Diseño y construcción de un prototipo de un controlador digital industrial

Abstract

Estudios realizados en el ámbito industrial han concluido que en el 95% de los casos en que se realiza el control de alguna variable de proceso, el tipo de control utilizado es el PID (Proporcional, Integral, Derivativo). La razón de esta preferencia es la gran experiencia y estudio que se tiene con el mismo y a su gran aplicabilidad a prácticamente todas las necesidades industriales. Siguiendo los anteriores criterios, el presente trabajo pretende dar al lector una ilustración aproximada de un controlador digital industrial. El objetivo final del presente trabajo es el de establecer los pasos más significativos en el diseño y la construcción de un equipo electrónico que implemente un controlador PID, apropiado para su uso en ambientes industriales, además de plasmar por escrito los resultados de la investigación a nivel de controladores industriales existentes en el mercado. Para dicho fin en este documento se presentan una serie de capítulos que poco a poco van proyectando y moldeando el objetivo final; el primero de ellos hace referencia a los controladores que se encuentran actualmente en mercado, estratificándolos a criterio del autor según sus características más representativas, para según estas, determinar los requerimientos esenciales para el diseño y la construcción del prototipo. El segundo capitulo del presente documento presenta la investigación realizada alrededor del algoritmo matemático que soporta un controlador PID, ya que este esquema matemático no es igual para todos los reguladores catalogados dentro del tipo de reguladores de tres formas. Este estudio se muestra desde los algoritmos ilustrados en los ambientes académicos para posteriormente alcanzar un nivel alto de robustez para un algoritmo que a criterio del autor cumple con muchas de las características requeridas para los ásperos entornos industriales. Posteriormente en el documento se describe la realización material del controlador describiendo los pasos más representativos involucrando áreas que son objeto de estudio en el Programa de Ingeniería en Automática Industrial, como son: algoritmos PID de uso industrial, implementación del algoritmo en un microcontrolador de características apropiadas, diseño del circuito impreso utilizando software CAD, diseño de la parte física del controlador (caja, botones, despliegues, etc.) utilizando las técnicas aprendidas en Diseño de Productos. Seguido a la realización material del controlador, se detallan los obstáculos más representativos de esta elaboración como un punto de referencia para el lector interesado cuente con elementos de antemano que permitan realizar futuros diseños con una base de conocimiento establecida para el manejo de los microcontroladores y los dispositivos implícitos en la construcción de un controlador industrial. Por ultimo, en este documento se encuentra un capitulo referente a las pruebas realizadas en el prototipo terminado, pruebas que muestran el desempeño del controlador y que permiten obtener una referencia para mejorar el diseño en pro de comercializar el producto para dar un enfoque empresarial a esta trabajo de investigación.