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• Definiciones y Conceptos Básicos• Esquema general de un sistema automatizado• Concepto general de realimentación• Tipología de los sistemas de control:
• sistemas de regulación• sistemas de control secuencial
• Tecnologías para la Automatización
TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LAAUTOMATIZACIÓN
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Introducción
• El control aparece en casa, en los coches, en la industria, yen los sistemas de comunicación y transporte.
• Cada vez se convierte en un elemento más crítico si falla.• Necesario para diseño de material e instrumentación usado
en ciencias básicas• Aparecen principios de control en Economía, Biología y
Medicina• El control es inherentemente multidisciplinario (proceso,
técnicas de control, tecnología de sensores y actuadores, ...)
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La Ingeniería de Sistemas y Automática
AutomáticaDisciplina que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es lasustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución deuna tarea física o mental previamente programada.
SistemaCualquier entidad compleja constituida por un conjunto de elementos queguardan entre sí una relación de influencia, formando un entramado que asociaunos elementos con otros.
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Dispositivo que se encarga de controlar el funcionamiento del procesocapaz de reaccionar ante las situaciones que se presenten.
Sistema AutomáticoProceso dotado de elementos o dispositivos que se encargan decontrolar el funcionamiento del mismo, de forma que pueda operar encierta medida de forma autónoma, sin intervención humana.
Sistema Automático = Proceso + Automatismo
Automatismo
Regulación, manual o automática, sobre un sistema.
Control
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Con la automatización se busca:• reducir costes en
– materias primas– materiales– energía– mano de obra
• mejorar las condiciones de trabajo– reducir trabajos pesados
• mejorar la calidad del producto• realizar operaciones que serían imposibles para un
operador humano
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EESQUEMASQUEMA GGENERAL DE UNENERAL DE UN SSISTEMAISTEMA AAUTOMATIZADO (III)UTOMATIZADO (III)
CONTROL EN LAZOCONTROL EN LAZO CERRADOCERRADO
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EESQUEMASQUEMA GGENERAL DE UNENERAL DE UN SSISTEMAISTEMA AAUTOMATIZADO (IV)UTOMATIZADO (IV)
Parte operativa(planta o proceso)
Parte de Mando(control)
Preaccionadores Accionadores
Captadores
Supervisión
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Parte operativaControlSupervisión
• Simuladores E/S
• Maquetas• Lógica cableada• PLC´s• PC+Tarjeta E/S• Microcontroladores• Reg. Digitales• Etc...
• Panel de mando• PC+SCADA
• Simuladores
Esquema general de un Sistema Automatizado (V)
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SISTEMAS SCADASCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es
decir: adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicaciónsoftware especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control deproducción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo(controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el procesode forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda lainformación que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto delmismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad,supervisión, mantenimiento, etc.
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Nivel deSUPERVISIÓN
óDialogo
Hombre-Máquina
Unidadde
ControlConsignas
Informaciónelaboradasobre el
funcionamientodel S.A.
Pre-accionadores
Órdeneso Accionesde Control
Accionadores
Captadores
Máquinao
Proceso
Parte de Mando Parte Operativa
Informaciónsobre elproceso
Trabajo
EESQUEMASQUEMA GGENERAL DE UNENERAL DE UN SSISTEMAISTEMA AAUTOMATIZADO (VI)UTOMATIZADO (VI)
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Todo SA, por simple que sea, se basa en la idea de Bucle o Lazo:
Sistema Automático: Concepto de Lazo o Bucle
CaptadoresMediante los captadores, percibe la condición o estado del proceso
Automatismo o Unidad de ControlEn la U.C. existirá algun “algoritmo” o “principio de control” que en funcióndel estado del proceso, calcula acciones de control u órdenes tendentesa llevar dicho proceso al estado deseado de funcionamiento
ActuadoresDichas órdenes son traducidas a acciones de control, que son aplicadasal proceso mediante los accionadores o actuadores
Nivel de SupervisiónEl automatismo puede generar también información elaborada delproceso o recibir consignas de funcionamiento hacia o desde un nivelsuperior de supervisión
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Lazo abierto y Lazo cerrado
Lazo AbiertoSin concurrencia de la información del estado del proceso.La acción de control no es afectada por la salida del sistema.Ej:• Tostadora• Lavadora automática• Pedal del acelerador (aunque aquí el lazo lo cierra el conductor)
Lazo CerradoLas acciones de control dependen de la referencia y de la propiasalida del sistemaEj:• Piloto automático de un avión• Ducha• Termostato• Sistema de hidratación del cuerpo humano (sed)• etc.
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Ejemplo de sistema en Lazo Abierto:Lavadora
Prelavado12 min
AclaradoGiro lentosin jabón20 min
CentrifugadoGiro 1200 rpm
5 min
LavadoGiro lentocon jabón
20 min
CentrifugadoGiro 1200 rpm
10 min
Tto. antiarrugasGiro muy lento
5 min
Pausa5 minfin
inicio
• En principio sin concurrencia de sensores• Nota: No obstante existen lavadoras que miden nivel de carga y
suciedad: eso sería bucle cerrado
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Control Avión
GPS
Consignas
altituddirecciónvelocidad(Medidas)
+-
altituddirecciónvelocidad
etc.
Ejemplo de sistema en Lazo Cerrado:Sistema de Piloto Automático
perturbaciones:ráfagas de vientocorrientesdensidad aireC
perturbaciones:interf. electromag.
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Sist. Automáticos de Control Secuencial
Dos grandes tipos de Sistemas Automáticosde control:
Sist. Automáticos de Regulación
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Evento Discreto:Ocurrencia de una característica en la evolución de una señal (flancode subida, paso por un cierto nivel, pulso, llegada de un dato, C).Suele representarse por un valor booleano {0,1}
Sistemas de eventos discretos:Sistemas dinámicos que cambian de estado ante la ocurrencia de eventosdiscretos. Generalmente el estado sólo puede adquirir un conjunto discreto devalores y puede ser representado de forma simbólica en vez de numérica.
Sistemas Automáticos de Control Secuencial
Sistemas Automáticos de Control Secuencial:Son los sistemas automáticos en los que el proceso a controlar es unsistema de eventos discretos
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VE
NS
NI
Unidadde
Control
Automatismofunción lógica:
si NS=1 entonces VE=0si NI=0 entonces VE=1
CaptadoresSensores de nivel NS, NI
ActuadoresVálvula todo-nada VE
Sistema de control Secuencial
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V1 V2
Pieza
FCS
FCB
MS
MBR
AUTOMA-TISMO
FCS
FCI
FCD
FCDFCI
MBR
Sistema Automático de control Secuencial
PARTE DE MANDO
PARTE OPERATIVA
FCB
MS
V1
V2
MB
MB
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Sistemas Automáticos de Regulación
Sistemas Automáticos de Regulación:Son los sistemas automáticos en los que el proceso a controlar escontinuo.
Habitualmente se persigue que un conjunto de una o varias variablescontinuas del proceso alcancen valores especificados por otras tantasreferencias o consignas.
Ejemplos:• Control de cambio de rumbo en un buque• Sistema biológico de regulación de la presión arterial• Sistema de control de la posición de un brazo robot• Sistema de control de posición del cabezal de un disco óptico
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Control del cambio de rumbo de un buque
ψr : rumbo deseadoψe : error en el rumboψ : rumbo del buqueδc : ángulo de timón necesario para corregir el rumboδ : ángulo del timón
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Tecnologías para la Automatización
Tecnología CableadaUniones físicas entre los elementos que constituyen la Unidad de Control quepueden ser dispositivos:Mecánicos, Neumáticos, Hidráulicos, Eléctricos,Electrónicos, etc.
Inconvenientes:• Ocupa mucho espacio• Poca flexibilidad• Mantenimiento costoso• No adaptados a funciones de control
complejas
Ventajas:• Simplicidad• Adecuadas para problemas
sencillos
Ejemplos:• Control de nivel de líquido por flotador• Sistema de gobierno hidráulico del timón• Cuadros de mando por contactores
Familias tecnológicas:• Mecánicos• Neumáticos• Hidráulicos• Eléctricos• Electrónicos, etc.
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Tecnologías para la Automatización
Tecnología ProgramadaUtilización de dispositivos capaces de ejecutar algoritmos, dotados deentradas y salidas analógicas y/o digitales
Inconvenientes:• Complicados y caros para
aplicaciones simples
Ventajas:• Flexibilidad• Ocupan poco espacio• Coste compensa para
aplicaciones de complicaciónmedia/alta
• Mantenimiento sencillo
Ejemplos:• Automatización industrial con PLCs
Familias tecnológicas:• Microprocesadores (ordenadores
de proceso)• Microcontroladores• Autómatas Programables (PLCs)• PCs industriales
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Regulador IndustrialPID (Ej: DR-20)
sensor detemperatura
Control de Procesos Continuos
resistencia
Periferiadistribuida
Esquema típico de una Automatización Industrial
Nivel de Supervisión:- Comp. de proceso- Monitorización- Interfase hombre-maquina
Control deProcesosDiscretos
preaccionador
válvula
sensoresnivel
proceso
microcontrolador
Alg.Control
DA
AD
Bus de campo
Bus de campo
Periferiadistribuida
Periferiadistribuida
interfase
Procesocontinuo
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Orígenes de estas transparencias:
• página web de la asignatura Sistemas Automáticos (ISA uniovi)(http://isa.uniovi.es/ISAwiki/index.php/Sistemas_Automáticos)
• página web de la asignatura Automatización Industrial (ICAI)(http://www.dea.icai.upco.es/jarm/Asignaturas/AutomatizacionIndustrial_3itiei/transparencias/1intro.pdf)