Módulo G Control de procesos
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1) El documento describe diferentes técnicas de control de procesos, incluyendo control en cascada, prealimentado, de relación, multivariable, adaptativo y de ganancia programada. 2) El control en cascada mejora la estabilidad al controlar primero una variable más lenta con un lazo mayor y luego una variable más rápida con un lazo menor. 3) El control prealimentado y de relación intentan compensar perturbaciones anticipándose a cómo afectarán la variable controlada.
Módulo G Control de procesos
- 1. APLICACIONES PARTICULARES DE LAZOS DE CONTROL Prof. Paolo Castillo Rubio
- 2. EL CONTROL EN CASCADA Su objetivo es mejorar la estabilidad de una variable del proceso, aún con una óptima sintonización del controlador en lazo retroalimentado. La aplicación de esta técnica de control, es conveniente cuando la variable no puede mantenerse dentro del valor de set point deseado, debido a las perturbaciones inherentes al proceso Para que un sistema de control en cascada esté bien aplicado, es necesario que se tomen en cuenta algunos aspectos importantes para su aplicación, éstos son:
- 3. Localizar las variables más importantes del proceso. Localizar la variable básica a controlar. Localizar la variable que introduce la inestabilidad. Determinar la velocidad de cambio de ambas señales. Hacer un arreglo en cascada, de tal forma que el lazo mayor sea más lento y el controlador también (control maestro). El lazo menor deberá contener la variable más rápida y el controlador debe ser de respuesta con retardos mínimos (control esclavo). La relación de la constante de tiempo: TM/TE = 5 o mayor. El controlador del lazo menor deberá sintonizarse con la ganancia más alta posible. El controlador esclavo, se selecciona con set point remoto, mientras que el controlador maestro es de tipo local.
- 4. El control en cascada corresponde a dos lazos de control realimentados conectados en serie. La referencia del controlador secundario corresponde a la variable manipulada del controlador principal.
- 5. Un control en modo cascada se utiliza cuando el lazo interno responde más rápido que el lazo exterior. El lazo de control interno tiene por objetivo, responder a perturbaciones de variación rápida, afectando en menor medida a la variable controlada principal.
- 6. Sintonía de un lazo de control en cascada Primero se ajustan los parámetros del controlador secundario y, una vez en automático, se ajustan los del primario. Pasos a seguir: Obtener un modelo de la parte del proceso incluida en el secundario. Sintonizar el controlador secundario por cualquiera de los métodos conocidos. Sintonizar el lazo primario por un método conocido.
- 7. CONTROL PREALIMENTADO (ANTICIPATIVO O FEEDFORWARD) Su objetivo es sensar la perturbación de una variable, antes de afectar al proceso y tomar la acción correctiva para evitar un efecto dañino al producto. En los procesos que tienen tiempos muertos muy grandes, se presentan desviaciones en magnitud y frecuencias variables, la señal de error se detecta un tiempo después de que se produjo en la carga y ha sido afectado el producto y, como consecuencia, la corrección actúa cuendo ya no es necesario.
- 8. La relación entre la variable de salida y la variable de entrada, constituye el modelo del proceso y es la función de transferencia del sistema de control en adelanto. El control prealimentado es capaz de seguir rápidamente los cambios dinámicos, pero puede presentar un error estático (offset) considerable. Por tal motivo, regularmente se aplica combinado con el control retroalimentado.
- 9. El control anticipativo: Se utiliza cuando las perturbaciones significativas afectan más directamente a la variable de salida que se desea controlar. Este tipo de perturbaciones se denomina perturbaciones de salida o carga. Utiliza la medida propia de la perturbación (o de una variable auxiliar), para actuar antes de que la perturbación se propague a la salida. Un caso particular es el control de proporción o de relación.
- 10. Teóricamente es un control perfecto, ya que no espera a que la perturbación afecte a la variable controlada para actuar. En la práctica no lo es, ya que: No es posible medir todas las perturbaciones (las que no se miden no se compensan). Los modelos son aproximados y simples. La acción de control necesaria puede ser irrealizable. Por todo ello, se suele combinar con control realimentado. Se utiliza control anticipativo para las perturbaciones medibles más significativas. El control realimentado, se encarga de compensar las perturbaciones que no se miden y las imperfecciones inherentes al control prealimentado.
- 11. CONTROL DE RELACIÓN Su objetivo es controlar el flujo o el volumen de una variable en función de otra. Esta técnica de control, se aplica por lo general a dos cantidades de flujos, que deben mantener una relación prefijada por el usuario. Por lo general, se tiene una línea de flujo de un fluido libre y sobre ésta se mide la cantidad del fluido existente en velocidad o volumen, este valor se envía a un controlador que contiene un factor multiplicador o un divisor, cuya señal actúa sobre la válvula de control de otra línea con flujo proporcional al valor sensado (flujo controlado).
- 12. El flujo libre, se llama variable independiente y el flujo controlado, se llama flujo dependiente. Para este tipo de estrategia de control,es muy importante que: Ambas señales deben tener las mismas unidades. Ambas señales deben estar linealizadas o en forma cuadrática. El rango de los controladores deben ser compatibles con las señales recibidas de un 0 a un 100%. Tomar en cuenta que en la medición de fluidos la linealidad se pierde en los extremos de la medición. Las características de los fluidos deben ser muy similares.
- 13. CONTROL MULTIVARIABLE Se aplica cuando existen dos o más variables que están acopladas, o lo que es lo mismo, cuando la variación de una ejerce una variación en otra. Como ejemplo, se puede citar la climatización de una sala en la cual es preciso controlar la temperatura y la humedad relativa del aire. Si la temperatura de la sala desciende, la humedad relativa sube, puesto que el aire está más frío. Por otra parte, si se introdujera vapor a la sala, no solo aumentaría la humedad, sino que también lo haría la temperatura. Se aplica cuando existen dos o más variables que están acopladas, o lo que es lo mismo, cuando la variación de una ejerce una variación en otra. Como ejemplo, se puede citar la climatización de una sala en la cual es preciso controlar la temperatura y la humedad relativa del aire. Si la temperatura de la sala desciende, la humedad relativa sube, puesto que el aire está más frío. Por otra parte, si se introdujera vapor a la sala, no sólo aumentaría la humedad, sino que también lo haría la temperatura.
- 14. El regulador que controla la inyección de vapor y el que controla la temperatura (por enfriamiento) deberían integrarse para conseguir un objetivo común más que intentar controlar sus respectivas variables por separado. Con el algoritmo adecuado puede lograrse no sólo que los dos reguladores operen sin contradicciones, sino también minimizar el consumo energético o, en general, optimizar cualquier otra variable de que se disponga. Los controladores multivariable son más comunes en las industrias aeronáutica, energética y petroquímica.
- 15. CONTROL ADAPTATIVO En procesos de características no lineales, o en los cuales las características varían con el tiempo, puede ocurrir que los parámetros del controlador pueden llegar a ser inadecuados. Una solución al problema, es que el operador realice un ajuste a los parámetros del controlador, cada vez que se detecte que ha habido un cambio en las condiciones de operación, pero esta solución no es práctica. Una solución alternativa, denominada control adaptativo, consiste en que los parámetros se varíen automáticamente cuando cambien las condiciones de operación.
- 16. Se ajustan los parámetros del regulador mediante una tabla preestablecida, función de alguna condición de operación : por ejemplo, punto de consigna. El valor de la ganancia se obtiene de una relación específica con alguna de las variables de proceso, de modo de compensar alteraciones en la operación. CONTROL DE GANANCIA PROGRAMADA
- 17. CONTROL AUTOAJUSTABLE Casi todos los reguladores comerciales incorporan algún método de sintonía automática. En pocos casos hay funciones verdaderamente adaptativas. La sintonía automática de los parámetros se realiza de diferentes formas: Respuesta alto Método del relé Identificación de la respuesta en lazo cerrado (Exact)
- 18. Respuesta salto. Si se activa la función de autosintonía, el regulador cambia a manual y da un salto a la variable manipulada. De la respuesta del proceso, identifica un modelo de primer orden con retardo a partir del cual calcula mediante tablas la nueva sintonía del regulador. Método del relé. Si se activa la función de autosintonía, se conecta un relé en lugar del PID, que sirve para provocar oscilaciones controladas en el proceso que permitan la identificación de características dinámicas del mismo. Método Exact. Es una sintonía continua en lazo cerrado. Si el error excede algunos límites, se identifica un modelo del proceso mediante reconocimiento de patrones. El regulador calcula la nueva sintonía en tiempo real usando tablas.