| Artículos | 01 JUN 1999

Sistemas de control en tiempo real

Tags: Histórico
Eloy Anguiano.

Muchas veces, al leer artículos de informática solemos encontrar una combinación de palabras que, al menos aparentemente, conocemos . Sin embargo, si nos pidiesen que definiésemos el concepto al que hacen referencia, nos pondrían en un grave aprieto . Hagamos una prueba, intente definirlo; si lo consigue no debería perder el tiempo leyendo el resto de este artículo, si no es capaz o no encuentra que su definición sea demasiado buena entonces siga leyendo .

Evidentemente, si ha seguido leyendo es que no lo ha conseguido de forma satisfactoria o tiene tiempo que perder . En cualquier caso, creo que lo primero y más prudente es pasar a dar yo mi propia definición . Un sistema de control en tiempo real es aquel que controla una operación o proceso físico recibiendo, procesando y devolviendo datos a una velocidad lo suficientemente alta para afectar al resultado de la operación o proceso .

A los efectos de esta definición, una operación es una colección de personas, métodos, autómatas y mecanismos interrelacionados para obtener un objetivo específico . De igual forma, un proceso es la manipulación de energía o materia en forma poco elaborada, por medios físicos o químicos, con el fin de obtener de ella un producto final de mayor valor que el de sus componentes originales . De igual forma, por control vamos a entender como la habilidad de conducir una operación o mantener un proceso en cualquier estado deseado y mantenerlo durante un determinado periodo de tiempo .

Los tipos de sistemas de control en tiempo real se dividen en tres grandes grupos en función de la retroalimentación existente en cada uno de ellos . Aunque el tiempo de respuesta en este tipo de procesos suele ser muy pequeño como en las operaciones de control aéreo o el control de caudales de agua en una ciudad para atender la demanda en cada instante, no es este un parámetro que sirva para definir y clasificar los sistemas de control . Existen otros similares que necesitan un control con un intervalo de tiempo mucho mayor como puede ser, por ejemplo, el tráfico marítimo en un puerto de descarga de mercancías y que son también procesos de control en tiempo real .

El control retroalimentado ( o adaptativo ) es uno de los fenómenos básicos que existen en el universo y es parte del proceso evolutivo de las especies . Según el grado y tipo de retroalimentación los tipos de control se dividen en tres grandes grupos: la adquisición de datos, el control de operaciones y el control de procesos .

El primero y más sencillo de ellos es de adquisición de datos . En él, el ambiente es analizado a través de una serie de sensores cuya información es almacenada de una forma ordenada e inteligible . Este es el grupo más simple y que raras veces se le identifica como un proceso controlado en tiempo real puesto que no existe ningún tipo de retroalimentación . Las tareas de este tipo de control son, básicamente tres . La primera es la del análisis del estado de los equipos de medida haciendo sonar alarmas de funcionamiento inadecuado si las medidas determinan un estado inaceptable del sistema . La segunda y muy similar, es el de sistemas de alerta que hacen saltar alarmas no si los equipos están en peligro sino si estos dan estados del sistema fuera del rango de los valores admisibles . El tercero de ellos es el de la elaboración de informes del proceso analizando los datos recibidos de forma sistemática .

El siguiente grupo se corresponde con el de control de operaciones y consiste básicamente en facilitar los aspectos operacionales de las actividades económicas, administrativas y organizativas . Ejemplos de este tipo de sistemas son el control del tráfico, operaciones de transacciones en tarjetas de crédito o mantenimiento de inventarios . En todas estas actividades, los sensores detectan una entrada o petición de operación . Esta es procesada por el sistema de computación realizando evaluaciones, diagnósticos o predicciones basándose en un conjunto de datos mas o menos complejos . Este tipo de sistemas permiten aumentar la calidad en la decisión tomada por las personas gracias a la eliminación de datos superfluos y al preprocesamiento de datos complejos . También permiten, en muchos casos, reducir la cantidad de posibles decisiones humanas a unas pocas ( utilizando sistemas expertos que preanalizan los datos y simplifican la toma de decisiones por parte de los encargados de supervisar los procesos ) .

El tercero de los grandes grupos es el de control de procesos . En este tipo de control existen dos lazos de retroalimentación, uno cerrado y otro abierto ( en el que intervienen elementos humanos ) . En estos sistemas, los procesos emiten datos que son recibidos a través de sensores instrumentales y transferidos al elemento computacional el cual evalúa y optimiza el control cuya salida actúa sobre actuadores y controladores que a su vez interactúan con el proceso . Todo ello puede ser o no supervisado por personas . Si el control es supervisado, el elemento humano sólo puede intervenir en el lazo abierto . Estas decisiones por parte del elemento humano están limitadas a actuar modificando la forma en la que la salida computada interacciona sobre los procesos . Es decir, el elemento humano sólo intervendrá en el modo en el que los actuadores interaccionan con el proceso en función de los parámetros que el sistema informático le muestre .

Dentro de este grupo hay dos subgrupos claramente diferenciados . El primero es el control de secuencias . Estas secuencias suelen ser de apagado o de encendido de elementos complejos con reglas de decisión complejas como el encendido de las turbinas o altos hornos . El segundo es el del control óptimo . En éste se encuentran, a mi parecer, los elementos más interesantes . En ellos se intenta optimizar una serie de variables con el fin de minimizar o maximizar una o varias variables del sistema . Una de las que tiende a minimizarse muy habitualmente es la de error, es decir, la diferencia entre el valor obtenido del sistema y el deseado .

Como puede comprobar usted, está rodeado de sistemas de control en tiempo real y son muchos más de los que a priori pensaba . En todos ellos el tiempo de control es crítico, pero no es un elemento especialmente determinante . El tiempo sólo impone ciertas restricciones y algunas necesidades técnicas a los sistemas de control . En todos los casos es suficiente con que se pueda responder adecuadamente a las variaciones y necesidades del sistema con la suficiente prontitud .

Un bonito ejercicio en torno a estas definiciones es observar a su alrededor y descubrir los sistemas de control en tiempo real que le rodean, determinando el tipo al que corresponden . Comprobará que hay muchísimos y que algunos de ellos no los habría calificado como tales antes de leer este artículo .

Existen multitud de referencias sobre este tipo de sistemas y sobre sus aplicaciones . Es más, existen revistas internacionales específicas para este tipo de estudios . Evidentemente, encontrar un conjunto representativo de lecturas sobre el tema es poco menos que imposible y depende mucho de los intereses de cada lector y, por tanto, a falta de referencias suficientemente genéricas remito a los lectores a las diversas revistas especializadas para que realicen ustedes mismos las búsquedas correspondientes .

Eloy Anguiano es doctor en Ciencias Físicas . Profesor de Ingeniería Informática en la Universidad Autónoma de Madrid .

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