Este documento presenta los principios básicos del control automático y la programación de controladores lógicos programables (PLC). Cubre temas como conceptos de control, configuraciones de control, aspectos generales de los PLC, programación, y estudios de casos típicos. El control automático es crucial para lograr productos de mayor calidad, minimizar desperdicios, proteger el medio ambiente y mejorar el rendimiento de los procesos industriales.

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Principios de control automático y
programación de controladores lógicos
programables (PLC)
Contenido
Tema 1 Introducción a la problemática del control automático.
Conceptos y terminología básica de control.
Terminología, sensores y actuadores.
Tema 2 Configuraciones de control
Redes de control
DCS
SCADA
Proyectos de automatización.
Tema 3 Aspectos generales de los PLC
Tipos y partes de un PLC
Lógica de funcionamiento.
Tema 4 Programación
Diagrama Escalera
Listado de Instrucciones
Tema 5 Estudio de casos típicos

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Bibliografía
Ingeniería de Control Moderna,
Katsuhiko Ogata, Editorial Pearson,
2000
Autómatas programables, Joseph
Balcells, Editorial Alfaomega Marcombo,
2001
Instrumentación Industrial, Antonio
Creus, Editorial Marcombo, 7ma edición
I
Tema 1, Introducción a la
problemática de Control
Inicios de la era industrial
Procesos más simples
Operario: control manual
Instrumentos simples
Actualmente
Procesos más complejos de controlar
Operario: supervisión y vigilancia
Control Automático

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Señales y Procesos
Análogas
Discretas
Conceptos y terminología básica de
control.

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Donde se utiliza el control
automático?
Procesos
industriales
Transporte
Autos
Trenes
Barcos
Aviones
Naves espaciales
Generación de
energía
Transmisión de
energía
Instrumentación
Artefactos
electrónicos
Economía
Medicina
Para qué se invierte en control?
productos de mayor calidad
minimización de desperdicios
protección del medio ambiente
mayor rendimiento de la capacidad
instalada
mayores márgenes de seguridad

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Elementos que intervienen en un
sistema de control
la planta
el proceso o los procesos a ser controlados
los objetivos
los sensores
los actuadores
las comunicaciones
el cómputo
la configuración e interfaces
los algoritmos
las perturbaciones e incertidumbres
La planta
La estructura física de la planta es una
parte intrínseca del problema de control.
Por lo tanto, los ingenieros de control
deben estar familiarizados con la
«física» del proceso bajo estudio.
Esto incluye conocimientos básicos de
balances de energía, balances de
masas, y flujo de materiales en el
sistema. MODELO DEL PROCESO

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Objetivos
Antes de diseñar sensores, actuadores, o
configuraciones de control, es importante
conocer los objetivos de control.
Estos incluyen
Qué es lo que se pretende alcanzar (reducción de
energía, mayor produción, etc.).
Qué variables deben controlarse para alcanzar los
objetivos.
Qué nivel de calidad se necesita (precisión,
velocidad, etc.).
Los sensores
Los sensores son los ojos del sistema de
control, que le permiten ver qué está
pasando. De hecho, algo que suele
decirse en control es:
Si se puede medir, se puede controlar.

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Los actuadores
Una vez ubicados los sensores para
informar el estado de un proceso, sigue
determinar la forma de actuar sobre el
sistema para hacerlo ir del estado actual
al estado deseado.
Un problema de control industrial
típicamente involucrará varios
actuadores distintos.
Las comunicaciones
La interconección de sensores y actuadores
requieren el uso de sistemas de
comunicación.
Una planta típica va a tener miles de señales
diferentes que seberán ser transmitidas largas
distancias. Así, el diseño de sistemas de
comunicación y sus protocolos asociados es
un aspecto cada vez más importante de la
ingeniería de control moderna.

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El cómputo
En los sistemas de control modernos la
interconección de sensores y actuadores se
hace invariablemente a través de una
computadora de algún tipo. Por lo tanto, los
aspectos computacionales son
necesariamente una parte del diseño general.
Los sistemas de control actuales usan una
gama de dispositivos de cómputo, que
incluyen DCS (sistemas de control distribuido),
PLC (controladores lógicos programables), PC
(computadoras personales), etc.
Configuración e interfaces
La cuestión de qué se conecta con qué no es trivial en
el diseño de un sistema de control. Podría pensarse
que lo mejor siempre sería llevar todas las señales a
un punto central, de manera que cada acción de
control esté basada en información completa (el
denominado control centralizado).
Sin embargo, esta raramente es la mejor solución en
la práctica. De hecho, hay muy buenas razones por
las que no conviene llevar todas las señales a un
punto común. Algunas obvias son complejidad,
costos, limitaciones en tiempo de cómputo,
mantenimiento, confiabilidad, etc.

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Algoritmos
Finalmente, llegamos al corazón de la ingeniería de
control:
los algoritmos que conectan sensores y actuadores. Es muy
fácil subestimar este aspecto final del problema. Como
ejemplo simple de nuestra experiencia diaria, consideremos
el problema de jugar tenis a primer nivel internacional.
Claramente, se necesita buena visión (sensores) y fuerza
muscular (actuadores) para jugar tenis en este nivel, pero
estos atributos no son suficientes. De hecho, la coordinación
entre ojos y brazo es también crucial para el éxito.
En resumen:
Los sensores proveen los ojos
Los actuadores los músculos
La teoría de control provee la destreza.
Perturbaciones e incertidumbre
Uno de los factores que hacen a la ciencia del
control interesante es que todos los sistemas
reales están afectados por ruido y
perturbaciones externas.
Estos factores pueden tener un impacto
significativo en el rendimiento del sistema.
Como ejemplo simple, los aviones están
sujetos a ráfagas de vientos y pozos de aire;
los controladores de crucero de los
automóviles deben adecuarse a diferentes
condiciones de la ruta y diferentes cargas del
vehículo.

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La Ingeniería de Control está presente en virtualmente todos los
sistemas modernos de ingeniería.
El control es una tecnología a menudo «invisible», ya que el éxito
mismo de su aplicación la vuelve indetectable.
El control es la clave tecnológica para lograr
productos de mayor calidad
minimización de desperdicios
protección del medio ambiente
mayor rendimiento de la capacidad instalada
mayores márgenes de seguridad
El control es multidisciplinario (incluye sensores, actuadores,
comunicaciones, cómputo, algoritmos, etc.)
El diseño de control tiene como meta lograr un nivel de
rendimientodeseado frente a perturbaciones e incertidumbre.
Problema de Control
El problema central en control es encontrar
una forma técnicamente realizable de actuar
sobre un determinado proceso de manera que
éste tenga un comportamiento que se
aproxime a cierto comportamiento deseado
tanto como sea posible.
Además, este comportamiento aproximado
deberá lograrse aún teniendo incertidumbres
en el proceso, y ante la presencia de
perturbaciones externas, incontrolables,
actuando sobre el mismo.

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Lazo Abierto de Regulación
Controlador Proceso
Elemento
Primario
De Medida
Elemento
De
Transmisión
Indicador
O
Registrador
Valor Deseado
Punto de Consigna
Referencia
Lazo Cerrado de Regulación
Controlador
Proceso
Elemento
Primaria
De Medida
Elemento
De
Transmisión
Indicador
O
Registrador
Elemento
Final de
Control
error
referencia
Entrada del
producto
Salida del
producto

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Tarea, para la próxima clase
Averigüe el significado de los
siguientes términos aplicados
a los instrumentos:
Campo de medida
(range)
Alcance (span)
Error
Precisión (accuracy)
Zona Muerta
Sensibilidad (sensitivity)
Repetibilidad
(repeatibility)
Histeresis (hysteresis)
Busque la especificación
técnica de cualquier tipo de
sensor y verifique los valores
que entrega el fabricante
para cada uno de los
términos.
Otros términos
Algunas Definiciones:
TRANSDUCTOR
Dispositivo que convierte una magnitud física a otra magnitud física de naturaleza distinta.
TRANSMISOR
Dispositivo que acopla el mensaje en el canal en la forma de una señal transmitida.
CANAL O MEDIO DE TRANSMISION
Es la conexión entre el Tx y el Rx.
RECEPTOR
Extrae la señal deseada del canal y la entrega al tranductor.
DISTORSION
Es la alteración de la forma de la señal debido a la respuesta imperfecta del sistema.
INTERFERENCIA
Deformación producida por señales externas.
RUIDO
Deformación producida por señales aleatorias de origen natural, externas o internas.
ATENUACIÓN
Debilitamiento progresivo de la señal en la distancia.

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Propiedades deseables de los
sensores
Confiabilidad. Deben operar dentro de rangos adecuados.
Exactitud. Para una variable de valor constante, la medición debe
estabilizarse en el valor correcto.
Sensibilidad. La medición debe seguir los cambios de la variable
medida. Una medición demasiado lenta puede no sólo afectar la
calidad del control sino también inestabilizar el lazo, aún cuando
el lazo fuera diseñado para ser estable asumiendo medión
exacta de la variable del proceso.
Inmunidad a ruido. El sistema de medición, incluyendo los
transmisores, no deben ser significativamente afectados por
señales espúreas como ruido de medición.
Linealidad. Si el sensor es no lineal, al menos la alinealidad debe
ser conocida para que pueda ser compensada.
No intrusividad. El dispositivo de medición no debe afectar en
forma significativa el comportamiento de la planta.
Ejemplos de lazos de control
Ver fig. 1.1
Ver fig. 1.2