Instrumentos de control

Los instrumentos de control y medición son equipos, aparatos y productos necesarios en la educación, investigación y desarrollo así como en la industria para llevar a cabo un proceso que debe ser medido llevando un control de parámetros.  

Los instrumentos de control y medición son muy variados, aunque se pueden clasificar por función del instrumento y por la variable del proceso a medir.

Dispositivos de un sistema automatizados de control

Transductor

Transductor es todo dispositivo o elemento que convierte una señal de entrada en una de salida pero de diferente naturaleza física. La salida del transductor es una función conocida de la magnitud de entrada y la relación entre ambas (magnitud a medir y salida del transductor) puede no ser lineal, aunque se procura que lo sea para simplificar su tratamiento.

sensores 

Los sensores de automatización industrial son dispositivos de entrada que proporcionan una salida (señal) con respecto a una cantidad física específica (entrada). En otras palabras, mide y convierte una cantidad física en una señal que puede ser leída por un operador o un instrumento. Así pues, un sensor nos permite notar las cosas y comprenderlas fácilmente.

El término «dispositivo de entrada» en la definición de un sensor significa que forma parte de un sistema más grande que proporciona entrada a un sistema de control principal (como un procesador o un microcontrolador).

Componentes de un sistema automático

Mando o control	Se encarga de enviar las señales necesarias a todos los elementos automáticos del sistema mediante tarjetas electrónicas, autómatas programables, relés o cualquier dispositivo que permita establecer una acción de control automatizada y programable.
Operador u operadores	Elementos que permiten actuar directamente para cambiar el estado físico de funcionamiento de un elemento (accionar un motor o parar el funcionamiento de un compresor).
Sistemas automatizados	Permiten aumentar la productividad, así como la calidad de un proceso integrando tanto la gestión como la producción, además de mejorar la situación laboral de los trabajadores (entorno de seguridad laboral).

Elementos de comunicación de un sistema automático

Red de alimentación

Fuente de alimentación que provea al sistema de la energía necesaria para su funcionamiento. Se conecta al sistema mediante la manguera de alimentación (electricidad, sistemas hidráulicos o neumáticos).

Armario eléctrico 

Es una caja contenedora de todos los sistemas de control y maniobra y demás aparatos eléctricos que hacen funcionar la parte de control del sistema automático (envolvente protectora para, no deberá encontrarse elementos eléctricos de diferentes equipos).

Pupitre de mando y control

Es la interfaz que permite la comunicación entre el sistema y el operario o persona que programa el autómata (recibe la información desde los sensores, la procesa y establece una respuesta en forma de órdenes hacia los actuadores).

Acondicionadores de señal, actuadores y pre-actuadores

Acondicionadores de señal

Se puede decir que los datos de los sensores son la ‘materia prima’ que hace posible la Industria 4.0. Naturalmente, se necesitan sensores capaces de integrarse rápida y fácilmente en sistemas de producción complejos. Ahí es donde entra en escena el acondicionador de señal, que se encarga de que los sensores puedan comunicarse en tiempo real con el control descentralizado, a través de un módulo de comunicación industrial con protocolos de bus de campo. Para ser eficientes, los acondicionadores deben ofrecer precisión, funciones inteligentes que descarguen de trabajo a las unidades de control e interfaces de fácil manejo, que faciliten la parametrización sin necesidad de código de programación.

Actuadores

Los actuadores son las manos del sistema de control: le permiten modificar lo que ocurre en la planta.

Los actuadores (también llamados accionadores) constituyen la interfaz entre las señales de control del dispositivo de control (por ejemplo, del autómata) y el mismo proceso industrial. Podemos distinguir tres tipos de actuadores según la fuente de energía con la que trabajan: eléctricos, neumáticos (aire) e hidráulicos (aceite).

Pre-actuadores

se usan para comandar y activar los actuadores. Por ejemplo, contactadores, switches, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, etc.

Tipos de controles de proceso 

En base a su principio de funcionamiento los sistemas de control pueden emplear o no, información acerca de la planta, a fin de elaborar o no, estrategias de supervisión y control, se cuenta con dos tipos de sistemas de control: de lazo abierto y de lazo cerrado.

Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual no existe realimentación, del proceso al controlador. Algunos ejemplos de este tipo de control están dados en los hornos, lavadoras, licuadoras, batidoras, etc.

Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en donde la señal de salida o parte de la señal de salida es realimentada y tomada como una señal de entrada al controlador. 

Tipos de procesos industriales 

1. Proceso de fabricación por lotes

Dependiendo de la demanda del mercado consumidor, un lote puede ser suficiente para satisfacerla. En este caso, este tipo tiene como objetivo realizar la producción que entrega al final un número específico y determinado de productos que conformarán este lote.

Una vez que se completa un lote, el equipo usado se limpia, listo para producir el siguiente lote, cuando sea necesario. 

De hecho, este es el proceso más antiguo que existe, ejecutado a través de una secuencia claramente definida. Lo que se hace es recibir la materia prima y luego transformarla en condiciones específicas. Los productos se retiran en lotes y luego se transportan.

Las industrias alimentaria, textil y farmacéutica son las que más utilizan estas operaciones.

2. Proceso de fabricación continuo

La fabricación continua se compone de líneas de producción dedicadas que producen los mismos artículos. Este tipo trabaja las 24 horas del día, los 7 días de la semana, todo el año. Una industria usaría este tipo repetitivo para producciones secuenciales de artículos, que se comprometen a una alta tasa de producción.

Dado que sus requisitos de configuración son mínimos o con pocos cambios, las velocidades de operación se pueden aumentar o disminuir para satisfacer las demandas o requisitos del cliente. 

Aquí, la tecnología juega un papel muy importante. En las industrias energética o química, especialmente, este es el tipo de secuencia de procesos industriales que se utiliza. 

3. Operaciones de fabricación discretas

Siguiendo la idea anterior, la fabricación discreta también utiliza una línea de montaje o producción. Sin embargo, este proceso es extremadamente diverso, con una variación en la configuración de producción y frecuencias de cambio más altas.

Este tipo se realiza para crear solo un producto a la vez. En la práctica, los grandes productos pasan por este modelo de fabricación. Después de todo, una industria difícilmente producirá el mismo tipo de avión o barco en serie, ¿cierto? Es por eso que lleva más tiempo completarlo.

Cuando en un mismo lugar se llevan a cabo varios procesos de transformación para producir estos artículos, también lo conocemos como fabricación discreta.

4. Fabricación por taller

A diferencia de la fabricación continua o discreta, este último tipo de proceso industrial que enumeramos aquí utiliza áreas de producción en lugar de líneas de montaje.

Esto se debe a que este proceso producirá lotes más pequeños de productos, generalmente personalizados. Se pueden hacer por encargo para una fecha especial o conmemorativa.

En industrias que trabajan con productos navideños, por ejemplo, se crean talleres específicos. Por lo tanto, se dedican a satisfacer esta demanda durante una época del año. Finalizada la temporada, la producción vuelve a funcionar de forma general

Bibliografía 

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INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL

 Instrumentos de control

Funciones de un sistema automatizado

La estructura departamental de una biblioteca coincide con las funciones básicas de un SIGB.

Cinco funciones básicas:

•          Adquisiciones.
•          Catalogación.
•          Circulación.
•          Control de publicaciones periódicas.
•          Referencia.

Función de adquisiciones: Selección a partir de iniciativas de distintas personas: personal bibliotecario, institución, usuarios, etc.

Cinco entidades básicas:

•        Información bibliográfica.
•         Precatalogación, catálogo, formato.
•        Conexión con suministro de registros y/o captura de registros.
•         Información de proveedores (datos, especialización).
•         Información de pedidos:

Función de catalogación: Tienen que ser adaptables por los usuarios para seguir las normas vigentes (publicaciones, materiales especiales, etc.)

La función de la circulación: Establecer una tipología de préstamo que refleje la política de circulación de la biblioteca. Amplia parametrización

Control de publicaciones periódicas: Su naturaleza y complejidad ha hecho que fuera lo último en automatizarse.

La función de referencia: La integración es difícil en la faceta técnica. Para acceder a información local o externa el programa debe permitir la creación de bases de datos diversas con distintos tipos de información. Gestionar colecciones que la biblioteca quiere (vaciado de revistas).

Control automático, sistema y variables de un sistema

El control automático ha desempeñado una función vital en el avance de la ingeniería y la ciencia debido a los avances en la teoría y la practica del control automático. Son muchas las áreas de la industria beneficiadas como por ejemplo las áreas espaciales, automotrices, médicas, etc. Ya que ya que un desempeño optimo de los sistemas dinámicos han mejorado la productividad y aligeran la carga de muchas operaciones manuales y repetitivas. 

Sistema: Es la combinación de componentes que actúan juntos y realizan un objetivo determinado.

Las variables de un sistema de control son las magnitudes del sistema partir de las cuales se introducen o se obtiene información Acerca del mismo 

Estas pueden ser de varios tipos:

Variables internas del sistema estás variables son los parámetros que definen el estado de los diferentes componentes del mismo y que no afecta en sí mismas al proceso de control.

variables de entrada y salida a cada uno de los componentes  y al sistema en total.  En cada uno de los componentes las variables pueden recibir nombres específicos, de:  la variable controlada Qué es la magnitud o condición que se mide o controla y variable manipulada Qué es la magnitud o condición modificada por  el elemento controlador.

variable perturbadora o señal ajena al sistema de control.  está variable puede generarse dentro del propio sistema, perturbación interna,  y si se genera en el exterior del sistema debe ser tratada como entrada,  perturbación externa.

para relacionar las variables de entrada y salida de los componentes del sistema de control.  que constituyen sistemas físicos individuales,  es necesario aplicar las leyes físicas que lo rigen,  obteniéndose así un sistema de ecuaciones,  las Cuáles serán de dos tipos:

1.  ecuaciones diferenciales lineales

2.  ecuaciones diferenciales no lineales

 para resolver el sistema de ecuaciones diferenciales lineales se emplean en el análisis de sistemas de control la transformada de laplace,  obteniendo la función de transferencia del sistema. 

Sistema de lazo abierto

Un sistema de control en lazo o bucle abierto es aquél en el que la señal de salida no influye sobre la señal de entrada. La exactitud de estos sistemas depende de su calibración, de manera que al calibrar se establece una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada. El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es: 

Sistemas de control de lazo cerrado 

Si en un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene siempre la variable de salida deseada. Conviene, por tanto, utilizar un sistema en el que haya una relación entre la salida y la entrada. 

Un sistema de control de lazo-bucle cerrado es aquél en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal de salida influye en la entrada. Para esto es necesario que la entrada sea modificada en cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentación o retroalimentación (feedback). 

La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas), de manera que la acción de control se establezca como una función de ambas.

 A veces también se le llama a la realimentación transductor de la señal de salida, ya que mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un valor proporcional a dicha señal. 

Por lo tanto podemos definir también los sistemas de control en lazo cerrado como aquellos sistemas en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que ésta ejerce un efecto sobre la acción de control.

 El diagrama de bloques correspondiente a un sistema de control en lazo cerrado es: