Control y Automatización

Variables de control

Control, Automatización y Física Aplicada

Introducción al Control y Automatización

Conceptos básicos: ¿Qué es el control y la automatización?
- Definición, historia y aplicaciones.
- Componentes principales: entradas, salidas, actuadores y sensores.
- Tipos de sistemas: manuales y automáticos.
Sistemas de control:
- Control abierto vs. control cerrado.
- Ejemplo práctico: Control de temperatura en un horno.
- Cuestionario y problemas.
Automatización y su relación con la Industria 4.0
- Tecnologías emergentes (IoT, robótica, AI).
- Introducción al PLC y microcontroladores.

Fundamentos de Física para Control y Automatización

Electricidad y Magnetismo:
- Circuitos eléctricos básicos (serie y paralelo).
- Ley de Ohm y potencia eléctrica.
- Electromagnetismo aplicado a actuadores (motores DC y AC).
Mecánica:
- Conceptos básicos de fuerza, trabajo y energía.
- Movimiento lineal y rotacional.
- Aplicación práctica: Brazos robóticos y manipuladores.
Termodinámica:
- Principios básicos: energía, calor y trabajo.
- Sistemas termodinámicos y eficiencia.
- Ejemplo práctico: Control de temperatura en procesos industriales

Aplicaciones Prácticas en Control y Automatización

Domótica: Automatización del hogar:
- Sistemas de iluminación, climatización y seguridad.
- Ejemplo práctico: Control de luces con un microcontrolador.
Control Industrial:
- Monitoreo de procesos: SCADA.
- Actuadores comunes: Motores, válvulas y bombas.
- Problema práctico: Control de un motor en una línea de ensamblaje.
Robótica:
- Partes de un robot: Sensores, actuadores y controlador.
- Cinemática básica.
- Ejemplo práctico: Brazo robótico para transporte de piezas.

Diseño y Resolución de Problemas

Introducción al diseño de sistemas de control:
- Cómo analizar requisitos.
- Selección de componentes.
Modelado y simulación básica:
- Uso de software como MATLAB o herramientas libres.
- Ejemplo: Simulación de un sistema de control PID.
Proyectos integradores:
- Diseño de un sistema domótico.
- Prototipo de control industrial.

Retroalimentación

Cuestionarios generales:
- Preguntas teóricas y prácticas.
- Casos reales.
Autoevaluaciones y resolución de problemas adicionales.

¿Qué es el control y la automatización?

El control y la automatización son pilares fundamentales de la tecnología moderna. Estas disciplinas permiten crear sistemas que pueden operar con mínima intervención humana, reduciendo errores y aumentando la eficiencia. Antes de profundizar en sus aplicaciones, es importante entender su significado:

Control

El control es la capacidad de influir en el comportamiento de un sistema para lograr un resultado deseado. Esto implica ajustar ciertas variables dentro de un rango aceptable. Por ejemplo:

Regular la temperatura de un horno industrial para mantener una calidad uniforme en los productos.
Controlar la velocidad de un motor para que opere dentro de parámetros seguros.

Automatización

La automatización se refiere al proceso de utilizar tecnologías para realizar tareas repetitivas o complejas sin intervención constante. Incluye sistemas desde los más simples, como un temporizador que apaga las luces, hasta los más complejos, como una fábrica completamente robotizada.

Ventajas de la automatización:

Incremento en la eficiencia y reducción de costos.
Mayor precisión y consistencia en las tareas realizadas.
Aumento de la seguridad al minimizar la exposición humana a entornos peligrosos.

El control y automatización

son campos fundamentales en la ingeniería y la tecnología que se enfocan en diseñar y gestionar sistemas para que operen de manera autónoma o semiautónoma, mejorando la eficiencia, precisión y seguridad de procesos industriales, comerciales y domésticos.

Control:

El control se refiere a la regulación de variables dentro de un sistema para mantenerlas en un estado deseado.

Entre sus componentes Principales: Incluye sensores (para medir variables), controladores (para tomar decisiones basadas en mediciones) y actuadores (para ejecutar las decisiones).

Tipos de Control:

Control Manual: Realizado por un operador humano.
Control Automático: Realizado por sistemas automáticos sin intervención humana constante.

Automatización:

La automatización implica el uso de tecnologías y sistemas para realizar tareas con mínima intervención humana.

Entre los objetivos de la automatización se busca: Mejorar la eficiencia, reducir costos, incrementar la precisión y seguridad, y liberar a los humanos de tareas repetitivas o peligrosas.

Suele verse ampliamente en campos como Industrias manufactureras, producción de energía, procesos químicos, gestión de edificios, automóviles, entre otros.

Componentes de los Sistemas de Control y Automatización

Sensores: Dispositivos que detectan cambios en variables físicas (como temperatura, presión, nivel de líquidos, etc.) y las convierten en señales eléctricas.

Controladores: Unidades que procesan las señales de los sensores y toman decisiones según algoritmos predefinidos. Ejemplos incluyen PLCs (Controladores Lógicos Programables) y DCS (Sistemas de Control Distribuido).

Actuadores: Dispositivos que ejecutan las decisiones del controlador, como válvulas, motores y bombas.

Interfaces de Usuario: Herramientas que permiten a los operadores humanos interactuar con el sistema, como HMI (Interfaces Hombre-Máquina).

Tipos de Sistemas de Control

Control en Lazo Abierto:

No hay retroalimentación.
La acción de control no depende del resultado del proceso.
Ejemplo: Un temporizador de riego que se activa a una hora específica sin considerar la humedad del suelo.

Control en Lazo Cerrado:

Involucra retroalimentación.
La acción de control se ajusta continuamente basándose en el resultado del proceso.
Ejemplo: Un termostato que regula la temperatura de una habitación midiendo constantemente y ajustando la calefacción o el aire acondicionado.

CONTROL AUTOMÁTICO

El control automático es una rama de la ingeniería que se ocupa del control de procesos en un estado determinado; por ejemplo, mantener la temperatura de un horno, la dirección de vuelo de un avión o la velocidad de un carro en un valor establecido, la posición de un servomotor, el nivel de flujo de un tanque cerrado etc.

Es una disciplina de la ingeniería que se encarga del diseño y análisis de sistemas que pueden controlar automáticamente procesos o sistemas físicos. Esta tecnología ha sido fundamental en una gran variedad de aplicaciones, desde la automatización de procesos industriales hasta el control de robots y vehículos autónomos.

El objetivo principal del control automático es mantener un sistema dentro de ciertos límites de funcionamiento deseables, llamados “puntos de consigna”.

Para lograr esto, se utilizan sensores para medir variables relevantes del sistema, y se usan controladores para ajustar las entradas al sistema con el fin de mantener las variables de salida dentro de los límites deseados.

Existen diferentes tipos de controladores, que varían en complejidad y precisión. Los controladores más simples son los controladores de retroalimentación, que ajustan la entrada al sistema en función de la diferencia entre la variable medida y el punto de consigna.

Estos controladores se utilizan comúnmente en sistemas de calefacción y aire acondicionado, donde se ajusta la temperatura en función de un termostato. Los controladores más complejos incluyen técnicas de control avanzadas, como el control predictivo y el control adaptativo.

Estos controladores utilizan modelos matemáticos del sistema para predecir su comportamiento futuro, y ajustan las entradas en función de estas predicciones.

El control automático también puede ser utilizado para mejorar la eficiencia y la seguridad de los procesos industriales. Por ejemplo, el control automático puede ser utilizado para ajustar la velocidad de las turbinas de una central eléctrica, para que generen la cantidad exacta de energía que se necesita en cada momento.

También se puede utilizar para controlar procesos químicos complejos en la producción de alimentos y productos farmacéuticos, para garantizar la calidad y la seguridad del producto final.

En resumen, el control automático es una tecnología fundamental en la automatización de procesos y sistemas físicos.

Gracias a la utilización de diferentes tipos de controladores, es posible mantener los sistemas dentro de los límites de funcionamiento deseados, mejorando la eficiencia y la seguridad de los procesos industriales, así como la precisión y el rendimiento de los robots y vehículos autónomos.