Notas Control Digital

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA

INGENIERIA ELECTRÓNICA.

RESUMEN UNIDAD I.

“INTRODUCCION”

Equipo No.1 Integrantes:

Medrano Espinoza Rodolfo.

Molina Elena Mauricio

Vite Gaspar Ángel.

Materia: Control Digital.

Profesor(a): Quintana Silva Juan Antonio.

Orizaba, Veracruz, México. Fecha: Septiembre 2012

1.1 Repaso Histórico.

Un controlador digital es un sistema controlador en tiempo discreto y una señal en tiempo discreto es una señal definida solo en valores discretos de tiempo.

El primer libro formal sobre control automático fue publicado en 1921 y escrito por Max Tolle, trataba sobre el control de velocidad.

En los inicios de la década de los 30's, los controladores de procesos utilizados eran de tipo proporcional. Hasta fines de la década de los 30's que apareció el PID.

En los años 50’s aparecieron las primeras computadoras dedicadas al control de procesos estas eran grandes en cuanto a volumen, requerían de un gran consumo de energía y era de poca fiabilidad.

En agosto de 1958 fue puesto en marcha el primer sistema de control por computadora en una planta de Texaco Oil Co. Era un sistema de control supervisor conectado a un conjunto de controladores analógicos ya existentes. A fines de los 60’s la tecnología sobre computadora alcanzó la etapa de poder realizar Control Digital Directo.

En 1962, en la Imperial Chemical Industries (en Inglaterra) se instala un control digital con 224 entradas comandando 129 válvulas. Se utiliza por ese entonces, como argumentación el concepto de Control Digital Directo (CDD o DDC), es decir que una única computadora controla toda una planta o proceso.

En 1965 comienza la era de las mini computadoras. Una mini computadora típica tenía una longitud de palabra de 16 bits, de 8 a 124k de memoria fija, mas una unidad de disco. Aparecen los circuitos integrados con lo que se reducen notablemente los costos y los tamaños. Aumenta la velocidad y la fiabilidad.

En 1974 aparece el primer microprocesador de propósito general: el INTEL 4004.

Ahora que las computadoras digitales se han vuelto más baratas y más compactas, se usan como parte integral de los sistemas de control.

1.2 La computadora para el control de procesos.

La primera aplicación de la computadora digital en el control de procesos se dio en 1958 en la refinería Texaco de Port Arthur en Texas (McMahon, 1979). Uno de los primeros métodos empleados para el control de procesos a través de computadoras digitales fue el denominado Control Digital Directo (DDC) que consiste en el reemplazo de los controladores analógicos por una voluminosa computadora digital.

Las computadoras de control de procesos se convirtieron en minicomputadoras a mediados de los 60, lo que hizo que los costos se redujesen aunque no lo suficiente para desplazar a los sistemas analógicos. Fue hasta mediados de los años 70 que el hardware de control digital se consolido definitivamente en el mercado, como resultado de la introducción del microprocesador, lo que permitió a la tecnología digital competir en costos con la tecnología analógica.

El primer sistema de control distribuido, el TDC-2000, fue desarrollado por la firma Honeywell, La introducción de la computadora al control de procesos implico el desarrollo de convertidores de señales, transductores AD (analógico-digital) y DA (digital-analógico), que permitieran la comunicación con los dispositivos de campo (sensores, transmisores y actuadores).

Los sistemas de control digital requieren de programas para su funcionamiento (que corren en la memoria del sistema). Y dependiendo del tipo de sincronización que se tiene entre los procesos externos al computador y las tareas internas del mismo, los sistemas de tiempo real pueden clasificarse en:

• Sistemas basados en eventos. Aquí, la ocurrencia de una tarea está determinada por la ocurrencia de un evento externo, el cual es típicamente no periódico.

• Sistemas periódicos ó basados en un reloj. Las tareas se realizan según un esquema de tiempo cíclico predefinido.

• Sistemas interactivos. La relación entre las acciones en el computador y el mundo externo no están definidas de forma muy fuerte, en cuanto hace referencia al tiempo en que se realizan.

1.3 Ventajas del Control Digital

La idea de usar computadoras para control de procesos emerge en 1950, aplicado en control DDC de misiles y aviones. Como características básicas del control digital se pueden mencionar las siguientes:

• No existe límite en la complejidad del algoritmo. Cosa que sí sucedía anteriormente con los sistemas analógicos.

• Facilidad de ajuste y cambio. Por el mismo motivo anterior un cambio en un control analógico implica, en el mejor de los casos, un cambio de componentes si no un cambio del controlador completo.

• Exactitud y estabilidad en el cálculo debido a que no existen derivas u otras fuentes de error.

Dentro de las principales ventajas del control digital se pueden mencionar:

• Posibilidad de implementar algoritmos de control más complejos que el clásico control lineal, como controles no lineales, predictivos, adaptativos o borrosos.

• Capacidad de reprogramación del control. Buena parte de los dispositivos digitales, como microprocesadores, DSP o FPGA, son reprogramables.

• Capacidad de monitorización. Usando un control digital, éste puede conectarse a otros sistemas (típicamente un PC) encargados de la vigilancia general del sistema.

• Disminución del tiempo de diseño. El diseño de un control digital requiere menos tiempo que el de un control analógico, al menos cuando el control a desarrollar es nuevo. Esto se debe a la facilidad de realizar cambios durante el prototipo.

• Posibilidad de implementar algoritmos de control más complejos que el clásico control lineal, como controles no lineales, predictivos, adaptativos o borrosos

• Disminución del tiempo de diseño. El diseño de un control digital requiere menos tiempo que el de un control analógico, al menos cuando el control a desarrollar es nuevo.

• Disminución de componentes discretos.

1.4 Aplicaciones del Control Digital

Existen varios esquemas de control que involucran una computadora para realizar el control de un proceso. Entre los más utilizados se encuentran los siguientes:

• Control digital directo

• Control supervisor

• Control centralizado

• Control distribuido

...