Investigación 3: Elementos que conforman a los sistemas de control.

El termino de lazo abierto y cerrado, se encuentras constantemente en todas las diciplinas de control de proceso y por supuesto en aplicaciones a nivel industrial.

El termino de control de procesos por lo general es utilizado para referirnos a sistemas que tienen como objetivo mantener ciertas variables de un proceso dentro de unos límites de operación deseados. Estos sistemas de control pueden constantemente necesitar la intervención humana o simplemente ser totalmente automáticos.

En la teoría de control es muy común encontrarse con estos dos términos, por eso será importante conocer y aprender las ventajas y desventajas.

Lazo abierto.

Es aquél que la salida censada del proceso no es comparada con la señal de referencia.

Un sistema de control de lazo abierto se caracteriza porque no recibe ninguna información o retroalimentación sobre el estado de la variable, por lo regular estos se utilizan cuando la variable es predecible y tiene un amplio margen de error, ya que se puede calcular el tiempo o las veces que se deben de repetir el ciclo para completar el proceso.

Es decir, en un sistema de control de lazo abierto la salida ni se mide ni se realimenta para compararla con la entrada. Los sistemas de control de lazo abierto son sistemas de control en los que la salida no tiene efecto sobre la señal o acción de control. La Fig. 1 muestra la forma de cómo se implementa un sistema de control de este tipo.

Figura 1: Sistema de Control de Lazo Abierto.

Los elementos de un sistema de control en lazo abierto se pueden dividir en dos partes: el controlador, y el proceso controlado. Una señal de entrada o comando se aplica al controlador, cuya salida actúa como una señal de control o señal actuante, la cual regula el proceso controlado, de tal forma que la variable de salida o variable controlada se desempeñe de acuerdo a ciertas especificaciones o estándares establecidos. En los sistemas de control de lazo abierto, no se compara la salida con la entrada de referencia. Por lo tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación fijada.

Ejemplo de lazo abierto:

Un semáforo controla el tráfico sin recibir información sobre cuantos carros circulan sobre una avenida.

Partes de un lazo abierto.

Existen elementos básicos que conforman un sistema de control de lazo abierto:

* Elemento de control

Se encarga de procesar las señales de entrada y tomar una decisión para enviarla al elemento de corrección.

* Elemento de corrección

Este elemento es el que produce un cambio en el proceso, por lo regular este bloque se refiere al actuador, ya que tiene la capacidad de hacer cambios físicos en el proceso

* Proceso

También se le conoce como planta y son todas las características del proceso, por ejemplo, cuanto tiempo tarda en realizarse o cuantas veces se necesita hacer el mismo procedimiento, etc.

Figura 2: Proceso en lazo abierto.

Lazo cerrado.

Toma la salida del proceso y la compara con la señal de referencia para conocer en todo momento la evolución de la variable.

Este sistema es más completo ya que recibe información sobre los estados que va tomando la variable. Esta retroalimentación se logra colocando sensores que envían información de puntos clave del proceso para que así puedan actuar de manera autónoma.

En los sistemas de control de lazo cerrado, la salida o señal controlada, debe ser realimentada y comparada con la entrada de referencia, y se debe enviar una señal actuante o acción de control, proporcional a la diferencia entre la entrada y la salida a través del sistema, para disminuir el error y corregir la salida.

Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la señal de salida tiene efecto directo sobre la acción de control. Esto es, los sistemas de control de lazo cerrado son sistemas de control realimentados. La diferencia entre la señal de entrada y la señal de salida se la denomina señal de error del sistema; esta señal es la que actúa sobre el sistema de modo de llevar la salida a un valor deseado. En otras palabras, el término lazo cerrado implica el uso de acción de realimentación negativa para reducir el error del sistema. La Fig. 3 muestra la relación entrada-salida de un sistema de control de lazo cerrado.

Figura 3: Sistemas de Control de Lazo Cerrado.

Ejemplo de lazo cerrado:

Un aire acondicionado tiene un sensor que retroalimenta información sobra la temperatura de la habitación para identificar si hace falta encender el sistema o mantenerlo apagado.

Partes de un lazo cerrado

Este sistema tiene los elementos principales de lazo abierto (Control, corrección y proceso) e incluye dos más.

- Elemento de comparación

Este comparador recibe información de retroalimentación de los cambios que va sufriendo el proceso, y genera una señal de error del estado actual de la variable con respecto al punto de referencia, para mandarla nuevamente al controlador para que tome una decisión nuevamente.

Con señal de error se refiere a que manda una señal, de si ya llego al punto de referencia o no ha llegado o también en sistemas más complejos podemos saber cuánto falta para llegar a la meta.

- Elemento de medición

Estos elementos por lo regular son sensores que miden la información del sistema y la retroalimentación al comparador.

Figura 4: Sistemas retroalimentados de lazo cerrado.

Ejemplos

Sistema de control de lazo abierto

Utilizáremos el mismo ejemplo de llenar un tanque de 500lts de agua. Para solucionar este sistema con un lazo abierto necesitamos saber cuántos litros de agua llenamos por segundo, en este caso llenamos 1 litro cada 5 segundos.

Entonces con base a los cálculos necesitamos un circuito de control que mantenga activa una bomba hidráulica durante 416.66 minutos y se desactive pasado el tiempo, Pero como podemos observar este sistema no es tan completo ya que no podemos saber si en realidad se llenó, ya que si el sistema sufre una variación como un menor flujo no lo podrá detectar y no se llenara el tanque.

Sistema de control lazo cerrado

Utilizando el mismo ejemplo, en este sistema no importa cuánto tiempo pase ya que se instalan unos sensores de nivel para tener una retroalimentación y así poder para el sistema cuando se llene o iniciarlo cuando se detecte que está por debajo del nivel mínimo.