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informacion de los controladores pdi
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ALGORITMO DE CONTROL PID NO INTERACTIVO.
Con el calificativo de no interactivo se quiere poner de manifiesto que las
acciones de control integral y derivativo son independientes, aunque exista un
parámetro del controlador, la ganancia proporcional Kc, que afecte a las tres
acciones (proporcional, integral y derivativa).
Los controladores PID ideales no interactivo están caracterizados por tener
una función temporal que liga la señal de control u (t) con el error de la forma:
Dando origen a la función de transferencia:
Este tipo de controlador se conoce como controlador PID ideal no
interactivo, ya que corresponde a una función de transferencia de un sistema no-
causal, y por lo consiguiente, no puede ser construido con elementos de la vida
real (físicamente irrealizable). Empleando diagrama en bloques, la relación entre
error y señal de control se puede describir:
Quedando en evidencia que los efectos proporcionales, integrales y derivativos se
aplican en forma paralela. Es por esta razón que a este tipo de controladores se
los denomina PID tipo paralelo o PID no interactivo (ya que las acciones no
interactúan entre sí).
Los controladores PID-Paralelo que ofrecen las firmas comerciales
habitualmente tienen la función de transferencia siguiente:
Que corresponden a sistemas causales. Los fabricantes asignan al
coeficiente valores entre 0.05 y 0.1 (estos valores son generalmente fijo).
Con todo, debe tenerse presente que este algoritmo es el que se usa casi
siempre en los textos de control automático para explicar las combinación de las
tres acciones de control, aunque muchos de los controladores PID comerciales
tienen algoritmo PID Interactivo. Unas de las desventajas de los Algoritmos no
interactivos o también conocidos como algoritmo paralelo son los siguientes: no
son realizables físicamente, son muy sensibles al ruido y los ceros reales Ti es
mayor a 4Td.
Hay en el mercado controladores PID real (no interactivo) que son
realizable físicamente, ya que incorporan un filtro en el término derivativo y a altas
frecuencias, la máxima ganancias del termino D es Kc.N, en donde N es la
constante del filtro derivativo.
Este algoritmo está considerado como el estándar por la ISA (Instrument
Society of America) y el más utilizado actualmente.
ALGORITMO DE CONTROL PID INTERACTIVO.
Conocido también como algoritmo serie, fue empleado generalmente en los
antiguos reguladores analógicos. Con el calificativo de interactivo se quiere
recalcar que la modificación de cualquiera de las constantes de tiempo T′i o T′d
detecta a las tres acciones (proporcional, integral y derivativa), tal como se
entienden dichas acciones en el algoritmo clásico. Este algoritmo surgió como una
posibilidad de realizar control PID analógico con dos amplificadores, a diferencia
del no interactivo que requiere el uso de tres amplificadores. De ahí que en la
mayoría de los reguladores analógicos, buscando el ahorro económico se usara el
algoritmo interactivo.
En la actualidad, aunque ya no existen inconvenientes en la realización
digital del control PID no interactivo, algunos fabricantes siguen ofreciéndolo. De
esta forma se cubre la demanda de quienes; desean mantener la validez de las
técnicas de ajuste, habituales en controladores analógicos, y sacar el máximo
provecho a la experiencia anterior de los operadores de planta.
Unas de las características de estos controladores son en los controladores
analógicos, tablas de equivalencia entre los parámetros de los PID serie y paralelo
y tienen filtro en la acción derivativa.
En los controladores PID 'serie' o 'interactivos', la acción derivativa se aplica
primero y luego las acciones proporcional e integral siguiendo el esquema del
diagrama en bloques
Y este esquema de diagrama de bloques conduce la siguiente función de
transferencia:
Se usó el signo # para denotar que corresponden a ganancia, tiempo
integral y tiempo derivativo, pero no en el sentido tradicional (algoritmo paralelo),
sino de esta particular configuración. Como en el caso anterior, alfa es una
constante que varía según el fabricante, pero que está comprendida entre 0.05 y
0.1.
Debe aclararse que la respuesta con ambos tipos de controladores dan
respuestas similares.
ALGORITMO DE CONTROL PIDE ISA. Este algoritmo está considerado como el estándar por la ISA (Instrument
Society of America) y el más utilizado actualmente. Si sumamos la ecuación del
algoritmo interactivo y no interactivo nos da como resultado un algoritmo PID
paralelo.
Estructura no Interactiva.
Estructura Interactiva
ALGORITMO DE CONTROL PID INDUSTRIAL.
La nomenclatura del algoritmo en el mundo industrial suele ser variada,
dependiendo de muchos factores como son los manuales de los proveedores de
los equipos, se asignan a las variables características del bucle de control en la
mayor parte de los textos de fabricantes, según notación DIN 19 226 (dicta la
diferencia de denominación de la variable de control y variable de salida del
sistema respecto a la utilizada habitualmente).
Los primeros controladores digitales fueron realizados con ordenadores de
proceso, actualmente se encuentran integrados, no sólo en sistemas más
complejos de mando y automatización, sino en la forma de ejecución de un
controlador compacto. Como la estructura PID se ha convertido en un estándar en
su utilización, se intenta que el controlador digital que trabaja discretamente
respecto al tiempo, se acerque bastante en su comportamiento al del controlador
analógico:
• La magnitud regulada es leída y cuantificada en intervalos de tiempo discretos.
• La operación PID es realizada por un algoritmo que está disponible en un
procesador, y en cada punto de lectura se calcula una igualdad diferencial. Las
partes P, I, D pueden ser ajustadas de forma independiente.
• Por ´ultimo el valor calculado es conectado al tramo de regulación después de
pasar por un convertidor digital-analógico y mantenido hasta la llegada del
siguiente valor.
Ventajas del controlador digital.
En su modo principal de funcionamiento, el controlador se comporta de un
modo casi igual al de los controladores analógicos, con unas ventajas adicionales:
• Flexibilidad: Las funciones técnicas de regulación se realizan por software
(programas), modificándose sin que el constructor tenga que cambiar el hardware
(cableado interno) y pudiendo ser usadas por el usuario en diversas partes del
proceso.
• Multiplicidad de funciones: Algunos ejemplos son:
– Conmutación automática del servicio manual/automático libre de saltos.
– Evitar la saturación del término integral al alcanzar un límite del valor prescrito
(Referencia).
– Limitación ajustable del valor de referencia.
– Rampa parametrizable del valor prescrito.
– Filtrado de magnitudes del proceso sometidas a perturbaciones.
• Exactitud: Al ser los parámetros ajustados digitalmente libres de deriva, y
ajustados a voluntad, no presentan problemas en la realización de operaciones
matemáticas.
Clases de señales de salida del controlador.
Las señales de salida del controlador pueden ser ajustadas dando lugar a
distintos tipos de controladores, los más importantes son:
• Controlador de acción continua (controlador K): para accionamientos de ajuste
Neumáticos e hidráulicos. Se denominan continuos porque el dispositivo de
accionamiento al que se encuentra conectado el PID puede tomar todas las
posiciones intermedias entre ”cerrado” y ”abierto”, actuando así de forma continua
a la entrada del aparato de ajuste.
• Controlador de pasos: para accionamientos eléctricos. Posee un comportamiento
de tres posiciones, (por ejemplo: calentar/enfriar/desconectar) que sólo puede
actuar sobre el circuito de regulación junto con un órgano de ajuste motorizado
integral. La conexión con el sistema a controlar suele hacerse a través de tarjetas
de relés sobre las que actúa el controlador. Se marcha a la posición deseada de
acuerdo a una duración de impulso calculada cíclicamente.
• Controlador de dos o tres posiciones con este nombre se conocen los
reguladores discontinuos, cuya salida puede ser binaria (0/1 -
conectar/desconectar) o ternaria (0/1/-1- calentar/enfriar/desconectar). En el
regulador de dos posiciones la magnitud regulada mantiene una oscilación
permanente. En el caso de un regulador digital estructurado así, la diferencia de
regulación actual es elaborada internamente según el algoritmo PID a un valor de
la magnitud de ajuste. A partir de ese valor de cálculo se obtiene la señal de ajuste
binaria (0/1) o terciaria (0/1/-1) a dar como relación impulso/pausa con una
duración del periodo ajustable.
A diferencia del controlador de pasos, cuyos impulsos de ajuste
desaparecen tras decaer la diferencia de regulación, en caso del regulador de dos
o tres posiciones también en estado estacionario se dan impulsos de ajuste según
el valor estacionario de la magnitud de ajuste calculada.
En la práctica el regulador PID industrial puede usarse en asociación con
otros elementos ampliando así su estructura y funciones. Algunos ejemplos de
este funcionamiento son:
• Control en cascada: regulación más rápida de las perturbaciones. Un controlador
piloto suministra el valor prescrito para un controlador subordinado. Este reacciona
a las perturbaciones antes de que ellas se hagan notar en la magnitud regulada
(permite una especie de control por adelanto para disminuir el efecto de las
perturbaciones sobre la magnitud regulada).
• Conexión de las magnitudes perturbadoras: si una magnitud perturbadora
medible actúa en la entrada de un tramo, puede ser compensada en el tiempo
multiplicándola por un factor y sumándola a la señal de entrada o salida del
regulador (se compensa proporcionalmente al valor de la perturbación).
Adaptación
Como es bien sabido, los parámetros más importantes de un controlador
PID son:
• Kp: constante de proporcionalidad.
• Tv = Vv · Td: tiempo de acción derivativa (Td es el tiempo derivativo de la
formulación normal del PID y Vv es un factor de escala ajustable).
• Tn = Ti: tiempo integral.
El diseño del controlador (el ajuste de los parámetros) puede ser un
problema que se puede resolver en el campo:
• En la mayoría de los casos con la experiencia.
• A base de probar
• Con reglas de ajuste sencillas.
• Con métodos matemáticos.
En todos los casos el hombre es el único responsable del ajuste efectivo, a
diferencia de los llamados reguladores adaptativos, que realizan de forma
automática (sin intervención humana) el ajuste de los parámetros del controlador
.
La adaptación tiene su importancia en dos clases de ejecución:
• Puesta en marcha: en servicio manual para conseguir valores adecuados del
primer ajuste.
• Requerimientos: mandada por los sucesos (p.ej. variaciones del valor de
referencia), durante el funcionamiento del controlador.
La importancia práctica del controlador compacto radica en sus múltiples y
atractivas características de potencia. Está caracterizado por reunir todos los
componentes del hardware y software necesarios para solucionar los problemas
de regulación en los diversos campos de la automatización de procesos, en una
caja bastante manejable.
CONTROLADORES PID INDUSTRIALES
Controlador industrial ECA 600 de SattControl.
Control digital Control digital Escalados en PV Escalados PV Filtrado de la PV Filtrado PV Limitación en la señal de control Limitación control Modos de funcionamiento
Controlador industriales UDC 2300 y 3300 de Honeywell
Los reguladores industriales en general son adecuados para un amplio
campo de utilidades desde la técnica de procesos hasta la construcción de
máquinas y aparatos. Se pueden configurar como:
Los equipos constan de dos entradas analógicas fijas (entradas de corriente
fijadas a un potencial que se pueden configurar de 0mA -o 4mA- a 20mA) y una
entrada binaria que actúa de forma normal o invertida (asignándole el cero lógico a
la alimentación).
La salida del regulador (magnitud de ajuste) es diferente según el tipo:
• Regulador K: señal continúa de corriente de 0 a 20 mA o de 4 a 20 mA.
• Regulador S: salida conectora con 2 relés para 250 V/5.
ALGORITMO DE CONTROL PID DISCRETO.
El PID, es sus distintas versiones constituye la solución más aceptada en
los problemas de control en la industria. Se calcula que el 95% de controladores
industriales analógicos o digitales, constituyen el algoritmo del PID.
Se puede decir que el PID es el controlador natural por excelencia.
Comportándose como un ser racional ante una toma de decisión: tomando en
cuenta el estado actual (proporcional), la historia pasada (integral) y un pronóstico
del futuro (derivada) del error o desviación del comportamiento deseado.
El PID discreto tiene dos formas principales conocidas como posicional y de
velocidad y lo veremos con la siguiente expresión matemática:
u( t )=Kp [e( t )+ TcTi∑i=1
t
e ( i )+ TdTc [e( t )−e ( t−1)] ]+u(0 )
Dónde:
u(t)-variable de control, generalmente posición de una válvula. u(0) es la posición
inicial.
Kp, Ti y Td-Ganancia, tiempo integral y tiempo derivativo.
Tc-periodo de control.
El algoritmo posicional requiere el chequeo de la sumatoria correspondiente
al modo integral para evitar saturación. En velocidad no se requiere este chequeo,
pero por otra parte hay que establecer los límites a los incrementos de la variable
de control.
En el algoritmo posicional se requiere el conocimiento de la posición inicial
del actuador. En el de velocidad, si el actuador es de tipo incremental, como por
ejemplo un motor de pasos, no se requiere conocer la posición inicial.
El algoritmo posicional mantiene el significado intuitivo de los parámetros
Kp, Ti yTd semejante al de los controladores PID analógicos, conocidos
tradicionalmente en la industria. En el caso del algoritmo de velocidad, el
significado de dichos parámetros se desvirtúa.
El algoritmo de velocidad trabaja con la segunda derivada del error, lo cual
es inconveniente en presencia de ruido y, por otra parte, puede dar lugar a un
comportamiento imprevisto e inadmisible como por ejemplo, que se mande a
cerrar una válvula cuando el error está aumentando, requiriéndose lo contrario.
En resumen se recomienda el algoritmo de posición, aun cuando requiere
un cuidado especial con la sumatoria, para evitarse lo que se conoce como
desborde (wind up) del nodo integral. El algoritmo de velocidad debe utilizarse
cuando los actuadores son de tipo incremental, por ejemplo, motores de pasos.
Los algoritmos descritos anteriormente son llamados “algoritmos de
posición” debido a que su salida es la propia variable de control. En ciertos casos,
el sistema de control está configurado de forma que la señal de control está
manejada directamente por un integrador, por ejemplo un motor .Por tanto, es
natural acondicionar el algoritmo de forma que proporcione la velocidad de la
variable de control. En este caso, la variable de control se obtiene mediante la
integración de su velocidad. Un algoritmo de este tipo se llama “algoritmo de
velocidad”. Los algoritmos de velocidad fueron muy comunes en los primeros
controladores que se construyeron para el control de motores.
En muchos casos, las estructuras fueron mantenidas por los fabricantes
cuando cambió la tecnología, con el propósito de mantener la compatibilidad
funcional con los modelos anteriores. Otra razón es que muchos aspectos
prácticos, como la protección contra el “wind-up” y la transferencia suave con
respecto a los cambios en los parámetros, son más fáciles de implementar usando
este algoritmo. Es importante también notar que, en las implementaciones
digitales, los algoritmos de velocidad son también llamados “algoritmo
incrementados”.
Diagrama de bloque de un algoritmo PID en forma de velocidad
Las desventajas de usar algoritmo de velocidad es que no puede ser usado
directamente en un controlador sin la acción integral, debido a que dicho
controlador no puede mantener un valor estacionario.
Al comentar en este informe la protección contra el “wind up” vamos a
comentar un poco de este integrador en los controladores, aunque muchos de los
aspectos de un sistema de control se pueden entender a partir de la teoría de
control lineal, algunos efectos no lineales deben ser tomados en cuenta a la hora
de implementar un controlador. Todos los actuadores tienen limitaciones: un motor
tiene limitada su velocidad, una válvula no puede abrirse más de “completamente
abierta” y no puede cerrarse más de “complemente cerrada”, la fuente de
alimentación de energía de un dispositivo eléctrico es finita, etc.
Para un sistema de control con un amplio rango de condiciones de
operación, puede suceder que la variable de control alcance los límites prefijados
del actuador. Cuando esto pasa, el lazo realimentado permanece en su límite
independientemente de la salida del proceso. Si se usa un controlador con acción
integral, el error continuará siendo integrado, incrementando aún más su valor.
Esto significa que el término integral puede volverse muy grande o,
coloquialmente, hacer “windup”. Entonces, se requiere que el error tenga el signo
opuesto por un periodo de tiempo suficientemente largo, antes de que las cosas
regresen a las condiciones normales de operación. La consecuencia es que
cualquier controlador con acción integral puede dar transitorios grandes cuando el
actuador se satura.
Ilustración del windup del integrador. Los diagramas muestran la salida del proceso y, la referencia sp y la señal de
control u.
ALGORITMO DE CONTROL PID Y SU IMPLEMENTACION.
Los controladores PID, son algoritmos de control de gran preferencia por su
sencillez, y se encuentran en la mayoría de controles en la industria actualmente.
El diseño de lazos de control, se puede basar en un análisis unificado entre las
necesidades de desempeño en frecuencia y en tiempo, ya que cada uno de éstos
aporta diferentes criterios de estabilidad.
Se pueden crear herramientas para laboratorios de electrónica y
comunicaciones industriales invirtiendo sumas de dinero por debajo de los costos
que representaría adquirir un equipo comercial de una casa fabricante con
representación nacional
Daremos un ejemplo de la implementación de un algoritmo PID en un PLC
click Koyo integrado a una red de comunicación industrial, bajo el protocolo
Modbus RTU, como parte de un módulo didáctico de automatización, esto permite
tener herramientas pedagógicas para el estudio en el análisis de respuesta y
comportamiento de controladores a través de una interfaz gráfica HMI en tiempo
real bajo una red de comunicación industrial. El desarrollo es un aporte a la
solución de problemas y a la generación de alternativas de bajo costo para la
adquisición y adaptación tecnológica en el área de comunicaciones industriales,
automatización y control.
El primer paso para el desarrollo del módulo didáctico fue la organización
de las comunicaciones. Consistió en decidir cómo se lograría la comunicación
entre los dispositivos que conformarían el modulo bajo las normas específicas de
cada uno. En este caso, el protocolo Modbus sobre un medio físico RS-485 se
visualizó como uno de los más aplicables debido a su amplio uso en la industria
para llevar a cabo comunicaciones multipunto, así como su disponibilidad de la
fuente abierta, que no requiere de regalías por el uso.
El Modbus es un protocolo de comunicación que ayuda al patrón de las
comunicaciones multi-esclavo entre dispositivos electrónicos. Es una red de
comunicación industrial, con capacidad para transferir datos entre un dispositivo
maestro y hasta 247 dispositivos esclavos, cada uno con una dirección de esclavo
única de 1 a 247, para el caso de nuestro proyecto fue definido un dispositivo
maestro (pantalla HMI-5056N) y tres dispositivos esclavos (PLC twido, PLC click
Koyo, Variador altivar 71). La implementación del PLC twido y del variador altivar
71, son de carácter educacional y aportan al módulo más funcionalidad dada la
importancia en la enseñanza de los elementos que hacen parte de la
automatización y que permiten conectarse a redes de comunicación industrial.
En el Modbus se permite la transferencia y almacenamiento de datos mediante
el uso de bobinas y registros de memoria internos en cada dispositivo. Las
bobinas se encargan de almacenar valores binarios simples mientras que los
registros almacenan valores numéricos de 16 bits. Tanto la bobina y los valores de
registro se almacenan en tablas direccionadas específicamente con relación a los
valores almacenados. Existen dos clases de Modbus en la industria: la American
Standard Code for Information Interchange (ASCII) y la remote terminal unit (RTU).
El Modbus RTU, el cual fue seleccionado para implementarse en este proyecto,
requiere que cada byte se envíe como una cadena de ocho caracteres binarios
enmarcada con un bit de inicio y un bit de parada, por lo que cada transmisión es
de diez bits de longitud, la cual fue un factor determinante para su aplicabilidad en
el proyecto.
Diagrama de bloque implementada.
RS-485
PLC click Variador
PLC twido
HMI
Para establecer los parámetros de comunicación se interconectaron
físicamente los esclavos individualmente, fue observado que el PLC Twido y el
variador de frecuencia altivar 71 no presentaron ninguna respuesta a velocidades
bajas de transferencia de datos específicamente a 9600 kbit/s. Se estableció que
para 19200 kbit/s, todos los equipos soportaban correctamente la red de
comunicación entre sí, por lo tanto los parámetros de comunicación fueron
establecidos de acuerdo a los siguientes resultados:
La pantalla HMI-5056N que hace el papel de maestro en esta red de
comunicaciones trabaja una comunicación half-duplex con cada uno de los
elementos interconectados, se hizo necesario reenviar dos veces los paquetes de
información del maestro a los esclavos para que no se presentara perdida de la
información.
A nivel de Hardware, la construcción del módulo fue desarrollado en las
instalaciones del grupo de investigación en automatización y control - GIAC. Fue
necesario la construcción de fuentes de alimentación de 24 Vdc para el suministro
de energía del PLC click Koyo y la pantalla HMI-5056N, los demás elementos se
alimentan directamente de la red de distribución 110 Vac..
El módulo consta de dos paneles frontales, el superior que está formado por
la etapa de protección eléctrica, la tierra del módulo, la fuente de alimentación de
24 Vdc y el PLC Twido con sus 24 entradas y 16 salidas directamente conectadas
a borneras para fácil acceso. En la figura 3, se presenta el prototipo final del
módulo didáctico identificándose los diferentes dispositivos que conforman la red
de comunicaciones como lo son el variador de frecuencia Altivar 71, el PLC click
Koyo, el PLC twido y la pantalla HMI-5056N.
Prototipo final.
MODELO DEL CONTROLADOR PID
El controlador PID (Proporcional, Integral y Derivativo) es parte de un sistema
de control realimentado, como se presenta en la fig. 4, cuyo propósito es hacer
que el error en estado estacionario, entre la señal de referencia y la señal de
salida del proceso sea cero de manera asintótica en el tiempo, lo que se logra
mediante el uso de la acción integral. Además el controlador tiene la capacidad de
anticipar el futuro a través de la acción derivativa que tiene un efecto predictivo
sobre la salida de proceso.
Lazo general de control.
Los controladores PID son suficientes para resolver el problema de control de
muchas aplicaciones en la industria, particularmente cuando la dinámica del
proceso lo permite (En general, procesos que pueden ser descritos por dinámicas
de primer y segundo orden).
ALGORITMO Y RESPUESTA DEL CONTROLADOR PID IMPLEMENTADO
El algoritmo a implementar en el PLC se desarrolló basado en la ecuación
(deducida del PID digita). Utilizando el lenguaje de programación LADDER o
escalera, aunque este leguaje esta estandarizado, cada fabricante ofrece
características adicionales que los diferencian de los demás, cabe señalar que
este algoritmo fue diseñado e implementado para el PLC click Koyo C0-02DD2-D
utilizando el click Programming Software.
u[n]
PV[n]
e[n]SPPLANTAPID
Algoritmo PID implementado.
El sistema tiene la posibilidad de funcionar de formas distintas, en modo
manual y en modo automático. La lógica de programación está dividida de tal
forma que estas formas de operación se aplica organizadamente. Esta selección
es realizada por el operario a través de las pantallas programadas en la HMI.
Un resultado muy importante fue la integridad entre la arquitectura del
módulo y el sistema de control utilizado debido a que no fueron afectados por
alguna composición interna de la red de comunicación. Un criterio muy importante
que presentó el proyecto fue el cumplimiento del requisito temporal de cada
mensaje (deadline), o sea, los mensajes fueron transmitidos correctamente en un
tiempo limitado y menor que su periodo de muestreo.
ALGORITMO DE CONTROL PID DE DOS GRADOS DE LIBERTAD
Por su simpleza y eficacia, desde su aparición en 1940, el controlador
proporcional integral derivativo comercial o simplemente controlador PID, ha sido
el controlador utilizado para resolver la gran mayoría de los problemas de control
en la industria. A través de los años, además de los cambios debidos al avance
tecnológico en la fabricación de los controladores PID, estos se han visto
beneficiados por la adición de características que los han hecho más versátiles,
permitiendo mejorar el desempeño de los lazos de control.
Mientras que con un controlador PID de un grado de libertad tradicional, es
imposible lograr un buen seguimiento del valor deseado (servo control), al mismo
tiempo que obtener insensibilidad a las perturbaciones de carga (control
regulatorio), con un controlador PID de dos grados de libertad esto se puede
obtener con un cierto grado de independencia.
Si bien durante los más de sesenta años que han pasado desde la
aparición del primer método de sintonización de controladores PID, se han
desarrollado una gran cantidad de procedimientos con este fin, las características
de desempeño y robustez de los sistemas de control con controladores PID no se
conoce por completo. Además, se ha hecho también evidente que no es posible
obtener sistemas de control con un desempeño y una estabilidad relativa
aceptables, considerando solamente los aspectos de desempeño de los mismos.
Es más, los procedimientos de sintonización obtenidos a partir de la optimización
de alguna funcional de costo con base en el desempeño solamente, normalmente
producen sistemas de control con una robustez muy baja
.
El diseño de los lazos de control debe tomar en consideración el
compromiso existente entre el desempeño del sistema ante los cambios en las
entradas, los requerimientos en el esfuerzo de control para lograr el desempeño
deseado, la robustez del lazo de control resultante ante los cambios en las
características del proceso controlado y la fragilidad del controlador ante las
variaciones de su propios parámetros.
La sintonización robusta de controladores PID de dos grados de libertad
con costo de control óptimo mediante la optimización del costo del esfuerzo de
control y su variación total, se deben obtener bajos los parámetros para
controladores PID de dos grados de libertad, con una señal de salida sin cambios
bruscos ni extremos y que al mismo tiempo que el sistemas de control sea
robustos.
En el caso de los controladores de solo un grado de libertad es necesaria la
sintonización del mismo para una buena operación ante un cambio en la
perturbación de carga (control regulatorio) o ante un cambio en el valor deseado
(servo control), en forma independiente. En este caso, debe determinarse de
antemano cual es el funcionamiento principal del lazo. Entre los estudios que han
seguido este procedimiento y que forman parte de la base del tema a desarrollar,
están los realizados por Solera (2005), Rimolo (2005), Méndez (2006) y Maroto
(2007). En estos, el controlador PID se optimizó con base en un índice de
desempeño determinado para el funcionamiento especificado del lazo. Aunque
estos controladores presentan un desempeño óptimo bajo condiciones
particulares, en su desarrollo no se consideró la robustez del lazo de control
resultante, por lo que los mismos no necesariamente presentan una robustez
aceptable. Además, la forma de variación de la salida de control no fue analizada.
Si el controlador es de dos grados de libertad, el procedimiento de
sintonización usual es obtener los parámetros del controlador de realimentación
Cy(s) para lograr un desempeño adecuado del control regulatorio y luego
seleccionar el factor de peso del valor deseado del controlador de valor deseado
Cr(s), para mejorar el desempeño del servo control. De esta forma la sintonización
es un proceso de dos pasos. Algunos de los procedimientos que emplean esta
técnica consideran la robustez del lazo de control [Méndez (2008)], mientras que
otros no [Marín (2004), Huang (2006)].
Una forma alternativa de sintonizar un controlador de dos grados de libertad, es
considerar todos sus parámetros (tres para el PI y cuatro para el PID) y
seleccionarlos para lograr el desempeño deseado tanto a los cambios en el valor
deseado como a la perturbación de carga, en un solo paso. Este procedimiento
fue utilizado por Montenegro (2007) optimizando el criterio de error integral IAE.
Sin embargo en este no se consideró la robustez como parte del proceso de
diseño, ni se analizó el posible efecto de utilizar un factor de peso en la función de
costo servo-regulador, a continuación se muestra un controlador de dos grados de
libertad:
Para los parámetros óptimos de este tipo de algoritmo se determinaron con
parámetros del controlador PID Ideal de dos grados de libertad considerando
como parámetros óptimos aquellos que lograran la robustez propuesta para el lazo
de control. Se buscó además que estos parámetros tuvieran una variación suave
entre un valor y otro del τo, con el fin de poder obtener posteriormente ecuaciones
sencillas para el cálculo de los parámetros del controlador, estos se denominaron
parámetros subóptimos.
Se concluye a partir de los resultados obtenidos en las pruebas
comparativas que el método denominado Sintonización balanceada robusta
funciona adecuadamente tanto para los casos específicos de valores de a y τo
como para modelos cuyos parámetros no coinciden con los utilizados en la
optimización. Se obtiene con el método adecuado se puede obtener un mejor
desempeño, costo de control y garantiza una robustez deseada que con los
métodos utilizados en la comparación en la gran mayoría de los casos. El método
adecuado obtiene el desempeño balanceado, mejorando el funcionamiento del
servo control cuando el lazo actúa como control regulatorio y viceversa.
EJEMPLOS PRACTICOS DE ALGORITMOS DE CONTROL PID EN UNA ESTRATEGIAS DE CONTROL EN COLUMNAS DE DESTILACIÓN.
La destilación es el proceso de separación más común y en muchos casos
la operación más importante en la industria de procesos. Su importancia radica en
que es una de las operaciones más eficientes de separación, es relativamente
sencilla de operar y se obtienen productos de muy alta calidad. Actualmente,
debido a los exigentes requisitos de calidad, eficiencia energética y control
ambiental, se requiere que esta operación trabaje en su punto óptimo bajo un
riguroso sistema de control y supervisión. Esto implica no solo conocer los puntos
estacionarios de operación sino también la dinámica del proceso.
Destilación fraccionada.
La destilación es una de las operaciones de separación más importantes,
debido principalmente a que permite la separación tanto de mezclas ideales como
no ideales a una gran escala (Ravagnani et al., 2010).Este proceso es utilizado
para separar dos o más componentes de una solución liquida, aprovechando la
distribución de sustancias entre la fase gaseosa y liquida de acuerdo a las
diferencias de sus volatilidades relativas o de sus puntos de ebullición.
La operación de destilación se lleva a cabo en un montaje de equipos
compuesto principalmente por: una columna de platos o empacada, un tanque
rehervidor en el fondo, y un condensador y acumulador en la cima de la columna.
Un esquema típico de destilación se presenta a continuación:
En las secciones por encima del punto de alimentación F, el vapor se lava
con el líquido para eliminar o absorber el componente menos volátil, por esto se
conoce como sección de absorción, enriquecedora o rectificadora. El vapor que
sale de la columna VT se condensa y es almacenado en el acumulador, donde
parte del líquido es devuelto a la parte superior de la torre como reflujo L; la otra
corriente es el producto de cima y se conoce como destilado D, La relación entre
la corriente de reflujo y destilado es una de las principales variables a definir para
la operación de la columna, esta relación define el grado de separación de los
compuestos así como el diseño mismo de la columna.
En la sección debajo del punto de alimento, conocida como sección
desorbedora o de agotamiento, el líquido se desorbe del componente volátil
mediante vapor que se produce en el rehervidor. El líquido que sale del fondo, B,
por tanto, llevará los componentes con menor volatilidad.
Las torres de platos poseen etapas físicamente distinguibles y el contacto
entre líquido y gas ocurre en cada una de ellas. En las torres empacadas el
contacto líquido-gas es continuo, puesto que el líquido se distribuye sobre el
empaque y se escurre hacia abajo, de tal forma que expone una gran superficie al
contacto con el gas de forma continua. Esta característica de las torres
empacadas hace que la retención del líquido (holdup) dentro de la torre sea
sustancialmente menor que en las torres de platos. Esto afecta considerablemente
la dinámica del proceso, puesto que a menor retención de líquido en la torre, la
dinámica o la respuesta ante un cambio es considerablemente más rápida.
Destilación extractiva de etanol.
La destilación extractiva es una de las principales técnicas utilizadas para
separar mezclas binarias azeotrópicas. En esta operación se adiciona un tercer
componente también conocido como agente de separación o solvente, el cual se
caracteriza por ser no-volátil, miscible, de alto punto de ebullición y no forma
azeótropos adicionales. El solvente afecta el coeficiente de actividad en fase
líquida de los componentes, de tal forma que la mezcla puede ser eficientemente
separada en los productos puros.
Una de las principales aplicaciones de la destilación extractiva está en la
separación de la mezcla azeotrópica etanol-agua. Esta separación presenta un
gran interés industrial, debido a la potencial fuente de energía renovable del
etanol, siendo usado como aditivo o sustituto completo de la gasolina o como
materia prima para el alcohol-químico.
En la columna extractiva se adiciona el solvente en una etapa cercana a la
cima de la columna y se obtiene normalmente como producto de cima el
componente con mayor volatilidad con una elevada pureza, para este caso el
etanol, y como producto de fondos se obtiene el componente menos volátil junto
con el solvente; esta corriente se alimenta a otra columna conocida como columna
recuperadora en donde el segundo componente se obtiene en la cima y el
solvente en el fondo el cual se vuelve a realimentar a la primera columna, vemos
un esquema de la destilación extractiva de etanol azeotrópico con algún solvente
homogéneo:
Control en columnas de destilación.
Al trabajar en diseño de sistemas de control para un proceso multivariable,
los términos estrategia y estructura de control son usados frecuentemente en el
ámbito de los procesos industriales. Ellos indican o significan la selección y
apareamiento de variables controladas y manipuladas de forma completa, integra
y funcional en el sistema de control regulatorio. Estos lazos de control permiten
mantener el proceso en un punto de operación dado ante la influencia de
diferentes perturbaciones, se caracterizan por ser lazos SISO (single input single
output) y el tipo de control a implementar es un control regulatorio PID. Antes de
entrar en detalle en la selección de estrategias de control es importante ubicar el
control regulatorio en el sistema de automatización moderno.
Control regulatorio dentro del sistema de automatización moderno.
El control regulatorio se encuentra actualmente en el escalafón más bajo
dentro del sistema de automatización moderno después de la instrumentación del
proceso, como se puede ver en la figura 1.3. A este nivel se implementan lazos de
control en controladores sencillos, o dispositivos industriales tales como PLCs o
DCS1 dependiendo del tamaño y complejidad de la industria. Para la sintonización
de estos lazos de control no es un requisito contar con el modelo del proceso
puesto que se cuenta con heurísticos dependiendo si el lazo es de temperatura,
presión, nivel o flujo.
En un tercer nivel se encuentra el control de procesos avanzado (APC). A
este nivel el control es multivariable y en la mayoría de casos se requiere de un
modelo del proceso. Entre los sistemas de control avanzado se encuentra el
control difuso, control de modelo interno IMC (Internal Model Control), control
predictivo basado en modelo MPC (Model Predictive control), control robusto,
adaptativo entre otros.
Objetivos del control y grados de libertad en columnas de destilación.
Cuando se selecciona e implementa una determinada estrategia de control
en cualquier proceso industrial que involucre transferencia de calor o masa se
desea cumplir con los siguientes objetivos: Control del balance de materia, control
de la calidad de los productos y satisfacción de restricciones de operación
(Buckley, Luyben 1985). Específicamente hablando de columnas de destilación, la
filosofía es la siguiente:
Control del balance de materia
- El sistema de control debe satisfacer que la suma del flujo másico de los
productos sea exactamente igual al flujo másico de los alimentos en
condiciones de estado estacionario. Esto se conoce como control de inventario.
- El resultado de ajustes en el flujo de proceso debe ser suave y gradual para evitar trastornos en la columna o en el proceso corriente abajo.
- El nivel o mejor conocido “holdup” en una columna, deben ser mantenidos entre
ciertos límites máximo y mínimo.
Estos objetivos se cumplen en la mayoría de casos con los controles de nivel y
presión en la columna.
Control de la calidad de los productos:
- Mantener la concentración del componente clave en un valor especificado. Ya
sea en la corriente de destilado D o en la corriente de fondos B. Es quizá el
objetivo más importante en el control de una columna de destilación, y por tanto,
en ello se centrará la selección de la mejor estrategia de control para la columna.
- Recuperar la mayor cantidad posible del componente clave en una de las
corrientes. Esto se traduce en hacer que la separación de los componentes sea lo
más eficiente posible.
Por seguridad, la operación de la columna debe satisfacer las siguientes
restricciones:
Evitar la inundación de la columna
Evitar el lloriqueo (para columnas de Platos)
Una caída de presión suficiente para mantener la operación de la columna, pero
no exceder un valor permisible.
Una condición térmica adecuada para las corrientes de alimento. Esta condición
se cumple colocando lazos de control de temperatura para dichas corrientes.
Para que los lazos de control funcionen bien y de forma armónica se debe
primero contar con una adecuada instrumentación y que las válvulas de control se
encuentren diseñadas correctamente. Adicionalmente se debe tener en cuenta el
arranque y parada del proceso. Los controles de balance de materia y
composición deben funcionar satisfactoriamente en el momento que se presenten
las siguientes posibles perturbaciones o cambios en las siguientes variables del
proceso:
Caudal de los alimentos
Composición de los alimentos
Temperatura en los alimentos.
Presión de vapor.
Grados de libertad en columnas de destilación.En el contexto de control de procesos, los grados de libertad de un proceso
es el número de variables que pueden o deben ser controladas. Una forma
sencilla de calcularlo es diciendo que los grados de libertad en una columna están
dados por la cantidad de válvulas de control colocadas racionalmente hay 5
válvulas de control, una para cada una de las siguientes corrientes: Destilado,
reflujo, refrigerante, fondos y medio de calentamiento
.
Para esta columna, con condensador total, se puede asumir 5 grados de
libertad. Los grados de libertad dan una restricción muy importante, esta es
establecer la cantidad de lazos de control que deben ser implementados en el
proceso. Por tanto como para una columna se tienen 5 grados de libertad, esto da
una idea preliminar de que se deben implementar 5 lazos de control para cumplir
con nuestros objetivos. Cabe notar que no se ha hablado acerca del número o
tipo de componentes químicos involucrados en la separación. Entonces tanto una
columna de destilación binaria como una columna multicomponente y no ideal
también tiene 5 grados de libertad.
Sin embargo, en columnas de destilación extractiva o azeotrópica, existe
una entrada adicional a la columna. Esta corriente o variable adicional al proceso
suma un grado de libertad. El flujo de solvente en la destilación extractiva definirá
el grado de rompimiento del azeótropo así como el consumo energético de la
columna, de ahí que sea muy importante sumar este grado de libertad al proceso.
Por tanto, para una columna de destilación extractiva, se tienen seis grados de
libertad.
Los lazos para controlar el inventario envuelven la presión y los niveles en
la columna. Esto implica que el nivel de líquido en el acumulador, el nivel en la
base de la columna y la presión deben ser controlados. Por otro lado el flujo de
solvente o la relación solvente/alimento también debe ser controlada. Por lo
anterior quedan dos grados de libertad, esto significa que quedan dos variables
que pueden (y deben) ser controladas en la columna de destilación.
Estas dos variables que quedan serán por tanto para el control de calidad
de los productos. Su selección depende de factores que involucran principalmente
la operación de la columna, los requerimientos de calidad de los productos y
factores económicos asociados a la operación. Normalmente se controla como
mínimo una composición (o temperatura) y un flujo o relación de flujo de las
anteriores corrientes, otras situaciones comunes son:
Controlar la composición del componente ligero en la corriente de fondos, y el
componente pesado en la corriente de cima.
Controlar una temperatura en la sección de rectificación de la columna y una
temperatura en la sección de despojamiento.
Controlar el flujo de la corriente de reflujo y una temperatura en algún lado de la
columna
Controlar el flujo de vapor en el Rehervidor y una temperatura cercana a la cima
de la columna.
Controlar la relación de reflujo y una temperatura en la columna.
Una vez las seis variables para ser controladas han sido especificadas, el
problema consistirá en seleccionar y decidir cuáles son las variables manipuladas
para establecer los lazos de control, así como su apareamiento.
Selección y análisis de estrategias de controlAlgunas de las principales técnicas para el análisis de la mejor selección del
apareamiento entre variables manipuladas MVs y variables controladas CVs, así
como sus interacciones, son: RGA estacionario, RGA dinámico o DRGA, SVD,
Índice de Niederlinski NI, arreglo de Nyquist (INA) y μ-óptimo. La mayoría de estas
técnicas están basadas en un análisis en estado estacionario. Entre estas, RGA y
SVD son las técnicas más utilizadas e implementadas.
Arreglo de ganancia relativa (RGA):Las interacciones entre lazos, en esquemas de control multilazo, pueden
desestabilizar los sistemas multivariables, y, en algunos casos, pueden ser útiles
para rechazar los cambios ocurridos por las perturbaciones. Las interacciones
ocurren cuando una variable manipulada afecta una variable controlada de otro
lazo. Una de las herramientas más utilizadas para identificar dichas interacciones
es el RGA.
El Arreglo de Ganancia Relativa RGA (por sus siglas en inglés Relative
Gain Array) es una medida de la controlabilidad de un sistema, provee una
medición del acoplamiento en sistemas multivariables y es usado para evaluar el
acoplamiento en estado estable de cada configuración (Khaki 2009), en pocas
palabras, proporciona una comparación cuantitativa de cómo un lazo de control
puede afectar otro.
Esta técnica fue desarrollada por E. H. Bristol en 1966, ingeniero de control
de Foxboro, con el fin de facilitar el diseño de sistemas de control descentralizado
determinando la estrategia de control con mínima interacción. Fue la primera
herramienta desarrollada al respecto y tuvo una gran acogida debido a que es
independiente del escalizado de las variables y su fácil forma de calcularlo.
Arreglos para el control del balance de materia.El control del balance de materia o control de inventario se logra con el
control de la presión de la columna, el nivel en el acumulador y en el rehervidor o
fondo de la columna. A continuación se describen los principales arreglos para
éstos controladores:
Control de presión:
La presión es uno de los parámetros que intervienen con mayor influencia
para mantener constante la calidad de los productos, tanto en cima como en fondo
de la columna. Esto se debe a que la presión afecta en gran medida la volatilidad
relativa de los componentes, y por tanto, el grado de separación entre ellos.
Debido a lo anterior, la presión en columnas de destilación normalmente se
mantiene en el mínimo valor posible. Típicamente en las refinerías se opera a la
máxima transferencia de calor en el condensador, esto implica la mínima presión y
por tanto máxima volatilidad relativa (Hurowitz2003). Sin embargo, es importante
prevenir un cambio fuerte en la presión, puesto que un incremento súbito en la
presión disminuye el flujo de vapor causando flashing, mientras que un
decremento súbito puede causar lloriqueo en la columna.
Existen diferentes configuraciones para controlar la presión en una
columna. Seleccionar la configuración adecuada depende de tres aspectos
fundamentales:
Presión de operación de la columna: vacío, atmosférica o presionada
Tipo de condensación: parcial o total
Si hay corriente de venteo, determinar si presenta componentes condensables.
A continuación se describen en el siguiente esquema los principales
arreglos para el control de la presión en columnas de destilación:
(a) En el esquema mostrado vemos que la presión es controlada manipulando
el flujo de refrigerante en el condensador, este lazo es el más utilizado en
columnas donde la corriente de alimento no presenta gases inertes o no
condensables. Puesto que lo que se está manipulando indirectamente es la
transferencia de calor en el condensador, el lazo es ligeramente lento.
(b) En caso de que el condensador sea parcial o que el alimento contenga
inertes, la mejor variable a manipular es la corriente de venteo, ver
esquema siguiente .Puesto que se está manipulando directamente un flujo
del proceso, el lazo de control es rápido.
(c) Para columnas que operan a presión atmosférica, otra opción es controlar
la presión en el rehervidor puesto que se estaría controlando indirectamente
el diferencial de presión en la columna. Para este caso la mejor opción para
variable manipulada será el calor que se está suministrando en el
rehervidor, ver esquema a continuación:
Control de Nivel
En columnas de destilación convencionales se debe controlar el nivel del
tanque acumulador y del rehervidor. Si el acumulador se llena presionara la
columna mientras que si el rehervidor está lleno o vacío causara serios problemas
de operatividad en la columna. Para controlar el nivel en estos tanques las
variables más adecuadas para manipular son los flujos de las corrientes de reflujo
L y destilado D para el acumulador, y el producto de fondos (B) o el vapor (V) para
el rehervidor. Lo convencional es utilizar la corriente de destilado y de fondos para
controlar el nivel en el acumulador y rehervidor respectivamente.
Esta configuración permite que las corrientes L y V queden libres para
controlar otras variables, por esta razón se conoce como configuración LV. Otras
configuraciones comunes son la DV y LB y son conocidas como las
configuraciones de balance de materia puesto que las corrientes D y B quedarían
disponibles para ajustar el balance de materia de la columna respectivamente.
El nivel también puede ser controlado por las relaciones de las corrientes
involucradas, algunos ejemplos son las configuraciones L/D-V y L/D-V/B.
En resumen, existen tres posibles variables a manipular para el control de
nivel en el acumulador, estas son L, D y L/D; así mismo existen tres MVs para el
control de nivel en el rehervidor o fondo de la columna: V, B y V/B. Por lo tanto
existen 9 posibles tipos de configuraciones para el control de nivel, estas son: L-V,
L-B, L-V/B, D-V, D-B, D-V/B, L/D-V, L/D-B y L/D-V/B.
La principal forma de seleccionar la configuración del control de nivel es
seleccionando el flujo más grande, esto se debe a que las corrientes de mayor
flujo absorben más fácilmente los cambios bruscos en el nivel y responden de
forma más rápida. Por lo anterior, una relación de reflujo menor a uno (L/D<1),
indica que el flujo de la corriente de reflujo es menor al flujo del destilado (L<D),
por lo tanto la corriente D es la más adecuada para controlar el nivel en el
acumulador. Para relaciones de reflujo mayores a uno L/D>1, la corriente L es la
más apropiada para controlar el nivel.
Gran mayoría de los estudios realizados acerca de la selección de la mejor
estrategia de control tratan el problema de encontrar y analizar la mejor
configuración para el control de nivel del acumulador y el rehervidor. Stichlmair
(1995) por ejemplo, plantea cual debe ser la mejor configuración, basado en el
conocimiento de la relación de reflujo, la relación D/F y la relación en el rehervidor
V/B. Liptak (2006) recomienda usar D para L/D<0,5 (columnas con baja relación
de reflujo) y usar L para L/D>6 (columnas con alta relación de reflujo). En puntos
intermedios cualquiera de las dos corrientes puede controlar el nivel en el
acumulador. Argumentos similares aplican para el control de nivel en el fondo de
la columna.
Arreglos para el control de composición.
Como se había discutido anteriormente, quedan dos grados de libertad por
definir. La definición de estos grados de libertad determinara cuáles serán los
lazos de control a implementar para cumplir con los objetivos de control de calidad
de los productos. Los dos lazos de control pueden estar conformados por lazos de
composición, temperatura y/o flujo.
Lazos para control de calidad de los productos
La estructura ideal de control es mantener las cantidades deseadas del
componente clave en las dos corrientes de productos. Sin embargo, el control de
composición está muy ligado a las restricciones y limitaciones económicas de la
operación. Los analizadores de composición en línea, que utilizan métodos
cromatográficos o de refracción, son costosos, requieren de mantenimiento y
calibración y generalmente representan la adición de tiempos muertos
considerables en el lazo de control. De allí que normalmente se prefiere inferir la
composición a partir del conocimiento de la temperatura.
Entre las posibles variables a manipular se encuentra la corriente de reflujo
L, la relación de reflujo L/D, el calor en el rehervidor y en columnas de destilación
extractiva el flujo de solvente S. En estrategias de control dual, las variables a
controlar son dos puntos de temperatura en la columna manipulando alguna de las
corrientes antes mencionadas, esta estrategia trabaja satisfactoriamente en
columnas binarias. Sin embargo en columnas multicomponente, es preferible
trabajar con estrategias de control simple, donde se controla solo una temperatura
y se mantiene constante la otra variable.
Lazo de control de composición-Temperatura.
La medición de temperatura es simple, rápida, económica, fiable y no
necesita un sistema de muestreo complejo que muchos analizadores requieren.
Por lo anterior, es preferible implementar
lazos de control de Temperatura que lazos de composición. Entre los beneficios
de usar control de Temperatura se encuentran (Skogestad 2007):
a) El control de la temperatura provee una forma simple de estabilizar el perfil de
composición y temperatura a lo largo de la columna. Los lazos de presión y nivel
no pueden realizar esto por si solos.
b) Control de nivel indirecto. Esto se debe a que, ante perturbaciones, el o los
lazos de temperatura modifican el flujo interno de vapor y líquido dentro de la
columna. Estas modificaciones de los flujos benefician el control de nivel en el
acumulador y rehervidor.
c) Permite controlar indirectamente las composiciones. Ubicar el sensor de
temperatura en la posición adecuada, permitirá inferir la composición de dicha
etapa. Este problema se abordara con más detalle.
d) Hace que el problema de composición sea menos interactivo. Skogestad
demostró que el RGA en estado estacionario es significativamente reducido
adicionando el lazo de temperatura. Permitiendo que el lazo sea lo
suficientemente rápido.
e) Hace a la columna tener un comportamiento más lineal. Resultado de los
beneficios a y b. Quedando claro que la mejor forma de cumplir con los objetivos
de control de calidad es con los lazos de temperatura, queda por responder las
siguientes preguntas: Cuales la mejor variable a manipular para cerrar el lazo de
temperatura? y donde se deben ubicar los sensores de temperatura en la
columna?
Ahora en el ambiente de simulación dinámica se procede a configurar los
lazos de control PID, los cuales se resumen en la tabla 2.7:
CALENTADOR DE AGUA CONTROL DE Tª DELFLUIDO DESALIDA
Plano de control
Variable significativa: manipulada, controlada, perturbación
Régimen nominal de operación: Te = 20°C; T = Tr =80°C, señal de la
válvula de regulación de vapor = 12 mA.
Como es estas operaciones. (pto. Operación ) el error es nulo : m=12mA.
Diagrama de bloque:
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PPP LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
UPTNM “LUDOVICO SILVA”PUNTA DE MATA EDO. MONAGAS
COTROL DE PROCESOS
PROFESOR: INTEGRANTES:MARLON MARTINEZ LEIDER MEDINA
LUZMAR RODRIGUEZ
RODOLFO GONZALEZ
SERGIO ROMERO
ENERO, 2014.
INTRODUCCION.
ALGORITMOS DE CONTROL PID
Las estrategias de control PID se incorporan en el ambiente industrial en el primer
cuarto de este siglo, con un esquema de ajuste puramente empírico. En la actualidad, y
pese al sorprendente desarrollo de la teoría de control y del soporte tecnológico necesario
para su implementación, el controlador de estructura PID se emplea casi con exclusividad
en el ambiente industrial de todo el mundo, en particular para controlar procesos térmicos
y químicos.
La asimilación de los controladores PID en el ámbito industrial a llegado a un
grado tal que permite observar el siguiente hecho en apariencia contradictorio: por una
parte los usuarios se resisten a todo reemplazo del controlador PID por controladores que
presenten una estructura diferente (por más simple y robusta que esta sea), y por otro
lado se aceptan controladores adaptables sofisticados si estos vienen bajo una
empaquetadura PID.
Probablemente es debido a esta razón que en los últimos años varios grupos que
se encuentran en la vanguardia de la investigación han invertido un considerable esfuerzo
en el desarrollo de nuevos algoritmos de control basados en estructuras PID (lógica
difusa, redes neuronales, entre otros).
El controlador PID surge como consecuencia de la combinación de tres acciones
básicas de control -acción proporcional, integral y derivativa- cuyos efectos ya eran
conocidos a principios de siglo.
Es por eso que esta documentación sobre los algoritmos interactivos, no
interactivos, discretos, de dos grado de libertad, su implementación y algunas
aplicaciones dentro de algún proceso.
CONCLUSION
Vivimos en una era digitalizada, todo el mundo tiene un ordenador, un teléfono
móvil, una televisión o un coche. Pero pocas de estas personas saben hasta qué punto
todo lo que les rodea está controlado digital y automáticamente. Casi todos los
electrodomésticos, aparatos eléctricos, máquinas industriales etc. están compuestos por
circuitos electrónicos.
Todo funciona gracias a sistemas automatizados que nos hacen la vida más fácil y
rápida. Un tipo de estos sistemas son los sistemas de control, capaces de controlar y
dirigir procesos por su cuenta con solo presionar un botón. En muchos procesos
industriales la función de control es realizada por un operario (ser humano), este operario
es el que decide cuando y como manipular las variables de modo tal que se obtenga una
cadena productiva continua y eficiente.
La eficiencia productiva implica el constante aumento de los niveles de producción
de la maquinaria instalada, el mejoramiento de la calidad del producto final, la disminución
de los costes de producción, y la seguridad tanto para el personal como para los equipos.
Para lograr esto es necesario que los procesos productivos se realicen a la mayor
velocidad posible y que las variables a controlar estén dentro de valores constantes.
Debido a estas exigencias, la industria ha necesita do de la utilización de nuevos y más
complejos procesos, que muchas veces el operario no puede controlar debido a la
velocidad y exactitud requerida, además muchas veces las condiciones del espacio donde
se lleva a cabo la tarea no son las más adecuadas para el desempeño por un ser
humano.
Los reguladores PID, son algoritmos de control de gran preferencia por su
sencillez, y se encuentran en la mayoría de controles en la industria actualmente. El
diseño de lazos de control, se puede basar en un análisis unificado entre las necesidades
de desempeño en frecuencia y en tiempo, ya que cada uno de éstos aporta diferentes
criterios de estabilidad.
