AUTOMATIZACION Y CONTROL 04. SISTEMAS DE CONTROL INDUSTRIALES

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AUTOMATIZACION Y CONTROL04. SISTEMAS DE
CONTROL INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA
Julio César Caicedo Eraso
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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.

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Niveles de automatización.
Nivel Industrias de Proceso. Industrias de Manufactura Discreta.
5 Nivel corporativo. 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.
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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.

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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.

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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.
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Sistemas de Control Continuos

• Regulatorios El objetivo es mantener el
  desempeño del proceso a cierto nivel o dentro de
  una cierta banda de tolerancia.
• Re-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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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Proceso Computarizado de Control.

• El uso de computadores para controlar procesos
  industriales se inicia a fines de los 50s.
• 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.

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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.

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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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.