Funcionamiento de controladores digitales Martes 06 de Noviembre de 2007 07:29

Para saber cuál de estos es más conveniente en ciertas aplicaciones, lo mejor es conocer el sistema de procesamiento de los sistemas de controladores digitales y las necesidades que puede suplir.

por: Ingeniería de Aplicación de la Full Gauge Controls

La tecnología moderna vs. analógica

{mosimage}Los controladores digitales son derivados del ramo de la teoría de control que utiliza microcontroladores y microcomputadoras como unidades de procesamiento de datos. La teoría de los controles digitales trata los temas del comportamiento de sistemas dinámicos a través de muestras discretas en el tiempo, o sea, el sistema de control irá a mostrar (digitalizar) la salida del sistema al ser controlado (planta), en un período constante de tiempo. Cada muestra discreta irá a representar el estado de la salida de la planta en el momento en que la misma fue adquirida.

A través de diversas muestras consecutivas, es probable, que el controlador pueda monitorear el comportamiento del sistema dinámico y, de esta forma, actuar en el funcionamiento del mismo. De acuerdo con el Teorema de Nyquist, la frecuencia con que las muestras consecutivas son adquiridas debe ser, no mínimo, al doble de la frecuencia máxima de la salida de la planta.

Al contrario de los controladores analógicos, que utilizan muestras continuas en el tiempo, los controladores digitales trabajan con números que representan el nivel analógico de cada muestra adquirida. La función de transformar el nivel analógico de cada muestra discreta en un número digital, queda por cuenta del Conversor A/D (Analógico/Digital). Este conversor está, generalmente, presente dentro del microcontrolador y posee, como resolución más común, 10 bits.

El controlador utiliza una referencia como valor estándar en que la salida de la planta debe ser mantenida, de manera estable. Esta referencia (setpoint) debe ser proporcionada por el usuario, generalmente, a través del cuadro de control del controlador. Con el setpoint, el controlador podrá realizar el cálculo de error del sistema, o sea, a qué distancia la salida actual de la planta se encuentra de la referencia. A partir del error calculado, el controlador sabrá cuanta energía deberá aplicar en la planta, de modo que mantenga la salida de la misma con el valor del setpoint.

Cuando la entrada de un controlador está conectada a la salida de una planta, y este controlador esta actuando de alguna manera, podemos decir que el sistema de control posee una malla cerrada. En este tipo de control, el controlador esta constantemente observando la planta, a modo que pueda actuar inmediatamente, en el caso de variación en la salida de la misma. Un ejemplo práctico es el control de temperatura de un refrigerador, la planta (el refrigerador) posee una salida en la temperatura que se desea estabilizar, alrededor de una referencia (setpoint). El controlador irá digitalizando la temperatura del refrigerador, realizar los cálculos necesarios para el control y, entonces, accionar el compresor del refrigerador, de modo que la temperatura de referencia sea alcanzada.

Cuando una persona abre la puerta del refrigerador, ésta, podrá perturbar el sistema de la planta, haciendo que la temperatura interna aumente rápidamente. Como el termostato de control está siempre monitoreando la situación de la salida de la planta (control en malla cerrada), este último podrá sentirlo.

Entonces cuando una perturbación ocurre, accionará el compresor de manera que anule esta perturbación. Así podemos decir que el controlador conectado en lazo cerrado posee la capacidad de detectar oscilaciones y perturbaciones en la planta, y así actuará para anular la misma.

Para que una planta pueda ser controlada, el controlador digital deberá actuar por encima de ella, de alguna manera. Dependiendo de cada aplicación, deberá ser utilizado un actuador compatible con el sistema de la planta, por ejemplo, si se desea controlar la velocidad de un motor, el controlador digital tendrá que ser conectado a un inversor de frecuencia. Este inversor de frecuencia es el actuador que irá a modular la velocidad del motor, conforme lo haga la salida del controlador.

También pueden ser utilizados otros actuadores, tales como: dimmers, válvulas proporcionales, reles, etc.

Las principales ventajas de los controladores digitales con relación a los analógicos son:

•Bajo costo: costo de microcontroladores y semi-conductores que se han reducido mucho en los últimos 20 años.
•Flexibilidad: facilidad de configuración y reconfiguración a través de softwares.Operación estática: los controladores digitales son menos propensos a variaciones debido a condiciones ambientales.
Lógica de control más compleja, pues son más fáciles de ser implementados.

Opción de comunicación serial

El control digital de procesos es una óptima opción para sistemas que requieren bajo costo de instalación, inmunidad a ruidos y mayor precisión.

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