Sistemas de control y automatización

Sistemas de Control y Automatización

Andrés Rodríguez, Edward Reyes, Junior Gómez

Área de Ingeniería, Instituto Tecnológico de Santo Domingo
Sebastianrod04@gmail.com

Edwarddejesus@gmail.com

Arismendy0107@gmail.com

Av. Los Próceres 49, Santo Domingo, República Dominicana

Resumen: Hoy en día se persigue un ambiente cotidiano totalmente automatizado, para esto, la herramienta primordial son los sistemas de control. A continuación se ofrece una explicación de los conceptos básicos de los sistemas de control y de una manera más específica sobre dos tipos de controladores ampliamente estudiados: el Controlador Lógico Programable (PLC por sus siglas en ingles) y el Controlador Proporcional, Integral y Derivativo (PID, por sus siglas en ingles). En este informe se abundará sobre el controlador PID, la tendencia de este tipo de sistema de control y aplicaciones.

Palabras clave: PLC (Programable Logic Controller), PID (Proportional, Integral & Derivative), Sistemas de control, Algoritmo adaptativo, Lazo abierto, Lazo cerrado,

1. Introducción

Los sistemas de control son utilizados de manera indirecta día a día por una gran parte de las personas en el mundo, sin embargo muy pocos saben la forma en la que estos funcionan y se diseñan para que lleven a cabo su función. Para adquirir estos conocimientos, es necesario adentrarse en el estudio de los mismos, ver sus partes, características, comportamiento ante el uso que se les pueda dar y entre otras propiedades que componen a los mismos.

Dentro del mismo ámbito de un sistema de control, existe el famoso PID (Proportional Integrative Derivative), el cual es un componente que se encuentra en un porcentaje bastante alto de los sistemas de control, debido a que posee características y propiedades que hacen que el sistema se convierta en un sistema totalmente estable.

1. SISTEMAS DE CONTROL

Un sistema de control es un conglomerado de dispositivos que están encargados de dar órdenes a otros dispositivos, dependiendo del comportamiento que tengan estos en su entrada.

Estos se pueden clasificar en dos tipos:

• Sistemas de control de lazo abierto: los cuales no poseen retroalimentación de la salida con la entrada, provocando que no se puedan corregir errores, sino que solo se tenga la salida, este como este. Un sistema de control de lazo abierto se ve de la forma:

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Figura 2.1. Sistema de control de lazo abierto.

        Como ejemplos de este tipo de sistemas tenemos:

• Microondas
• Estufa

• Sistemas de control de lazo cerrado: este tipo de sistemas de control, se conocen por tener retroalimentación entre la salida y la entrada del sistema, teniendo estos la posibilidad de corregir errores dependiendo de la respuesta que tenga el mismo en la salida.

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Figura 2.2 Sistema de control de lazo cerrado.

1. PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)

En las industrias, es bastante común encontrar sistemas de control para el manejo de los procesos en las mismas. En este ambiente, lo más utilizado relacionado con sistemas de control es el PLC (Programmable Logic Controller) el cual permite manipular las secuencias de las maquinas o procesos.

 El uso de un PLC,  mejora la calidad de los procesos que el mismo controla, ya que este se programa para tener parámetros fijos de decisión, distinto al caso de una persona , la cual puede variar levemente los parámetros sin darse cuenta y ocasionar fallas y errores que se ven transmitidas como perdidas económicas en las compañías.

Como aplicaciones de los PLC, se pueden mencionar:

• Control de nivel de agua con sensores inalámbricos: Se puede lograr, a través del uso de sensores inalámbricos que alerten el nivel del agua que se tenga en un lugar específico, los cuales sean, mediante un PLC, la señal de activación para una bomba de agua o para una llave de desagüe, con el fin de mantener siempre un nivel estable.

• Control de acceso en empresas: Conectando, algún dispositivo de captura de datos (sensor), sea un lector de huellas digitales o un scanner de código de barra, para el caso de empresas que utilizan código de barra en los carnets de empleados, a un PLC enlazado a un servidor que tenga la lista de personas las cuales pueden tener acceso a un área específica dentro de la empresa, se puede realizar un control de acceso.

Aparte de saber quiénes entran y quienes no, se tendrán también constancia de las veces que acceso cada  persona y la fecha y hora.

• Llenado de botellas en línea de producción: Con sensores que indiquen la posición de las botellas, la cantidad de líquido que estas tienen dentro y si la tapa esta o no puesta, siendo estos los que indiquen al PLC si debe continuar o no con el proceso de llenado de las botellas en la línea de producción.

• Elevadores: Un sistema de elevadores con PLC,  como la mayoría de sistemas que utilizan estos, debe poseer sensores, para indicar la posición del ascensor y si se desea subir o bajar, para así activar actuadores que ejecuten estas acciones.

1. CONTROLADOR PROPORCIONAL, INTEGRAL Y DERIVATIVO (PID)

Como parte importante de un sistema de control, está el controlador, el cual tiene la función de realizar los ajustes necesarios al sistema para que se tenga la respuesta que se desea. Entre los tipos de controladores, podemos encontrar el  PID (Proportional Integrator & Derivative), este es un tipo de controlador que se utiliza para ajustar, mediante una retroalimentación, la salida que se tenga en el sistema de control, corrigiendo así el error que tenga este en la misma.

Detallando de una manera más clara sus funciones, estas se pueden definir como:

• Rechazar el ruido o alteraciones bruscas utilizando la retroalimentación.

• Eliminar el error de estado estacionario, mediante el integrador

• Mediante el derivador, puede predecir el error futuro.

Como su nombre lo indica, este consiste de tres partes o controladores fundamentales:

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Figura 2.1. Sistema de control de lazo abierto.

• Proporcional (Controlador P): es el que se encarga de medir la diferencia entre el valor actual y el valor acordado como objetivo, para aplicar el cambio. En el proporcional  existe la constante Kp, que es la constante de proporcionalidad, la cual se puede ajustar como el valor de la ganancia del controlador o el porcentaje de banda proporcional.

• Integrador (Controlador I): depende de los errores pasados y determina el tiempo que se tomara ajustar el sistema al valor esperado. En el integrador, existe la constante Ki, la cual indica la velocidad con la que se repite la acción proporcional.

• Derivativo (Controlador D): este predice los valores futuros del error en la salida, y responde a la velocidad del cambio del error, produciendo una corrección antes de que el error se haga más grande. En el derivativo, existe la constante Kd, la cual hace que la respuesta de la acción proporcional sea visible, multiplicándola esperando que el error se mantenga igual.

1. TENDENCIA DE LOS CONTROLADORES PID

• Sistema de control de red

El sistema de control en red (NCS), este es un sistema en el cual los elementos físicos (sensores, controladores y actuadores) se encuentran separados y unidos a una red de comunicaciones con el fin de realizar un propósito, en el cual son capaces de comunicarse entre sí. Su funcionalidad basada en cuatro elementos:

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