Capítulo 4

Sistemas de Control Industriales Los sistemas de control se encargan de la regulación automática de operaciones y del equipo asociado, así como de la integración y coordinación de estas operaciones en un sistema de producción global.

Niveles de automatización. Industrias de Proceso. Industrias de Manufactura Discreta. 5 Nivel corporativo. 4 Nivel de planta. Nivel de planta o fábrica. 3 Nivel de control de supervisión. Nivel de celdas o sistema de manufactura. 2 Nivel de control regulatorio. Nivel de máquinas. 1 Nivel de Equipo. Nivel de equipo.

Variables y Parámetros La variable continua : Es una variable ininterrumpida durante el tiempo de manufactura. Se conoce como análoga, lo que quiere decir que puede tomar muchos valores dentro de un rango ya definido. Fuerza, temperatura, tasa de flujo, presión, son ejemplos de variable continua.

Variables y Parámetros La variable discreta: Sólo puede tomar sólo un valor dentro de un rango definido. Se conoce como variable binaria. Puede tomar valores como on/off, abierto/cerrado, 0 y 1.

Control Continuo Vs. Discreto Factor de comparación. Control Continuo. Control Discreto. Medidas de salida del producto. Peso, volumen líquido y volumen sólido. Número de partes o de productos. Medidas de calidad. Consistencia, concentración, ausencia de contaminantes. Dimensiones, Acabado, Apariencia, ausencia de defectos. Variables y parámetros. Temperatura, tasa de flujo, presión. Posición velocidad, aceleración. Sensores. Sensores de flujo, presión y de temperatura. Interrupores, sensores fotoeléctricos y válvulas. Actuadores. Válvulas, calentadores, bombas. Interruptores, motores y pistones. Unidades de tiempo Segundos, minutos, horas. Menos de un segundo.

Sistemas de Control Continuos Regulatorios: El objetivo es mantener el desempeño del proceso a cierto nivel o dentro de una cierta banda de tolerancia. Pre-alimentado: La estrategia es anticipar los efectos de variabilidad que podrían afectar el proceso, detectándolos y compensándolos, de tal forma que el proceso no tenga altas variaciones en la operación.

Sistemas de Control Continuos Optimización en Estado Estable: Se refiere a una clase de técnicas de optimización. 1. Índice de desempeño bien definido (tasa de producción). 2. Relación entre índice y variables es conocida. 3. Valores de los parámetros del sistema se pueden calcular matemáticamente. Con estas características, el algoritmo de control está diseñado para llevar el proceso al estado óptimo ya establecido.

Sistemas de Control Continuos Control Adaptable: Combina el control de retroalimentación y el control óptimo al medir las variables de proceso relevantes durante la operación. Utiliza algoritmos de control para optimizar el índice de desempeño.

Sistemas de Control Continuos Funciones del control adaptable: 1. Identificación: valor actual del índice de desempeño es determinado en base a medidas tomadas del proceso. 2. Decisión: se implementa por medio del algoritmo del sistema adaptable. 3. Modificación: Los parámetros son alterados por medio de actuadores para optimizar el estado del sistema.

Sistemas de Control Discretos Cambio Manejo de Evento (Event-Driven): Es ejecutado por el controlador para responder a cualquier evento que ha alterado el sistema (perturbación). Cambio Manejo de Tiempo (Time-Driven): Se ejecuta por el sistema de control en un punto específico de tiempo o al terminar un lapso.

Proceso Computarizado de Control. El uso de computadores para controlar procesos industriales se inicia a fines de los 50´s. Refinerías, industrias petroquímicas e industrias relacionadas con alta producción y transformación de recursos naturales, tenían que manejar demasiadas variables y lazos cerrados de control para operar. Las operaciones de control se llevaban a cabo de forma manual, por medio de operadores y gente calificada para supervisar y controlar las operaciones. Muchos problemas se suscitaron por las fallas humanas que se tenían debido a diversos factores.

Requerimientos de control Computarizado. Interrupciones iniciadas por el proceso: El controlador debe ser capaz de responder a una señal de entrada, proveniente del proceso. Acciones en tiempo: El controlador debe tener la capacidad de ejecutar acciones en puntos específicos de tiempo. Comandos computacionales hacia el proceso: El control por computadora debe ser capaz de enviar señales al proceso para iniciar una acción correctiva.

Requerimientos de control Computarizado. Eventos iniciados por el sistema o programa: Son eventos que el sistema de control realizados por los mismos dispositivos computarizados. Por ejemplo, la impresión de un reporte que haya sido previamente programado. Eventos iniciados por operador: El control computarizado siempre debe permitir la entrada de una operación del personal (operador).

Capacidades de control computarizado. Polling (muestreo de datos): significa la extracción de datos mediante muestras con el fin de indicar el estado del proceso. Frecuencia: Recíproco del intervalo de tiempo donde los datos son recolectados. Orden: Es la secuencia de los lugares donde los datos son recogidos. Formato: Se refiere a la manera en que el procedimiento del muestreo es diseñado.

Capacidades de control computarizado Interlocks (dispositivos de seguridad): Es un mecanismo de seguridad que sirve para coordinarlas actividades de 2 o más dispositivos y prevenir que 1 dispositivo interfiera con el otro. Seguro de entrada (input interlock): Es un seguro que requiere de un dispositivo externo para ejecutarse (sensor, switch). Se pueden usar para: Para proceder con un ciclo de trabajo. Ejemplo: Una máquina comunica una señal al controlador de que el proceso se cumplió. Para interrumpir un ciclo de trabajo. Ejemplo: Sensor que mande una señal si al robot se le cayó una pieza. Seguro de salida: Señal enviada por el controlador a un dispositivo externo.

Capacidades de control computarizado Sistema de interrupción: Está muy relacionado con los interlocks. Es un sistema computarizado de control que suspende la ejecución de un programa o subrutina debido a la prioridad de una nueva acción. Interrupciones internas: Son ejecutadas por el propio sistema computacional. Interrupciones externas: Son ejecutadas por un operador.

Niveles de Control Industrial Control Básico: Es el de más baja jerarquía. Incluye el control retroalimentado, muestreo e interlocks. Nivel de procedimiento: Es un nivel intermedio. En este nivel se usan los datos del muestreo para recalcular valores de parámetros, cambiar puntos de referencia o ganancias del proceso. Nivel de coordinación: Nivel más alto de control. Corresponde a la supervisión de todo el proceso industrial, incluso puede involucrar y controlar todo el sistema de automatización de la empresa.

Formas de Procesos de Control por Computadora. Proceso de monitoreo por computadora: involucra el uso de la computadora para observar, recolectar y grabar información de la operación. El monitoreo por computadora se clasifica en: Datos del proceso: son parámetros y referencias del proceso. Datos del equipo: indica el estado del equipo. Datos del producto: muestra el rango de calidad o el cumplimiento con ciertos estándares del producto que se está realizando.

Formas de Procesos de Control por Computadora. Control Digital Directo: Es uno de los más importantes. Es un sistema de control de proceso por computadora donde ciertos componentes en un sistema análogo son reemplazados por una computadora digital.Con este control podemos: Tener mayor control: se pueden manejar algoritmos más complicados que los convencionales. Integración y optimización de múltiples lazos: Se pueden integrar mediciones de distintos lazos de control. Editar el programa de control: Se puede cambiar fácilmente el algoritmo de control.

Formas de Procesos de Control por Computadora. Control Numérico y robótica: Implica el uso de microcomputadoras para dirigir la herramienta de una máquina a una secuencia previamente definida por un programa. Controles lógicos programables: se usan instrucciones específicas en una memoria programable para secuenciar y controlar una máquina o proceso. Sistemas de control distribuidos y PCs: aquí se usan los microprocesadores, que son chips de circuitos integrados que contienen los elementos lógicos digitales necesarios para ejecutar instrucciones que se encuentran en su memoria y llevar esas instrucciones hacia el proceso.