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Introducción:
Los procesos continuos son los que proporcionan a su salida un flujo continuo de
un producto líquido o sólido, su funcionamiento se basa en brindar o recibir
señales variables analógicas.
En este capítulo se hablara sobre lo sistemas electrónicos de control que son
procesos que pueden trabajar en un bucle abierto o en un bucle cerrado siendo
estos los auténticos sistemas de control automático.
En la siguiente figura se muestra un sistema electrónico de control de procesos
también conocido como controlador o regulador. En este diagrama se observan
cuatro variables:
Variable de proceso (PV), cuyo valor se controla, se conecta al controlador y
constituye una señal de realimentación (feedback signal).
Punto de consigna (SP) o referencia, esta es el valor que es parte de la variable
PV y constituye otra variable de entrada del controlador.
Variable de control (CV), esta es ejecutada en el controlador mediante un
algoritmo.
Variable manipulada (MN), esta actúa sobre el proceso para hacer que la
variables del proceso PV tenga valor establecido por la variable de consigna SP.
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Los sistemas electrónicos se control de procesos, denominados controladores o
reguladores, pueden utilizar internamente señales analógicas o digitales.
Los controladores analógicos se utilizan cuando el producto o proceso controlado
es sencillo y en cambio los controladores digitales programables son los más
idóneos para controlar procesos complejos.
Existen diferentes algoritmos que tienen como objetivo lograr que en cada instante
la variable PV tenga un determinado valor independientemente de los cambios
que se produzcan en otras variables que actúan sobre el proceso, como por
ejemplo las variaciones de la carga en el caso de una fuente de alimentación
regulada.
Existen dos tipos de controladores de procesos complejos mediante autómatas
programables:
MEDIANTE UN PROGRAMA SITUADO EN SU MEMORIA:
Esta opción consiste en llevar a cabo el sistema electrónico de control de la figura
6.1 mediante un programa ejecutado por la unidad central del autómata
programable. Es la más adecuada cuando el autómata programable dispone de
tiempo durante el ciclo de ejecución del programa.
Al análisis de esta forma se basan en el estudio lineal y no lineal, y mediante su
implementación mediante un programa ejecutado por el autómata programable.
MEDIANTE UN MODULO CONECTADO AL MISMO
Esta forma de realizar el control consiste en utilizar un sistema electronico
especifico que se acopla al automata programable para que le proporcionen los
valores de los diferentes parametros que invierten en le algorimo ejecutado por él.
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Los diferentes tipos de algoritmo que se pueden ajecutar en un sistema de control
se clasifican en tres categorias:
Algoritmos lineales de control.
Algoritmos no lineales de control.
Algoritmos especiales de control.
Apartir de esta clasificacion surgen surgen diferentes tipos de controladores
como los siguientes:
Controladores no lineales intermitentes
Se caracterizan por que realizan un algoritmo no linealy su actuacion es del
tipo todo o nada .
Los controladores linealescontinuos
Se caracterizan por que realizan un algoritmo lineal y su actuacion es continua
en el tiempo.
El algoritmo de controlque debe ejecutar el automata programable se puede
programar en diferentes tipos de lenguajes literales y graficos tanto normalizados
como propietarios. La utilizacion de lengujes grafico facilita al usuario la
programacion.
Para programar algoritmos sencillos, como por ejemplo el correspondiente a los
controladores TODO/NADA con histeresis se le es utilizado un lenguaje de
diagrama de funciones por ejemplo el lenguaje FUP.
Para programar algoritmos complejos es preferible utilizar lenguajes
especialmente orientados a la especificacion de algoritmos de control como por
ejemplo el CFC de siemens.
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CONTROLADORES NO LINEALES INTERMITENTES
Se le denomina controladores no lineales a los que, coo nombre indica, ejecutan
un algoritmo de control que no es lineal. Diversos autores los denominan
conroladores intermitentes por que la variable CV solo tiene, em regimen
permanente, un numero discreto de valores. El controlador basico intermitente es
el TODO-NADA.
CONTROLADOR TODO O NADA BASICO:
El mecanismo de realimentacion mas simple se puede describir mediante el
algoritmo representando en la figura 6.2 que se puede indcar mediante la
expresion:
En la que e es el error y representa en cada instante la diferencia entre el valor de
consignia SP y el valor de la variable PV de salifda del proceso de la figura 6.1
Esta ley de controlonsiste en aplicar en cada instante la accion correctiva maxima,
es decir CV tiene su valor maximo cuando el error es positivo y su valor minimo
cuando el error es negativo. Por eso ha ese nombre todo-nada basico todo- nada
basico. El inconveniente en este es que cuando se producen pequeoscambios de
valor de la variable PV por encima de la variable SP se producen oscilaciones de
la variable CV.
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CONTROLADOR TODO O NADA DE DOS POSICIONES
Si se modifica el comportamiento del controlador todo-nada basico se obtiene un
todo-nada de dos posiciones y se implementa de las siguienetes maneras:
Controlador todo-nada con histeresis
Controlador todo nada zona muerta
CONTROLADOR TOD-NADA CON HISTERESIS
En su comportamiento se puede observar que existe una zona en la que el valor
de variable de control CV depende en el sentido en el que varia el error e. Si el
error aumenta positivamente apartir de cero, CV no cambia de CV min a CV max
hasta que el valor supera un determinado valor positivo. De igualmente cuando el
valor disminuye negativamente apartir de cero, CV no cambia de CV min a CV
max hasta que el valor supera undeterminado valor negativo. La anchura del ciclo
histeresis depende del nivel de error qu epuede admitir el proceso que se
controla.
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En la siguiente figura se encuentra una comparacion del comportamiento del
controlador todo-nada basico y todo nada con histeresis.
CONTROLADOR TODO NADA ZONA MUERTA
En este existe una zona en la que la variable de control CV toma el valor cero , si
el error aumenta positivamente apartir de cero, CV no cambia de 0 a CV max
hasta que el error supera un determinado valor positivo, de igual manera cuando
le valor disminuye negativamente apartir decero, CV no cambia de 0 a CV max
hasta que el error supera un determinado valor negativo. La anchura de la zona
muerta depende tambien del nivel del error que puede admitir el proceso que se
controla.
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CONTROLADOR TODO-NADA MULTIPOSICION
Un aplicación de este tipo de controlador es en motores reversibles de velocidad
a los cuales sobre actua directamente en las valvulas o posicionadores que ban en
funcion con dicho motor. Mediante los cilcos de histeresis se evitan las
conmutaciones bruscas entre el giro en uno de los dos sentdos de y el paro.
Mediante la zona muerta se evitan las conmutaciones bruscas entre un sentido de
giro y el otro.
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CONTROLADOR INTERMITENTE PROPORCIONAL EN LE TIEMPO
En este controlador se establece un periodo de tiempo fijo Tm durante el cual la
variable de control CV toma el valor maximo un tiempo proporcional al valor del
error y permanece desactivada durante el reto de periodo, tal como se muestra en
la figura 6.7. se dice que la señal de control sasi generadfa esta modulada en
anchura de impulsos y de le conoce por el ancronimo PWM.
Cualquiera de los diferentes sistemas de control intermitente descrito este
apartado 6.2 se puede implementar mediante un automata programable.
CONTROLADORES LINEALES CONTINUOS
estos se caracterizan por realizar un conjunto de operaciones lineales como por
ejemplo la resta y la multiplicacion por una constante (amplificacion). En los
controladores lineales continuos, la variable de proceso PV se resta de la variable
de consigna SP. Se obtiene asi una variable denominada error e igual a l
adiferencia entre el valor real de la salida y el que se pretende obtener. La variable
e se aplica a un procesador electronico que la transforma mediante un operador
lineal.
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