Controladores Maracay, 17 de abril de 2006

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1 Controladores Maracay, 17 de abril de 2006
Republica Bolivariana De Venezuela Ministerio De La Defensa Universidad nacional Experimental de la Fuerza Armada Nacional Unefa- Nucleo maracay Controladores Kuffatti Jorge Maderer Luis Yepez Euquerio Maracay, 17 de abril de 2006

2 Controladores de Proceso
Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Todo proceso industrial se compone de secuencias de acciones que deben ser controladas. Dentro de dichos procesos industriales se encuentra el concepto de sistema de control. Un sistema de control es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que permiten influir en el funcionamiento del sistema. La finalidad de un sistema de control es conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados (Set point o pto. De consigna). Los elementos básicos que forman parte de un sistema de control y permiten su manipulación son los siguientes: Sensores: Permiten conocer los valores de las variables medidas del sistema. Controladores: Utilizando los valores determinados por los sensores y el pto. De referencia impuesto, calcula la acción que debe aplicarse para modificar las variables de control en base a cierta estrategia. Actuadores: Es el mecanismo que ejecuta la acción calculada por el controlador y que modifica las variables de control.

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Un controlador es un dispositivo con una salida que varia para regular una variable de control de una manera específica. Los Controladores son una parte muy importante de cualquier sistema de control, ya que ellos son los encargados de procesar la información obtenida a través de los sensores y enviar los resultados a los actuadores. Existen dos tipos de controladores en cuanto a su tipo de ajuste: Un controlador manual varía su salida automáticamente en respuesta a una entrada directa o indirecta de un proceso variable. Un controlador manual es una estación manual de carga y su salida no depende de una medida de un proceso variable pero puede variarse solamente por medio de un procedimiento manual. En los procesos sencillos, un operario es el que se encarga de este control y de vigilar la marcha correcta del sistema pero, en la mayoría de las ocasiones, esto no es posible debido al tamaño del proceso. Es por ello que existe otro tipo de controlador, los controladores automáticos. Un controlador automático es un dispositivo basado en hardware y software, que funciona  mediante el monitoreo de una señal de error, que es la diferencia entre los valores establecidos (Set point o punto de consigna) y los valores reales o medidos que el parámetro a controlar tiene.

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Una de las partes más importantes de un sistema de control es su controlador. Los controladores se identifican por sus modos de control. Estos pueden ser: P (Proporcional). PI (Proporcional – Integral). PD (Proporcional – Derivativo). PID (Proporcional – Integral – Derivativo). Sin embargo los controladores industriales se clasifican principalmente de la siguiente manera para multi-lazos:

5 Controladores de Proceso
Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso EL PLC, se puede definir como un aparato digital electrónico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones, que permite la implementación de funciones especificas (tales como lógica, secuencias, temporizados, conteos, aritmética) con el objeto de controlar máquinas y procesos Los PLC tienen la siguiente arquitectura:

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Donde:

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Para controlar lazos simples, se tienen los controladores SLPI o “Instrumentos Unilazo Programables” (Single Loop Programmable Instrument), que son aquellos que contienen, en una unidad, la capacidad de cumplir una función específica con relación a una variable de proceso, Esta capacidad no solo implica resolver los algoritmos correspondientes (implementados en un microcontrolador), sino también el acondicionamiento de las entradas y salidas variables del proceso, la interfaz del operador, etc. Los Controladores SLPI tienen las siguientes característica:

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Cuando se encarga el diseño de un equipo, y siempre que las posibilidades lo permitan, debemos definir las características que debe tener la interfaz del operador, cómo debe ser su configuración, de qué manera deben conectarse los instrumentos entre sí y cómo se los tiene que instalar. Según esto, los controladores se deben seleccionar según lo siguiente:

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso De modo que para seleccionar un controlador debemos tener en cuenta las siguientes características: Interfaz del operador En general la interfaz del operador está dada por un display digital, en el que se indican el estado o variables, un teclado para la configuración, y de forma opcional (en otros casos es de forma obligatoria), barras indicadoras que comúnmente se denominan “indicación analógica”, aún cuando se trata de una indicación digital gráfica. Configuración La flexibilidad de los instrumentos basados en microprocesadores o microcontroladores lleva a la necesidad de configurarlos, esto es, determinan los parámetros requeridos para obtener del equipo la función deseada. Típicamente, algunos parámetros a configurar (dependiendo de las características del instrumento) son: TAG (o identificación del instrumento), que puede o no, aparecer en un display alfanumérico. Tipo de entrada, y su correspondiente caracterización. Límite superior en inferior del rango. Ajuste de parámetros de Control (Kp, Ki, Kd) Ajuste de alarmas y de ser deseado, contacto de salida de las mismas.

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Comunicaciones Esta característica permite la creación de una red de instrumentos entre sí y con un equipo de supervisión (PC.) Como resultado de esta comunicación, al instrumento le pueden ser requeridos (y, en algunos casos, se pueden modificar valores tales como: Parámetros de ajuste, variables de proceso, etc.) Es importante aclarar que, en general, estas características no permitirá la configuración del instrumento de forma remota. Instalación Los instrumentos se pueden montar en dos localizaciones: En panel: en cuyo caso se caracterizan por una pequeña superficie frontal y mayor profundidad (figura 2). De esta forma se logran paneles con frentes más compactos. En campo: se trata de equipos con gabinetes NEMA 4 (apto intemperie), de menor profundidad que los instrumentos de panel, de mayor superficie frontal (figura 3). Estos instrumentos permiten la implementación de lazos de control locales, que pueden ser supervisados desde un sistema de sala de control. De esta forma, sustituyen con mayor flexibilidad y funcionalidad a sus predecesores neumáticos. Una desventaja se observa en industrias que manejan fluidos y/o polvos que puedan generar mezclas explosivas, ya que requieren alimentación eléctrica no intrínsecamente segura (Por ejemplo 220 VAC, o corrientes elevadas en 24 VDC)

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Los controladores tiene la característica de que pueden implementar algoritmos comunes de dispositivos de estructuras fijas “intergales, proporcionales y derivativas” o (PID) como se menciono antes. De modo que otras características fundamentales en la escogencia de controladores son: Cantidad de algoritmos PID implementados: Se dispone de equipos con lazo simple, lazo doble en cascada o lazo doble independiente. Características particulares del algoritmo: Podemos encontrar equipos con autosintonía, ya sea a lazo abierto o a lazo cerrado. Las características de estos algoritmos se describen más adelante. Desde el punto de vista de funciones: En general, podemos agrupar a los controladores en dos grupos: los controladores 1/4 DIN, y los controladores de proceso. Ambos tipos difieren entre sí en su funcionalidad, y también en su aspecto físico.

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Ejemplo de un controlador real, el UDC 1000 controller

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Ejemplo de un controlador real, el UDC 1000 controller

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Ing. Electrónica 10mo term Instrumentación y Control Controladores de Proceso Ejemplo de un controlador real, el UDC 1000 controller