Los sistemas de control como herramienta principal para el manejo de procesos

UNIVERSIDAD GRAN MARISCAL DE AYACUCHO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE SISTEMAS

NUCLEO BARCELONA, ESTADO ANZOATEGUI

UNIDAD CURRICULAR: SISTEMAS DE CONTROL

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Los sistemas de control como herramienta principal para el manejo de procesos

Autor(a):

Barcelona, marzo de 2020.

Índice

Págs.

Línea de investigación        III

Introducción        3

Sistemas de control        4

Tipos de sistemas de control        5

Tipos de ecuaciones integro diferenciales que pudieran presentar los sistemas de control en la industria moderna        7

Instrumentos de los sistemas de control        8

Características y comportamientos de los sistemas realimentados        9

Diagrama de bloques        9

Elementos de un diagrama de bloques        10

Sensibilidad        12

Resolución        15

Precisión        15

Perturbaciones        16

Errores        17

Señales de prueba        20

Razón de amortiguamiento        21

Raíces en el plano        22

Respuesta transitoria        28

Anexos        34

Conclusión        36

Bibliografía        37

Línea de investigación

El control industrial “es aquel que compara el valor de la variable o condición a controlar con un valor deseado y toma una acción de acuerdo con la desviación existente sin el que operario intervenga en lo absoluto”. Es la automatización de los procesos industriales lo que ha llevado al desarrollo de sistemas de control enfocados al manejo de procesos llevados por una planta industrial. Un sistema de control es un componente principal en todo sistema industrial y necesario para obtener un mejor desempeño de los sistemas. Son de utilidad al producto del sistema, para brindar calidad, reducción de costos, además del aumento en la competitividad.

Los sistemas de control tienen un enfoque de carácter multidisciplinario, el control de procesos tiene conferida tal importancia que se ha dirigido una ingeniería completamente al tema, conocida como “ingeniería de control”, en la que se producen profesionales encargados de la investigación, diseño y gestión de desarrollo de equipamientos para el control de sistemas y maquinarias, que encuentra un área de aplicabilidad a la química, electrónica, mecánica, aeronáutica, medioambiente, etc.

En la actualidad los sistema de control  representan una herramienta para el desarrollo metódico de la modelización, simulación y el control sistemas reales o ideales, donde se utilizarán las técnicas convenientes para su desarrollo, que obedecen al comportamiento del sistema (bien sea de lazo abierto o cerrado).

Introducción

Los sistemas de control son un conjunto de herramientas dispuestas para administrar, dirigir u ordenar el comportamiento de otros sistemas con la finalidad de obtener los resultados deseados. Todo sistema de control está conformado componentes básicos tales como: sensores, transmisores, controladores y elementos finales de control. Se pueden clasificar de manera general como: sistemas de lazo abierto (aquellos en los que la señal de salida no infiere sobre la señal de entrada) y sistemas de lazo cerrado (aquellos sistemas donde existe retroalimentación, son también conocidos como sistemas realimentados). Ya que todo sistemas tiene una entrada, un proceso (donde la entrada será maneja o transformada) y una salida, es de utilidad representar matemáticamente la relación entre las entradas y salidas de un sistema, para lo que en los sistemas de control se ocupa la función de transferencia. Una herramienta para la representación gráfica de las funciones de transferencia e información respecto al comportamiento dinámico del sistema de control serían los diagramas de bloques utilizados para la esquematización y comprensión de las operaciones de control dentro de un sistema (flujo de señales y función de cada componente integrante del sistema de control). La mayoría de los sistemas estarán sujetos a aspectos tales como: sensibilidad (que es la relación del cambio en la función de transferencia del sistema con respecto al cambio de la función de transferencia del proceso), resolución (que representa el mínimo incremento de la entrada que genera un cambio medible a la salida), exactitud (que es grado de concordancia con los resultados), errores (internos y externos) y perturbaciones (variables ajenas al sistema que influyen en su funcionamiento). Y es debido que un sistema de control justamente eso quiere conseguir “control”, sobre una variable o un proceso a través del tiempo, es que métodos como el lugar geométrico de las raíces será de utilidad para el análisis y diseño de su estabilidad y respuesta transitoria.

Sistemas de control

        Se puede definir como sistema a una combinación de componente que actúan en conjunto para llegar a determinado objetivo. Si dicho objetivo es controlar un proceso en específico se está ante un sistema de control. Puesto que, un sistema de control es un ordenamiento de componentes físicos que interactúan entre sí para lograr que la salida de un proceso se conduzca de la forma deseada a través de una acción de control.

Elementos fundamentales

Los componentes o elementos básicos dentro de un sistema de control son:

• Los sensores: también conocidos como elemento primario, es uno de los componentes que realiza operaciones de medición en el sistema, este genera un fenómeno eléctrico, mecánico o similar. Dicho dispositivo detecta manifestaciones de fenómenos o cualidades físicas (energía, cantidad, velocidad, etc.).
• Los transmisores: conocidos como elemento secundario, es el segundo elemento de medición dentro del sistema de control. Su principal función es tomar señales y convertirlas en señales estándar que sean adecuadas para el instrumento receptor.
• Los controladores: se tratan del cerebro del sistema de control, se trata del elemento decisor del sistema (realiza las operaciones de decisión), el controlador es aquel que decide lo que se debe hacer para mantener las variables en el valor deseado.
• Los elementos finales de control: es usual que se traten de válvulas de control (aunque no siempre sea así). También son utilizados transportadores, motores eléctricos y bombas de velocidad variable. Se encargan de las operaciones de acción dentro del sistema de control, constituyen el último elemento de un lazo de control instala en la línea de proceso.

Tipos de sistemas de control

Sistemas de control en lazo abierto. Se tratan de aquellos sistemas en los que el proceso solo actúa sobre la señal de entrada y su señal de salida resultante es independiente de la señal de entrada. Es decir, la acción de control es independiente a la señal de salida (la señal de salida no infiere sobre la señal de entrada –la salida ni se mide ni se realimenta para una comparación con la entrada-).

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Figura 1. Ejemplificación de sistema de control en lazo abierto

Sistemas de control en lazo cerrado. Se tratan de aquellos sistemas en los que la acción de control de cierta forma tiene una dependencia de la salida del sistema de control, es decir, la señal de salida tiene efecto sobre la acción de control (existe retroalimentación).

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