Arquitectura de Sistemas de Control

8/17/2019 Arquitectura de Sistemas de Control

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La teoría de control es un campo interdisciplinario de la ingeniería y las matemáticas,

que trata con el comportamiento de sistemas dinámicos. A la entrada de un sistema se

le llama referencia. Cuando una o más variables de salida de un sistema necesitan

seguir cierta referencia sobre el tiempo, un controlador manipula la entrada al sistemapara obtener el efecto deseado en la salida del sistema (retroalimentación). La

retroalimentación puede ser negativa (regulación autocompensatoria) o positiva (efecto

bola de nieve o círculo vicioso).

!n sistema de control es un con"unto de dispositivos encargados de administrar,

ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema o variables, con el fin de

reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados (controlar las

variables).

Sistema de control es el conjunto de dispositivos que actúan juntos para lograr

un objetivo de control. #or lo general, se usan sistemas de control industrial en

procesos de producción industriales para controlar equipos o máquinas. $%isten dos

clases comunes de sistemas de control, sistemas de la&o abierto y sistemas de la&o

cerrado'

Sistema de control de lazo abierto

$s aquel sistema en que solo acta el proceso sobre la seal de entrada y da comoresultado una seal de salida independiente a la seal de entrada, pero basada en la

primera. $sto significa que no *ay retroalimentación *acia el controlador para que +ste

pueda a"ustar la acción de control. $s decir, la seal de salida no se convierte en seal

de entrada para el controlador.

$stos sistemas se caracteri&an por'

• er sencillos y de fácil concepto.

• -ada asegura su estabilidad ante una perturbación.

https://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Matem%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_din%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_(teor%C3%ADa_de_control)https://es.wikipedia.org/wiki/Retroalimentaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Matem%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_din%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_(teor%C3%ADa_de_control)https://es.wikipedia.org/wiki/Retroalimentaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa


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• La salida no se compara con la entrada.

• er afectado por las perturbaciones. stas pueden ser tangibles o intangibles.

• La precisión depende de la previa calibración del sistema.

Sistema de control de lazo cerrado

on los sistemas en los que la acción de control está en función de la seal de salida.

Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final

para a"ustar la acción de control en consecuencia. $l control en la&o cerrado es

imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias'

• Cuando un proceso no es posible de regular por el *ombre.

• !na producción a gran escala que e%ige grandes instalaciones y el *ombre no

es capa& de mane"ar.

• /igilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una

atención que el *ombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con los

consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al traba"ador y al proceso.

us características son'

• er comple"os, pero amplios en cantidad de parámetros.

• La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.

• u propiedad de retroalimentación.

• er más estable a perturbaciones y variaciones internas.

Existen sistemas dinámicos lineales y sistemas dinámicos no lineales.

i se conocen dos soluciones para un sistema lineal, la suma de ellas es tambi+n

una solución0 esto se conoce como principio de superposición. $n general, las

soluciones provenientes de un espacio vectorial permiten el uso del álgebra lineal y

simplifican significativamente el análisis. #ara sistemas lineales continuos, el m+todo

de la transformada de Laplace tambi+n puede ser usado para transformar la

ecuación diferencial en una ecuación algebraica.

#ara los sistemas lineales discretos, el m+todo de la transformada tambi+n

puede ser usado para transformar la ecuación diferencial en una ecuación algebraica.

https://es.wikipedia.org/wiki/Espacio_vectorialhttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lgebra_linealhttps://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Laplacehttps://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Laplacehttps://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_Zhttps://es.wikipedia.org/wiki/Espacio_vectorialhttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lgebra_linealhttps://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Laplacehttps://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_Z


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Los sistemas no lineales son muc*o más difíciles de anali&ar y a menudo e%*iben un

fenómeno conocido como caos, con comportamientos totalmente impredecibles.

Codiseño Control, Computación yComunicación.

Una gran cantidad de desafíos se enfrenta el campo de control deretroalimentación, especialmente cuando el nuevo ambiente que dieresustancialmente de la de los últimos cincuenta años es rápido. En cualquiercaso, los rápidos avances en la computación, comunicación, sensores ycreación de redes tambin dan lugar a oportunidades sin precedentes paralos !istemas de "ontrol en #iempo $eal. El campo de la ciencia y laingeniería de sistemas de control está entrando en una edad de oro delcrecimiento y la oportunidad sin precedentes que probablemente va aempequeñecer los avances estimulados por el programa espacial de ladcada de %&'(

Estas oportunidades de crecimiento están estimulando los enormesavances en la tecnología informática, ciencia de materiales, tecnología desensores y actuadores, así como en los fundamentos teóricos de lossistemas de control y dinámicos. )uc*as de las oportunidades decrecimiento futuro se encuentran en los límites de las disciplinastradicionales, sobre todo en el límite de la informática con otras disciplinasde ingeniería. +a tecnología de los sistemas de control es la piedra angularde la nueva revolución de la automatiación se producen en áreas tandiversas como los electrodomsticos, electrónica de consumo, sistemas deautomoción y aeroespacial, sistemas de fabricación. . .

"omo se mencionó anteriormente, el nuevo entorno caracteriado poramplias aplicaciones de dispositivos integrados en red, el patrón de diseñoestándar tradicional, permite la separación de las diferentes disciplinas, seráel más largo y valido cuando se aplica en la ingeniería en tiempo real desistemas de control. -ara *acer frente a este problema, principios y mtodosen las comunidades informáticas y de comunicación deben ser incorporadosen el diseño e implementación de sistemas de control.

+a teoría de control de retroalimentación y la tecnología pueden, porsupuesto, adaptarse ambos en sistemas informáticos y de comunicaciónpara lograr un meor rendimiento. Esta interacción está dando lugar a la olaemergente de la revolución de la tecnología de la información, laconvergencia de la informática, la comunicación. En el último medio siglo,

https://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_del_Caoshttps://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3meno_aleatoriohttps://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_del_Caoshttps://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3meno_aleatorio


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los campos de la informática, la comunicación y el control *an logradograndes /itos en forma aislada.

+a creación de E012", el primer gran escala ordenador electrónico depropósito general se realio en la Universidad de -ennsylvania en %&3', esun símbolo del nacimiento y la evolución de la informática moderna. Eldocumento titulado 4Una teoría matemática de la comunicación4 por!*annon, publicado en %&35, sienta las bases de la teoría de la información.+a publicación del libro 4"iberntica4 de 6iener en %&35 simbolia lanaissance de la ciencia de control, una disciplina de la que los principios ymtodos se *an utiliado *oy en día en los diferentes sistemas deingeniería. +os ricos resultados teóricos y tecnológicos alcanados en estasdisciplinas *an formado una base sólida para el desarrollo de una nuevateoría unicada del sistema como resultado de la convergencia. -oreemplo, el reciente progreso acelerado de la tecnología informática, lascomunicaciones y la tecnología de detección trae nuevas oportunidades

para el control en tiempo real.

-rocesadores integrados y redes inalámbricas ciertamente llegarán aser los componentes característicos de futuros en #iempo $eal !istemas de"ontrol. +a convergencia de la informática y la comunicación *a dado a lu auna serie de tecnologías importantes, de los cuales los eemplos másrepresentativos son 1nternet y la tecnología inalámbrica.

-or otro lado un buen número de conferencias acadmicas y revistas

que cubren múltiples disciplinas como la informática, la comunicación y elcontrol se *an puesto en marc*a en los últimos años. Estos fenómenos dana conocer que los estrictos límites tradicionales entre estas disciplinas se*arán cada ve menos rigurosa. En su lugar, la interacción dinámica entreestas disciplinas será una característica clave de la tecnología de lainformación.

-ara promover la aparición de esta área multidisciplinar, #*e -anel of t*e future. 7irecciones en el "ontrol, 7inámica y !istemas 8e/pertos9 *anrecomendado que las agencias gubernamentales y la comunidad de controldeberían aumentar considerablemente la investigación dirigida a la

integración de control 8 la informática, las comunicaciones y redes9. :ariasinstituciones *an comenado iniciativas. -or eemplo, el 7epartamento de7efensa de los EE.UU. ya *a *ec*o una gran inversión en esta área a travsde la iniciativa ;-rograma de investigación de la universidadmultidisciplinaria 8)U$19( millones para las instituciones acadmicas en virtud deeste programa durante los cinco años a partir de ?(('.

En el conte/to de un control en tiempo real, *ay dos clases de formaintuitiva de convergencias@ el control y la informática, y el control integrado

y comunicación integrados. +a integración de la informática, comunicación ycontrol ofrece una metodología nueva para implementar el control en


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tiempo real en entornos dinámicos. !iguiendo esta metodología, es por lotanto posible realiar la codiseño de la computación, comunicación y controlen la ingeniería de sistemas de control, que está en contraste con el patrónde diseño tradicional que separa el control y la programación. #odo elproceso de implementación de sistemas de control nunca más se

compondrá de estas dos etapas separadas. )ientras que el diseño delcontrolador tendrá en cuenta las limitaciones de las plataformas deaplicación, los algoritmos de control bien diseñados serán implementadospor los ingenieros de sistemas con los requisitos de tiempo de lasaplicaciones de control de la mente. 7e esta manera, un procesofundamental de la interacción dinámica se establece entre la informática, latecnología de la comunicación y los sistemas de control, se cree que escapa de contribuir a la optimiación del rendimiento del sistema.

!in embargo, e/iste todavía dudas de cómo construir una teoría más*olística que sirva para futuros avances en la convergencia de lainformática, la comunicación y el control. 7ado que la programación derecursos se convierte en la principal preocupación en este conte/to, estaárea se reere a menudo como el control y la programación codiseño ocontrol integrado y la programación, abarca tanto las áreas de controlintegrado y la informática y el control integrado y comunicación.

En la última dcada, *a *abido un creciente inters en codiseño decontrol y programación. 2lgunos de los esfueros que se realian conrespecto al control integrado y la informática o el control integrado y

comunicación, respectivamente, en las dos secciones siguientes. El nfasisse pone en@

%9 la aplicación de la programación de retroalimentación a lossistemas informáticos y de comunicación

?9 "odiseño de programación y control de los !istemas de "ontrol en #iempo $eal

Control Integrado y Computación

+a mayoría de los trabaos e/istentes en el área de control integradoy la informática se puede dividir en dos categorías@


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%9!istemas computariados de control@ 8En el primer caso, lasaplicaciones consideradas son por lo general los sistemas informáticos depropósito general 8sistemas, es decir, noAcontrol9, y la tecnología claveutiliada para la gestión de los recursos es el control de retroalimentación Bprogramación.9 "omo su nombre lo dice, la idea básica detrás de los

sistemas computariados de control es la aplicación de la teoría y tcnicasde control de retroalimentación a los sistemas de cómputo de tal maneraque se consigue el rendimiento deseado.

El control de realimentación proporciona la comunidad de ingenieroscon una tecnología que permite atacar la incertidumbre y meorar laCe/ibilidad de los sistemas. -or eemplo, cuando se introduce el control deretroalimentación, las perturbaciones e/ternas y B o internas puede sermeorada signicativamente por los sistemas informáticos. )eorando así tambin el determinismo del sistema durante el tiempo de eecución. Elcontrol de realimentación tambin se puede utiliar para compensar o

reducir los efectos negativos de las plataformas de eecución en elrendimiento del sistema.

En particular, para los sistemas informáticos que operan en entornosabiertos dinámicos, mediante el control de retroalimentación de la gestiónde recursos podría meorar la Ce/ibilidad del sistema en un conte/to deincertidumbre en la disponibilidad de recursos, lo cual es de vitalimportancia para garantiar el comportamiento temporal satisfactoria de lossistemas. 7ebido a la compleidad in*erente de los sistemas decomputación, en la mayoría de los casos es difícil de construir modelosmatemáticos 8sucientemente precisos9 para formular su dinámica. 2 veces,incluso la selección de un tipo de modelo apropiado es e/tremadamentedifícil.

?9!istemas de "ontrol embebido 8los sistemas embebidos se diseñan paracubrir necesidades especícas.9@ +os sistemas de control embebidoconsiderados en el conte/to del control y la programación, generalmente secomponen de un conunto de bucles de control digital. El algoritmo decontrol dentro de cada bucle de control se implementa por separado, comouna tarea en tiempo real. 0aturalmente, el recurso compartido de inters esel tiempo de "-U. En consecuencia, el obetivo más común del codiseño esoptimiar la calidad general de control del sistema sometido a laslimitaciones de recursos de "-U

1ntegración "ontrol y "omunicación

En el área de control integrado y computación, el recurso e/igenuestra llamada de atención son los recursos computacionales8capacidad9,mientras que, en los sistemas para el control integrado y comunicación, elrecurso que e/ige más atención especial será el recurso de la comunicación,


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por eemplo, anc*o de banda de la red. 2l igual que *io en la secciónanterior, se identican dos categorías de trabaos relacionados en el área decontrol integrado y comunicación@ sistemas de control de redes y sistemasde control inalámbrico.

El área de control de la red es bastante amplia, ya que involucra unavariedad de aspectos de las comunicaciones de la red. +a aplicación másrepresentativa de la teoría y las tecnologías de control de las redes de cablees ;el control de congestión de la red


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8?9 Enfoque basado en el diseño de red@ +os enfoques basados en el diseñode redes tienen que ver principalmente con la forma de meorar la calidadde servicio de la red de tal manera que se cumplan los requisitos de tiempode los sistemas de control

8D9 "odiseño de control y red@

?9!istemas de control 1nalámbrico@ +os últimos años *an sido testigos de laaparición de las tecnologías de redes inalámbricas que son cada ve máscada ve más maduras, la disponibilidad de un gran número de dispositivoslo utilian son cada ve más comercialiados y más baratos. #odos estosfactores *acen posible llevar a cabo el control en tiempo real a travs deredes inalámbricas. 7e *ec*o, el campo de control inalámbrico estáatrayendo la atención de forma continua desde la academia y la industriapor sus incomparables ventaas sobre los sistemas en red con cables

tradicionales de control, como meor apoyo a la movilidad de nodo, unainstalación más sencilla y mantenimiento, y costos más baos.

!in embargo, es muy difícil lograr un control efectivo sobre la base delas redes inalámbricas 8por eemplo 6ii, FigGee y Gluetoot*9 que sonmuc*o menos ables que las redes cableadas. !e estudia el impacto de lavariación de desvanecimiento canales inalámbricos en el rendimiento decontrol, donde los autores sugieren que los parámetros del controladordeben ser adaptados de forma dinámica con respecto a las condiciones delcanal.

Arquitectura de Sistemas de controlClásico


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1asta bien entrado el siglo 22 las nicas *erramientas analíticas que poseía el

especialista en control eran la utili&ación de ecuaciones diferenciales ordinarias "unto

con criterios algebraicos para determinar la posición de las raíces de la ecuación

característica asociada. Aplicando el criterio de 3out* y 1ur4it& el ingeniero

determinaba la estabilidad o no de los sistemas, pero para esto se debía obtener el

modelo matemático operando mediante ecuaciones diferenciales. $sto suponía un

arduo traba"o. Además, *ay que destacar que el criterio de 3out* y 1ur4it& no ofrece

información de cómo me"orar la estabilidad del sistema.

5esde el punto de vista teórico, la 6ngeniería de Control se empie&a a consolidar

cuando se produce el traslado y aplicación de los conocimientos adquiridos en los

problemas de amplificación de seales a los problemas de control industrial. $stos

estudios desembocan en la llamada 7eoría Clásica de Control, en la cual se utilili&aban

como *erramientas matemáticas los m+todos de 7ransformación de Laplace y 8ourier

y la descripción e%terna de los sistemas.

La teoría desarrollada para el control de procesos, desde el punto de vista clásico y

moderno, tiene su base esencial en el conocimiento de la dinámica del proceso que se

desea controlar. $sta dinámica normalmente se e%presa *aciendo uso de ecuaciones

diferenciales ordinarias, y en el caso de sistemas lineales, se *ace uso de la

transformada de Laplace para obtener una representación matemática que relaciona laseal que se quiere controlar y la seal de entrada al sistema. $sta relación

matemática se conoce como función de transferencia.

5esde la teoría clásica de control, considerando el caso más sencillo de un sistema

lineal de una entrada y una salida, la dinámica se puede representar como en la

siguiente figura.


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$n esta figura se representa el bloque etiquetado como #roceso o #lanta, que es el

sistema que se desea controlar. A este sistema le llegan dos seales, una etiquetada

como $ntrada de control que será la seal que genera el controlador que se *a de

disear y la seal etiquetada como $ntrada incierta que puede representar cualquier

seal indeseable e%terna al sistema y que se conoce tambi+n como perturbación o

ruido. 8inalmente, la seal de alida que será la seal que se desea que se

comporte de una forma determinada. La seal de salida tambi+n se conoce como

seal controlada.

La teoría de control clásica utili&a e%tensamente el concepto de función de

transferencia (o transmitancia). e reali&a el análisis y el diseo en el dominio de s

(Laplace) y9o en el dominio de la frecuencia. La teoría de control moderna que está

basada en el concepto del espacio de estado, utili&a e%tensamente el análisisvectorialmatricial. $l análisis y el diseo se reali&an en el dominio del tiempo.

La teoría de control clásica brinda generalmente buenos resultados para sistemas de

control de una entrada y una salida. in embargo, la teoría clásica no puede mane"ar

los sistemas de control de mltiples entradas y mltiples salidas.


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Arquitectura de Control Por Computador

El sistema de control digital completo se puede considerar dividido endos partes@

• Una parte analógica, que contiene las leyes físicas del sistema

en sí, pues la mayor parte de los sistemas reales funcionan deforma analógica. 2 este comúnmente se le agregan lossensores y actuadores.

• Una parte digital en la que encontramos las leyes de control.

Estas leyes deben tratarse por tanto como un sistema discreto.• Una interfa análogoAdigital que permite la comunicación de las

dos partes.

Convertidor Análogo-Digital

Un convertidor análogo digital realia principalmente dos operaciones@

• El muestreo de la señal, es decir su discretiación temporal, con un

período o que se denota generalmente como ;#< . Una señal discreta esuna señal que posee un valor solo a unos instantes precisos. Estos instantesde tiempo están denidos por el período de muestreo, que es un valor detiempo constante que separa dos de estos instantes. Un discretiador idealse puede ver como un interruptor que se conecta cada segundo, durante uninstante muy corto de tiempo y esta desconectado el resto del tiempo.

• +a cuanticación de la señal, es decir la discretiación de los valores quepuede utiliar para que la señal sea compatible con el formato derepresentación de los computadores. -or eemplo, un computador quetrabaa con 5 bits puede tratar solo ?>' valores distintos. +as informacionesque entran y salen de este serán sucesiones de números de tipo@ %?D, %D>,D3, (, ?>>, etc.

Convertidor Digital-Análogo

Un convertidor digitalAanálogo por su parte tiene como obetivo obtener denuevo la señal analógica previamente discretiada equivalente de forma

e/acta para todo tiempo ;t


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de la señal analógica es imposible, pues funciones diferentes en el tiempopueden tener el mismo valor discreto

El funcionamiento de un sistema de control discreto depende entonces de@

• +a frecuencia de muestreo, la cual tiene una inCuencia sobre la

precisión de la medida y el retraso que agrega el bloqueador de ordencero.

• +a precisión del sistema numrico, el cual puede adoptar solo valores

numricos precisos, por tanto, tiene una inCuencia sobre el error decuanticación 82mplitude Huantiation Error9.

+a comunicación se realia de forma discontinua pero uniformementedistribuida en el tiempo. +a etapa de control está implementada en undispositivo de naturalea discreta que únicamente es capa de recibir ygenerar señales discretas. !on necesarios, por lo tanto, dispositivos deconversión analógicoAdigital y digitalAanalógico que actúen de interfa entreel mundo analógico del proceso bao control y el mundo digital donde estáimplementada la ley de control.

+a forma más *abitual de implementar un control discreto es emplear un

periodo de muestreo regular 8#9, lo cual signica que los instantes demuestreo de las variables de inters y los instantes de actuación delcontrolador sobre la planta estarán equiespaciados en el tiempo ycoincidirán con los múltiplos enteros del periodo de muestreo.

En una situación más real debería e/istir una diferencia de un periodo demuestreo entre la captura de una muestra y la aplicación de la acción decontrol generada a partir de la información que proporciona, ya que elcálculo de la acción necesitará de un tiempo no nulo. Este retraso respectoa la situación ideal *abrá de ser tenido en cuenta en el diseño de la ley decontrol para que no tenga una inCuencia signicativa en las prestaciones del

sistema. En cualquiera de los casos, en una estrategia de control discreto


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convencional los instantes de muestreo y aplicación de acciones estánperfectamente determinados y se distribuyen en el tiempo de forma regular.

+a implementación discreta del control tiene innegables ventaas, entre ellasla posibilidad de implementar estrategias de control compleas que nopodrían ser conseguidas con componentes continuos.

!in embargo, tiene el inconveniente de que la comunicación controlAplantase interrumpe de forma periódica. #an sólo en los instantes de muestreo elsistema se comporta como una verdadera estructura de controlrealimentada, quedando la planta sin control durante todo el periodointermuestreo

Itras veces, es el coste temporal de la eecución del algoritmo de control ode las conversiones 2B7 y 7B2, el que determina este límite.

Una última posibilidad es que la limitación en la frecuencia de muestreovenga impuesta por el enlace de comunicación, a travs del cual setransmite la información entre controlador y planta.


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2rquitectura de "ontrol 7istribuido

istoria de los Sistemas de Control Distri!uido " SCD #

J +os !"7 fueron creados para sustituir a los controladores monolao

y a los ordenadores de proceso que tenían un solo procesador central

J +a disponibilidad de los primeros microprocesadores facilitó que

KoneyLell fuera la compañía que lanó el primer !istema de "ontrol

7istribuido en %&M3 el sistema #7" ?((( 8 #otal 7istributed "ontrol 9.

#uvo tanto /ito que en poco tiempo se convirtió en el sistema más

e/tendido en la industria de proceso

J +a arquitectura de un !"7 está formada por múltiples procesadores,

cada uno de los cuales controla una unidad de proceso de una planta,

de forma que en caso de fallo solo es esa parte la que queda sin

controlJ +os sistemas de control distribuido disponen de una conguración

redundante opcional. El sistema de control #7"?((( disponia de un

controlador de reserva por cada un má/imo de oc*o controladores

activos

J +os !"7 diseñados inicialmente para el control analógico de

procesos, evolucionaron rápidamente *acia sistemas *íbridos que

maneaban asimismo señales de entradaB salida digital 8principios de

los años 5( 9

$Por qu% surgieron&

El control digital directo 877"9 durante esa poca sufría de un problema

sustancial@ E+ -I#E0"12+ peligro de que e/ista una falla en un único

computador digital que controlaba o eecutaba )U+#1-+E! laos de control -17,

funciones que nunca debía detenerse. El control digital trao muc*as ventaas,

pero no valía la pena si e/istía el riesgo de que la operación de detuviera

completamente 8o fallara catastrócamente9 seguido de un falla en el *ardLare

o softLare en una única computadora.


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+os controles distribuidos están destinados a solucionar esta preocupación

teniendo múltiples computadores, cada una responsable de un grupo de laos

-17, distribuidos por las instalaciones y enlaados para compartir información

entre ellas y con las consolas de operación. 2*ora ya no *abía la preocupación

de tener todos los laos en un solo computador. +a distribución de loscomputadores o controladores tambin ordeno el cableado de señales, dado

que a*ora cientos o miles de cables de instrumentos solo tienen que llegar

*asta los nodos distribuidos, y no todo el camino *asta llegar la sala de control

centraliada. !olo los cables de la red tenían que está enlaando a los

controladores, representando una drástica reducción de cablead necesario.

2demás, el control distribuido introduo el concepto de $E7U0720"12 en los

sistemas de control industrial@ donde la adquisición de señales digitales y las

unidades de procesamiento estaban equipadas con un 4spare4 o 4repuesto4

para que automáticamente tomen el control de todas las funciones críticas encaso de ocurra una falla primaria.

Definición

!n istema de Control 5istribuido consiste en el enlace, por medio de una red decomunicaciones, de diversos nodos distribuidos físicamente, dotados de capacidad de proceso

y enla&ados a sensores y9o actuadores. $stos sistemas se caracteri&an por que el proceso decontrol tiene lugar en estos nodos de manera coordinada. Las redes de comunicacionesorientadas al enlace de estos nodos son conocidas tambi+n como buses de comunicaciones oredes multiple%adas. !n nodo es un procesador autónomo con su propio *ard4are' procesador (C#!), memoria, oscilador de relo", interfa& de comunicaciones, e interfa& *acia el subsistemaque controla

#or el contrario, en un sistema de control centrali&ado e%iste un nico controlador dondeconfluyen todas las seales de entrada a muestrear, se procesan reali&ando todos los

algoritmos necesarios de control y se generan todas las seales necesarias de salida. Lossistemas centrali&ados dan lugar a costosos y pesados cableados punto a punto (desde cadasensor o actuador *asta el sistema centrali&ado) y a la utili&ación de redes analógicas (:;


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embargo, e%isten ra&ones adicionales por las que es preferible un sistema distribuido talescomo menor tiempo de diseo y menores costoss de operación y mantenimiento.

5entro de los sistemas distribuidos, el mundo del automóvil es un sector de referencia ya quees un mercado que necesita de gran volumen de componentes de ba"o coste, fiables y capacesde funcionar en entornos agresivos. $l bus de comunicaciones utili&ado en los sistemasdistribuidos embebidos en el automóvil es el bus CA- (Controller Area Network ) y en el estudiode este bus y de los buses de campo que lo toman como base versa parte del presente curso.

En la siguiente guro se muestra una arquitectura típica de un !istema de

"ontrol 7istribuido 87"!9@


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"ada racN contiene un procesador para implementar todas las funciones de

control necesarias, con taretas individuales de entrada y salida 81BI9 para

convertir las señales de analógicas a digitales o viceAversa. +a redundancia de

procesadores, redundancia de cables de red, e incluso redundancia de taretas

1BI es implementada para prevenir la falla en algún componente. +os

procesadores de los 7"! son usualmente programados para realiar una rutina

de autoArevisión en sus componentes redundantes del sistema para asegurar la

disponibilidad de los equipos spare en caso de alguna falla.

!i incluso *ubiera una talla total en uno de los racNs de control, solo los laos

-17 de este único racN serán afectados, ningún otro lao del sistema. -or otro

lado, si los cables de red fallan, solo el Cuo de información entre estos dospuntos se dañaría, el resto del sistema continua comunicando la información

normalmente. -or lo tanto, una de las 4leyes4 o características clave de un 7"!

es su tolerancia a fallas serias@ sin importar la falla de *ardLare o softLare el

impacto en el control del proceso es minimiado por el diseño.

!rquitectura de control jerárquico

La estructura de control erárquico se deriva de una simplicación del

sistema de control. "uando el control está basado en modelos, se au/ilia por

una serie de modelos del proceso que pueden ir desde una abstracción muy

general *asta una descripción detallada. +os niveles más altos del control

corresponden a largas escalas de tiempo y controlan eventos de baafrecuencia, mientras que los niveles más baos corresponden a escalas de

tiempo cortas y controlan eventos de alta frecuencia. El sistema de control

se implementa con una estructura erárquica de control en tres niveles.

"ada nivel se enfoca a resolver diferentes problemas de control con

diferentes obetivos e incluso diferente escala de tiempo

Arquitectura de Sistemas de Control

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