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APLICACIÓN DE LAZO CERRADO PARA MEDICIONES DE FLUJO, TEMPERATURA Y NIVEL

INTRODUCCION Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento. Actualmente, cualquier mecanismo, sistema o planta industrial presenta una parte actuadora, que corresponde al sistema físico que realiza la acción, y otra parte de mando o control, que genera las órdenes necesarias para que esa acción se lleve o no a cabo.

SISTEMA DE CONTRO LAZO CERRADO Si en un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene siempre la variable de salida deseada. Conviene, por tanto, utilizar un sistema en el que haya una relación entre la salida y la entrada. Un sistema de control de lazo-bucle cerrado es aquél en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida.

La señal de salida influye en la entrada. Para esto es necesario que la entrada sea modificada en cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentación o retroalimentación (feedback).

La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas), de manera que la acción de control se establezca como una función de ambas. A veces también se le llama a la realimentación transductor de la señal de salida, ya que mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un valor proporcional a dicha señal.

Aplicación de lazo cerrado para mediciones de Flujo, Temperatura y Nivel

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Por lo tanto, podemos definir también los sistemas de control en lazo cerrado como aquellos sistemas en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que ésta ejerce un efecto sobre la acción de control.

Sistema Típico de control Lazo Cerrado

PARTES DE SISTEMA DE CONTROL

SEÑAL DE REFERENCIA O CONSIGNA Es una señal externa de control y, con ella, imponemos el valor deseado en la señal salida. Un ejemplo de generador de referencia es el selector de temperatura en el control de temperatura de una habitación. La señal de referencia es una posición que está directamente relacionada con la variable de salida.

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SEÑAL DE SALIDA O RESPUESTA Es el valor real en cada instante que toma la señal que pretendemos controlar.

PERTURBACIONES Las perturbaciones se producen de forma imprevista y provocan una desviación de la señal real respecto de la señal deseada. Pueden ser internas, que dependen del propio sistema como puede ser el envejecimiento de componentes, o externas como, por ejemplo: La apertura de una ventana en un local que se está climatizando.

EL COMPARADOR O DETECTOR DE ERROR Es el dispositivo encargado de comparar el valor de referencia con el valor de la realimentación. El resultado de dicha comparación constituye el error de funcionamiento o desviación de la salida con relación al valor previsto. Para realizar tal comparación se utilizan diversos

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procedimientos tecnológicos según sea el tipo de señales a comparar (eléctricos, neumáticos, posición, etc.,)

REGULADOR Es el dispositivo encargado de amplificar y modificar adecuadamente la señal de error que le proporciona el comparador con el fin de que la acción de control sobre el sistema sea más eficaz y presente mejores características de funcionamiento en cuanto a precisión, estabilidad, tiempo de respuesta y sobre oscilaciones. Los reguladores pueden ser de los tipos siguientes: proporcionales (P), proporcional-derivativo (PD), proporcional-integrativo (PI), proporcional-derivativo-integrativo (PID). En la práctica se utilizan los PID. Para la realización de los reguladores se utiliza normalmente la tecnología eléctrica o neumática.

PREACCIONADOR Tiene por finalidad amplificar la señal procedente del regulador para atacar al actuador. Ejemplo: Un contactor es excitado con una tensión débil de 24 V, 100 mA y, al accionarse,

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permite la alimentación de energía a un motor trifásico de 380 V, 50 A. Otros preaccionadores: válvulas distribuidoras, relés, amplificadores transistorizados, triacs, etc.

ACTUADOR O ACCIONADOR Es el dispositivo de potencia situado en la planta cuyo objeto es entregar energía o realizar un trabajo para mantener el valor de salida en el valor deseado. Como actuadores se utilizan fundamentalmente: cilindros, motores, posicionadores, resistencias, servo válvulas, etc. Las variables de entrada a estos dispositivos suelen ser del tipo de intensidades de corriente eléctrica, caudal de líquido o vapor, par aplicado a un eje, etc.

EL SISTEMA O PLANTA Es el lugar donde se desea realizar la acción de control. Por ejemplo: en un control de temperatura, la planta puede ser una habitación o un horno; en un control de nivel, la planta será un depósito; etc.

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TRANSDUCTOR O DETECTOR Consiste en un dispositivo capaz de medir en cada instante el valor de la magnitud de salida y proveer una señal proporcional a dicho valor. Normalmente todo transductor consta de dos partes diferenciadas: El captador o sensor, cuya finalidad es captar directamente la magnitud medida (presión, nivel, caudal, temperatura, velocidad, posición, iluminación, etc.;) y El transmisor, que transforma la magnitud vista por el captador en una señal, generalmente eléctrica o neumática, que se enviará al detector de error. Por ejemplo, en un transductor de proximidad capacitivo, el captador detectará la presencia de un objeto en sus proximidades por la modificación del propio campo eléctrico generado. Esta variación del campo generará una corriente eléctrica en el elemento transmisor y que constituirá la señal de realimentación que llegará al comparador.

APLICACIONES DE LAZO CERRADO

Para ilustrar más claramente el concepto de lazo cerrado se consideraron una serie de ejemplos.

EJEMPLO 1.

Alumbrado Público.

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El objetivo del alumbrado público es mantener un nivel mínimo de iluminación en las calles, al menor costo. Para lograr este objetivo se pueden proponer dos soluciones: la primera consiste en encender los focos del alumbrado a la hora en que comúnmente empieza a oscurecer, y pagarlos al amanecer. Así, pues se puede decidir encender el alumbrado a las 20 hs y apagarlo a las 6:30 hs. En este sistema, la entrada (cambio de posición del interruptor) es independiente de la salida (cantidad de luz en la calle). Este mecanismo, simple y económico de llevar a cabo, puede acarrear dificultades, ya que la hora en que empieza a aclarar, varían de acuerdo con las estaciones del año, además, en días nublados se puede tener una oscuridad indeseable. La otra solución, más efectiva, consiste en instalar un dispositivo (Reloj Horario, fotocelda, fototransistor, etc) para detectar la cantidad de iluminación y de acuerdo con esto, encender o apagar el alumbrado público. En este caso, la entrada (cantidad óptima de luz en las calles) se compararía con la salida (cantidad de luz real en las calles) a los efectos de que la señal de error generada accione o no el interruptor de luz. En la siguiente figura se muestran ambas soluciones.

Alumbrado Público a) Primera Solución, b) Segunda Solución

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EJEMPLO 2.

Sistema de Control de una Rueda de Impresión (margarita)

En la Figura b) se muestra un ejemplo del sistema de control de una rueda de impresión (margarita) de un procesador de textos o una máquina de escribir electrónica. La margarita, que típicamente tiene 96 o 100 caracteres, se mueve a la posición donde se encuentra el carácter deseado para colocarlo frente al martillo para la impresión por impacto. La selección del caracter se realiza en la forma usual mediante el teclado. Cada vez que alguna tecla se presiona, un microprocesador de control calcula la dirección y la distancia a recorrer y envía la señal lógica de control al amplificador de potencia, que controla el motor que a su vez maneja la margarita. En la práctica, las señales de control generadas por el microprocesador de control deben ser capaces de mover la margarita de una posición a otra lo suficientemente rápido y con una alta calidad de impresión, lo cual significa que la posición de la margarita debe ser controlada con exactitud. También se muestra un conjunto típico de entradas y salidas para este sistema. Cuando se proporciona la entrada de referencia, la señal se representa como un escalón. Como las bobinas eléctricas del motor tienen inductancia y las cargas mecánicas tienen inercia, la margarita no puede responder a la entrada en forma instantánea. Típicamente, la margarita sigue la respuesta que se muestra, y se establece en la nueva posición después de un tiempo t1. La impresión no debe comenzar hasta que la margarita haya alcanzado el alto total, si no, el carácter será embarrado. Luego se muestra que después que la margarita se ha detenido, el periodo de t1 a t2 está reservado para la impresión, de tal forma que el sistema esté listo para recibir un nuevo comando después del tiempo t2.

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a) Figura de la Rueda de Impresión.

b) Diagrama en Bloques del Sistema de Control de la Rueda Impresión. θr

c) Entrada y Salida Típica del Sistema de Impresión.

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En la siguiente figura se muestra un sistema de control de una rueda de impresión (margarita) con realimentación. En este caso la posición de la margarita se establece mediante un detector de posición cuya salida se compara con la posición deseada alimentada desde el teclado y procesada por el microprocesador. Por tanto, el motor es controlado para colocar la rueda de impresión en la posición deseada en una forma exacta. La información de la velocidad de la margarita se puede procesar en el microprocesador a partir del dato de posición de tal forma que el perfil de movimiento de la margarita se pueda controlar de una mejor forma.

Sistema de Control de una Rueda de Impresión en Lazo Cerrado.

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APLICACIÓN DE LAZO CERRADO PARA MEDICIONES DE FLUJO

ELEMENTOS •

Planta o proceso

•

Actuador

•

Sistema de sensores

•

Controlador

DIAGRAMA DE BLOQUES

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APLICACIÓN DE LAZO CERRADO PARA MEDICIONES DE NIVEL

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ELEMENTOS •

Controlador

•

Actuador

•

Tanque

•

Sensor

•

Transmisor

Sensor de Nivel

Actuador de válvula

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Controlador de nivel

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APLICACIÓN DE LAZO CERRADO PARA MEDICIONES DE TEMPERATURA

ELEMENTOS •

Controlador

•

termostato

•

Planta

•

Temperatura

•

Sensor

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Controlador

Termostato

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Sensor

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BIBLIOGRAFÍA Apuntes “Introducción a los Sistemas de Control”, 1982 Autor: Ing. Mario Pérez López Apuntes “Modelo Matemático”, 1982 Autor: Ing. Mario Pérez López “Sistemas de Control Automático”. Autor: Benjamín C. Kuo, Séptima Edición. Editorial: “Prentice Hall Hispanoamericana S.A” ,1996. "Ingeniería de Control Moderna". Autor: K. Ogata, Tercera Edición. Editorial: “Prentice Hall”, 1998 . “Engineering Systems and Automatic Control”, Autor: Dransfiel, Peter. “Controles Automáticos”, Autores: Howard L. Harrison y John G. Bollinger. “Servo Sistemas. Teoría y Cálculo”. Autores: Guille, Decaulne y Pelegrin.

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