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INTRODUCCIN AL CONTROL DE PROCESOS

Miguel A. Snchez Bravo

INTRODUCCIN

La Ingeniera de Control tiene por objetivo comprender y controlar procesos con el fin de proporcionar productos y servicios econmicos tiles para la sociedad. No est limitada a una sola disciplina de la ingeniera. Tambin es aplicable a sistemas sociales, econmicos y otros. Se basa en los fundamentos de la teora de la realimentacin y el anlisis de sistemas lineales, e integra los conceptos de las teoras de redes y de comunicacin. El control de un proceso industrial por medios automticos en lugar de manuales se conoce como automatizacin. Este concepto es bsico para las industrias con el fin de mejorar su productividad sin descuido del medio ambiente.INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB 2

DISEO DE SISTEMAS DE CONTROL

El diseo es un proceso en el que el anlisis y la creatividad desempean un papel fundamental. Diseo es el proceso de concebir o inventar las formas, partes y detalles de un sistema para lograr un objetivo especfico. Un factor importante en un diseo realista es el tiempo, lo cual es una ventaja competitiva. Las herramientas de software permiten realizar diseos realizables e implementables en el menor tiempo. El procedimiento de diseo es iterativo y flexible. A continuacin se presentan los pasos a seguir.INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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PROCESO DE DISEO DE SIST. DE CONTROLDEFINICIN DEL PROBLEMA ESPECIFICACIONES DE DISEO MODELADO DISEO DEL CONTROLADOR SIMULACIN ELECCIN DE LA TECNOLOGA IMPLEMENTACIN TEST EXPLOTACIN INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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DEFINICIN DEL PROBLEMA

Comprensin general del problema

Conocimiento de la fsica del proceso. Anlisis de datos del proceso. Contexto del proceso: De que otros procesos depende y en cuales influye.Variables a controlar. Variables sobre las que actuar para llevar al proceso al comportamiento deseado. Perturbaciones que pueden presentarse.

Tipos de variables y sus caractersticas:

Aspectos econmicos, sociales, ambientales.INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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ESPECIFICACIONES DE DISEO

Definiciones de las especificaciones.

Objetivo del sistema de control. Rangos de accin del sistema de control (tiempos, errores, caractersticas de frecuencia)

Traducir las especificaciones a la terminologa del Control Automtico:

Especificaciones temporales ( tiempos de establecimiento, de retardo, de pico mximo, ndices de funcionamiento, porcentaje de sobreimpulso, entre otros). Especificaciones frecuenciales ( ancho de banda, mrgenes de ganancia y de fase, etc.). Error estacionario.INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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MODELADO

Suposiciones vlidas de trabajo del proceso ( clculo del estado de operacin ). Obtencin de un modelo simplificado apto para aplicar las tcnicas de diseo ( generalmente aplicando tcnicas de simulacin. Mediante aplicacin de leyes fsicas y/o tcnicas de identificacin. Validacin previa del modelo ( mediante simulacin ).INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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DISEO DEL CONTROLADOR

Tcnicas de diseo:

Sistemas de regulacin y/o seguimiento

Lugar de las races. Tcnicas en el dominio de la frecuencia. PID emprico ( Ziegler Nichols, prueba y error, etc ). Variables de estado: control ptimo, adaptivo, etc. Tcnicas combinacionales. GRAFCET.

Sistemas de control secuencial

Anlisis de sensibilidad a variacin de parmetros y perturbaciones externas.

INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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SIMULACIN

Construccin de un modelo en el computador mediante software como MATLAB ( Simulink, Control System, State Flow, Identification, ), o como LabVIEW ( Control Design, Simulation, Identification, ). El modelo debe incluir efectos no tomados en cuenta en el diseo del controlador, como no linealidades, saturaciones, ruido, variaciones en las condiciones del entorno. Optimizacin: Mediante la simulacin se pueden ajustar algunos parmetros del controlador ( ajuste fino ) a fin de mejorar el funcionamiento. De ser necesario replantear de las cuatro primeras etapas, las que fueran convenientes.INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB 9

ELECCIN DE LA TECNOLOGA

Sensores:

Tecnologa: elctricos, mecnicos, pticos, ultrasonidos, Caractersticas: linealidad, precisin, constante de tiempo, Economa: precio, disponibilidad, mantenimiento, Tecnologa: elctricos, neumticos, hidrulicos, Caractersticas: potencia, fiabilidad, durabilidad, Economa: precio, disponibilidad, mantenimiento, Sistemas de regulacin: mecnicos, electrnicos, tecnologa programada (microcontrolador, microprocesador, DSP). Sistemas de control secuencial: con lgica cableada (puertas lgicas), tecnologa programada (PLC, microcontrolador).INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB 10

Actuadores:

Controlador:

IMPLEMENTACIN

Entorno de trabajo:

Ruidos y perturbaciones. Tipo de cableado. Protecciones (agua, trmica, corrosin).

Ubicacin y orientacin de equipos. Consideraciones medioambientales. De ser necesario replantear la etapa anterior.

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TEST

Verificacin del rendimiento del prototipo.Pueden encontrarse modos de funcionamiento insospechados, debido a que la simulacin no coincide exactamente con la realidad. De ser necesario replantear de las cuatro primeras etapas, las que fueran convenientes.

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EXPLOTACIN

En esta etapa se prueba al sistema en modo continuado, permitiendo obtenerse:

Estadsticas de uso Desgastes, deterioros paulatinos, tendencias Fatiga trmica, mecnica, elctrica,

Ergonoma. De ser necesario replantear de las cuatro primeras etapas, las que fueran convenientes.

INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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P&ID

En instrumentacin y control, se emplea un sistema especial de smbolos con el objeto de transmitir de una forma ms fcil y especfica la informacin. Esto es indispensable en el diseo, seleccin, operacin y mantenimiento de los sistemas de control. Un sistema de smbolos ha sido estandarizado por la ISA (Sociedad de Instrumentistas de Amrica). La siguiente informacin es de la norma: ANSI/ISA-S5.11984(R 1992).INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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Las caractersticas generales de esta norma son las siguientes: a. Cada instrumento se identifica con un sistema de letras que lo clasifica funcionalmente y nmeros que identifican el lazo a que pertenece.

b. Las letras de identificacin se subdividen en: -Primeras letras: identifican la variable medida con que se relaciona el instrumento. -Letras sucesivas: se refieren a la funcin que realiza el instrumento.INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB 15

c. Los lazos de instrumentos se identifican con una secuencia de nmeros que puede comenzar por el 1 o por cualquier nmero que incorpora informacin del rea de la planta a que pertenece el lazo (ejemplo: el lazo 401 puede significar que pertenece al rea 4).

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Primeras Letras Variable medida A B C D E F G H I J K Anlisis Llama Conductividad Densidad o peso especfico Tensin (fem) Caudal Calibre Manual Corriente elctrica Potencia Tiempo

Letra de modificacin

Letras Funcin de lectura pasiva Alarma Libre

Sucesivas Funcin de salida

Letra de modificacin Libre

Libre Control

Diferencial Elemento primario Relacin Vidrio Alto Indicador Exploracin Estacin de controlINTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB 17

L Nivel M Humedad N O P Q R S T U V W X Y Z Libre Libre Presin o vaco Cantidad Radiactividad Velocidad o frecuencia Temperatura Multivariable Viscosidad Peso o fuerza Sin clasificar Libre Posicin

Luz piloto

Libre Orificio Punto de prueba Integracin Registro Seguridad Multifuncin Vaina Sin clasificar

Libre

Bajo Medio o intermedio Libre

Interruptor Transmisor Multifuncin Vlvula Sin clasificar Rel o computador Elemento final de control sin clasif.

Multifuncin

Sin clasificar

INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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SIMBOLOS GENERAL DE LA INSTRUMENTACINMontado en Tablero Normalmente accesible al operador Montado en Campo Ubicacin Auxiliar. Normalmente accesible al operador.

Instrumento Discreto o Aislado

Display compartido, Control compartido.

Funcin de Computadora

Control Lgico Programable

INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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Las lneas punteadas indican que el instrumento esta mondado en la parte posterior del panel el cual no es accesible al operadorInstrumento Discreto

Funcin de Computadora

Control Lgico Programable

INTRODUCCION A SISTEMAS DE CONTROL / MASB

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La identificacin funcional de un instrumento esta hecha de acuerdo a su funcin y no a su construccin. Un registrador de diferencia de presin usado para medir flujo se identifica como FR; un indicador de presin y un switch actuado a presin conectado a la salida de un transmisor de nivel neumtico estn identificados por LI y LS, respectivamente. En un lazo de instrumentos, la primera letra de una identificacin funcional es seleccionada de acuerdo a la medida y a la variable inicial y no de acuerdo a la variable manipulada. Una vlvula de control vara el flujo de acuerdo a lo dictaminado por un controlador de nivel, esto es una LV.

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NMERO DE IDENTIFICACIN DE LOS INSTRUMENTOS O TAGCada instrumento o funcin para ser designada est diseada por un cdigo alfanumrico o etiquetas con nmeros. La parte de identificacin del lazo del nmero de etiqueta g