Valores de ajuste de los parámetros del sistema

Introducción: el alma del sistema automático

El comportamiento de un sistema automatizado no depende únicamente de su hardware; son los parámetros de ajuste los que definen cómo reacciona ante cada estímulo. La consigna (setpoint), los umbrales de alarma, los retardos, las rampas de aceleración y los márgenes de seguridad constituyen el «carácter» del controlador. Un ajuste incorrecto puede generar desde ineficiencia energética hasta condiciones de riesgo para personas y máquinas. En esta lección se analiza en profundidad cada uno de estos valores, se proporcionan metodologías de cálculo y se muestran ejemplos reales en sectores como el farmacéutico, el automotriz y el de manipulación de materiales.

Definición y cálculo del valor de consigna

La consigna o setpoint es el valor deseado para una variable controlada (temperatura, nivel, velocidad, etc.). Su determinación debe basarse en un equilibrio entre la calidad del producto, la eficiencia del proceso y los límites técnicos de los actuadores.

Ejemplo práctico 1: Horno de secado en industria cerámica

Para secar baldosas cerámicas, la temperatura óptima es de 85 °C según ensayos de laboratorio, pero el material soporta un máximo de 95 °C antes de deformarse. El quemador tiene una capacidad tal que a 90 °C el consumo energético se dispara un 20% sin mejora en el tiempo de secado. La consigna se fija entonces en 85 °C, con una histéresis de ±2 °C para evitar ciclos cortos del quemador.

Ejemplo práctico 2: Velocidad de cinta transportadora en centro logístico

La velocidad de una cinta que alimenta un brazo robotizado debe sincronizarse con el ciclo del robot. Si el robot tarda 2,5 segundos por unidad, la cinta debe avanzar a 0,4 m/s para que las cajas lleguen equidistantes. La consigna de velocidad se calcula como: v = distancia entre cajas / tiempo de ciclo. Con una distancia deseada de 1 m, v = 1/2,5 = 0,4 m/s.

Tabla orientativa de consignas típicas

Umbrales de actuación: anticiparse al fallo

Los umbrales (alto/alto, bajo/bajo) definen cuándo se deben activar alarmas, enclavamientos o acciones correctivas. Su cálculo debe considerar la dinámica del proceso, el tiempo de respuesta de los actuadores y la precisión de los sensores.

Cálculo de umbrales en un tanque de almacenamiento

Un tanque tiene un nivel máximo físico de 10 m. Para evitar reboses se establece un umbral alto de alarma a 9,5 m (95%). Si la válvula de llenado tarda 10 segundos en cerrarse y el caudal máximo es 0,1 m/s, el nivel puede subir aún 1 m durante el cierre. Por tanto, el umbral de actuación (disparo de cierre) debe ser 9,0 m, dejando 1 m de margen dinámico.

Parámetros temporales: retardos, frecuencias y rampas

El comportamiento dinámico se gobierna mediante parámetros que gestionan el tiempo: desde evitar falsas alarmas hasta suavizar movimientos.

Tiempos de retardo

En una prensa hidráulica, un sensor de presencia detecta una posible obstrucción. Dado que pueden producirse vibraciones cortas, se programa un retardo de 300 ms a la desconexión (off-delay) para que solo si la obstrucción persiste más de ese tiempo, se detenga la máquina. Este valor se obtiene midiendo la duración de las vibraciones típicas (por ejemplo, 150 ms) y añadiendo un margen de 150 ms.

Frecuencias de muestreo y conmutación

En un lazo de control de temperatura con un horno eléctrico, la constante de tiempo del proceso es de 5 minutos. Según el teorema de Shannon, la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima del sistema. Como la dinámica es lenta, una frecuencia de 0,1 Hz (una muestra cada 10 segundos) es suficiente. Para un motor con PWM, la frecuencia de conmutación debe estar por encima del rango audible (>20 kHz) para evitar ruidos molestos y reducir pérdidas en el núcleo.

Rampas de aceleración/desaceleración

Un puente grúa con carga de 2000 kg tiene un motor de 15 kW. Para evitar el balanceo de la carga, se calcula una rampa de aceleración de 5 segundos desde 0 a 1 m/s. La pendiente de la rampa es 0,2 m/s², valor inferior a la aceleración máxima que haría oscilar la carga (determinada mediante ensayos o simulación). En variadores de frecuencia modernos, estos valores se programan en parámetros como Accel Time y Decel Time.

Márgenes de seguridad y su influencia en la estabilidad

Un margen de seguridad es una reserva que se resta de los límites físicos para absorber incertidumbres. Por ejemplo, un reactor químico con presión máxima de diseño de 10 bar puede operarse a un máximo de 8 bar (80%), dejando un 20% para sobrepresiones transitorias. Este margen debe ser coherente con la normativa de aplicación (ej. PED 2014/68/UE).

La estabilidad del sistema se ve afectada por todos los parámetros anteriores. Un margen de seguridad excesivamente amplio puede hacer que el proceso sea ineficiente, mientras que uno demasiado ajustado provoca paradas innecesarias. En sistemas con control adaptativo (ver "Sabías que…"), estos márgenes se reajustan dinámicamente.