Sinopsis

Los sistemas de medida y regulación industriales pueden clasificarse en las siguientes categorías:

• Medición fija o portátil de parámetros industriales.
• Regulación en lazo abierto.
• Controladores todo-nada.
• Regulación en lazo cerrado.

La complejidad de su estudio varía desde tareas de medición realmente simples a complicados sistemas multilazo con elaborados algoritmos de control e
implicaciones de potencia de diversas tecnologías: electricidad, electrónica de potencia, neumática, válvulas hidráulicas, etc.

En esta obra se explican los fundamentos que pueden ser comunes a todos ellos, las características y tipologías más habituales, así como se introducen herramientas de cálculo y programación que pueden dar respuesta a problemas de regulación de
dificultad moderada en entornos productivos reales.

El texto cubre por completo los contenidos del Módulo “0961: Sistemas de Medida y Regulación” del Ciclo LOE de Formación Profesional “ELE303: Automatización y Robótica Industrial” (Título establecido en RD1581/2011).

Este manual se complementa con una guía didáctica conteniendo la programación del módulo y el solucionario a los ejercicios planteados.

Índice

SOBRE EL AUTOR
PRÓLOGO

CAPÍTULO 1. UNIDADES DE MEDIDA Y SU CONVERSIÓN
1.1 SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
1.1.1 Historia
1.1.2 Unidades básicas y patrones
1.1.3 Unidades derivadas y complementarias
1.1.4 Múltiplos y submúltiplos
1.2 MARCO LEGAL
1.3 CONVERSIÓN DE UNIDADES
1.4 UNIDADES MÁS COMUNES EN SISTEMAS INDUSTRIALES
1.4.1 Nivel de líquidos y distancias
1.4.2 Presión (y tensión mecánica)
1.4.3 Caudal
1.4.4 Temperatura
1.4.5 Velocidad de giro
1.4.6 Energía
1.4.7 Potencia
1.4.8 Nivel de iluminación
1.5 CASO PRÁCTICO: USO DEL NONIUS
1.6 EJERCICIOS

CAPÍTULO 2. PRINCIPIOS DE REGULACIÓN, LAZO ABIERTO VS LAZO CERRADO
2.1 SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
2.2 SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO. ELEMENTOS
2.3 FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
2.4 TERMINOLOGÍA
2.5 CONTROLADORES TODO-NADA (2 POSICIONES)
2.6 EJEMPLOS
2.6.1 Lazo abierto: variador de frecuencia
2.6.2 Todo-nada: interruptor crepuscular
2.6.3 Todo-nada: control de bombeo
2.7 BREVE PERSPECTIVA HISTÓRICA. INDUSTRIA 4.0 2.9 EJERCICIOS

CAPÍTULO 3. NORMA DIN 19227. ELEMENTOS Y MONTAJES
TÍPICOS DE CONTROL
3.1 IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS SEGÚN LA NORMA DIN 19227
3.1.1 Norma DIN 19227 y correspondencia con la ISA
3.1.2 Ejemplos
3.2 ESQUEMAS TÍPICOS DE CONTROL
3.2.1 Ratio
3.2.2 Cascada
3.2.3 Feedforward
3.2.4 Override
3.2.5 Split
3.2.6 Selectivo
3.3 MONTAJES FÍSICOS
3.3.1 Sistemas eléctricos
3.3.2 Neumática e hidráulica proporcional
3.3.3 Válvulas
3.4 EJERCICIOS

CAPÍTULO 4. ÁLGEBRA DE BLOQUES. TRANSFORMADA DE
LAPLACE Y ESTABILIDAD .
4.1 ÁLGEBRA DE BLOQUES. SIMPLIFICACIÓN
4.1.1 Equivalencias gráficas
4.1.2 Ecuaciones analíticas
4.1.3 Ejemplos
4.2 TRANSFORMADA DE LAPLACE. VARIABLE LAPLACIANA
4.2.1 Transformada y transformada inversa de Laplace
4.2.2 Polos y ceros
4.3 ESTABILIDAD. CRITERIO DE ROUTH
4.3.1 Cálculo de polos
4.3.2 Criterio de Routh
4.3.3 Singularidades
4.3.4 Discusiones en función de k
4.4 EJERCICIOS

CAPÍTULO 5. SISTEMAS DE 1º Y 2º ORDEN
5.1 DEFINICIÓN Y COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE 1ER ORDEN
5.1.1 Condensador y tensión continua
5.1.2 Sistema térmico
5.1.3 Depósito con toma inferior
5.1.4 Motor CC con carga elevada en su eje
5.2 DEFINICIÓN Y COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE 2º ORDEN.
5.2.1 Sistemas sobreamortiguados
5.2.2 Sistemas críticamente amortiguados
5.2.3 Sistemas subamortiguados
5.2.4 Sistemas no amortiguados
5.2.5 Sistemas amortiguados negativamente
5.2.6 Modulación de polos complejos en el plano s
5.3 EJERCICIOS

CAPÍTULO 6. ELEMENTOS DE MEDIDA
6.1 GENERALIDADES
6.2 TEMPERATURA
6.2.1 Termorresistencias
6.2.2 Termopares
6.2.3 Termistores o termistancias
6.2.4 Termostatos (bimetales)
6.3 NIVEL .
6.4 PRESIÓN .
6.4.1 Galgas extensiométricas
6.4.2 Cristales piezoeléctricos
6.4.3 Tubos de Bourdon y fuelles
6.5 CAUDAL
6.5.1 Volumétricos
6.5.2 Rotámetros
6.5.3 Presión diferencial
6.6 VELOCIDAD DE GIRO
6.6.1 Tipo magnético (dinamos)
6.6.2 Digitales (encoders)
6.6.3 Engranajes
6.7 EQUIPOS PORTÁTILES DE MEDICIÓN
6.8 CIRCUITOS ACONDICIONADORES
6.8.1 Puente de Wheatstone
6.8.2 Amplificadores Operacionales AO
6.9 EJERCICIOS

CAPÍTULO 7. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO Y SINTONIZACIÓN DE CONTROLADORES
7.1 SISTEMAS DE ORDEN SUPERIOR A 2
7.1.1 Sistemas de fase No Mínima
7.1.2 Polos en el origen
7.1.3 Polos dominantes
7.2 CONTROLADORES PID
7.2.1 Regulación PID
7.2.2 Implementación con AO
7.2.3 Implementación con neumática/hidráulica
7.2.4 Sintonización PID
7.3 DISEÑO EN FUNCIÓN DEL LUGAR DE LAS RAÍCES
7.4 RESPUESTA EN FRECUENCIA
7.5 SISTEMAS DISCRETOS
7.6 EJERCICIOS

CAPÍTULO 8. EJEMPLOS CON PLC DE MONTAJE Y
PROGRAMACIÓN
8.1 INTRODUCCIÓN A LOS PLCS S7-1200 Y TIA PORTAL
8.1.1 Requisitos: software, licencia, CPU y versión firmware
8.1.2 Cableado y configuración hardware
8.1.3 Tipos de datos
8.1.4 Programación, transferencia y uso
8.2 ENTRADAS ANALÓGICAS. PROGRAMACIÓN “0 ACTIVO” O DETECCIÓN
ROTURA DE CABLE .
8.3 EJEMPLO DE CONTROL ANALÓGICO-DIGITAL DE UN SECADERO CON
S7-1200 (TIA V13)
8.3.1 Enunciado: SECADERO MEDIANTE VENTILADOR Y SALES
8.3.2 Solución: PROGRAMA EN S7-1200 PARA EL SECADERO
8.4 PROGRAMACIÓN DE UN ENCODER INCREMENTAL (TIA PORTAL V14)
8.4.1 Enunciado
8.4.2 Solución
8.5 PROGRAMACIÓN PID CON S7-1200 (TIA PORTAL V14)
8.5.1 Enunciado
8.5.2 Solución
8.6 EJERCICIOS

CAPÍTULO 9. PREVENCIÓN DE RIESGOS Y MEDIOAMBIENTE
9.1 PREVENCIÓN DE RIESGOS
9.1.1 Normativa aplicable
9.1.2 Prevención en sistemas de medida y regulación
9.1.3 Equipos de Protección Individual EPI
9.1.4 Equipos de Protección Colectiva
9.1.5 Cinco Reglas de Oro
9.2 MEDIOAMBIENTE
9.2.1 Regla de las tres RE
9.2.2 Valorización de residuos
9.2.3 Sistemas basados en UNE-EN-ISO14001
9.2.4 Contaminantes
9.2.5 Residuos según origen y constitución
9.2.6 Sistemas Integrados de Gestión de residuos
9.3 EJERCICIOS

CAPÍTULO 10. SISTEMAS DE CONTROL CON SCILAB
10.1 SOBRE SCILAB
10.2 CONSOLA DE SCILAB
10.2.1 Calculando con Scilab
10.2.2 Ajuste visualización de ejes y gráficas
10.2.3 Cálculo de polos de funciones de transferencia
10.2.4 Comando Evans. Datatip
10.2.5 Respuesta ante un escalón
10.3 HERRAMIENTA XCOS
10.3.1 Paleta de elementos
10.3.2 Simulación de diagramas de bloques
10.4 CONCLUSIONES
10.5 EJERCICIOS
EJERCICIOS DE CAPÍTULOS ANTERIORES
FORMULARIO
SINOPSIS
Los sistemas de medida y regulación industriales pueden clasificarse en las siguientes categorías:

• Medición fija o portátil de parámetros industriales.
• Regulación en lazo abierto.
• Controladores todo-nada.
• Regulación en lazo cerrado.

La complejidad de su estudio varía desde tareas de medición realmente simples a complicados sistemas multilazo con elaborados algoritmos de control e
implicaciones de potencia de diversas tecnologías: electricidad, electrónica de potencia, neumática, válvulas hidráulicas, etc.

En esta obra se explican los fundamentos que pueden ser comunes a todos ellos, las características y tipologías más habituales, así como se introducen herramientas de cálculo y programación que pueden dar respuesta a problemas de regulación de
dificultad moderada en entornos productivos reales.

El texto cubre por completo los contenidos del Módulo “0961: Sistemas de Medida y Regulación” del Ciclo LOE de Formación Profesional “ELE303: Automatización y Robótica Industrial” (Título establecido en RD1581/2011).

Este manual se complementa con una guía didáctica conteniendo la programación del módulo y el solucionario a los ejercicios planteados.