Control Automático de Procesos

Esquema de un Lazo Cerrado

Proceso

Es una operación continua con una serie de acciones o cambios realizados sistemáticamente para obtener un resultado determinado. Algunos tipos de procesos son los procesos de transformación, transporte y acumulación.

Elemento Primario de Medición

Instrumento que sensa la variable a medir. La variable a medir puede ser física o analítica. Algunos son intrusivos y otros no intrusivos.

Elemento de Transmisión

Dispositivo que permite normalizar y acondicionar la señal del sensor a una señal digital o analógica (4-20 mA), señal eléctrica (voltaje de 1 a 5 Vcc) y neumática (de 3 a 15 psi o 0.2 a 1 bar).

Indicador o Registrador

Dispositivo que lleva un registro histórico de lo que pasa o ha pasado en los procesos en un determinado tiempo, permitiendo observar el comportamiento de las variables.

Señal de Referencia o Setpoint

Es el punto de referencia, punto de consigna, deseado para el trabajo. Lo fija el operador y debe ser en relación a la variable medida.

Controlador

Es el último elemento del lazo, este es el encargado de cerrarlo. El controlador es el cerebro del control, compara la variable controlada con un valor deseado (setpoint) y ejerce una acción correctiva de acuerdo con la desviación.

Acción de Control (Variable Manipulada)

% de corrección que se aplica directamente sobre el elemento final de control.

Elemento de Control

Es el encargado de modificar la variable manipulada al recibir una señal estandarizada de presión o corriente. Pueden ser válvulas de control, convertidores electrónicos, bombas dosificadoras y variadores de frecuencia.

Sintonización de un Lazo

Se utiliza para llevar la variable de proceso en forma rápida y sin grandes oscilaciones al punto de consigna o setpoint. Para eso, ajustamos los parámetros internos del controlador: banda proporcional, tiempo integral y tiempo derivativo.

Características para Implementar un Control Automático

• Seguridad: Para las personas que trabajan en la industria.
• Estabilidad: Para mantener las variables y minimizar las perturbaciones.
• Precisión: Mantener las variables físicas en el tiempo dentro de los rangos deseados.

Operando en la Place

Es el operador matemático que permite el traspaso de un algoritmo matemático en función del tiempo a un plano s.

Características de los Instrumentos

Las características de los instrumentos son: la posición, span, error dinámico, sensibilidad, repetitividad, zona muerta o histéresis.

Instrumentos: Indicadores, transmisores, registradores, convertidores, controladores, actuadores, transductores (pueden ser digitales). Tipos de señales: neumática, eléctrica, digitales.

Partes de una Válvula Modulada

• Posicionador: Procesa la señal del controlador. Dispositivo electromecánico, hay analógicos e inteligentes. Es una interfaz.
• Actuador: Dispositivo que le da la fuerza para que el mecanismo actúe.
• Cuerpo: Dispositivo mecánico que interactúa con el proceso.

Sistema, Proceso y Modelación

• Sistema: Combinación de componentes que actúan conjuntamente. Es una representación abstracta del proceso que se puede modelar matemáticamente. Se utiliza para controlar variables en una planta, habiendo tres tipos: analíticas, físicas y estadísticas.
• Modelación: Tiene como objetivo controlar la continuidad de las variables físicas en el tiempo.

Variable Manipulada, Variable del Proceso y Setpoint

• Variable de Proceso: Es aquella propiedad física que forma parte del proceso, y cuyo valor puede ser modificado de manera requerida. Esta incide en variables físicas.
• Variable Manipulada: Es la que permite accionar al elemento final de control.
• Setpoint: Es el punto de referencia deseado para que actúe sobre la variable controlada. Esta la fija el operador y debe ser en relación a la variable medida, obteniendo la condición requerida.

Elementos Finales de Control y Características de la Válvula de Control Modulada

Elementos Finales de Control

1. Válvulas de control:
   • Convencionales e inteligentes. En las convencionales están las de mariposas, globo y bola.
2. Conversores electrónicos
3. Bombas dosificadoras
4. Variadores de frecuencia

Algoritmo de un Control PID

m(t) = Kc [e(t) + 1/Ti ∫ e(t) dt + Td de(t)/dt] + Mbias

• m(t): Salida del controlador.
• e(t): Error dinámico.
• Kc: Ganancia proporcional del controlador.
• Ti: Constante de integración.
• Td: Constante de derivada.
• Mbias: Salida del controlador para llevar a la planta al punto de operación.

La Place

• Kc * e(t) (modo proporcional): Gc(s) = M(s)/E(s) = Kc
• Kc * (1/Ti) ∫ e(t) dt (modo integral): Gc(s) = 1/(Ti * s)
• Kc * [Td * de(t)/dt] (modo derivativo): Gc(s) = Td * s