ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN.

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1 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN

2 1 Elementos de un Sistema de Control Sensores Sensores Indicadores Indicadores Transmisores Transmisores Registradores Registradores Transductores Transductores Controladores Controladores Elem. Finales de Control Elem. Finales de Control Actuadores Actuadores

3 1 Sensor o Elemento Primario Los sensores son los encargados de medir o captar el valor de la variable de proceso y envían una señal de salida predeterminada. El sensor puede formar parte de otro instrumento (por ejemplo, un transmisor) o bien puede estar separado. El sensor debe tomar la menor energía posible del sistema, para no introducir error en la medición.

4 1 Clasificación de los Sensores Según su salida: Eléctricos: Eléctricos: -Activos: No necesitan de fuentes de alimentación, y de forma automática crean las señales de las magnitudes a medir. -Pasivos: Usan una fuente auxiliar para crear las señales de las magnitudes a medir. -Pasivos: Usan una fuente auxiliar para crear las señales de las magnitudes a medir. Mecánicos: Mecánicos:

5 1 Clasificación de los Sensores Según su principio físico de funcionamiento: Resistivo: Resistivo: -Son sensores cuya variable medida modifica el valor de una resistencia Ejemplos: -Strain Gauge (Galga extensiométrica) -Termistor -Fotoresistencias

6 1 Clasificación de los Sensores Según su principio físico de funcionamiento: Capacitivo: Capacitivo: -Los sensores capacitivos son utilizados principalmente en la detección de materiales metálicos, como también no metálicos. Estos miden el cambio de la capacitancia dependiendo de la cte. dieléctrica del material a detectar. Ejemplo: -Sensores de proximidad: Líquido, partes plásticas, metales, etc.

7 1 Clasificación de los Sensores Según su principio físico de funcionamiento: Inductivo: Inductivo: -Los sensores inductivos son utilizados solo en la detección de materiales metálicos. Incorporan una bobina electromagnética para detectar la presencia de un objeto de metal conductor. Ejemplo: -Sensores de proximidad: Solo metales (conductores).

8 1 Clasificación de los Sensores Según su principio físico de funcionamiento: Ultrasónicos: Ultrasónicos: -Estos sensores emiten un sonido y miden el tiempo que la señal tarda en regresar. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas. Pueden detectar objetos con diferentes formas, diferentes colores, superficies y de diferentes materiales. sólidos, líquidos o polvorientos Ejemplo: -Sensores de nivel

9 1 Clasificación de los Sensores Según su principio físico de funcionamiento: Fotoeléctrico: Fotoeléctrico: -Un sensor Fotoeléctrico, es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que percibe la luz generada por el emisor Ejemplo: -Sensores Infrarrojos

10 1 Clasificación de los Sensores Según su principio físico de funcionamiento: Piezoeléctricos: Piezoeléctricos: -Piezoelectricidad es una propiedad que poseen algunas sustancias no conductoras, cristalinas, de presentar cargas eléctricas de signo contrario, en caras opuestas, cuando están sometidas a determinadas deformaciones mecánicas. Ejemplo: -Sensores Piezoeléctrico: Guitarra electroacústica Guitarra electroacústica

11 1 Clasificación de los Sensores Según la magnitud a medir: Temperatura Temperatura Nivel Nivel Flujo Flujo Presión Presión Velocidad Velocidad Posición Posición Etc. Etc.

12 1 Estructura General de un Sensor o Sistema de medida

13 1 Indicadores Son instrumentos que disponen de un índice y una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. Existen indicadores digitales que muestran la variable en forma numérica con dígitos.

14 1 Transmisores Son instrumentos que captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática (3 a 15 psi) o electrónica (4 a 20 mA) de corriente continua o digital. La señal digital es la mas ampliamente utilizada y es apta directamente para las comunicaciones, ya que utiliza protocolos estándar para el uso de estas señales.

15 1 Registradores Son instrumentos que registran con trazo continuo o a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del gráfico. Los registradores sin papel (paperless recorders) tienen un coste de operación reducido, una mejor exactitud y pueden incorporar funciones de captura de datos, ideales para procesos discontinuos.

16 1 Transductores Son instrumentos que reciben una señal de entrada en función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida, es decir, convierten la energía de entrada de una forma a energía de salida en otra forma. Son transductores, un relé, un elemento primario, un convertidor PP/I (presión de proceso a intensidad), convertidor PP/P (señal de proceso a señal neumática), etc.

17 1 Controladores Los Controladores comparan la variable controlada (presión, nivel, etc.) con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación. Los controladores pueden ser de tipo manual, neumático, electrónico. Los controladores electrónicos mas usado son: computadoras con tarjetas de adquisición de datos, controladores lógicos programables (PLC), microcontroladores (PIC, AVR, Intel)

18 1 Controlador Lógico Programable (PLC) ¿Qué es un PLC? Es un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos en tiempo real.

19 1 Controlador Lógico Programable (PLC) Características de un PLC: Recoger datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales y analógicas. Recoger datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales y analógicas. Tomar decisiones en base a criterios pre-programados. Tomar decisiones en base a criterios pre-programados. Almacenar datos en la memoria. Almacenar datos en la memoria. Generar ciclos de tiempo. Generar ciclos de tiempo. Realizar cálculos matemáticos. Realizar cálculos matemáticos. Actuar sobre los dispositivos externos mediante las salidas analógicas y digitales. Actuar sobre los dispositivos externos mediante las salidas analógicas y digitales. Comunicarse con otros sistemas externos. Comunicarse con otros sistemas externos.

20 1 Controlador Lógico Programable (PLC) Componentes de un PLC: Fuente de alimentación: Proporciona corriente continua a los circuitos electrónicos que forman el controlador. Módulo de memoria: Almacena el programa en una memoria que puede ser volátil (RAM) o no volátil (ROM). CPU: La Unidad Central de Proceso controla la secuencia de ejecución del programa, realiza las operaciones aritméticas y lógicas, coordina la comunicación entre los diferentes componentes, etc.

21 1 Controlador Lógico Programable (PLC) Componentes de un PLC: Módulos de entrada: Reciben las señales eléctricas de los equipos de la instalación que está controlando el proceso. Módulos de salida: Envían las señales eléctricas a los equipos de la instalación que está controlando. Puerto de Comunicaciones: Es el medio para comunicarse el PLC con la Interfaz(HMI), unidades de programación, periféricos, otros PLCs, etc.

22 1 Controlador Lógico Programable (PLC) Componentes de un PLC:

23 1 Microcontroladores ¿Qué es un Microcontrolador? Es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.

24 1 Características de un Microcontrolador: La memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, y se destina a guardar las variables y los datos. La memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, y se destina a guardar las variables y los datos. Microcontroladores El procesador es el elemento más importante y se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado. El procesador es el elemento más importante y se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado.

25 1 Características de un Microcontrolador: Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema. Esta señal del reloj es el motor del sistema y la que hace que el programa y los contadores avancen. Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema. Esta señal del reloj es el motor del sistema y la que hace que el programa y los contadores avancen. Microcontroladores Las puertas de Entrada y Salida (E/S) permiten comunicar al procesador con el mundo exterior, a través de interfaces, o con otros dispositivos. Estas puertas, también llamadas puertos, son la principal utilidad de las patas o pines de un microprocesador. Las puertas de Entrada y Salida (E/S) permiten comunicar al procesador con el mundo exterior, a través de interfaces, o con otros dispositivos. Estas puertas, también llamadas puertos, son la principal utilidad de las patas o pines de un microprocesador.

26 1 Controladores Universales Equipos programables de gama media/alta con gran estabilidad y precisión. Idóneos para procesos sencillos, poseen regulación configurable (ON/OFF, PD, PID, DPID o Fuzzy), con autosintonía de parámetros y selección del tipo de control. Equipos programables de gama media/alta con gran estabilidad y precisión. Idóneos para procesos sencillos, poseen regulación configurable (ON/OFF, PD, PID, DPID o Fuzzy), con autosintonía de parámetros y selección del tipo de control. También disponen de alarmas, absoluta, relativa y de rotura del sensor, así como de rampas y programas. También disponen de alarmas, absoluta, relativa y de rotura del sensor, así como de rampas y programas.

27 1 Características de un Controlador Universal: Controladores Universales Entrada: universales (señales digitales y analógicas para control) Entrada: universales (señales digitales y analógicas para control) Salida: continua 0/4...20mA, lógica o relés. Salida: continua 0/4...20mA, lógica o relés. Control: 2 ó 3 puntos (calentamiento/enfriamiento), continuo, posicionador, servos, etc. Control: 2 ó 3 puntos (calentamiento/enfriamiento), continuo, posicionador, servos, etc. Comunicación: TTL, RS-422/485. Comunicación: TTL, RS-422/485. Alimentación: 24 VCC, 115/230 VCA. Alimentación: 24 VCC, 115/230 VCA.

28 1 Elementos Finales de Control Los elementos finales de control son mecanismos que modifican el valor de una variable que ha sido manipulada como respuesta a una señal de salida desde un dispositivo de control automático. Los elementos finales de control son mecanismos que modifican el valor de una variable que ha sido manipulada como respuesta a una señal de salida desde un dispositivo de control automático. Se encarga de manipular alguna característica del proceso según lo ordenado por el controlador. Consta generalmente de dos partes: Un actuador y un mecanismo de ajuste de la variable manipulada.

29 1 Elementos Finales de Control Ejemplos: Válvula de Control Válvula de Control Variador de Frecuencia Variador de Frecuencia Electroválvula Electroválvula Bobina de Relé Bobina de Relé Tiristor Tiristor

30 1 Actuadores Es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. Es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. Dependiendo de el origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico” o “eléctrico”. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide).

31 1 Actuadores Actuador Neumático: Actuador Neumático: Cilindros simple y doble efecto (lineal) Cilindros simple y doble efecto (lineal) Actuadores de Giro Actuadores de Giro Engranaje y cremallera Engranaje y cremallera

32 1 Actuadores Actuador Hidráulico: Actuador Hidráulico: Cilindros simple y doble efecto (lineal) Cilindros simple y doble efecto (lineal) Motor Hidráulico Motor Hidráulico Motor Hidráulico de oscilación Motor Hidráulico de oscilación

33 1 Actuadores Actuador Eléctrico: Actuador Eléctrico: Motores de Corriente alterna Motores de Corriente alterna Motores de Corriente Continua Motores de Corriente Continua Actuador lineal Actuador lineal Motores paso a paso Motores paso a paso

34 Interacción entre elementos de un Sistema de Control Proceso Controlador Valores Deseados Actuador Transmisor Valores medidos Variables para actuar

35 1 Proceso Transmisor Controlador SP Set Point Referencia Consigna Variable manipulada VM VM E (Error) VC Perturbaciones Sensor o E. primario Sistema de medida ActuadorRegulador Comparador Amplificador VC SP Señal o Acción De Control Señal Amplificada Transductor Variable controlada VC