Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
SISTEMES AUTOMÀTICS I DE CONTROL - Coggle Diagram
SISTEMES AUTOMÀTICS I DE CONTROL
INTRODUCCIÓ A LA TECNOLOGIA DE CONTROL
La tecnologia de control abasta tots els procediments i sistemes que permeten automatitzar màquines, aparells i processos de fabricació.
Entenem per sistema de control un conjunt d'elements que actuen coordinadament per aconseguir una acció de govern dins d'un procés, mitjançant la manipulació directa o indirecta de les magnituds que hi intervenen.
Sistemes de control automàtic
Un sistema de control automàtic és un conjunt d'elements tècnics que té per objectiu aconseguir que una màquina o un procés faci les seves funcions amb una intervenció humana mínima.
Tecnologies cablades i programables
La tecnologia cablada s'aplica a dispositius pneumàtics, hidràulics, elèctrics i electrònics. Es du a terme a partir d'unions físiques dels elements que constitueixen el sistema de control.
Inconvenients
És poc flexible davant de futures modificacions o ampliacions.
En general, ocupa molt d'espai.
No permet d'efectuar funcions de control complexes.
Resulta difícil localitzar i resoldre avaries.
És poc adaptable
Els senyals en els sistemes de control
La majoria de sistemes de control treballen amb senyals elèctrics, els quals, atenent la naturalesa d'aquests senyals, poden dividir-se en tres grups:
Sistemes analògics. Treballen amb senyals de tipus continu, amb un marge de variació determinat. Aquests senyals solen representar magnituds físiques del procés
Sistemes digitals. Treballen amb senyals tot o res, anomenats també binaris, els quals només poden representar dos estats o nivells: obert o tancat, activat o desactivat, condueix o no condueix, major o menor, etc.
Sistemes híbrids analogicodigitals. Els sistemes de control actuals, amb un cert grau de complexitat, són majoritàriament híbrids, és a dir, són sistemes que processen senyals analògics i digitals alhora.
SISTEMES DE LLAÇ OBERT O LLAÇ TANCAT
Sistemes de control de llaç obert
Els sistemes de control de llaç obert es caracteritzen perquè, un cop activats, executen el procés durant un temps prefixat, independentment del resultat obtingut.
Un exemple d'aquest tipus és el llum temporitzat d'escala que hem comentat abans. El temporitzador és el dispositiu de control que té programat el temps durant el qual els llums estaran encesos; i els llums de l'escala són els dispositius que volem controlar.
Esquema de funcionament
Sistemes de control de llaç tancat
En els sistemes de control de llaç tancat, un cop donada l'ordre per iniciar el procés, el resultat o sortida del procés és analitzat, i si no compleix una consigna determinada el dispositiu de control n'és informat i manté el procés actiu fins a assolir a la sortida allò que estableix la consigna.
Control d'emplenament d'una cisterna
La funció de transferència
La funció de transferència o transmitància és l'expressió matemàtica que, en un bloc, relaciona la variable de sortida amb la variable d'entrada.
Representacó gràfica d'un bloc d'un sistema de control
COMPONENTS DEL SISTEMA DE CONTROL
En els sistemes de control és necessari utilitzar tot un conjunt de components o dispositius tecnològics que permetin fer la funció de control necessària, independentment del tipus de tecnologia emprada en aquests dispositius.
Dispositius principals
Dispositius d'entrada d'ordres:
Són els que permeten a l'operador l'entrada de dades i ordres al sistema. Podem classificar-los en binaris i numèrics
Dispositius d'entrada d'informació:
Són constituïts bàsicament per sensors
Unitat de control o controlador
. Constitueix el sistema de tractament de la informació del procés
Dispositius de sortida d'informació.
S'encarreguen de la comunicació amb l'operador
Actuadors i preactuadors.
Els actuadors (motors, cilindres, resistències calefactores, etc.) són els encarregats d'operar sobre el procés.
Elements del control de llaç obert
El controlador és el dispositiu característic del sistema que determina i executa el procés per al qual està preparat
L'actuador o accionador és l'element final que fa una acció sobre el procés.
Elements del control de llaç tancat
La composició d'un sistema de control de llaç tancat és més complexa i hi intervenen més components, gràcies principalment a la realimentació, que, com hem vist, és la característica principal d'aquests tipus de sistemes.
CONTROLADORS
El controlador és el dispositiu responsable d'elaborar el senyal corrector que constantment és enviat a l'element final de regulació del procés, amb la finalitat d'aconseguir, restablir o mantenir les condicions de regulació desitjades, pròximes al valor de consigna.
Les accions bàsiques de control
Acció proporcional (P)
Acció integral
Acció derivativa
Control proporcional
Aquest tipus de regulació, anomenada proporcional, pot produir una acció correctora exacta (sense desviació permanent), només en una condició específica de funcionament; en la resta persistirà una desviació.
Gràfica de funcionament
Control integral
Parlem de control integral quan la velocitat de canvi de la sortida de control és proporcional al senyal d'error d'entrada.
La característica principal d'aquest tipus de regulació és que mentre hi hagi senyal d'error persistirà l'acció correctora, i serà menys enèrgica com més petita sigui la desviació.
Control derivatiu
El control derivatiu es caracteritza perquè genera un senyal de control proporcional a la velocitat amb què varia la magnitud d'error amb el temps.
Control proporcional-integral-derivatiu
Els controladors industrials que hi ha al mercat solen combinar els tres tipus d'accions bàsiques estudiades (P, I, i D); són els anomenats reguladors de tipus PID. L'objectiu d'aquest tipus de control és obtenir tots els avantatges dels altres tres i superar els inconvenients.
L'acció proporcional corregeix la posició de la vàlvula en una quantia proporcional a la desviació. És d'efecte instantani i enèrgic, encara que sol presentar desviació permanent.
L'acció integral mou la vàlvula a una velocitat proporcional a la desviació o senyal d'error. És d'efecte lent i progressiu, però continua actuant fins a anul·lar la desviació permanent.
L'acció derivativa corregeix la posició de la vàlvula en un valor proporcional a la velocitat de canvi de la desviació. Això produeix un efecte d'anticipació si tenim en compte la tendència de la variable controlada.
Control tot o res
Un sistema de control tot o res és aquell la sortida del qual només adopta dos estats: connectat i desconnectat o, el que és el mateix, màxima i mínima sortida.
TRANSDUCTORS
Els transductors són dispositius que transformen una magnitud física en una altra magnitud física, sovint un senyal elèctric, entre les quals hi ha una relació determinada.
Estructura d'un transductor
Element sensor o captador
. Converteix les variacions d'una magnitud física en variacions d'una magnitud elèctrica o magnètica
Bloc de tractament de senyal
. Quan n'hi ha, té com a funció filtrar, preamplificar i, en general, tractar el senyal obtingut
Etapa de sortida
. Comprèn els amplificadors, relés, convertidors de codi...
Classificació de transductors
Els transductors poden ser de caràcter actiu o passiu, segons si són els que generen directament el senyal captat o necessiten una alimentació externa per captar el senyal. També es poden classificar tenint en compte la manera de codificar la magnitud mesurada; en aquest sentit, podem classificar-los en analògics, digitals i tot o res.
GENERADORS DE CONSIGNA, COMPARADORS I ACTUADORS
El generador del valor de consigna o de referència consisteix en un dispositiu capaç de generar un senyal de referència.
El comparador, anomenat també detector d'error, és el dispositiu encarregat de comparar el valor de referència amb el valor mesurat de la variable de sortida mitjançant el transductor de realimentació.
Visualitzadors
En un sistema de control automàtic també sol haver-hi elements de sortida d'informació que s'encarreguen de la comunicació amb l'operador: són els visualitzadors o presentadors, els quals donen informació de l'estat del procés i de l'automatisme.
PLC
Un autòmat programable industrial és una màquina electrònica dissenyada per fer, en temps real i en ambient industrial, automatismes combinacionals i seqüencials, i pensada per ser programada per personal no informàtic.
En la majoria dels casos els autòmats programables són escalables
Avantatges i inconvenients del PLC
AVENTATGES
Possibilitat d'introduir modificacions sense haver de canviar la xarxa de connexions ni afegir-hi dispositius.
Espai d'ocupació reduït.
Reducció del cost de la mà d'obra de la instal·lació.
Reducció del temps de l'elaboració del projecte.
Possibilitat de comandar diferents màquines amb un únic autòmat.
Reducció del temps de la posada en funcionament de la instal·lació, ja que queda reduït el temps de cablatge. A més, el mateix programa pot servir per automatitzar un nombre infinit de màquines o instal·lacions similars.
Reducció del cost de manteniment. Com que es redueix el nombre de components i el cablatge, s'augmenta la fiabilitat del sistema i disminueix el nombre d'avaries i, a més, la resolució d'aquestes avaries resulta més fàcil i ràpida.
Reutilització del PLC. Si una màquina o instal·lació queda fora de servei, l'autòmat segueix sent vàlid per fer-lo servir en una altra.
INCONVENIENTS
Necessitat de disposar de personal amb un cert grau d'especialització
El seu preu inicial pot resultar un inconvenient
Estructura dels autòmats programables
A. Unitat de control
La unitat de control, també anomenada CPU (unitat central de procés), és la part intel·ligent de l'autòmat. Té la funció de consultar l'estat de les entrades i executar seqüencialment les instruccions del programa, per poder elaborar els senyals de sortida o ordres que s'enviaran al procés.
B. Memòria
La memòria d'un autòmat programable és com el magatzem on guarda totes les dades que necessita per efectuar la tasca de control.
C. Elements d'entrada i sortida
Els elements d'entrada i sortida són els que permeten comunicar l'autòmat amb el procés que està controlant i amb l'usuari. Els elements d'entrada informen l'autòmat de l'estat del procés (elements activats i desactivats, posicions, nivells, velocitats, etc.) a partir de la informació subministrada pels sensors i detectors del sistema
PROGRAMACIÓ D'AUTÒMATS
La programació de l'autòmat implicarà desenvolupar, totalment o parcialment, els apartats següents:
Determinar què ha de fer el sistema de control i en quin ordre.
Identificar el senyals d'entrada i de sortida a l'autòmat.
Representar per mitjà d'algun model o mètode gràfic el sistema de control.
Assignar adreces d'entrada/sortida o internes a cadascun dels components que hi intervenen.
Confeccionar, pròpiament, el programa de l'aplicació per mitjà d'instruccions o símbols intel·ligibles per a la unitat de programació.
Transferir les instruccions obtingudes en la memòria de l'autòmat des de la unitat de programació.
Provar i depurar el programa, així com obtenir-ne una còpia de seguretat.
Els llenguatges o sistemes de programació possibles en els autòmats són diversos, encara que no tots es poden emprar en tots. Cada fabricant, per a cada model, indica els llenguatges amb què pot operar.
Diagrama de contactes
Es tracta d'un llenguatge gràfic molt utilitzat en la programació d'autòmats, semblant als esquemes de relés, però dibuixat, en la majoria dels autòmats, segons el mètode americà en què els símbols són diferents i les línies lògiques van horitzontals en lloc de verticals.
Diagrama lògic
Diagrama de flux o ordinograma
Aquest sistema de representació, molt utilitzat pels dissenyadors de programari per a ordinador, utilitza una simbologia de blocs, convenientment entrellaçats per línies, que representen l'evolució temporal o condicional de les accions que s'han d'executar.
GRAFCET
El GRAFCET (Graphe de commande etape-transition), és a dir, la gràfica de comandament etapa-transició, normalitzat segons la norma internacional IEC 848 (International Electrotechnical Commission), representa directament la successió de les etapes dins d'un cicle de producció, separades per transicions o condicions de salt entre etapes.
Funcions algebraiques
Aquest sistema consisteix a escriure directament les equacions algebraiques lògiques que representen l'automatisme.
