Hoy en día, ante la complejidad creciente de los procesos industriales y el aumento en el número de unidades producidas, resulta necesario lograr una producción óptima, que sea capaz de reducir sus costos y de proporcionar una calidad adecuada en sus productos. Esto se logra mediante la aplicación del concepto de Calidad Total en el que la regulación y control automático de todos los elementos del sistema de producción juega un papel esencial.
Se denomina sistema a todo proceso, dispositivo o situación cuyo comportamiento es susceptible de cambio ante determinadas perturbaciones.
Un sistema de control por tanto se define como un conjunto de componentes que puede regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados pretendidos.
Existen dos tipos de sistema de control:
* Lazo abierto: aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador (figura 1).
Figura 1: Esquema de control por lazo abierto
Lazo cerrado
Aquel sistema en el que se realiza el mantenimiento de un valor deseado, midiendo el valor existente, comparándolo con el valor deseado, y utilizando la diferencia para proceder a reducirla. En consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de acción y reacción que funcione sin intervención humana (figura 2).
Sensor: Instrumento que mide las variables a controlar o de perturbación.
Comparador: Suministra una señal de acción de regulación al controlador.
Controlador: Es el que recibe la señal correspondiente de la variable medida y establece o calcula la señal que tiene que controlar la perturbación.
Actuador: Es el que modifica el valor de la variable controlada con la intensidad y en el momento indicado por el controlador.
Figura 2: Esquema de control por lazo cerrado
La señal realimentada se compara con el set-point o valor de referencia (dentro del controlador), y si las dos coinciden no se requiere acción de control. Sin embargo, cuando existe una diferencia entre ambas, el dispositivo de comparación suministra una señal de acción de regulación al controlador. Éste suministra las señales apropiadas al sistema con el fin de reducir la diferencia entre ambas.
El control por tanto se realiza a través de los sensores, que transforman las magnitudes físicas del sistema en señales eléctricas o mecánicas que proporcionan información del proceso. A partir de esta señal, que puede ser de dos tipos, los actuadores transforman las señales eléctricas de control en magnitudes físicas.
* Una señal analógica es un tipo de señal generada por un fenómeno electromagnético y que puede verse como una forma de onda que toma un continuo de valores de amplitud y período en cualquier momento dentro de un intervalo de tiempos (por ejemplo, voltios o amperios)
* La señal digital es un tipo de señal también generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la señal puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores continuos como hacía la señal analógica. Normalmente es una señal en código binario.
Ventajas de la señal digital frente a la analógica
* Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación es fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento de señal.
* Rapidez en su transmisión electrónica.
* Cuando una señal digital es atenuada o experimenta perturbaciones leves, puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de regeneración de señales.
* Cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, que se utilizan cuando la señal llega al receptor.
Inconvenientes de la señal digital frente a la analógica
* Se necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior, en el momento de la recepción.
* La transmisión de señales digitales requiere una sincronización precisa entre los tiempos del reloj del transmisor, con respecto a los del receptor. Un desfase cambia la señal recibida con respecto a la que fue transmitida.
Convertidor analógico digital o ADC: es un circuito electrónico que convierte una señal analógica en digital. Se utiliza en equipos electrónicos como ordenadores, grabadores digitales de sonido y de vídeo, y equipos de comunicaciones. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo (cuantificación discreta, o asignación de un valor numérico a una determinada intensidad de la señal) a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.
Tipos de acciones de control: en el control de lazo cerrado, existen a su vez diferentes tipos de acciones de control:* Proporcional: La relación que existe entre la señal de salida y la de error es lineal y proporcional a una constante. Tiene como objetivo reducir la magnitud del error (diferencia entre el punto de ajuste y la medición), así dará estabilidad al proceso. El modo de control proporcional no considera el tiempo y solo se ve afectado por el tiempo muerto y el tiempo de reacción del retardo del proceso. Tiene como desventaja que produce un error en estado estacionario.* Integral: Tiene como propósito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un periodo de tiempo determinado; Luego es multiplicado por una constante de integración. Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo proporcional para formar el control P + I con el propósito de obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.* Derivativo: se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e integral). El error es la desviación existente entre el punto de medida y el punto de ajuste. La función de la
acción derivativa es mantener el error al mínimo corrigiéndolo proporcionalmente con la velocidad misma que se produce; de esta manera evita que el error se incremente, este proceso corresponde a un cambio más rápido. Se puede combinar con los anteriores para dar origen al control P+I+D o PID.
Cada uno de los modos de control debe estar siempre conforme a las carácterísticas del proceso, lo cual significa que debemos entender bien la regulación del proceso antes de automatizarlo y de proceder a las rutinas de los algoritmos de control.