INSTRUMENTACION INSTRUMENTACION CONTROL DE PROCESOSCONTROL DE PROCESOS

Las bases del control de Las bases del control de procesosprocesosQué es control de procesos ?

La habilidad para medir, indicar, grabar y controlar una variable producida en una aplicación industrial

Los métodos más comunes del control de procesos:

1.Control de procesos continuo2.Control de procesos por Batch

Las bases del control de Las bases del control de procesosprocesos

La instrumentación de procesos es el conjunto de dispositivos usados para medir y controlar las variables del proceso.

(Ejemplo RTD, medidor de flujo, transmisores)

Las 4 variables más comunes1.Presión2.Nivel3.Flujo4.Temperatura

Las bases del control de Las bases del control de procesosprocesos

Hay tres pasos básicos en un control de procesos

1.Medir la variable del proceso2.Decidir si es igual al setpoint3.Ejecutar una acción ajustando el

elemento final de control

Las bases del control de Las bases del control de procesosprocesosTodo lazo de control realimentado requiere de cuatro componentes básicos:

1.Sensores2.Transmisores3.Controladores4.Elementos Finales de Control

Diagrama de un lazo sencillo Diagrama de un lazo sencillo de control de procesos de control de procesos realimentadorealimentado

Sensor

Proceso

Control

Elemento Finalde Control

Variable ManipuladaAmperaje, Flujo, Velocidad, Voltaje

Punto de consigna

Variable Controlada

PV

SP

MideTempPresiónNivelFlujo VelocidadHumedadConductividadDensidad

Toma AcciónContactorBombaDámperVálvulaVFDElSCR’s

O

Transmisor

Control de procesosControl de procesosQué miden los sensores en un

proceso ?Miden la variable del proceso en un sistema de control como: temperatura, presión, flujo, nivel, pH, conductividad, velocidad, densidad, entre otros.

Por qué se necesitan los sensores ?Dan la información medida en forma de señal análoga a un transmisor o controlador.

Cuales son las señales más comunes en los sensores ?4-20mA, 0-20mA, 0-10mV, 0-100mV, 1-5V, 0-10V

Control de procesosControl de procesos

Cuál es la función de un transmisor ?Toman la señal medida del proceso y la convierten en una señal eléctrica o neumática. La señal de salida del transmisor se muestra y se envía al controlador

Control de procesosControl de procesosCuál es la función del controlador?1.Recibe la señal del sensor o transmisor2.Compara la señal medida del procesos

(PV) con el setpoint (SP)3. Manipula la señal medida (PV), y

calcula una salida (O)4.Envía la señal de salida (O) para

posicionar el elemento final de control

Control de procesosControl de procesos

Cuál es la función del elemento final de control?

Tomar cualquier acción requerida por el controlador para corregir la desviación que presente el proceso del setpoint, posicionando el elemento final de control

Control de procesosControl de procesosHay dos formas mediante las cuales

se puede posicionar el elemento final de control

1.EléctricamenteVálvulas solenoides, relés, bombas,

motores, variadores de velocidad 2.NeumáticamenteVálvulas de control neumáticas,

actuadores, dámperes.

Control de procesosControl de procesosPosicionador electrónico

Recibe una señal 4-20mA de un Controlador, envía una señal neumática generalmente de 3-15 psi al actuador

Posicionador neumáticoRecibe una señal 3-15psi de un Controlador, envía una señal neumática generalmente de 3-15 psi al actuador.

Control de procesosControl de procesos

Hay cuatro tipos diferentes de control1.De dos posiciones:On/Off 2.Proporcional :Gain3.Integral: Reset4.Derivativo : Rate

Cual modo no ajusta continuamente la variable manipulada del controlador para eliminar el error?

Ejemplo del control PID Ejemplo del control PID

Ejemplo del control PID Ejemplo del control PID Aplicación Enfriar-CalentarLazo de control realimentadoMonitorea la temperatura en un

tanqueEl controlador aplica el PID para

mantener la temperatura especifica del producto en el tanque

Ajusta las válvulas de entrada de agua fría y caliente

Qué es control proporcional ? Qué es control proporcional ? Es un tipo de control más fino que

el On/OffHay una relación directa entre la

variable controlada y la posición del elemento final de control

Aplica si la variable controlada cambia constantemente (si no es así use On/Off)

Reduce la oscilación de la variable controlada.

Términos de un control proporcionalTérminos de un control proporcionalGanancia

Banda proporcional

y

BP es la cantidad de cambio en el error (e) necesaria para producir un cambio full en la salida (O)

La respuesta del controlador depende del tamaño de la banda proporcional◦ Respuesta menos sensible: Banda amplia: Ganancia

baja◦ Respuesta más sensible: Banda angosta: Ganancia alta

(e)error%

(O)%SalidaG

GBP

100

BPG

100

Cambio de la banda-Cambio de Cambio de la banda-Cambio de RespuestaRespuesta

ProcesoTempEntrada

Válvula agua fríaCerrada Abierta

Gain =100/20 =5.0

0%

20%

100%

P-Band = 1/5=.20=20%

Salida

Respuesta más sensibleBanda angosta: Ganancia alta

Válvula agua fríaCerrada Abierta

Gain =100/40 =2.5

0%

40%

100%

P-Band = 1/2.5=.40=40%

Salida

Menos sensibleBanda amplia: Baja ganancia

20%

G=2.5

G=5.0

Cambio de la banda-Cambio de Cambio de la banda-Cambio de RespuestaRespuesta

Diagrama del control Diagrama del control proporcionalproporcional

SP

PV

Tiempo -300

2300

1000

1260

740

Respuesta más sensibleBanda angosta (rápida)

SP

PV

Tiempo-300

2300

1000

1520

480

Respuesta menos sensibleBanda amplia (lenta)

Diagrama del control Diagrama del control proporcionalproporcional

Curvas de Respuesta del Control Curvas de Respuesta del Control ProporcionalProporcional

Qué es control integral ?Qué es control integral ?

También se conoce como offset or reset

Cuál es la función del control integral ?Es la acción de corregir el error para eliminar la

desviación prolongada del setpoint asociada con el control proporcional.

Responde a la duración del error después de que el controlador ha entrado en estado estacionario

Diagrama de la acción Diagrama de la acción integralintegral

SP≠ PV

Tiempo

Error: Offset

SP=PV

Tiempo

Resultado de la acción

proporcional

Efecto de la acción integral

Cuando se usa la acción Cuando se usa la acción integral en un procesointegral en un proceso

Está diseñada para eliminar el error estacionario (offset)

Es aplicado cuando en el proceso existe un tiempo de retardo (por ejemplo lazos de control con respuesta lenta)

Qué es control derivativo ?Qué es control derivativo ?

También se le llama acción de velocidad o rata◦ Similar al cambio de aceleración a frenado

Responde a cuán rápidamente se está desviando el proceso (rata de cambio) del setpoint.

Cual es la función del control derivativo ?1.Compensar los retardos del proceso 2. Reducir las oscilaciones y sobrepasos causadas

por los disturbios en el proceso

La acción derivativa es muy usada en La acción derivativa es muy usada en dos tipos de aplicaciones de control de dos tipos de aplicaciones de control de procesosprocesos

1. Los lazos son muy lentos para responder y requieren control adicional al control PI

2. Lazos de control con arranques frecuentes

Curvas de respuesta de la acción Curvas de respuesta de la acción derivativaderivativa

Cuál es el impacto de los ajustes Cuál es el impacto de los ajustes del PID en el control de un del PID en el control de un

procesoproceso??ON/OFF - Responde a la presencia del error

Proporcional - Responde a la magnitud del error

Integral - Responde a la duración del error

Derivativa - Responde la rata de cambio del error

Estrategias avanzadas de control Estrategias avanzadas de control de procesosde procesos

Qué es un control multilazo ?Es el uso de dos o más lazos de control realimentado para controlar una variable en un proceso

Hay tres estrategias de control avanzado tipo multilazo:

1. Cascada (Cascade)2. En adelanto (Feedforward) 3. Relación (Ratio)

Estrategias avanzadasEstrategias avanzadas

Por qué es mejor una estrategia tipo cascada que un control de lazo sencillo?

Es más precisa porque usa una segunda variable del lazo de control que permite al usuario identificar los disturbios en el proceso más rápidamente

Estrategias avanzadas: CascadaEstrategias avanzadas: Cascada

Qué es un control tipo cascada ?Es la habilidad para monitorear y controlar dos variables del proceso usando dos lazos de control sencillos para controlar una variable en un proceso

El control tipo cascada es un lazo de control realimentado instalado dentro de otro lazo de control realimentado.

Ejemplo del control Ejemplo del control

tipotipo cascadacascada

2 Lazos de control PIDLazo #1-Lazo externo o primario -

Controla la temperatura del producto en el tanque

Lazo #2- Lazo interno o secundario-controla la temperatura del agua/vapor que entra al tanque ajustando las válvulas

Ejemplo del control tipoEjemplo del control tipo cascadacascada

Estrategias avanzadas Estrategias avanzadas FeedforwardFeedforwardQué es un control Feedforward ?

Es la habilidad de monitorear dos variables del proceso para anticipar un disturbio en un lazo realimentado antes que éste disturbio afecte la variable controlada del proceso.

Por qué se usa un segundo sensor ?Para monitorear el disturbio en el proceso

Ejemplo de control Ejemplo de control FeedforwardFeedforward

2 Lazos de control un PID y un Feedforward◦ lazo 1- Controla temperatura◦ lazo 2- Monitorea la rata de flujo, la variable

Feedforward La rata de flujo es el disturbioOtras aplicaciones

◦ Temperatura de alimentos◦ Flujo de combustible en calderas

Ejemplo de control Ejemplo de control FeedforwardFeedforward

Estrategias avanzadas RatioEstrategias avanzadas RatioQué es control de ratio ?

Es la habilidad de un controlador de procesos para mantener una relacion predeterminada entre dos o más variables del proceso.

Cuál variable de proceso es en la que más se usa esta estrategia?

Flujo

Ejemplo de control ratioEjemplo de control ratio

Mezcla de materialesDos ratas de flujo a controlar:

◦ Flujo A es la rata controlada◦ Flujo B es la rata libre.

El control monitorea el flujo B para controlar el flujo A

Controla la razón de A/B. Otras aplicaciones

◦ Food Processing-Ingredients◦ Combustion Control-Fuel/Air

Customer Survey For

Process Control Applications

Diez preguntas claves para Diez preguntas claves para seleccionar un controladorseleccionar un controladorQ1: El proceso requiere un lazo sencillo o un

lazo doble? Cuantas entradas/salidas al procesos ?

Q2: Cuantas variables del proceso serán controladas en este lazo. Cuales son? Qué tipo de sensor se va a usar?

Q3: Como se arranca el proceso, manual o automático o por entradas on/off ?

Q4: Se requiere que el controlador arranque o pare equipos remotos en la planta ? Cuantos ?

Q5 Cuál es el período de muestreo deseado en este lazo de control ? (ej. 50mS, 100mS, 200mS, 500mS)

Q6: Qué protección a la humedad deberá tener el controlador ?

Q7: Se requiere que el controlador se comunique con un computador, o interfaz de operador ?

Q8: Qué tamaño debe tener el controlador ?

Diez preguntas claves para Diez preguntas claves para seleccionar un controladorseleccionar un controlador

Diez preguntas clavespara Diez preguntas clavespara seleccionar un controlador seleccionar un controlador

Q9: Se requiere que el setpoint tenga un perfil de rampa-sostenido ?

Q10: Qué tipos de modos de control se requieren en este lazo en particular ?