Conceptos Clave de la Tecnología de Control y Automatización Industrial

Conceptos Fundamentales en Sistemas de Control

Definiciones Básicas

Planta

Una planta es un equipo cuyo objetivo es realizar una operación determinada. Se concibe como un objeto físico que debe controlarse, por ejemplo, un reactor químico o un vehículo espacial.

Proceso

Un proceso es una operación o desarrollo natural caracterizado por una serie de cambios graduales, progresivamente continuos, que suceden uno tras otro de un modo relativamente fijo y que tienden a un determinado resultado final.

Sistema

Un sistema es una combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen un determinado objetivo. Es importante notar que no está limitado a objetos físicos.

Perturbación

Una perturbación es una señal que tiende a afectar adversamente el valor de la salida de un sistema.

• Si la perturbación se genera dentro del sistema, se le denomina perturbación interna.
• Una perturbación externa se genera fuera del sistema y constituye una entrada no deseada.

Servosistema (Servomecanismo)

Un servosistema (o servomecanismo) es un sistema de control retroalimentado en el que la salida es algún elemento mecánico, ya sea posición, velocidad o aceleración.

Control Retroalimentado y Regulación

Control Retroalimentado (Feedback Control)

El control retroalimentado es una operación que, en presencia de perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia, actuando sobre la base de esta diferencia. Este concepto se aplica especialmente a las perturbaciones no previsibles.

Sistema de Control Retroalimentado

Un sistema de control retroalimentado tiende a mantener una relación establecida entre la salida y alguna entrada de referencia, comparándolas y utilizando la diferencia como medio de control. Un ejemplo clásico es el control de temperatura ambiente en una habitación.

Sistema de Regulación Automática

Es un sistema retroalimentado en el que la entrada de referencia o la salida son constantes o varían lentamente en el tiempo. La tarea fundamental consiste en mantener la salida en el valor deseado a pesar de las perturbaciones presentes.

Sistema de Control de Procesos

Se denomina sistema de control de procesos a un sistema de regulación automático en el que la salida es una variable física como temperatura, presión, flujo, nivel de líquido o pH. Este tipo de sistema tiene amplia aplicación en la industria. Con frecuencia se usan controles programados, como el control de la temperatura de un horno de calentamiento, donde la temperatura se regula según un programa preestablecido.

Tipos de Sistemas de Control

Sistema de Control de Lazo Cerrado

También conocido como sistema de control retroalimentado. En este sistema, la señal de error actuante (que es la diferencia entre la señal de entrada y la de retroalimentación) entra al controlador para reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor deseado.

Sistema de Control de Lazo Abierto

Es aquel donde la salida no tiene efecto sobre la acción de control. En un sistema de control de lazo abierto, la salida no se mide ni se retroalimenta para compararla con la entrada.

Ventajas del Lazo Cerrado frente al Lazo Abierto

Una ventaja crucial del lazo cerrado es que el uso de la retroalimentación hace que la respuesta del sistema sea relativamente insensible a perturbaciones externas y a variaciones internas de parámetros del sistema.

Esto permite utilizar componentes relativamente imprecisos y económicos y aun así lograr la exactitud de control requerida para una determinada planta, algo que sería imposible en un control de lazo abierto.

Variables y Acción de Control

Variable Controlada

Es la cantidad o condición que se mide y se controla. Normalmente, la variable controlada es la salida del sistema.

Variable Manipulada

Es la cantidad o condición modificada por el controlador a fin de afectar la variable controlada.

Control (Acción)

El control implica medir el valor de la variable controlada del sistema y aplicar la variable manipulada para corregir o limitar la desviación del valor medido respecto al valor deseado.