controladores tecnicas de control

8/17/2019 Controladores Tecnicas de Control

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAPrograma Institucional UNI Juigalpa

Técnicas de Control y Automatización

Ingeniería Agroindustrial

Tema:Controladores Proporcional

Ing. Yervis Yamil Acevedo Díaz

Ing. Yr!is Ac!"o


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C!T"#AD"$% P" "$T"A#I&$!TACI'!

$n esta sección se presentan los tipos m(s importantes de controladores industriales y se)ace especial én*asis en el signi*icado *ísico de sus par(metros+ como apoyo para la comprensiónde su *uncionamiento. #o ,ue se presenta a,uí es v(lido tanto para los controladores neum(ticos+electrónicos como para la mayoría de los ,ue se -asan en microprocesadores.

$n síntesis+ el controlador es el cere-ro/ del circuito de control. $l controlador es el dispositivo ,ue toma ladecisión 0D1 en el sistema de control y+ para )acerlo+ el controlador:

2. Compara la se3al del proceso ,ue llega del transmisor+ la varia-le ,ue se controla+ contra el punto decontrol y4. $nvía la se3al apropiada a la v(lvula de control+ o cual,uier otro elemento *inal de control+ para mantener lavaria-le ,ue se controla en el punto de control.

Ing. Yervis Acevedo


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5n selector interesante es el auto6manual+ con este se determina el modo de operacióndel controlador. Cuando el selector esta en la posición auto 0autom(tico1+ el controladordecide y emite la se3al apropiada )acia el elemento *inal de control+ para mantener

la varia-le ,ue se controla en el punto de control7 cuando el selector esta en la posiciónmanual+ el controlador cesa de decidir y congela/ su salida+ entonces el operador o ingenieropuede cam-iar manualmente la salida del controlador mediante el disco+ ruedao -otón de salida manual7 en esta modalidad el controlador 892 proporciona un medioconveniente 0y caro1 para a;ustar el elemento *inal de control

Funcionamiento de los controladores:

Considérese el circuito de control del intercambiador de calor que se muestra en la figura

5-8; si la temeratura del fluido sobreasa el unto de control! el controlador debe cerrarla v"lvula de vaor. #uesto que la valvula es de aire ara abrir $AA%! se debe reducir lase&al de salida del controlador $resi'n de aire o corriente% $ver la flec(as en la figura%.#ara tomar esta decisi'n el controlador debe estar en acci'n inversa. Algunos fabricantesdesignan tal acci'n como decremento; es decir! cuando (a) un incremento en la se&al queentra al controlador! entonces se resenta un decremento en la se&al que sale del mismo.

Ing. Yervis Acevedo


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Considérese a)ora el circuito de control de nivel ,ue se muestra en la *igura + si el nivel del lí,uido re-asa el puntode *i;ación+ el controlador de-e a-rir la v(lvula para ,ue el nivel regrese al punto de control. Puesto ,ue la v(lvula es de

aire para a-rir 0AA1+ el controlador de-e incrementar su se3al de salida 0ver las *lec)as en la *igura1 y+ paratomar esta decisión+ el controlador se de-e colocar en acción directa. Algunos *a-ricantes denominan a esta acciónincremento7 es decir+ cuando )ay un incremento en la se3al ,ue entra al controlador entonces e?iste un incremento en lase3al de salida del mismo. $n resumen+ para determinar la acción del controlador+ el ingeniero de-e conocer:2. #os re,uerimientos de control del proceso y4. #a acción de la v(lvula de control u otro elemento *inal de control.

Am-as cosas se de-en tomar en cuenta. Tal vez el lector se pregunte cual es la acción correcta del controlador de nivelsi se utiliza una v(lvula de aire para cerrar 0AC1+ o si el nivel se controla con el *lu;o de entrada en lugar del *lu;o de

salida. $n el primer caso cam-ia la acción de la v(lvula de control7 mientras ,ue+ en el segundo+ cam-ian losre,uerimientos de control del proceso. #a acción del controlador se determina generalmente mediante un interruptor enel panel lateral de los controladores neum(ticos o electrónicos+ mediante un -it de con*iguración en la mayoría de loscontroladores ,ue tienen como-ase un microprocesador.

Ing. Yervis Acevedo


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Tipos de controladores por retroalimentación:

#a manera en ,ue los controladores por retroalimentación toman una decisión para mantener el punto de control+ esmediante el calculo de la salida con -ase en la di*erencia entre la varia-le ,ue se controla y el punto de control. $n esta nsección se a-ordaran los tipos m(s comunes de controladores+ por medio del estudio .de las ecuaciones con ,ue sedescri-e su operación. Controlador proporciona6 0P1+ $l controlador proporcional es el tipo m(s simple de controlador+ cone?cepción del controlador de dos estados+ el cual no se estudia a,uí7 la ecuaci9n con ,ue se descri-e su *uncionamiento esla siguiente:

m0t1 @ mB c r0t1 = c0t1m0t1 @ m B c e0t1

donde:m0t1 @ salida del controlador+ psig o mAr0t1 @ punto de control+ psig o mAc0r1 @ varia-le ,ue se controla+ psig o mA7 ésta es la se3al ,ue llega del transmisor.e0r1 @ se3al de error+ psi o mA7 ésta es la di*erencia entre el punto de control yla varia-le ,ue se controla.c @ ganancia del controlador+ c o

m @ valor -ase+ psig o mA. $l s8i*icado de este valor es la salida del controladorcuando el error es cero7 generalmente se ti;a durante la cali-ración delcontrolador+ en el medio de la escala+ > psig o 24 mA.

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Puesto ,ue los rangos de entrada y salida son los mismos 0=2< psig o E=4 mA1+ algunas veces las se3ales de entrada ysalida+ asi como el punto de control se e?presan en porcenta;e o *racción de rango.

para un controlador de acción inversa7 si la varia-le ,ue se controla+ c0*1+ se incrementa en un valor superior al puntodecontrol+ r0t1+ el error se vuelve negativo y+ como se ve en la ecuación+ la salida del controlador+ m0t1+ decrece.

#a manera comFn con ,ue se designa matem(ticamente un controlador de acción directa es )aciendo negativa laganancia del controlador+ +7 sin em-argo+ se de-e recordar ,ue en los controladores industriales no )ay gananciasnegativas+ sino Fnicamente positivas.

#os controladores ,ue son Fnicamente proporcionales tienen la venta;a de ,ue solo cuentan con un par(metro dea;uste+ ++ sin em-argo+ adolecen de una gran desventa;a+ operan con una D$%GIACI'!+ o error de estadoestacionario/ en la varia-le ,ue se controla. A *in de apreciar dic)a desviación gr(*icamente+ considérese el circuito

de controlde nivel ,ue se muestra en la *igura.

Ing. Yervis Acevedo


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supóngase ,ue las condiciones de operación de dise3o son ,i @ , @ 2


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A continuación se e?plica de manera simple por ,ué e?iste la desviación+ a reserva de una prue-a m(s rigurosa ,ue see?pone en el capítulo 97 considérese el mismo sistema de control de nivel de lí,uido ,ue aparece en la *igura + con lascondiciones de operación ,ue se dieron anteriormente. %e de-e recordar ,ue el controlador proporcional+ con accióndirecta 0=+1+ resuelve la siguiente ecuación:

m0r1 @ > B 0 =0t1 e0t1 1

%upóngase a)ora ,ue el *lu;o de entrada se incrementa a 2H gpm7 cuando esto sucede+ el nivel del lí,uido aumenta y elcontrolador de-e+ a su vez+ incrementar su salida para a-rir la v(lvula y -a;ar el nivel. Para alcanzar una operaciónestacionaria el *lu;o de salida+ ,o@ de-e ser a)ora de 2H gpm y+ para ,ue pase este nuevo *lu;o+ se de-e a-rir lav(lvula de salida m(s ,ue cuando pasa-an 2


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&uc)os *a-ricantes de controladores no utilizan el término ganancia para designar la cantidad de sensi-ilidad delcontrolador+ sino ,ue utilizan el término anda Proporcional+ P. #a relación entre la ganancia y la -anda proporcional

se e?presa mediante

y+ en consecuencia+ la ecuación con ,ue se descri-e al controlador proporcional+ se escri-e a)ora de la siguiente*orma:

$n la ecuación 0


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A continuación se o*rece otra de*inición de -anda proporcional: la -anda proporcional se re*iere al error0e?presado en porcenta;e de rango de la varia-le ,ue se controla1 ,ue se re,uiere para llevar la salida delcontrolador del valor m(s -a;o )asta el m(s alto.

Para o-tener la *unción de trans*erencia del controlador proporcional+ la ecuación se puede escri-ir como:

Para resumir -revemente+ los controladores proporcionales son los m(s simples+ con la venta;a de ,ue sólo tienen unpar(metro de a;uste+ + o P7 la desventa;a de los mismos es ,ue operan con una desviación en la varia-le ,ue se

controla+ en algunos procesos+ por e;emplo+ un tan,ue de mezclado+ esto puede no tener mayor consecuencia. $n loscasos en ,ue el proceso se controla dentro de una -anda del punto de control+ los controla dores proporcionales sonsu*icientes7 sin em-argo+ en los procesos en ,ue el control de-e estar en el punto de control+ los controladoresproporcionales no proporcionan un controlsatis*actorio.

Ing. Yervis Acevedo

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