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*Por: Fernando Otero.
No olvidarse de los fundamentos de control automtico de procesos
Cul es el objetivo de un sistema de control automtico de procesos?
Desde el punto de vista del control regulatorio, un sistema de control mantiene las variables de proceso importantes muy cercanas al valor del punto de consigna o set point. El sistema debe ser capaz de hacer las compensaciones necesarias cuando se presentan perturbaciones con el fin de que las variables controladas regresen a su set point. Esta funcin se realiza simultneamente para mltiples variables de proceso en una planta de proceso. Por supuesto, existen otras formas en las cuales el sistema de control automtico puede desempearse muy bien, como en la ejecucin de tareas secuenciales, como en control batch. Sin embargo, en mi opinin, el objetivo principal del sistema de automatizacin es asegurar que la calidad y la cantidad de los productos sean constantes, uniformes y consistentes; que la variabilidad de proceso sea minimizada y controlada. La variabilidad de proceso cuesta dinero.
Dos vlvulas de control, un solo tubo
Personalmente he ejecutado centenares de servicios de mejoramiento del desempeo de los sistemas de control en numerosas plantas de proceso industriales. Me gustara mencionar algunos de los hallazgos con que me he
encontrado y cmo se relacionan con el objetivo ltimo del sistema de control automtico, y ms importantemente, el impacto en el desempeo econmico de la planta global. No lo tomen a mal, he estado tambin en numerosas plantas en las cuales los sistemas de control trabajan en forma excelente mostrando un desempeo muy satisfactorio; sin embargo, en la gran mayora de los casos en los que se solicitan mis servicios, es cuando el sistema de control automtico de proceso no se est desempeando bien.
Tal vez, el hallazgo ms curioso que he encontrado es una estrategia de control mal diseada e implementada desde el primer da de operacin. Algo tan simple, pero crtico, como encontrar dos vlvulas de control en un simple tubo separadas por algunos metros. A la pregunta de cul era el papel de cada una de las vlvulas de control, la respuesta fue una vlvula controla la temperatura, y la otra vlvula controla la presin. Ver Figura 1.
Como era de esperarse, el sistema de control no funcionaba, y uno de los lazos de control operaba en modo manual.
Otros ejemplos de una estrategia de control problemtica que me han llamado la atencin son los siguientes. Una estrategia de control en la cual se genera un excesivo tiempo muerto en el lazo debido a la localizacin del elemento
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Figura 1. Dos vlvulas de control, un solo tubo.
primario de control (el transmisor) muy lejano del elemento final de control (la vlvula de control); ver Figura 2. Para todos los que trabajamos en control automtico de procesos, el peor enemigo para un buen control es el tiempo muerto.
Otra es una estrategia de control en la cual se genera interaccin de lazos al instalar un elemento final de control en la misma lnea de un elemento primario de control de otro lazo de control diferente. Ver Figura 3. Es de esperarse que los dos lazos interfieran entre si
Otro hallazgo interesante tiene que ver con los parmetros y settings en la configuracin de la estrategia de control en el sistema de control, sea DCS o PLC; empezando por los parmetros de sintonizacin de los lazos de control. Lo que ms me ha impresionado es encontrar que en muchas plantas, la gran mayora, los lazos de control de procesos nunca haban sido re-sintonizados desde el da en que los lazos fueron comisionados en el arranque inicial de la planta!
Pasos fundamentales sencillos
Otro aspecto es el uso, y el abuso, del parmetro de filtracin (Damping en el transmisor, PV Filter en el sistema de control). El primer ejemplo que viene a mi mente es un sistema de control de presin que tena una accin derivativa significativa. Puesto que la presin es una variable de proceso bastante ruidosa, la accin derivativa ocasionaba un movimiento excesivo de la salida de control, y por consiguiente, generaba demasiada variabilidad en el proceso. La solucin fue aplicar un filtro de 6.0 segundos
en la seal PV del bloque de control PID. El parmetro Damping del transmisor estaba en 2.0 segundos, el cual es el valor por defecto que el transmisor trae de fbrica, y que nunca fue modificado.
Esto funcion bien porque el ruido desapareci; la vlvula de control se mova ahora ms suavemente aunque an era demasiado reactiva. Sin embargo, esto no elimin la presencia excesiva de alarmas de desviacin y por alta presin. El nmero y la frecuencia de paradas inesperadas de planta seguan siendo iguales y demasiado altas!
En realidad, al ajustar un valor alto en el filtrado en la seal de la variable controlada, uno lo que decide es ignorar el comportamiento real del proceso y escoge no ver la magnitud real de la variabilidad de proceso en el sistema de control. A propsito, este lazo de presin tena una constante de tiempo de 1.8 segundos y un tiempo muerto de 0.9 segundos.
El punto aqu es que, en muchos casos, simples procedimientos basados en los fundamentos de control de procesos pueden afectar el desempeo de, no solamente el sistema de control, sino tambin del comportamiento econmico de la planta.
En el caso del sistema de control automtico, luego de invertir tanto dinero en automatizacin, lo ltimo que uno desea, como ingeniero de control, es que el sistema de control genere variabilidad en el proceso. Por qu? Pues porque la variabilidad de proceso es sinnimo de dinero; es decir, cuesta dinero. Entre mayor es la variabilidad de proceso, ms costoso est siendo producir el mismo producto.
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Figura 2. Excesivo tiempo muerto en el lazo de control.
Figura 3. Interaccin de Lazos de Control.
*Fernando Otero, CAP. Optimo Group Inc. Profesional Certificado en Automatizacin (CAP) de la International Society of Automation (ISA), y es un consultor Senior en el rea de automatizacin de procesos con la firma Optimo Group Inc. en Indianapolis, USA. Fernando Otero es ingeniero qumico de la Universidad
Nacional de Colombia, con postgrados de maestra en la Oklahoma University y estudios de doctorado en la University of South Florida, ambos en ingeniera qumica con especializacin en control automtico de
procesos fsico-qumicos. presidente y fundador de la firma de consultora en control automtico de procesos Optimo Group Inc, en Indiana, USA. Previamente Fernando trabaj para Ecopetrol-ICP en Colombia en el grupo de automatizacin durante 9 aos y luego para Cornerstone Controls Inc. en USA durante 11 aos
como consultor en proyectos de control automtico de procesos. [email protected]
