Fundamentos de Sistemas Automáticos y de Control Industrial

Sistemas Automáticos y de Control

Los sistemas automáticos se basan en sustituir a los operadores humanos por dispositivos mecánicos o electrónicos en un proceso determinado. Dentro de este ámbito, podemos distinguir principalmente entre dos tipos de tecnologías:

• Un automatismo es un mecanismo o máquina que realiza una tarea concreta, pero cuyo funcionamiento no se puede modificar de forma flexible. Ejemplo: El limpiaparabrisas de un vehículo.
• Un robot es una máquina automática programable capaz de captar información de su entorno, procesar el resultado y actuar en consecuencia. Ejemplo: Los robots que se utilizan habitualmente en la industria automotriz.

Un sistema automático y de control se define como un conjunto de componentes que actúan de forma coordinada, controlando el funcionamiento de un automatismo o de un proceso para que opere de la manera prevista y en función de su estado inicial.

Estructura de un Sistema Automático

Para comprender cómo operan estos sistemas, es fundamental identificar sus tres pilares básicos:

• La entrada es una señal que contiene información, generalmente recogida mediante una magnitud física, y que pone en funcionamiento el proceso.
• El proceso o planta es el conjunto de fases o acciones que lleva a cabo el sistema para conseguir una función específica.
• La salida es la señal de respuesta generada al final del sistema automático. Generalmente, esta debe mantenerse en un rango determinado gracias al control del propio sistema.

Estructura de un Sistema de Control

El flujo de trabajo estándar en estos sistemas sigue el siguiente esquema:

Entrada ——> Proceso o Planta ——> Salida

En este esquema intervienen elementos clave como los sensores (en la entrada) y los actuadores (en la ejecución del proceso).

La finalidad primordial de un sistema de control es conseguir que las variables de salida alcancen unos valores prefijados mediante la manipulación de las variables de control. No obstante, existen factores externos denominados perturbaciones, que son señales de entrada indeseables, producidas de forma interna o externa, que afectan al proceso o planta y modifican el funcionamiento óptimo del sistema.

Tipos de Sistemas de Control

Sistemas de Lazo Abierto

En los sistemas de lazo abierto, no se tiene en cuenta la señal de salida para ejecutar la acción de control; es decir, la salida del sistema no afecta a la entrada. Un ejemplo claro es un ventilador, el cual funcionará a la velocidad programada independientemente de la temperatura real de la habitación.

Partes de un Sistema de Lazo Abierto:

Señal de entrada ——> Controlador — (Señal de control) —> Proceso o Planta — (Señal de salida) —> Salida

En estos sistemas, la salida nunca se compara con la entrada, lo que los hace altamente vulnerables a las perturbaciones.

Sistemas de Lazo Cerrado

En los sistemas de lazo cerrado, la señal de salida se compara constantemente con la de entrada para corregir posibles errores y ajustar la acción de control al valor deseado. En este caso, la señal de salida tiene una influencia directa sobre la entrada al sistema, proceso conocido como realimentación.

Un ejemplo típico es la regulación de la calefacción. Cuando programamos el termostato a 21 °C, el sistema mide la temperatura ambiente y, si detecta que está por debajo del umbral, se pone en marcha automáticamente.

Un ejemplo es el de regulación de la calefacción. Cuando ponemos el ventilador a 21 °C el sistema mide la temperatura ambiente y si detecta que está por debajo, se pone en marcha.

Elementos que Intervienen:

• Sensor: Se encarga de medir la temperatura ambiente de forma continua.
• Comparador: Contrasta la temperatura ambiente real con la temperatura programada por el usuario.
• Controlador: En función de la señal recibida del comparador, decide si es necesario activar o desactivar la calefacción.
• Proceso: Involucra al actuador que, al recibir la señal del controlador, conmuta un circuito para encender o apagar físicamente la calefacción.

En conclusión, en los sistemas de lazo cerrado, la salida se compara con la entrada, lo que permite que sean mucho más estables y precisos frente a las perturbaciones en comparación con los sistemas de lazo abierto.