ISAD_Tema1_Introducción a los Sistemas Automáticos.pdf

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José Ignacio Armesto Quiroga
José Ignacio Armesto Quiroga
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.disa.uvigo.es/
/
Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática
Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática
Vigo, Curso 2007
Vigo, Curso 2007-
-2008.
2008.
UNIVERSIDADE DE VIGO
UNIVERSIDADE DE VIGO
E. T. S. Ingenieros Industriales
E. T. S. Ingenieros Industriales
Instalación de Sistemas de
Automatización y Datos
5º Curso
5º Curso
Orientación Instalaciones y Construcción
Orientación Instalaciones y Construcción

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Tema 1
Tema 1
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS
(2 horas)

3
Tema 1.
Tema 1.
Introducción a los Sistemas Automáticos.
• La Automática.
• Automatismos industriales.
• Sistemas de fabricación.
• Realización tecnológica del control.
• Tipos de sistemas de Automatización
Industrial.
• Ejemplos de sistemas de Automatización
Industrial.

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La Automática: Definiciones y Terminología.
La Automática o Control (automático) de Sistemas
trata de regular, con la mínima intervención humana, el
comportamiento dinámico de un sistema mediante
órdenes de mando.
Sistema: conjunto de elementos, físicos o abstractos,
relacionados entre sí de forma que modificaciones o
alteraciones en determinadas magnitudes en uno de ellos
pueden influir o ser influidas por los demás.
Variables del sistema: magnitudes que definen el
comportamiento de un sistema. Su naturaleza define el
tipo de sistema: mecánico, químico, eléctrico, electrónico,
económico, térmico, ...

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Control manual:

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Variables de un Sistema:
Variables de Estado: conjunto mínimo de variables del
sistema tal que, conocido su valor en un instante dado,
permiten conocer la respuesta (variables de salida) del
mismo ante cualquier señal de entrada o perturbación.

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Otras definiciones de interés.
Planta: equipo con el objetivo de realizar una operación
o función determinada. Es cualquier equipo físico que se
desea controlar (motor, horno, reactor, caldera, ...).
Proceso: cualquier serie de operaciones que se desea
controlar con un fin determinado.
Perturbación: señal de comportamiento no previsible
que tiende a afectar adversamente al valor de la salida de
un sistema.
Realimentación: operación que, en presencia de
perturbaciones tiende a reducir la diferencia entre la
salida y la entrada de referencia, utilizando la diferencia
entre ambas como parámetro de control.

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Otras definiciones de interés (cont.)
Servomecanismo: sistema de control realimentado en el
cual la salida es una magnitud de tipo mecánico (posición,
velocidad o aceleración).
Sistema de regulación automática: sistema de control
realimentado en el que la entrada de referencia y/o la
salida deseada varían lentamente con el tiempo.
Control en bucle (lazo) abierto: sistema de control en
el que la salida no tiene efecto sobre la acción del control
(Ejemplo: lavadora, semáforos, ...).
Control en bucle (lazo) cerrado: aquel en el que la
salida tiene un efecto directo sobre la señal de control
(utiliza la realimentación para reducir el error).

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Automatismos Industriales: Reseña histórica.
Primeros ejemplos (griegos y árabes) de
Control automático:
Reloj de agua, Ktesibio (flotador): 270 a.C.
Lámpara de aceite de nivel constante., Philon de
Byzantium: 250 a. C.
Reloj de agua (Ktesibio, 270 a.C.)
Lámpara aceite (Philon, 250 a.C.)

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Revolución Industrial:
J. Watt inventó, en 1769, la máquina de vapor con
Regulador Automático de velocidad.
Regulador
Mecánico

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Revolución “Electrónica”:
G. Philbrick comercializó, en 1952, el primer
Amplificador Operacional (Electrónica Analógica).
T. Hoff (Intel) desarrolla, en 1971, el µ
µ
µ
µprocesador
“4004” (Electrónica Digital).
El Microprocesador “4004”
(Intel, 1971)
Amplificador Operacional (Philbrick, 1952)

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Automatismos Industriales: Realimentación.
Control en lazo (o bucle) abierto:
La señal de entrada (o referencia) u(t) actúa directamente
sobre el dispositivo de control (Regulador), para producir,
por medio del Actuador, el efecto deseado en las variables
de salida y(t).
El regulador NO comprueba el valor que toma la salida.
Problema: Claramente sensible a las perturbaciones que se
produzcan sobre la planta.
Proceso o
Planta
Actuador
Regulador o
Controlador
Señal de
entrada
u(t)
Variable
de control
vc(t)
Variable de
actuación
va(t)
Variable de
salida
y(t)
Perturbaciones
z(t)

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Ejemplos de Control en lazo abierto.
Ropa (cantidad?, grado suciedad?,
color? ...)
Agua
(dureza?, presión?,
temperatura?,...)
Detergente
(cantidad?, ...)
Lavadora Cruce Semaforizado
Tráfico (cantidad?, origen?,
destino?, ...)
Controlador
“Manual”
Selección
Programa
Selección
T. ciclo

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Control en lazo (o bucle) cerrado:
La salida del sistema se mide por medio de un Sensor, y
se compara con el valor de la entrada de referencia u(t).
De manera intuitiva se deduce que, de este modo, el
sistema de control podría responder mejor ante las
perturbaciones que se produzcan sobre el sistema.
Proceso o
Planta
Actuador
Regulador o
Controlador
Señal de
error
e(t)
Variable
de control
vc(t)
Variable de
actuación
va(t)
Variable de
salida
y(t)
Sensor
-
Señal de
entrada
u(t)
Variable
medida
ym(t)
Perturbaciones
z(t)

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Ejemplos de Control en lazo cerrado.
Lavadora “Fuzzy Logic”
Sensor de Turbidez
(suciedad ropa) Sensor de
Presión del agua
Controlador
“Automático”
Sensores de Carga
(peso ropa)

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Ejemplos de Control en lazo cerrado.
Caldera Calefacción
Sensores de
Humedad
Temperatura, ...
Sensores de
Nivel, Llama...

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Sistemas de Fabricación.
Componentes de un sistema de fabricación
industrial:
Máquinas
Sistemas de manipulación y/o transporte de materiales
Sistemas de control por computador
Recursos humanos

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Tipos de máquinas de producción:
Manuales: están directamente supervisadas por un
operario. La máquina proporciona la fuerza y la energía, y
el trabajador proporciona el control.
Semiautomáticas: un programa en la máquina ocupa
una parte del ciclo y el operario la otra parte del ciclo.
Automáticas: las máquinas operan largos periodos de
tiempo sin intervención del operario. Se requiere su
vigilancia cada cierto número de ciclos.

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Tipos de sistemas de manipulación de
material:
Carga: mueven la unidad de trabajo hasta las máquinas
de producción o equipamiento de proceso.
Colocación o posicionamiento: cuando se requiere
precisión y exactitud, se encargan de situar la unidad de
trabajo en la máquina con una colocación determinada.
Descarga: una vez la operación de producción está
terminada, se retira la unidad de trabajo de la máquina y
se realiza su transporte a otra o simplemente se retira.

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Funciones de los sistemas de control por
computador:
Comunicar instrucciones a los trabajadores
Descarga de programas de piezas a las máquinas controladas por
computador
Control y/o coordinación de los sistemas de manipulación y transporte
de material
Planificación de la producción en planta
Diagnóstico de averías
Supervisión de seguridad en los procesos
Control de calidad
…

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Funciones de los recursos humanos:
Operarios
Que realizan el trabajo manual o semiautomático
Que controlan el proceso automático
Operadores informáticos y/o programadores
Personal de mantenimiento
Otras tareas indirectas…

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Realización tecnológica del Control.
Realización tecnológica del Control.
Control Todo/Nada:
Lógica de control cableada (electrotecnia).
Elementos todo/nada: relés, termopares, etc.
Control analógico:
Circuitos electrónicos analógicos. Aparece PID.
Existencia de derivas.
Control digital con datos muestreados:
Uso de tecnología digital (microprocesador).
Mayor flexibilidad en el control. Sistemas DCS
Control de eventos discretos:
Respuesta ante eventos. Señales binarias.
Teoría de estados: Sistemas PLC.

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Tipos de sistemas de Automatización Ind.
Procesos industriales continuos:
Químicos, farmacéuticos, metales básicos, petróleo,
comida, bebidas, generación de energía eléctrica…
Procesos industriales discretos:
Automóviles, aviones, aparatos, computadores,
maquinaria y en general otros componentes con los
cuales estos productos son ensamblados.

24
Planta típica de fabricación: zonas

25
Planta típica de fabricación: sist. de control

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Ejemplo de un sistema de control DCS.

27
Ejemplo de un sistema de control basado en PLC.

28
Ejemplos de sistemas de Aut. Ind.
Ejemplos de sistemas de Aut. Ind.
Sistemas industriales de eventos discretos:
Manutención
industrial
Ensamblaje
de piezas
Dosificación
y embalaje
Transporte
de producto

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