Fundamentos y Estructuras de Sistemas de Control Automático

Conceptos Fundamentales de Automatización

Definición de Automatización

Automatizar un proceso significa estructurar un sistema, consistente en un conjunto de elementos interconectados, que hagan que el proceso se comporte de una forma previamente determinada.

Beneficios de la Automatización

• Se gana en confiabilidad y disponibilidad de los sistemas.
• Aumenta la producción (se produce más en el mismo tiempo).
• Bajan los costos operacionales porque el proceso es más eficiente.

Tipos de Estructuras de Sistemas

• Sistemas SISO (Single Input Single Output)

  Estructuras para sistemas simples, donde se desea controlar una sola variable, manipulando una o dos entradas.

• Sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output)

  Orientadas al control de plantas complejas, donde hay muchas variables que se quieren controlar y otras tantas que se deben manipular.

Esquemas de Control

Control en Lazo Abierto

La debilidad del control en Lazo Abierto es que no corrige los errores.

Control en Lazo Cerrado

La ventaja de este esquema es que el sistema produce automáticamente los ajustes necesarios.

Componentes Clave del Lazo Cerrado

• SP (Set Point): Llamado Referencia. Parámetro que representa el comportamiento deseado para el sistema a controlar.
• Controlador: Dispositivo, normalmente electrónico, que traduce lo pedido en el SP en comandos que accionan el proceso de modo de lograr el comportamiento deseado para el sistema.
• Actuador: Adapta los comandos generados por el Controlador (naturaleza electrónica) a otros compatibles con la naturaleza física del sistema a controlar. Este rol le corresponde al Actuador.
• Variable Manipulada (Vm): Variable que se manipula para lograr regular el valor de la Variable Controlada.
• Perturbación: Variable o entrada no deseada que perturba el funcionamiento del sistema, haciendo que la Variable Controlada se desvíe del comportamiento fijado por el SP.
• Elemento de Medición: Instrumento que entrega una medida del valor que tiene en cada instante la variable que se está controlando. (Usualmente visual en los sistemas de Lazo Abierto).
• Variable Controlada (VC): Salida del sistema, variable del proceso que se desea controlar o regular.

Tipos de Lazos de Control Cerrado

• Lazo tipo Regulador: El Set Point es constante. La idea es mantener la Variable Controlada (salida del sistema) en un valor fijo.
• Lazo tipo Servo: El Set Point varía en el tiempo. El rol del Controlador es, además de corregir el efecto de las perturbaciones, crear las condiciones para que el proceso pueda seguir lo más rápida y fielmente posible los cambios que se producen en el Set Point.

Control en Cascada

En este tipo de estructura se establecen lazos internos al lazo principal, de modo de poder actuar directamente sobre las perturbaciones que afectan el funcionamiento del sistema. El sistema se compone de dos lazos, uno dentro del otro:

• Lazo Interno (Esclavo): Recibe como Set Point la señal de control que arroja el Controlador externo. Al ser esta señal variable, este lazo es necesariamente del tipo Servo. Su misión es lidiar con la perturbación.
• Lazo Externo (Maestro): Usualmente es del tipo Regulador. Es el que se encarga de la regulación de la Variable Controlada principal.