Lazo De Control

LAZOS DE CONTROL

Ing. Jorge Estrada L.Ing. Antonio Vences E.

LAZOS DE CONTROL

En los inicios de la era industrial, el control de los procesos se llevo a cabo mediante tanteos basados en la intuición y la experiencia acumulada.

Mas tarde, el mercado exigió mayor calidad en las piezas fabricadas, lo que condujo al desarrollo de teorías para explicar el funcionamiento del proceso.

DEFINICIONES

Variable controlada: es el flujo, nivel, temp. presión, etc. del proceso que queremos controlar. (variable del proceso PV) Variable manipulada: es la presión (3-15 psi), corriente (4-20mA) (variable de control CV). Elem. Prim. de Med.: Son los medidores de campo, básculas, Med. de flujo, Med. de nivel. Elem. Final de Med.: válvulas, variadores de veloc., solenoides, etc..

DEFINICIONES

Rango: limites de medición de un instrumento o transmisor. Span: diferencia entre el max. y min. del rango del instrumento (casi siempre igual). Set-poit: es el valor al que tiene que llegar la variable del proceso

TIPOS DE CONTROL

Existen algunos tipos de control para procesos industriales, de los mas usados son: El control todo-nada (de dos posiciones) El control de lazo abierto El control de lazo cerrado (PID)

CONTROL TODO - NADA

En este tipo de control, el elemento final

de control se mueve rápidamente entre una

de dos posiciones fijas a la otra, para un

valor único de la variable controlada

CONTROL TODO - NADA

CONTROL LAZO ABIERTO

En el control de lazo abierto, se puede identificar porque no tiene un elemento de medición en la salida del proceso. Por lo tanto no puede verificar si se llego al set-point que se quiere. (No tienen realimentación)

Ejemplos: Lavadoras, tostador de pan, semáforos, dosificadores, LDC, hornos de microondas, etc..

CONTROL LAZO ABIERTO

CONTROL DE LAZO CERRADO

Este tipo de control, incluye dentro de sus elementos al medidor de la variable del proceso, para que su señal sea comparada con el set-poit.

Se le llama control de lazo cerrado, porque el elemento primario de medición siempre esta viendo la variable del proceso y le indica al controlador las variaciones que esta teniendo este para que envíe la salida necesaria al elemento final y así lleve al proceso a los valores deseados (set-point).

El lazo de control cerrado típico, esta

formado por el proceso, el Elemento Primario

de Medición, el controlador y el Elemento Final.


El controlador permite al proceso cumplir con su objetivo de transformación del material y realiza dos funciones esenciales: Compara la variable medida con la de referencia o deseada (set-point) para determinar el error. Estabiliza el funcionamiento dinámico del lazo de control mediante circuitos especiales para reducir o eliminar el error.




La figura anterior muestra un intercambiador de calor operado manualmente.

El operador nota la Temp. con la mano Izq. y acciona la válvula de vapor para mantener el agua a la Tem. deseada.

Suponiendo que hay un aumento en el caudal de agua de entrada, el vapor actual no alcanza a calentar el mayor flujo de agua. Cuando el operador nota la disminución en la Temp. del agua de salida, debe calcular cuantas vueltas debe girar la válvula del vapor y en que sentido.

El operador debe esperar un tiempo para determinar si el giro fue el correcto y así determina si debe de girar de nuevo o no. En el caso de que aun exista diferencia en la Temp. deseada de nuevo actuará, y así hasta que el error sea cero (variable del proceso - set-point = 0).

El operador logra el control en un tiempo determinado actuando a prueba y error, siempre y cuando no cambien las condiciones del proceso.


Partiendo del control manual anterior, es como

surgió el control:

Proporcional - Integral - Derivativo

CONTROL DE LAZO CERRADOCONTROLADOR PROPORCIONAL

El controlador proporcional ajusta la salida de la variable de control (CV) de una manera que es proporcional al error presente


La relación de ganancia proporcional entre la variable de control CV y el error E, depende del ancho de banda en el cual el controlador esta trabajan-

do

Ejem.: Si el controlador solo requie-

re ejecutar control de 90 a 150 F, con el set-point en 120 F, solo controlara un rango de 60 F (150-90) sobre el rango total de 120 F (180-60). La ban-

da proporcional (PB) es un porcentaje del rango completo de la variable del proceso

PB= PV(max)- PV(min)

PV(maxrang)-PV(minrang)


La ganancia del controlador (Kp) indica que tan sensible es el controlador al error.

La banda proporcional (PB) también indica esta sensibilidad ya que la ganancia y la banda están relacionadas.

Kp= 1 y PB= 1

PB Kp


La ganancia proporcional del sistema de Temp. anterior esta definido por que tanto cambia la salida de la variable de control por cada % de error en la banda de control.

Asi pues, la variable de control (CV) cambiara 2% por cada 1% de error.

CONTROL DE LAZO CERRADOCONTROLADOR INTEGRAL

El controlador Integral proporciona una salida cuya relación de cambio es proporcional a la desviación del error. Esto quiere decir, que si el error es muy grande, los cambios en la salida del controlador serán rápidos y viceversa

CONTROL DE LAZO CERRADOCONTROLADOR INTEGRAL

La ganancia de un Ctrl. Integral esta definida por la ecuacion:

Ki= %de Cambio de CV por sec..

%error sobre rango completo

Por ejem. Un valor de Ki=0.5 1/sec, indica que el controlador obtendra una ganancia de 0.5% es su salida por cada 1% de error presente.

El valor que se introduce directamente al controlador es:

T= 1 . De tal manera que el valor que colocamos es en seg.

Ki

El controlador integral también se le llama de acción de reset porque automáticamente resetea el error a cero en el tiempo.

CONTROL DE LAZO CERRADOCONTROLADOR DERIVATIVO

La salida de un controlador Derivativo, es proporcional a la relación de cambio del error en el sistema.

Este tipo de control nunca se usa solo, esto es debido a que los cambios que provoca son muy grandes en la salida del controlador, ya sea con error positivo o negativo

CONTROL DE LAZO CERRADOCTRL. PROP-INTEG (PI)

Este tipo de controlador tiene un tiempo rápido de respuesta con la acción proporcional y elimina el error residual con la acción integral.

CONTROL DE LAZO CERRADOCTRL. PROP-INTEG (PI)

De esta fig.:el valor de Ti es 1 (a), después de 1 min., la KpE se repite igual. En (b), con un tiempo integral de Ti=.333, indica que el termino KpE se repetirá 3 veces en un min..

CONTROL DE LAZO CERRADOCONTROLADOR P.I.D.

El controlador proporcional-integral-derivativo (PID), combina las acciones de los tres controladores.

Este controlador puede usarse en casi todos los procesos que involucren retardos y tiempos muertos.

El PID elimina el offset del controlador proporcional, a través de su acción integral y suprime las oscilaciones con su acción derivativa.

Cuando se ajusta correctamente el PID regulara suavemente la respuesta de cualquier proceso.

CONTROL DE LAZO CERRADOAJUSTE DE UN P.I.D.

Existen algunos procedimientos para ajustar un PID, que depen-den del proceso que se quiere regular.

La finalidad es ajustarlo de tal forma que al provocar un disturbio el controlador lleve al proceso a la estabilidad (PV=SP) en el menor tiempo posible o el permitido por el proceso.

CONTROL DE LAZO CERRADOPOSIBLES COMBINACIONES DE MODOS DE CONTROL CONTINUO

TIPO DE CTRL. RESPUESTA APLICACIONESProporcional P La CV cambia en Systemas con pequeños

proporcion al E cambios de cargay/o tiempos de retardode pequeños a moderados

Integral I La CV cambia de acuerdo Procesos con retardosa como el E cambia en el pequeños y pequeñastiempo capacidades

Derivativo D La CV cambia de acuerdo No tiene aplicacionesa que tan rapido cambia E cuando se usa solo

Proporcional-Integral PI La CV responde en convi- Sistemas con cambios de nacion con las acciones carga grandes P e I

Proporcional-Derivativo PD La CV responde en convi- Procesos con cambios de nacion con las acciones carga rapidosP y D

Proporcional PID La CV responde en convi- Puede ser usada en practi-Integral-Derivativo nacion con las acciones camente todas las aplica-

P,I,D ciones de control de proce-sos

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