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FUNCION
DEL CONTROL AUTOMATICO .
La
idea básica de lazo realimentado de control es mas fácilmente entendida
imaginando qué es lo que un operador tendría que hacer si el control
automático no existiera .
La
figura 1 muestra una aplicación común del control automático encontrada en
muchas plantas industriales , un intercambiador de calor que usa calor para
calentar agua fría . En operación manual , la cantidad de vapor que ingresa al
intercambiador de calor depende de la presión de aire hacia la válvula que
regula el paso de vapor . Para controlar la temperatura manualmente , el
operador observaría la temperatura indicada , y al compararla con el valor de
temperatura deseado , abriría o cerraría la válvula para admitir mas o menos
vapor . Cuando la temperatura ha alcanzado el valor deseado , el operador
simplemente mantendría esa regulación en la válvula para mantener la
temperatura constante . Bajo el control automático , el controlador de
temperatura lleva a cabo la misma función . La señal de medición hacia el
controlador desde el transmisor de temperatura (o sea el sensor que mide la
temperatura ) es continuamente comparada con el valor de consigna (set-point en
Inglés ) ingresado al controlador . Basándose en una comparación de señales
, el controlador automático puede decir si la señal de medición está por
arriba o por debajo del valor de consigna y mueve la válvula de acuerdo a ésta
diferencia hasta que la medición (temperatura ) alcance su valor final .
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
DE CONTROL .
Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y a
lazo cerrado . La distinción la determina la acción de control
, que es la que activa al sistema para producir la salida .
Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la acción
de control es independiente de la salida .
Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de control
es en cierto modo dependiente de la salida .
Los sistemas de control a lazo abierto tienen dos rasgos sobresalientes
:
a) La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción
con exactitud está determinada por su calibración . Calibrar
significa establecer o restablecer una relación entre la entrada
y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada .
b) Estos sistemas no tienen el problema de la inestabilidad , que presentan
los de lazo cerrado .
Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comúnmente sistemas
de control por realimentación ( o retroacción ) .
Ejemplo 1
Un tostador automático es un sistema de control de lazo abierto
, que está controlado por un regulador de tiempo . El tiempo requerido
para hacer tostadas , debe ser anticipado por el usuario , quien no forma
parte del sistema . El control sobre la calidad de la tostada (salida)
es interrumpido una vez que se ha determinado el tiempo , el que constituye
tanto la entrada como la acción de control .
Ejemplo 2
Un mecanismo de piloto automático y el avión que controla
, forman un sistema de control de lazo cerrado ( por realimentación
) . Su objetivo es mantener una dirección específica del
avión , a pesar de los cambios atmosféricos . El sistema
ejecutará su tarea midiendo continuamente la dirección instantánea
del avión y ajustando automáticamente las superficies de
dirección del mismo ( timón , aletas , etc. ) de modo que
la dirección instantánea coincida con la especificada .
El piloto u operador , quien fija con anterioridad el piloto automático
, no forma parte del sistema de control .
EL LAZO REALIMENTADO
El lazo de control realimentado
simple sirve para ilustrar los cuatro elementos principales de cualquier lazo de
control , (figura 2 ) .
La medición debe ser hecha para
indicar el valor actual de la variable controlada por el lazo . Mediciones
corrientes usadas en la industria incluyen caudal , presión , temperatura
, mediciones analíticas tales como pH , ORP , conductividad y
muchas otras particulares específicas de cada industria .
Realimentación
:
Es la propiedad de una sistema de lazo cerrado que permite que la salida
( o cualquier otra variable controlada del sistema ) sea comparada con
la entrada al sistema ( o con una entrada a cualquier componente interno
del mismo con un subsistema ) de manera tal que se pueda establecer una
acción de control apropiada como función de la diferencia entre la entrada
y la salida .
Más generalmente se dice que existe realimentación en un sistema cuando
existe una secuencia cerrada de relaciones de causa y efecto ente las
variables del sistema .
El concepto de realimentación está claramente ilustrado en el mecanismo
del piloto automático del ejemplo dado .
La entrada es la dirección especificada , que se fija en el tablero de
control del avión y la salida es la dirección instantánea determinada
por los instrumentos de navegación automática . Un dispositivo de comparación
explora continuamente la entrada y la salida .
Cuando los dos coinciden , no se requiere acción de control . Cuando existe
una diferencia entre ambas , el dispositivo de comparación suministra
una señal de acción de control al controlador , o sea al mecanismo de
piloto automático . El controlador suministra las señales apropiadas a
las superficies de control del avión , con el fin de reducir la diferencia
entre la entrada y la salida . La realimentación se puede efectuar por
medio de una conexión eléctrica o mecánica que vaya desde los instrumentos
de navegación que miden la dirección hasta el dispositivo de comparación
.
Características
de la realimentación .
Los rasgos mas importante que la presencia de realimentación imparte a
un sistema son:
a) Aumento de la exactitud . Por ejemplo , la habilidad para reproducir
la entrada fielmente .
b) Reducción de la sensibilidad de la salida , correspondiente a una determinada
entrada , ante variaciones en las características del sistema .
c) Efectos reducidos de la no linealidad y de la distorsión .
d) Aumento del intervalo de frecuencias ( de la entrada ) en el cual el
sistema responde satisfactoriamente ( aumento del ancho de bada )
e) Tendencia a la oscilación o a la inestabilidad .
El actuador final .
Por cada proceso debe haber un
actuador final , que regule el suministro de energía o material al proceso y
cambie la señal de medición . Mas a menudo éste es algún tipo de válvula ,
pero puede ser además una correa o regulador de valocidad de motor ,
posicionador , etc .
El proceso
Los tipos de procesos
encontrados en las plantas industriales son tan variados como los materiales que
producen . Estos se extienden desde lo simple y común , tales como los lazos
que controlan caudal , hasta los grandes y complejos como los que controlan
columnas de destilación en la industria petroquímica .
El controlador automático .
El último elemento del lazo
es el controlador automático , su trabajo es controlar la medición .
“Controlar” significa mantener la medición dentro de límites aceptables .
En éste artículo , los mecanismos dentro del controlador automático no serán
considerados . Por lo tanto , los principios a ser tratados pueden ser aplicados
igualmente tanto para los controladores neumáticos como para los electrónicos
y a controladores de todos los fabricantes . Todos los controladores automáticos
usan las mismas respuestas generales , a pesar de que los mecanismos internos y
las definiciones dadas para estas respuesta pueden ser ligeramente diferentes de
un fabricante al otro .
Un concepto básico es que
para que el control realimentado automático exista , es que el lazo de
realimentación esté cerrado . Esto significa que la información debe ser
continuamente transmitida dentro del lazo . El controlador debe poder
mover a la válvula , la válvula debe poder afectar a la medición , y la
señal de medición debe ser reportada al controlador . Si la conexión se
rompe en cualquier punto , se dice que el lazo está abierto . Tan pronto
como el lazo se abre , como ejemplo , cuando el controlador automático
es colocado en modo manual , la unidad automática del controlador queda
imposibilitada de mover la válvula . Así las señales desde el controlador
en respuesta a las condiciones cambiantes de la medición no afectan a
la válvula y el control automático no existe.
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