instrumentacion control de procesos. las bases del control de procesos qué es control de procesos ?...
TRANSCRIPT
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 ?