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4. Control y robótica

Piensa y deduce

Indica qué elementos se usan para controlar la temperatura en la habitación  de la figura y qué función realiza cada uno de ellos.

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El dibujo anterior representa un sistema automático de control de temperatura. La única intervención humana que necesita es la fijación de la
temperatura deseada.

En general, todos los sistemas automáticos tienen una estructura similar:
un sensor, un controlador y un actuador. En nuestro caso el sistema lo componen:

  • Un sensor que mide la temperatura ambiente. Los sensores son elementos que captan información del entorno y se usan para medir magnitudes físicas: velocidad, temperatura, humedad del ambiente, presión, intensidad de la luz, etcétera.
  • Un circuito controlador que en función de la información proporcionada por el sensor activa o no el radiador. En los sistemas automáticos el controlador puede ser desde un sencillo circuito eléctrico hasta un ordenador.
  • Un elemento actuador encargado de llevar a cabo la acción para la que se ha diseñado el sistema automático. En nuestro caso sería el radiador. Habitualmente son motores, lámparas, cilindros o válvulas neumáticas, etc., los que desempeñan esta función.

El sistema anterior puede representarse mediante el siguiente diagrama de bloques:

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Un sistema de control es un conjunto de elementos que, interconectados, permiten automatizar una máquina o un proceso.

  • La entrada (E) es la información que recibe el sistema: en nuestro ejemplo, la mayor o menor claridad.
  • La salida (S) es la respuesta del sistema a esa información: la iluminación conseguida.

Tipos de sistemas de control

No todos los sistemas automáticos realizan su función correctamente. Observa lo que ocurre con este sistema de riego automático que ha sido programado para regar por las tardes.

Esté seca o húmeda, la planta se riega. Un sistema como este, que se activa sin tener en cuenta el estado de la salida, recibe el nombre de sistema de control en lazo abierto:

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Se utilizan sistemas de control en lazo abierto en una tostadora de pan, un reloj, un semáforo, etcétera.

Para solucionar el problema anterior se diseñan sistemas cuyo funcionamiento dependa de la salida en cada momento. Es decir, sería un sistema que mediría continuamente el grado de humedad de la planta y solo pondría en marcha el riego cuando fuese necesario. En estos casos, se dice que existe una realimentación de la salida a la entrada:

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Cuando la salida se compara con la entrada, para corregir posibles errores debidos a perturbaciones que afecten al sistema, se trata de un sistema de control en lazo cerrado.

Otros sistemas de control en lazo cerrado son el mecanismo de llenado de una cisterna de agua, los sistemas automáticos de iluminación, etcétera.

Estudiamos el caso de una puerta automática

Seguro que muchas veces has pasado por una puerta automática. Ahora bien, ¿te has puesto a reflexionar alguna vez sobre su funcionamiento? Explica cómo crees que funciona una puerta automática. ¿Qué elementos distingues en ella? Debatid las respuestas en clase.

Todos los sistemas automáticos tienen una estructura similar. Por ejemplo, para que una puerta se abra automáticamente, se requieren determinados elementos:
❚ Un sensor para detectar la presencia de una persona. El sensor es un dispositivo que capta información en forma de magnitudes físicas: velocidad, temperatura,
humedad del ambiente, presión, intensidad de la luz, etcétera.
❚ Un circuito eléctrico o controlador, que activa un motor.
❚ Un mecanismo que transforma el movimiento rotatorio del motor en movimiento lineal.
Todos estos elementos que, interconectados entre sí, permiten automatizar una máquina o un proceso reciben el nombre de sistema de control. Los componentes de un sistema de control pueden ser muy diversos: dispositivos eléctricos, electrónicos, mecánicos, neumáticos, hidráulicos, ópticos, etcétera. Podemos representar el sistema de control de una puerta automática mediante el siguiente diagrama de bloques:

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❚ La entrada (E) es la información que recibe el sistema: en nuestro ejemplo, la presencia o no de una persona.
❚ La salida (S) es la respuesta del sistema a esa información: en nuestro ejemplo, el movimiento de la puerta.
Podemos encontrar sistemas de control en automatismos tan simples como un tostador de pan o la cisterna de un inodoro, o tan complicados como el piloto automático de un avión o el panel de control de una central nuclear. También se utilizan automatismos en las lavadoras o en los sistemas de control de la velocidad de un motor, de la temperatura de una vivienda, de la humedad de un invernadero, etcétera.

Y ahora el de un sistema de calefacción

El siguiente dibujo representa dos sistemas automáticos de calefacción. En ambos sistemas se pretende controlar la temperatura de la habitación.

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❚ En la figura de la izquierda, el radiador funciona cuando pulsamos el interruptor, con independencia de la temperatura de la habitación.
❚ En la figura de la derecha el funcionamiento depende de la temperatura de salida. Si abrimos una ventana y la temperatura del interior de la habitación disminuye, el radiador se pone en funcionamiento. Por el contrario, cuando en la habitación se alcanza la temperatura deseada, se desconecta automáticamente.
Los tipos de sistemas de control utilizados son los siguientes:

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Importante: Realimentación: proceso que consiste en enviar información sobre el estado de salida al de entrada.

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