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27 dic 2015

CONTROL INDUSTRIAL: VIVIMOS RODEADOS DE SISTEMAS

Control industrial. Qué es, para qué sirve y cómo se realiza.

Como estudiante de automática/control/regulación industrial, me resulta francamente complicado explicar en pocas palabras en qué consiste todo esto cuando me lo preguntan. Y es un poco frustrante porque los servosistemas están por todos lados. Es mucho más fácil satisfacer la curiosidad de alguien acerca de la ingeniería electrónica con una sola frase, pero para lo primero necesitaré al menos unos cuantos párrafos y algunos ejemplos.

Control industrial. Brazo robot utilizado para investigación médica. FdeT

Control industrial. Brazo robot utilizado para investigación médica.

Para empezar, tenemos que ser capaces de ver cualquier proceso como un sistema. La parte de la instalación eléctrica de cualquier habitación que hace que al accionar el interruptor se encienda la lámpara es un sistema. Un temporizador de un horno es un sistema. Un semáforo es un sistema.

En el primer ejemplo, el interruptor nos proporciona la señal de referencia, que puede ser ON u OFF. Cuando la referencia es ON, la lámpara se enciende, y en caso contrario, se apaga. Este sistema no incorpora ningún sensor de luminosidad que nos asegure que la lámpara está encendida cuando la referencia es ON, es una desventaja de los sistemas no controlados, llamados en bucle abierto. En la práctica este sistema funciona relativamente bien sin un controlador pero no siempre es así.

Control Industrial. Sistema en bucle abierto. FdeT

Control Industrial. Sistema en bucle abierto.

En el ejemplo del horno, si nos centramos en la función de temporizador, nosotros podemos programarle el tiempo que queremos que el horno esté encendido, y una vez que expire, se apagará. De nuevo, no tenemos sensor que nos asegure que esto se cumpla. Tampoco tenemos un sensor que compruebe si la comida está totalmente horneada cuando el temporizador apague el horno. Este es otro sistema en bucle abierto.

Ahora, veamos el sistema de control de la temperatura en un horno, con algunas simplificaciones para facilitar la explicación. La señal de referencia podría ser un termostato que el usuario ajuste con la temperatura deseada. En un horno sí que tenemos un elemento sensor de temperatura, y cuando el horno está frio, informa de que el valor de la temperatura es menor que el de la referencia. El control activa las resistencias (mediante la señal de control). La temperatura ascenderá hasta alcanzar la referencia, y cuando esto ocurra, el sensor informará al control, y este apagará las resistencias para no sobrecalentar el horno. Este bucle de control se repite continuamente, de manera que cuando la temperatura baje unos grados las resistencias volverán a ser activadas.

En control, se acostumbra a representar los sistemas con diagramas de bloques. El expuesto anteriormente quedaría así.

Control Industrial. Sistema de control de temperatura de un horno. FdeT

Control Industrial. Sistema de control de temperatura de un horno.

Este es un sistema en bucle cerrado o servosistema porque incorpora un sensor que permite realimentar el control. Este tipo de control es el más sencillo que existe y se conoce como “todo o nada” porque las únicas acciones de control que puede realizar son “encendido o apagado”, “on/ off”. La labor de un controlador en este caso es imprescindible, ya que de lo contrario, si el horno funcionase en bucle abierto, la temperatura sería siempre la máxima.

Después de este caso particular, veamos la estructura general de un servosistema básico.

Control Industrial. Estructura de un servosistema básico. FdeT

Control Industrial. Estructura de un servosistema básico.

La señal de referencia entra a lo que se conoce como nudo donde se compara dicha señal con la señal del sensor. La resta de estas dos da lugar a la señal de error, que es la que entra al controlador/ regulador. El controlador procesa la señal de error y da lugar a la acción de control, que entra al proceso (en un sistema en bucle abierto, la señal de referencia es la que entra al proceso directamente). Del proceso se obtiene la señal de salida que sale del sistema,  y además es captada por el sensor y es realimentada al control.

Algunos entendidos afirman que el 95% de los procesos industriales se controlan mediante reguladores PID. Estos, a diferencia de los “todo o nada” proporcionan una respuesta continua, en lugar de sólo dos estados. Su diseño e implementación es toda una materia de estudio y tienen una gran versatilidad.

Control Industrial. Controlador PID. FdeT

Control Industrial. Controlador PID.

Con esta introducción creo haber conseguido dar a conocer la base del control sin mucha complejidad, pero me temo la que próxima vez que me pregunten seguiré sin saber qué decir.

Autor: PEDRO FRANCISCO FERNÁNDEZ

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