Fundamentos de Control de Procesos Para La Industria Petrolera - Operadores - OXY

Fernando Otero, CAP Optimo Optimo Group Group Inc. Inc.

Agenda Día 1: Fundamentos de Control Automático para Operadores   

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Bienvenida OXY Colombia Introducción Instructor Introducción Asistentes Introducción al Control de Procesos Control de Procesos en la Industria Petrolera Sistemas de Control: Objetivo y desempeño Errores típicos de control que afectan la operación Controlabil Controlabilidad idad de Procesos Procesos Variabilidad Variabilidad de Proceso Proceso Efectos del Control de Proceso en la Variabilidad de Procesos Control de Procesos en OXY

Agenda Día 1: Fundamentos de Control Automático para Operadores   

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Bienvenida OXY Colombia Introducción Instructor Introducción Asistentes Introducción al Control de Procesos Control de Procesos en la Industria Petrolera Sistemas de Control: Objetivo y desempeño Errores típicos de control que afectan la operación Controlabil Controlabilidad idad de Procesos Procesos Variabilidad Variabilidad de Proceso Proceso Efectos del Control de Proceso en la Variabilidad de Procesos Control de Procesos en OXY

Agenda

Día 1: … continuación                  

El Lazo de Control: Componentes Elemento Final de Control Válvulas Válvulas de de Control: aspectos aspectos relevantes Qué debe esperarse de la válvula de control Desempeño de las válvulas de control Elemento Primario de Control Sensores/Transmisores Resolución y desempeño Damping El controlador Control basado en algoritmo PID Acción Proporcional Proporcional Acción Derivativa Acción Derivativa El proceso Conocer el proceso Dinámica de procesos Aspectos del proceso proceso

Agenda … Día 2:     

Implementación del Control PID Algoritmos PID en Sistemas de Control Allen Bradely ABB Otros

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Sintonización y Desempeño de Lazos Aspectos a tener en cuenta en la sintonía Tipos de procesos: Autoregulados Integrates

Agenda … Día 2: .. continuación     

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Tipos de respuesta de lazos A cambios de SP A presencia de perturbaciones Velocidad de Respuesta de Lazos Interacción de Lazos de Control La operación y el control automático de procesos Discusión de casos y aspectos de ejemplos de las plantas de OXY. Análisis y estudio de casos.

Bienvenida e Introducciones 

Bienvenida OXY

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Introducción Instructor

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Introducción Asistentes

Fundamentos de Control de Procesos Fernando Otero • •

• • • • • • •

ISA Certified Automation Professional (CAP) Presidente y Fundador de Optimo Group Inc., compañía dedicada a prestar servicios de consultoría y asesoría en control automático de procesos para la industria manufacturera. 25 años de experiencia en Control Automático de Procesos 1998-2009 - Consultor de Control de Procesos – Cornerstone Controls Inc. – Indianápolis, Indiana, USA 1989-1998 - Ecopetrol – Instituto Colombiano del Petróleo Ingeniero Químico, Universidad Nacional Master of Science, Ing. Química – University of Oklahoma Candidato a Doctorado, Ing. Química - University of South Florida Instructor, autor de artículos, presentador de ponencias técnicas, columnista de revistas especializadas.

Fundamentos de Control de Procesos Presentación de Asistentes:

Nombre Profesión Cargo Empresa Algo que pocos saben de usted?

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Ejemplo: Fui gimnasta cuando niño. Mi hermana fue gimnasta olímpica y una revista la llamó la Nadia Comaneci colombiana.

Fundamentos de Control de Procesos Objetivos 1.

Introducir los conceptos fundamentales de la teoría del control automático de procesos.

2.

Explicar los componentes y el comportamiento de un lazo de control.

3.

Entender un controlador tipo PID.

4.

Comprender por qué es importante entender e identificar el proceso.

5.

Presentar los diferentes métodos de sintonización de lazos de control.

6.

Comprender cómo disminuir la variabilidad de proceso mediante un control óptimo.

7.

Elaborar sobre aspectos prácticos de control.

Fundamentos de Control de Procesos Plan 1.

Conceptos generales de control de procesos

2.

Componentes de un lazo de control

3.

Identificación del Proceso

4.

Controlador PID

5.

Variabilidad

6.

Sintonización de lazos de control

7.

Estrategias de control

8.

Aspectos prácticos de control y sintonización de lazos

Fundamentos de Control de Procesos Lo que NO veremos en este curso

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Modelos de procesos basados en principios físico-químicos. Desarrollo matemático del algoritmo PID Transformadas de Laplace Localización de las raices de un sistema Diagramas de Bode Análisis de estabilidad en el dominio de la frequencia Control predictivo multiviariable

Control de Procesos Introducción al Control de Procesos  

    

Control de Procesos en la Industria Petrolera Sistemas de Control: Objetivo y desempeño Errores típicos de control que afectan la operación Controlabilidad de Procesos Variabilidad de Proceso Efectos del Control de Proceso en la Variabilidad de Procesos Control de Procesos en OXY

Control de Procesos Introducción al Control de Procesos 

Cuál es el objetivo de un sistema de control automático de procesos? 

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Desde el punto de vista de control regulatorio, un sistema de control se diseña para mantener las variables de proceso importantes en valores de consigna o set points.

El sistema debe ser capaz de hacer las compensaciones necesarias cuando se presenten perturbaciones con el fin de hacer que la variable controlada regrese a su set point. Esta función se ejecuta simultáneamente para múltiples variables de proceso en una planta de producción. Hay varias formas en que un sistema de control pueda mejorar su desempeño , como por ejemplo utilizando tareas secuenciales, como con control batch. Sin embargo, el objetivo del sistema automatización del proceso es asegurarse de que la calidad y cantidad de productos sea constante, uniforme y consistente. Adicionalmente, si puede lograr incrementar la producción y mantener la calidad, esto es aún mejor. (ISA –InTech: The Final Say, Don’t Forget the Fundamentals of Process Controls, June 2008) 

http://www.isa.org/InTechTemplate.cfm?Section=ViewPoint1&template=/ContentManagement/ContentDisplay.cfm&Conte ntID=69745

Fundamentos de Control de Procesos Conceptos generales de control de procesos • El objetivo del control automático de procesos es mantener variables importante de proceso en

un valor de operación deseado. • El control de procesos es importante para: • la seguridad del personal • la seguridad de los equipos • proteger el medio ambiente • la calidad del producto • mantener las capacidades de producción a costo mínimo. • Todo sistema de control ejecuta las siguientes tres operaciones básicas en ciclo cerrado: • Medición • Decisión • Acción • La acción debe afectar la medición.

Fundamentos de Control de Procesos Conceptos generales de control de procesos • Variable Controlada (PV, CV) • Punto de Consigna (o de Ajuste) (Set point, SP) • Variable Manipulada (CV, MV, CO, PD, IVP, OUT) • Perturbación (carga, load) • Control en Manual (Lazo Abierto) • Control en Automático (Lazo Cerrado)

“El objetivo de un lazo de control automático es ajustar la variable manipulada para mantener la variable controlada en su punto de consigna a pesar de las perturbaciones que sufre el proceso” • Control Regulatorio: para compensar por presencia de perturbaciones • Servocontrol: la variable controlada debe perseguir al set point. • El primer requisito para controlar un proceso es conocer el proceso.

Fundamentos de Control de Procesos Introducción al Control de Procesos

Cosas curiosas luego de ejecutar cientos de servicios de desempeño de control en plantas: 





Hay miles de ejemplos de buena utilización de control de procesos, pero la mayoría de los casos en que se requieren mis servicios, es por que el sistema de control no se estaba desempeñando como se esperaba. Estas cosas curiosas en últimas afectan no solo el desempeño del sistema de control, si no también el desempeño de la planta, que es aún más importante. (ISA –InTech: The Final Say, Don’t Forget the Fundamentals of Process Controls, June 2008)

Fundamentos de Control de Procesos Introducción al Control de Procesos 

Algo simple: dos válvulas de control sobre el mismo tubo separadas sólo por algunos pocos metros. “Una controlaba la presión y otra controlaba la temperatura”. E-1

P-3 TT-201

TIC-201

P-2 PIC-201

P-1

PT-201

P-4

PCV-201

TCV-201


Otro ejemplo sencillo (aunque hay otros muchos ejemplos más complicados) es la generación de un tiempo muerto extremadamente largo debido a la localización del elemento primario de control. Este estaba muy, pero muy, lejos del elemento final de control.

V-3

V-4

PCV-201

E-3

E-2

P-5 P-1 AIC-201

AT-201


Generación de interacción de lazos al instalar un elemento primario de control en la misma línea de un elemento final de control de un lazo de control diferente.

P-7

PCV-301

PIC-301

P-6 V-3

PCV-201

V-4

PT-301

E-3

E-2

P-8 P-1 AIC-201

AT-201

Otros aspectos de Control Settings y Parámetros 

Settings y parámetros en la configuración de la estrategia de control.



Empezando por los parámetros de sintonía (PID) de los lazos de control





Hay plantas donde muchos lazos de control tienen la sintonía que por default trae el bloque PID Hay lazos que nunca fueron sintonizados cuando se comisionó y arrancó la planta

Fundamentos de Control de Procesos Introducción al Control de Procesos

Estos ejemplos, y otros muchos, indican que no se realizó un análisis mínimo de controlabilidad antes de la aprobación final de la estrategia de control durante la fase de diseño del proyecto !!!

Fundamentos de Control de Procesos Control de Procesos en la Industria Petrolera 

Compresores, intercambiadores de calor, calderas, bombas, slug catchers, separadores, etc.

Fundamentos de Control de Procesos Control de Procesos en la Industria Petrolera

Fundamentos de Control de Procesos



Fundamen Fund amentos tos de Contr Control ol de Proces Procesos os Control de Procesos en la Industria Petrolera

PIA-5A P5351/52 P5353/54 No existe un bloque PID

Está por presión en por rampa y pasos

PIC53551

SP = 2150 psig ??? Presión descarga máxima, o correspondiente flujo minimo Lead/Lag

Señal Feedforward PSV calibrada a 2244 psig

FIT53551

FO PIC-Anillo

Alarma en 25000

PIT53551

SP from operator 1800 psi

PIC-53534

PCV53551

PCV53552

P5355/56

FO

PIT53553

P5355 PIC53552

PT en campo

Selector <

No existe un bloque PID

SP=1800??? Presion descarga mínima

PIT53252

PIC-53561

FO PIT53561

FIT-53561

Alarma en 25000

SP = 2150 psig ??? Presión descarga máxima, o correspondiente flujo minimo

PSV calibrada a 2244 psig

PCV53561

PV53562

FO

P5011/12/13

P5356 PIC54561


Sleectro <

PTYYY

P5009/10

Fundamentos de Control de Procesos Sistemas de Control: Objetivo Ob jetivo y desempeño PLC o DCS      

Allen Bradley Bradley – ControlLogix Opto 22 I/A Foxboro Honeywell ABB Advant Advant 450 DeltaV


Fundamentos de Control de Procesos PIA-6 P6253/54 P6255/56 No existe un bloque PID

PIC62522


SP = 2150 psig ??? Presión descarga máxima, o correspondiente flujo minimo 27000 Lead/Lag

Señal Feedforward Alarma en 2200


FIT62521

FO

Alarma en 33000

PIT62521


PIC-Anillo PIC62512

PCV62521

PCV62522

P6251/52

FO

PIT62512

PT-YYY

P6252 PIC62521


PIT62513

PT en campo

Selector <

No existe un bloque PID PIC62512

FO

Alarma en 2200 PIT62511

FIT62511

Alarma en 33000

SP = 2150 psig ??? Presión descarga máxima, o correspondiente flujo minimo 27000


PCV62511

PCV62512

FO

P6257/58

P6251 PIC62511


Sleectro <

P6259


En el momento de toma de estas imágenes el set point de la

Fundamentos de Control de Procesos Sistemas de Control: Objetivo y desempeño ¿Por qué debemos controlar las unidades de proceso?

Mantención del punto de operación Si un proceso (una Planta) es visto como un conjunto de operaciones (equipos) inteligentemente conectadas, entonces la mantención del punto de operación del proceso global (la Planta) se podría satisfacer manteniendo una consigna determinada en cada operación. El punto de operación requerido puede ser simple (un cierto pH o una cierta temperatura) o complejo (una cierta rentabilidad). •

Satisfacer restricciones de Seguridad (Presión, Temperatura, Composición, etc entre un máximo y un mínimo de seguridad) Especificaciones (es decir, control de la calidad de una variable ; no sólo cantidad) Regulación Ambiental (efluentes, emisiones, residuos sólidos) Restricciones operacionales para cada equipo u operación (alturas de tanques, potencias a las bombas, etc) Economía óptima (frente a materiales cambiantes, energías a tarifa cambiante, etc.) •

• • •

•

Fundamentos de Control de Procesos Sistemas de Control: Objetivo y desempeño Sistema de Control.

Conjunto racional y sistemático de equipos (sensores, actuadores, computadoras, algoritmos, etc.) e intervención humana (diseñadores y operadores de proceso) que permite operar el proceso controlado (una planta, p.e.) con asistencia del sistema de control mismo. Requerimientos que se satisfacen con sistemas de control: Eliminar la influencia de perturbaciones externas Asegurar la estabilidad del proceso Optimizar el proceso

• • •

Fundamentos de Control de Procesos Sistemas de Control: Objetivo y desempeño Allen Bradley – ControlLogix OPTO22 Etc.   

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Independientemente del Sistema de Control, los fundamentos de control automáticos de procesos se deben cumplir. El control continuo en el sistema de control (PLC o DCS) se encarga de mantener las variables de proceso muy cercanas al set point.

Fundamentos de Control de Procesos Sistemas de Control: Objetivo y desempeño Allen Bradley – ControlLogix OPTO22 ABB Advant 450 Etc.    

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

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Cada sistema de control implementa el algoritmo de control continuo (basado en PID) en forma diferente. Dentro del mismo sistema de control, puede haber más de una implementación diferente del algoritmo de control continuo. Esto implica que los valores de los parámetros, las unidades , y el comportamiento del lazo pueden ser diferentes de sistema a sistema, y dentro de cada sistema.






Fundamentos de Control de Procesos  

Comportamiento Comportamien to de la presión de campo PIA5A y PIA6

Fundamentos de Control de Procesos 

Utilización Utilización de las tendencias para pa ra tomar decisiones decisiones de proceso proceso

Fundamentos de Control de Procesos Diagrama de flujo separación de fluido de pozos

Link Esquema


Estación LCI-2 TAMBOR DE TEA

TEA PLANTA DE GAS DEPURADOR DE GAS

PLANTA DESHIDRATADORA

Separador trifasico

TANQUE DE CRUDO SKIMMING TANK

AGUA

BOMBAS DE TRANSFERENCIA

WEMCO PIA 5A

(Conexión Nov2011) Piscina

Fundamentos de Control de Procesos Esquema General PLANTA DE GAS

De SRV

Link Diagramas De flujo

TAMBOR DE TEA TEA

DEPURADOR DE GAS

PLANTA DESHIDRATADORA

TANQUE DE CRUDO BOMBAS DE TRANSFERENCIA

BOTA DE GAS

AGUA GUN BARREL TANK

SKIMMING TANK

WEMCO (Conexión Futura)

Piscina

FILTRO < 5μ

TANQUE DE RECIBO

FILTRO WALNUT TANQUE DE CABEZA

BOMBAS DE INYECCIÓN FILTRO < 5μ

BOMBAS DE INYECCIÓN

PTA TANQUE DE CABEZA TANQUE DE RECIBO TORRE DESOXIGENADORA BOCATOMA

Fundamentos de Control de Procesos PIA5/5A Entrada Torres

Parametros requeridos a la salida

Succión Turbinas Inyección

Salida de torres O2 (ppb)

O2 (ppb)

0

O2 (ppb)

T-5001

T-5002

TSS (ppm)

O2 (ppb)

TSS (ppm)

<5

5894

663.2

658.8

0.3

473.7

O/W (ppm)

<5

BOMBAS DE INYECCIÓN (Turbinas)

TANQUE DE RECIBO TORRE DESOXIGENADORA

TANQUE DE RECIBO

TANQUE DE CABEZA

WALNUT FILTERS


TANQUE DE CABEZA

Entrada Filtros

Salida Filtro 5005/06/07

O/W (ppm)

TSS (ppm)

O2 (ppb)

O/W (ppm)

TSS (ppm)

O2 (ppb)

3.9

11.1

0.0

0.0

8.0

0.0

Entrada Filtros


O/W (ppm)

TSS (ppm)

O2 (ppb)

O/W (ppm)

TSS (ppm)

O2 (ppb)

4.7

11.8

0.0

0.3

6.6

0.0

Medición promedio de Septiembre 2011

Salida Tanque 5312 - 5313

O/W (ppm)

TSS (ppm)

O2 (ppb)

0.9

7.9

0.9

Fundamentos de Control de Procesos PIA6 Entrada Torres

Parametros requeridos a la salida

Salida de torres O2 (ppb)

O2 (ppb)

0

O2 (ppb)

T-6001

T-6002

TSS (ppm)

<5

5789

1052

1000

O/W (ppm)

<5

BOMBAS DE INYECCIÓN TANQUE DE RECIBO

TANQUE DE CABEZA

TORRE DESOXIGENADORA

WALNUT FILTERS

TANQUE DE RECIBO

TANQUE DE CABEZA


Tanque TK-6212 Entrada Filtros


O/W (ppm)

O2 (ppb)

O/W (ppm)

O2 (ppb)

8.9

0.0

0.4

0.0

O/W (ppm)

TSS (ppm)

O2 (ppb)

3.2

5.9

475.5

Tanque Tk-6211

5.0

O/W (ppm)

TSS (ppm)

O2 (ppb)

2.3

9.6

74.0

Medición promedio de Septiembre 2011

C-25 O2 (ppb)

Fundamentos de Control de Procesos    

El Lazo de Control: componentes Estándares de Desempeño Instrumentación (transmisores y sensores) Elementos finales de control

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control • Sensor / Transmisor • Elemento primario de control •Desempeña la MEDICION dentro del lazo de control •Salida del transmisor (TO): debería ser lineal • Cuidado con no lineales como: termopar y medidor de flujo de platina de orificio • Rango, Span, Zero • Ganancia del transmisor • Elemento final de Control • Desempeña la ACCION dentro del lazo de control • Válvula de Control • Variador de velocidad • Controlador • Desempeña la DECISION dentro del lazo de control

• PROCESO

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Sensor y Transmisor


Transductor: Dispositivo que recibe información en una forma y genera

una salida en respuesta. Transmisor: Es un transductor que responde a una variable de medición

y convierte esa entrada en una señal de transmisión estandarizada. El estándar industrial más común para transmisores es una combinación de transductor y un circuito de condicionamiento de señal que produce una corriente de salida proporcional a la medida. El estándar industrial de control de procesos es 4 a 20 miliamperios (mA). 4 mA representa el 0% 20 mA representa el 100% 0 escala completa. Se utiliza corriente por que no es afectada por impedancia o ruido como sucede con señales de voltaje cuando se transmiten en distancias largas.


Exactitud : ± 0.2% del span calibrado

Incluye los efectos combinados de lo siguiente Repetibilidad: ± 0.05% del span calibrado Linealidad: ± 0.1% del span calibrado Histéresis : ± 0.05% del span calibrado

Banda muerta: Ninguno Velocidad de respuesta Respuesta en la medición Transporte de muestra

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Fórmulas de Conversión y,w

Sensor y Transmisor

100 %

20 mA mA

% 4 mA 0% y 0 Span=y M - y 0 %

100 16

(mA  4)

y 0

y M

y

mA 

%

16 span

100 span

( y  y0 )  4

( y  y0 )

y

y M


Componentes de un lazo de control Transmisores Inteligentes •

Sensor y Transmisor

Con microprocesador

Habilidad de calibrar la unidad en un rango de medición más ancho que el span necesitado para una aplicación específica. •

•

Esto produce una mayor rangoabilidad.

•

Más flexibles

Como la curva de calibración está en la memoria del microprocesador, se puede cambiar electrónicamente el cero y el span por medio del teclado de un terminal portatil. •

•

Comunicación de dos vías con el cuarto de control.

Proveen diagnóstico, re-tienen tags, se les puede programar damping y compensación, etc. •

•

•

Capacidades de linealización de señales y/o generación de funciones. Muchos vienen con spare sensor (Termopar y RTD, por ejemplo)


Componentes de un lazo de control Sensor y Transmisor

Damping Parámetro configurable en el transmisor.. Es la constante de tiempo de un filtro de primer orden aplicado a la señal análoga antes de que la señal sea transmitida. El valor (en segundos) determina el tiempo que le toma a la señal de salida llegar al 63% del valor final si se aplicara un paso escalón en la entrada. Es aconsejable dejar este valor en el mínimo y aplicar filtrado en el sistema de control; así sería más fácil cambiarlo o monitorearlo. Al incrementar excesivamente el valor del damping, simplemente se empieza a enmascarar el proceso. La señal del transmisor no representa el comportamiento real del proceso. Algunos expertos aconsejan colocar un valor para damping igual a 1.3 veces el tiempo de ejecución del algoritmo de control PID.



Filtrado PV

Sensor y Transmisor

Uso y abuso del filtrado en la PV (PV-filtering parameter) 





Ejemplo: un lazo de control de presión con bastante acción derivativa La presión es una variable de proceso bastante ruidosa La acción derivativa genera un movimiento excesivo en la CV y esto, a su vez, genera mucha variabilidad de proceso

La “solución” fue aplicar un filtro de 6 segundos en la PV del bloque PID en el

sistema de control El damping de los transmisores era el default del fabricante, 2.0 segundos



Filtrado PV

Sensor y Transmisor

…. continued Esto “trabajó” bien por que el ruido se despareció; la válvula de contrl se movió más

suavemente aunque estaba aún algo agresiva

Pero esto no paró la presencia de numerosas alarmas molestas por ALTO y por DESVIACION!

El número de shutdowns inesperados (no programados) o disparadas de apagada del oleoducto era igual que antes!



Filtrado PV Ignorar la Variabilidad de Proceso 

En realidad al aumentar el filtrado en la PV a través del sistema, 





Sensor y Transmisor

Se ingnora el comportamiento real de proceso y se le hace creer al sistema de control que el proceso se comporta de otra manera Se ignora el comporatmiento real del proceso y se enmascara la magnitud de la variabilidad de proceso en ese lazo de control

El lazo de presión tenía una constante de tiempo de 1.8 segundos y un tiempo muerto de 0.9 segundos





El punto es que no se aplican los fundamentos de control de procesos y esto puede afectar el desempeño, no solo del sistema de control, sino también el desempeño de la planta En el caso del sistema de control de procesos, y luego de haber invertido dinero en la automatización de la planta, lo último que se espera es que el sistema de control genere variabilidad de proceso.


Características deseables en un trasmisor Las más importantes:

Sensor y Transmisor

Alta resolución Alta precisión (o exactitud) Alta rangoabilidad Alta confiabilidad Bajo costo

• • • • •

No menos importantes: Pequeño tamaño y bajo peso Diseño robusto para aguantar ambiente industrial Que la precisión no se afectada por las condiciones atmosféricas Que no necesite ajustes por variaciones en la carga o en la resistencia de la línea Que no presente peligro para el personal y los equipos (intrínsecamente seguro) Fácil y conveniente para calibración y mantenimiento Que opere bien aún en presencia de caídas de voltaje y pérdidas de electricidad Mínimo # de líneas de transmisión Salida compatible con otros instrumentos y el sistema de control Facilidad de integración con el sistema de control distribuido • • • • • • • • • •

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control

Válvula de Control • Acción de la válvula (FO, FC) • Actuador (diafragma y resorte) • Posicionador (importancia, posicionador digital inteligente) • Cálculo del tamaño de la válvula de control • Característica de Flujo • Igual Porcentaje • Lineal • Apertura Rápida • Inherente • Instalada • Rangoabilidad • Ganancia de la válvula • Caida de Presión a través de la válvula • Velocidad de respuesta

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Válvula de Control

Fórmulas de Conversión u 20 mA Actuador mA

u mA

% 4 mA

u u%

0% mA 

16 100%

4

100 %

%

Apertura válvula en % Apertura válvula en %



Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Válvula de Control – relación de perdida de presión

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Válvula de Control - Globo

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Válvula de Control - Rotatorias


Está comprobado que cuando se seleccionan y dimensionan las válvulas de control en una forma adecuada, se ahorra dinero!!! •

Las válvulas de control que son incapaces de seguir la señal de salida del controlador hacen que la sintonía de los lazos se mucho más difícil e introducen variabilidad no deseada en el proceso y en los productos!!! •

'When momma ain't happy, nobody's happy.' A parallel could be said about control valves, 'When control valves aren't working, the whole loop's not working’. •


La dinámica de la válvula de control depende de muchos factores: • • • • •

Diseño y tamaño de la válvula Diseño y tamaño del actuador Desempeño del posicionador Condiciones del proceso Métodos de prueba

Cuando se tienen en cuenta todos estos factores, la válvula de control se convierte en un sistema complejo que requiere ingeniería más exigente.





Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Válvula de Control Control Valve Characteristics Summary Here are the relative Globe valve differences in three commonly used control valve designs.

Segmented V-ball

High-performance butterfly valve

Good

Excellent

Excellent

Characteristic

Unlimited selection

One, usually equal percentage (more towards good now)

One, usually linear

Noise control

Excellent

Limited

None

Cavitation protection

Excellent

Limited

None

High flowing pressure drops

Good

Limited

Poor

Tight shutoff

Good

Good

Good

Usable control range

Wide

Limited

Narrow

Cost

Highest

Medium

Lowest

Capacity

Source: Control Engineering with data from Fisher Controls - 1999

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Especificación de la Dinámica de las Válvula de Control

Documento creado por EnTech Controls (empresa comprada por Emerson Process Management) de 20 páginas con tres secciones: •

• • •

•

No linealidad Respuesta Dinámica a un Paso Escalón Cálculo del tamaño de válvulas de control

Cada sección incluye: explicaciones extensas, gráficas de soporte, recomendaciones, valores de default, espacio para datos de usuario. • • • • •

Al final del documento hay un Glosario de los términos utilizados

•

•

In 1992 EnTech released its Control Valve Dynamic Specification

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Especificación de la Dinámica de las Válvula de Control Sección de No-Linealidades

La No-Linealidad en una válvula de control representa la inhabilidad de la válvula (sistema que incluye válvula, actuador y posicionador) para seguir en forma precisa los cambios en la señal de control que viene del controlador y asegurar que se realicen los cambios en el coeficiente de f lujo (Cv). •

Esta sección:

•

•

establece las no-linealidad máximas permitidas para la válvula en cuanto a: • • •

Banda muerta Resolución Histéresis total

Idealmente, la válvula debería diseñarse con una ganancia de uno (1.0) Sin embargo problemas mecánicos y la fricción dinámica y estática hacen dificil que una válvula responda en forma eficiente y a cambios pequeños en la señal de control. • •

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Especificación de la Dinámica de las Válvula de Control Sección de Respuesta Dinámica Esta sección establece el rango de movimiento mínimo y máximo que produce una dinámica consistente. •

El tamaño de paso mínimo es el límite inferior del rango y depende de la histéresis total y magnitud de movimientos inconsistentes. •

El tamaño de paso mínimo depende del diseño de la válvula y frecuentemente es el doble de la histéresis total. •

•

Se especifican los valores de paso mínimo para cambios de paso nominal, fino y muy fino.

•

Las válvulas capaces de cambiar el flujo con cambios de paso muy fino usualmente son más costosas.

Los valores máximos del tamaño de paso nominal, amplio, y muy amplio son los limites superiores del rango en el cual la válvula es casi lineal y depende de los movimientos limitados por la velocidad. •

•

Entre más amplio sea el límite superior del rango, mayor la capacidad del diseño de la válvula.

La especificación de respuesta a paso escalón establece la cantidad de tiempo, después de un cambio en la señal de entrada, que le toma a la salida alcanzar el 86.5% del valor final en estado estable. •

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control Especificación de la Dinámica de las Válvula de Control Sección de Dimensionamiento de la Válvula Esta sección define la amplitud máxima del ciclo límite de flujo como porcentaje del flujo nominal. Se presentan valores para nominal, fino y muy fino, como porcentaje de: tamaño del paso mínimo ganancia de flujo ciclo límite de flujo •

•

• • •

La amplitud del ciclo limite puede predecirse como la mitad del tamaño de paso mínimo multiplicado por la ganancia de fljo. La ganancia de flujo se calcula dividiendo las unidades de flujo (i.e., gpm) en el porcentaje de movimiento de la válvula y dividiendo los resultado en el porcentaje de flujo en el punto de operación esperado. Una variación en la porción de la ganancia de proceso ayuda a determinar el grado de dificultad esperado en la sintonización de lazo de control. •

•

•

For more information about EnTech's Control Valve Dynamic Specification, visit www.emersonprocess.com/ entechcontrol /

Fundamentos de Control de Procesos Componentes de un lazo de control – la Válvula de Control Si quiere mejorar el desempeño de la válvula de control para que mejore la calidad de su producto, entonces tenga en cuenta los siguientes cuatro factores:

Adquiera conocimiento sobre como evaluar (benchmark) el desempeño de una válvula de control; •

Asegúrese que las personas encargadas de comprar, dimensionar, seleccionar, y mantener las válvulas de control comprendan la importancia de ellas y de entender que las válvulas de control son un sistema; •

•

Asegúrese de que los lazos de control están sintonizados apropiadamente ; y

Repita los tres pasos anteriores regularmente y asegúrese de que todos los componentes del lazo de control se están comportando como se esperaba. •

Fun amentos e ontro e rocesos Mejores Prácticas para Mejorar el Desempeño de Válvulas de Control

Válvulas de Control TV-3490

Fun amentos e ontro e rocesos

Preguntas sobre válvulas de control?

Fun amentos e ontro e rocesos Control PID          

 

 

El Controlador PID Acción Proporcional Acción Integral Acción Derivativa Implementación del Algoritmo PID Ideal o Dependiente Independiente Estándar Serie Etc. Estructura: PID en el Error o en la PV Unidades de los Parámetros PID Opciones del Control: Directa-Inversa; Tracking, etc.

Fundamentos de Control de Procesos Controlador Tipos de Control • ON/OFF

• PID Proporcional (P) Proporcional-Integral (PI) Proporcional-Integral-Derivativo (PID) Proporcional-Derivativo (PD) Acción del Controlador Inversa Directa

Fundamentos de Control de Procesos Controlador PID e(t )  w(t )  y (t )

 1 de  u (t )  K c  e(t )   e( )d   T d  T i dt  

Error Dominio en el tiempo

Dominio en Laplace

Acción de Control = Sumatoria de acciones Proporcional, Integral y Derivativa con base en el error 

Controlador basado en señal, no incorpora



conocimiento explícito del proceso 3 parámetros de sintonía Kc, Ti, Td diversas modificaciones



Fundamentos de Control de Procesos Parámetros PID • Kc ganancia / Término proporcional – % span control / % span variable controlada – banda proporcional PB=100/ Kc ========================= • Ti tiempo integral / Término integral (Reset) – Minutos o segundos (por repetición) (reset time) – repeticiones por min (o por segundo) = 1/ T i =========================================

• Td tiempo derivativo / Término derivativo

(Rate)

– Minutos o segundos.

Fundamentos de Control de Procesos Control PID Tres formas comunes de control PID •

Paralela

•

Estándar, o forma ISA (*la más popular)

•

En Serie, o forma Clásica

Fundamentos de Control de Procesos Control PID: Forma Paralela

Fundamentos de Control de Procesos Control PID - En Serie, o forma Clásica

Fundamentos de Control de Procesos Conversión de Control PID En Serie, o forma Clásica a Estándar Si no se usa acción derivativa, entonces las dos formas son iguales •

•

Las unidades de tiempo de TR y TD deben ser iguales

Asegúrese de convertir las unidades de los parámetros PID antes de convertir de una forma a otra •

Fundamentos de Control de Procesos Control PID



Esto significa que existen 3 x 2 x 4 x 2 = 48 combinaciones diferentes de unidades y algoritmos que un controlador pued utilizar!

Fundamentos de Control de Procesos Controlador Controlador W(s) + -

C(s)

%

U(s) %

Y(s)

Gp(s)

100/span

%

100/span

• Las señales de entrada y salida al controlador suelen expresarse en % del span del transmisor y del actuador respectivamente. • La conversión del controlador debe corresponder a calibración del

transmisor •Las dinámicas del actuador y transmisor deben incluirse si son

significativas

Fundamentos de Control de Procesos Acción proporcional u(t )  K c e(t )  bias

Atención! Tener en cuenta las unidades de Kc que normalmente son %CO/%Span

Un error del e % provoca una acción de control del (Kc*e %) sobre el actuador bias = manual reset (CV = SP)

Fundamentos de Control de Procesos Acción proporcional CV

SP

Error estacionario Offset

Time MV Proportional Kick

Time

Fundamentos de Control de Procesos Acción directa/inversa considerar el tipo de válvula

Controlador de acción directa K c < 0 Controlador de acción inversa K c > 0 Entre mayor Kc, más agresivo es el controlador

Fundamentos de Control de Procesos Acción Integral (RESET)

y

sp

sp

y t

t

u

u t

Un controlador P no elimina el error estacionario en procesos autoregulados

K c T i

 ed



t

La acción integral continua cambiando la u hasta que el error es cero

Fundamentos de Control de Procesos Ti tiempo que tarda la acción integral en igualar a la acción proporcional (una repetición) si e=cte.

Acción Integral

CV

SP

Time MV

a a

b b

Ti

Ti

Time

Fundamentos de Control de Procesos Acción Integral • La acción integral elimina el error (offset) que deja la acción proporcional. • Atención: las unidades del término integral dependen del fabricante. Las más usuales son: segundos/repetición, minutos/repetición, repeticiones/min, o adimensional

Mientras el término proporcional actúa con base en el tamaño del error e(t), la acción integral considera la historia del error, o la cantidad de tiempo en que la variable controlada ha estado alejada del set point. Integración significa sumar continuamente. La integración del error

significa que se suma completamente la historia del error hasta ahora, empezando desde cuando el controlador fue cambiado a AUTOMATICO.

Fundamentos de Control de Procesos Acción derivativa La acción derivativa actúa sobre el cambio del error en el tiempo… rata de cambio

w

y

y t

w

t

u

u t

Un controlador P con ganancia alta para dar respuesta rápida puede provocar oscilaciones por acción u excesiva

t La acción derivativa acelera la u si e crece y la modera si e decrece, evitando oscilaciones

Fundamentos de Control de Procesos Acción derivativa Con el Error variando linealmente, la acción derivativa da la misma Salida que la acción proporcional daría Td segundos más tarde •

Acción anticipativa

•

•

No influye en el estado estacionario

Fundamentos de Control de Procesos Acción derivativa

y

pv

y t

pv t

u

u t Saltos en la w provocan valores muy altos de u en en instante de cambio

t Señales de proceso ruidosas provocan acciones inadecuadas en la u

Curso de Control de Procesos

Preguntas sobre Controlador PID


Control de Procesos -- El Proceso “Existen tres (3) requisitos primordiales para realizar buen control de procesos” (Dr. Carlos Smith, University of South Florida)





Primero, conocer el proceso

Segundo, conocer el proceso!!

 TERCERO,

CONOCER EL PROCESO!!!


El Proceso • Desde el punto de vista del controlador, el proceso es todo lo que está entre la señal que entra al bloque PID por la conexión PV y la señal que sale por CV (o OUT).


El Proceso Dos tipos de Proceso desde el punto de vista del controlador: •

Proceso Auto-Regulado

•

Proceso Integrante

El método de sintonización del controlador PID es muy diferente dependiendo del tipo de proceso !


El Proceso Auto-regulado


El Proceso Integrante

Fun amentos e ontro e rocesos Dinámica de Procesos - Identificación del Proceso

PROCESO

• El proceso debe ser entendido antes de diseñar un sistema de control • El comportamiento dinámico del proceso es de crítica importancia a la hora de diseñar, analizar, e

implementar un lazo de control (o sistema de control). • En lo que respecta al controlador, la variable controlada es aquella señal que le llega por la conexión

del PV o CV. • En lo que respecta al controlador, la variable manipulada es aquella señal que sale por la conexión

CO o OUT o CD, etc. • En lo que respecta al controlador, el proceso comprende todo aquello que sucede entre la variable

manipulada y la variable controlada. • La dinámica de los diferentes procesos físico-químicos cambia de proceso a proceso. Incluso cambia con el tiempo. • Ejemplo: la respuesta de un lazo de temperatura es diferente a la respuesta de uno de nivel. • El comportamiento de un proceso se puede modelar mediante la utilización principios físico-

químicos, balances de materia y energía, correlaciones, etc. • En forma más sencilla se puede modelar un proceso como si respondiera en un modelo de primer orden: ganancia, constante de tiempo, y tiempo muerto.

Fun amentos e ontro e rocesos Dinámica de Procesos - Identificación del Proceso DINAMICA DEL PROCESO • El diseño e ingeniería de un proceso requiere el

conocimiento detallado de la operación del equipo de proceso cuando las entradas son constantes . •El control automático requiere el conocimiento detallado de la operación del equipo de proceso cuando las entradas cambian en el tiempo.

Fundamentos de Control de Procesos El proceso se puede conocer mejor si se analiza la respuesta de la variable controlada a un paso escalón en la salida del controlador

U U t

Proceso

Y

Y t

Modelo

Fundamentos de Control de Procesos Para un proceso auto-regulado Kp = Ganancia de Proceso τ = Constante de Tiempo,

segundos Td = Tiempo Muerto, segundos

Fundamentos de Control de Procesos Tiempos de muestreo Tiempo de muestreo práctico y último para sintonía conservadora y agresiva, respectivamente

Fundamentos de Control de Procesos Para un proceso integrante

–

como nivel de un tanque Kp = Ganancia de Proceso Integrante Td = Tiempo Muerto, segundos

Fundamentos de Control de Procesos Grados de Libertad para Controlar un Proceso Al desarrollar el sistema de control para un proceso, es importante conocer en forma

•

precisa el número de variables de proceso que el diseñador del sistema intenta controlar, comúnmente llamadas los grados de libertad del proceso .

El máximo número de grados de libertad para cualquier proceso es el número total de corrientes en el proceso, incluyendo las corrientes para calentar y enfriar. •

El número de grados de libertad de control es el número de variables que pueden ser controladas. Es igual al número de variables manipuladas (el número de válvulas de control en el proceso). •

Por supuesto, es crítico que se sigan buenas prácticas de ingeniería al instalar todas las válvulas de control. Por ejemplo, no deben existir dos válvulas de control en serie en una línea llena de líquido. •

Fundamentos de Control de Procesos Implementación del Control PID Error = SP - PV u = salida del controlador PID



Algoritmos PID en Sistemas de Control 





Allen Bradely ABB Otros

Fundamentos de Control de Procesos Implementación del Control PID Algoritmos PID en Sistemas de Control Allen Bradely 

Fundamentos de Control de Procesos Implementación del Control PID Algoritmos PID en Sistemas de Control Allen Bradely 

Fundamentos de Control de Procesos Implementación del Control PID Algoritmos PID PID en Sistemas de Control ABB 





TI : sec/rep TD: sec

Fundamentos de Control de Procesos Implementación del Control PID Algoritmos PID PID en Sistemas de Control Otros 



IA Foxboro

Fundamentos de Control de Procesos Control PID Block Execution Execution - PID Function Function Block (DeltaV)

Control Proporcional (P) + integral (I) + derivative (D). Dos formas de ecuación PID La forma “estádar” es una implementación discreta de:

La forma en “serie” es un implementación discreta de:

Para L = OUT (igual a OUT no limitado) limitado) y P = D = E las ecuaciones se reducen a: La forma convencional “Estádar” de PID con feedforward,

Y la forma “Serie” “Serie” PID con filtro aplicado solamente solamente en la action derivativa, derivativa, con feedforward, feedforward,


Sintonía de Lazos…

Sintonización Comprensiva de Planta Lazos de Control 







La sintonización de un lazo de control es el último paso en la implementación, comisionamiento, u optimización de un lazo. NO ES EL PRIMER PASO Una vez que cada uno de los componentes del lazo ha sido optimizado, entonces el lazo puede ser sintonizado para obtener mejores resultados Es necesario reconocer el lazo como parte de una unidad de proceso, el cual es parte de una planta, la cual es parte de un negocio.



Hay que establecer una metodología antes de iniciar el proceso de sintonización.



Existe interacción de lazos?



Si tengo auto-tuner, funcionará bien con el lazo?

Fundamentos de Control de Procesos Método de Sintonización 

Hay varios métodos de sintonía de lazos, cuál escoger?



Cual es el objetivo que espero del comportamiento de mi lazo?





Afecta la respuesta de este lazo otros lazos que de pronto son más críticos o importantes? El lazo puede tener overshoot?



Qué velocidad de respuesta necesito para el lazo?



Mi proceso puede aceptar oscilaciones?



Qué tanta variabilidad puede aceptar mi proceso de este lazo?

© Copy Rights – Optimo Group Inc. –

Fundamentos de Control de Procesos Mitos en Sintonización Mito 1: Siempre es imperativo utilizar un solo método de sintonía Mito 2: Se pueden calcular los parámetros del controlador PID en forma precisa Mito 2: Un lazo de control rápido es bueno. Dato: Aproximadamente el 75% de los lazos de control generan más variabilidad cuando están en automático

Sintonía Comprensiva de Lazos •

El proceso es autoregulado? (flujo, presión, temperatura, etc)

•

El proceso es integrante? (nivel, exotermico, etc.)

•

Existe interacción de lazos?

•

Un auto-sintonizador realizará el trabajo?

•

Cuál es el objetivo del tipo de respuesta del lazo?

Afectará la respuesta de este lazo a otros lazos que tal ves con más críticos y más importantes? •

•

Se puede aceptar overshoot en este lazo?

•

Cuál debe ser la velocidad de respuesta de este lazo?

• •

Se puede aceptar oscilaciones en el proceso o en el lazo?

•

Cuánta variabilidad de proceso puede aceptarse en este lazo?

Control de Procesos Sintonización comprensiva de lazos de control Metodología de Sintonización 1. Reconocer el papel del lazo en la unidad de proceso 2. Verificar estado de cada uno de los componentes del lazo a. b. c. d.

Elemento Final de Control: Válvula de Control, VFD, Damper, Bomba Dosificadora, etc. Elemento Primario de Control:Sensor/Transmisor El Controlador PID y la estrategia de control El proceso que el controlador controla i. ii.

Proceso Auto-Regulado Proceso Integrante

3. Identificación de la Dinámica del Proceso a. Planeación de las pruebas – En lazo abierto o en lazo cerrado b. Bump Tests – Pruebas del proceso con Paso Escalón c. Tamaño del paso escalón (step size) d. Número de bump tests e. Análisis de los resultados de identificación f. Selección del modelo (primer orden más tiempo muerto (FOPDT), segundo orden, integrante, etc.)

4. Selección del Método de Sintonía 1. Cálculo de los Parámetros de sintonía 2. Simulación 3. Análisis de los resultados: estabilidad, variabilidad, etc. 4. Implementación de la nueva sintonía

5. Pruebas en Lazo Cerrado 1. 2. 3.

Cambios de SP Respuesta a perturbaciones Medición de la variabilidad

Control de Procesos Sintonización comprensiva de lazos de control

Metodología de Sintonización –Estándar en OXY 

OXY - ha decidido utilizar el Método Lambda para sintonízar los lazos Sin overshoot, o con mínimo overshoot Controla la velocidad del lazo mediante la selección óptima de Lambda ( λ ), la constante de tiempo en lazo cerrado 





Esto implica: 







Utilizar el algoritmo PID Dependiente en Allen-Bradley Manejo óptimo de los filtros en el sistema de control e instrumentación Coordinar la velocidad de respuesta de los lazos para minimizar interacción y variabiliad de proceso

Utilizar los límites para seguridad en lo posible, y no para control contínuo

Fundamentos de Control de Procesos Sintonización comprensiva de lazos de control

Proceso Autoregulado? O (flujo, presión, temp, etc.)

Proceso Integrante? (nivel)


Fundamentos de Control de Procesos Identificación del Proceso Proceso Integrante (o integrador): Control de nivel

qi

U(s)

Y(s)

Ka s(s  a )

h

w

y(t) u

LT

LC t q



Cómo quiere su respuesta? Cuál es la mejor respuesta para su proceso?

4. Sin overshoot y estable Cambio de SP

λ

λ

λ

λ

λ


Sintonización por Método Lambda Identificación de la Dinámica de Proceso – Proceso Auto Regulado Primer orden más tiempo muerto (FOPDT)

Ganacia del Proceso: Kp = Cambio en PV/Cambio CV Constante de Tiempo : Tiempo que le toma a la PV en alcanzar el 63% de todo el cambio en MANUAL

Tiempo Muerto: Tiempo que se toma la PV para empezar a reaccionar

Fundamentos de Control de Procesos Sintonización por Método Lambda Proceso Autoregulado

     

Respuesta en lazo cerrado es de primer orden Lambda es la constante de tiempo de la respuesta Sin acción derivativa Respuesta es sin overshoot Sin oscilaciones La velocidad de respuesta la selección el usuario

Primer orden más tiempo muerto (FOPDT)


Fundamentos de Control de Procesos Sintonización comprensiva de lazos de control Sintonización por Método Lambda Proceso Integrante 



Tiempo muerto = td Ganancia de proceso

Kp



( % PV 2 / t 2 )  (% PV 1 / t 1 ) %CO


Sintonización por Método Lambda Proceso Integrante  





Ya tiene acción integral, así que sólo se debe agregar muy poca acción integral Tiempo muerto = td

Ganancia de proceso

Sintonía

Kp



PV CO * t

Fundamentos de Control de Procesos Identificación del Proceso

Primer Orden más Tiempo Muerto Ganancia del Proceso (sensibilidad, K p )= – 1.03 %Span/%OUT (– 0.53 °C/% OUT ) •

•

Constante de Tiempo (velocidad de respuesta, τ),= 1.3 min

•

Tiempo muerto (retraso), td = 0.8 min

Fundamentos de Control de Procesos Respuesta de la presión de descarga con Sintonía Lambda

Variabilidad de Proceso 

Manejo de Variabilidad: 

 

 





Identificar y cuantificar variabilidad Identificar las fuentes de variabilidad Establecer desempeño óptimo o mínimo Implementar correcciones Lograr un nuevo nivel mejorado de variabilidad Mantener el desempeño mediante un monitoreo rutinario y en línea Recuperar el desempeño a niveles óptimos o mínimos en caso de deterioro

Variabilidad de Proceso Standard Deviation, Variance, Variability



Mean



2Sigma



2Sigma as % of Mean



Variance is Sigma squared

σ2

Administración de Variabilidad Después de ejecutar programas de optimización de variabilidad, algunos gerentes de planta han manifestado que se logró lo siguiente:

Mejore

entendimiento del proceso

Conocimiento

Percepción

más a fondo de los equipos

e identificación del desempeño de los sistemas de control y del proceso

Oportunidades de Mejorar las Utilidades Un mejor desempeño del Lazo de Control puede generar oportunidades de rendimiento.

a m o g g n i s - a 2 r a m o g g n i s - a 2 r

O S Limite Superior E C Rango O 2-sigma R P E Setpoint D E Setpoint óptimo L B A I Restricción R A Limite Inferior (Limite espec.) V Rango 2-sigma

Reducción de la Variabilidad del Proceso Permite la Alteración del Setpoint y Mayor Rendimiento.

Variabilidad Total = V1 + V2 + V3 +.......

¡Mejora la Productividad!

Los Fundamentos “No se olviden de los fundamentos de control de procesos” “Never forget the fundamentals of process controls” 





http://www.isa.org/InTechTemplate.cfm?Section=ViewPoint1&templat e=/ContentManagement/ContentDisplay.cfm&ContentID=69745 (ISA –InTech: The Final Say, Don’t Forget the Fundamentals of Process Controls, June 2008). Author: Fernando Otero, CAP ( www.optimogrp.com)

Agenda … Día 2: .. Continuación 

Interacción de Lazos de Control



La operación y el control automático de procesos



Discusión de casos y aspectos de ejemplos de las plantas de OXY. Análisis y estudio de casos.

Fundamentos de Control de Procesos Estructuras de control 

Modificaciones de lazos de control convencionales para mejorar:      

Rechazo de perturbaciones Mantenimiento de proporciones Operación con varios objetivos Operación con varios controladores Operación con varios actuadores Etc.

Fundamentos de Control de Procesos Control basado en PID

En el momento de toma de estas imágenes el set point de la


Lazo de control simple pa u

q

F v

sp TC TT

T

Condensado

Respuesta ante cambios en la presión de alimentación: Su efecto se traduce a un cambio de T que es corregido por el controlador modificando u


Diagrama de bloques pa sp

Cont

u

Vapor

q F v

Intercambiador

TC TT

Condensado

T

T

Fundamentos de Control de Procesos Controladores en Cascada pa

FT FC

q

F v

sp TC TT

T

Condensado

El controlador externo (TC) fija la consigna del controlador interno (FC) el cual corrige el efecto del cambio en pa sobre F v antes de que alcancen al cambiador significativamente


Controladores en cascada pa sp

TC

FC

Vapor

q F v

Cambiador

T

El controlador externo (TC) fija la consigna (SP) del controlador interno (FC) el cual corrige el efecto del cambio en pa sobre F v antes de que alcancen al cambiador significativamente

Fundamentos de Control de Procesos Controladores en cascada pa sp

TC

FC

Vapor

q F v

Cambiador

T

Proceso principal (TC-Cambiador) lento (5 veces más lento que el secundario) Proceso secundario (FC-Vapor) rápido (5 veces más rápido que el primario) Perturbaciones sobre el proceso secundario de efecto controlable Mas instrumentación


Sintonía/Operación sp

y R 1

R 2

G2

G1

Sintonizar primero los lazos interiores, luego los exteriores. En general, un sistema en cascada resulta mas rápido que uno simple. Si un lazo está en manual, todos los externos a el deben estar en manual

Fundamentos de Control de Procesos Cascada Temperatura-Presión pa

q

F v

sp PC

TC

PT

TT

T

Condensado

El controlador interno (PC) de presión corrige mas perturbaciones y de forma mas eficaz

Fundamentos de Control de Procesos Controladores en cascada

pa sp

TC

PC

Vapor

q ps

Cambiador

T

El controlador externo (TC) fija la consigna del controlador interno (PC) el cual corrige el efecto de los cambios en pa sobre ps antes de que alcancen al cambiador

Fundamentos de Control de Procesos Control de nivel qi h LT

sp LC u ps q

Respuesta ante cambios en la presión en la línea de descarga: Su efecto se traduce a un cambio de h que es corregido por el controlador modificando u

Fundamentos de Control de Procesos Control en cascada qi h LT

sp LC

FC FT q

u ps

El controlador externo (LC) fija la consigna del controlador interno (FC) el cual corrige las perturbaciones sobre q antes de que alcancen significativamente al nivel del depósito

Fundamentos Fundament os de Contro Controll de Proc Procesos esos Cascada Nivel-caudal ps sp

LC

FC

Caudal

qi q

Depósito

h

El controlador externo (LC) fija la consigna del controlador interno (FC) el cual corrige las perturbacion per turbaciones es sobre q antes de que alcancen significativamente al nivel del depósito

Fundamentos Fundament os de Contr Control ol de de Procesos Procesos

Saturación Satur ación en los instrumentos 

q 4-20 mA Todos los actuadores actuadores y señales de salida salida de los reguladores regul adores tienen un rango rango limitado de operación operación (0 - 100 %)

Fundamentos Fundament os de Contr Control ol de Procesos Procesos Transferencia ransferenciass auto/man w

+

y

e

auto

u

PID

-

manua l En los cambios de modo puede haber cambios bruscos en u Transferencias suaves suaves auto/man y man/auto (bumpless) Cambios de valor de los parámetros sin saltos bruscos bru scos

Fundamentos de Control de Procesos Compensación en adelanto (Feedforward)

pa

u Ti q

F v

sp TC TT

T

Condensado

Respuesta ante cambios en el caudal q ó en Ti: El controlador solo empieza a corregir cuando T se ha modificado.

Fundamentos de Control de Procesos Feedforward pa u

FY FT q

F v

sp TC TT

T

Condensado

Respuesta ante cambios en el caudal q : La salida del controlador se modifica de acuerdo a los cambios de q para compensar su efecto en T

Fundamentos de Control de Procesos Feedforward P(s)

GF Gp U(s) G

Y(s)

Producir a través de GF y G un cambio en Y(s) igual y de sentido contrario al que se produce a través de GP al cambiar P(s) para compensar este

Fundamentos de Control de Procesos Feedforward 

  

Perturbaciones medibles y de efecto no controlable directamente Necesita instrumentación y cálculo adicional GP debe ser mas lenta que G Es una compensación en lazo abierto que debe emplearse normalmente junto a un controlador en lazo cerrado

Fundamentos de Control de Procesos Control de proporciones (control de relación)

F A FT

Producto A

r

RC

FB/F A

FB FY

FT

Producto B Objetivo: Mantener la proporción (r) de B y A en la mezcla

Fundamentos de Control de Procesos Control de relación F FT

Producto A Objetivo: Mantener la proporción (r) de B y A en la mezcla

r rF FF

FC

FT

Producto B Mejores características dinámicas

Fundamentos de Control de Procesos Control Override (Sobrecomando) 

PIC

<

PIC

PIC

Discharge Pressure

Case Pressure Suction Pressure

FIC

Control de Bombeo

PT

<

PIC

Discharge Pressure

Suction Pressure

PT PT

PT

PT

Tank PIC Holding Pressure

PT

FT

FT

Fundamentos de Control de Procesos Control Override (sobrecomando) qi

wL LT wL Requisitos : wL nivel mínimo a mantener Flujo cte.

h

LC wF FT FC

LS <

u

q

Fundamentos de Control de Procesos Control override LS

wP SC

Motor

PC

FC

PT

FT

ST

Compresor

Requisitos: Flujo tan constante como sea posible, sin que se sobrepase una presión máxima wP en la linea a pesar de las demandas variables

Fundamentos de Control de Procesos Control override LS

wP SC

Motor

PC

FC

PT

FT

ST

Compresor wP p F

Fundamentos de Control de Procesos Control Override wT

Mantener la temperatura T sin que se sobrepase una temperatura máxima wT en los humos del horno

TT

TC

T TT TC FC

Gas

FT

LS

Fundamentos de Control de Procesos Control Override PIA-6 P6253/54 P6255/56 No existe un bloque PID

PIC62522


SP = 2150 psig ??? Presión descarga máxima, o correspondiente flujo minimo 27000 Lead/Lag

Señal Feedforward Alarma en 2200


FIT62521

FO

Alarma en 33000

PIT62521


PIC-Anillo PIC62512

PCV62521

PCV62522

P6251/52

FO

PIT62512

PT-YYY

P6252 PIC62521


PIT62513

PT en campo

Selector <

No existe un bloque PID PIC62512

FO

Alarma en 2200 PIT62511

FIT62511

Alarma en 33000

SP = 2150 psig ??? Presión descarga máxima, o correspondiente flujo minimo 27000


PCV62511

PCV62512

FO

P6257/58

P6251 PIC62511


Sleectro <

P6259

Fundamentos de Control de Procesos Control Override

Fundamentos de Control de Procesos Control de Horno Monóxido de Carbono (debe estar entre 100 ppm y 400 ppm – trip at 1000 ppm)

CO

O2

Nueva instrumentación y control de combustión

Exceso de Oxígene (debe estar entre 2.0% y 3.0%)

PIC

Presión Cámara de Combustión

FH-82001

PI

Circuito de agua caliente

Hot Water Direct Fired Heater

CV TI-8204

TIC-8204

Notas:

SP = 340ºF

Set del trip por presión = 20 psig

Low Selector

I-7

CV SP = 17 psig PT-8215

PIC-8215

FH-82001

Gas combustible

V-1

Fundamentos de Control de Procesos Control de rango dividido v 1 v 2

v 1

v 2

wF u FC

Tabla v 1

u

FT v 2 q

Fundamentos de Control de Procesos Control de rango dividido UY

u

v 1

PC

v 2 v 1

PT

v 2

Reactor gaseoso

v 2

v 1

u Split range

Fundamentos de Control de Procesos Control split range TT

Reactor

TC TT

TC

UY

v 1

u Agua

v 2

v 1

v 1 v 2

u

v 2 Refrigerante


Preguntas sobre Estructuras de Control y la Operación


Discusión sobre casos específicos de las plantas de OXY

Fundamentos de Control de Procesos Para La Industria Petrolera - Operadores - OXY

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