Este documento describe un diagrama esquemático de un sistema de control de temperatura para un horno eléctrico. Explica los componentes del sistema como el termómetro, convertidor A/D, controlador y calefactor. También define los diferentes tipos de controladores como analógicos, digitales, clásicos, modernos, de lógica difusa y neuronales. Por último, detalla ejemplos de sistemas de control como el alumbrado público y una rueda de impresión, así como acciones de control proporcionales, integrales y derivativ

1. SISTEMA DE CONTROL
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
Maturín, Julio 2015
Autores:
Efraín Aguilar C.I. 19.718.109
Duverlys González C.I. 18.926.031
Carlos Longar C.I. 20.645.983
Carlos Gómez C.I. 20.646.042
Tutora: Mariangela Pollonais

2. ESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROL
Esto es un ejemplo de un diagrama esquemático del control de
temperatura de un horno eléctrico. 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. La temperatura digital se introduce en un controlador
mediante una interfaz. Esta temperatura digital se compara con la
temperatura de entrada programada, y si hay una discrepancia (error) el
controlador envía una señal al calefactor, a través de una interfaz,
amplificador y relé, para hacer que la temperatura del horno adquiera el
valor deseado.

3. CONTROLADOR
Es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización
industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la
maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas.
Los controladores son utilizados en muchas industrias y máquinas. A
diferencia de las computadoras de propósito general, el controlador está diseñado
para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados,
inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto; como el
controlador lógico programable (PLC), dispositivo electrónico muy usado
en automatización industrial. Los programas para el control de funcionamiento de la
máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no
volátiles.

4. TIPOS DE CONTROLADORES
Hay varias clasificaciones dentro de los sistemas de
controladores:
• Atendiendo a su naturaleza son: analógicos, digitales o
mixtos.
• Atendiendo a su estructura, número de entradas y
salidas puede ser: control clásico o control moderno.
• Atendiendo a su diseño pueden ser: por lógica difusa,
o redes neuronales.

5. Atendiendo a su naturaleza
Controladores Digitales: Los controladores
digitales son pequeñas instalaciones inteligentes
que se componen de una entrada de sensor, un
indicador digital y una salida de regulación.
Existen controladoras digitales para diferentes
trabajos de medición y regulación. Los
controladores digitales se configuran a través de
las teclas del propio controlador.
Controladores Analógicos: Una señal analógica es
un tipo de señal generada por algún tipo de
fenómeno electromagnético y que es
representable por una función matemática
continúa en la que es variable su amplitud y
periodo, representando un dato de información
en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas
comúnmente portadoras de una señal de este
tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y
la potencia, pero también pueden ser hidráulicas
como la presión, térmicas como la temperatura y
mecánicas.

6. Atendiendo a su estructura, número
de entradas y salidas puede ser:
Controladores Clásicos: Se denominan sistemas de control clásico, cuando la
salida no tiene efecto sobre la acción de control, es decir no se compara la salida
con la entrada de referencia. Por lo tanto, para cada entrada de referencia
corresponde una condición de operación fija. Así, la precisión del sistema depende
de la calibración y del operador cuya función será la del controlador.
Controladores Modernos: Es un método en el cual la respuesta de un controlador
varía automáticamente basado en los cambios de las condiciones dentro del
proceso y puede emplearse en diversas aplicaciones como en el control del pH.

7. Atendiendo a su diseño pueden ser:
Controladores Lógica Difusa: Este control utiliza la lógica difusa a través de
conceptos de inteligencia artificial capaz de convertir una muestra de la señal real
a números difusos, para tratarlos según las reglas de inferencia y las bases de
datos determinados en las unidades de decisión, logrando estabilizar el sistema
sin la necesidad de fijar un punto de referencia.
Controladores Neuronales: Son redes neuronales artificiales que están diseñadas
para actuar como lo hace el cerebro humano conectando la red entre los
elementos de la forma más sencilla para poder ser entrenados y realizar funciones
complejas en diversos campos de aplicación.

8. Ejemplo 1. Alumbrado Público.
El objetivo del alumbrado público es mantener un nivel mínimo de iluminación en
las calles, al menor costo. Para lograr este objetivo se pueden proponer dos soluciones:
La primera consiste en encender los focos del alumbrado a la hora en que
comúnmente empieza a oscurecer, y apagarlos 12 al amanecer. Así, pues se puede decidir
encender el alumbrado a las 20 hs y apagarlo a las 6:30 hs. En este sistema, la entrada
(cambio de posición del interruptor) es independiente de la salida (cantidad de luz en la
calle). Este mecanismo, simple y económico de llevar a cabo, puede acarrear dificultades, ya
que la hora en que empieza a aclarar, varían de acuerdo con las estaciones del año, además,
en días nublados se puede tener una oscuridad indeseable.
La otra solución, más efectiva, consiste en instalar un dispositivo (fotocelda,
fototransistor, etc) para detectar la cantidad de iluminación y de acuerdo con esto, encender
o apagar el alumbrado público. En este caso, la entrada (cantidad óptima de luz en las calles)
se compararía con la salida (cantidad de luz real en las calles) a los efectos de que la señal de
error generada accione o no el interruptor de luz.
En la siguiente figura
se muestran ambas
soluciones:
a) Primera Solución
b) Segunda Solución

9. En el siguiente diagrama de bloques que se presenta una figura para el caso de
control realimentado de lazo cerrado, el cual se cumple en el ejemplo anterior de
Alumbrado Publico.
Diagrama en Bloques
de Alumbrado
Público:

10. Ejemplo 2. Sistema de Control de una Rueda de Impresión (margarita)
En la siguiente figura se muestra un ejemplo del sistema de control de una rueda de
impresión (margarita) de un procesador de textos o una máquina de escribir electrónica. La margarita,
que típicamente tiene 96 o 100 caracteres, se mueve a la posición donde se encuentra el carácter 13
deseado para colocarlo frente al martillo para la impresión por impacto. La selección del carácter se
realiza en la forma usual mediante el teclado. Cada vez que alguna tecla se presiona, un
microprocesador de control calcula la dirección y la distancia a recorrer y envía la señal lógica de control
al amplificador de potencia, que controla el motor que a su vez maneja la margarita.
En la práctica, las señales de control generadas por el microprocesador de control deben ser
capaces de mover la margarita de una posición a otra lo suficientemente rápido y con una alta calidad
de impresión, lo cual significa que la posición de la margarita debe ser controlada con exactitud.
También se muestra un conjunto típico de entradas y salidas para este sistema. Cuando se proporciona
la entrada de referencia, la señal se representa como un escalón. Como las bobinas eléctricas del motor
tienen inductancia y las cargas mecánicas tienen inercia, la margarita no puede responder a la entrada
en forma instantánea. Típicamente, la margarita sigue la respuesta que se muestra, y se establece en la
nueva posición después de un tiempo t1. La impresión no debe comenzar hasta que la margarita haya
alcanzado el alto total, si no, el caracter será embarrado. Luego se muestra que después que la
margarita se ha detenido, el periodo de t1 a t2 está reservado para la impresión, de tal forma que el
sistema esté listo para recibir un nuevo comando después del tiempo t2.

11. ACCIONES DE CONTROL EN LA RESPUESTA DEL SISTEMA
Controles de dos Posiciones: En un sistema de control de dos posiciones,
el elemento de actuación solo tiene dos posiciones fijas que, en muchos
casos, son simplemente encendidos y apagados. El control de dos
posiciones o de encendido y apagado es relativamente simple y barato,
razón por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto
industriales como domésticos.
Controles Proporcionales: En el modo proporcional la magnitud de la
salida del controlador es proporcional a la magnitud del error, es decir si el
elemento de controles una válvula esta recibe una señal que es
proporcional a la magnitud de la corrección requerida. Cualquiera que sea
el mecanismo real y la forma de operación, el controlador proporcional es,
en esencia, un amplificador con una ganancia ajustable.

12. ACCIONES DE CONTROL EN LA RESPUESTA DEL SISTEMA
Controles Integrales: Un gran cambio en la carga de un sistema hará experimentar un gran
cambio del punto de referencia, a la variable controlada. Por ejemplo, si es aumentado el
flujo de un material mientras atraviesa un intercambiador de calor, la temperatura del
material caerá antes con respecto al sistema de control y este pueda ajustar la entrada de
vapora una nueva carga. Como el cambio en el calor de la variable controlada disminuye, la
señal de error comienza a ser más pequeña y la posición del elemento de control se va
acercando al punto requerido para mantener un valor constante. Sin embargo, el valor
constante no será un punto de referencia, tendrá un desfase u offset.
Controles Derivativos: Este tipo de acción de control es conocido como derivativa. La
acción derivativa entrega una señal proporcional a la velocidad de cambio de la señal de
error. Debido a esto, cuando la variable controlada esta quieta, la señal derivativa es cero.
Cuando el valor de la variable controlada está cambiando rápidamente, la señal derivativa
es grande. La señal derivativa cambia la salida del controlador. En este sentido, una señal
de control más grande es producida cuando hay un cambio rápido en la variable
controlada, y durante el cambio, el elemento final de control recibe una señal de entrada
más grande. El resultado es una respuesta más rápida a los cambios de carga. En términos
matemáticos, la acción derivativa está basada en la caída de una curva representando la
cantidad de error de sobre tiempo. Los miembros de la familia de controladores PID,
incluyen tres acciones: proporcional (P), integral (I) y derivativa (D). Estos controladores
son los denominados P, I, PI, PD y PID.