4.1.-APLICACIONES DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO.

4.1.-APLICACIONES DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO. LAZO ABIERTO GENERALMENTE SON MANUALES, PUES REQUIEREN QUE UNA PERSONA EJECUTE UNA ACCIOÓ N QUE INDIQUE AL SISTEMA QUEÓ HACER. LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA NO ES UN PROBLEMA IMPORTANTE EN ESTE TIPO DE SISTEMAS Y ES MAÓ S FAÓ CIL DE LOGRAR. SON APLICABLES CUANDO SE CONOCE CON ANTICIPACIOÓ N LAS ENTRADAS Y NO EXISTEN PERTURBACIONES SIGNIFICATIVAS. SE USAN COMPONENTES RELATIVAMENTE PRECISOS Y BARATOS PARA OBTENER EL CONTROL ADECUADO.

EN LA FIGURA SE MUESTRA UN SISTEMA A LAZO ABIERTO. PARA MANTENER CONSTANTE EL NIVEL DEL AGUA EN EL TANQUE ES NECESARIO QUE UNA PERSONA ACCIONE LA VAÓ LVULA CUANDO EL CAUDAL DE SALIDA CAMBIE. LAZO CERRADO SON AUTOMAÓ TICOS Y OPERAN SIN INTERRUPCIOÓ N, NI PARTICIPACIOÓ N EXTERNA.

EN LA FIGURA SE MUESTRA UN SISTEMA A LAZO CERRADO EN DONDE LA VAÓ LVULA SE ABRE O CIERRA AUTOMAÓ TICAMENTE, DE ACUERDO CON LAS VARIACIONES DE NIVEL, PARA MANTENERLO CONSTANTE ELEMENTOS CONSTITUYENTES DE UN SISTEMA A DE CONTROL A LAZO CERRADO

LA FIGURA MUESTRA LOS ELEMENTOS DE UN SISTEMA A LAZO CERRADO. CADA BLOQUE REPRESENTA UN ELEMENTO DEL SISTEMA Y EJECUTA UNA FUNCIOÓ N EN LA OPERACIOÓ N DE CONTROL. LAS LIÓ NEAS ENTRE LOS BLOQUES MUESTRAN LAS SENÑ ALES DE ENTRADA Y SALIDA DE CADA ELEMENTO, Y LAS FLECHAS, LA SECUENCIA DE ACCIONES EN EL ORDEN EN QUE OCURREN. VARIABLE CONTROLADA: SE REFIERE A LA VARIABLE CUYO VALOR DEBE MANTENERSE IGUAL AL DE REFERENCIA, DURANTE EL PROCESO VARIABLE MEDIDA: ES EL VALOR DE LA VARIABLE QUE SE DESEA CONTROLAR. PARA HACERLO,ES NECESARIO CONOCER SU VALOR EN EL PROCESO Y COMPARARLO CON EL VALOR DE REFERENCIA.

INSTRUMENTOS DE MEDICÍON: ES EL CONJUNTO DE SENSORES QUE MIDE LA VARIABLE QUE DESEAMOS CONTROLAR Y PRODUCE SENÑ AL/ES DE SALIDA QUE PROPORCIONALES AL VALOR DE ESTA VARIABLE. SEÑAL DE RETROALIMENTACIÓN: ES LA SALIDA DEL INSTRUMENTO DE MEDIDA VALOR DE REFERENCIA: (.SET POINT.). ES EL VALOR DESEADO DE LA VARIABLE CONTROLADA COMPARADOR: COMPARA EL VALOR DE REFERENCIA CON EL VALOR MEDIDO DE LA VARIABLE CONTROLADA SEÑAL DE ERROR: ES LA SALIDA DEL DETECTOR COMPARADOR. PROVEE EL VALOR DE LA DIFERENCIA ENTRE EL VALOR DESEADO Y EL MEDIDO ACTUADOR: ES UN APARATO O INSTRUMENTO QUE EJECUTA LAS ACCIONES QUE CONDUCEN A LA VARIABLE CONTROLADA A ADQUIRIR EL VALOR DE REFERENCIA VARIABLE MANIPULADA: ES LA VARIABLE QUE SE MANIPULA PARA CAMBIAR LAS CONDICIONES DE LA VARIABLE CONTROLADA. EN UN HORNO, LA VAÓ LVULA DEL GAS SE ABRE O CIERRA PARA CAMBIAR EL VALOR DEL FLUJO DE GAS QUE ALIMENTA AL QUEMADOR. SI EL FLUJO AUMENTA, LO HACE TAMBIEÓ N LA TEMPERATURA, QUE ES LA VARIABLE CONTROLADA. PERTURBACIÓN: ES CUALQUIER FACTOR RESPONSABLE DE CAMBIAR EL VALOR DE LA VARIABLE CONTROLADA Y QUE ESTAÓ FUERA DEL CONTROL DEL SISTEMA CONTROLADOR: RECIBE LA SENÑ AL DE ERROR Y PRODUCE LOS AJUSTES NECESARIOS PARA MINIMIZARLA. PARA NOSOTROS, USUALMENTE UN MICROCONTROLADOR O UNA PC CORRIENDO UN PROGRAMA O ALGORITMO QUE DETERMINE LAS ACCIONES A TOMAR LAZO DE CONTROL COMO VIMOS ENTONCES, EL CONTROL A LAZO CERRADO O CONTROL REALIMENTADO SE REFIERE A UNA OPERACIOÓ N QUE EN PRESENCIA DE PERTURBACIONES TIENDE A REDUCIR LA DIFERENCIA ENTRE LA SALIDA DE UN SISTEMA Y LA ENTRADA DE REFERENCIA DE MANERA CONTINUA Y AUTOMAÓ TICA, TRATANDO DE MANTENER LES DIFERENCIA POR DEBAJO DE UN MARGEN DE ERROR PREVIAMENTE DETERMINADO. PARA ELLO ES NECESARIO IMPLEMENTAR EN EL CONTROLADOR UN ALGORITMO, ES DECIR UNA SERIE DE PASOS Y CAÓ LCULOS, QUE DETERMINE LAS ACCIONES A TOMAR. POR EJEMPLO, SI ESTAMOS CONTROLANDO LA TEMPERATURA DE UN PROCESO QUIÓMICO Y SE ESTAÓ ENFRIANDO ¿CUAÓ NTO DEBE ABRIRSE LA VAÓ LVULA DEL GAS PARA MANTENER ESA TEMPERATURA SIN RECALENTARLO? EL ALGORITMO MAÓ S COMUÓ NMENTE UTILIZADO PARA EL CONTROL ES EL CONOCIDO COMO PID, POR LAS INICIALES, EN INGLEÓ S O ESPANÑ OL, DE LOS TRES MODOS DIFERENTES DE CONTROL QUE INTEGRA EN UNO SOLO: PROPORCIONAL, INTEGRAL Y DERIVATIVO. EL MODO PROPORCIONAL DETERMINA LA REACCIOÓ N AL VALOR DE ERROR EXISTENTE EN EL INSTANTE ACTUAL. EL MODO INTEGRAL CONSIDERA LA REACCIOÓ N BASADO EN LA ACUMULACIOÓ N DE LOS ERRORES RECIENTES EN EL TIEMPO Y EL MODO DERIVATIVO LO HACE SEGUÓ N LA TASA DE CAMBIO (VELOCIDAD DE VARIACIOÓ N) DE ESOS ERRORES RECIENTES.

LA SUMATORIA DE LOS TRES -PONDERADA CADA UNA POR UNA CONSTANTE KP, KI, KD, RESPECTIVAMENTE- DETERMINA LA ACCIOÓ N CORRECTIVA FINAL QUE SE TOMARAÓ SOBRE LA VARIABLE CONTROLADA. AJUSTANDO LAS CONSTANTES K EN EL ALGORITMO SE PUEDE CONSEGUIR UN CONTROL MUY PRECISO SOBRE EL EL GRADO DE RESPUESTA AL ERROR, ASIÓ COMO LA PREVENCIOÓ N DE LAS SOBRECARGAS Y DE LA OSCILACIONES BRUSCAS DEL SISTEMA.

4.2.1.- ON-OFF.

ACCIOÓ N DE CONTROL DE DOS POSICIONES O DE ENCENDIDO Y APAGADO (ON/OFF).

EN UN SISTEMA DE CONTROL DE DOS POSICIONES, EL ELEMENTO DE ACTUACIOÓ N SOLO TIENE DOS POSICIONES FIJAS QUE, EN MUCHOS CASOS, SON SIMPLEMENTE ENCENDIDO Y APAGADO. EL CONTROL DE DOS POSICIONES O DE ENCENDIDO Y APAGADO ES RELATIVAMENTE SIMPLE Y BARATO, RAZOÓ N POR LA CUAL SU USO ES EXTENDIDO EN ISTEMAS DE CONTROL TANTO INDUSTRIALES COMO DOMEÓ STICOS. ES COMUÓ N QUE LOS CONTROLADORES DE DOS POSICIONES SEAN DISPOSITIVOS ELEÓ CTRICOS, EN CUYO CASO SE USA EXTENSAMENTE UNA VAÓ LVULA ELEÓ CTRICA OPERADA POR SOLENOIDES. LOS CONTROLADORES NEUMAÓ TICOS PROPORCIONALES CON GANANCIAS MUY ALTAS FUNCIONAN COMO CONTROLADORES DE DOS POSICIONES Y, EN OCASIONES, SE DENOMINAN CONTROLADORES NEUMAÓ TICOS DE DOS POSICIONES SE MUESTRA UN SISTEMA DE CONTROL DEL LIQUIDO QUE ES CONTROLADO POR UNA ACCIOÓ N DE CONTROL DE DOS POSICIONES.

4.2.2.- PROPORCIONAL. ACCIOÓ N DE CONTROL PROPORCIONAL PARA UN CONTROLADOR CON ACCIOÓ N DE CONTROL PROPORCIONAL, LA RELACIOÓ N ENTRE LA SALIDA DEL CONTROLADOR U(T) Y LA SENÑ AL DE ERROR E(T) ES: UT=KPET O BIEN, EN CANTIDADES TRANSFORMADAS POR EL MEÓ TODO DE LAPLACE USES=KP EN DONDE KP SE CONSIDERA LA GANANCIA PROPORCIONAL CUALQUIERA QUE SEA EL MECANISMO REAL Y LA FORMA DE LA POTENCIA DE OPERACIOÓ N, EL CONTROLADOR PROPORCIONAL ES, EN ESENCIA, UN AMPLIFICADOR CON UNA GANANCIA AJUSTABLE. EL CONTROLADOR PROPORCIONAL ES EL TIPO MAÓ S SIMPLE DE CONTROLADOR, CON EXCEPCIOÓ N DEL CONTROLADOR DE DOS ESTADOS (DEL CUAL SE HACE MENCIOÓ N EN LA PRIMERA PARTE DEL TEXTO) LA ECUACI6N CON QUE SE DESCRIBE SU FUNCIONAMIENTO ES LA SIGUIENTE: MT=M+KCRT-CT O MT=M+KCET DONDE: M(T) = SALIDA DEL CONTROLADOR, PSIG O MA R(T) = PUNTO DE CONTROL, PSIG O MA C(R) = VARIABLE QUE SE CONTROLA, PSIG O MA; EÓ STA ES LA SENÑ AL QUE LLEGA DEL TRANSMISOR. E(R) = SENÑ AL DE ERROR, PSI O MA; EÓ STA ES LA DIFERENCIA ENTRE EL PUNTO DE CONTROL Y LA VARIABLE QUE SE CONTROLA. KC = GANANCIA DEL CONTROLADOR, PSI/PSI OÓ MA/MA M = VALOR BASE, PSIG O MA. EL SIGNIFICADO DE ESTE VALOR ES LA SALIDA DEL CONTROLADOR CUANDO EL ERROR ES CERO; GENERALMENTE SE TIJA DURANTE LA CALIBRACIOÓ N DEL CONTROLADOR, EN EL MEDIO DE LA ESCALA, 9 PSIG O 12 MA.

ES INTERESANTE NOTAR QUE ES PARA UN CONTROLADOR DE ACCIOÓ N INVERSA; SI LA VARIABLE QUE SE CONTROLA, C(F), SE INCREMENTA EN UN VALOR SUPERIOR AL PUNTO DE CONTROL, R(T), EL ERROR SE VUELVE NEGATIVO Y, COMO SE VE EN LA ECUACIOÓ N, LA SALIDA DEL CONTROLADOR, M(T), DECRECE. LA MANERA COMUÓ N CON QUE SE DESIGNA MATEMAÓ TICAMENTE UN CONTROLADOR DE ACCIOÓ N DIRECTA ES HACIENDO NEGATIVA LA GANANCIA DEL CONTROLADOR, KC; SIN EMBARGO, SE DEBE RECORDAR QUE EN LOS CONTROLADORES INDUSTRIALES NO HAY GANANCIAS NEGATIVAS, SINO UÓ NICAMENTE POSITIVAS, LO CUAL SE RESUELVE CON EL SELECTOR INVERSO/DIRECTO. LA KC NEGATIVA

SE UTILIZA CUANDO SE HACE EL ANAÓ LISIS MATEMAÓ TICO DE UN SISTEMA DE CONTROL EN EL QUE SE REQUIERE UN CONTROLADOR DE ACCIOÓ N DIRECTA. SE VE QUE LA SALIDA DEL CONTROLADOR ES PROPORCIONAL AL ERROR ENTRE EL PUNTO DE CONTROL Y LA VARIABLE QUE SE CONTROLA; LA PROPORCIONALIDAD LA DA LA GANANCIA DEL CONTROLADOR, K,; CON ESTA GANANCIA O SENSIBILIDAD DEL CONTROLADOR SE DETERMINA CUAÓ NTO SE MODIFICA LA SALIDA DEL CONTROLADOR CON UN CIERTO CAMBIO DE ERROR. ESTO SE ILUSTRA GRAÓ FICAMENTE

EFECTO DE LA GANANCIA DEL CONTROLADOR SOBRE LA SALIDA DEL CONTROLADOR. (A) CONTROLADOR DE ACCIOÓ N DIRECTA. (B) CONTROLADOR DE ACCIOÓ N INVERSA. LOS CONTROLADORES QUE SON UÓ NICAMENTE PROPORCIONALES TIENEN LA VENTAJA DE QUE SOLO CUENTAN CON UN PARAÓ METRO DE AJUSTE, KC SIN EMBARGO, ADOLECEN DE UNA GRAN DESVENTAJA, OPERAN CON UNA DESVIACIOÓ N, O “ERROR DE ESTADO ESTACIONARIO” EN LA VARIABLE QUE SE CONTROLA. A FIN DE APRECIAR DICHA DESVIACIOÓ N GRAÓ FICAMENTE, CONSIDEÓ RESE EL CIRCUITO DE CONTROL DE NIVEL QUE SE MUESTRA EN LA FIGURA 2.2; SUPOÓ NGASE QUE LAS CONDICIONES DE OPERACIOÓ N DE DISENÑ O SON QI = QO = 150 GPM Y H = 6 PIES; SUPOÓ NGASE TAMBIEÓ N QUE, PARA QUE PASEN 150 GPM POR LA VAÓ LVULA DE SALIDA LA PRESIOÓ N DE AIRE SOBRE EÓ STA DEBE SER DE 9 PSIG. SI EL FLUJO DE ENTRADA SE INCREMENTA, QI, LA RESPUESTA DEL SISTEMA CON UN CONTROLADOR PROPORCIONAL ES COMO SE VE. EL CONTROLADOR LLEVA DE NUEVO A LA VARIABLE A UN VALOR ESTACIONARIO PERO ESTE VALOR NO ES EL PUNTO DE CONTROL REQUERIDO; LA DIFERENCIA ENTRE EL PUNTO DE CONTROL Y EL VALOR DE ESTADO ESTACIONARIO DE LA VARIABLE QUE SE CONTROLA ES LA DESVIACIOÓ N. SE MUESTRAN DOS CURVAS DE RESPUESTA QUE CORRESPONDEN A DOS DIFERENTES VALORES DEL PARAÓ METRO DE AJUSTE KC,. SE APRECIA QUE CUANTO MAYOR ES EL VALOR DE KC, TANTO MENOR ES LA DESVIACIOÓ N, PERO LA RESPUESTA DEL PROCESO SE HACE MAÓ S OSCILATORIA; SIN EMBARGO, PARA LA MAYORIÓ A DE LOS PROCESOS EXISTE UN VALOR MAÓ XIMO DE KC, MAÓ S ALLAÓ DEL CUAL EL PROCESO SE HACE INESTABLE.

4.2.3.-PROPORCIONAL + INTEGRAL.

LA MAYORIÓ A DE LOS PROCESOS NO SE PUEDEN CONTROLAR CON UNA DESVIACIOÓ N, ES DECIR, SE DEBEN CONTROLAR EN EL PUNTO DE CONTROL, Y EN ESTOS CASOS SE DEBE ANÑ ADIR INTELIGENCIA AL CONTROLADOR PROPORCIONAL, PARA ELIMINAR LA DESVIACIOÓ N. ESTA NUEVA INTELIGENCIA O NUEVO MODO DE CONTROL ES LA ACCIOÓ N INTEGRAL O DE REAJUSTE Y EN CONSECUENCIA, EL CONTROLADOR SE CONVIERTE EN UN CONTROLADOR PROPORCIONALINTEGRAL (PI). LA SIGUIENTE ES SU ECUACIOÓ N DESCRIPTIVA: MT=M+KCRT-CT+KCΤIRT-CTDT MT=M+KCET+KCΤIETDT DONDE ΤI = TIEMPO DE INTEGRACIOÓ N O REAJUSTE MINUTOS/REPETICIOÓ N. POR LO TANTO, EL CONTROLADOR PI TIENE DOS PARAÓ METROS, KC, Y ΤI , QUE SE DEBEN AJUSTAR PARA OBTENER UN CONTROL SATISFACTORIO. PARA ENTENDER EL SIGNIFICADO FIÓSICO DEL TIEMPO DE REAJUSTE, ΤI , CONSIDEÓ RESE EL EJEMPLO HIPOTEÓ TICO QUE SE MUESTRA , DONDE 7, ES EL TIEMPO QUE TOMA AL CONTROLADOR REPETIR LA ACCIOÓ N PROPORCIONAL Y, EN CONSECUENCIA, LAS UNIDADES SON MINUTOS/REPETICIOÓ N. TANTO MENOR ES EL VALOR DE ΤI , CUANTO MAÓ S PRONUNCIADA ES LA CURVA DE RESPUESTA, LO CUAL SIGNIFICA QUE LA RESPUESTA DEL CONTROLADOR SE HACE MAÓ S RAÓ PIDA

RESPUESTA DEL CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL (PI) (ACCIOÓ N DIRECTA) A UN CAMBIO ESCALOÓ N EN EL ERROR. OTRA MANERA DE EXPLICAR ESTO ES MEDIANTE LA OBSERVACIOÓ N DE LA ECUACIOÓ N , TANTO MENOR ES EL VALOR DE TI, CUANTO MAYOR ES EL TEÓ RMINO DELANTE DE LA INTEGRAL, KCΤI Y, EN CONSECUENCIA, SE LE DA MAYOR PESO A LA ACCIOÓ N INTEGRAL O DE REAJUSTE. DE LA ECUACIOÓ N (3.1) TAMBIEÓ N SE NOTA QUE, MIENTRAS ESTAÓ PRESENTE EL TEÓ RMINO DE ERROR, EL CONTROLADOR SE MANTIENE CAMBIANDO SU RESPUESTA Y, POR LO TANTO, INTEGRANDO EL ERROR, PARA ELIMINARLO; RECUEÓ RDESE QUE INTEGRACIOÓ N TAMBIEÓ N QUIERE DECIR SUMATORIA. LA FUNCIOÓ N DE TRANSFERENCIA DEL CONTROLADOR ES: USES=KP1+1TIS EN DONDE KP, ES LA GANANCIA PROPORCIONAL Y TI SE DENOMINA TIEMPO INTEGRAL. TANTO KP COMO TI SON AJUSTABLES. EL TIEMPO INTEGRAL AJUSTA LA ACCIOÓ N DE CONTROL INTEGRAL, MIENTRAS QUE UN CAMBIO EN EL VALOR DE KP AFECTA LAS PARTES INTEGRAL Y PROPORCIONAL DE LA ACCIOÓ N DE CONTROL. EL INVERSO DEL TIEMPO INTEGRAL TI SE DENOMINA VELOCIDAD DE REAJUSTE. LA VELOCIDAD DE REAJUSTE ES LA CANTIDAD DE VECES POR MINUTO QUE SE DUPLICA LA PARTE PROPORCIONAL DE LA ACCIOÓ N DE CONTROL. LA VELOCIDAD DE REAJUSTE SE MIDE EN TEÓ RMINOS DE LAS REPETICIONES POR MINUTO. MUESTRA UN DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN CONTROLADOR PROPORCIONAL MAÓ S INTEGRAL. SI LA SENÑ AL DE ERROR E(T) ES UNA FUNCIOÓ N ESCALOÓ N UNITARIO, COMO SE APRECIA EN LA FIGURA 3.1(B), LA SALIDA DEL CONTROLADOR U(T) SE CONVIERTE EN LO QUE SE MUESTRA .

4.2.4.- PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO. ALGUNAS VECES SE ANÑ ADE OTRO MODO DE CONTROL AL CONTROLADOR PI, ESTE NUEVO MODO DE CONTROL ES LA ACCIOÓ N DERIVATIVA, QUE TAMBIEÓ N SE CONOCE COMO RAPIDEZ DE DERIVACIOÓ N O PREACTUACIOÓ N; TIENE COMO PROPOÓ SITO ANTICIPAR HACIA DOÓ NDE VA EL PROCESO, MEDIANTE LA OBSERVACIOÓ N DE LA RAPIDEZ PARA EL CAMBIO DEL ERROR, SU DERIVADA. LA ECUACIOÓ N DESCRIPTIVA ES LA SIGUIENTE: MT=M+KCET+KCΤIETDT+KCΤDD ETDT DONDE ΤD= RAPIDEZ DE VARIACIOÓ N EN MINUTOS POR LO TANTO, EL CONTROLADOR PID SE TIENE TRES PARAÓ METROS, C O PB, Τ I O ΤIR Y ΤD QUE SE DEBEN AJUSTAR PARA OBTENER UN

CONTROL SATISFACTORIO. NOÓ TESE QUE SOLO EXISTE UN PARAÓ METRO PARA AJUSTE DE DERIVACIOÓ N, ΤD , EL CUAL TIENE LAS MISMAS UNIDADES, MINUTOS, PARA TODOS LOS FABRICANTES. COMO SE ACABA DE MENCIONAR, CON LA ACCIOÓ N DERIVATIVA SE DA AL CONTROLADOR LA CAPACIDAD DE ANTICIPAR HACIA DOÓ NDE SE DIRIGE EL PROCESO, ES DECIR, “VER HACIA ADELANTE”, MEDIANTE EL CAÓ LCULO DE LA DERIVADA DEL ERROR. LA CANTIDAD DE “ANTICIPACIOÓ N” SE DECIDE MEDIANTE EL VALOR DEL PARAÓ METRO DE AJUSTE, ΤD LOS CONTROLADORES PID SE UTILIZAN EN PROCESOS DONDE LAS CONSTANTES DE TIEMPO SON LARGAS. EJEMPLOS TIÓPICOS DE ELLO SON LOS CIRCUITOS DE TEMPERATURA Y LOS DE CONCENTRACIOÓ N. LOS PROCESOS EN QUE LAS CONSTANTES DE TIEMPO SON CORTAS (CAPACITANCIA PEQUENÑ A) SON RAÓ PIDOS Y SUSCEPTIBLES AL RUIDO DEL PROCESO, SON CARACTERIÓSTICOS DE ESTE TIPO DE PROCESO LOS CIRCUITOS DE CONTROL DE FLUJO Y LOS CIRCUITOS PARA CONTROLAR LA PRESIOÓ N EN CORRIENTES DE LIÓQUIDOS. CONSIDEÓ RESE EL REGISTRO DE FLUJO QUE SE ILUSTRA EN LA APLICACIOÓ N DEL MODO DERIVATIVO SOLO DA COMO RESULTADO LA AMPLIFICACIOÓ N DEL RUIDO, PORQUE LA DERIVADA DEL RUIDO, QUE CAMBIA RAÓ PIDAMENTE, ES UN VALOR GRANDE. LOS PROCESOS DONDE LA CONSTANTE DE TIEMPO ES LARGA (CAPACITANCIA GRANDE) SON GENERALMENTE AMORTIGUADOS Y, EN CONSECUENCIA, MENOS SUSCEPTIBLES AL RUIDO; SIN EMBARGO, SE DEBE ESTAR ALERTA, YA QUE SE PUEDE TENER UN PROCESO CON CONSTANTE DE TIEMPO LARGA, POR EJEMPLO, UN CIRCUITO DE TEMPERATURA, EN EL QUE EL TRANSMISOR SEA RUIDOSO, EN CUYO CASO SE’ DEBE REPARAR EL TRANSMISOR ANTES DE UTILIZAR EL CONTROLADOR PID.

REGISTRO DE UN CIRCUITO DE FLUJO. LA FUNCIOÓ N DE TRANSFERENCIA DE UN CONTROLADOR PID “IDEAL” SE OBTIENE A PARTIR DE LA ECUACIOÓ N (4.2), LA CUAL SE REORDENA COMO SIGUE: MT-M=KCET-0+KCΤI(ET-0)DT+KCΤDD (ET-0) DEFINIENDO LAS VARIABLES DE DESVIACIOÓ N MT=MR-MET=ET-0 SE OBTIENE LA TRANSFORMADA DE LAPLACE Y SE REORDENA PARA OBTENER: MSES=KC1+1ΤIS+ΤDS ESTA FUNCIOÓ N DE TRANSFERENCIA SE CONOCE COMO “IDEAL” PORQUE EN LA PRAÓ CTICA ES IMPOSIBLE IMPLANTAR EL CALCULO DE LA DERIVADA, POR LO CUAL SE HACE UNA APROXIMACIOÓ N MEDIANTE LA UTILIZACIOÓ N DE UN ADELANTO/RETARDO, DE LO QUE RESULTA LA FUNCIOÓ N DE TRANSFERENCIA “REAL”: MSES=KC1+1ΤISΤDS+1Α ΤDS+1…….ECUACION 4.4 LOS VALORES TIÓPICOS DE Α ESTAÓ N ENTRE 0.05 Y 0.1.

EN RESUMEN, LOS CONTROLADORES PID TIENEN TRES PARAÓ METROS DE AJUSTE: LA GANANCIA O BANDA PROPORCIONAL, EL TIEMPO DE REAJUSTE O RAPIDEZ DE REAJUSTE Y LA RAPIDEZ DERIVATIVA. LA RAPIDEZ DERIVATIVA SE DA SIEMPRE EN MINUTOS. LOS CONTROLADORES PID SE RECOMIENDAN PARA CIRCUITOS CON CONSTANTE DE TIEMPO LARGA EN LOS QUE NO HAY

RUIDO. LA VENTAJA DEL MODO DERIVATIVO ES QUE PROPORCIONA LA CAPACIDAD DE “VER HACIA DOÓ NDE SE DIRIGE EL PROCESO”.

4.3.-SINTONIZACIÓN DE CONTROLES. EL DISEÑO DE CONTROLADORES, TAL COMO SE MOSTRÓ EN LA SECCIÓN ANTERIOR, SE REALIZA EN UNCIÓN DEL CONOCIMIENTO DEL PROCESO, ES DECIR, A PARTIR DEL MODELO DEL PROCESO, DEL ESQUEMA DE CONTROL Y DE LAS RESTRICCIONES QUE SE LE IMPONEN AL MISMO. A DIFERENCIA DE ELLO, LA SINTONIZACIÓN DE LOS CONTROLADORES SE REALIZA SIN QUE SE DISPONGA DE DICHA INFORMACIÓN Y RESULTA SUMANENTE ÚTIL EN LOS CASOS EN QUE LA OBTENCIÓN DEL MODELO DEL PROCESO ES MUY ENGORROSA. LOS MÉTODOS DE DISEÑO UTILIZAN RESTRICCIONES PARTICULARES IMPUESTAS A LA RESPUESTA DESEADA QUE PERMITEN DETERMINAR CON PRECISIÓN LOS PARÁMETROS DEL CONTROLADOR, EN TANTO QUE EN EL CASO DE LA SINTONIZACIÓN DE UN CONTROLADOR, DICHOS PARÁMETROS SE VAN AJUSTANDO DE FORMA TAL QUE SE OBTENGA UNA RESPUESTA TEMPORAL ACEPTABLE. LOS MÉTODOS DE SINTONIZACIÓN ESTÁN BASADOS EN ESTUDIOS EXPERIMENTALES DE LA RESPUESTA AL ESCALÓN DE DIFERENTES TIPOS DE SISTEMAS, RAZÓN POR LA CUAL LOS PARÁMETROS DEL CONTROLADOR QUE SE DETERMINAN UTILIZANDO ESTAS METODOLOGÍAS PODRÍAN DAR COMO RESULTADO UNA RESPUESTA MEDIANAMENTE INDESEABLE. ES POR ELLO QUE DICHOS PARÁMETROS SE UTILIZAN COMO PUNTO DE PARTIDA PARA LA DE_NITIVA SINTONIZACIÓN DE LOS MISMOS, LO CUAL SE REALIZARÁ AJUSTÁNDOLOS _NAMENTE DE FORMA TAL QUE SE LOGRE OBTENER LA RESPUESTA DESEADA. EN ESTA SECCIÓN SE MOSTRARAN DOS REGLAS DE SINTONIZACIÓN DE CONTROLADORES DESARROLLADAS POR ZIEGLER Y NICHOLS, LAS CUALES SIMPLI_CAN ALTAMENTE EL PROBLEMA DE _JAR LOS PARÁMETROS DE UN CONTROLADOR. DICHAS REGLAS PODRÍAN NO SER LA MEJOR ALTERNATIVA PERO SU SENCILLEZ Y DISPONIBILIDAD LAS MANTIENEN COMO UNA FUERTE OPCIÓN AÚN HOY EN DÍA.

4.4.- APLICACIONES DE CONTROLADORES.

LOS REGULADORES PID SON DE MUCHA UTILIDAD, EN LA REGULACIOÓ N DE PROCESOS INDUSTRIALES, DE TAL MODO QUE LA GRAN MAYORIA DE REGULADORES UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA, SON DE ESTE TIPO, YA QUE POR LO GENERAL, SE BUSCA SIMPLICIDAD EN LAS ESTRATEGIAS DE CONTROL. SE SUELEN UTILIZAR EN PLANTAS INDUSTRIALES, EN EL CONTROL DE NIVELES, PRESIONES, FLUJOS, TEMPERATURAS, MOVIMIENTOS O POSICIONES, VELOCIDADES ETC. LOS PROCESOS ANTERIORMENTE MENCIONADOS, POSEEN CIERTAS CARACTERIÓ STICAS DINAMICAS, MUY IMPORTANTES, COMO POR EJEMPLO EL TIEMPO MUERTO, CONSTANTES DE TIEMPO, TIEMPO DE ESTABLECIMIENTO O GANANCIAS DE PROCESO. LAS CUALES DEFINEN, LA CLASIFICACIOÓ N DEL PROCESO, EN PROCESOS DE PRIMER ORDEN, DE SEGUNDO ORDEN O DE ORDEN SUPERIOR. EN EL PRESENTE CASO, EL ESTUDIO DE RESPUESTA, EN LAZOS DE CONTROL CON REGULADORES PID, SE LIMITARAÓ HASTA PROCESOS DE SEGUNDO ORDEN, YA QUE ES HASTA LOS CUALES SE ALCANZA UNA REGULACIOÓ N ADECUADA O ESTABLE, Y POR LO TANTO, ES LA SITUACIOÓ N QUE SE ENCUENTRA EN LA PRACTICA, DEBIENDOSE UTILIZAR PARA PROCESOS DE ORDEN SUPERIOR, OTRO TIPO DE ESTRATEGIAS DE CONTROL. POR TAL RAZOÓ N, SE PROPONDRAÓ UN MODELO EQUIVALENTE PARA ESTOS PROCESOS, CON EL FIN DE REALIZAR ANALISIS DE RESPUESTA O MODELACIONES, YA QUE LAS CARACTERIÓ STICAS DINAÓ MICAS DE ESTOS

PROCESOS INDUSTRIALES SON IGUALES CUALITATIVAMENTE, AUNQUE CAMBIAN CUANTITATIVAMENTE DEPENDIENDO DE LA VARIABLE O PROCESO A SER REGULADO,

UNIDAD V TÓPICOS DE CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA EL PROPÓSITO DE ADQUISICIÓN DE DATOS ES MEDIR UN FENÓMENO ELÉCTRICO Y FÍSICO COMO VOLTAJE, CORRIENTE, TEMPERATURA, PRESIÓN O SONIDO. LA ADQUISICIÓN DE DATOS BASADA EN PC UTILIZA UNA COMBINACIÓN DE HARDWARE MODULAR, SOFTWARE DE APLICACIÓN Y UNA PC PARA REALIZAR MEDIDAS. MIENTRAS CADA SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS SE DEFINE POR SUS REQUERIMIENTOS DE APLICACIÓN, CADA SISTEMA COMPARTE UNA META EN COMÚN DE ADQUIRIR, ANALIZAR Y PRESENTAR INFORMACIÓN. LOS SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS INCORPORAN SEÑALES, SENSORES, ACTUADORES, ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES, DISPOSITIVOS DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y SOFTWARE DE APLICACIÓN. LA ADQUISICIÓN DE DATOS O ADQUISICIÓN DE SEÑALES, CONSISTE EN LA TOMA DE MUESTRAS DEL MUNDO REAL (SISTEMA ANALÓGICO) PARA GENERAR DATOS QUE PUEDAN SER MANIPULADOS POR UN ORDENADOR U OTRAS ELECTRÓNICAS (SISTEMA DIGITAL). CONSISTE, EN TOMAR UN CONJUNTO DE SEÑALES FÍSICAS, CONVERTIRLAS EN TENSIONES ELÉCTRICAS Y DIGITALIZARLAS DE MANERA QUE SE PUEDAN PROCESAR EN UNA COMPUTADORA O PAC. SE REQUIERE UNA ETAPA DE CONDICIONAMIENTO, QUE ADECUA LA SEÑAL A NIVELES COMPATIBLES CON EL ELEMENTO QUE HACE LA TRANSFORMACIÓN A SEÑAL DIGITAL. EL ELEMENTO QUE HACE DICHA TRANSFORMACIÓN ES EL MÓDULO DE DIGITALIZACIÓN O TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DAQ).

A LO LARGO DEL CURSO SE HA OBSERVADO QUE EXISTEN DOS TIPOS DE CONTROL, EL ANALÓGICO Y EL DIGITAL, SI BIEN ES CIERTO QUE EL PRIMERO ES EL MAS USADO EN PAÍSES DEL TERCER MUNDO COMO EL NUESTRO; EL SEGUNDO ES HASTA HOY, EL MAS VENTAJOSO A EMPLEAR EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES. DEBIDO A LO CÓMODO QUE RESULTA TRATAR EXCLUSIVAMENTE CON NÚMEROS PUROS Y SER IDEAL PARA LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS NUMÉRICOS. ASIMISMO LA ALTA VELOCIDAD CONSEGUIDA EN LAS SEÑALES DE MANDO A LOS DIVERSOS INSTRUMENTOS DE CONTROL, PERMITE MANTENER EL SET PIONT CASI CONSTANTE Y MONITOREADO EN TODO MOMENTO. SIN EMBARGO ESTE TIPO DE CONTROL FRENTE AL ANALÓGICO, TIENE LA DESVENTAJA DE QUE AL MUESTREAR EL PROCESO PIERDE PARTE DE LA INFORMACIÓN. LO ANTERIOR PUEDE SER CORREGIDO CON COMPLEJOS ALGORITMOS MATEMÁTICOS (AL COMPARAR ESTE Y EL ANALÓGICO EN CUESTIÓN DE COSTOS, EL CONTROL DIGITAL PIERDE GRAVEMENTE) QUE LE ASIGNAN VERSATILIDAD E INTERACCIÓN AMIGABLE EN LA MODIFICACIÓN DE PARÁMETROS Y VARIABLES QUE OPERAN EN EL PROCESO. AUNADO A LO ANTERIOR, CON EL CONTROL DIGITAL ASISTIDO POR COMPUTADOR SE PUEDE:

• LOGRAR MAYOR RENDIMIENTO DE LOS PROCESOS Y POR LO TANTO UNA MEJOR PRODUCCIÓN CON MENORES COSTES GRACIAS A LA UTILIZACIÓN EFICIENTE DEL MATERIAL Y DEL EQUIPO. • MAYOR CALIDAD EN LOS PRODUCTOS FABRICADOS A COSTOS MUY REDUCIDOS. • MAYOR SEGURIDAD, YA QUE LA ACCIÓN DE CORRECCIÓN Y ACTIVACIÓN DE ALARMAS ES CASI INMEDIATA. INTRODUCCION AL CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA HOY EN DÍA, ANTE LA COMPLEJIDAD CRECIENTE DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES Y EL AUMENTO EN LA PRODUCCIÓN DE ESTOS, RESULTA NECESARIO DESDE EL PUNTO DE VISTA FINANCIERO LOGRAR UNA PRODUCCIÓN ÓPTIMA; QUE SEA CAPAZ DE REDUCIR SUS COSTOS Y DE PROPORCIONAR UNA CALIDAD BUENA EN SUS PRODUCTOS. LO ANTERIOR SOLO PUEDE LOGRARSE CON UN ADECUADO CONTROL INDUSTRIAL. A LO LARGO DEL CURSO SE HA OBSERVADO QUE EXISTEN DOS TIPOS DE CONTROL, EL ANALÓGICO Y EL DIGITAL, SI BIEN ES CIERTO QUE EL PRIMERO ES EL MAS USADO EN PAÍSES DEL TERCER MUNDO COMO EL NUESTRO; EL SEGUNDO ES HASTA HOY, EL MAS VENTAJOSO A EMPLEAR EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES. DEBIDO A LO CÓMODO QUE RESULTA TRATAR EXCLUSIVAMENTE CON NÚMEROS PUROS Y SER IDEAL PARA LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS NUMÉRICOS. ASIMISMO LA ALTA VELOCIDAD CONSEGUIDA EN LAS SEÑALES DE MANDO A LOS DIVERSOS INSTRUMENTOS DE CONTROL, PERMITE MANTENER EL SET POINT CASI CONSTANTE Y MONITOREADO EN TODO MOMENTO. SIN EMBARGO ESTE TIPO DE CONTROL FRENTE AL ANALÓGICO, TIENE LA DESVENTAJA DE QUE AL MUESTREAR EL PROCESO PIERDE PARTE DE LA INFORMACIÓN. LO ANTERIOR PUEDE SER CORREGIDO CON COMPLEJOS ALGORITMOS MATEMÁTICOS (AL COMPARAR ESTE Y EL ANALÓGICO EN CUESTIÓN DE COSTOS, EL CONTROL DIGITAL PIERDE GRAVEMENTE) QUE LE ASIGNAN VERSATILIDAD E INTERACCIÓN AMIGABLE EN LA MODIFICACIÓN DE PARÁMETROS Y VARIABLES QUE OPERAN EN EL PROCESO. AUNADO A LO ANTERIOR, CON EL CONTROL DIGITAL ASISTIDO POR COMPUTADOR SE PUEDE: LOGRAR MAYOR RENDIMIENTO DE LOS PROCESOS Y POR LO TANTO UNA MEJOR PRODUCCIÓN CON MENORES COSTES GRACIAS A LA UTILIZACIÓN EFICIENTE DEL MATERIAL Y DEL EQUIPO. •MAYOR CALIDAD EN LOS PRODUCTOS FABRICADOS A COSTOS MUY REDUCIDOS. • MAYOR SEGURIDAD, YA QUE LA ACCIÓN DE CORRECCIÓN Y ACTIVACIÓN DE ALARMAS ES CASI INMEDIATA. PROPORCIONA UNA GRAN CANTIDAD DE INFORMACIÓN A LA DIRECCIÓN DE CONTROL, EN FORMA SIMULTÁNEA Y EN TIEMPO REAL.

5.1.-ADQUISICIÓN DE DATOS. LA ADQUISICIÓN DE DATOS O ADQUISICIÓN DE SEÑALES, CONSISTE EN LA TOMA DE MUESTRAS DEL MUNDO REAL (SISTEMA ANALÓGICO) PARA GENERAR DATOS QUE PUEDAN SER MANIPULADOS POR UN ORDENADOR U OTRAS ELECTRÓNICAS (SISTEMA DIGITAL). CONSISTE, EN TOMAR UN CONJUNTO DE SEÑALES FÍSICAS, CONVERTIRLAS EN TENSIONES ELÉCTRICAS Y DIGITALIZARLAS DE MANERA QUE SE PUEDAN PROCESAR EN UNA COMPUTADORA O PAC. SE REQUIERE UNA ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO, QUE ADECUA LA SEÑAL A NIVELES COMPATIBLES CON EL ELEMENTO QUE HACE LA TRANSFORMACIÓN A SEÑAL DIGITAL. EL ELEMENTO QUE

HACE DICHA TRANSFORMACIÓN ES EL MÓDULO DE DIGITALIZACIÓN O TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DAQ).

PROCESO DE ADQUISICIÓN DE DATOS DEFINICIONES DATO: REPRESENTACIÓN SIMBÓLICA (NUMÉRICA, ALFABÉTICA...), ATRIBUTO O CARACTERÍSTICA DE UN VALOR. NO TIENE SENTIDO EN SÍ MISMO, PERO CONVENIENTEMENTE TRATADO (PROCESADO) SE PUEDE UTILIZAR EN LA RELACIÓN DE CÁLCULOS O TOMA DE DECISIONES. ADQUISICIÓN: RECOGIDA DE UN CONJUNTO DE VARIABLES FÍSICAS, CONVERSIÓN EN VOLTAJE Y DIGITALIZACIÓN DE MANERA QUE SE PUEDAN PROCESAR EN UN ORDENADOR. SISTEMA: CONJUNTO ORGANIZADO DE DISPOSITIVOS QUE INTERACTÚAN ENTRE SÍ OFRECIENDO PRESTACIONES MÁS COMPLETAS Y DE MÁS ALTO NIVEL. UNA VEZ QUE LAS SEÑALES ELÉCTRICAS SE TRANSFORMARON EN DIGITALES, SE ENVÍAN A TRAVÉS DEL BUS DE DATOS A LA MEMORIA DEL PC. UNA VEZ LOS DATOS ESTÁN EN MEMORIA PUEDEN PROCESARSE CON UNA APLICACIÓN ADECUADA, ARCHIVARLAS EN EL DISCO DURO, VISUALIZARLAS EN LA PANTALLA, ETC. BIT DE RESOLUCIÓN: NÚMERO DE BITS QUE EL CONVERTIDOR ANALÓGICO A DIGITAL (ADC) UTILIZA PARA REPRESENTAR UNA SEÑAL. RANGO: VALORES MÁXIMO Y MÍNIMO ENTRE LOS QUE EL SENSOR, INSTRUMENTO O DISPOSITIVO FUNCIONAN BAJO UNAS ESPECIFICACIONES. TEOREMA DE NYQUIST: AL MUESTREAR UNA SEÑAL, LA FRECUENCIA DE MUESTREO DEBE SER MAYOR QUE DOS VECES EL ANCHO DE BANDA DE LA SEÑAL DE ENTRADA, PARA PODER RECONSTRUIR LA SEÑAL ORIGINAL DE FORMA EXACTA A PARTIR DE SUS MUESTRAS. EN CASO CONTRARIO, APARECERÁ EL FENÓMENO DEL ALIASING QUE SE PRODUCE AL INFRA­MUESTREAR. SI LA SEÑAL SUFRE ALIASING, ES IMPOSIBLE RECUPERAR EL ORIGINAL. VELOCIDAD DE MUESTREO RECOMENDADA: *FRECUENCIA MAYOR (MEDIDA DE FRECUENCIA) *FRECUENCIA MAYOR (DETALLE DE LA FORMA DE ONDA) LOS COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS, POSEEN SENSORES ADECUADOS QUE CONVIERTEN CUALQUIER PARÁMETRO DE MEDICIÓN DE UNA SEÑAL ELÉCTRICA, QUE SE ADQUIRIERE POR EL HARDWARE DE ADQUISICIÓN DE DATOS. LOS DATOS ADQUIRIDOS SE VISUALIZAN, ANALIZAN, Y ALMACENAN EN UN ORDENADOR, YA SEA UTILIZANDO EL PROVEEDOR DE SOFTWARE SUMINISTRADO U OTRO SOFTWARE. LOS CONTROLES Y VISUALIZACIONES SE PUEDEN DESARROLLAR UTILIZANDO VARIOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN DE PROPÓSITO GENERAL COMO VISUALBASIC, C++, FORTRAN, JAVA, LISP, PASCAL. LOS LENGUAJES ESPECIALIZADOS DE PROGRAMACIÓN UTILIZADOS PARA LA ADQUISICIÓN DE DATOS INCLUYEN EPICS, UTILIZADA EN LA CONSTRUCCIÓN DE GRANDES SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS, LABVIEW, QUE OFRECE UN ENTORNO GRÁFICO DE PROGRAMACIÓN OPTIMIZADO PARA LA ADQUISICIÓN DE DATOS, Y MATLAB. ESTOS ENTORNOS DE ADQUISICIÓN PROPORCIONAN UN LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN ADEMÁS DE BIBLIOTECAS Y HERRAMIENTAS PARA LA ADQUISICIÓN DE DATOS Y POSTERIOR ANÁLISIS. DE LA MISMA MANERA QUE SE TOMA UNA SEÑAL ELÉCTRICA Y SE TRANSFORMA EN UNA DIGITAL PARA ENVIARLA AL ORDENADOR, SE PUEDE TAMBIÉN TOMAR UNA SEÑAL DIGITAL O BINARIA Y CONVERTIRLA EN UNA ELÉCTRICA. EN ESTE CASO EL

ELEMENTO QUE HACE LA TRANSFORMACIÓN ES UNA TARJETA O MÓDULO DE ADQUISICIÓN DE DATOS DE SALIDA, O TARJETA DE CONTROL. LA SEÑAL DENTRO DE LA MEMORIA DEL PC LA GENERA UN PROGRAMA ADECUADO A LAS APLICACIONES QUE QUIERE EL USUARIO Y, LUEGO DE PROCESARLA, ES RECIBIDA POR MECANISMOS QUE EJECUTAN MOVIMIENTOS MECÁNICOS, A TRAVÉS DE SERVOMECANISMOS, QUE TAMBIÉN SON DEL TIPO TRANSDUCTORES. UN SISTEMA TÍPICO DE ADQUISICIÓN UTILIZA SENSORES, TRANSDUCTORES, AMPLIFICADORES, CONVERTIDORES ANALÓGICO ­ DIGITAL (A/D) Y DIGITAL ­ ANALÓGICO (D/A), PARA PROCESAR INFORMACIÓN ACERCA DE UN SISTEMA FÍSICO DE FORMA DIGITALIZADA. ¿CÓMO SE ADQUIEREN LOS DATOS? LA ADQUISICIÓN DE DATOS SE INICIA CON EL FENÓMENO FÍSICO O LA PROPIEDAD FÍSICA DE UN OBJETO (OBJETO DE LA INVESTIGACIÓN) QUE SE DESEA MEDIR. ESTA PROPIEDAD FÍSICA O FENÓMENO PODRÍA SER EL CAMBIO DE TEMPERATURA O LA TEMPERATURA DE UNA HABITACIÓN, LA INTENSIDAD O INTENSIDAD DEL CAMBIO DE UNA FUENTE DE LUZ, LA PRESIÓN DENTRO DE UNA CÁMARA, LA FUERZA APLICADA A UN OBJETO, O MUCHAS OTRAS COSAS. UN EFICAZ SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS PUEDEN MEDIR TODOS ESTOS DIFERENTES PROPIEDADES O FENÓMENOS. UN SENSOR ES UN DISPOSITIVO QUE CONVIERTE UNA PROPIEDAD FÍSICA O FENÓMENO EN UNA SEÑAL ELÉCTRICA CORRESPONDIENTE MEDIBLE, TAL COMO TENSIÓN, CORRIENTE, EL CAMBIO EN LOS VALORES DE RESISTENCIA O CONDENSADOR, ETC. LA CAPACIDAD DE UN SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS PARA MEDIR LOS DISTINTOS FENÓMENOS DEPENDE DE LOS TRANSDUCTORES PARA CONVERTIR LAS SEÑALES DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS MENSURABLES EN LA ADQUISICIÓN DE DATOS POR HARDWARE. TRANSDUCTORES SON SINÓNIMO DE SENSORES EN SISTEMAS DE DAQ. HAY TRANSDUCTORES ESPECÍFICOS PARA DIFERENTES APLICACIONES, COMO LA MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA, LA PRESIÓN, O FLUJO DE FLUIDOS. DAQ TAMBIÉN DESPLIEGA DIVERSAS TÉCNICAS DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES PARA MODIFICAR ADECUADAMENTE DIFERENTES SEÑALES ELÉCTRICAS EN TENSIÓN, QUE LUEGO PUEDEN SER DIGITALIZADOS USANDO CED. LAS SEÑALES PUEDEN SER DIGITALES (TAMBIÉN LLAMADA SEÑALES DE LA LÓGICA) O ANALÓGICAS EN FUNCIÓN DEL TRANSDUCTOR UTILIZADO. EL ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES SUELE SER NECESARIO SI LA SEÑAL DESDE EL TRANSDUCTOR NO ES ADECUADO PARA LA DAQ HARDWARE QUE SE UTILIZA. LA SEÑAL PUEDE SER AMPLIFICADA O DESAMPLIFICADA, O PUEDE REQUERIR DE FILTRADO, O UN CIERRE PATRONAL, EN EL AMPLIFICADOR SE INCLUYE PARA REALIZAR DEMODULACIÓN. VARIOS OTROS EJEMPLOS DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES PODRÍA SER EL PUENTE DE CONCLUSIÓN, LA PRESTACIÓN ACTUAL DE TENSIÓN O EXCITACIÓN AL SENSOR, EL AISLAMIENTO, LINEALIZACIÓN, ETC. ESTE PRETRATAMIENTO DE LA SEÑAL NORMALMENTE LO REALIZA UN PEQUEÑO MÓDULO ACOPLADO AL TRANSDUCTOR. DAQ HARDWARE SON POR LO GENERAL LAS INTERFACES ENTRE LA SEÑAL Y UN PC. PODRÍA SER EN FORMA DE MÓDULOS QUE PUEDEN SER CONECTADOS A LA COMPUTADORA DE LOS PUERTOS (PARALELO, SERIE, USB, ETC...) O RANURAS DE LAS TARJETAS CONECTADAS A (PCI, ISA) EN LA PLACA MADRE. POR LO GENERAL, EL ESPACIO EN LA PARTE POSTERIOR DE UNA TARJETA PCI ES DEMASIADO PEQUEÑO PARA TODAS LAS CONEXIONES

NECESARIAS, DE MODO QUE UNA RUPTURA DE CAJA EXTERNA ES OBLIGATORIO. EL CABLE ENTRE ESTE RECUADRO Y EL PC ES CARA DEBIDO A LOS NUMEROSOS CABLES Y EL BLINDAJE NECESARIO Y PORQUE ES EXÓTICO. LAS TARJETAS DAQ A MENUDO CONTIENEN MÚLTIPLES COMPONENTES (MULTIPLEXORES, ADC, DAC, TTL­ IO, TEMPORIZADORES DE ALTA VELOCIDAD, MEMORIA RAM). ESTOS SON ACCESIBLES A TRAVÉS DE UN BUS POR UN MICRO CONTROLADOR, QUE PUEDE EJECUTAR PEQUEÑOS PROGRAMAS. EL CONTROLADOR ES MÁS FLEXIBLE QUE UNA UNIDAD LÓGICA DURA CABLEADA, PERO MÁS BARATO QUE UNA CPU DE MODO QUE ES CORRECTO PARA BLOQUEAR CON SIMPLES BUCLES DE PREGUNTAS. DRIVER SOFTWARE NORMALMENTE VIENE CON EL HARDWARE DAQ O DE OTROS PROVEEDORES, Y PERMITE QUE EL SISTEMA OPERATIVO PUEDA RECONOCER EL HARDWARE DAQ Y DAR ASÍ A LOS PROGRAMAS ACCESO A LAS SEÑALES DE LECTURA POR EL HARDWARE DAQ. UN BUEN CONDUCTOR OFRECE UN ALTO Y BAJO NIVEL DE ACCESO. EJEMPLOS DE SISTEMAS DE ADQUISICIÓN Y CONTROL: • DAQ PARA RECOGER DATOS (DATALOGGER) MEDIOAMBIENTALES (ENERGÍAS RENOVABLES E INGENIERÍA VERDE).

• DAQ PARA AUDIO Y VIBRACIONES (MANTENIMIENTO, TEST). • DAQ + CONTROL DE MOVIMIENTO (CORTE CON LASER).

• DAQ + CONTROL DE MOVIMIENTO+ VISIÓN ARTIFICIAL (ROBOTS MODERNOS).

TIEMPO DE CONVERSIÓN ES EL TIEMPO QUE TARDA EN REALIZAR UNA MEDIDA EL CONVERTIDOR EN CONCRETO, Y DEPENDERÁ DE LA TECNOLOGÍA DE MEDIDA EMPLEADA. EVIDENTEMENTE NOS DA UNA COTA MÁXIMA DE LA FRECUENCIA DE LA SEÑAL A MEDIR. ESTE TIEMPO SE MIDE COMO EL TRANSCURRIDO DESDE QUE EL CONVERTIDOR RECIBE UNA SEÑAL DE INICIO DE "CONVERSIÓN" (NORMALMENTE LLAMADA SOC, START OF CONVERSIÓN) HASTA QUE EN LA SALIDA APARECE UN DATO VÁLIDO. PARA QUE TENGAMOS CONSTANCIA DE UN DATO VÁLIDO TENEMOS DOS CAMINOS: • ESPERAR EL TIEMPO DE CONVERSIÓN MÁXIMO QUE APARECE EN LA HOJA DE CARACTERÍSTICAS. • ESPERAR A QUE EL CONVERTIDOR NOS ENVÍE UNA SEÑAL DE FIN DE CONVERSIÓN. SI NO RESPETAMOS EL TIEMPO DE CONVERSIÓN, EN LA SALIDA TENDREMOS UN VALOR, QUE DEPENDIENDO DE LA CONSTITUCIÓN DEL CONVERTIDOR SERÁ: • UN VALOR ALEATORIO, COMO CONSECUENCIA DE LA CONVERSIÓN EN CURSO • EL RESULTADO DE LA ÚLTIMA CONVERSIÓN LA ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL CON MÁS DETALLE, EN UNA ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO PODEMOS ENCONTRAR ESTAS ETAPAS, AUNQUE NO TODAS ESTÁN SIEMPRE PRESENTES: • AMPLIFICACIÓN • EXCITACIÓN • FILTRADO • MULTIPLEXADO

• AISLAMIENTO • LINEALIZACIÓN AMPLIFICACIÓN ¬ ES EL TIPO MÁS COMÚN DE ACONDICIONAMIENTO. PARA CONSEGUIR LA MAYOR PRECISIÓN POSIBLE LA SEÑAL DE ENTRADA DEBE SER AMPLIFICADA DE MODO QUE SU MÁXIMO NIVEL COINCIDA CON LA MÁXIMA TENSIÓN QUE EL CONVERTIDOR PUEDA LEER. AISLAMIENTO ­ OTRA APLICACIÓN HABITUAL EN EL ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL ES EL AISLAMIENTO ELÉCTRICO ENTRE EL TRANSDUCTOR Y EL ORDENADOR, PARA PROTEGER AL MISMO DE TRANSITORIOS DE ALTA TENSIÓN QUE PUEDAN DAÑARLO. UN MOTIVO ADICIONAL PARA USAR AISLAMIENTO ES EL GARANTIZAR QUE LAS LECTURAS DEL CONVERTIDOR NO SON AFECTADAS POR DIFERENCIAS EN EL POTENCIAL DE MASA O POR TENSIONES EN MODO COMÚN. CUANDO EL SISTEMA DE ADQUISICIÓN Y LA SEÑAL A MEDIR ESTÁN AMBAS REFERIDAS A MASA PUEDEN APARECER PROBLEMAS SI HAY UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE AMBAS MASAS, APARECIENDO UN "BUCLE DE MASA", QUE PUEDE DEVOLVER RESULTADOS ERRÓNEOS. MULTIPLEXADO ­ EL MULTIPLEXADO ES LA CONMUTACIÓN DE LAS ENTRADAS DEL CONVERTIDOR, DE MODO QUE CON UN SÓLO CONVERTIDOR PODEMOS MEDIR LOS DATOS DE DIFERENTES CANALES DE ENTRADA. PUESTO QUE EL MISMO CONVERTIDOR ESTÁ MIDIENDO DIFERENTES CANALES, SU FRECUENCIA MÁXIMA DE CONVERSIÓN SERÁ LA ORIGINAL DIVIDIDA POR EL NÚMERO DE CANALES MUESTREADOS. SE ACONSEJA QUE LOS MULTIPLEXORES SE UTILIZEN ANTES DEL CONVERSOR Y DESPUÉS DEL CONDICIONAMIENTO DEL SEÑAL, YA QUE DE ESTA MANERA NO MOLESTARÁ A LOS AISLANTES QUE PODAMOS TENER. FILTRADO ­ EL FIN DEL FILTRO ES ELIMINAR LAS SEÑALES NO DESEADAS DE LA SEÑAL QUE ESTAMOS OBSERVANDO. POR EJEMPLO, EN LAS SEÑALES CUASI­CONTINUAS, (COMO LA TEMPERATURA) SE USA UN FILTRO DE RUIDO DE UNOS 4 HZ, QUE ELIMINARÁ INTERFERENCIAS, INCLUIDOS LOS 50/60 HZ DE LA RED ELÉCTRICA. LAS SEÑALES ALTERNAS, TALES COMO LA VIBRACIÓN, NECESITAN UN TIPO DISTINTO DE FILTRO, CONOCIDO COMO FILTRO ANTIALIASING, QUE ES UN FILTRO PASABAJO PERO CON UN CORTE MUY BRUSCO, QUE ELIMINA TOTALMENTE LAS SEÑALES DE MAYOR FRECUENCIA QUE LA MÁXIMA A MEDIR, YA QUE SE SI NO SE ELIMINASEN APARECERÍAN SUPERPUESTAS A LA SEÑAL MEDIDA, CON EL CONSIGUIENTE ERROR. EXCITACIÓN ­ LA ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL A VECES GENERA EXCITACIÓN PARA ALGUNOS TRANSDUCTORES, COMO POR EJEMPLOS LAS GALGAS "EXTESOMÉTRICAS", "TERMISTORES" O "RTD", QUE NECESITAN DE LA MISMA, BIEN POR SU CONSTITUCIÓN INTERNA, (COMO EL TERMISTOR, QUE ES UNA RESISTENCIA VARIABLE CON LA TEMPERATURA) O BIEN POR LA CONFIGURACIÓN EN QUE SE CONECTAN (COMO EL CASO DE LAS GALGAS, QUE SE SUELEN MONTAR EN UN PUENTE DE WHEATSTONE). LINEALIZACIÓN ­ MUCHOS TRANSDUCTORES, COMO LOS TERMOPARES, PRESENTAN UNA RESPUESTA NO LINEAL ANTE CAMBIOS LINEALES EN LOS PARÁMETROS QUE ESTÁN SIENDO MEDIDOS. AUNQUE LA LINEALIZACIÓN PUEDE REALIZARSE MEDIANTE MÉTODOS NUMÉRICOS EN EL SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS, SUELE SER UNA BUENA IDEA EL HACER ESTA CORRECCIÓN MEDIANTE CIRCUITERÍA EXTERNA. EJEMPLO: A VECES EL SISTEMA DE ADQUISICIÓN ES PARTE DE UN SISTEMA DE CONTROL, Y POR TANTO LA INFORMACIÓN RECIBIDA SE PROCESA PARA OBTENER UNA SERIE DE

SEÑALES DE CONTROL. EN ESTE DIAGRAMA PODEMOS VER LOS BLOQUES QUE COMPONEN NUESTRO SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS: COMO VEMOS, LOS BLOQUES PRINCIPALES SON ESTOS: • TRANSDUCTOR • EL ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL • EL CONVERTIDOR ANALÓGICO­DIGITAL • LA ETAPA DE SALIDA (INTERFAZ CON LA LÓGICA) EL TRANSDUCTOR ES UN ELEMENTO QUE CONVIERTE LA MAGNITUD FÍSICA QUE VAMOS A MEDIR EN UNA SEÑAL DE SALIDA (NORMALMENTE TENSIÓN O CORRIENTE) QUE PUEDE SER PROCESADA POR NUESTRO SISTEMA. SALVO QUE LA SEÑAL DE ENTRADA SEA ELÉCTRICA, PODEMOS DECIR QUE EL TRANSDUCTOR ES UN ELEMENTO QUE CONVIERTE ENERGÍA DE UN TIPO EN OTRO. POR TANTO, EL TRANSDUCTOR DEBE TOMAR POCA ENERGÍA DEL SISTEMA BAJO OBSERVACIÓN, PARA NO ALTERAR LA MEDIDA. EL ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL ES LA ETAPA ENCARGADA DE FILTRAR Y ADAPTAR LA SEÑAL PROVENIENTE DEL TRANSDUCTOR A LA ENTRADA DEL CONVERTIDOR ANALÓGICO / DIGITAL. ESTA ADAPTACIÓN SUELE SER DOBLE Y SE ENCARGA DE: • ADAPTAR EL RANGO DE SALIDA DEL TRANSDUCTOR AL RANGO DE ENTRADA DEL CONVERTIDOR.(NORMALMENTE EN TENSIÓN).

• ACOPLAR LA IMPEDANCIA DE SALIDA DE UNO CON LA IMPEDANCIA DE ENTRADA DEL OTRO. LA ADAPTACIÓN ENTRE LOS RANGOS DE SALIDA DEL CONVERTIDOR Y EL DE ENTRADA DEL CONVERTIDOR TIENE COMO OBJETIVO EL APROVECHAR EL MARGEN DINÁMICO DEL CONVERTIDOR, DE MODO QUE LA MÁXIMA SEÑAL DE ENTRADA DEBE COINCIDIR CON LA MÁXIMA QUE EL CONVERTIDOR (PERO NO CON LA MÁXIMA TENSIÓN ADMISIBLE, YA QUE PARA ÉSTA ENTRAN EN FUNCIONAMIENTO LAS REDES DE PROTECCIÓN QUE EL CONVERTIDOR LLEVA INTEGRADA). POR OTRO LADO, LA ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS ES IMPRESCINDIBLE YA QUE LOS TRANSDUCTORES PRESENTAN UNA SALIDA DE ALTA IMPEDANCIA, QUE NORMALMENTE NO PUEDE EXCITAR LA ENTRADA DE UN CONVERTIDOR, CUYA IMPEDANCIA TÍPICA SUELE ESTAR ENTRE 1 Y 10 K. EL CONVERTIDOR ANALÓGICO/DIGITAL ES UN SISTEMA QUE PRESENTA EN SU SALIDA UNA SEÑAL DIGITAL A PARTIR DE UNA SEÑAL ANALÓGICA DE ENTRADA, (NORMALMENTE DE TENSIÓN) REALIZANDO LAS FUNCIONES DE CUANTIFICACIÓN Y CODIFICACIÓN. LA CUANTIFICACIÓN IMPLICA LA DIVISIÓN DEL RANGO CONTINUO DE ENTRADA EN UNA SERIE DE PASOS, DE MODO QUE PARA INFINITOS VALORES DE LA ENTRADA LA SALIDA SÓLO PUEDE PRESENTAR UNA SERIE DETERMINADA DE VALORES. POR TANTO LA CUANTIFICACIÓN IMPLICA UNA PÉRDIDA DE INFORMACIÓN QUE NO PODEMOS OLVIDAR. LA CODIFICACIÓN ES EL PASO POR EL CUAL LA SEÑAL DIGITAL SE OFRECE SEGÚN UN DETERMINADO CÓDIGO BINARIO, DE MODO QUE LAS ETAPAS POSTERIORES AL CONVERTIDOR PUEDAN LEER ESTOS DATOS ADECUADAMENTE. ESTE PASO HAY QUE TENERLO SIEMPRE EN CUENTA, YA QUE PUEDE HACER QUE OBTENGAMOS DATOS ERRÓNEOS, SOBRE TODO CUANDO EL SISTEMA ADMITE SEÑALES POSITIVAS Y NEGATIVAS CON RESPECTO A MASA, MOMENTO EN EL CUAL LA SALIDA BINARIA DEL CONVERTIDOR NOS DA TANTO LA MAGNITUD COMO EL SIGNO DE LA TENSIÓN QUE

HA SIDO MEDIDA. LA ETAPA DE SALIDA ES EL CONJUNTO DE ELEMENTOS QUE PERMITEN CONECTAR EL S.A.D CON EL RESTO DEL EQUIPO, Y PUEDE SER DESDE UNA SERIE DE BUFFERS DIGITALES INCLUIDOS EN EL CIRCUITO CONVERTIDOR, HASTA UNA INTERFAZ RS­232, RS­485 O ETHERNET PARA CONECTAR A UN ORDENADOR O ESTACIÓN DE TRABAJO, EN EL CASO DE SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS COMERCIALES. VENTAJAS FLEXIBILIDAD DE PROCESAMIENTO, POSIBILIDAD DE REALIZAR LAS TAREAS EN TIEMPO REAL O EN ANÁLISIS POSTERIORES (A FIN DE ANALIZAR LOS POSIBLES ERRORES), GRAN CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO, RÁPIDO ACCESO A LA INFORMACIÓN Y TOMA DE DECISIÓN, SE ADQUIEREN GRAN CANTIDAD DE DATOS PARA PODER ANALIZAR, POSIBILIDAD DE EMULAR UNA GRAN CANTIDAD DE DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN Y ACTIVAR VARIOS INSTRUMENTOS AL MISMO TIEMPO, FACILIDAD DE AUTOMATIZACIÓN, ETC. SE UTILIZA EN LA INDUSTRIA, LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA, EL CONTROL DE MÁQUINAS Y DE PRODUCCIÓN, LA DETECCIÓN DE FALLAS Y EL CONTROL DE CALIDAD ENTRE OTRAS APLICACIONES.

5.2.-CONTROL SUPERVISORIO REMOTO. 5.3.- CONTROL DIGITAL DIRECTO. EL CONTROL DIGITAL DIRECTO (DDC) ES EL REGISTRO AUTOMÁTICO DE UN DISPOSITIVO DIGITAL, COMO LA COMPUTADORA. EL SISTEMA DDC COMPLETÓ SUS OBLIGACIONES CON LA CREACIÓN DEL HARDWARE R­TEC, EL CUAL FUE DISEÑADO POR EL NEGOCIANTE AUSTRALIANO MIDAC, EN LOS AÑOS 1981­1982, EN AUSTRALIA. ESTE SISTEMA FUE INSTALADO EN LA UNIVERSIDAD DE MELBOURNE Y UTILIZA UNA RED DE COMUNICACIONES EN CADENA, CONECTANDO LOS EDIFICIOS DEL CAMPUS A UNA SALA DE CONTROL DEL SISTEMA "FRONT­END", EN EL SÓTANO DEL EDIFICIO ANTIGUO DE GEOLOGÍA DE LA MISMA. CADA CONTROL REMOTO O UNIDAD DE INTELIGENCIA SATELITAL (SIU) CORRIÓ DOS MICROPROCESADORES Z80, MIENTRAS QUE EL ENORME SATÉLITE DELANTERO CORRIÓ SOLO ONCE, EN UNA CONFIGURACIÓN DE PROCESAMIENTO EN PARALELO CON LA MEMORIA PAGINADA. LOS MICROPROCESADORES Z80 FUERON DISEÑADOS PARA COMPARTIR LA CARGA QUE PASA POR LAS TAREAS ENTRE SÍ A TRAVÉS DE LA MEMORIA COMÚN Y LA RED DE COMUNICACIONES. ESTA FUE LA PRIMERA IMPLEMENTACIÓN EXITOSA DE UN SISTEMA DE PROCESAMIENTO DISTRIBUIDO DE CONTROL DIGITAL DIRECTO. LOS CONTROLADORES CENTRALES Y LOS CONTROLADORES DE LA UNIDAD EN LOS TERMINALES SON PROGRAMABLES, ES DECIR, EL PROGRAMA DEL CONTROL DIGITAL DIRECTO PUEDE SER MODIFICADO CON REQUISITOS PARTICULARES PARA OTROS USOS PREVISTOS. LAS CARACTERÍSTICAS DEL PROGRAMA INCLUYEN: 1­ HORARIOS. 2­ PUNTOS DE AJUSTE.

3­ LOS CONTROLADORES. 4­ LA LÓGICA. 5­ TEMPORIZADORES. 6­ REGISTROS DE TENDENCIA. 7­ LAS ALARMAS.

5.4.-INSTRUMENTACIÓN

VIRTUAL.

EL CONCEPTO DE INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL LA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL ES UN CONCEPTO INTRODUCIDO POR LA COMPAÑÍA NATIONAL INSTRUMENTS (2001). EN EL AÑO DE 1983, TRUCHARD Y KODOSKY, DE NATIONAL INSTRUMENTS, DECIDIERON ENFRENTAR EL PROBLEMA DE CREAR UN SOFTWARE QUE PERMITIERA UTILIZAR LA COMPUTADORA PERSONAL COMO UN INSTRUMENTO PARA REALIZAR MEDICIONES. TRES AÑOS FUERON NECESARIOS PARA CREAR LA PRIMERA VERSIÓN DEL SOFTWARE QUE PERMITIÓ, DE UNA MANERA GRÁFICA Y SENCILLA, DISEÑAR UN INSTRUMENTO EN LA COMPUTADORA. DE ESTA MANERA SURGE EL CONCEPTO DE INSTRUMENTO VIRTUAL, DEFINIDO COMO, "UN INSTRUMENTO QUE NO ES REAL, SE EJECUTA EN UNA COMPUTADORA Y TIENE SUS FUNCIONES DEFINIDAS POR SOFTWARE." (NATIONAL INSTRUMENTS, 2001).

A ESTE SOFTWARE LE DIERON EL NOMBRE DE LABORATORY VIRTUAL INSTRUMENT ENGINEERING WORKBENCH, MÁS COMÚNMENTE CONOCIDO POR LAS SIGLAS LABVIEW. A PARTIR DEL CONCEPTO DE INSTRUMENTO VIRTUAL, SE DEFINE LA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL COMO UN SISTEMA DE MEDICIÓN, ANÁLISIS Y CONTROL DE SEÑALES FÍSICAS CON UN PC POR MEDIO DE INSTRUMENTOS VIRTUALES. LABVIEW, EL PRIMER SOFTWARE EMPLEADO PARA DISEÑAR INSTRUMENTOS EN LA PC, ES UN SOFTWARE QUE EMPLEA UNA METODOLOGÍA DE PROGRAMACIÓN GRÁFICA, A DIFERENCIA DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN TRADICIONALES. SU CÓDIGO NO SE REALIZA MEDIANTE SECUENCIAS DE TEXTO, SINO EN FORMA GRÁFICA, SIMILAR A UN DIAGRAMA DE FLUJO. INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL LA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL NACE A PARTIR DEL USO DE LA COMPUTADORA COMO FORMADE REEMPLAZAR EQUIPOS FÍSICOS POR SOFTWARE Y ASÍ MANEJAR LA COMPUTADORA COMO SIREALMENTE FUESE UN INSTRUMENTO REAL. EL USUARIO OPERA UN INSTRUMENTO QUE NO ES REAL, REALIZA MEDICIONES CON ÉL, SE EJECUTA EN UNA COMPUTADORA,

PERO REALIZA LAS MISMAS FUNCIONES QUE UN INSTRUMENTO REAL. EL CONCEPTO DE LA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL ES DE REEMPLAZAR ELEMENTOS HARDWARE POR SOFTWARE OBTENIENDO SUS MEJORES VENTAJAS E INCLUSO MEJORÁNDOLAS. DE ESTA MANERA EL USUARIO FINAL DEL SISTEMA SOLO VE LA REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LAS VARIABLES MANIPULADAS EN EL SISTEMA Y BOTONES DE CONTROL VIRTUALES EN LA PANTALLA DEL ORDENADOR. EL CONCEPTO DE INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL IMPLICA ADQUISICIÓN DE SEÑALES, EL PROCESAMIENTO, ANÁLISIS, ALMACENAMIENTO, DISTRIBUCIÓN Y DESPLIEGUE DE LOS DATOS E INFORMACIÓN RELACIONADOS CON LA MEDICIÓN DE UNA O VARIAS SEÑALES, INTERFAZ HOMBREMÁQUINA, VISUALIZACIÓN, MONITOREO Y SUPERVISIÓN REMOTA DEL PROCESO, LA COMUNICACIÓN CON OTROS EQUIPOS, ETC. UN SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL ESTA ENFOCADO A LOS INSTRUMENTOS ENCARGADOS DE MEDIR SEÑALES, REGISTRAR DATOS Y DECIDIR LAS ACCIONES DE CONTROL, EVIDENTEMENTE, SE REQUIERE DE UNA ETAPA DE ACTUACIÓN, QUE CONFORMA LA INTERFAZ ENTRE LA COMPUTADORA Y EL SISTEMA A CONTROLAR, POR TANTO ESTA ETAPA IMPLICA DRIVERS DE POTENCIA O TRANSDUCTORES DE SEÑAL ESPECIALES. ADEMÁS, EXISTEN OTRAS ETAPAS AUXILIARES QUE NO INTERVIENEN EN EL PROCESO DE MEDIDA, COMO ES EL CASO DEL SUBSISTEMA DE ALIMENTACIÓN. EN LOS ÚLTIMOS 20 AÑOS, EL AUGE EN EL USO DE LAS COMPUTADORAS GENERÓ UN CAMBIO EN LA INSTRUMENTACIÓN DE ENSAYOS, MEDICIONES Y AUTOMATIZACIÓN. UN IMPORTANTE RESULTADO DE LA UBICUIDAD DE LA COMPUTADORA ES LA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL, LA CUAL OFRECE VARIAS VENTAJAS A CIENTÍFICOS E INGENIEROS QUE REQUIERAN MAYOR CALIDAD, RENDIMIENTO Y EFICIENCIA. UN INSTRUMENTO VIRTUAL CONSISTE BÁSICAMENTE DE UNA COMPUTADORA TRADICIONAL O UNA ESTACIÓN DE TRABAJO, SOFTWARE DE INSTRUMENTACIÓN, HARDWARE QUE SUELE SER ECONÓMICO Y LOS DRIVERS QUE ACTUALMENTE EXISTEN PARA PRÁCTICAMENTE CUALQUIER SISTEMA OPERATIVO. ALGUNOS PAQUETES DE SOFTWARE UTILIZADOS PARA ESTE FIN SON: LABVIEW MATLAB SIMULINK CYBER TOOLS AGILENT-VEE (ANTERIORMENTE HP-VEE) BETA INSTRUMENTS MANAGER EL HARDWARE USADO GENERALMENTE SE CONECTA VÍA LOS SIGUIENTES PUERTOS: ISA PCI USB RS-232 RS-422

PCMCIA PARALELO EPP COMPACT PCI CAMAC PC/104 VMEBUS VXI GPIB ES DECIR, EL PC COMIENZA A SER UTILIZADO PARA REALIZAR MEDICIONES DE FENÓMENOSFÍSICOS REPRESENTADOS EN SEÑALES DE CORRIENTE (EJ. 420MA) Y/O VOLTAJE (EJ. (0-5VDC). SIN EMBARGO, EL CONCEPTO DE "INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL" VA MÁS ALLÁ DE LA SIMPLE MEDICIÓN DE CORRIENTE O VOLTAJE, SINO QUE TAMBIÉN INVOLUCRA EL PROCESAMIENTO, ANÁLISIS, ALMACENAMIENTO, DISTRIBUCIÓN Y DESPLIEGUE DE LOS DATOS E INFORMACIÓN RELACIONADOS CON LA MEDICIÓN DE UNA O VARIAS SEÑALES ESPECÍFICAS. ES DECIR, EL INSTRUMENTO VIRTUAL NO SE CONFORMA CON LA ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL, SINO QUE TAMBIÉN INVOLUCRA LA INTERFAZ HOMBRE MÁQUINA, LAS FUNCIONES DE ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE SEÑALES, LAS RUTINAS DE ALMACENAMIENTO DE DATOS Y LA COMUNICACIÓN CON OTROS EQUIPOS. COMO UN EJEMPLO; EL OSCILOSCOPIO TRADICIONAL VIENE CON PARÁMETROS DE DISEÑO Y FUNCIONALIDAD PREDEFINIDOS POR EL FABRICANTE. ES DECIR, LA FUNCIONALIDAD DE ESTE EQUIPO ESTÁ DADA POR EL FABRICANTE Y NO POR EL USUARIO, QUIEN SÓLO SE LIMITA A UTILIZAR SUS CARACTERÍSTICAS. EL CONCEPTO VIRTUAL SURGE DEL HECHO DE QUE CUANDO SE UTILIZA LA COMPUTADORA ES EL USUARIO MISMO QUIEN DEFINE LOS PARÁMETROS DE FUNCIONALIDAD Y APARIENCIA DE DICHO DISPOSITIVO, POR ESTO SE DICE QUE EL INSTRUMENTO ES VIRTUALIZADO, YA QUE SUS PARÁMETROS PUEDEN SER MODIFICADOS A GUSTO DEL USUARIO Y NO DEL FABRICANTE, SEGÚN SEA PRECISO. EN LA FIGURA 1 SE MUESTRA UN EJEMPLO DE UN INSTRUMENTO VIRTUAL HECHO CON LABVIEW:

PANEL FRONTAL DE UN INSTRUMENTO HECHO CON LABVIEW DEBIDO A QUE ESTÁN BASADOS EN PC, LOS INSTRUMENTOS VIRTUALES APROVECHAN INHERENTEMENTE LAS VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA. ESTOS AVANCES EN TECNOLOGÍA Y RENDIMIENTO INCLUYEN PODEROSOS PROCESADORES, TALES COMO EL PENTIUM 4, Y SISTEMAS OPERATIVOS Y TECNOLOGÍAS TALES COMO MICROSOFT WINDOWS XP, .NET Y EL APPLE MAC OS X. LOS 10 INSTRUMENTOS CONVENCIONALES TAMBIÉN ADOLECEN DE NATURALEZA PORTÁTIL, EN CAMBIO, LOS INSTRUMENTOS VIRTUALES QUE CORREN EN COMPUTADORAS PORTÁTILES INCORPORAN AUTOMÁTICAMENTE ESA NATURALEZA PORTÁTIL EL INSTRUMENTO VIRTUAL ES DEFINIDO ENTONCES COMO UNA CAPA DE SOFTWARE Y HARDWARE QUE SE LE AGREGA A UN PC EN TAL FORMA QUE PERMITE AL USUARIO INTERACTUAR CON LA COMPUTADORA COMO SI ESTUVIESE UTILIZANDO SU PROPIO INSTRUMENTO ELECTRÓNICO HECHO A LA MEDIDA. EN LA TABLA 1 SE RESUMEN LAS PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE EL INSTRUMENTO CONVENCIONAL Y EL INSTRUMENTO VIRTUAL

.

ALGUNOS BENEFICIOS DE LA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL SON: FLEXIBILIDAD BAJO COSTO DE MANTENIMIENTO REUSABILIDAD PERSONALIZACIÓN DE CADA INSTRUMENTO RÁPIDA INCORPORACIÓN DE NUEVAS TECNOLOGÍAS BAJO COSTO POR FUNCIÓN 5.5.- CONTROL DISTRIBUIDO LOS SISTEMAS DE CONTROL AUTOMÁTICO SON FUNDAMENTALES PARA EL MANEJO DE LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE LAS PLANTAS INDUSTRIALES. SE HA COMPROBADO QUE EL AUMENTO DE LA PRODUCTIVIDAD ESTÁ MUY RELACIONADO A LA AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS EN LA MEDIDA QUE SE HAGA UN USO EFICIENTE DE LOS EQUIPOS Y SISTEMAS ASOCIADOS. ACTUALMENTE LA TECNOLOGÍA PERMITE ESTABLECER UNA SERIE DE ESTRATEGIAS DE CONTROL QUE ERAN DE DIFÍCIL IMPLEMENTACIÓN HASTA HACE SOLAMENTE ALGUNOS AÑOS ATRÁS, EN ESPECIAL EN PROCESOS INDUSTRIALES COMPLEJOS. EL DESARROLLO DEL CONTROL DISTRIBUIDO EN LA INDUSTRIA VA PARALELO AL DE LAS COMUNICACIONES. CADA VEZ SE HACE MÁS NECESARIO DISPONER DE DISPOSITIVOS INTELIGENTES PARA REALIZAR EL CONTROL O LA SUPERVISIÓN REMOTA, TANTO DE PROCESOS DE FABRICACIÓN, COMO DE ALMACENAMIENTO O DISTRIBUCIÓN. LOS SISTEMAS O REDES DE COMUNICACIÓN EMPLEADOS EN ENTORNOS INDUSTRIALES SE ENCUENTRAN CONDICIONADOS A UNA PROBLEMÁTICA

ESPECÍFICA QUE LOS HACE DIFERENTES DE LAS REDES DE DATOS O REDES DE OFICINA. EL DESARROLLO DE LOS MICROPROCESADORES, MICROCONTROLADORES Y CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLCS) DIO LUGAR AL SURGIMIENTO DEL CONTROL DISTRIBUIDO. EN ESTE TIPO DE ESQUEMA EL PLC, O UN MICROPROCESADOR, CONTROLA UNA O MÁS VARIABLES DEL SISTEMA REALIZANDO UN CONTROL DIRECTO DE LAS MISMAS. ESTOS EQUIPOS DE CONTROL SE COMUNICAN CON OTROS ELEMENTOS DE SU NIVEL Y CON EL NIVEL SUPERIOR DE SUPERVISIÓN. EVOLUCIÓN DEL CONTROL DISTRIBUIDO LOS CONCEPTOS DEL CONTROL DISTRIBUIDO TIENEN SUS ORÍGENES EN LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL. LOS ELEMENTOS CON LOS QUE SE LLEVABA LAS DECISIONES DE CONTROL ERAN MECÁNICOS Y ELECTROMAGNÉTICOS. ESTO TENÍA EL INCONVENIENTE DE QUE A MEDIDA QUE LAS OPERACIONES DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN SE HACÍAN MÁS COMPLEJAS, LOS TABLEROS DE CONTROL (ARMARIOS ELÉCTRICOS) SE VOLVÍAN MÁS VOLUMINOSOS. EN LOS AÑOS 50 CON LA APARICIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE SEMICONDUCTORES SE REDUCE EL TAMAÑO DE LOS ARMARIOS ELÉCTRICOS Y EL NÚMERO DE AVERÍAS POR DESGASTE DE COMPONENTES ELÉCTRICOS. AUNQUE ESTO ERA MUCHO MÁS AMIGABLE QUE LOS TABLEROS ELÉCTRICOS DE LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL, PRESENTABA PROBLEMAS DE FLEXIBILIDAD YA QUE UN SISTEMA DE CONTROL SIRVE SÓLO PARA UNA APLICACIÓN EN ESPECÍFICO, Y NO ES REUTILIZABLE. HACIA FINALES DE LOS AÑOS 70 APARECEN MEJORAS EN LOS AUTÓMATAS DÁNDOLES A ESTOS: MAYOR MEMORIA CAPACIDAD DE GOBERNAR BUCLES DE CONTROL MÁS TIPOS DE E/S LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN MÁS POTENTES COMUNICACIONES MÁS POTENTES EN LOS AÑOS 80 SE CONTINÚA CON MEJORAS, SIENDO ALGUNAS DE ESTAS: MAYOR VELOCIDAD DE PROCESO DIMENSIONES MÁS REDUCIDAS TÉCNICAS DE CONTROL MÁS COMPLEJAS MÚLTIPLES LENGUAJES (CONTACTOS, LISTAS DE INSTRUCCIONES, GRAFCET,ETC.) EN LA ACTUALIDAD TENEMOS DISPONIBLES GRAN CANTIDAD DE AUTÓMATAS HÍBRIDOS COMPACTOS, SENCILLOS Y MODULARES, INCLUSO PARA APLICACIONES DOMÉSTICAS. PRESENTAN GRANDES POSIBILIDADES DE AMPLIACIÓN. Y CON UNA TENDENCIA HACIA UNA EVOLUCIÓN CONTINUA DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN, CONSTITUYENDO REDES DE AUTÓMATAS QUE PERMITAN IMPLEMENTACIONES MÁS COMPLEJAS Y SEGURAS. LAS NUEVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE

AUTOMATIZACIÓN APUNTAN A INCORPORAR CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS COMO: ESCALABILIDAD APERTURA CONCURRENCIA TOLERANCIA A FALLAS TRANSPARENCIA CONTROL DISTRIBUIDO SE MUESTRA UN ESQUEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO, DONDE PUEDE OBSERVARSE QUE LA COMUNICACIÓN SE DA ENTRE CADA CONTROLADOR DE PROCESO (COMUNICACIÓN HORIZONTAL).

AHORA SE EXPLICA LA FIGURA: EXISTENCIA DE VARIAS UNIDADES DE CONTROL QUE LLEVAN A CABO LAS TAREAS. EN CASO DE AVERÍA O SOBRECARGA DE TRABAJO, SERÁ POSIBLE TRANSFERIR TODO O PARTE DE LAS TAREAS A OTRAS UNIDADES.