Sistemas de Control y Supervisión de Procesos PDF

Capítulo 3 Sistemas de Control y Supervisión de Procesos Ing. J. Marcelo Arancibia Rodríguez Ref. Gabriel A. Wainer Introducción Las exigencias que actualmente se imponen a los procesos productivos en cuestión de rendimiento, calidad y flexibil...

Capítulo 3 Sistemas de Control y Supervisión de Procesos Ing. J. Marcelo Arancibia Rodríguez Ref. Gabriel A. Wainer Introducción Las exigencias que actualmente se imponen a los procesos productivos en cuestión de rendimiento, calidad y flexibilidad hacen necesario introducir las nuevas tecnologías en el control y vigilancia de éstos. Procesos Industriales Sistemas de Tiempo Real Introducción Automatización de Procesos Sistema de Control Aplicación de una acción Control de planificada, para aquello que Procesos se considera como objeto satisfaga ciertos objetivos Implica generar una señal de Control salida en respuesta a la “Controlador” entrada de datos. Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. Sistemas de Control El uso de computadoras digitales para hacer control automático, permitió realizar aplicaciones más complejas. Los principales motivos para El uso de microprocesadores adoptar soluciones de y las minicomputadoras control digital son: como controladores han productividad, la velocidad, alcanzado desarrollos precisión y los costos. eficientes. Arquitectura General de Sistemas de Control a) De Lazo Abierto Entrada Salida Controlador Proceso Arquitectura General de Sistemas de Control b) De Lazo Cerrado Entrada Salida Controlador Proceso Arquitectura General de Sistemas de Control c) De Lazo Cerrado Entrada Salida Proceso Controlador Sistema de Control Ejemplo: consideremos a un ser humano operando como sistema de control. Para este caso un conductor de buses de larga distancia, que pasa ante un cartel de bifurcación de caminos. Este sistema recibe, por lo pronto un conjunto de señales de entrada: El Controlador (es decir, el Dirección actual conductor) usara una ley de Camino deseado control (las aprendidas por el Condición del camino conductor del bus) y generará Espejo retrovisor señales de salida: Veloc. Máxima permitida Señal de bifurcación Dirección actual del bus Velocidad actual del bus Sistema de Control Sistema de control de nivel de un tanque: Controlador Qe N Qe: flujo de entrada Sensor Qs: flujo de salida de nivel R: posición de la válvula de salida C N: nivel del tanque C: capacidad del tanque Qs R Modelado de Sistemas Para tener un mejor entendimiento de un sistema implementado o un sistema a implementar es recomendable la construcción de un sistema de test (que permita realizar simulaciones). Modelización Sistema Real Modelo Resolución del Implementación problema Solución en el Interpretación Solución en el mundo real mundo del modelo Modelado de Sistemas ¿Por qué hacer modelos del sistema? Permite experimentar directamente Evitar Costos Evitar Peligros sobre el sistema a estudiar Basados en Analíticos simulaciones Modelado de Sistemas Están basados en razonamientos (Simbólicos), la solución se construye usando las reglas de inferencia reconocidas como correctas en el paradigma usado para describir el modelo. Analíticos La idea es que, una vez obtenida la solución, se aplica una variable al modelo obtenido y de esta forma se pueden encontrar soluciones particulares: Un formalismos analítico muy difundido son las ecuaciones diferenciales. Modelado de Sistemas En ellos no existen soluciones generales sino que buscan soluciones particulares para el problema. Si el problema es complejo, se puede Basados en probar distintas condiciones de entrada simulaciones que no serian posibles probar y obtener resultados de salida significativos. Permite experimentación controlada, compresión de tiempo. Modelado de Sistemas Considerando conceptos básicos para modelar sistemas, es conveniente usar diagrama de bloques, que permiten representar las funciones de un sistema y el flujo de señales dentro del mismo. Bloque Detector de Unión error Modelado de Sistemas Analicemos un diagrama de bloques para el sistema de control de temperatura de la cámara de secado de algodón (d) Temp. (b) (c) Nivel de Temperatura Deseada + Error Calor Real Cámara de Controlador Secado (a) Diagrama de bloques de un sistema de control de temperatura Control Digital Es una unidad digital pequeña que actúa como un sistema de control. Dependiendo del requerimiento del controlador, el control digital puede tomar la forma de un computador de escritorio o puede ser tan pequeño como un micro control. En los controles digitales la transformada de Laplace se reemplaza con la transformada Z donde una señal de tiempo discreta en la forma de una secuencia de números complejos o reales es convertida en una representación de dominio de frecuencia compleja. Control Digital Los controles digitales son utilizados principalmente como sistema de respuesta. Un control digital típico cuenta con los siguientes componentes: Conversión A/D – Analógica de las señales de alimentación que son convertidas en formato digital. Conversión D/A – Digital de las señales de salida que son convertidas en señales analógicas para el dispositivo. Un programa relacionado con las señales de alimentación y de salida. Control Digital Control Digital Versus Control Analógico Un sistema de control digital posee diversas características ventajosas cuando se comparan con uno analógico: Evita la complejidad y el tedio de los ajustes mecánicos, necesarios en los controladores neumáticos e hidráulicos. Tiene dimensiones reducidas. Es simple de operar, ya que a través de una consola, el operador puede visualizar el valor de las variables del sistema, alterar los valores de referencia de cualquier controlador, modificar, forzar acciones. Facilita el mantenimiento. Su costo es reducido Control Secuencial El control de secuencia suele utilizarse para controlar sistemas en lote. Un sistema de control secuencial ejecutará cada etapa del control basado en una secuencia preestablecida o en una lógica fija que establece una secuencia. Procesador de Actuación Actuador Comando comandos Objeto Sensado a Señal sensada Controlar Controlador Supervisión de Procesos Los sistemas de control Los casos anómalos deben tener funciones detectados deberán ser que les permitan detectar tratados de forma automática comportamientos o al menos comunicarse con anómalos o situaciones un operador humano a través diferentes a las previstas. de mensajes o alarmas Sistemas de Supervisión de Procesos Funciones de Supervisión En todo sistema supervisor existe un conjunto de funciones que pueden llevarse a cabo mediante la ejecución de un conjunto de tareas ejecutando concurrentemente en una computadora. El monitoreo y control de los procesos relacionados deben hacerse en tiempo real, ya que el tiempo necesario para la actualización de un conjunto de variables o cambios por parte del supervisor debe tener un tiempo máximo permitido para alcanzar los objetivos. Tarea de investigación Representar casos reales de las funcionalidades provistas por sistemas de supervisión de procesos existentes en la actualidad, que permitan ejemplificar las funciones básicas