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Apunte de tecnologías de control.Basado en:Glosario de la cultura tecnológica (Aquiles Gay).Enfoque sistémico (Ferreras & Gay)....
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Tecnologías de control
Sistemas de control Un sistema es un conjunto de elementos que interactúan entre sí para lograr una finalidad o
cumplir una función.
En el caso particular de los sistemas de control, se puede decir que son sistemas, cuya función es
controlar (regular) el funcionamiento de sistemas más grandes al que pertenecen.
La palabra "control" implica, fundamentalmente, mando, verificación, regulación. Se pueden
reconocer, básicamente, dos tipos de sistemas de control.
● Los sistemas de control naturales o biológicos. Por ejemplo: el sistema de control de
temperatura del cuerpo humano, la "termorregulación", que hace transpirar cuando la
temperatura sube, o hace temblar cuando la temperatura baja.
● Los sistemas de control artificiales (creados por el hombre). Por ejemplo: el sistema de
control de temperatura de un local, el piloto automático de un avión o simplemente un
conmutador eléctrico (una llave de luz).
La tecnología se ocupa de los sistemas de control artificiales. Muchas veces se presentan
analogías entre los sistemas de control naturales y los artificiales. Los desarrollos de los
sistemas de control han producido grandes cambios en el quehacer humano, desde facilitar el
funcionamiento de artefactos corrientes de la vida cotidiana, pasando por la automatización de
los sistemas de producción industriales, hasta la colaboración en los explosivos desarrollos que
han tenido lugar en la segunda mitad del siglo XX; por ejemplo, serían impensables los viajes al
espacio exterior, si no se contara, entre otras cosas, con los sistemas de control que permiten
y/o garantizan el correcto funcionamiento de los dispositivos vinculados al proyecto. Cuando se
habla de sistemas de control se hace referencia a un amplio espectro que abarca, tanto los
manuales como los automáticos, sencillos o complicados. Por ejemplo: desde la simple llave
que controla el encendido de una lámpara eléctrica, o la llave que controla la llama de la
hornalla de una cocina de gas, o una canilla que controla un flujo de agua (controles manuales),
hasta los complejos dispositivos de control de un satélite artificial, pasando por los sistemas de
control asociados a múltiples objetos de la vida cotidiana de hoy, como el termotanque
(control automático de temperatura mediante un termostato), el refrigerador, el horno a
microondas, el aparato de aire acondicionado, etc.
Los sistemas de control son subsistemas de sistemas más grandes, y su objetivo es regular
(controlar) el funcionamiento de estos últimos. Por ejemplo: el "sistema de control de una
canilla" regula un flujo de agua, y forma parte de un sistema más grande, el "sistema canilla" (la
canilla propiamente dicha), pero a su vez (el sistema canilla) forma parte de un sistema más
grande, el "sistema de distribución de agua de la casa", el que a su vez forma parte de un
sistema más grande aún, el "sistema de distribución de agua de la ciudad"; otro ejemplo: el
"sistema llave de control de la llama de una cocina de gas" regula un flujo de gas y forma parte
de un sistema más grande, el "sistema cocina" (la cocina), que podemos considerar a su vez
formando parte de un sistema más grande aún, como el "sistema de preparación de comidas",
o el "sistema de distribución de gas de la ciudad"
Elementos de un sistema de control Recordemos que todos los sistemas de control poseen tres elementos básicos:
1. Una serie de elementos por medio de los cuales se alimenta con información al sistema, estos
son comúnmente llamados sensores. Eléctricamente se utilizan transductores o dispositivos que
transforman una magnitud física como presión, temperatura, posición, velocidad; en una
magnitud eléctrica, normalmente voltaje o amperaje (más utilizado en control industrial).
2. Como parte indispensable está la unidad de control. Esta es la sección es donde se toman las
decisiones por medio de la información obtenida de los sensores, y se toman las decisiones que se
enviarán a los actuadores.
3. Los actuadores son todos aquellos dispositivos que al contrario de los sensores, tienen la
capacidad de transformar una magnitud eléctrica en una magnitud física (posición, rotación,
activación de solenoides, etc.) por medio de ellos la unidad de control puede “manipular” el
comportamiento del motor para que se ajuste a las condiciones óptimas de funcionamiento.
Resumiendo, en todo sistema de control vamos a tener siempre sensores (los que generan la
información), actuadores (los que controlan el sistema) y la unidad de control que es el cerebro y
la que maneja todo el proceso.
Roy Martínez
Ejemplos:
Sensores Unidades de control Actuadores
Fotoresistencias, fotodiodos, sensores de temperatura, nivel de líquidos, infrarrojos, ultrasónicos, finales de carrera.
PLC, PC, Arduino, compuertas lógicas, relés y contactores.
Motor, diodo LED, lámpara, electroimán, solenoide.
Representación de sistemas con diagramas de
bloques
Ejemplo: Representación del sistema MOTOR DE COMBUSTIÓN
En los sistemas de control, nos ocupamos principalmente de estudiar los flujos de información. En
el siguiente ejemplo se puede apreciar de manera más clara:
Variables y señales Una variable es una representación simbólica de un determinado valor del sistema, que puede
cambiar a lo largo del tiempo.
Por ejemplo, en un automóvil,
VELOCIDAD: se puede representar como una variable numérica, en km/h.
PRESIÓN DEL ACELERADOR: se puede representar con números de 0 (sin presionar) a 100
(presionado a fondo).
PRESIÓN DEL FRENO: igual que en el acelerador, se podría representar con números de 0 a 100.
LUZ BAJA: sólo puede estar encendida o apagada, así que se puede considerar como una variable
binaria (sólo dos estados), donde 0 es apagada y 1 es encendida.
Estas variables irán modificándose a lo largo de la ejecución del sistema (mientras estemos
manejando). A continuación, algunos ejemplos de las variables anteriores en distintos momentos:
AUTO APAGADO MANEJANDO EN RUTA MANEJANDO EN CIUDAD
Velocidad: 0 km/h Presión del acelerador: 0 Presión del freno: 0 Luz baja: 0
Velocidad: 90 km/h Presión del acelerador: 74 Presión del freno: 0 Luz baja: 1
Velocidad: 30 km/h Presión del acelerador: 24 Presión del freno: 0 Luz baja: 1
Variables discretas y continuas Las variables pueden dividirse en discretas y continuas.
Las variables continuas son aquellas en las que entre dos valores cualesquiera, siempre existirá
un intermedio.
Las variables discretas, por el contrario, son aquellas que no siempre tienen valores intermedios;
por el contrario, “dan saltos”.
Para comprender esto pensemos en nuestra altura… Podemos medir 1,50 metros y al mes
siguiente medir 1,51 metros; y al año siguiente medir 1,56 metros. Pero esto no significa que
saltemos de 1,51 metros a 1,56 metros directamente como por arte de magia…
Entre dos momentos cualesquiera de tiempo, siempre tendremos una altura intermedia, aunque
no podamos medirla.
Supongamos que Matías tiene un sensor instalado en su cuerpo que mide su altura todo el tiempo
con una gran precisión.
El 10 de marzo medía 1,51 metros y el 18 de marzo medía 1,52. A su vez el 10 de marzo medía
1,51 metros y el 11 de marzo 1,512 metros. A su vez, el 10 de marzo a las 4 de la mañana medía
1,51111 metros y a las 7 de la mañana medía 1,51112 metros. A su vez a las 4:02 de la mañana
medía 1,511112 metros y a las 4:03 de la mañana medía 1,5111115 metros. A su vez…
La siguiente tabla muestra los valores del siguiente ejemplo.
ANTES MEDIDA DESPUÉS MEDIDA DIFERENCIA
10 de marzo 1,51 m 18 de marzo 1,52 m 0,01 m
10 de marzo 1,51 m 11 de marzo 1,512 m 0,002 m
10/03 a 04:00 hs 1,51111 m 10/03 a 07:00 hs 1,51112 m 0,00001 m
04:00 hs 1,51111 m 04:03 hs 1,5111115 m 0,000005 m
… … … … …
Podríamos seguir así indefinidamente, porque la altura no “da saltos”, sino que es continua. Es
decir: entre dos valores intermedios, siempre existirá otro.
Tomemos ahora un ejemplo de variable discreta. ¿Cuántas personas puede haber dentro del salón
de clases? Seguramente 1, 2, 20, 25, 30, 40, pero nunca 1,5, porque simplemente no puede haber
“media persona” o “un tercio de persona” presente.
La variable Cantidad de personas es discreta, porque entre dos números, no siempre existe otro
intermedio. Por ejemplo: entre el valor “3 personas” y el valor “6 personas” existen los valores “4
personas” y “5 personas”. Pero entre el valor “3 personas” y el valor “4 personas” no existe otro
intermedio.
Señales La forma de tratar variables en los sistemas de control es a través de señales.
Las señales analógicas toman valores continuos y las señales digitales toman valores discretos.
Ejemplo
En un parlante de computadora, las señales del botón de encendido y del
control de volumen, ¿son analógicas o digitales?
El botón de encendido tiene dos posibles estados: encendido o apagado.
Como pueden contarse y no existen estados intermedios (“medio apagado”
o “un cuarto de encendido”), la cantidad de estados posibles del botón es
una variable discreta igual a dos.
Dijimos que las señales digitales toman valores discretos, por lo tanto, el
botón de encendido emite una señal digital.
El control de volumen tiene mínimo, máximo, pero también intermedios.
Tomemos como mínimo el 0 y como máximo el 10. El control puede estar
en 0, en 5, en 0,16, en 0,1699 y aunque no percibamos los cambios, el
volumen aumenta y disminuye de manera continua. Por ello el control de
volumen puede considerarse una señal analógica.
Ejemplo
El joystick de una PlayStation tiene, para el desplazamiento, dos métodos:
Analógico.
Digital.
El método analógico utiliza dos controles que pueden moverse con gran libertad, de hecho, se
desplazan de forma continua. Así pueden moverse
“un poco más a la izquierda”, “un poco más a la
derecha”, “bastante más a la izquierda”, etc.
El método digital utiliza cuatro botones (que
pueden estar presionados o no) tiene una
cantidad finita y numerable (se puede contar) de
movimientos, de hecho, tiene 16 posibles
combinaciones.
¿Cómo sabemos esto? Porque cada botón tiene
una cantidad discreta de posibilidades. En la
siguiente tabla se muestra todas las posibles combinaciones que existen para presionar los
botones de desplazamiento de un joystick de PlayStation.
Tomemos “0” como “botón no presionado” y “1” como “botón presionado”.
Combinación nº Flecha arriba Flecha abajo Flecha izquierda Flecha derecha
1 0 0 0 0
2 0 0 0 1
3 0 0 1 0
4 0 0 1 1
5 0 1 0 0
6 0 1 0 1
7 0 1 1 0
8 0 1 1 1
9 1 0 0 0
10 1 0 0 1
11 1 0 1 0
12 1 0 1 1
13 1 1 0 0
14 1 1 0 1
15 1 1 1 0
16 1 1 1 1
En total hay 16 combinaciones posibles, y no existen intermedios: no existe la combinación 13,5, ni
la combinación 15,9.
Trabajo final En una fábrica, un grupo de 3 empleados (con bastante tiempo libre) se propone construir una
cafetera de expreso, dado que el café de filtro que sirven por la mañana no es de su agrado,
teniendo en cuenta que el proceso es el siguiente:
1. Se comienza a calentar el agua.
2. Se muele el café (15 gramos).
3. Se pisa el café dentro del filtro.
4. Cuando la temperatura del agua es la correcta (90º C), se procede a bombearla a la
presión correcta (10 bar) sobre el filtro con café durante un tiempo prefijado (21
segundos).
Estos empleados, cuentan con los siguientes elementos que fueron descartados en distintas
reparaciones:
Un PLC.
Pulsadores.
Una termocupla (sensor de temperatura).
Una bomba de agua.
Sensores de proximidad capacitivos (detecta metales y no metales).
Temporizadores.
Varios recipientes de distintos tamaños.
Se pide:
1. Reconocer las distintas variables. Indicar si son continuas o discretas.
2. Teniendo en cuenta las variables encontradas en el punto 1, indicar con qué elementos
leería (sensores) o modificaría (actuadores) dichas variables (por ejemplo, la variable
ENCENDIDO, se puede modificar con un PULSADOR, o la variable TANQUE LLENO se puede
leer con un SENSOR DE PROXIMIDAD CAPACITIVO).
3. Dibujar el diagrama de bloques, indicando los elementos explicados en el texto.
4. Clasificar los elementos con los que cuentan los empleados (excepto los recipientes) en
sensores, unidades de control y actuadores.
