Control de Procesos Sena

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<ul><li><p>CONTROL DE PROCESOS1. INTRODUCCION2. T ERMINOLOGIA DE CONTROL3. IDENTIFICACION DE PROCESOS4. CONTROLADORES REALIMENTADOS5. SINTONIA</p></li><li><p>INTRODUCCION AL CONTROL DE PROCESOSConcepto de Sistema.Es un conjunto de elementos, interrelacionados entre s, los cualesse caracterizan por tener unos parmetros inherentes que los definen, y por mostrar unas condiciones fsicas, susceptibles de evolucionar en el tiempo.Parmetros del sistema.Parmetros especficos de cada elemento, normalmente constantes einvariables en el tiempo.</p></li><li><p>Variables del sistema. Condiciones fsicas de cada componente cambiantes con el tiempo. Determinan el estado del sistema en cada momento. Sus magnitudes y evolucin vienen regidas por leyes especficas, en funcin del tiempo.</p></li><li><p>Concepto de Bloque.Seal deEntradaSeal de SalidaFuncin de Transferencia = Cada uno los elementos en que puede descomponerse un sistema constituye un bloque.</p></li><li><p>Funcin de Transferencia o Transmitancia.La ecuacin o funcin matemtica que en un bloque, relaciona lavariable de salida con la de entrada, se denomina Funcin de Transferencia. i( t )v( t )i( t ) = * v( t )G( t ) = i( t ) = G( t ) * v( t )</p></li><li><p>Sistema Controlado.Proceso.Es un conjunto de equipos o dispositivos, ya sean mecnicos, elctricos, fsicos, qumicos, trmicos o de cualquier otra ndole, dispuestos de tal modo que puedan realizar las operaciones necesarias con el fin de lograr un determinado objetivo.Sistema de Control.Conjunto de dispositivos adicionales al proceso, que llevan o permiten el control o regulacin del proceso.Sistema controlado.Conjunto formado por el proceso y el sistema de control.</p></li><li><p>Control Manual en lazo Abierto.Con el potenciometro se genera una tensin, consigna o setpointque el circuito de amplificacin y disparo, controlador, procesaran para producir el encendido de los tiristores,elemento final de control, con un cierto ngulo. La energa entregada al motor depende del ngulo de disparo, por lo que lavelocidad de giro ser proporcional a la seal de consigna.</p></li><li><p>Control Manual en lazo Cerrado.HornoT1VlvulaCombustibleEntrada ProductoSalida ProductoProceso.MedidorHombreVlvula</p></li><li><p>Proceso Controlado AutomticamenteMedidaPunto deConsignaSISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO</p></li><li><p>Perturbaciones1.Cambios en el valor deseado de la variable controlada.2.Cambios debidos a exigencias o condiciones especificasdel proceso. Cambios de carga.3.Cambios producidos por alteraciones ajenas a las exigencias del proceso, de origen externo al mismo. </p></li><li><p>Realimentacin. Feedback.Etapas de un Control Automtico en Lazo Cerrado.1.Medicin de la variable controlada y transmisin de la seal de medida al controlador.2.Comparacin entre el punto de consigna prefijado y la seal de medida.3.Partiendo de la seal de error, el controlador elabora suseal de salida o seal de control.4.La seal de salida del controlador es conducida al elementofinal de regulacin.5.Reaccin del proceso, modificando el valor de la variablecontrolada.6.Nueva seal de medida, se cierra el circuito.</p></li><li><p>Componentes bsicos de un Sistema de Control.</p></li><li><p>Componentes bsicos de un Sistema de Control.1.Sensor.Se conoce como elemento primario, estn en contacto directo con la variable, permitiendo la medida de la misma2. Transmisor.Se conoce como elemento secundario, reciben la variabledel proceso del elemento primario y convierten la seal entregada por este en otra seal normalizada apta para sertransmitida a distancia. Esta seal puede ser neumtica, con un</p></li><li><p>3.Controlador.Cerebro del sistema de control, su funcin es la de comparar la medida de la variable controlada con la consignaestablecida y como resultado ejercen una accin correctora quepermite que se iguale la medida con la consigna.Rango de 3 a 15 PSI, o elctrica entre 4 y 20 mA.Frecuentemente transmisor y elemento primario conforman un solo equipo.</p></li><li><p>4.Elemento Final de Control.Frecuentemente se trata de una vlvula de control, recibe la seal correctora enviada por el controlador permitiendole entregar mas o menos energa al proceso.</p></li><li><p>Operaciones Bsicas de un Sistema de Control.1.Medicin. ( M )La medicin de la variable que se controla se hace generalmente mediante la combinacin de sensor ytransmisor.2.Decisin ( D )Con base en la medicin, el controlador decide que hacer para mantener la variable en el valor que se desea.3.Accin ( A )Como resultado e la decisin del controlador se debe efectuar una accin en el sistema, generalmente staes realizada por el elemento final de control.</p></li><li><p>REPRESENTACION NORMALIZADAUna norma para la representacin de diagramas de instrumentos y procesos P&amp;D es la ISA-S5.1 . El instrumento se representa por un circulo con un serie de letras en su interiorque indican su funcin y un numero que representa al bucle de control al cual pertenece.</p></li><li><p>Letras usadas y su significado:PRIMERA LETRA PARA DESCRIBIRVARIABLE DE MEDIDA.</p></li><li><p>LETRA DE MODIFICACION DE LA PRIMERA LETRAEs opcional y sirve para modificar la anteriorCambiando el signicado de la variable medida.Un instrumento PI mide e indica una presion absolutaUn instrumento PDI mide e indica una presion diferencial.</p></li><li><p>LETRAS SUCESIVAS COMO FUNCION DE LA LETRA PASIVAHace referencia al tipo de lectura</p></li><li><p>LETRAS SUCESIVAS COMO FUNCION DE SALIDASe utiliza para designar el tipo de salida.</p></li><li><p>LETRAS SUCESIVAS COMO LETRA DEMODIFICACIONEs modificadora y opcional, los terminosAlto, bajo y medio se refieren a valoresDe la variable medida.</p></li><li><p>TIC103 T103103TICT IC</p><p>Identificacin del instrumento o nmero de etiqueta Identificacin de lazo Nmero de lazo Identificacin de funciones Primera letra Letras Sucesivas</p><p>NUMERO DE IDENTIFICACION TIPICO</p></li><li><p>SIMBOLOS PARA LA CONEXIN ENTRE INSTRUMENTOSASAlimentacin de aire.ESAlimentacin elctrica.GSAlimentacin de gas.HSAlimentacin hidrulica.NSAlimentacin de nitrgeno.SSAlimentacin de vapor.WSAlimentacin de agua.</p><p>Para indicar el tipo de alimentacionSe utilizan las siguientes abreviaturas</p></li><li><p>SIMBOLOS DE LINEASConexin al proceso, enlace mecanico oAlimentacion del instrumento.Seal neumatica o seal sin definir.Seal electrica.Tubo capilar.Seal hidraulica.Via de comunicaciones.Seal electromagnetica.</p></li><li><p>CONTROL DE NIVEL</p></li><li><p>Algebra de Bloques.Las variables se representan con letras minsculas, mientras que las maysculas significaran las transmitancias de los bloques.y = G* xG* F = F * GG + F = F + GG*x + G * y = G ( x + y )G * x + F * x = ( G + F ) * xx - y = x + ( - y ) = x - ( + y )</p></li><li><p>Reglas Algebraicas.1.Bloques en Serie.2.Bloques en paralelo.GG*xFxF*x++ -z(G+- F )x</p></li><li><p>3.Transformacin de un lazo sencillo de realimentacin, en unbloque nico.GHmxe+-zxzZ= G*e ; e = x - m ; m = H * z </p><p> z = x *</p></li><li><p>4.Traslacin de un bloque dentro de un lazo de realimentacin.</p></li><li><p>Variables y Parmetros.Sistemas Fsicos. Elctricos. Electrnicos. Neumticos. Hidrulicos. Mecnicos. Qumicos. Trmicos. Nucleares.</p></li><li><p>Parmetros. Inductancia. Masa. Volumen. Constante elstica. Calor especfico. Viscosidad. Conductividades diversas.</p></li><li><p>Variables. Tensin. Intensidad. Carga elctrica. Caudal. Velocidad. Aceleracin. Temperatura. PH. Nivel. Presin Concentracin. Opacidad. </p></li><li><p>Variables.Son magnitudes cambiantes en el tiempo, las cuales determinan el estado del sistema.Parmetros.Reflejan las propiedades o caractersticas inherentes de componentes.Tipos de Variables.Determinan el estado de un componente, su valor es cambiante en el tiempo, pueden ser expresadas por una funcin temporal.</p></li><li><p>1.Potencial o Fuerza Impulsora.Son fuerzas generadoras o impulsoras de todos los fenmenos. Generan el tipo de variable flujo. Potencial elctrico o tensin. Presin. La temperatura. Fuerza fsica. </p></li><li><p>2.Flujo o Corriente.Son generadas por las de tipo potencial. Se refieren al transporte ya sea masico o energtico.</p><p> Intensidad elctrica. El flujo calrico. La velocidad de desplazamiento. La velocidad angular.</p></li><li><p>3.Carga o cantidad.Son consecuencia de la integracin o la acumulacin en el tiempode las variables de tipo flujo. Volumen acumulado. El nivel. La carga elctrica. La cantidad de calor. El desplazamiento. El ngulo de giro.</p></li><li><p>Parmetros.Son magnitudes constantes que definen las caractersticasfundamentales inherentes de los componentes ms simples de un sistema.Se expresan por valores constantes, se representan con letras maysculas.</p></li><li><p>Tipos de parmetros.1.Resistencia o su reciproco la conductancia.Caractersticas de aquellos componentes que poseen una relacinproporcional entre la diferencia de potencial a la que se encuentran sometidos y el flujo circulante.R Resistencia.</p><p>Flujo como variable de entrada.</p><p>P(t) Diferencia de potencial como variable de salida.P(t) = R</p></li><li><p> Pertenecen a este tipo:</p><p> Resistencia elctrica. Friccin Viscosa. La conductancia calorfica. La resistencia que ofrece al paso de un fluido una restriccin. </p></li><li><p>2.Capacidad.Caracterstica de aquellos componentes que muestran la propiedad de almacenar una carga, como consecuencia de la integracin en el tiempo del flujo circulante.Carga almacenada.Diferencia de Potencial.</p><p>Carga + diferencia de potencial.Energa almacenada.C Capacidad.q(t) Carga( variable intermedia.</p><p>Flujo ( Variable de entrada.P(t) Diferencia de potencial, variable de salida.</p></li><li><p>Pertenecen a este tipo.</p><p> Capacidad, Capacitancia elctrica. Capacidad volumtrica. Capacidad calorfica.</p></li><li><p>3.Inertancia.Propiedad de aquellos componentes que se caracterizan porpresentar una inercia a los cambios de flujo.El potencial es proporcional a la velocidad de cambio del flujocirculanteL Inertancia.q(t) Carga inercial( intermedia)P(t) Diferencia de potencial( IN)</p><p>Flujo.( Variable de salida.</p></li><li><p>Pertenecen a este tipo:</p><p> Inductancia de una autoinduccin elctrica. Propiedad inercial de una masa fsica.</p></li><li><p>RI(s)V(s)V(t) = R *i(t) V(s) = R*I(s)Rv(t)v(t)i(t)V(s)I(s)I(t) = v(t)I(s) = V(s)i(t)</p></li><li><p>1/s1/CI(s)Q(s)V(s)i(t)Cv(t)v(t)Ci(t)CsV(s)Q(s)I(s)</p></li><li><p>1/s1/LV(s)(s)I(s)LsI(s)(s)V(s)i(t)Lv(t)v(t)Li(t)</p></li><li><p>IDENTIFICACION DE PROCESOS La meta del control de procesos es optimizar el proceso. La identifacion de un proceso es una manera de predecir como responder el proceso bajo ciertas condiciones.</p></li><li><p>SalidaControlador%maPSIValvulaFlujomaEntrada alControlador%</p></li><li><p>ValvuladP/II/P49.3AutMan49.2A\MEntrada alProceso.% PosicionValvula0 100%4 - 20ma3 15 PSISalida delPoceso% Flujo4 20ma0 100%</p></li><li><p>Ganancia PuraIntegradorPrimer orden mastiempo muertoPrimer OrdenSegundo OrdenSubamortiguado</p></li><li><p>METODOLOGIA DE PRUEBALa determinacin exacta del modelo del procesousualmente requiere mas de una prueba.El operador debe conocer cuanto puede ser movido el elemento final de control.No se pueden hacer pruebas que excedan la normaloperacin del elemento final de control.Si el elemento final de control es una vlvula, el controlador debe ser colocado en manual durante laprueba.</p></li><li><p>2.La prueba se realiza en la porcin lineal del elemento final de control.Se pueden obtener diferentes modelos dependiendodel rango en que est operando el elemento finalde control.Para cada nivel de operacin es necesario realizar una prueba para determinar los parmetros del modelo.</p></li><li><p>Se debe realizar la prueba en diferentes direcciones.1X-2X1XAntes de mover el actuador en direccin contraria, asegurarse de que el proceso haya terminado de moverse.</p></li><li><p>MODELOS DE PROCESOS MAS COMUNESEl modelado de un proceso implica dividir el procesoen partes pequeas ms trabajables. Una vez determinados los parmetros del proceso estos se utilizan para determinar los tipos de Controladoresnecesarios y calcular los parmetros de sintonia.Modelos a trabajar:Ganancia Pura.Primer orden.Primer orden ms tiempo muerto.Integrador.</p></li><li><p>PROCESO DE GANANCIA PURA.Y(t) = KP U(t)</p></li><li><p>Clculo de KPCambio en la valvulaEntrada al procesoEl proceso se mueve KP veces el cambio en el actuador </p></li><li><p>PROCESO DE PRIMER ORDENUn proceso de primer orden esta definido por dos parmetros. Ganancia del proceso KP. Constante de tiempo del proceso, P</p><p>Y(t) Salida del proceso.U(t) Entrada al proceso.P Constante de tiempo en bucla abierta. KP Ganancia del proceso en bucla abierta.</p></li><li><p>ValvulaSensorSalidaCambio enEscalonRespuesta Proceso</p></li><li><p>GANANCIA DEL PROCESO Cambio en el proceso Y Cambio en la entrada U KP =Cambio delprocesoY</p></li><li><p>CONSTANTE DE TIEMPOP = Tiempo de transicion dinmica</p><p>4</p></li><li><p>DEFINICIONLa constante de tiempo es la cantidad de tiempo P que le toma al proceso alcanzar el 63.2 % de su valor de estado estacionario.U(t) KP respuesta de estado estacionario.Respuesta transitoria.</p></li><li><p>EJEMPLO 1 VR + VC = V</p></li><li><p>Continuacin P =R*c</p></li><li><p>EJEMPLO 2 </p><p>Concentracion en un tanque agitado.Entrada - Salida = Acumulacin</p></li><li><p>Continuacin</p></li><li><p>EJEMPLO 3.NIVEL DE UN TANQUE CON RESTRICCION DE DESCARGA.</p></li><li><p>Continuacin.Entrada - Salida = Acumulacin.Es un caudal.</p></li><li><p>Continuacin.</p></li><li><p>Continuacin. Pendiente de la recta tangente.Caudal medio de salida qm</p></li><li><p>Continuacin.Constante del proceso.Constante de tiempo.Analogas</p></li><li><p>MODELO DE PROCESO AUTOREGULADOR.</p></li><li><p>Este ejemplo muestra un proceso autoregulador que puede ser modelado con dos parmetros </p><p>Prueba.</p><p>1</p><p>Valor</p><p>Valor inicial</p><p>Valor final</p><p>Cambio</p><p>Ganancia del proceso.</p><p>30/20 = 1.5</p><p>kP = 1.5</p><p>Constante de tiempo.</p><p>28/4 = 7</p><p>(P = 7 Min</p><p>Salida</p><p>35%</p><p>55%</p><p>20%</p><p>Entrada</p><p>52.5%</p><p>82.5%</p><p>30%</p><p>Tiempo</p><p>9 Min</p><p>37 Min</p><p>28 Min</p></li><li><p>PROCESO NO AUTOREGULADOR. INTEGRADOR</p></li><li><p>Procesos IntegradoresLos procesos integradores pueden ser definidos con un modelo deun parametro. El parmetro es la ganancia del proceso. </p></li><li><p>PRUEBA</p><p>VALOR</p><p>VALOR INICIAL</p><p>VALOR FINAL</p><p>CAMBIO</p><p>PENDIENTE</p><p>m = (MV / (t</p><p>GANANCIA</p><p>KP =(m / (F</p><p>ANTES</p><p>NIVEL</p><p>80</p><p>80</p><p>0</p><p>m1 = 0</p><p>TIEMPO</p><p>0</p><p>10</p><p>10</p><p>1</p><p>NIVEL</p><p>80</p><p>100</p><p>20</p><p>m2=(100-80)/(30-10)</p><p>m2=1</p><p>KP =( m2- m1 )/(F</p><p>KP = (1 - 0) / 10</p><p>KP = 0.1</p><p>FLUJO</p><p>30</p><p>40</p><p>10</p><p>TIEMPO</p><p>10</p><p>30</p><p>20</p><p>2</p><p>NIVEL</p><p>100</p><p>20</p><p>-80</p><p>m3=(20-100)/(70-30)</p><p>m3=-2</p><p>KP =( m3- m2 )/(F</p><p>KP = (-2 - 1) / -30</p><p>KP = 0.1</p><p>FLUJO</p><p>40</p><p>10</p><p>-30</p><p>TIEMPO</p><p>30</p><p>70</p><p>40</p><p>3</p><p>NIVEL</p><p>20</p><p>20</p><p>0</p><p>m4=(20-20)/(100-70)</p><p>m4=0</p><p>KP =( m4- m3 )/(F</p><p>KP = (0 + 2) / 20</p><p>KP = 0.1</p><p>TIEMPO</p><p>70</p><p>100</p><p>30</p></li><li><p>CONTROL DE REALIMENTACION</p></li><li><p>CONTROL REALIMENTADO ( FEEDBACK) Las acciones de control estn basadas en el setpoint y la informacin realimentada de sensores y transmisores Los controladores realimentados tratan de mantener el valor de la variable del proceso medida igual al setpoint, basados en eventos pasados.CONTROL ANTICIPATIVO ( FEEDFORWARD) Las acciones de control estn basadas en eventos que cambiaran el valor de la variable del proceso.</p></li><li><p>TIPOS DE CONTROLES REALIMENTADOS CONTROL ON - OFF CONTROL PROPORCIONAL CONTROL INTEGRAL ( RESET) CONTROL DERIVATIVO ( RATE)</p></li><li><p>CONTROL ON - OFF. DE DOS POSICIONES</p></li><li><p>Continuacin.La forma ms simple de control es el ON- OFF, o control dedos posiciones. Acta semejante a...</p></li></ul>