Unidad V TÓPICOS DE CONTROL ASISTIDOS POR COMPUTADORA El propósito de adquisición de datos es medir un fenómeno eléctrico y físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. La adquisición de datos basada en PC utiliza una combin combinació ación n de ard!a ard!are re modular modular,, soft!a soft!are re de aplicac aplicación ión y una PC para para realiz realizar ar medida medidas. s. "ientras cada sistema de adquisición de datos se define por sus requerimientos de aplicación, cada sistema comparte una meta en com#n de adquirir, analizar y presentar información. Los sistemas de adquisición de datos incorporan se$ales, sensores, actuadores, acondicionamiento de se$ales, dispositivos de adquisición de d atos y soft!are de aplicación. La adquisición de datos o adquisición de se$ales, consiste en la toma de muestras del mundo real %sistema analó&ico' para &enerar datos que puedan ser manipulados por un ordenador u otras electrónicas %sistema di&ital'. Consiste, en tomar un conjunto de se$ales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y di&italizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o P(C. )e requiere una etapa de condicionamiento, que adecua la se$al a niveles compatibles con el elemento que ace la transformación a se$al d i&ital. El elemento que ace dica transformación es el módulo de di&italización o tarjeta de (dquisición de *atos %*(+'. ( lo lar&o del curso se a observado que eisten dos tipos de control, el analó&ico y el di&ital, d i&ital, si bien es cierto que el primero es el m-s usado en países del tercer mundo como el nuestro el se&undo es asta oy, el m-s ventajoso a emplear en los procesos industriales. *ebido a lo cómodo que resulta tratar eclusivamente con n#meros puros y ser ideal para la resolución de problemas numéricos. (simismo la alta velocidad conse&uida en las se$ales de mando a los diversos diversos instrumentos instrumentos de control, control, permite mantener el set piont casi constante constante y monitoread monitoreado o en todo momento. )in embar&o este tipo de control frente al analó&ico, tiene la desventaja de que al muestrear el proceso pierde parte de la información. Lo anterior puede ser corre&ido con complejos al&oritmos matem-ticos %al comparar este y el analó&ico en cuestión de costos, el control di&ital pierde &ravemente' que le asi&nan versatilidad e interacción ami&able en la modificación de par-metros y variables que operan en el proceso. (unado a lo anterior, con el control di&ital asistido por computador se puede/ 0 Lo&rar mayor rendimiento de los procesos y por lo tanto una mejor producción con menores costes &racias a la utilización eficiente del material y del equipo. 0 "ayor calidad en los productos fabricados a costos muy reducidos. 0 "ayor se&uridad, ya que la acción de corrección y activación de alarmas es casi inmediata.
INTRODUCCION AL CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA
1oy en día, ante la complejidad creciente de los procesos industriales y el aumento en la producción de estos, resulta necesario desde el punto de vista financiero lo&rar una producción óptima que sea capaz de reducir sus costos y de proporcionar una calidad buena en sus productos. Lo anterior solo puede lo&rarse con un adecuado control industrial. ( lo lar&o del curso se a observado que eisten dos tipos de control, el analó&ico y el di&ital, si bien es cierto que el primero es el m-s usado en países del tercer mundo como el nuestro el se&undo es asta oy, el m-s ventajoso a emplear en los procesos industriales. *ebido a lo cómodo que resulta tratar eclusivamente con n#meros puros y ser ideal para la resolución de problemas numéricos. (simismo la alta velocidad conse&uida en las se$ales de mando a los diversos instrumentos de control, permite mantener el set2point casi constante y monitoreado en todo momento. )in embar&o este tipo de control frente al analó&ico, tiene la desventaja de que al muestrear el proceso pierde parte de la información. Lo anterior puede ser corre&ido con complejos al&oritmos matem-ticos %al comparar este y el analó&ico en cuestión de costos, el control di&ital pierde &ravemente' que le a si&nan versatilidad e interacción ami&able en la modificación de par-metros y variables que operan en el proceso. (unado a lo anterior, con el control di&ital asistido por computador se puede/ Lo&rar mayor rendimiento de los procesos y por lo tanto una mejor producción con menores costes &racias a la utilización eficiente del material y del equipo. 0"ayor calidad en los productos fabricados a costos muy reducidos. 0 "ayor se&uridad, ya que la acción de corrección y activación de alarmas es casi inmediata. Proporciona una &ran cantidad de información a la dirección de control, en forma simult-nea y en tiempo real. (dquisición de datos La adquisición de datos o adquisición de se$ales, consiste en la toma de muestras del mundo real %sistema analó&ico' para &enerar datos que puedan ser manipulados por un ordenador u otras electrónicas %sistema di&ital'. Consiste, en tomar un conjunto de se$ales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y di&italizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o P(C. )e requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la se$al a niveles compatibles con el elemento que ace la transformación a se$al di&ital. El elemento que ace dica transformación es el módulo de di&italización o tarjeta de (dquisición de *atos %*(+'.
Proceso de adquisición de datos *efiniciones *ato/ 3epresentación simbólica %numérica, alfabética...', atributo o característica de un valor. 4o tiene sentido en sí mismo, pero convenientemente tratado %procesado' se puede utilizar en la relación de c-lculos o toma de decisiones. (dquisición/ 3eco&ida de un conjunto de variables físicas, conversión en voltaje y di&italización de manera que se puedan procesar en un o rdenador. )istema/ Conjunto or&anizado de dispositivos que interact#an entre sí ofreciendo prestaciones m-s completas y de m-s alto nivel. 5na vez que las se$ales eléctricas se transformaron en di&itales, se envían a través del bus de datos a la memoria del PC. 5na vez los datos est-n en memoria pueden procesarse con una aplicación adecuada, arcivarlas en el disco duro, visualizarlas en la pantalla, etc...
6it de resolución/ 4#mero de bits que el convertidor analó&ico a di&ital %(*C' utiliza para representar una se$al. 3an&o/ 7alores m-imo y mínimo entre los que el sensor, instrumento o dispositivo funcionan bajo unas especificaciones. 8eorema de 4yquist/ (l muestrear una se$al, la frecuencia de muestreo debe ser mayor que dos veces el anco de banda de la se$al de entrada, para poder reconstruir la se$al ori&inal de forma eacta a partir de sus muestras. En caso contrario, aparecer- el fenómeno del aliasin& que se produce al infra2muestrear. )i la se$al sufre aliasin&, es imposible recuperar el ori&inal. 7elocidad de muestreo recomendada/ 9frecuencia mayor %medida de frecuencia' 9frecuencia mayor %detalle de la forma de onda' Los componentes de los sistemas de adquisición de datos, poseen sensores adecuados que convierten cualquier par-metro de medición de una se$al eléctrica, que se adquiriere por el ard!are de adquisición de datos. Los datos adquiridos se visualizan, analizan, y almacenan en un ordenador, ya sea utilizando el proveedor de soft!are suministrado u otro soft!are. Los controles y visualizaciones se pueden desarrollar utilizando varios len&uajes de pro&ramación de propósito &eneral como 7isual6():C, C;;, , que ofrece un entorno &r-fico de pro&ramación optimizado para la adquisición de datos, y "(8L(6. Estos entornos de adquisición proporcionan un len&uaje de pro&ramación adem-s de bibliotecas y erramientas para la adquisición de datos y posterior an-lisis. *e la misma manera que se toma una se$al eléctrica y se transforma en una di&ital para enviarla al ordenador, se puede también tomar una se$al di&ital o binaria y convertirla en una eléctrica. En este caso el elemento que ace la transformación es una tarjeta o módulo de (dquisición de *atos de salida, o tarjeta de control. La se$al dentro de la memoria del PC la &enera un pro&rama adecuado a las aplicaciones que quiere el usuario y, lue&o de procesarla, es recibida por mecanismos que ejecutan movimientos mec-nicos, a través de servomecanismos, que también son del tipo transductores. 5n sistema típico de adquisición utiliza sensores, transductores, amplificadores, convertidores analó&ico 2 di&ital %(?*' y di&ital 2 analó&ico %*?(', para procesar información acerca de un sistema físico de forma di&italizada. @Cómo se adquieren los datosA La adquisición de datos se inicia con el fenómeno físico o la propiedad física de un objeto %objeto de la investi&ación' que se desea medir. Esta propiedad física o fenómeno podría ser el cambio de temperatura o la temperatura de una abitación, la intensidad o intensidad del cambio de una fuente de luz, la presión dentro de una c-mara, la fuerza aplicada a un objeto, o mucas otras cosas. 5n eficaz sistema de adquisición de datos pueden medir todos estos diferentes propiedades o fenómenos.
5n sensor es un dispositivo que convierte una propiedad física o fenómeno en una se$al eléctrica correspondiente medible, tal como tensión, corriente, el cambio en los valores de resistencia o condensador, etc. La capacidad de un sistema de adquisición de datos para medir los distintos fenómenos depende de los transductores para convertir las se$ales de los fenómenos físicos mensurables en la adquisición de datos por ard!are. 8ransductores son sinónimo de sensores en sistemas de *(+. 1ay transductores específicos para diferentes aplicaciones, como la medición de la temperatura, la presión, o flujo de fluidos. *(+ también desplie&a diversas técnicas de acondicionamiento de )e$ales para modificar adecuadamente diferentes se$ales eléctricas en tensión, que lue&o pueden ser di&italizados usando CE*. Las se$ales pueden ser di&itales %también llamada se$ales de la ló&ica' o analó&icas en función del transductor utilizado. El acondicionamiento de se$ales suele ser necesario si la se$al desde el transductor no es adecuado para la *(+ ard!are que se utiliza. La se$al puede ser amplificada o desamplificada, o puede requerir de filtrado, o un cierre patronal, en el amplificador se incluye para realizar demodulación. 7arios otros ejemplos de acondicionamiento de se$ales podría ser el puente de conclusión, la prestación actual de tensión o ecitación al sensor, el aislamiento, linealización, etc. Este pretratamiento de la se$al normalmente lo realiza un peque$o módulo acoplado al transductor. *(+ ard!are son por lo &eneral las interfaces entre la se$al y un PC. Podría ser en forma de módulos que pueden ser conectados a la computadora de los puertos %paralelo, serie, 5)6, etc...' o ranuras de las tarjetas conectadas a %PC:, :)(' en la placa madre. Por lo &eneral, el espacio en la parte posterior de una tarjeta PC: es demasiado peque$o para todas las coneiones necesarias, de modo que una ruptura de caja eterna es obli&atorio. El cable entre este recuadro y el PC es cara debido a los numerosos cables y el blindaje necesario y porque es eótico. Las tarjetas *(+ a menudo contienen m#ltiples componentes %multipleores, (*C, *(C, 88L2:B, temporizadores de alta velocidad, memoria 3("'. Estos son accesibles a través de un bus por un micro controlador, que puede ejecutar peque$os pro&ramas. El controlador es m-s fleible que una unidad ló&ica dura cableada, pero m-s barato que una CP5 de modo que es correcto para bloquear con simples bucles de pre&untas. *river soft!are normalmente viene con el ard!are *(+ o de otros proveedores, y permite que el sistema operativo pueda reconocer el ard!are *(+ y dar así a los pro&ramas acceso a las se$ales de lectura por el ard!are *( +. 5n buen conductor ofrece un alto y bajo nivel de acceso. Ejemplos de )istemas de (dquisición y control/ 0 *(+ para reco&er datos %datalo&&er' medioambientales %ener&ías renovables e in&eniería verde'. 0 *(+ para audio y vibraciones %mantenimiento, test'. 0 *(+ ; control de movimiento %corte con laser'. 0 *(+ ; control de movimiento; visión artificial %robots modernos'. 8iempo de conversión Es el tiempo que tarda en realizar una medida el convertidor en concreto, y depender- de la tecnolo&ía de medida empleada. Evidentemente nos da una cota m-ima de la frecuencia de la se$al a medir.
Este tiempo se mide como el transcurrido desde que el convertidor recibe una se$al de inicio de conversión %normalmente llamada )BC, )tart of Conversión' asta que en la salida aparece un dato v-lido. Para que ten&amos constancia de un dato v-lido tenemos dos caminos/ 0 Esperar el tiempo de conversión m-imo que aparece en la oja de características. 0 Esperar a que el convertidor nos envíe una se$al de fin de conversión. )i no respetamos el tiempo de conversión, en la salida tendremos un valor, que dependiendo de la constitución del convertidor ser-/ 0 5n valor aleatorio, como consecuencia de la conversión en curso 0 El resultado de la #ltima conversión La etapa de acondicionamiento de la se$al Con m-s detalle, en una etapa de acondicionamiento podemos encontrar estas etapas, aunque no todas est-n siempre presentes/ 0 (mplificación 0 Ecitación 0 eatstone'.
Linealización 2 "ucos transductores, como los termopares, presentan una respuesta no lineal ante cambios lineales en los par-metros que est-n siendo medidos. (unque la linealización puede realizarse mediante métodos numéricos en el sistema de adquisición de datos, suele ser una buena idea el acer esta corrección mediante ci rcuitería eterna. Ejemplo/ ( veces el sistema de adquisición es parte de un sistema de control, y por tanto la información recibida se procesa para obtener una serie de se$ales de control. En este dia&rama podemos ver los bloques que componen nuestro sistema de adquisición de datos/ Como vemos, los bloques principales son estos/ 0 8ransductor 0 El acondicionamiento de se$al 0 El convertidor analó&ico2di&ital 0 La etapa de salida %interfaz con la ló&ica' El transductor es un elemento que convierte la ma&nitud física que vamos a medir en una se$al de salida %normalmente tensión o corriente' que puede ser procesada por nuestro sistema. )alvo que la se$al de entrada sea eléctrica, podemos decir que el transductor es un elemento que convierte ener&ía de un tipo en otro. Por tanto, el transductor debe tomar poca ener&ía del sistema bajo observación, para no alterar la medida. El acondicionamiento de se$al es la etapa encar&ada de filtrar y adaptar la se$al proveniente del transductor a la entrada del convertidor analó&ico ? di&ital. Esta adaptación suele ser doble y se encar&a de/ 0 (daptar el ran&o de salida del transductor al ran&o de entrada del convertidor.%4ormalmente en tensión'. 0 (coplar la impedancia de salida de uno con la impedancia de entrada del otro. La adaptación entre los ran&os de salida del convertidor y el de entrada del convertidor tiene como objetivo el aprovecar el mar&en din-mico del convertidor, de modo que la m-ima se$al de entrada debe coincidir con la m-ima que el convertidor %pero no con la m-ima tensión admisible, ya que para ésta entran en funcionamiento las redes de protección que el convertidor lleva inte&rada'. Por otro lado, la adaptación de impedancias es imprescindible ya que los transductores presentan una salida de alta impedancia, que normalmente no puede ecitar la entrada de un convertidor, cuya impedancia típica suele estar entre I y IG J. El convertidor analó&ico?di&ital es un sistema que presenta en su salida una se$al di&ital a partir de una se$al analó&ica de entrada, %normalmente de tensión' realizando las funciones de cuantificación y codificación. La cuantificación implica la división del ran&o continuo de entrada en una serie de pasos, de modo que para infinitos valores de la entrada la salida sólo puede presentar una serie determinada de valores. Por tanto la cuantificación implica una pérdida de información que no podemos olvidar. La codificación es el paso por el cual la se$al di&ital se ofrece se&#n un determinado códi&o binario, de modo que las etapas posteriores al convertidor puedan leer estos datos adecuadamente. Este paso ay que tenerlo siempre en cuenta, ya que puede acer que obten&amos datos erróneos, sobre todo cuando el sistema admite se$ales positivas y ne&ativas con respecto a masa, momento en el cual la salida binaria del convertidor nos da tanto la ma&nitud como el si&no de la tensión que a sido medida. La etapa de salida es el conjunto de elementos que permiten conectar el s.a.d con el resto del equipo, y puede ser desde una serie de buffers di&itales incluidos en el circuito convertidor, asta
una interfaz 3)2KK, 3)2MF o Eternet para conectar a un ordenador o estación de trabajo, en el caso de sistemas de adquisición de datos comerciales. 7entajas
):)8E"() *E (*+5:):C:R4 *E CB483BL )5PE37:)B3:B %)C(*('
*(8B)
S
La epresión T)C(*(U est- compuesta por las iniciales de la denominación in&lesa T)upervisory Control (nd *ata (dquisitionU, que en nuestro idioma se traduce como TControl )upervisorio y (dquisición de *atosU. )in embar&o, dado que los primeros sistemas de supervisión se ori&inaron en los Estados 5nidos, se a &eneralizado el uso de las si&las )C(*( para aludir a dicos sistemas. )e trata de un sistema capaz de obtener y procesar información de procesos industriales dispersos y de actuar en forma remota sobre los mismos. Esto si&nifica que permite supervisar simult-neamente procesos e instalaciones industriales distribuidas en &randes -reas, tales como las redes de distribución eléctrica, oleoductos, &asoductos, etc. 5n )C(*( no debe confundirse con un )istema de Control *istribuido %*C), *istributed Control )ystem', aunque actualmente los principios y tecnolo&ías que utilizan son muy similares. )u principal diferencia consiste en que los sistemas de control distribuido, normalmente se usan para
controlar procesos industriales m-s complejos y restrin&idos al perímetro de una planta por ejemplo, los sistemas de control de una refinería, los de una planta de LP, etc. El )C(*( describe un n#mero de unidades terminales remotas %385Vs, 3emote 8erminal 5nits' instaladas en las cercanías del proceso, las cuales se comunican con una estación maestra %"85, "aster 8erminal )tation' ubicada en una sala de control central. 5na 385 es un sistema que cuenta con un microprocesador e interfaces de entrada y salida tanto analó&icas como di&itales que permiten tomar la información del proceso provista por los dispositivos de instrumentación y control en una localidad remota y, utilizando técnicas de transmisión de datos, enviarla al sistema centralizado maestro. La "85, bajo un soft!are de control, permite la adquisición de la data a través de todas las 385s ubicadas remotamente y brinda la capacidad de ejecutar comandos de control remoto cuando es requerido por el operador. La data adquirida por la "85 se presenta a través de una interfaz &r-fica en forma comprensible y utilizable, y m-s a#n esta información puede ser impresa en un reporte. Control :ndustrial *istribuido :ntroducción La medición y el control en la industria son muy importantes, tanto desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la consideración del balance adecuado entre costes y producto final. El control autom-tico de procesos industriales es oy en día una actividad multidisciplinar, en la que ay que tener en cuenta aspectos técnicos %electrónica, inform-tica de sistemas, etc.', científicos %investi&ación de nuevos criterios y materiales, etc.' y económicos %mejora de los m-r&enes comerciales sin perder calidad y competitividad'. Los sistemas de control sofisticados del tipo de los instalados mediante complejos elementos de instrumentación, no se an creado de la noce a la ma$ana, aunque el au&e que viven actualmente así lo pueda parecer. )on el resultado de m-s de cien a$os de trabajo de fabricantes y usuarios, quienes no an de dejado de buscar las mejores soluciones al control industrial automatizado.
)olución tecnoló&icas en el control automatizado Lo que no cabe duda es que el papel Tdiri&enteU en cualquier solución a un problema de automatización correr- a car&o de la inform-tica industrial y que el microprocesador, en cualquiera de sus formas o versiones, ir- copando posiciones relevantes asta estar presente en todos los niveles que constituyen un control distribuido. En todo caso, independientemente del tipo de control utilizado, los objetivos del control de procesos pueden resumirse en/ I. Bperar el proceso en forma se&ura y estable. K. *ise$ar sistemas de control que el operador pueda vi&ilar, comprender y, cuando sea necesario, manipular en forma selectiva. . Evitar desviaciones importantes respecto a las especificaciones de productos durante las perturbaciones. . Permitir que el operador cambie un valor deseado o punto de consi&na %valor de referencia' sin perturbar indebidamente otras variables controladas. F. Evitar cambios considerables y r-pidos en variables manipuladas que podrían incumplir restricciones de operación, o perturbar unidades inte&radas o situadas en escalafones inferiores. H. Bperar el proceso en forma con&ruente con los objetivos de calidad de cada producto. (sí, las desviaciones en la calidad podrían ser menos permisivas %muco m-s costosas' en un producto que en otro. O. Controlar las cualidades del producto en valores que maimicen su utilidad cuando se consideren índices y valores de productos y adem-s, minimicen el consumo de ener&ía. Control (utom-tico El control autom-tico de procesos es un caso particular del término automatización y en&loba al control electrónico, por ser esta la rama técnica que a permitido una evolución continua de la automatización industrial.
=eraquía del control autom-tico Es posible definir el control autom-tico de procesos como/ La elaboración o captación de un proceso industrial a través de varias etapas, con el uso libre de los equipos necesarios para aorrar tiempo manual y esfuerzo mental. 8al como se a dico, el control autom-tico de procesos ace un uso eaustivo del control electrónico, valiéndose de éste para completar su esquema cl-sico, basado en el concepto de lazo o bucle de control de realimentación, cuya presencia en los d istintos niveles del control autom-tico es normal. 1istoria del control de procesos El control de procesos a evolucionado istóricamente acia la consecución de un &rado de automatización lo m-s elevado posible. Control "anual (l principio, los procesos industriales fueron controlados manualmente por un operador. El operador observaba lo que sucedía %una bajada de temperatura, por ejemplo' y acía ajustes %manipular una v-lvula' basados en las instrucciones de operación y en el propio conocimiento que el operador tenía del o en la fi&ura si&uiente ilustra un concepto b-sico en el control de procesos. proceso. Este Tlazo de controlU %proceso ? sensor ? operador ? v-lvula ? proceso' mostrada.
Control manual
Control Local 5n controlador local permite a un operador llevar el control de varios TlazosU del proceso. Como un re&ulador de la presión del &as doméstico, un controlador local usa la ener&ía del proceso o el aire comprimido de la planta para ajustar la posición de una v-lvula de control o cualquier otro elemento final de control. Por todo lo anterior, podemos concluir diciendo que los controladores locales permitían el control de un mayor n#mero de variables del proceso, pero no solucionaban los problemas que planteaba el eco de la presencia física del operario en los lu&ares y momentos necesarios para acer mucas de las operaciones.
Control 4eum-tico Centralizado El desarrollo de los dispositivos de control operados neum-ticamente, permitieron un notable avance en el control de procesos. Con ésta tecnolo&ía, las variables del proceso podían ser convertidas a se$ales neum-ticas y transmitidas acia controladores remotos. )e entraba en la confección de los denominados Tcircuitos neum-ticosU. 5sando combinaciones de o rificios, palancas, amorti&uadores y otros dispositivos mec-nicos complejos, un controlador neum-tico puede acer c-lculos elementales basados en el punto de consi&na y el valor de la variable a controlar, ajustando el elemento final de control consecuentemente. Control electrónico de lazo simple En los a$os HG, los dispositivos electrónicos ya estaban capacitados para ir reemplazando a los controladores neum-ticos. Los controladores electrónicos analó&icos de lazo simple eran precisos, r-pidos y f-ciles de inte&rar en peque$os lazos interactivos. *e este modo, la interface para su manejo y control ofrece mejoras respecto de los controles neum-ticos, adem-s de permitir la captación electrónica de datos y un procesado de éstos con un índice de errores considerablemente mejorado respecto de aquellos. Control centralizado por computadora 5n sistema basado en este modo de control, estaba estructurado en torno a una computadora central que recibe todas las entradas del proceso %variables', ejecuta los c-lculos apropiados y produce salidas que se diri&en acia los actuadores o dispositivos finales de control. (sí, nació el
llamado Control *i&ital *irecto o **C. La computadora puede controlar un elevado n#mero de lazos y variables temporales, adem-s de ejecutar estrate&ias de control. 5n teclado y un monitor acoplados directamente a la PC proporcionan una interface del usuario %operador' con el proceso
Control centralizado por computadora
La introducción de un ordenador como elemento que lleva a cabo toda la supervisión, adquisición y an-lisis de datos, permite a los sistemas de control avanzar m-s all- del lazo de control del proceso aora pueden ejercer labores de administración, ya que el ordenador puede también recibir y procesar datos, calcular y presentar operaciones financieras que optimicen la estrate&ia de producción, y que junto a las consi&nas propuestas por el consejo de administración, establezcan los criterios b-sicos para diri&ir la producción en el sentido adecuado.
Control )upervisado Para dotar a los sistemas con ordenador centralizado del nivel de se&uridad adecuado y evitar que una TcaídaU de éste paralice todo el sistema, se empezaron a utilizar mucas veces controladores analó&icos vinculados directamente al proceso, esto es, optimizados para la variable que debían controlar. Estos controladores son aora los que realmente controlan el proceso, dejando al
ordenador central la función de los cambios de puntos de consi&na, es decir, el valor de referencia con el que se a de comparar la variable controlada para mantenerla siempre optimizada. Esta combinación de actuaciones recibe el nombre de control supervisor o control de puntos de consi&na %)PC, )et Point Control' y una estructura típica sería la ofrecida en la si&uiente, en la cual puede observarse como es en la parte m-s próima al proceso donde se materializa la principal diferencia con el **C.
Control supervisado El estado de la variable a controlar lle&a aora tanto al ordenador como al controlador analó&ico, que adem-s recibe la consi&na adecuada en cada instante y que ser- calculada por el ordenador. )i se presenta cualquier avería %especialmente en el ordenador' el controlador re&ula la variable del proceso con respecto al #ltimo punto de consi&na que recibió del ordenador central. 8oda esta actuación local formaría el Lazo de Control, tal como se muestra en la fi&ura si&uiente, y proporciona un cierto &rado de autonomía al proceso respecto del control centralizado. (unque el )PC permite que el control b-sico del proceso contin#e a pesar del posible fallo del ordenador central, si&ue necesitando una ampliación del cableado y un soft!are adicional en caso de querer ampliar el n#mero de entradas y?o salidas. Control *istribuido El control distribuido es el paso si&uiente en la evolución de los sistemas de control que se an epuesto en el punto anterior. (sí, en los sistemas centralizados, ya cl-sicos, su potencia de tratamiento se concentra en un #nico elemento %el ordenador central', mientras que en el control distribuido la potencia de tratamiento de la información se encuentra repartida en el espacio. Podríamos decir que los sistemas de control distribuido fueron desarrollados para proporcionar las ventajas del control por ordenador pero con m-s se&uridad y fleibilidad. En los a$os setenta, dentro de los esfuerzos de investi&ación dedicados a la resolución del problema del control electrónico de f-bricas con &ran n#mero de lazos %variables', y teniendo en cuenta el estado de la técnica de los microprocesadores por un lado y la Tfuerte inerciaU de la industria a los cambios por otro, se lle&ó a las si&uientes conclusiones &enerales/
a' *escartar el empleo de un #nico ordenador %control **C' por el serio inconveniente de la se&uridad y sustituirlo por varios controladores di&itales capaces de controlar individualmente un cierto n#mero de variables, para así TdistribuirU el ries&o d el control #nico. b' Cada controlador di&ital debía ser TuniversalU, es decir, disponer de al&oritmos de control seleccionables por soft!are, que permitieran resolver todas las situaciones de control y dieran así versatilidad al sistema. c' La velocidad en la adquisición de los datos y su salida acia los actuadores debía ser en Ttiempo realU, lo que obli&aba a utilizar la tecnolo&ía m-s avanzada en microprocesadores. d' Para comunicar entre si los transmisores electrónicos de campo %que suministran datos', los controladores y las interfaces para la comunicación con el operador de planta, se adoptó el empleo de una vía de comunicaciones, en forma de cable coaial instalado en la planta, con un recorrido paralelo a los edificios y a la sala de control. e' El panel cl-sico requerido por el control tradicional, se sustituir- por uno o varios monitores C38, en los cuales, el operador con la ayuda del teclado?puntero deber- eaminar las variables de proceso, las características de control, las alarmas, etc., sin perturbar el control de la planta y con la opción de cambiar cualquiera de las características de control de las variables de proceso. En esencia, la diferencia entre el control distribuido y el control cl-sico puede compararse a la eistente entre una m-quina cuya confi&uración se ace mediante el cambio de cables y otra donde cualquier modificación se ace por soft!are. En este aspecto el ordenador personal es un elemento fundamental, tanto a nivel de planta como en escalafones superiores y permite la visualización de las se$ales de m#ltiples transmisores, el dia&nóstico de cada lazo de control, el acceso a los datos b-sicos de calibración y a los datos de confi&uración de los transmisores.
3ed de control distribuido )us elementos principales son/ Controlador 6-sico Es un módulo estructurado en torno a un microprocesador que permite realizar controles P:* %Proporcional2:nte&ral2*erivativo' y otros al&oritmos de control basados en sumas, multiplicaciones, divisiones, relaciones, raíces cuadradas, contadores, etc. 5n controlador b-sico puede controlar varios lazos, es decir, puede estar TpendienteU de m#ltiples variables de forma simult-nea y proporcionar un control sobre ellas. Estos al&oritmos pueden confi&urarse, y en caso de avería en
las unidades de control superiores, el control que ejercer- el re&ulador di&ital ser- el correspondiente al #ltimo al&oritmo confi&urado/ tipo de control %directo, inverso, etc.', tipo de se$al de entrada %lineal, eponencial, etc.', alarmas a &enerar, sensores a muestrear, etc. Como vemos, en este controlador b-sico se establece ya el primer paso en la dotación de cierta autonomía a los diferentes elementos de un control distribuido. La red de comunicación eterna suministra los datos necesarios que definen e l comportamiento del re&ulador. Estos datos eternos junto a los propios del proceso se optimizan, obteniéndose los par-metros que se introducen en el al&oritmo de re&ulación y que unidos a la consi&na %referencia', permitir-n enviar al proceso la actualización correspondiente. 4ormalmente la optimización suele ser un acondicionamiento de se$al m-s o menos complejo/ (*C?*(C, conversión 7?<, variación de nivel, comparación, etc.
3e&ulador di&ital
Controlador multifunción 5tiliza en su pro&ramación un len&uaje de alto nivel y permite controlar procesos complejos en los que el re&ulador di&ital b-sico no puede/ 0 Control de procesos por lotes o discontinuos %batc'. 5n ejemplo puede ser una cadena de dosificación en la que no se fabrica siempre el mismo producto y ay que estar variando la consi&na de los dosificadores de acuerdo al producto o receta que se esté fabricando en el momento. 0 Control en tiempo real. La complejidad de las ecuaciones y la din-mica del proceso no pueden ser encomendadas a un controlador b-sico. El controlador multifunción suele estar constituido por un equipo basado en un ordenador personal con elevada capacidad operativa y de comunicación.
Estación de trabajo del operador Proporciona la comunicación con todas las se$ales de la planta para el operador de proceso, el in&eniero de proceso y el técnico de mantenimiento. La presentación de la información a cada uno de ellos se realiza mediante pro&ramas de operación. *e este modo/ a' El operador de proceso ve en la pantalla un &r-fico del proceso %o parte de él' que le interesa, y puede manipular las variables deseadas, las alarmas, las curvas de tendencia, etc. Puede arcivar datos istóricos de la planta que crea interesantes, obtener copias en impresora de las tendencias o de los estados de alarma, etc. b' El in&eniero de proceso puede editar los pro&ramas de control del proceso, construir las representaciones en pantalla de partes del proceso, etc. 8endr- un acceso al proceso muco m-s TcríticoU que el operador y su actuación ser- m-s puntual que la de éste. c' El técnico de mantenimiento se dedicar- desde la estación de trabajo, fundamentalmente, a dia&nosticar y resolver problemas en los elementos de control distribuido de la planta. 8odos los componentes del control distribuido est-n perfectamente comunicados entre ellos, siendo ésta la clave para conse&uir una elevada eficiencia &lobal. El control distribuido tiene una se&uridad mejorada con relación a los sistemas de control convencionales. El sistema es redundante y limita las consecuencias de un fallo, manteniendo el control del sistema y mejorando la fiabilidad. 4iveles de un control distribuido Combinando los conceptos de lazo de control y comunicaciones industriales, un sistema de control distribuido %*C)' consta de uno o m-s TnivelesU de control, los cuales, est-n vinculados con el fin de ejecutar conjuntamente tareas complejas con un m-imo de efectividad y una elevada optimización en el uso de los recursos. En la fi&ura si&uiente se muestra la relación eistente entre los diferentes niveles de un *C), sobre los cuales sería interesante acer la si&uiente precisión/ en su definición ori&inal %cl-sica' eran los niveles I, K y los que realmente formaban el *C), estando el restante %' m-s vinculado al sistema de &estión de la empresa. )in embar&o, oy en día, cuando se abla de control distribuido se est- aciendo referencia a la totalidad de la fi&ura si&uiente, de aí que se tienda a utilizar cada vez m-s el nombre de sistemas de información total. En los niveles inferiores de un control distribuido estar-n aquellos elementos que est-n en contacto con el proceso y, por tanto, ajustados a los par-metros y variables que el proceso suministra y que el *C) debe controlar. En los niveles superiores, los ordenadores, estaciones de trabajo e incluso los autómatas pueden llevar a cabo funciones adicionales tales como/ concentración de datos, an-lisis y optimización de unidades %plantas o divisiones corporativas con cierto &rado de autonomía' del proceso. La adición de al&#n otro nivel al *C) puede también ayudar a inte&rar actividades relacionadas con una división o una planta, tal como compras, recepción de material, control de inventario, facturación, control de calidad y servicios al cliente o usuario. Los sistemas de control distribuido multinivel poseen todas las posibilidades de un sistemas de control centralizado, mientras conservan la fleibilidad, se&uridad y rapidez de respuesta de los controladores autónomos basados en microprocesadores. Por ejemplo, el fallo de cualquier componente de un *C) afecta sólo a una peque$a parte del proceso, si acaso. Por otro lado, si un elemento de un nivel superior falla, los controladores del 4:7EL I continuar-n el control del proceso normalmente, entendiendo por normalidad la ejecución de la #ltima labor encomendada %pro&ramada'. ( diferencia de un sistema centralizado, sólo el 4:7EL I debe estar conectado a las entradas y salidas del proceso. 5n bus de datos sirve para la comunicación entre los controladores y la
interface del operador. Esta distribución física en varios niveles de control puede reducir si&nificativamente el coste del cableado y las modificaciones y mantenimiento pueden llevarse a cabo sin interrumpir el proceso. :nclusive, los *C) son f-cilmente ampliables. Cualquier dispositivo que aya de a$adirse se comunica con otros dispositivos ya instalados en el mismo lu&ar. Esta modularidad proporciona una si&nificativa mejora de costes durante todas las fases de un plan de automatización.
4iveles de un control distribuido En los niveles superiores, los ordenadores, estaciones de trabajo e incluso los autómatas pueden llevar a cabo funciones adicionales tales como/ concentración de datos, an-lisis y optimización de unidades %plantas o divisiones corporativas con cierto &rado de autonomía' del proceso. La adición de al&#n otro nivel al *C) puede también ayudar a inte&rar actividades relacionadas con una división o una planta, tal como compras, recepción de material, control de inventario, facturación, control de calidad y servicios al cliente o usuario. Los sistemas de control distribuido multinivel poseen todas las posibilidades de un sistemas de control centralizado, mientras conservan la fleibilidad, se&uridad y rapidez de respuesta de los controladores autónomos basados en microprocesadores. Por ejemplo, el fallo de cualquier componente de un *C) afecta sólo a una peque$a parte del proceso, si acaso. Por otro lado, si un elemento de un nivel superior falla, los controladores del 4:7EL I continuar-n el control del proceso normalmente, entendiendo por normalidad la ejecución de la #ltima labor encomendada %pro&ramada'. ( diferencia de un sistema centralizado, sólo el 4:7EL I debe estar conectado a las entradas y salidas del proceso. 5n bus de datos sirve para la comunicación entre los controladores y la interface del operador. Esta distribución física en varios niveles de control puede reducir si&nificativamente el coste del cableado y las modificaciones y mantenimiento pueden llevarse a cabo sin interrumpir el proceso. :nclusive, los *C) son f-cilmente ampliables. Cualquier dispositivo que aya de a$adirse se comunica con otros dispositivos ya instalados en el mismo lu&ar. Esta modularidad proporciona una si&nificativa mejora de costes durante todas las fases de un plan de automatización. Elementos requeridos por nivel Este nivel es el denominado de planta o proceso y es el que físicamente se encuentra en contacto con el entorno a controlar, tal como su nombre indica. Para maimizar los beneficios de un *C), en este nivel se utilizan sensores, actuadores y módulos de E?) de los denominados Tinteli&entesU y que &eneralmente est-n basados en microprocesadores %re&ulación di&ital'. Este tipo de el ementos son muy fleibles, permitiendo modificar tanto el control como los cambios requeridos en el proceso, adem-s de ofrecer una f-cil ampliación en caso necesario. :nclusive, los módulos de E?)
pueden manejar varios lazos de control, ejecutar al&oritmos específicos, proporcionar alarmas, llevar a cabo secuencias ló&icas y al&unos c-lculos y estrate&ias de control altamente interactivas. Los sensores, transductores, actuadores y dem-s instrumentos de an-lisis incluidos en el 4:7EL I, se encar&an de comunicar las condiciones del proceso al sistema de control por un lado, y por otro, ajustan el proceso de acuerdo con las órdenes recibidas desde el sistema de control, del mismo nivel o superior. En el primer caso tendríamos los sensores y transductores e instrumental de campo y en el se&undo los actuadores. La coordinación de todos estos elementos se ace, bien mediante un bus de campo, bien mediante un bus de dispositivos. La coneión de los actuadores y sensores al resto del *C) se ardirectamente al bus de comunicación o a los módulos de E?), dependiendo de las posibilidades de comunicación que posean. ( su vez, los módulos de E?) pueden ser unidades de peque$os autómatas, siendo estos los que inte&rar-n las comunicaciones necesarias. La instalación de todo lo relacionado con este nivel de control se lleva a cabo por personal altamente especializado, ya que el mismo elemento %sobre todo transductores y actuadores' unos centímetros adelante o atr-s no mide o act#a con i&ual fidelidad. Estos componentes, sobre todo los transductores, son muy sensibles y precisan unas condiciones de trabajo muy definidas, por lo tanto es fundamental ele&ir el dispositivo adecuado para evitar multitud de problemas Tsin ló&ica aparenteU. 4ivel K )uele denominarse &eneralmente de control y re&ulación. En este nivel se encuentra la interface de operaciones de cada uno de los procesos controlados. La interface de operaciones o consola ser- una estación tipo ordenador personal, ya que constar- de teclado, unidad de visualización y puntero. Esta interface permite al operador observar el estado del proceso y pro&ramar los elementos vinculados a él, individualmente si ello es necesario. Los autómatas %PLCWs' ubicados en este nivel suelen ser de prestaciones m-s llevadas, dotados de módulos de comunicaciones industriales %buses de campo', adem-s de sus funcionalidades características. Por otro lado, los ordenadores ir-n equipados con tarjetas a modo de interface, que permitir-n la relación adecuada con el entorno. (mbos equipos TetraenU los datos m-s si&nificativos del nivel inferior mediante los puentes de comunicaciones adecuados %&ate!ay o brid&e' y los ponen a disposición de la interface de operaciones. La interface de operaciones permite al operador ver datos del proceso en cualquier formato. Los formatos pueden incluir una visión &lobal del estado del proceso, representaciones &r-ficas de los elementos o equipos de proceso, tendencias de las variables, estado de alarmas y cualquier otro tipo de información. El operador usa el teclado?puntero para diri&ir los controladores, requerir información del proceso, ejecutar estrate&ias de control y &enerar informes de operación. Esta interface se ubica físicamente cerca del proceso o procesos controlados. En este se&undo nivel nos encontramos con las celdas o células, vinculadas a los diferentes procesos %cada una a uno, normalmente' y en ellas se pueden producir los primeros descartes de productos a raíz de las anomalías detectadas. Los niveles I y K tienden a inte&rarse cada vez m-s en uno solo/ control y re&ulación en planta. Ello es debido, principalmente a que los elementos de campo %4:7EL I' son cada vez m-s sofisticados, arrebatando el campo a los controladores del 4:7EL K, ya que al&unos de ellos adem-s de incluir varios elementos a la vez %transductor, acondicionador, re&ulación di&ital', posee una interface lo suficientemente potente como para comunicar directamente con niveles superiores.
*e eco, la consola de operaciones del 4:7EL K puede ser usada para interro&ar o diri&ir un controlador inteli&ente del 4:7EL I. Esta combinación de inteli&encia, controladores independientes e interface de operador, proporciona la se&uridad, velocidad, potencia y fleibilidad que es la esencia de un *C). 4ivel Este nivel es el conocido como de mando de &rupos y en él se sit#a la denominada en su día Tinterface del in&enieroU y que oy en día suele conocerse como Tinterface para el control de la línea de producciónU. Esta interface %con cualquiera de sus nombres' de un *C) facilita la coordinación de las diferentes células eistentes en el nivel inferior, a la vez que supervisa y controla toda un -rea, permitiendo obtener una visión m-s amplia de lo que se est- ejecutando en la planta. 8ambién proporciona información importante a los in&enieros después de la instalación y puesta en marca del sistema. Para mejorar la productividad, una Tinterface de in&enieroU deber- ser f-cil de usar, r-pida y eficiente. "en#s de operaciones y bases de datos ayudan a mejorar el uso y la productividad. *e aí que en este nivel se incluyan, sobre todo, ordenadores con soft!are muy específico. En este nivel se produce también un an-lisis pormenorizado de los datos &enerados en niveles inferiores y se producen los descartes definitivos. (dem-s se aplican los criterios m-s ei&entes de control de calidad y se planifica la producción a medio y corto plazo. En el 4:7EL de un sistema de control distribuido se produce la primera centralización, entendiendo por ello la concentración masiva de información, &racias a lo cual se pueden planificar estrate&ias sofisticadas en lo que a la producción industrial se refiere. (sí, en este nivel se deciden aspectos productivos tan importantes como entrada y salida de materiales, es decir, la lo&ística de aprovisionamiento. 4ivel Es el nivel de dirección de la producción. En este nivel se define la estrate&ia de la producción en relación con el an-lisis de las necesidades del mercado y se formulan previsiones de producción a lar&o plazo. )obre estas previsiones, se planifica la producción en el 4:7EL . En este cuarto nivel se utilizan estaciones de trabajo, que permiten simular estrate&ias de producción e intercambiar datos con otros departamentos vinculados %dise$o, :;*, etc', adem-s de establecer posibles cambios en in&enierías de los procesos. Es un nivel con enfoques m-s mercantiles, por lo que no profundizaremos m-s en él y tan sólo a$adiremos que los ordenadores en este nivel est-n especializados en &estión y almacenamiento de datos, adem-s de estar vinculados mediante la red de comunicación correspondiente a sus respectivas aplicaciones. 6iblio&rafía ttp/??es.!iJipedia.or&?!iJi?(dquisiciXCX6nYdeYdatos ttp/??!!!.buenastareas.com?ensayos?8opicos2*e2Control?HOKMFM.tml ttp/??!!!.buenastareas.com?ensayos?Control2(sistido2Por2Computadora?IHFQGH.tml ttp/??!!!.buenastareas.com?ensayos?8opicos2*e2Control2(sistido2Por2 Computadora?KHMKQFM.tml
