque no también llamativa, de estos el de CRT o tubo derayos catódicos es el mas común, aunque los LCD, TFT y demás, se están haciendo patentes conmayor fuerza cada día.

Por ultimo, monitor también es un segmento de programación, comúnmente escrito en lenguaje C,que regula el flujo de datos en una forma similar a un semáforo, ello evita que se atasquen ycolapsen las redes de adquisición de datos.

B2) CONTROL SUPERVISORIO (supervisor).

Sistema de control en el cual los bucles de control operan independientemente, sujetos a accionesde corrección intermitente a través de sus puntos de consigna.

En la figura 4.2 se muestra este esquema de control, el cual por orden histórico fue el primero enutilizarse. En este esquema la computadora juega solamente el papel de un supervisor, ya que notiene acceso a ningún lazo de control y su única función es monitorear las variables controladas delproceso o bien, modificar las referencias de control (set points).

Los lazos de control en este esquema se siguen realizando mediante controladores analógicos.



B3) CONTROL DIGITAL DIRECTO (DDC).

Sistema de control que realiza un aparato digital que establece directamente las seales que van alos elementos finales de control.

En la Figura 4.3 se muestra el esquema de una computadora trabajando en control digital directo.En este esquema la computadora ejecuta uno o varios algoritmos de control para realizar directamente el control de una o varias variables de un proceso.

Este esquema es al que se enfocan estos apuntes.



C) CONTROL DISTRIBUIDO.

En lo años 70, dentro de los esfuerzos de investigación dedicados a la resolución del problema delcontrol de fabricas con un gran numero de lazos y teniendo en cuenta el estado de la técnica de losmicroprocesadores y la característica <conservadora y avara) de la industria, se llego a lassiguientes conclusiones generales

1.- Descartar el empleo de un solo ordenador (control directo digital) por razones de seguridad y decapacidad de estos (se colapsaban, congelaban o sufrían espasmos térmicos que fusionabanciertos componentes) y sustituirlo por varios controladores digitales capaces de controlar un ciertonumero de variables, para así distribuir el riesgo del control único; así mismo se opto por el empleo

de unidades de respaldo y la conexión de computadores paralelos.

2.- Cada control digital debía ser universal, es decir disponer de algoritmos de controlseleccionables por software, que permitieran resolver todas la situaciones de control y dieran asíversatilidad al sistema ( de este modo, un solo controlador digital podría efectuar un control P, PI,PID, o de relación o en cascada...)

3.- La velocidad en la adquisición de datos y su salida hacia los actuadores, debía ser en tiemporeal, lo que obligaba a utilizar microprocesadores de 16 bits (que en aquellos tiempos eran unanovedad y que hoy consideramos obsoletos frente a los de 64 bits como el Xeon, Itanium o Atlon).

4.- Para comunicar entre si los transmisores electrónicos de campo, los controladores y lasinterfaces para la comunicación con el operador de la planta, se adopto el empleo de una vía decomunicaciones, en forma de cable coaxial instalado en la planta, con un recorrido paralelo a losedificios y a la sala de control.

5.- Para eliminar el espacio de panel requerido por el control clásico, se adopto el uso de uno ovarios monitores TRC (actualmente son LCD, TFT o plasma), en los cuales, el operador, a travésdel teclado, debía examinar las variables de proceso, las características de control, las alarmas...sin perturbar el control de la planta, y con la opción de cambiar cualesquiera características decontrol de las variables del proceso.



Como resultado de estos esfuerzos, el primer control distribuido para la industria apareció enNoviembre de 1975 (TDC 2000 de Honeywell).

En esencia, la diferencia entre el control distribuido y el control digital radica en que el primeronecesita se configurado manualmente nodo a nodo y el segundo puede ser codificadoelectrónicamente.

El ordenador personal también ha incorporado al control distribuido. Permite la visualización de lasseñales de múltiples transmisores, el diagnostico de cada lazo de transmisión, el acceso a losdatos básicos de calibración y a los datos de configuración de los transmisores.

En este esquema, que es el más difundido a nivel industrial en la actualidad se utilizancomputadoras o microcontroladores para reemplazar los lazos de control individuales que en elesquema antiguo se implementaban con controladores analógicos. Además se usa una grancomputadora de gran capacidad para realizar la función de supervisora que ya se describió en elesquema supervisor anterior, con la diferencia que en el nuevo esquema dicha computadora seauxilia de subsistemas que controlan una red local que sirve de interfaz de comunicación con cadacontrolador

Funcionando en control digital directo.

El controlador básico del sistema es un microprocesador que proporciona los clásicos controlesPID y otros algoritmos de control. Es apto para el manejo de 8 lazos que proporciona, entre otros,los siguientes algoritmos de control:

- Salida manual

- PID normal



- PID con ajuste externo del punto de consigna

- PID con control anticipado (feedforward)

- Adelanto-retardo

- Sumador

- Multiplicador - Divisor

- Relación

- Extracción de raíz cuadrada

- Rampas programadas (temperatura en procesos dinámicos)

- Contador

Los algoritmos anteriores pueden configurarse de tal forma que se define cual es el ultimo modo decontrol a retener en caso de avería, las unidades de ingeniería (tipo de termopar, termoresistencia),la acción de control (directa, inversa), las alarmas, el tipo de señal, asignación de bandasportadoras de señal...

C.1) COMPONENTES DEL CONTROL DISTRIBUIDO.

- El controlador multifunción que, al utilizar en su programación un lenguaje de alto nivel, seasemeja a un ordenador personal, proporciona las funciones de control lógico que permiten regular un proceso discontinuo (Bach control), y el manejo de procesos complejos, en las que el controlbásico esta limitado. Tal es el control de una columna de destilación, donde el control es dinámico,y es necesario realizar cálculos en tiempo real sobre las ecuaciones de equilibrio entre el reflujointerno y el reflujo externo en cabeza de la columna. Otros casos típicos son la manipulación dereactores en condiciones anormales, el precalentamiento de líquidos de alimentos de procesosmediante la creación matemática de modelos...

- El control secuencial enlaza el control analógico (modulante con posiciones que varíancontinuamente en la válvula de control) con el control lógico, Por ejemplo, el arranque y el paro deuna cadena de vapor deben hacerse de modo secuencial para eliminar totalmente el riesgo de unaexplosión que ocurriría si, en el peor de los casos, entrara agua en la caldera con el nivel muy bajoy con los tubos del serpentín al rojo vivo.. El control secuencial se realiza con un conjunto deinstrucciones o sentencias, parecidas a programas de ordenador, que establecen en el tiempo lospuntos de ajuste de cada elemento para que tenga lugar la secuencia deseada. El lenguajeempleado es de alto nivel, parecido al Basic o C, y orientado al usuario del ordenador personal, por lo que es fácil de escribir y de interpretar.

- En el control discontinuo (Bach control) es usual automatizar la entrada de ingredientes, enparticular en la industria farmacéutica, definiendo la naturaleza y cantidades en lo que se llama laformula (recipe). Debido a que se fabrican muchos productos diferentes en la misma unidad defabricación, es necesario que el equipo de control sea versátil para satisfacer la gran variedad deformulas (recipes) que pueden presentarse. La practica usual es disponer de un programa de laformula principal grabado en Cd, disquete, DVD o HD móvil, y modificar esta dinámicamente deacuerdo con los datos de la formula, las fases del proceso discontinuo y el tiempo estimado deejecución de la operación.



- Los controles programables sustituyen a los reles convencionales utilizados en la industria. Enlugar de disponer de pulsadores y reles para los circuitos de enclavamiento y para elaccionamiento de los motores de la planta, con el correspondiente panel o cuadro de mandos ycon los consiguientes cables de conexión, voluminosos y caros, el controlador programable aportala solución versátil, practica y elegante del software en un lenguaje especial, basado en la lógica delos reles.

El teclado del controlador dispone de símbolos que representan la lógica de los contactos: NA(normalmente abierto), NC (normalmente cerrado), Temporizacion ON u OFF, contador, Constante,operadores aritméticos.

De este modo pueden desarrollarse programas que representen cualquier tipo de enclavamiento ycomprobarlos con un simulador de contactos, antes de acoplar el controlador programable a laplanta

- La estación de operación proporciona la comunicación con todas las señales de la planta parael operador de proceso, el ingeniero de proceso y el técnico de mantenimiento. La presentación dela información a cada uno de ellos, se realiza, mediante programas de operación, de este modo:

1.- el operador de proceso ve en la pantalla (o pantallas) un grafico o gráficos del proceso que leinteresa (incluso hay algunos con animaciones de movimiento), y puede manipular las variablesdeseadas, las alarmas, las curvas de tendencia, etc.. Puede archivar datos históricos de la plantaque crea interesantes, obtener copias en impresora de las tendencias, estado de las alarmas eincluso llevar un registro del desgaste progresivo de ciertos elementos de control, de medición...

2.- El ingeniero de proceso puede editar programas del proceso, construir las representaciones enla pantalla de partes del proceso...

3.- El técnico de mantenimiento puede fundamentalmente diagnosticar y resolver problemas en loselementos de control distribuido de la planta.

- El computador permite implementar los programas de aplicación de los usuarios, destinados aobtener información determinada de la planta y procesarla con objeto de analizarla mas adelante.El sistema incluso puede optimizar variables, hacer cálculos especiales o complejos sobre balancede energía o de consumo de materias primas de la planta, y a confeccionar reportes especiales.

Por otro lado el computador puede comunicarse con otros ordenadores de mayor capacidad paraobtener información sobre el consumo de materias primas, sobre los factores que influyen en laproducción y en su rendimiento, y sobre los datos analíticos que se utilicen en la optimización de laplanta. Y, como es lógico, esta información actual obtenida del proceso es accesible a la dirección,que puede utilizarla para el control de los costos de la planta.

El lenguaje utilizado suele ser de alto nivel, Fortran 77 y/o 99 (o el Microsoft Fortran Studio), VisualC, Delphi, Visual Basic, Java... Se desarrollan programas que permiten utilizar el control distribuido

de manera óptima para mejorar la productividad de la fábrica y minimizar los costes. Entre estosprogramas se encuentran:

1.- Monitoreo y control de turbinas generadoras

2.- Mezclas en refinerías y en la industria del papel

3.- Auto ajuste de lazos de control



4.- Librería de gráficos para la construcción de diagramas de flujo

5.- Control de calderas de vapor

La tendencia del computador es a generar cada vez más información, la que debe ser transmitidarápidamente dentro de la planta y a veces en tiempo real.

Esta información es manejada por los llamados periféricos del ordenador.

Estos periféricos deben trabajar a la misma velocidad que los sistemas basados en los nuevosprocesadores Advanced Micro Device, Intel, Motorola o IBM (de ahí que una industria no compre elprimer periférico que encuentre). Entre Estos se encuentran memorias de varios Gigas e inclusoTerabytes, impresoras rápidas con alta calidad...

- Las alarmas son importantes en el control de procesos. Existen alarmas de alto y bajo valor de lavariable (LPV, HPV), alarmas de desviación entre el punto de consigna (SP) y la variablecontrolada (PV), alarmas de tendencia que actúan si la variación de la variable excede de un valor prefijado, alarmas de estado de la señal de entrada o de salida, alarmas de situación critica,alarmas que indican que el proceso esta fuera de control y que se acerca un desastre inminente

(como las de Chernovil), alarmas que indican el restablecimiento del control... Conviene evitar lainstalación de un número excesivo de alarmas, ya que el operador se ve obligado a silenciarlasapretando el botón correspondiente y, además le predisponen a no prestarles atención.

Los casos en los que la alarma actúa demasiadas veces a lo largo del día son debidos a un maldiseño o a una condición en el proceso, que hay que corregir.

El control distribuido tiene una seguridad mejorada con relación a los sistemas convencionales decontrol, tal como se ha mencionado, los transmisores disponen de un sistema de auto calibración ydiagnostico de averías que permite al personal de mantenimiento, localizarlas y repararlasrápidamente, en caso de que se produzcan. El sistema es redundante y puede considerarse comouna inteligencia distribuida que, en forma parecida a la humana, limita las consecuencias de unfallo, manteniendo el control del sistema.

Desde el punto de vista de la fiabilidad del equipo, el numero de horas/fallo de los elementos decontrol distribuido es considerable y varia en régimen permanente y a la temperatura de 25°Cdesde 10,000 horas/fallo en los controladores básicos hasta 220,000 horas/fallo en la vía decomunicaciones (cable coaxial), y este tiempo sigue creciendo con las nuevas técnicas defabricación que se van incorporando a la industria.

Otro parámetro es la llamada disponibilidad, es decir, la fracción de tiempo que el sistema esoperable. Por ejemplo, una disponibilidad de 90% significa que el sistema trabaja el 90% deltiempo, mientras que el 10% restante esta en reparación. Pues bien, en los sistemas de controldistribuido, la disponibilidad típica varia desde 99.2 hasta 99.9%, dependiendo de la bondad delequipo (ello se logra dejando de usar equipos mediocres como los de Intel), de la disponibilidad de

piezas criticas y del mantenimiento. Por lo tanto, si el usuario dispone en la planta de dichas piezasy ha contratado un buen mantenimiento, la seguridad es clara (mejor aun si se dispone de otrosistema de respaldo y de procesamiento que le supla durante el periodo de revisión).

Lo anterior pone de manifiesto que los sistemas de control distribuido son hoy en día los que logranel mejor desempeño. Sus ventajas son tan claras que, al estudiar la instrumentación y el control deuna nueva fabrica o la reforma de una antigua, es inimaginable no considerarlos como posiblesopciones de elección.



Los sistemas electrónicos, al usar la lógica binaria, presentan la ventaja de poder aplacarse y ser compatibles tanto en enormes producciones, como en la fabricación de un número pequeño deunidades.

Actualmente el coste del equipo electrónico disminuye de forma continua, el software continua sucreciente desarrollo y la presión económico global que introduce a la automatización aumentara

hasta el fin del mundo, por lo cual es de esperar que el control automático resultara vital en todoproceso productivo y que el aprender las bases que le fundamentan nos harán mejores ingenieros.

C.2) ARQUITECTURAS BÁSICAS

Debido a que de un tiempo a la fecha los distribuidores de equipo electromecánico se ponen untanto roñosos a la hora de solicitarles información (y de no efectuar ninguna compra del carísimoequipo) y a que el Internet tiene cada vez mas basura referente a planes de estudio y demás... semostrara a continuación los elementos que integran el control distributivo con una brevedescripción que complementa la fundamentacion anterior.

Modelos de Sistemas de Control Digital

Comienzo por aclarar que el tipo de controladores al que nos enfocamos en estos párrafos es a losque realizan control retroalimentado de sistemas continuos, por ello se descartan los controladoresen lazo abierto (salvo que sirvan para ilustrar aspectos básicos) y los controladores de secuenciasdiscretas tales como los PLC's (o equivalentes) en su modalidad de control ON-OFF (La mayoríade los PLC's actuales contemplan también módulos analógicos que permiten utilizarlos en controlretroalimentado de sistemas continuos).

En otras palabras, los controladores que se tratan aquí son computadoras, microcontroladores ocualquier sistema digital programable equipado con módulos de adquisición de datos analógicos(Convertidores Analógico/Digital ) y Control analógico (Convertidores Digital / analógico)

En la figura 4.1 se muestran los elementos básicos que debe poseer un sistema de controlretroalimentado basado en computadora.



RED de Monitoreo y control Básico

Una red de monitoreo de control básico, opera según la fundamentacion anteriormente expuesta, ycomo se menciono antes, a ello se anexan los sensores y elementos finales de control. La figurasiguiente muestra un típico esquema de control, que será detallado en los siguientes párrafos.



Bloque A Elementos de medición permanente

Entran en contacto con el proceso, realizan conversiones e incluso transmiten en idioma binario,actualmente toros se encuentran integrados a un PLC que les controla y a su vez este estasometido a un ordenador central y una o varias estaciones de control (x sección y central)

1.- Sensor (+ elemento primario): Entra en contacto con el sistema a medir (absorbiendo o no partede su energía) generando una medición que responde a las variaciones de la variable controlada.

2.-Transmisor: Captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten adistancia en forma eléctrica

3.- Transductor: Reciben una señal de entrada función de una o más cantidades físicas y laconvierten modificada o no a una señal de salida

4.- Los convertidores son aparatos que reciben la señal de entrada y la convierten en una binaria.

Bloque B Elementos de evaluacion (Previa).

Elementos contenidos dentro del computador central

1.- Receptores (Interprete): Reciben la señal de entrada, procedentes de los transmisores y laguardan en un registro temporal listo a ser evaluado.

2.- Los controladores (CPU): Comparan la variable controlada con un valor deseado y ejercitan laacción correctiva mediante un análisis matemático y la evaluacion de complejos códigos deprogramación.

Bloque C Elementos de evaluacion y control (Integrados)

Una vez evaluado lo anterior se procede a transmitir la señal que contiene información sobre lo quehay que hacer para corregir el error. Muchos de estos elementos pueden ser integrados a un PLCo PIC, conectado a su vez a la computadora central.

1.- Transductor (lo mismo pero a la inversa)

2.- Transmisor " "

3.- Elemento final de control: Recibe la señal del controlador y modifica el caudal del flujo o agentede control. Accionando Válvulas, toberas, motores, pistones, servos...



C.3) SISTEMAS COMERCIALES EXISTENTES.

Erróneamente se piensa que para el control industrial, las computadoras son las encargadas desuministrar todos los elementos controladores, sin embargo la realidad es que una estación demonitoreó central, no es capaz por si sola de llevar el control de un proceso, sin precisar decomponentes electrónicos, de comunicación y elementos finales de control.

Actualmente el mercado se divide en grandes segmentos como los de software, Hardware,telecomunicación, control final, rastreo y monitoreo, conversión«

En esta parte se trataran solo dos: Software y Autómatas programables, como miembrosprincipales del control distribuido; sin embargo no por ello los demás deja de ser importantes, peroen vista de que cada configuración demanda una arquitectura propia, seria sumamente difíciladaptar los demás tópicos a todos los tipos de configuraciones posibles (aunque estas esténcumpliendo con estándares interacciónales).

C.3.1) SISTEMAS COMERCIALES EXISTENTES (SOFTWARE).

Existen varios protocolos de control entre ellos, estos son los más populares:

ASPEN: Popular programa de simulación de procesos, ampliamente conocido entre losestudiantes de ingeniería Química. Su fabricante apostó a que su compañía era lo suficientementebuena como para desarrollar un programa que desplegara en tiempo real las variables del proceso;cosa que ha hecho muy bien.



Es comercialmente caro y no muy fácil de usar, aunque para un empleado capacitado, su entornototalmente grafico, resulta amigable. Además de que la licencia incluye un simulador y lassuficientes herramientas para desarrollar nuevos procesos. Actualmente es un Software muyutilizado por la industria y es fabricado por los norteamericanos.

EMERSONMANAGEMENT: Su producto estrella PLANTWEB es publicitado con la siguiente frase

" Usted va a ayudarme a mejorar la calidad de mi producto. Incluso mientras optimizo miproducción. Es lo que todos dicen. PRUEBELO! " Hasta ahora la compañía afirma que puedehacer esto y mas ofreciendo para lo anterior un paquete integral de programas y además loselementos físicos para la medición de datos, la transferencia de estos, el cableado, las estacionesde trabajo...

Emerson Electric Corporation dueña de las marcas anteriormente mencionadas Afirma que con susoftware puede incrementar la calidad hasta en un 40 % ofreciendo un para ello entorno amigable,totalmente grafico y funcional (basado en tiempo real).

NATIONAL INSTRUMENTS: Proporciona los servicios de desarrollo de software acorde a lasnecesidades del cliente, con la capacidad de poder ser expandido a futuro.

La compañía es pionera en el tratamiento de datos, y en versiones actuales, sus programasincorporan interfaces graficas, con animaciones en tiempo real, proporcionando así eficacia yseguridad.

Otro punto a su favor es el reducido precio que cobra por una licencia de sus programascomerciales de tan alta calidad

LABWIEW: Hasta hace poco, este programa solo servia para el procesamiento de datos, sinembargo hay en día es posible visualizar el estado del proceso en tiempo real (desconozco sitambién sirve para controlar el proceso) y con un entrono de programación complementario eloperador puede controlar de forma sencilla algunas de las variables del proceso.

El programa es óptimo para la investigación, la simulación y para ser instalado en pequeñasempresas, cortas de presupuesto.

La interfase es sumamente amigable y no requiere suma especialización.

CAD/ CAM / NCAC: Sistemas para la implementación de un sistema de control propio, basados encontrol numérico, dibujo y modelado asistido por ordenador e instrucciones numéricas ordenador-unidad de proceso.

Posiblemente el tipo de Software mas complicado hasta ahora, pero también el que lograexcelentes resultados de monitoreo y manufactura directa. Un poco apartados del controldistribuido, pero imprescindibles a este.

Hasta ahora existen una gran multitud de fabricantes que venden sus productos a muy diversoscostos y con características propias de cada uno.

Los cuatro sistemas de Software incorporan o permite exportar registros del proceso (SPC) a otrospaquetes, o sus propias bases de datos, para llevar un control estadístico que indique elcomportamiento del proceso y sirva como base para futuras mejoras.

C.3.2) SISTEMAS COMERCIALES EXISTENTES (HARDWARE).



Hasta hace algunos años existía una gran cantidad de estos paquetes, sin embargo desde que Lafrancesa Merlín Green se anexo a Cuatler Hammer y Square D el mercado se resume a lassiguientes opciones:

SIEMENS.

La compañía apuesta por una descentralización del sistema (CD), debido a que ello aportaflexibilidad al proceso. Sin embargo lo anterior crea la necesidad de intercambiar datos entre losaparatos o con un ordenador superior de conducción.

Para cumplir lo anterior la compañía propone eliminar las redes coaxiales, sustituyéndolas por redes con topología de bus, la cual es mas barata, confiable y además permite la comunicaciónentre estaciones con un solo cable de datos (banda ancha).

Como parte de sus productos de automatización la compañía Alemana Siemens ofrece una grancantidad de elementos finales de control, tales como relevadores, temporizadores, así comofusibles, motores, tarjetas de adquisición de datos, Controladores a base de ProgramadoresLógicos PLC, Monitores teclados CPU's industriales, Paneles de control LCD y actualmentepropone nuevos tipos de redes tales como:

SINE C L1

Es una red local económica que trabaja según el principio maestro esclavo. En ella el acceso a lasestaciones de red esta controlado por una estación maestra de BUS. Esta red acepta 31 equipoSIMATIC (su serie comercial de PIc's) y puede tener hasta 50 Km. de distancia. La velocidad detransferencia es de 9.6 Kbits/s

SINE C L2/2FO

Es una red local de tipo inferior/medio de comunicación, es decir en el entorno industrial. Se basaen La norma DIN 19 245. SINEC 2F0 es una red óptica, es decir emplea fibra óptica para la

transmisión de datos. A ambas redes se les puede conectar hasta 127 estaciones de las cuales 32pueden ser maestras y el resto esclavas. La velocidad de transmisión va desde 9,6 a 5090 Kbits/sy 1.95 Mbits/s) El alcance es de 9.6 Km. y 23.8 Km. respectivamente.

SINE C H1/HfO

Esta red es de célula abierta según la norma internacional IEEE 802.3 (CSMA/CD) para utilizaciónen el entrono industrial. Basada en Ethernet Puede conectar 1024 estaciones a 10 Mbits/s a unadistancia máxima de 1.5 Km. con cable triaxial o 4.6 si se utiliza cable blindado CO. Para lograr unaeficiencia se utiliza el protocolo MAP 3.0

Debe hacerse mención que estas redes aceptan Sistemas COROS (de la marca Siemens) yequipos de otras marcas como: Digital, Tandem y Hewlett Packard.

FEDERAL PACIFIC.

Compañía con una larga tradición en el ramo electromecánico, ofrece entre sus productosConsolas de mando, relevadores, temporizadores, contactores, arrancadores magnéticos...

Fue de las primeras en apostar por los sistemas de control distribuido, fabricando en México variasde las primeras consolas de este tipo.



Actualmente ofrece diversas soluciones para la automatización que resultan económicamenteviables para pequeña y mediana empresa.

TELEMECANIQUE.

La compañía esta presente en la realización de sistemas de automatización de gran envergadura.

Entre los productos que ofrece se encuentran: contactores, reles, equipo neumático, interruptores,fusibles, fotoceldas, unidades de mando, timers y más recientemente estaciones de trabajo.

Fue de las primeras en el país en ofrecer soluciones de automatización, combinando lo mejor delcontrol digital y el analógico.

En 1990 Telemecanique México desarrollo para la CFE un proyecto de alta tecnología empleadoen una planta de tratadora de agua del tipo pulidoras de condensación (La función básica de estetipo de plantas consiste en recuperar el condensado que se forma en una turbina durante eltranscurso normal de la operación).

Para ello desarrollo un sistema de supervisión denominado MONITOR 77 basado en su autómataestrella TSX-67200 y un ordenador industrial IBM, a través de ello es posible controlar el proceso ymedir además concentraciones de sodio, amoniaco, conductividad....

Actualmente dicho producto ha sido superado; sin embargo como se menciono antes, fue una delas compañías pioneras en el control digital.

HONEYWELL:

Compañía pionera a nivel mundial en el ramo computacional, electromecánico y deautomatización. Creo El TDC 2000, uno de los primeros sistemas de control distribuido en 1975.

Entre los productos que ofrece se encuentran autómatas programables, relevadores, arrancadores

magnéticos, sistemas de protección eléctrica. Fusibles, tarjetas de adquisición de datos, protocolosde red, paneles de visualización, PIC's...

Desarrollo junto con varias compañías, los estándares IEC, NEMA, DIN, IEEE... que actualmenterigen el mercado industrial...

Por si fuera poco también fabrica indicadores de proceso, registradores, transductores...

Podría decirse que sus elementos de comunicación y de control son universalmente un estándar ypor ello pueden interconectarse con otras familias (otras marcas), sin causar conflictos ni colisionesel la arquitectura del sistema.

Cuando la compañía que contrata los servicios de Honeywell es grande, esta ultima es capaz defabricarle la red entera e incluso diseñarle el software de monitoreo/ control a la medida de lasnecesidades de dicha empresa, a costos razonables y con una alta eficiencia.

CUATLER HAMMER Y SQUARE D.

Gigantes Franco-estadounidenses de la electromecánica, cada uno fabrica gran cantidad de piezaselectromecánicas, que van desde las canaletas para el cableado, hasta la fabricación deautómatas programables.



Cuentan cada uno de ellos con enorme experiencia en el ramo del control industrial, desdeaquellos días en que se empleaban Válvulas Termoiónicas.

Su tendencia en la industria es ligeramente moderada, pues cada uno de ellos ha implementadonuevos modelos de componentes que revolucionan el mercado.

Su fuerte es la fabricación de relevadores, arrancadores, tableros de carga, sirenas, PLC, PIC,tarjetas de interfase, Módulos de arranque, Terminales industriales, Fusibles de corte industrial«

Actualmente poseen la capacidad de disear software especial para el cliente, además de queposeen una de las mejores redes de servicio y una excelente atención al público.

La versatilidad de sus componentes y su nueva tendencia a apostar aun más por la distribución delcontrol industrial, le hacen buenas opciones en el momento de elegir la plataforma con la que seautomatizara una planta.

Todos sus productos cumplen con estrictos estándares de calidad y se adaptan a las normas NOM,ISA, ISO, DIN y IEEE que regulan desde los 70's el mercado de la automatización.

GENERAL ELECTRIC.

Corporación norteamericana, pionera en casi todo, desde la producción de electricidad hasta lacreación de armamento termonuclear.

Aunque sus productos no son muy conocidos, ello no quiere decir que no sean buenos, fabrican,relevadores, contactores, motores de casi todo tipo, circuitos integrados, partes para turbina,elementos intercambiadores de calor, sensores, software«..

General Electric apuesta junto con otras empresas por lo que denomina control digital distribuidopor diversificación de unidad.

Con ello se pretende reducir el numero de costosas estaciones de trabajo e integrar las funcionesde estas a un panel de control común y corriente, claro que supervisado a todo momento por unordenador central.

Para abaratar costos fue de las primeras en diversificar el poder de un costoso Mainframe envarias computadoras baratas, pero con la potencia y confiabilidad necesaria para continuar losprocesos.

IEM - WESTINGHOUSE

Corporaciones mexicanas y norteamericanas que durante un buen tiempo trabajaron juntas.

La primera fabrica elementos industriales básicos como Transformadores y Motores, elementosbásicos en el control industrial, al parecer también fabrica calderas«

La segunda por su parte fabrica elementos electrónicos, Turbinas«.

Si bien es cierto que hasta ahora no fabrican elementos de control computacionales, sus productosson necesarios para el control final; pues sin estos vale un comino tanta implementaciónelectrónico-computacional.



FOXBORO, LEEDS & NORTHRUP, DESIN, KENT, ECKARDT, FISHER PORTER, BECKMAN,MARTINMARTEN, MASONEILAN Y DEMAS«

Fabrican controladores, Paneles de control, Registradores, Instrumentos ciegos, Transductores yelementos finales de control, pero no se logro saber sobre sus sistemas electrónicos-digitales ycomputacionales para ala automatización asistida por ordenador.

TOSHIBA, SONY, MISHUBIHY, HUNDAY.

Gigantes asiáticos que fabrican módulos para el control industrial, sin embargo debido a quemuchos concuerdan con que sus productos son de calidad inferior, estos no son muy conocidos.

Actualmente las compañías antes mencionadas son líderes mundiales en el desarrollo,investigación e implementación de software y hardware para el control y monitoreo de procesos entiempo real, manejando tecnologías de 32, 64 y 128 bits. Empleando para ello tres de losprocesadores comerciales mas potentes fabricados por AMD, INTEL y MOTOROLA. Salvo las

japonesas como Toshiba y Sony que emplean procesadores que ellas mismas fabrican.

D) CONCLUSIONES.

La automatización es un proceso global imparable, por ello para ser competitivo, resulta vital suimplantación.

Hasta ahora hay varias formas de automatizar una industria, pero las principales son el controldistribuido, el control supervisor y el control digital directo.

De las tres la primera es la mejor y la que actualmente se aplica por su alta eficiencia.

Sin embargo al parecer hay una nueva tendencia a realizar un control electrónico directo mediantepaneles de control y autómatas programables, solo que a diferencia del pasado, esta vez estoselementos se interconectan entre si y a un ordenador central.

Resulta sumamente practico el conocer la arquitectura básica de cada componente, pero se ser posible en el futuro seria bueno que los fabricantes proporcionaran un poco mas de informaciónsobre sus productos

E) BIBLIOGRAFÍA.

y CREUSS, ANTONIO. Instrumentación y control industrial. Cuarta edición. EditorialMarcombo. México. 1992.

y HERNÁNDEZ, Oscar. Apuntes de Instrumentación industrial. 2001.

SECRETARIA DE EDUCACION PUBLICA

DIRECCION GENERAL DE INSTITUTOS TECNOLOGICOS

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TOLUCA

LI C EN C I ATURA EN INGENIE R I A QU IMI CA

ESPECIALIDAD AMBIENTAL



TOPICOS DE CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA, PARA EL MONITOREO YCONTROL FINAL DE PROCESOS INDUSTRIALES.

Como parte de la evaluacion de la quinta unidad de Instrumentacion y Control Industrial.

Lunes 9 de Mayo del 2005.

Toluca, Estado de Mexico, Republica Mexicana.

1. Descripción general del sistema de control

El GTC consiste en un conjunto de subsistemas que deben trabajar de forma

coordinada. Estos subsistemas se encuentran distribuidos físicamente en lasinstalaciones del GTC. La responsabilidad del sistema de control es el control y monitorización de estos subsistemas y proporcionar una interfaz de usuariohomogénea.La arquitectura física del sistema de control consistirá en una serie decomputadores, equipos electrónicos, sensores y actuadores interconectados.Estos elementos serán responsables del control directo de los diferentes subsistemasdel GTC. El sistema de control será responsable de otras tareas (e.g. planificación deobservaciones, archivo de los datos, análisis de la calidad de los datos) para lo cualexistirán un número de estaciones de trabajoconectadas a través de una o más redes de

área local, las cuales proveerán acceso a un grupo de servicios centralizados (porejemplo, catálogos,archivos).Una arquitectura de software abierta, flexible, distribuida y orientada a objetos seráutilizada con el objeto de proveer acceso independiente de la localización a losdiferentes servicios distribuidos. Además, estos servicios son requeridos paragarantizar un nivel de calidad de servicio. La implementación de esta arquitectura serásimplificada mediante el uso de middleware distribuido. Este middleware asegurarámediante una política de planificación correcta, que todas las tareas tendránlos recursos necesarios. Suministrará un esqueleto "plug&play" donde los diferentescomponentes del software de control serán conectados. Esta arquitectura suministrará

un entorno homogéneo tal, que el tiempo y coste de desarrollo de los diferentescomponentes será reducido.

2. Arquitectura del Software

La arquitectura del sistema de control consistirá en un conjunto altamente integradode sistemas distribuidos por medio de redes en una organización jerárquica. Esta jerarquía será organizada siguiendo el model cliente-servidor. El sistema de control



operará en tiempo real (quasi-real time), con una jerarquía de niveles de control y comunicaciones entre procesos. Habrá un gran número de puntos de control y por lotanto, de procesos para controlarlos. Los planes actuales complan varios procesosfront-end, procesos, estaciones de trabajo y servidores. Al igual que en otros dominios (aviación, telecomunicaciones, multimedia), garantía de

tiempo real es necesaria en el sistema de control de las redes decomunicación, enlos sistemas operativos y en los componentes middleware subyacentes, conel objetivo de satisfacer la calidad de servicio requerida.Los elementos de proceso del sistema de control pueden utilizar una implementaciónestándar en tiempo real de CORBA (Common Object Request Broker Architecture)para la comunicación entre objetos a través de redes. Además, la especificación de interfaces será muy importante para el mantenimiento y conservación de la inversión teninendo en cuenta los rápidos cambios tecnológicos.Por ello serán usados estándars abiertos como RT POSIX o ATM, y también CORBA.

3. Arquitectura del Hardware

La arquitectura del hardware del sistema de control será totalmente distribuida.Consistirá en nodos VME llamados unidades de control locales (LCU) con capacidadde proceso en tiempo real conectados directamente a dispositivos físicos del GTC.Estas conexiones serán capaces de usar un conjunto variado de buses de control (ej.,CAN bus, GPIB, Bitbus). Otros nodos de alto nivel llevarán acabo funciones de coordinación y ofrecerán servicios críticos al resto de los nodos (ej.,envío de eventos, logging, monitorización, planificación). Ambas, LCU y las unidadesde coordinación, serán conectadas por medio de uno o más ATM nodos, para formar lallamada red de control. Esta arquitectura permitirá una configuración dinámica del

tráfico del tal forma que cada nodo tendrá un ancho de banda adecuado a susnecesidades. En las circunstancias en las que el ancho de banda es muy grande, seránusados otros interfaces como SCI o Fiber Channel, Sin embargo, cuando el ancho de banda no sea problema, se podrían usar interfaces más baratos como Ethernet o Fast-Ethernet.

4. Introducción a los sistemas SCADA

Definición de sistema SCADA.SCADA es el acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión,Control y Adquisición de Datos).

Un SCADA es un sistema basado en computadores que permite supervisar y controlara distancia una instalación de cualquier tipo. A diferencia de los Sistemas de ControlDistribuido, el lazo de control es GENERALMENTE cerrado por el operador. LosSistemas de Control Distribuido se caracterizan por realizar las acciones de control enforma automática. Hoy en día es fácil hallar un sistema SCADA realizando labores decontrol automático en cualquiera de sus niveles, aunque su labor principal sea desupervisión y control por parte del operador. En la tabla No. 1 se muestra un cuadrocomparativo de las principales características de los sistemas SCADA y los sistemas de



Control Distribuído (DCS) (ESTAS Características no son limitantes para uno u otrotipo de sistemas, son típicas).

Tabla no. 1: algunas diferencias típicas entre sistemas SCADA y DCS.

ASPECTO SCADAs DCS

TIPO DE ARQUITECTURA CENTRALIZADA DISTRIBUÍDA

TIPO DE CONTROLPREDOMINANTE

SUPERVISORIO: Lazos decontrol cerrados por eloperador. Adicionalmente:control secuencial y regulatorio.

REGULATORIO: Lazos de controlcerrados automáticamente por elsistema. Adicionalmente: controlsecuencial,

batch, algoritmos avanzados, etc.

TIPOS DE VARIABLES DESACOPLADAS ACOPLADAS

ÁREA DE ACCIÓN Áreas geográficamentedistribuídas.

Área de la planta.

UNIDADES DE ADQUISICIÓNDE DATOS Y CONTROL

Remotas, PLCs. Controladores de lazo, PLCs.

MEDIOS DE COMUNICACIÓN Radio, satélite, líneastelefónicas, conexióndirecta, LAN, WAN.

Redes de área local, conexióndirecta.

BASE DE DATOS CENTRALIZADA DISTRIBUÍDA

El flujo de la información en los sistemas SCADA es como se describe a continuación:El FENÓMENO FÍSICO lo constituye la variable que deseamos medir. Dependiendodel proceso, la naturaleza del fenómeno es muy diversa: presión, temperatura,

flujo, potencia, intensidad de corriente, voltaje, ph,densidad, etc. Este fenómeno debetraducirse a una variable que sea inteligible para el sistema SCADA, es decir, en una variable eléctrica. Para ello, se utilizan los SENSORES o TRANSDUCTORES.Los SENSORES o TRANSDUCTORES convierten las variaciones del fenómeno físicoen variaciones proporcionales de una variable eléctrica. Las variables eléctricas másutilizadas son: voltaje, corriente, carga, resistencia o capacitancia.Sin embargo, esta variedad de tipos de señales eléctricas debe ser procesada para ser



entendida por el computador digital. Para ello se utilizan ACONDICIONADORES DESEÑAL, cuya función es la de referenciar estos cambios eléctricos a unamisma escala de corriente o voltaje. Además, provee aislación eléctrica y filtraje de laseñal con el objeto de proteger el sistema de transientes y ruidos originados en elcampo.

Una vez acondicionada la señal, la misma se convierte en un valor digital equivalenteen el bloque de CONVERSIÓN DE DATOS. Generalmente, esta función es llevada acabo por un circuito de conversión analógico/digital. El computador almacena estainformación, la cual es utilizada para su ANÁLISIS y para la TOMA DE DECISIONES.Simultáneamente, se MUESTRA LA INFORMACIÓN al usuario del sistema, en tiemporeal.Basado en la información, el operador puede TOMAR LA DECISIÓN de realizar unaacción de control sobre el proceso. El operador comanda al computador a realizarla, y de nuevo debe convertirse la información digital a una señal eléctrica. Esta señaleléctrica es procesada por una SALIDA DE CONTROL, el cual funciona como un

acondicionador de señal, la cual la escala para manejar un dispositivo dado: bobina deun relé, setpoint de un controlador, etc.

Necesidad de un sistema SCADA.Para evaluar si un sistema SCADA es necesario para manejar una instalación dada, elproceso a controlar debe cumplir las siguientes características:a) El número de variables del proceso que se necesita monitorear es alto. b) El proceso está geográficamente distribuido. Esta condición no es limitativa, ya quepuede instalarse un SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado enuna localidad. c) Las información del proceso se necesita en el momento en que loscambios se producen en el mismo, o en otras palabras, la información se requiere entiempo real.d) La necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la planta, así como la tomade decisiones, tanto gerenciales como operativas.e) Los beneficios obtenidos en el proceso justifican la inversión en un sistema SCADA.Estos beneficios pueden reflejarse como aumento de la efectividad de la producción, delos niveles de seguridad, etc.

f) La complejidad y velocidad del proceso permiten que la mayoría de las acciones decontrol sean iniciadas por un operador. En caso contrario, se requerirá de un Sistemade Control Automático, el cual lo puede constituir un Sistema de Control

Distribuido, PLC's, Controladores a Lazo Cerrado o una combinación de ellos.Funciones.Dentro de las funciones básicas realizadas por un sistema SCADA están las siguientes:a) Recabar, almacenar y mostrar información, en forma continua y confiable,correspondiente a la señalización de campo: estados de dispositivos, mediciones,alarmas, etc. b) Ejecutar acciones de control iniciadas por el operador, tales como: abrir o



cerrar válvulas, arrancar o parar bombas, etc.c) Alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no seconsideren normales (alarmas) como cambios que se produzcan en la operación diariade la planta (eventos). Estos cambios son almacenados en el sistema para su posterioranálisis.

d) Aplicaciones en general, basadas en la información obtenida por el sistema, talescomo: reportes, gráficos de tendencia, historia de variables, cálculos, predicciones,detección de fugas, etc.

En principio, todos los procesos industriales fueron controlados manualmente por el

operador (hoy aún existe este tipo de control en muchas fábricas); la labor de este

operador consistía en observar lo que está sucediendo (tal es el caso de un descenso en

la temperatura) y hacía algunos ajustes (como abrir la válvula de vapor), basado en

instrucciones de manejo y en la propia habilidad y conocimiento del proceso por parte del

operador.

Este lazo - proceso a sensor, a operador, a válvula, a proceso - se mantiene como un

concepto básico en el control de procesos.

En el control manual, sin embargo, sólo las reacciones de un operador experimentado

marcan las diferencias entre un control relativamente bueno y otro errático; más aún, esta

persona estará siempre limitada por el número de variables que pueda manejar.



Por otro lado, la recolección de datos requiere de esfuerzos mayores para un operador,

que ya está dedicando tiempo importante en la atención de los procesos observados y

que por lo tanto se encuentra muy ocupado como para escribir números y datos, queevidentemente son necesarios para un mejor control sobre el proceso. Todo esto se

puede conjugar en tener datos que pueden ser imprecisos, incompletos y difíciles de

manejar.

El control automático a diferencia del manual, se basa en dispositivos y equipos que

conforman un conjunto capaz de tomar decisiones sobre los cambios o ajustes necesarios

en un proceso para conseguir los mismos objetivos que en el control manual pero con

muchas ventajas adicionales. Adicionalmente a esto, existen una serie de elementos que

pueden integrarse a este conjunto para lograr cumplir con varias funciones, algo que

como se ha comentado, sería imposible de ser logrado por un operador con la precisión y

eficiencia deseados.



Un poco de Historia siempre es bueno

El control de los primeros procesos industriales se basó en la habilidad de los operadores

(control manual). En los años siguientes, la aparición de los controladores locales permitió

al operador manejar varios lazos de control, pero subsistía aún el problema de recolección

de datos. Los controladores locales son aún muy útiles, así como también resistentes y

simples. Sin embargo, debido a que están directamente relacionados con el proceso y por

lo tanto están diseminados a través de toda la planta, obviamente hace que el realizar

mantenimiento y ajustes en dichos instrumentos demande mucho tiempo.

El desarrollo de los dispositivos de control operados neumáticamente marcó un mayor

avance en el control de procesos. Aquí las variables pueden ser convertidas en señales

neumáticas y transmitidas a controladores remotos. Utilizando algunos mecanismoscomplejos, un controlador neumático realizaba simples cálculos basados en una señal de

referencia (set point) y la variable del proceso y ajusfar adecuadamente el elemento final

de control. La ventaja estaba en que el operador podía controlar una serie de procesos

desde una sala de control y realizar los cambios necesarios en forma sencilla. Sin

embargo, las limitaciones radicaban en la lentitud de la respuesta del sistema de control



de cambios rápidos y frecuentes y a su inadecuada aplicación en situaciones en que los

instrumentos estén demasiado alejados (pérdidas).

Alrededor de los 60, los dispositivos electrónicos aparecieron como alternativa dereemplazo a los controladores neumáticos. Los controladores electrónicos para un lazo

cerrado, son rápidos, precisos y fáciles de integrar en pequeños lazos interactivos; sin

embargo, la mejora en cuanto a operación con respecto a los neumáticos era

relativamente pequeña y además la recopilación de datos, aún no muy fácil de manejar.

Algún tiempo después de la aparición de los sistemas de control electrónicos analógicos,

el desarrollo de los microprocesadores permitió el surgimiento de los transmisores y

controladores digitales, así como de los controladores lógicos programables (PLC),

además, de sistemas especializados como por ejemplo, las máquinas de control numérico

computarizado (CNC)

El empleo de las computadoras digitales no se hizo esperar; de su aplicación, aparecen

los sistemas de control digital directo (DDC), hasta los sistemas de supervisión y control

actuales, con los cuales se logra manejar un gran número de procesos y variables,

recopilar datos en gran cantidad, analizar y optimizar diversas unidades y plantas eincluso, realizar otras actividades, como planificación de mantenimiento, control de

calidad, inventario, etc

Independientemente de la tecnología, la evolución de las técnicas de control han tenido

como uno de sus objetivos fundamentales, reemplazar la acción directa del hombre en el

manejo de un determinado proceso, por el empleo de equipos y sistemas automáticos, sin

embargo, existe una analogía muy clara entre estos últimos y el hombre, en los que

respecta a la forma de actuar

El tipo de proceso elegido para un determinado producto final dependerá de sus

requerimientos de producción y cantidades. En cualquier caso, para el control del mismo

es necesario tener un conocimiento acerca de la instrumentación utilizada y en general de



los aspectos mecánicos relacionados al proceso. El control óptimo sin embargo, no

solamente está en función de los dispositivos, equipos y sistemas a emplear, sino

fundamentalmente del conocimiento del proceso que se desee controlar.

Instrumentos y equipos para el Control y Automatización de Procesos

Industrialmente, los instrumentos se utilizan para monitorear y controlar variables de

procesos. Dependiendo del tipo de procesos, como veremos más adelante, se

seleccionan los componentes del mismo. A continuación se muestra un diagrama en

bloques de un sistema de control de lazo cerrado o realimentado. No es la única forma de

controlar un proceso, pero nos va a servir para identificar las funciones de los principales

instrumentos de campo y panel utilizados para medir y controlar variables industriales.

Aquí el proceso puede ser físico o una reacción química o conversión de energía. Existen

distintos tipos de disturbios que afectan las condiciones del proceso. Estos disturbios

crean la necesidad de monitorear y controlar el proceso.



La variable controlada, es el parámetro que se desea controlar hasta el valor deseado o

referencia (set point). El sensor mide el valor de la variable controlada y el transmisor,

cambia este valor en una señal normalizada que puede ser transmitida. Esta señal es

recibida por distintos componentes, dependiendo de la función de los instrumentos en etsistema tales como registro, indicación, control y activación de alarmas o enclavamiento.

En el caso del controlador (en este caso un controlador de procesos), esta señal (wariable

medida) es comparada con el set point y la diferencia (desviación) sirve para el elemento

fina! de control (comúnmente una válvula) para ajusfar el valor de la wariable manipulada.

Este ajuste, hace que el valor de la variable controlada se dirija hacia el de la referencia.

Desde luego, no todos los sistemas de control automático tienen exactamente este

modelo (llamado de realimentación); existen variaciones como por ejemplo, él control

prealimentado, el de cascada, el de rango partido, combinaciones sobre éstos, etc.

basados en instrumentos de tecnologías antiguas o modernas; de todas estas



tecnologías, vamos a referirnos a aquellas relacionadas con procesos continuos de

regulación automática, como veremos más adelante.

Veamos ahora algunas consideraciones relacionadas a los componentes del diagramaanterior, desde los sensores hasta los elementos finales de control, mencionando también

aspectos de otros instrumentos no considerados en aquel diagrama, pero que también

tienen importancia en algunos lazos de control.

CONTROL DIGITAL DIRECTO (DDC)

La utilizacion de un procesador digital para controlar un proceso es lo que se

llama control digital directo, y es regularmente referido a control de procesos. latecnología digital evoluciona rápidamente con recursos más poderosos y más

rápidos, el diseñar la estructura de sistemas de control, basándose en algoritmos

digitales apropiados a las características del sistema y cumpliendo con calidad las



especificaciones funcionales, el problema basico Control Digital directo no está

en el desarrollo tecnológico de los controladores digitales sino en las aplicaciones

y principalmente en el conocimiento, habilidades y creatividad de los ingenieros

de control para determinar las áreas de oportunidad, los algoritmmos de control

convencionales utilizados en control digital directo son los siguientes:

------------------

introducciÓn al control industrial asistido por ordenador

Documents