# Controlador PID Un controlador PID (controlador proporcional, integral y derivativo) es un mecanismo de control que a través de un lazo de retroalimentación permite regular la velocidad, temperatura, presión y flujo entre otras variables de un proceso en general. El controlador PID calcula la diferencia entre nuestra variable real contra la variable deseada.  El [algoritmo](https://es.wikipedia.org/wiki/Algoritmo "Algoritmo") del control PID consta de tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor proporcional depende del error actual, el integral depende de los errores pasados y el derivativo es una predicción de los errores futuros. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar el proceso por medio de un elemento de control, como la posición de una válvula de control o la potencia suministrada a un calentador. Históricamente, se ha considerado que, cuando no se tiene conocimiento del proceso, el controlador PID es el controlador más adecuado. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer una acción de control adaptada a los requerimientos del proceso en específico. La respuesta del controlador puede describirse en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador sobrepasa el punto de ajuste, y el grado de [oscilación](https://es.wikipedia.org/wiki/Oscilaci%C3%B3n "Oscilación") del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza un control óptimo del sistema o la [estabilidad](https://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_Mec%C3%A1nico "Equilibrio Mecánico") del mismo. Algunas aplicaciones pueden requerir únicamente uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado también PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control. ## Aplicaciones Un ejemplo muy sencillo que ilustra la funcionalidad básica de un PID es cuando una persona entra a una ducha. Inicialmente, abre la llave de agua caliente para aumentar la temperatura hasta un valor aceptable (también llamado *setpoint*). El problema es que puede llegar el momento en que la temperatura del agua sobrepase este valor, así que la persona tiene que abrir un poco la llave de agua fría para contrarrestar el calor y mantener el balance. El agua fría es ajustada hasta llegar a la temperatura deseada. En este caso, el humano es el que está ejerciendo el control sobre el lazo de control, y es el que toma las decisiones de abrir o cerrar alguna de las llaves; pero ¿no sería ideal si en lugar de nosotros, fuera una máquina la que tomara las decisiones y mantuviera la temperatura que deseamos? Esta es la razón por la cual los lazos PID fueron inventados: para simplificar las labores de los operadores y ejercer un mejor control sobre las operaciones. Algunas de las aplicaciones más comunes son: * Lazos de temperatura (aire acondicionado, calentadores, refrigeradores, etc.) * Lazos de nivel (nivel en tanques de líquidos como agua, lácteos, mezclas, crudo, etc.) * Lazos de presión (para mantener una presión predeterminada en tanques, tubos, recipientes, etc.) * Lazos de caudal (mantienen el caudal dentro de una línea o cañería) ## Funcionamiento Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso o sistema se necesita, al menos: 1. Un sensor, que determine el estado del sistema ([termómetro](https://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro "Termómetro"), [caudalímetro](https://es.wikipedia.org/wiki/Caudal%C3%ADmetro "Caudalímetro"), [manómetro](https://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro "Manómetro"), etc). 2. Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador. 3. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada ([resistencia eléctrica](https://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica "Resistencia eléctrica"), motor, válvula, [bomba](https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_(m%C3%A1quina) "Bomba (máquina)"), etc). El sensor proporciona una [señal analógica](https://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_anal%C3%B3gica "Señal analógica") o [digital](https://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_digital "Señal digital") al controlador, la cual representa el *punto actual* en el que se encuentra el proceso o sistema. La señal puede representar ese valor en [tensión eléctrica](https://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctrica "Tensión eléctrica"), [intensidad de corriente eléctrica](https://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctrica "Intensidad de corriente eléctrica") o [frecuencia](https://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia "Frecuencia"). En este último caso la señal es de [corriente alterna](https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna "Corriente alterna"), a diferencia de los dos anteriores, que también pueden ser con [corriente continua](https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua "Corriente continua"). El controlador recibe una señal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia, valor deseado o *setpoint)*, la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la señal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano, habrá que establecer algún tipo de [interfaz](https://es.wikipedia.org/wiki/Interfaz "Interfaz") (HMI-Human Machine Interface), son pantallas de gran valor visual y fácil manejo que se usan para hacer más intuitivo el control de un proceso. El actuador resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna, obteniendo así la señal de error, que determina en cada instante la diferencia que hay entre el valor deseado (consigna) y el valor medido. La señal de error es utilizada por cada uno de los 3 componentes del controlador PID. Las 3 señales sumadas, componen la señal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, sino que debe ser transformada para ser compatible con el actuador utilizado. Las tres componentes de un controlador PID son: parte Proporcional, acción Integral y acción Derivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente. Se pretenderá lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo posible los efectos de las perturbaciones. ## Ejemplos prácticos Se desea controlar el caudal de un flujo de entrada en un reactor químico. En primer lugar se tiene que poner una válvula de control del caudal de dicho flujo, y un caudalímetro, con la finalidad de tener una medición constante del valor del caudal que circule. El controlador irá vigilando que el caudal que circule sea el establecido por nosotros; en el momento que detecte un error, mandará una señal a la válvula de control de modo que esta se abrirá o cerrará corrigiendo el error medido. Y tendremos de ese modo el flujo deseado y necesario. El PID es un cálculo matemático, lo que envía la información es el PLC. Se desea mantener la temperatura interna de un reactor químico en su valor de referencia. Se debe tener un dispositivo de control de la temperatura (puede ser un calentador, una resistencia eléctrica,...), y un sensor (termómetro). El P, PI o PID irá controlando la variable (en este caso la temperatura). En el instante que esta no sea la correcta avisará al dispositivo de control de manera que este actúe, corrigiendo el error. De todos modos, lo más correcto es poner un PID; si hay mucho ruido, un PI, pero un P no nos sirve mucho puesto que no llegaría a corregir hasta el valor exacto. ### Implementar controlador PID con Arduino, Descubre Arduino, [https://descubrearduino.com/como-hacer-un-pid-con-arduino/](https://descubrearduino.com/como-hacer-un-pid-con-arduino/) # Controlador lógico programable (PLC) Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés *PLC* (Programmable Logic Controller) o por autómata programable, es una [computadora](https://es.wikipedia.org/wiki/Computadora "Computadora") utilizada en la [ingeniería automática](https://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_autom%C3%A1tica "Ingeniería automática") o [automatización industrial](https://es.wikipedia.org/wiki/Automatizaci%C3%B3n_industrial "Automatización industrial"), para automatizar procesos [electromecánicos](https://es.wikipedia.org/wiki/Electromec%C3%A1nica "Electromecánica"), electroneumáticos, electrohidráulicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en [líneas de montaje](https://es.wikipedia.org/wiki/Producci%C3%B3n_en_cadena "Producción en cadena") u otros procesos de producción así como atracciones mecánicas.  Los PLC son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al [ruido eléctrico](https://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_el%C3%A9ctrico "Ruido eléctrico") y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías, copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de [tiempo real](https://es.wikipedia.org/wiki/Tiempo_real "Tiempo real"), donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no producirá el resultado deseado.[1](https://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_programable#cite_note-:0-1)? ## Desarrollo Los PLCs modernos pueden ser programados de diversas maneras, desde [diagramas de contactos](https://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_contactos "Diagrama de contactos"), a los lenguajes de programación tales como dialectos especialmente adaptados de [BASIC](https://es.wikipedia.org/wiki/BASIC "BASIC") y [C](https://es.wikipedia.org/wiki/C_(lenguaje_de_programaci%C3%B3n) "C (lenguaje de programación)"). Otro método es la [lógica de estado](https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%B3gica_de_estado&action=edit&redlink=1 "Lógica de estado (aún no redactado)"), un [lenguaje de programación de alto nivel](https://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_alto_nivel "Lenguaje de alto nivel") diseñado para programar PLC basados en [diagramas de estado](https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Diagrama_de_estado&action=edit&redlink=1 "Diagrama de estado (aún no redactado)") ## Funciones La función básica y primordial del PLC ha evolucionado con los años para incluir el control del relé secuencial, control de movimiento, control de procesos, [sistemas de control distribuido](https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control_distribuido "Sistema de control distribuido") y [comunicación por red](https://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_computadoras "Red de computadoras"). Las capacidades de manipulación, almacenamiento, potencia de procesamiento y de comunicación de algunos PLCs modernos son aproximadamente equivalentes a las [computadoras de escritorio](https://es.wikipedia.org/wiki/Computadora_personal "Computadora personal"). Un enlace-PLC programado combinado con hardware de E/S remoto, permite utilizar un ordenador de sobremesa de uso general para suplantar algunos PLC en algunas aplicaciones. En cuanto a la viabilidad de estos controladores de ordenadores de sobremesa basados en lógica, es importante tener en cuenta que no se han aceptado generalmente en la industria pesada debido a que los ordenadores de sobremesa ejecutan sistemas operativos menos estables que los PLCs, y porque el hardware del ordenador de escritorio está típicamente no diseñado a los mismos niveles de tolerancia a la temperatura, humedad, vibraciones, y la longevidad como los procesadores utilizados en los PLC. Además de las limitaciones de hardware de lógica basada en escritorio; sistemas operativos tales como Windows no se prestan a la ejecución de la lógica determinista, con el resultado de que la lógica no siempre puede responder a los cambios en el estado de la lógica o de los estado de entrada con la consistencia extrema en el tiempo como se espera de los PLCs. Sin embargo, este tipo de aplicaciones de escritorio lógicos encuentran uso en situaciones menos críticas, como la automatización de laboratorio y su uso en instalaciones pequeñas en las que la aplicación es menos exigente y crítica, ya que por lo general son mucho menos costosos que los PLCs. ## Estructura interna Sus partes fundamentales son la unidad central de proceso o CPU, y las interfaces de entrada y salida. La CPU es el cerebro del PLC y está formado por el procesador y la memoria. El procesador se encarga de ejecutar el programa escrito por el usuario, que se encuentra almacenado en la memoria. Además el procesador se comunica con el exterior mediante sus puertos de comunicación y realiza funciones de autodiagnóstico. La interfaz de entrada se ocupa de adaptar las señales provenientes de los elementos captadores, tales como botoneras, llaves, límites de carrera, etc., a nivel que el CPU pueda interpretar como información. Por otra parte, cuando la CPU resuelve, a través de un programa interno, activa algún elemento de campo, la interfaz de salida es la encargada de administrar la potencia necesaria para comandar el actuador. ## Relé lógico programable (PLR) En los últimos años, unos pequeños productos llamados relés lógicos programables (PLR), y también por otros nombres similares, se han vuelto más comunes y aceptados. Estos son muy similares a los PLC, y se utilizan en la industria ligera, donde solamente unos pocos puntos de [entrada/salida](https://es.wikipedia.org/wiki/Entrada/salida "Entrada/salida") (es decir, unas pocas señales que llegan desde el mundo real y algunas que salen) están involucrados, y el bajo costo es deseado. Estos pequeños dispositivos se hacen típicamente en un tamaño físico y forma común por varios fabricantes, y con la marca de los fabricantes más grandes de PLCs para completar su gama baja de producto final. La mayoría de ellos tienen entre 8 y 12 entradas digitales, 4 y 8 salidas discretas, y hasta 2 entradas analógicas. El tamaño es por lo general alrededor de 10 cm de ancho y 7,5 cm de alto y 7,5 cm de profundidad. La mayoría de estos dispositivos incluyen una pantalla LCD de tamaño pequeño para la visualización simplificada lógica de escalera (solamente una porción muy pequeña del programa está visible en un momento dado) y el estado de los puntos de E/S. Normalmente estas pantallas están acompañados por una botonera basculante de cuatro posiciones más cuatro pulsadores más separados, y se usan para navegar y editar la lógica. La mayoría tienen un pequeño conector para la conexión a través de RS-232 o RS-485 a un ordenador personal para que los programadores pueden utilizar simples aplicaciones de Windows para la programación en lugar de verse obligados a utilizar la pantalla LCD y el conjunto de pequeños pulsadores para este fin. A diferencia de los PLCs regulares que son generalmente modulares y ampliables en gran medida, los PLRs son por lo general no modulares o expansibles, pero su precio puede ser dos [órdenes de magnitud](https://es.wikipedia.org/wiki/Orden_de_magnitud "Orden de magnitud") menos de un PLC y todavía ofrecen un diseño robusto y de ejecución determinista de la lógica. En los últimos años se está incluso incorporando en estos pequeños dispositivos, una conexión de red [Ethernet](https://es.wikipedia.org/wiki/Ethernet "Ethernet") con RJ45 que permite configurar y monitorizar el equipo de forma remota. ## Ventajas y Desventajas Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamaño reducido y mantenimiento de bajo costo, además permiten ahorrar dinero en mano de obra y la posibilidad de controlar más de una máquina con el mismo equipo. Así como soportar las vibraciones mecánicas generadas por la maquinaria ya que otros dispositivos serían altamente frágiles o propensos a fallas o rupturas. Sin embargo, y como sucede en todos los casos, los controladores lógicos programables, o PLCs, presentan ciertas desventajas como es la necesidad de contar con técnicos cualificados específicamente para ocuparse de su buen funcionamiento y mantenimiento. ## Otros usos Hoy en día, los PLC no solamente controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar [señales analógicas](https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_anal%C3%B3gica "Electrónica analógica") para realizar estrategias de control, tales como controladores [PID](https://es.wikipedia.org/wiki/PID "PID") (Proporcional, Integral y Derivativo). # Enlaces de interés * Controlador PID, Wikipedia, [https://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_PID](https://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_PID) * Formatos de Controladores PID: Stand Alone, PLCs, DCS, FieldBus, Instrumentacion y control, [https://instrumentacionycontrol.net/formatos-de-controladores-pid-stand-alone-plcs-dcs-fieldbus/](https://instrumentacionycontrol.net/formatos-de-controladores-pid-stand-alone-plcs-dcs-fieldbus/) * PLC, Controlador lógico programable, Wikipedia, [https://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_programable](https://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_programable) * Introducción a la Programación de controladores lógicos ( P L C ), Wikimedia, [https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Programacion_de_controladores_logicos_%28PLC%29.pdf](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Programacion_de_controladores_logicos_%28PLC%29.pdf)