Control Automático y Automatización
El examen prueba la lectura de lazos realimentados (función de transferencia, acciones de control, error estacionario y estabilidad) y la implementación práctica en autómatas: ciclo de scan, lógica de escalera, señales normalizadas y enclavamientos.
Lazo de control
- Realimentación negativa: la salida se compara con la referencia y el error alimenta al controlador.
- Bloques en serie se multiplican; en paralelo se suman. La función de transferencia es G(s) = Y(s)/U(s).
- PID: u = Kp·e + Ki∫e dt + Kd·de/dt. La acción proporcional acelera la respuesta pero deja error; la integral lo anula; la derivativa amortigua y amplifica el ruido.
- Error estacionario: sistema tipo 0 ante escalón, ess = 1/(1+Kp); tipo 1 ante rampa, ess = 1/Kv con Kv = lim s·G(s).
- Estabilidad: polos con parte real negativa; se comprueba con Routh-Hurwitz o con márgenes de fase y ganancia.
Automatización
- Ciclo de scan del PLC: lectura de entradas, ejecución del programa y actualización de salidas. Un pulso más corto que el tiempo de scan puede perderse.
- Lenguajes IEC 61131-3: escalera (LD), bloques (FBD), texto estructurado (ST) y SFC.
- Señal 4-20 mA: el cero vivo permite detectar rotura de cable; el escalado debe respetar la ganancia y el offset configurados.
- El paro de emergencia y los enclavamientos de seguridad se cablean por hardware, no solo por software.
Ejemplo resuelto
Planta G(s) = 10/[s(s+1)] con realimentación unitaria y referencia en rampa unitaria. Es tipo 1, por lo que Kv = lim s·G(s) = 10 y ess = 1/10 = 0,1. Si se duplica la ganancia a 20, el error baja a 0,05: el aumento de ganancia reduce el error, pero acerca el sistema al límite de estabilidad y aumenta el sobreimpulso.
Errores que cuestan puntos
- Intercambiar las acciones integral y derivativa en el diagnóstico de fallas.
- Suponer que el PID compensa tiempos muertos grandes.
- Olvidar el escalado de la señal analógica y leer valores en unidades crudas.
- No prever vigilancia de comunicación ni estado seguro ante falla del PLC.