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CONTROL AUTOMÁTICO Unidad I Fundamentos

ING. JOHN VERA

FUNDAMENTOS Importancia y campo de aplicación. • Representación en diagramas de bloques. • Definiciones generales y clasificación de los sistemas de control. • Transformada de Laplace. • Introducción al diseño de control asistido por computadora. • Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA. •

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FUNDAMENTOS

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FUNDAMENTOS ¿Qué es un sistema? Un sistema es un conjunto de variables, es decir un sistema es aquel que queda caracterizado por sus atributos (variables de estado) que deben definir el estado de la entidad. Los estados de las entidades principales determinan el estado del sistema. Un sistema tiene fronteras (variables de entrada - salida), en el cual existe dentro de un entorno y pueden dividirse en subsistemas.

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FUNDAMENTOS Variable controlada Es la cantidad o condición que se mide y controla. Variable manipulada Señal de control o variable manipulada es la cantidad o condición que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada. Control realimentado Es una operación que en presencia de perturbaciones tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia y lo realiza tomando en cuenta esta diferencia. 5

FUNDAMENTOS Sistemas de control Sistema de control de velocidad, el regulador de Watt trabaja regulando la cantidad de combustible que se admite en la maquina y se ajusta de acuerdo con la diferencia entre la velocidad de la máquina que se pretende y la velocidad real.

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FUNDAMENTOS Sistemas de control Sistema de control de temperatura, la temperatura del horno eléctrico se mide mediante un termómetro, que es un dispositivo analógico. La temperatura analógica se convierte a una temperatura digital mediante un convertidor A/D.

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FUNDAMENTOS Sistemas de control El control por realimentación es un factor fundamental de la industria y la sociedad moderna. Es una tarea placentera el manejar un automóvil cuando este responde rápidamente a las ordenes del conductor. Muchos de los autos actuales tienen dirección y frenos de potencia con amplificadores hidráulicos para aumentar la fuerza de los frenos o el volante de la dirección.

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FUNDAMENTOS Sistemas de control Sensor del volante de la dirección

Rumbo deseado

Error Conductor

Mecanismo de dirección

Rumbo real de viaje

Automóvil

Medición visual y táctil 9

FUNDAMENTOS Campo de aplicación •

Controles mecánicos (velocidad, posición)

•

Controles numéricos

•

Controles de espesor (acero, papel)

•

Controles de proceso (petróleo, química)

•

Control y monitoreo de la contaminación

•

Control de reactores nucleares 10

FUNDAMENTOS El ser humano como un controlador (dirección de un barco)

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FUNDAMENTOS Control automático de la dirección de un barco

𝜃𝑑 = 𝑘𝑝1 (𝑐𝑢𝑟𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑜 − 𝑐𝑢𝑟𝑠𝑜 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑟𝑐𝑜)

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FUNDAMENTOS Representación en diagramas de bloques La representación grafica del conjunto de bloques que componen un sistema formara el diagrama de bloques. Los bloques se unen mediante líneas, que con sus flechas señalan la dirección del flujo de información o señales que circulan a lo largo del sistema. La adición algebraica o comparación de señales se representará por un pequeño circulo o sumatorio, y se anotara junto a cada señal de entrada el signo con el que se halle operando.

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FUNDAMENTOS Álgebra de bloques Las variables se representan con letras minúsculas, mientras que las mayúsculas significan las transmitancias de los bloques. 𝑦 𝑥

Transmitancia = 𝐺 = → 𝑦 = 𝐺𝑥 𝐺𝐹 = 𝐹𝐺 𝐺+𝐹 =𝐹+𝐺 𝐺𝑥 + 𝐺𝑦 = 𝐺 𝑥 + 𝑦 𝐺𝑥 + 𝐹𝑥 = 𝐺 + 𝐹 𝑥 𝑥 − 𝑦 = 𝑥 + −𝑦 = 𝑥 − (+𝑦)

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FUNDAMENTOS Álgebra de bloques

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FUNDAMENTOS Álgebra de bloques

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FUNDAMENTOS Álgebra de bloques Transformación de un lazo sencillo de realimentación en un bloque único

𝑥𝐺 𝑧 = 𝐺𝑒; 𝑒 = 𝑥 − 𝑚; 𝑚 = 𝐻𝑧; 𝑧 = 𝐺𝐻 + 1 17

FUNDAMENTOS Álgebra de bloques Traslación de un bloque dentro de un lazo de realimentación

𝐹𝐺 𝑧 = 𝐺 𝐹𝑥 − 𝑚 ; 𝑚 = 𝐻𝑧; 𝑧 = 𝑥 𝐺𝐻 + 1 18

FUNDAMENTOS Ejercicios prácticos

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FUNDAMENTOS Ejercicios prácticos 𝑪 𝒔 𝑮𝟏 𝑮𝟐 𝑮𝟑 𝑮𝟒 = 𝑹 𝒔 𝟏 − 𝑮𝟑 𝑮𝟒 𝑯𝟏 + 𝑮𝟐 𝑮𝟑 𝑯𝟐 + 𝑮𝟏 𝑮𝟐 𝑮𝟑 𝑮𝟒 𝑯𝟑

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FUNDAMENTOS Ejercicios prácticos

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FUNDAMENTOS Ejercicios prácticos

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FUNDAMENTOS Ejercicios prácticos

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FUNDAMENTOS Ejercicios prácticos

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FUNDAMENTOS Clasificación de los sistemas de control El control se clasifica en dos sistemas: •

Sistemas de control en lazo abierto.

•

Sistemas de control en lazo cerrado.

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FUNDAMENTOS SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO •

Monitorear ciertas variables indicadoras de la condición del proceso a través de la medición. •

Promover cambios en las variables del proceso apropiadas para mejorar las condiciones operativas. Medir Medir Comparar Comparar

Modificar Modificar

Decidir Decidir 26

FUNDAMENTOS Control en lazo abierto Sistema en los cuales la salida no afecta la acción de control. Entrada de líquido Valor deseado

CONTROLADOR

Vapor Salida de líquido

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FUNDAMENTOS Control en lazo cerrado Sistema en donde se compara la variable controlada con el valor deseado Entrada de líquido CONTROLADOR Sensor de temperatura Vapor Salida de líquido

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FUNDAMENTOS Diagramas P&ID Para la representación y designación de instrumentos de medición y control se usan normas, la más importante es la ISA (Instrument Society of America) Sociedad de Instrumentos de Estados Unidos y la DIN alemana. Cuyo objetivo es establecer código y símbolos estandarizados para las industrias químicas, petroquímicas, cementeras, cerámica, etc.

Esta representación combinada se la conoce como Diagrama de Tubería e Instrumentación (P&ID).

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FUNDAMENTOS NORMA ISA •

ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), identificación y símbolos de instrumentación.

•

ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), diagramas lógicos binarios para operaciones de procesos.

•

ISA-S5.3-1983, símbolos gráficos para control distribuido, instrumentación de desplegados compartidos, sistemas lógicos y computarizados.

•

ANSI/ISA-S5.4-1991, diagrama de lazo de instrumentación.

•

ANSI/ISA-S5.5-1985, símbolos gráficos para desplegados de procesos. 30

FUNDAMENTOS ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL Elemento sensor Transmisores Controladores

LE 01 LT 01

TIC

01

Elementos finales de control 31

FUNDAMENTOS

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FUNDAMENTOS Instrumentos y variables de un lazo de control

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FUNDAMENTOS Instrumentos y variables de un lazo de control La secuencia en cada uno de los instrumentos o funciones de un lazo están conectados en un diagrama y pueden reflejar el funcionamiento lógico o información acerca del flujo, algunos de estos arreglos no necesariamente corresponderán a la secuencia de la señal de conexión. Un lazo electrónico usando una señal analógica de voltaje requiere de un cableado paralelo, mientras un lazo que usa señales de corriente analógica requiere de series de interconexiones. El diagrama en ambos casos podría ser dibujado a través de todo el cableado, para mostrar la interrelación funcional claramente mientras se mantiene la presentación independiente del tipo de instrumentación instalada. 34

FUNDAMENTOS Instrumentos y variables de un lazo de control

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FUNDAMENTOS Instrumentos y variables de un lazo de control

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FUNDAMENTOS Instrumentos y variables de un lazo de control

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FUNDAMENTOS Instrumentos y variables de un lazo de control

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FUNDAMENTOS Instrumentos y variables de un lazo de control

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FUNDAMENTOS Instrumentos y variables de un lazo de control

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FUNDAMENTOS El problema de control Teoría Clásica de Control Dado un cierto sistema, la resolución del problema de control consiste en la determinación de las entradas y de sus valores más apropiados, con objeto de que el comportamiento de la salida o salidas se ajusten a unas pautas prefijadas, omitiendo la intervención humana. La solución propuesta queda supeditado al conocimiento de la relación existente entre entrada y salida, así como a la calibración y exactitud de la instrumentación a utilizar. 41

FUNDAMENTOS El problema de control Teoría Clásica de Control De forma clásica y general, los sistemas de control se pueden clasificar según dos grupos: •

Servosistemas: es en donde la señal de salida y(t) siga en lo posible, las variaciones de la señal de referencia r(t). Suelen incluir un bloque regulador en aras a mejorar las especificaciones estáticas y dinámicas de respuesta. Normalmente la salida es una posición, velocidad o aceleración, por lo que en ocasiones se les conoce por servosistemas de posición, de velocidad o de aceleración. 42

FUNDAMENTOS El problema de control Teoría Clásica de Control De forma clásica y general, los sistemas de control se pueden clasificar según dos grupos: •

Sistemas de regulación: donde la salida del sistema y(t) se mantenga en un valor deseado, incluso ante la eventual existencia de perturbaciones z(t). En este caso, la entrada de referencia r(t) es constante o varia lentamente en el tiempo. También en esta situación se suele observas la adición de un regulador de bucle de control con el objetivo de mejorar las prestaciones estáticas y dinámicas de respuesta. 43

FUNDAMENTOS El problema de control Teoría Clásica de Control Entre los reguladores más utilizados, se pueden considerar aquellos que implementan las acciones de control tales como: •

Acciones de dos estados (on / off o también llamado todo o nada).

•

Acciones de control proporcional, derivativa e integral. Su consideración simple y combinada: P, PI, PD y PID.

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FUNDAMENTOS El problema de control Teoría Moderna de control El problema de control queda resuelto tras determinar las magnitudes de las acciones de control que deben ser consideradas con objeto de llevar al sistema desde un estado x(t) a otro estado x(t+t1) en otro instante de tiempo. Requiere una restricción o restricciones adicionales en la forma de una función de coste o índice de funcionamiento referido a las desviaciones del sistema con respecto a una salida o a un estado determinado y que a menudo establece penalizaciones a acciones de control excesivas. 45

FUNDAMENTOS El problema de control Teoría Moderna de control También se puede plantear que el sistema alcance un cierto estado en un tiempo prefijado. Se puede plantear la consideración de un sistema continuo cuya representación interna sea: 𝑥 𝑡 = 𝑓 𝑥 𝑡 ,𝑢 𝑡 ,𝑡 𝑡 ∈ [0, 𝑇]

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FUNDAMENTOS El problema de control Teoría Moderna de control Bajo esta perspectiva, la acción de control en cada instante 𝑢(𝑡) se puede calcular en función del estado actual 𝑥(𝑡), y de la matriz de ganancia 𝐾(𝑡) calculada, que faculta la minimización del índice planteado. Se puede expresar, por tanto, que: 𝑢 𝑡 = 𝐾 𝑡 ∙ 𝑥(𝑡)

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FUNDAMENTOS El problema de control Teoría Moderna de control

Ley de Control

𝑢(𝑡)

Proceso

y(𝑡)

𝑥(𝑡) ො Observador

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FUNDAMENTOS El problema de control Control por Computadora Computador Reloj

A/D

𝑦{𝑘𝑇}

𝑢{𝑘𝑇}

Algoritmo

D/A

𝑢(𝑡)

Proceso

𝑦(𝑡)

Sensor 49

FUNDAMENTOS El problema de control Control por Computadora Como se puede apreciar, la salida del sistema 𝑦(𝑡) es una señal continua puesto que esta es la naturaleza del proceso controlado. La señal una vez que ha sido medida por el sensor debe ser convertida a código digital con objeto de ser entendible por el computador que debe procesarla; habitualmente esta operación se suele realizar disponiendo de un convertidor analógico a digital (A/D). La conversión tiene lugar en los instantes de muestreo (𝑡𝐾 ), operación introducida debido a la naturaleza discreta del computador, y gobernada por el reloj de tiempo real del computador. Como consecuencia, el algoritmo de control implementado dispone de una serie de valores 𝑦(𝑡𝐾 ), que procesados dan lugar a la generación de una secuencia de acciones de control calculadas 𝑢(𝑡𝐾 ). 50

FUNDAMENTOS Transformadas de Laplace La transformada de Laplace es un artificio o herramienta matemática que provee un método sistemático y relativamente sencillo de resolución de ecuaciones diferenciales lineales. Se trata de un método operacional. Por mediación de este método, una ecuación diferencial es transformada en una ecuación algebraica, en la que la variable compleja s sustituye al tiempo como variable independiente. Resolviendo esta ecuación algebraica y llevando a cabo la transformación inversa, también llamada antitransformada, se obtiene la solución de la ecuación diferencial original. 51

FUNDAMENTOS Transformadas de Laplace En instrumentación, la ventaja de trabajar con las transformaciones de Laplace es que existen tablas de conversión muy extensas que cubren prácticamente la totalidad de las funciones que pueden surgir al analizar los sistemas controlados. La respuesta de un sistema puede, de este modo, ser obtenida fácilmente sin más que consultar dichas tablas y con un pequeño trabajo adicional algebraico.

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FUNDAMENTOS Transformadas de Laplace Variable compleja: un número complejo tiene una parte real y una parte imaginaria, y ambas son constantes. Si la parte real y/o la parte imaginaria son variables, el número complejo se denomina variable compleja. En la transformada de Laplace la notación s como variable compleja 𝑠 = 𝜎 + 𝑗𝜔 Función compleja: una función compleja 𝐺(𝑠) es una función de s, que tiene parte real y una parte imaginaria 𝐺 𝑠 = 𝐺𝑥 + 𝑗𝐺𝑦

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FUNDAMENTOS 1 𝑠

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FUNDAMENTOS

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FUNDAMENTOS

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FUNDAMENTOS Transformada de Laplace Ejercicios

𝑓 𝑡 = 𝑒 𝑎𝑡 𝑓 𝑡 = 𝑡𝑒 −2𝑡 𝑓 𝑡 = sin 𝜔𝑡 1 𝑠𝑖 𝑡 < 1 2 𝑠𝑖 1 < 𝑡 < 2 𝐴𝑔 𝑡 − 𝑎 = ቐ 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑖𝑡𝑜 𝑡 = 1, 𝑡 = 2

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FUNDAMENTOS Transformada de Laplace Ejercicios 𝑓 𝑡 = 8 cos 𝑡 sin 𝜔𝑡 𝑓 𝑡 = 𝑡

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FUNDAMENTOS Transformada de Laplace Ejercicios ∞

ℒ𝑓 𝑡

𝑓 𝑡 = 8 cos 𝑡

∞ 𝑖𝑡

−𝑖𝑡 𝑒 + 𝑒 = 𝐹 𝑠 = න 8 cos 𝑡 𝑒 −𝑠𝑡 𝑑𝑡 = 8 න ∗ 𝑒 −𝑠𝑡 𝑑𝑡 2 0 0

8 = න𝑒 2

𝑖−𝑠 𝑡

𝑑𝑡 + න 𝑒

−𝑖−𝑠 𝑡

𝑑𝑡 =

8 𝑒 𝑖−𝑠 𝑡 ∞ 𝑒 − 𝑖+𝑠 𝑡 ∞ 8 1 1 8 𝑖−𝑠−𝑖−𝑠 ቚ − ቚ = − + = − 2 𝑖−𝑠 0 𝑖+𝑠 0 2 𝑖−𝑠 𝑖+𝑠 2 𝑠2 − 1 =

8𝑠 𝑠 2 −1 59

FUNDAMENTOS Transformada de Laplace Ejercicios ∞ ∞ sin 𝜔𝑡 𝑓 𝑡 𝑤 𝑓 𝑡 = =ℒ = න ℒ 𝑓 𝑡 𝑑𝑠 = න 2 𝑑𝑠 2 𝑡 𝑡 𝑠 +𝑤 𝑠 𝑠 ∞ 1 1 𝑠 𝑑𝑠 𝑠 ∞ න 2 𝑑𝑠 = arctan → 𝑤න 2 = arctan ቚ 2 2 𝑠 +𝑎 a 𝑎 𝑤 𝑠 𝑠 𝑠 +𝑤 ∞ 𝑠 𝜋 𝑠 arctan − arctan = − arctan 𝑤 𝑤 2 𝑤

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FUNDAMENTOS Transformada inversa de Laplace Se comienza de una función racional, esto es de una relación de polinomios en denominador y numerador. En función de la forma del denominador se procederá a considerar diversas alternativas que recogen la totalidad de los casos. No hay que perder de vista que todo este procedimiento se lleva a cabo con la intención de poder descomponer la función en el dominio s en funciones más elementales cuya antitransformada sea fácilmente conocida (uso de tablas) o deducible.

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FUNDAMENTOS Transformada inversa de Laplace También se puede aplicar la propiedad de linealidad: 𝐿−1 𝛼𝐹 𝑠 = 𝛼𝐿−1 𝐹 𝑆 = 𝛼𝑓 𝑡 𝐿−1 𝐹 𝑠 + 𝐺 𝑠 = 𝐿−1 𝐹 𝑠 + 𝐿−1 𝐺 𝑠 = 𝑓 𝑡 + 𝑔(𝑡) Básicamente el procedimiento consiste en obtener las raíces del polinomio denominador y en función de su forma descomponer de una cierta manera la función global asumiendo fracciones parciales cuyos numeradores reciben el nombre de residuos (de la raíz cuya fracción se está considerando).

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FUNDAMENTOS Transformada inversa de Laplace Polos reales simples 𝐹 𝑠 =

𝐾1 𝐾2 𝐹 𝑠 = + 𝑠+1 𝑠+2 𝐾1 = 𝐹 𝑠 𝑠 + 1 ቚ

1 𝑠+1 𝑠+2

𝑠+1 1 = ቚ = ቚ =1 𝑠 + 1 𝑠 + 2 𝑠=−1 𝑠 + 2 𝑠=−1 𝑠=−1 𝑠+2 1 𝐾2 = 𝐹 𝑠 𝑠 + 2 ቚ = ቚ = ቚ = −1 𝑠 + 1 𝑠 + 2 𝑠=−2 𝑠 + 1 𝑠=−2 𝑠=−2 1 −1 𝐹 𝑠 = + 𝑠−1 + 1 𝑠 + 2 −𝑡 𝑓 𝑡 = 𝐿 𝐹 𝑠 = 𝑒 − 𝑒 −2𝑡 63

FUNDAMENTOS Transformada inversa de Laplace Polos reales múltiples

1 𝑠 + 1 𝑠3 𝐾1 𝐴3 𝐴2 𝐴1 𝐾1 𝑠 3 + 𝐴3 𝑠 + 1 + 𝐴2 𝑠 + 1 𝑠 + 𝐴1 𝑠 + 1 𝑠 2 𝐹 𝑠 = + + + = 𝑠 + 1 𝑠3 𝑠2 𝑠 𝑠 + 1 𝑠3 1 = 𝐾1 𝑠 3 + 𝐴3 𝑠 + 1 + 𝐴2 𝑠 + 1 𝑠 + 𝐴1 𝑠 + 1 𝑠 2 1 = 𝑠 3 𝐾1 + 𝐴1 + 𝑠 2 𝐴1 + 𝐴2 + 𝑠 𝐴3 + 𝐴2 + 𝐴3 0 = 𝐾1 + 𝐴1 → 𝐾1 = −1 0 = 𝐴1 + 𝐴2 → 𝐴1 = 1 0 = 𝐴3 + 𝐴2 → 𝐴2 = −1 𝐴3 = 1 2 1 1 1 1 t F s =− + 3+ − 2 + → f t = L−1 F s = e−1t + − t + 1 s+1 s s s 2 𝐹 𝑠 =

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FUNDAMENTOS Transformada inversa de Laplace Polos reales múltiples

2 𝑠 + 3 (𝑠 2 + 2𝑠 + 5) 𝐴 𝐵𝑠 + 𝐶 𝐴 𝑠 2 + 2𝑠 + 5 + 𝐵𝑠 + 𝐶 𝑠 + 3 = + = 𝑠 + 3 𝑠 2 + 2𝑠 + 5 𝑠 + 3 𝑠 2 + 2𝑠 + 5 𝐹 𝑠 =

𝐴 + 𝐵 = 0 → 𝐴 = 1/4 2𝐴 + 3𝐵 + 𝐶 = 0 → 𝐵 = −1/4 1

5𝐴 + 3𝐶 = 2 → 𝐶 = 1 1 𝑠−14 1 1 𝑠+1 2 𝐹 𝑠 = 4 𝑠+3 − 𝑠2 +2𝑠+5 = 4 𝑠+3 − 𝑠+1 2 +22 + 𝑠+1 2 +22 1 −3𝑡 𝑓 𝑡 = [𝑒 − 𝑒 −𝑡 cos 2𝑡 + 𝑒 −𝑡 sin(2𝑡)] 4 65

FUNDAMENTOS Escalón unitario Es una señal constante de magnitud 1 que es aplicado a un sistema de tiempo 𝑡 = 0. 1 𝑠𝑖 𝑡 < 1 2 𝑠𝑖 1 < 𝑡 < 2 𝑔 𝑡 = 𝐴𝑔 𝑡 − 𝑎 = ቐ 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑖𝑡𝑜 𝑡 = 1, 𝑡 = 2

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FUNDAMENTOS Escalón unitario Es una señal constante de magnitud 1 que es aplicado a un sistema de tiempo 𝑡 = 0. 𝑔 𝑡 =𝑢 𝑡−1 −𝑢 𝑡−2 𝑒 −𝑠 𝑒 −2𝑠 𝑒 −𝑠 − 𝑒 −2𝑠 𝐺 𝑠 = − = 𝑠 𝑠 𝑠 syms t g = heaviside(t-1) – heaviside(t-2); G=laplace(g) 67

FUNDAMENTOS Introducción al diseño de control asistido por computadora MATLAB® es un entorno informático técnico (programa) diseñado para resoluciones numéricas y visualización computacional. Es una herramienta estándar en muchas universidades y organizaciones de investigación para realizar cálculos matemáticos. Originalmente escrito para proporcionar acceso al software de manipulación de matrices, MATLAB se ha convertido en una herramienta poderosa para simplificar el análisis matemático. Para usar MATLAB con éxito, el estudiante debe entender cómo ingresar y manipular variables, cómo modelar sistemas de control en MATLAB y cómo producir gráficos y gráficas que describan las especificaciones de rendimiento de los sistemas de control. 68

FUNDAMENTOS Introducción al diseño de control asistido por computadora El nombre MATLAB hace referencia a matrix laboratory, y su código fue escrito, en principio, para proporcionar un acceso fácil al software de matrices desarrollado dentro de los proyectos LINPACK y EISPACK. Hoy en día, MATLAB emplea el software desarrollado por los proyectos LAPACK y ARPACK, que presentan el estado del arte en cómputo matricial. Desde su aparición, MATLAB ha ido renovándose y creciendo gracias a las contribuciones de sus usuarios. Producto del interés que distintas áreas científico − técnicas en MATLAB han surgido gran cantidad de funciones específicas para cada área que tienen agrupadas en un paquete denominado toolbox. Estas toolboxes consisten en colecciones de funciones para MATLAB m−functions desarrolladas para resolver problemas de un tipo particular. De entre esas área podemos citar: • Procesamiento de Señal. • Sistemas de Control. • Redes Neuronales. • Procesamiento de Imágenes.

• Lógica Difusa. • Caracterización y Modelado de Sistemas. • Economía. • Ecuaciones Diferenciales Multidimensionales. 69

FUNDAMENTOS Introducción al diseño de control asistido por computadora El sistema completo independientemente.

MATLAB

consiste

de

5

bloques

diferenciados

y

que

pueden

funcionar

Entorno de Desarrollo: Es el conjunto de herramientas que le permite usar los archivos y funciones de MATLAB. La mayoría de estas herramientas son interfaces gráficas para el usuario. En concreto la de más alto nivel es el denominado MATLAB desktop , que incluye al Command Window, al Command History, al Workspace viewer y al Path Browser. Librería de Funciones: Esta librería es una amplísima colección de algoritmos de cómputo de muy diversa complejidad, desde sumas, restas y funciones trigonométricas hasta obtención de FFTs, etc. Lenguaje de MATLAB: Es un lenguaje de programación de alto nivel cuyo elemento básico es un array. Como buen lenguaje de programación incluye sentencias de control de flujo, estructuras, y objetos.

Sistema de Gráficos: Que le permite visualizar sus datos en una gran cantidad de representaciones distintas. Gracias a comandos de alto nivel Ud. podrá visualizar gráficos bi−dimensionales y tri−dimensionales, imágenes, animaciones, etc. Además incluye comandos de bajo nivel que le permitirán personalizar sus representaciones gráficas y construir interfaces gráficas para usuarios. API (Application Program Interface): Esta es una librería que le permitirá escribir − o reusar − sus funciones en C o Fortran y hacerlas interactuar con códigos escritos en el lenguaje nativo de MATLAB. 70

FUNDAMENTOS Introducción al diseño de control asistido por computadora

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FUNDAMENTOS Introducción al diseño de control asistido por computadora

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FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) es un sistema de adquisición de datos y control supervisor. Es un sistema que permite supervisar una planta o proceso por medio de una estación central que hace de master (estación maestra o unidad terminal maestra MTU) y una o varias unidades remotas (generalmente RTUs) por medio de las cuales se hace el control / adquisición de datos / desde el campo.

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FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA Los sistemas SCADA originalmente se diseñaron para cubrir las necesidades de un sistema de control centralizado, sobre procesos o complejos industriales distribuidos sobre áreas geográficas muy extensas. Tal es así que en la definición clásica de un sistema SCADA se hace referencia a esta característica. Hoy en día, con el desarrollo de las redes digitales, la definición se tiene que modificar para incluir esta nueva forma de conectividad.

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FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA Esquema de un sistema SCADA conectado a un proceso automatizado:

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FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA

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FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA Sistemas DCS Distributed Control System, es un sistema de control que cumple con sus funciones de control a través de una serie de módulos de control automáticos e independientes, distribuidos en una planta o proceso. Estos sistemas se desarrollan sobre la base de dispositivos de control, tales como controladores o PLCs, en los que , como se conoce, un programa de control se encarga de tomar decisiones dependiendo de los datos que reciben en sus entradas. Las decisiones son enviadas hacia actuadores que son los que se encargan de mantener las variables del proceso bajo control en los valores apropiados. 77

FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA Sistema multiplexor Permite transmitir los datos que hay en un sitio a varios otros sitios, o viceversa, recibir información desde varias fuentes o canales y enviarlos por un solo canal. Para cumplir con esta tarea estos sistemas emplean el concepto de multiplexión. El equipo multiplexor “barre” o se comunica por turnos con las unidades con las que se debe comunicar, evitando así utilizar diferentes canales de comunicación para cada enlace. 78

FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA HMI o MMI Una Interfaz Hombre – Máquina, HMI (Man – Machine Interface MMI), es un mecanismo que le permite a un operador humano interactuar con una máquina o proceso y determinar el estado (On / Off) o magnitud de los dispositivos y/o variables físicas que están presentes en una planta o proceso industrial. Una HMI puede ser tan simple como un interruptor para encender un motor y una lámpara indicadora del estado del mismo, hasta una o varias pantallas desarrolladas en una computadora que llegan a mostrar en la pantalla del monitor representaciones esquemáticas de todo el proceso bajo supervisión. 79

FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA Para manejar un sistema SCADA generalmente se recurre a un paquete de software especializado que funciona en la computadora central, por medio del cual se desarrolla una o varias “pantallas” que actúan como una interfaz gráfica entre el hombre y la máquina o el proceso. De esta forma es posible supervisar o cambiar puntos de consigna o reconfigurar dispositivos en el proceso supervisado pro medio de acciones ingresadas por el operador en la computadora. Además, estos paquetes tienen opciones que permiten proveer a un nivel superior administrativo información selecta que se genere en el proceso productivo. 80

FUNDAMENTOS Definiciones generales y simulación de un proceso con un SCADA

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Primer paso es escribir en el área de Command Windows de Matlab La palabra “guide”

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Se abre una ventana emergente para creación de la interfaz

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Se selecciona Blank GUI que es el área de trabajo vacío

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Se debe agregar tres push button

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Para alinear los botones se da click en el icono de la barra de herramientas y se alinea como en la siguiente figura

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Agregamos un texto estático, una lista se selección y el área de graficación

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Se procede a cambiar los nombres de los elementos agregados y guardar.

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB En el script que se genero se debe ir a la sección

% Create the data to plot. handles.peaks=peaks(35); handles.membrane=membrane; [x,y] = meshgrid(-8:.5:8); r = sqrt(x.^2+y.^2) + eps; sinc = sin(r)./r; handles.sinc = sinc; % Set the current data value. handles.current_data = handles.peaks; surf(handles.current_data)

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Se debe programar la lista de selección

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Después se debe configurar cada botón

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FUNDAMENTOS Guía para creación del GUI de MATLAB Después se debe configurar cada botón

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control Todo circuito de control consta de varios componentes básicos conectados entre sí para lograr el desempeño deseado. El tamaño de los componentes varía con la potencia del motor, pero el principio de operación es el mismo. Los componentes básicos son: 1.

Interruptores de desconexión

2.

Cortacircuitos manuales

3.

Interruptores de leva

4.

Botones 93

FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control 5.

Relevadores

6.

Contactos magnéticos

7.

Relevadores térmicos y fusibles

8.

Luces piloto

9.

Interruptores de limite y otros interruptores especiales

10.

Resistores, reactores, transformadores y capacitores 94

FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control Los motores de corriente continua son reversibles y pueden funcionar como motor o generador. Disponen de dos devanados: el inducido en el rotor y el inductor en el estator.

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control Conexión a tres hilos en sensores Corresponde a la configuración donde dos de ellos son de alimentación desde una fuente de corriente continua auxiliar y el restante para la salida a la carga.

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FUNDAMENTOS Elementos eléctricos básicos de potencia y control Arranque de un motor trifásico con contactor mandado mediante interruptor monopolar.

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