Fundamentos de los Sistemas de Control Industrial: Componentes y Tipos Esenciales

Sistemas de Control: Fundamentos y Componentes Esenciales

Un sistema de control es un conjunto de componentes interconectados que permiten automatizar y regular el funcionamiento de procesos o de otros sistemas. Ejemplo: la regulación de la temperatura en un hogar.

Componentes Clave de un Sistema de Control

• Planta o Proceso: El sistema o proceso que se desea controlar.
• Sensor: Elemento encargado de medir la magnitud que se desea controlar, proporcionando información relevante sobre el estado del sistema.
• Comparador: Dispositivo que compara el valor medido por el sensor (salida real) con el valor deseado o de referencia (entrada).
• Controlador o Regulador: El "cerebro" del sistema de control. Recibe la señal de diferencia del comparador y determina la acción necesaria para que los actuadores corrijan la desviación.
• Actuadores: Son los elementos del sistema cuya función es alterar la salida del proceso, ejecutando las órdenes del controlador.

Tipos de Sistemas de Control

Sistemas de Control en Lazo Abierto

Un sistema de control en lazo abierto se caracteriza por carecer de sensor. Por lo tanto, la salida del sistema no tiene influencia sobre la entrada del mismo. No existe retroalimentación, lo que significa que la entrada y la salida son independientes.

Ejemplo: Un sistema de alumbrado con temporizador. Este sistema carece de sensor de luz y se enciende y apaga siempre a la misma hora preestablecida. La salida del sistema (la luz) no afecta al control, por lo que no se encenderá antes aunque haya poca luz ambiental.

Sistemas de Control en Lazo Cerrado

Un sistema de control en lazo cerrado se caracteriza por la existencia de una retroalimentación de la salida. Esto implica que el valor de la salida del sistema se mide y se realimenta a la entrada para ser comparado con el valor deseado. En estos sistemas, un sensor mide el valor de la salida y un comparador lo contrasta con el valor de referencia (entrada). El comparador detecta si existe una diferencia (error) entre la salida real y la deseada. El controlador interpreta este error y determina la acción que deben realizar los actuadores para corregirlo.

Ejemplo: En invierno, si existe una diferencia entre la temperatura deseada en un hogar y la temperatura real medida, la calefacción se activará automáticamente. Si no hay diferencia, la calefacción permanecerá inactiva.

Sensores: La Interfaz con el Entorno

Los sensores son elementos fundamentales que conectan el sistema de control con su entorno. Su función es medir una determinada magnitud física y emitir una señal que reacciona a los cambios en dicha magnitud. Aquellos sensores que emiten una señal eléctrica se conocen como transductores. Esta señal eléctrica, proveniente de los transductores, se procesa en un circuito electrónico, un ordenador o directamente en el controlador del sistema.

Clasificación de Sensores

Según el Tipo de Señal

• Analógicos: Producen una señal continua en el tiempo, lo que significa que la señal puede tomar cualquier valor dentro de un rango determinado.
• Digitales: Generan una señal digital, que no es continua sino discreta. Esto implica que la señal solo representa valores en instantes de tiempo específicos o estados definidos (ej., encendido/apagado).

Según el Rango de Valores

• De Cierre de Contacto: Sensores que solo proporcionan dos estados o valores discretos (ej., abierto/cerrado, 0/1).
• Proporcionales: Sensores que miden magnitudes físicas (como luz, sonido, humedad, temperatura, etc.) y cuya señal de salida es directamente proporcional a la magnitud medida.

Según la Naturaleza de su Funcionamiento

• Mecánicos: Aquellos que operan mediante el movimiento o la deformación de componentes físicos en respuesta a la magnitud medida. Ejemplo: Sensor bimetálico.

Actuadores: El Motor del Sistema de Control

Los actuadores son los elementos del sistema de control encargados de generar movimiento o realizar una acción física sobre el proceso. Ejemplo: En un sistema de riego automático, un actuador abrirá o cerrará la válvula del grifo.

Tipos de Actuadores

Se distinguen tres tipos principales:

• Eléctricos: Emplean corriente eléctrica como fuente de energía para realizar el movimiento. Requieren alimentación eléctrica. Dentro de esta categoría, distinguimos:
  • Solenoides: Actuadores cuyo movimiento es lineal.
  • Motores: Actuadores cuyo movimiento es giratorio.
• Neumáticos: Funcionan con aire comprimido como fuente de energía para realizar los movimientos. Ofrecen movimientos rápidos, pero con una fuerza limitada.
• Hidráulicos: Similares a los neumáticos, pero utilizan un líquido hidráulico (aceite) como medio de energía. Permiten movimientos lentos, pero con una gran fuerza.