CONTROL MULTIVARIABLEFernando Morilla Garca Dpto. de Informtica y Automtica fmorilla@dia.uned.es

ContenidoTema 1: Introduccin al control multivariable Tema 2 : Medidas de interaccin Tema 3 : Control descentralizado Tema 4 : Control centralizado

PROCESO MULTIVARIABLEu1 u2 y1 y2

un

. . .

PROCESO

. . .

ym

LAZO CONVENCIONALPerturbacin Seal de referencia Controlador Seal de control Proceso Seal de salida

CONTROL CONVENCIONALVapor P TC Tr

Fv q Lquido fro Ti Vapor condensado Cambiador de calor T

TT

Lquido caliente

LAZOS EN CASCADAPerturbacin Perturbacin 2 1 Seal 2 de control Proceso 2 Proceso 1 Seal 2 de salida Seal 1 de salida

Seal 1 de referencia

Seal 1 de control

Controlador 1

Controlador 2

CONTROL EN CASCADAFT Vapor P FC Fr TC Tr

Fv q Lquido fro Ti Vapor condensado Cambiador de calor T

TT

Lquido caliente

LAZO CON FEEDFORWARDPerturbacin Seal de control Controlador + Compensador Seal de salida Proceso

Seal de referencia

CONTROL FEEDFORWARDGf Vapor P -

TT q Lquido fro Ti Vapor condensado

+

TC

Tr

Fv Cambiador de calor T

TT

Lquido caliente

LAZO RATIOVariable auxiliar Seal de control X Seal de referencia Controlador Proceso Perturbacin Seal de salida

CONTROL RATIOX FC

FT FB Producto B r

FT FA Producto A

Depsito

LAZO SELECTIVOPerturbacin Seal de referencia Controlador Seal de control Proceso Seales de salida

Selector

CONTROL SELECTIVO

Reactor qumico Producto Alimentacin TT TT TT Refrigerante

Selector Tr

TC

LAZO OVERRIDEPerturbacin Seal 1 de referencia Controlador 1 Selector

Proceso Seal de control Seales de salida

Controlador 2 Seal 2 de referencia

CONTROL OVERRIDELr Fr LC FC Selector

LT

FT

Depsito

NIVELES DE AUTOMATIZACINAtiende a objetivos econmicos globales de planta. Controla un equipo de forma global. Incorpora objetivos econmicos locales de unidad.

Se mejora el control bsico. Rara vez atiende a objetivos econmicos directos.

OPTIMIZACIN EN LINEA (?) CONTROL MULTIVARIABLE ([DMC], RMPCT, ...)

Se garantiza la seguridad de la planta. Se modifica directamente la vlvula.

CONTROL AVANZADO (feedforward, selectores, inferencias, ... ) CONTROL BASICO (fundamentalmente PID's sencillos, cascadas)

PROCESOS MULTIVARIABLESAC x FC m1F

Analizador

m2

Proceso de mezcla

PROCESOS MULTIVARIABLES

Proceso de intercambio de calor

PROCESOS MULTIVARIABLES

Estacin de evaporacin

PROCESOS MULTIVARIABLESV1producto de cabeza condensador

1 plato n

Lacumulador reflujo destilado

D

Ff alimentacin N vapor producto de fondo caldern

S

B

Columna rectificadora

CLASIFICACIN DE VARIABLES

perturbaciones PROCESO variables manipuladas

variables no controladas

variables controladas

CONTROL CONVENCIONAL1 manipulada:

Vapor

P

apertura de vlvula

TC3 perturbaciones:caudal de entrada temperatura de entrada presin de vapor

Tr

Fv Cambiador de calor T

TT

q Lquido fro Ti

Lquido caliente1 controlada:temperatura de salida

Vapor condensado

CONTROL EN CASCADAFT Vapor P FC3 perturbaciones:caudal de entrada temperatura de entrada presin de vapor

2 controladas:

Fr

temperatura de salida caudal de vapor

TC

Tr

1 manipulada:

Fv

apertura de vlvula

TT

q Lquido fro Ti

Cambiador de calor T Lquido caliente

Vapor condensado

CONTROL FEEDFORWARDGf1 manipulada:

Vapor

P

1 perturbacin medible:temperatura de entrada

- apertura de vlvula + TC

Tr

TT q Lquido frocaudal de entrada presin de vapor

Fv Cambiador de calor T

TT

Ti Vapor condensado

Lquido caliente1 controlada:temperatura de salida

2 perturbaciones:

INTERCAMBIO DE CALOR2 perturbaciones: 3 manipuladas:velocidades (N1 y N2) de las bombas potencia (Q) calefactora temperatura del lquido fro a la entrada (T0) temperatura ambiente (Ta)

Ta Q T0 N2 T2 T3 N1

F1

T1

3 controladas:temperatura lquido (T1) temperatura lquido calefactor (T2) caudal lquido fro (F1)

Estacin de evaporacin2 manipuladas:caudal de vahos caudal de jarabe

5 perturbaciones:caudal, brix y temperatura de entrada presin y caudal de vapor

5 controladas: presin y nivel en el evaporador, caudal, brix y temperatura de salida

Estacin de evaporacin2 manipuladas:caudal de vahos caudal de jarabe

3 no controladas: caudal, brix y temperatura de salida

5 perturbaciones:caudal, brix y temperatura de entrada presin y caudal de vapor

2 controladas: presin y nivel en el evaporador,

Estacin de evaporacin3 manipuladas:caudal de vapor caudal de vahos caudal de jarabe

4 perturbaciones:caudal, brix y temperatura de entrada presin de vapor

5 controladas: presin y nivel en el evaporador, caudal, brix y temperatura de salida

Columna rectificadora4 manipuladas:caudal de destilado caudal de reflujo caudal de fondo caudal de vaporplato

V1

producto de cabeza

condensador

1 n

Lacumulador reflujo destilado

D

Ff alimentacin N vapor producto de fondo caldern

2 perturbaciones:caudal y composicin de alimentacin

S

B

4 controladas: nivel en el acumulador, nivel en el fondo composicin en cabeza y en fondo

METODOLOGASeleccin de las variables controladas Seleccin de las variables manipuladas Seleccin de la configuracin de control Control Centralizado Control Descentralizado

Seleccin del tipo de controlador

CONTROL CENTRALIZADOr1 r2 u1 . . . CONTROLADOR . . . un PROCESO . . . y1 y2

rm

ym

. . .

CONTROL DESCENTRALIZADOu1 . . um PROCESO . . . y1 y2

r1 r2 rm

controlador 1 controlador 2

. . .controlador m

ym

CONTROL DESCENTRALIZADO (3 lazos)Lazo Q - T1: ms lento, fuerte interaccin con el lazo N2 - T2 Lazo N1 - F1: simple, ms rpido, interacciona poco con los otros dos

PITa

PID

Q T0 N2 T2 T3

N1

F1

T1

Lazo N2 - T2: lento, fuerte interaccin con el lazo Q - T1

PID

CONTROL DESCENTRALIZADO (2 lazos)Lazo de presin muy rpido, leve interaccin

PI

PI

Lazo de nivel rpido, leve interaccin

DESCENTRALIZADO (2 lazos) + CENTRALIZADO (2 x 2)V1 plato n producto de cabeza condensador

Lacumulador reflujo destilado

PI

D

Falimentacin

f

2x21 controlador 2x2:caldern

N producto de fondo

PI W 2 lazos de nivel: simples, ms rpidos, interaccionan poco entre s

2 manipuladas:caudal de reflujo y caudal de vapor 2 controladas: composicin en cabeza y en fondo

APLICACIONESProcesos interactivos Procesos con dinmica compleja Procesos con puntos de operacin cambiantes o sometidos al mercado Procesos con alto riesgo = altos beneficios

GRADOS DE LIBERTADNmero de relaciones independientes que se pueden establecer entre las variables Nmero de variables que describen el sistema Grados de libertad

Grados de libertad en un sistema de control

N MVs disponibles

N CVs a controlar en un valor fijo (SP)

GRADOS DE LIBERTADMVs MVs CVs estrecho CVsProceso cuadrado Proceso

MVs CVsProceso amplio

CVs > MVs grados de libertad < 0

CVs = MVs grados de libertad =0

CVs < MVs grados de libertad >0

Proceso cuadrado (3 x 3)3 manipuladas:velocidades (N1 y N2) de las bombas potencia (Q) calefactoraTa Q T0 N2 T2 T3 N1

F1

T1

3 controladas:temperatura lquido (T1) temperatura lquido calefactor (T2) caudal lquido fro (F1)

Proceso cuadrado (4 x 4)4 manipuladas:caudal de destilado caudal de reflujo caudal de fondo caudal de vaporplato

V1 n

producto de cabeza

condensador

Lacumulador reflujo destilado

D

Falimentacin

f

N producto de fondo

caldern

W

4 controladas: nivel en el acumulador, nivel en el fondo composicin en cabeza y en fondo

Proceso estrecho (3 x 1)1 manipulada

Perturbacin Seal de referencia Controlador Seal de control Proceso Seales de salida

SelectorCONTROL SELECTIVO 3 controladas

Proceso estrecho (2 x 1)1 manipulada

Perturbacin

Seal 1 de referencia Controlador 1 Selector

Proceso Seal de control

Controlador 2 Seal 2 de referenciaCONTROL OVERRIDE

Seales de salida

2 controladas

Proceso amplio (2 x 3)3 manipuladas:caudal de vapor caudal de vahos caudal de jarabe

2 controladas: presin y nivel en el evaporador