Diapositiva 1UNIDAD 1:
UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA
CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN SISTEMAS DE CONTROL:
La Ingeniería de Control surge por la necesidad del hombre de mejorar
su estándar de vida y de que algunas tareas sean realizadas en forma automática, es decir no requieren intervención directa del hombre.
Para entrar al estudio de los Sistemas de Control, se deben definir los
siguientes términos:
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
Conjunto de fases consecutivas en un fenómeno natural, en un área o en una actividad, que tiene cambios de estado de acuerdo a condiciones dadas.
Ejemplo: Procesos eléctricos, mecánicos, manufactura, alimentos, energía, hidrocarburos, transporte, comunicaciones, entre otros.
Concepto de Proceso:
Fabrica de Manufactura
Concepto de Planta:
Conjunto de equipos o elementos de maquinas que actúan juntos con el propósito de realizar una operación en particular. Ejemplo: Plantas eléctricas, de Gas, Químicas, Hidroeléctricas, energía nuclear, de fabricación, entre otros.
Planta de Hidrocarburos
Concepto de Sistema:
Conjunto de elementos y reglas que organizados e interrelacionados entre si,
contribuyen a generar un resultado. Poseen características propias que los definen,
que pueden ser constantes (parámetros del sistema) y cambiantes en el tiempo
(variables del sistema) las cuales permiten determinar su comportamiento.
Parámetros del Sistema
Variables del Sistema
Concepto de Control:
Es una estrategia que verifica lo que ocurre (realidad) con respecto a lo que debería ocurrir (objetivo) y de no existir concordancia se toman acciones para corregir la diferencia.
SISTEMA
Entrada
Salida
Concepto de Sistema de Control:
Son sistemas que permiten que los procesos se ejecuten bajo ciertas condiciones corrigiendo desviaciones, a través de parámetros establecidos como referencia y aplicando diversos métodos y acciones de regulación para garantizar las condiciones deseadas.
Control de Nivel en un Tanque
Control de Velocidad en un Vehículo
Mide el Nivel
METODOLOGIA APLICADA AL ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CONTROL:
Proceso
(Realidad)
Modelos
Matemáticos
Análisis
Controladores
Estrategias
(Simulación)
Valido?
Implementación
SI
NO
Especificaciones
ELEMENTOS BASICOS DE UN SISTEMA DE CONTROL:
Proceso:
es el objeto o elemento a regular, es decir donde se darán los cambios.
Variables:
Variable Controlada: variable a mantener dentro de ciertas condiciones.
Variable Manipulada: variable modificada intencionalmente para influir en la variable controlada.
Valor Deseado: valor de referencia al cual se quiere llevar la variable controlada.
Variable de Perturbación: variable que produce desviación entre la variable controlada y el valor deseado.
Instrumentos:
Medidor: elemento a través del cual se visualiza el comportamiento de las variables.
Controlador: dispositivo que permite evaluar las condiciones para emitir las acciones de control.
*
EJEMPLO DE UN SISTEMA DE CONTROL:
Proceso: Tanque
Variable controlada: Nivel Tanque
Variable manipulada: Flujo entrada
Variable de perturbación: Filtración
Variable de perturbación: Filtración
FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTACIÓN APLICADOS AL CONTROL :
Variables: se relacionan con la naturaleza del proceso a controlar. Son tan diversas como los procesos. Ejemplo: Presión, Flujo, Nivel, Temperatura, Corriente, Voltaje, Densidad, Peso, Posición, Frecuencia, etc.
Instrumentos: dispositivos que miden, indican, controlan, almacenan información, manipulan mecanismos y modifican estados. Influyen en las variables y los estados del proceso.
La Instrument Sociaty American (ISA) establece la nomenclatura y simbología de los instrumentos utilizados en la ingeniería de control. Permite identificar y representar los sistemas de control a través de los diagramas de instrumentación.
El formato para la identificación del instrumento según la ISA es el siguiente:
XXYY – ZZ – NN
XXYY: Identificación del Instrumento. Este código esta formado por dos subcodigos. El primero (XX) se refiere a la variable y el segundo a la función del instrumento.
ZZ: Identificación del Lazo o Área en el cual se encuentra ubicado el instrumento.
*
CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN CONTROL :
Función:
Transmisor: mide y transmite variables en forma de señales
Válvulas: ejecutan acciones sobre los procesos
Elementos finales: ejecutan acciones. Relés, bombas.
Convertidores I/P: convierten señales de presión a corriente
Sensores: detectan una condición del proceso
Energía:
Neumático: funciona con presión de aire
Hidráulico: funciona con presión de aceite
Señal:
(Presión, temperatura, tiempo, etc.)
SIMBOLOGIA PARA DIAGRAMA DE INSTRUMENTOS :
CONEXIÓN SEÑAL ELECTROMAGNETICA
TABLA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS :
TT-A1-2 Transmisor de Temperatura del Área A1, Instrumento 2
FRC-10-2 Controlador Registrador de Flujo del Área 10, Instrumento 2
FT-12-1 Transmisor de Flujo del Área 12, Instrumento 1.
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TT
TC
Vapor
Válvula
Intercambiador
Transmisor de Temperatura
Controlador de Temperatura
El siguiente diagrama de instrumentación de un proceso industrial, corresponde a un intercambiador de calor utilizado para calentar un fluido. Un transmisor de temperatura (TT) permite medir la temperatura del fluido e indica a un controlador (TC) para que este opere una válvula que deja pasar vapor hacia el recipiente. Identificar los elementos del sistema de control.
Salida fluido
Valor deseado T
Actuador: Válvula
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
Dibujar un diagrama de proceso e instrumentación, para controlar la presión de una la línea de gas, utilizando una válvula de control neumática y un controlador electrónico.
EJEMPLO DE DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN:
PV
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN SISTEMA DE CONTROL:
Son representaciones graficas utilizadas para expresar a través de bloques las conexiones funcionales de los elementos del sistema de control.
Flechas: representan las variables controladas y no controladas (Señales).
Bloques: representan los elementos de control (medidores, controladores, proceso y demás dispositivos.
Comparadores: compara las señales del sistema, dando como resultado la adición o diferencia de señales. También se les dice puntos de suma o diferencia.
*
Proceso: objeto en el cual se desea implementar el control
Variable Controlada: variable real del proceso que se va a controlar
Variable de Referencia: valor deseado para la variable a controlar
Medidor: mide el valor real de la variable controlada
Controlador: ejecuta el método y algoritmo para controlar
Actuador: realiza la acción directa sobre el proceso
Error: diferencia entre le valor real y el valor deseado de la variable controlada
Señal de Regulación: salida del controlador
Señal Regulada: salida del Actuador
Señal de Perturbación: variables no controlada que afecta al proceso
Señal Medida: salida del medidor
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN SISTEMA DE CONTROL:
*
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
Un contenedor con flujo constante de agua, como se muestra en la figura, va a ser regulado de tal forma que la temperatura de salida del agua (T2), se mantenga constante. Dibuje un diagrama de bloques, de manera que muestre como funciona el sistema de control. La temperatura ambiental es T1. Que variable se puede tomar como disturbio o alteración del sistema?
EJEMPLO:
TIPOS BASICOS DE CONTROL DE PROCESOS:
Control Manual
Control Automático
Interviene directamente la mano del hombre en la acción de control.
Ejemplo: Válvula manual a la salida del tanque de riego.
No se requiere la intervención ni la supervisión del hombre
Ejemplo: Control de Temperatura del contenedor de agua caliente.
Es aquel en el que la salida no influye sobre la acción de control.
Su esquema básico es:
Control a Lazo Abierto
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
Se produce cuando la salida del sistema vuelve a ingresar al sistema para la acción de control. Este esquema se llama retroalimentación permite el control automático de un sistema.
El esquema básico del Control a Lazo Cerrado es:
Control a Lazo Cerrado
SISTEMA DE REGULACION
SISTEMA, PROCESO, OBJETO
EJEMPLO:
Diseñar un diagrama de bloques que muestre el sistema de control para los procesos de control de nivel con y sin flotador, identificando los cuatro elementos básicos del control y las variables principales (Referencia, Controlada, Disturbio), así como el tipo de control.
Caso sin flotador:
EJEMPLO:
Diseñar un diagrama de bloques que muestre el sistema de control para un aire acondicionado integral de una vivienda, identificando los cuatro elementos básicos del control y las variables principales (Referencia, Controlada, Disturbio). Dibujar un diagrama a Lazo Abierto y otro a Lazo Cerrado
LAZO ABIERTO:
LAZO CERRADO: