Practica 3 Control de Procesos

 

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON

F.I.M.E.

LABORATORIO DE CONTROL PROCESOS 

PRACTICA 3 

“ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL.”  

ALUMNO: EVERARDO BOCANEGRA TORRES

MATRICULA: 1186219

HORA: N1

BRIGADA: 607

DIA: SABADO.

 

DEFINICIÓN DE SISTEMA DE CONTROL.

-Un proceso o sistema de control es un conjunto de elementos interrelacionados capaces de realizar una operación dada o de satisfacer una función deseada. Los sistemas de control se pueden representar forma deentre diagramas de bloques, en de los un quese ofrece una expresión visual y simplificada de lasen relaciones la entrada y la salida sistema físico. A cada componente del sistema de control se le denomina elemento, y se representa por medio de un rectángulo, como se puede apreciar en el esquema expuesto en el siguiente aparatado.

COMPOSICIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL.

Un sistema de control está formado por:

1. El sensor detecta las variaciones de la señal de salida y, a través del bucle de realimentación, envía esta información al comparador. El elemento sensor será de distinta naturaleza en función de la magnitud que se quiera controlar. Tipos de sensores: De posición: interruptores finales de carrera. De velocidad: tacómetros. De temperatura: termistores, termopares. De presión: materiales piezoeléctricos, diafragmas. De deformación: galgas extensiométricas.

 

2. El comparador es un dispositivo que compara la señal de salida, captada por el sensor, con la señal de entrada. A partir de la diferencia entre ambas, el comparador produce una señal de error, y la envía al controlador.

3. El controlador o regulador interpreta el error que se ha producido y actúa para anularlo. Mientras no se detecten variaciones en la señal de salida, el controlador no realiza ninguna acción, pero si la señal de salida se aparta del valor establecido, el controlador recibe la señal de error del comparador y manda una orden al actuador para corregir la desviación.

4. El actuador actúa sobre la máquina o proceso modificando su funcionamiento, según las órdenes del controlador. Cuando se detecta un error en la salida del sistema, el actuador recibe y ejecuta las órdenes para llevar el proceso al funcionamiento funcionamiento adecuado. Ahora vamos a proceder a explicar más extensamente cada uno de los componentes expuestos en el esquema anterior.

CONTROLADOR. El controlador o regulador constituye el elemento fundamental en un sistema de control, pues determina el comportamiento del bucle, ya que condiciona la acción del elemento actuador en función del error obtenido. La forma en que el regulador genera la señal de control se denomina acción de control. Algunas de estas acciones se conocen como acciones básicas de control, mientras que otras se pueden presentar como combinaciones de las acciones básicas.

Tipos de controladores. Proporcional (P)

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| Simbología.

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Derivador (D)

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Integrador (I)

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Combinación de controladores básicos.

| Simbología.

Regulador proporcional - integrador PI

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Regulador proporcional - derivador PD

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Regulador proporcional - integrador - derivador PID

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Controlador proporcional (P): El tratamiento consiste en una ampliación de la señal de error. En este tipo t ipo de control el elemento final se modifica de manera proporcional al error. El principal inconveniente de este tipo de control es el error permanente con el que se trabaja.

Controlador integral (I): En un controlador integral, la señal de salida del mismo varia en función de la desviación y del tiempo en que se mantiene la misma, o dicho de otra manera, el valor de la acción de control es proporcional a la integral de la señal de error. Esto implica que mientras que en la señal proporcional no influía el tiempo, sino que la salida únicamente variaba en función de las modificaciones de la señal de error, en este tipo t ipo de control la acción varía según la desviación de la salida y el tiempo durante el que esta desviación se mantiene.

Controlador de acción proporcional e integral (PI): En la práctica no existen controladores que tengan sólo acción integral sino que llevan combinada una acción proporcional. Estas dos acciones se complementan. La primera en actuar es la acción proporcional (instantáneamente) mientras que la integral actúa durante un intervalo de tiempo. Así y por medio de la acción integral se elimina la desviación desviación remanente (proporcional).

TRANSDUCTORES Y CAPTADORES.

Un captador o sensor es en sentido estricto un elemento que detecta una determinada magnitud física y la convierte en variación de otra magnitud física.

 

Un transductor es aquel que detecta y convierte una magnitud física en una señal que pueda ser interpretada por el sistema de control (generalmente eléctrica). En la práctica y cuando estos elementos se encuentran en un circuito de control el transductor es el elemento que detecta la señal de entrada, mando o referencia y la convierte en una magnitud física que el sistema sea capaz de interpretar, mientras que el captador o sensor es el elemento que recibe la señal de salida o controlada, la convierte y reintroduce en el sistema como señal realimentada.

Según la naturaleza de la señal de mando, los transductores pueden ser: Posición, proximidad y desplazamiento. Velocidad. Temperatura. Presión. Para la medida de iluminación.

1.Transductores de posición: Nos proporcionan información sobre la presencia de un objeto. Se pueden clasificar en:

Finales de carrera: son interruptores eléctricos que cambian su posición al entrar en contacto físicamente con el objeto móvil cuya posición se desea detectar. Detectores de proximidad inductivos: constan de una bobina eléctrica que crea un campo magnético cuyo valor de inducción se modifica con la proximidad de objetos metálicos. Detectores de proximidad capacitivos: presentan la ventaja frente al anterior de ser capaces de detectar también la proximidad de objetos no metálicos. Al aproximarse el objeto varía la constante del dieléctrico entre las armaduras del condensador y por tanto t anto varía la capacidad del mismo. Detectores de proximidad ópticos: permiten detectar todo tipo de objetos, tanto sólidos como líquidos. Se basan en la reflexión r eflexión o intercepción de un haz de luz luminoso que normalmente es infrarrojo para evitar luces parásitas.

2.Transductores de desplazamiento:

 

Nos proporcionan información sobre la posición relativa de un objeto. Radar: se basa en la emisión de radiaciones electromagnéticas y la captación de los ecos que producen. Este sistema nos permite detectar desplazamientos (y veloc velocidades idades tomando posiciones a intervalos de tiempo conocidos) a grandes distancias. Detectores de pequeñas distancias: generalmente mediante potenciómetros lineales o angulares. También los hay inductivos para desplazamientos angulares llamados encoder (semejantes a un alternador trifásico) y ópticos (regla o disco codificado según se quiera medir desplazamiento lineal angular).

3.Transductores de velocidad: Permiten medir la velocidad lineal o angular de un objeto. Aunque hay muchos tipos de transductores de velocidad los más utilizados son: Tacómetro de corriente alterna o tacogenerador: el movimiento de un rotor r otor con un imán permanente induce en las bobinas del estator una tensión que depende de la velocidad de giro del rotor. Tacómetro de corriente continua o dinamo tacométrica: su principio de funcionamiento es muy similar al de una dinamo: la tensión recogida en la bobina del roto rotorr es directamente proporcional a la velocidad de giro del rotor. Tacómetros de frecuencia o medidores de impulsos: utilizando detectores de proximidad y midiendo la frecuencia de la señal que envían los detectores.

4.Transductores de temperatura: Permiten detectar la temperatura ambiental o de un objeto más o menos cercano. Los más utilizados son: Termorresistencias: basados en la variación lineal de la resistencia eléctrica de un hilo metálico con la temperatura. El material más empleado es el platino. Termistores: se basan en la variación no lineal de la resistencia eléctrica de ciertos materiales semiconductores con la temperatura. Los termistores NTC disminuyen su resistencia al aumentar la temperatura. Los termistores PTC aumentan su resistencia con la temperatura. Ambos suelen emplearse en aplicaciones electrónicas, para la protección de circuitos y sobrecalentamiento de piezas mecánicas, motores eléctricos...

 

Termopares: consisten en la unión de dos metales distintos que generan una diferencia de potencial entre los extremos opuestos a aquel en el que se aplica una fuente de calor. La relación entre la fuerza electromotriz generada y el calor es lineal. Suelen emplearse como detectores de incendios, en sondas utilizadas en aplicaciones médicas o como medidores en la industria, tanto a elevadas temperaturas como en procesos criogénicos (de la industria de alimentación, acero...). Pirómetros de radiación: se utilizan para medir elevadas temperaturas y están basados en la radiación que todo cuerpo caliente emite (proporcional a la cuarta potencia de su temperatura). Se emplean en el control de temperaturas de centrales térmicas, altos hornos, hornos de la industria cerámica, del cemento y petroquímica (producción de plásticos).

5.Transductores de presión: Se pueden clasificar en: Mecánicos: se basan en el desplazamiento o deformación de ciertos elementos con la presión. Ejemplos de estos captadores serían un manómetro, el tubo Bourdon, un diafragma o un fuelle. Electromecánicos: convierten el desplazamiento o deformación de los anteriores en una señal Electromecánicos: eléctrica, utilizando para ello potenciómetros, condensadores o bobinas ya estudiados o bien galgas extensiométricas (hilos conductores o semiconductores que varían su resistencia eléctrica al variar su forma por acción de la presión). Piezoeléctricos: están basados en las propiedades de ciertos materiales (como el cuarzo) que generan una tensión eléctrica en sus caras proporcional a la presión aplicada entre las mismas.

6.Transductores de illuminación: Detectan la luminosidad ambiental pero también son muy empleados como detectores de presencia o proximidad ópticos (barreras o células fotoeléctricas) fotoeléctricas).. Fotorresistencias o LDR: son materiales semiconductores que varían de manera no lineal su resistencia con la luz. Son detectores poco precisos que no obstante se suelen utilizar, por ejemplo, en la automatización del alumbrado público. Fotodiodos y fototransistores: también fabricados con materiales semiconductores, son sensores que permiten el paso o no de la corriente eléctrica según la luminosidad que reciban. Estos suelen emplearse en las barreras fotoeléctricas (puertas de supermercados, ascensores...)

COMPARADORES.

 

  Son los encargados de generar la señal de error como diferencia entre la señal de mando o cosigna y la realimentación de la señal de salida de la planta. Según la naturaleza de dichas señales pueden ser: Neumáticos: Determina la diferencia de presión mediante el uso de un fuelle. Mecánicos: La señal de salida es la diferencia entre dos desplazamientos. El más sencillo es una varilla cuyos extremos se aplican los desplazamientos a comparar. Eléctricos: La señal de error se obtiene como una diferencia de potencial. Se suele utilizar para ello un puente de potenciómetros. Electrónicos: Se hacen mediante ampllificadores operacionales.

ACTUADORES.

El actuador es el dispositivo que realiza la acción de control sobre la planta. Consta de dos parates: Un amplificador o “Driver” que amplifica la señal de salida del regulador a un nivel suficiente

para accionar el dispositivo final de control. Un dispositivo final de control que transforma la salida regulada en la magnitud var variable iable que se aplica a la entrada de la planta.