MODOS DE CONTROL:S CONTROL:SINTONIA INTONIA DE CONTROLADORES PROFESOR: ING. EMERSON
COLLADO DOMINGUEZ
CONTROLADORES POR RETROALIMENTACION:MODOS DE CONTROL
EL CONTROLADOR ES EL CEREBRO DEL CIRCUITO DE CONTROL,EL CONTROLADOR ES EL DISPOSITIVO QUE TOMA LA DECISION EN EL SISTEMA DE CONTROL ,Y PARA HACERLO ,EL CONTROLADOR: 1.- COMPARA LA LA SEÑAL DEL PROCESO PROCESO QUE LLEGA DEL DEL TRANSMISOR ,LA VARIABLE QUE SE CONTROLA ,CONTRA EL PUNTO DE CONTROL Y 2.- ENVIA LA SEÑAL APROPIADA APROPIADA A LA VALVULA DE CONTROL CONTROL ,O CUALQUIER OTRO ELEMENTO FINAL DE CONTROL ,PARA MANTENER LA VARIABLE QUE SE CONTROLA EN EL PUNTO DE CONTROL . FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTROLADORES : CONSIDERESE EL CIRCUITO DE CONTROL DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR QUE SE MUESTRA EN LA FIGURA;SI LA TEMPERATURA DEL FLUIDO SOBREPASA EL PUNTO DE CONTROL,
EL CONTROLADOR DEBE DE CERRAR LA VALVULA DE VAPOR PUESTO QUE LA VALVULA DE AIRE PARA ABRIR , DEBE REDUCIR LA SEÑAL DE SALIDA DEL CONTROLADOR (PRESIÓN DE AIRE O CORRIENTE( VER LAS FLECHA EN LA FIGURA). PARA TOMAR ESTA DECISION EL CONTROLADOR DEBE ESTAR EN ACCION INVERSA O LLAMADO DECREMENTO ,ES DECIR CUANDO HAY UN INCREMENTO EN LA SEÑAL QUE ENTRA AL CONTROLADOR ,ENTONCES SE PRESENTA UN DECREMENTO EN LA SEÑAL QUE SALE DEL MISMO. VAPOR
TC
FLUIDO
TT
T(t) C INTERCAMBIADOR DE CALOR
T(t) C
CONDENSADO
MODOS DE CONTROL
POR RETROALIMENTACION TOMAN UNA DECISION PARA MANTENER EL PUNTO DE CONTROL ,ES MEDIANTE EL CALCULO DE LA SALIDA CON BASE EN LA DIFERENCIA ENTRE LAS VARIABLES QUE SE CONTROLA Y EL PUNTO DE CONTROL ,ASI TENEMOS LOS TIPOS DE CONTROLADORES O MODO DE CONTROL SIGUIENTES:
1.- CONTROL ON-OFF 2.- CONTROL PROPORCIONAL, P 3.- CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL,PI 4.- CONTROL PROPORCIONAL DERIVATIVO, PD 5.- CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO, PID
CONTROL ON-OFF
CONTROLADOR PROPORCIONAL(P): ES EL TIPO MAS SIMPLE DE CONTROLADOR ,LA ECUACION CON LA QUE SE DESCRIBE SU FUNCIONAMIENTO ES LA SIGUIENTE: donde : m(t)= m + Kc e(t) O m(t)= m + Kc(r(t)-c(t)) m(t) = salida del controlador ,psig ó mA r(t)= punto de control ,psig ó mA
c(t) =variable que se controla ,psig ó mA; esta es la señal que llega del transmisor . e(t) =señal del error ,psi ó mA;ésta es la diferencia entre el punto de control y la variable que se controla. Kc= ganancia del controlador ,psi/psi ó mA/mA m= valor base ,psig ó mA .El significado de este valor es la salida del controlador cuando el error es cero ;generalmente se fija durante la calibración del controlador ,en el medio de la escala 9 psig ó 12 mA.
LOS CONTROLADORES QUE SON UNICAMENTE PROPORCIONALES TIENEN LA VENTAJA QUE SOLO CUENTAN CON UN PARAMETRO DE AJUSTE Kc ,SIN EMBARGO ,ADOLECEN DE UNA DESVENTAJA,OPERAN CON UNA DESVIACION(OFFSET) Ó “ERROR EN EL ESTADO ESTACIONARIO “ EN LA VARIABLE QUE SE CONTROLA.
CONTROL PROPORCIONAL ,P INTEGRAL ,I DERIVATIVO ,D
EN LAS ECUACIONES DESCRITAS SE VE QUE LA SALIDA DEL CONTROLADOR ES PROPORCIONAL AL ERROR ENTRE EL PUNTO DE CONTROL Y LA VARIABLE QUE SE CONTROLA ;LA PROPORCIONALIDAD LA DA LA GANANCIA DEL CONTROLADOR ,Kc, CON ESTA GANANCIA O SENSIBILIDAD DEL CONTROLADOR SE DETERMINA CUANTO SE MODIFICA LA SALIDA DEL CONTROLADOR CON UN CIERTO CAMBIO DE ERROR ,SE ILUSTRA EN EL SIGUIENTE GRAFICO: controlador de accion directa
c (t)
controlador de accion inversa
1 mA punto de control
c( t)
1 mA punto de control
m(t)
14
Kc=2
13
Kc=1
12
12 m(t)
mA
mA
t
11
Kc=1
10
Kc=2
t
ALGUNOS FABRICANTES NO UTILIZAN EL TERMINO GANANCIA LA CANTIDAD DE SENSIBILIDAD DEL CONTROLADOR ,SINO QUE UTILIZAN EL TERMINO BANDA PROPORCIONAL ,PB.LA RELACION ENTRE LA GANANCIA Y LA BANDA PROPORCIONAL SE EXPRESA MEDIANTE: PB=100/Kc Por tanto la ecuacion del controlador proporcional sera: m ( t )
m
100 PB
( r ( t ) c( t ))
o m ( t )
m
100 B
e( t )
SE UTILIZA EL TERMINO 100 PORQUE LA PB SE CONOCE COMO PORCENTAJE DE LA BANDA PROPORCIONAL.
CONTROLADOR PROPORCIONAL-INTEGRAL( PI): ESTE MODO DE CONTROL SE AÑADE AL MODO PROPORCIONAL AFIN DE ELIMINAR LA DESVIACION( OFFSET) ,LLAMADO TAMBIEN ACCION INTEGRAL O DE REAJUSTE( RESET),LA ECUACION ES:
m ( t )
m
Kc ( r ( t )
c ( t ))
Kc τ
( r ( t )
c ( t )) dt
i
o m ( t )
m
Kce ( t )
Kc τ
e ( t ) dt
i
Donde i = Tiempo de integración o reajuste minutos /repetición. Por lo tanto el controlador tiene dos parametros Kc y i, que se deben de ajustar para obtener un control satisfactorio. Para entender el significado fisico del tiempo de reajuste,considerese el ejemplo hipotético que se muestra en la figura ,donde i es el tiempo que toma el controlador repetir la acción proporcional y en consecuencia las unidades son minutos/repetición . Tanto menor es el valor de i cuando mas pronunciada es la curva de respuesta, lo cual significa que la respuesta del controlador se hace más rápida.
CONTROL PROPORCIONAL ,P INTEGRAL ,I DERIVATIVO ,D
CONTROLADOR PROPORCIONAL DERIVATIVO (PD) : ESTE CONTROLADOR SE UTILIZA EN LOS PROCESOS DONDE ES POSIBLE UTILIZAR UN CONTROLADOR PROPORCIONAL ,PERO SE DESEA CIERTA CANTIDAD DE “ANTICIPACION” UNA DESVENTAJA DEL CONTROLADOR PD ES QUE OPERA EN LA VARIABLE QUE SE CONTROLA ,LA DESVIACION SOLO SE PUEDE ELIMINAR CON LA ACCION DE INTEGRACION ,SIN EMBARGO UN CONTROLADOR PD PUEDE SOPORTAR MAYOR GANANCIA ,LO CUAL PERMITE TENER MENOR DESVIACION SI SOLO USAMOS ACCION PROPORCIONAL. LA ECUACION DESCRIPTIVA ES:
m ( t )
m Kce ( t )
τ
D
de( t ) dt
C(t) mA
1 mA) punto de control
t
RESPUESTA DEL CONTROLADOR
Kc m(t)
PI
RESPUESTA DEL CONTROLADOR PROPORCIONAL
Kc
mA
i
t
ALGUNOS FABRICANTES UTILIZAN EL TERMINO DE RAPIDEZ DE REAJUSTE EN VEZ DE TIEMPO DE REAJUSTE,LA RELACION ES: i
= 1/ ,repeticiones/min = tiempo de reajuste = rapidez de reajuste R
i
R i
i
CONTROLADOR PROPORCIONAL-INTEGRAL-DERIVATIVO (PID): A LA ACCION PI SE AÑADE OTRO MODO DE CONTROL ,QUE ES LA ACCION DERIVATIVA ,TAMBIEN SE LE CONOCE COMO RAPIDEZ DE DERIVACION O PREACTUACION ;TIENE COMO PROPOSITO ANTICIPAR HACIA DONDE VA EL PROCESO, MEDIANTE LA OBSERVACION DE LA RAPIDEZ PARA EL CAMBIO DEL ERROR, SU DERIVADA .lA ECUACION DESCRIPTIVA ES : m ( t )
m Kce ( t )
Kc τ
i
e( t )dt Kcτ D
de( t ) dt
donde D ,rapidez de derivación,minutos A CONTINUACION SE UTILIZA UN INTECAMBIADOR DE CALOR AFIN DE MOSTRAR LA ACCION DE “ANTICIPAR HACIA DONDE VA EL PROCESO “ QUE ES LA ACCION DEL PID: SI SE SUPONE QUE LA TEMPERATURA DE ENTRADA AL PROCESO DISMINUYE CIERTA CANTIDAD Y LA TEMPERATURA DE SALIDA EMPIEZA A BAJAR ,EN EL TIEMPO ta (VER FIGURA) ,LA CANTIDAD DEL ERROR ES POSITIVA Y PUEDE SER PEQUEÑA ,LA ACCION DEL PI ES PEQUEÑA ,SIN EMBARGO,LA DERIVADA DEL ERROR ,LA PENDIENTE
CONTROLLER OUTPUT = (1/INTEGRAL) (Integral of) e(t) d(t)
Notice that the offset
DE LA CURVA DE ERROR ,ES GRANDE Y POSITIVA,LO CUAL HACE QUE LA ACCION DERIVATIVA SEA GRANDE . EN EL TIEMPO tb EL ERROR AUN ES POSITIVO Y MAYOR QUE ANTES :LA ACCION DEL PROPORCIONAL E INTEGRAL TAMBIEN ES MAS GRANDE QUE ANTES Y SE AÑADE AUN A LA SALIDA PARA ABRIR MAS LA VALVULA DE VAPOR;SIN EMBARGO LA DERIVADA DEL ERROR ES NEGATIVA ,LO CUAL SIGNIFICA QUE EL ERROR COMIENZA A DECRECER ;ES DECIR, LA VARIABLE QUE SE CONTROLA EMPIEZA A BAJAR EN EL PUNTO DE CONTROL .AL HACER ESTO SE TOMA MAS TIEMPO PARA QUE EL PROCESO REGRESE AL PUNTO DE CONTROL ,PERO DISMINUYEN EL SOBREPASO Y LAS OSCILACIONES ALREDEDOR DEL PUNTO DE CONTROL. LOS CONTROLADORES PID SE UTILIZAN EN PROCESOS DONDE LAS CONSTANTES DE TIEMPO SON LARGAS COMO CONTROLDE TEMPERATURA,CONCENTRACION.LOS PROCESOS EN QUE LAS CONSTANTES DE TIEMPO SON CORTAS (CAPACITANCIA PEQUEÑA) SON RAPIDAS Y SUSCEPTIBLES AL RUIDO DEL PROCESO ,SE DAN EN LOS CIRCUITOS DE FLUJO,PRESION DE LIQUIDOS.
LOS PROCESOS DONDE LA CONSTANTE DE TIEMPO ES LARGA (CAPACITANCIA GRANDE) SON GENERALMENTE AMORTIGUADOS Y EN CONSECUENCIA MENOS SUSCEPTIBLES AL RUIDO, POR TANTO EL PID SE RECOMIENDA PARA CIRCUITOS CON CONSTANTE DE TIEMPO LARGA EN LOS QUE NO HAY RUIDO. Ti (t) ,C
t
T(t), C
ta
tb
t
E (t)
ta
tb
t
SINTONIA DE CONTROLADORES
RESPUESTA DE ASENTAMIENTO DE UN CUARTO MEDIANTE EL METODO DE LA GANANCIA ULTIMA: ESTE METODO ,UNO DE LOS PRIMEROS , TAMBIEN SE CONOCE COMO METODO DE CIRCUITO CERRADO O AJUSTE EN LINEA,FUE PROPUESTO POR ZIEGLER Y NICHOLS,CONSTA DE DOS PASOS: PASO1 : DETERMINACION DE LAS CARACTERISTICAS DINAMICAS O PERSONALIDAD DEL CIRCUITO DE CONTROL. PASO2 : ESTIMACION DE LOS PARAMETROS DE AJUSTE DEL CONTROLADOR CON LOS QUE SE PRODUCE LA RESPUESTA DESEADA PARA LAS CARACTERISTICAS DINAMICAS QUE SE DETERMINARON EN EL PRIMER PASO. EN ESTE METODO,LOS PARAMETROS MEDIANTE LOS CUALES SE REPRESENTAN LAS CARACTERISTICAS DINAMICAS DEL PROCESO SON : LA GANANCIA ULTIMA DE UN CONTROLADOR PROPORCIONAL Y, EL PERIODO ULTIMO DE OSCILACION .
ESTOS 2 PARAMETROS SE PUEDEN OBTENER EN FORMA EXPERIMENTAL: 1.- SE DESCONECTAN LAS ACCIONES INTEGRAL Y DERIVATIVO DEL CONTROLADOR POR RETROALIMENTACION ,DE MANERA QUE SE TIENE UN CONTROLADOR PROPORCIONAL. 2.- CON EL CONTROLADOR EN AUTOMATICO (CIRCUITO CERRADO) SE INCREMENTA LA GANANCIA PROPORCIONAL (O SE REDUCE LA BANDA PROPORCIONAL) ,HASTA QUE EL CIRCUITO OSCILA CON AMPLITUD CONSTANTE ,SE REGISTRA ESTE VALOR COMO Kcu ,GANANCIA ULTIMA . 3.- DEL REGISTRO DE TIEMPO DE LA VARIABLE CONTROLADA,SE REGISTRA Y MIDE EL PERIODO DE OSCILACION COMO Tu,PERIODO ULTIMO. SE ESPECIFICA LA RAZON DE ASENTAMIENTO( DISMINUCION GRADUAL) DE UN CUARTO ,QUE VIENE A SER LA RAZON DE AMPLITUD ENTRE DOS OSCILACIONES SUCESIVAS . EN CUANTO SE DETERMINAN LA GANANCIA ULTIMA Y EL PERIODO ULTIMO SE UTILIZAN LAS FORMULAS SIGUIENTES AFIN DE DETERMINAR LOS PARAMETROS DE AJUSTE O SINTONIA DEL CONTROLADOR:
RAZON DE ASENTAMIENTO DE UN CUARTO GANANCIA ULTIMA, Kcu PERIODO ULTIMO, Tu
FORMULAS PARA AJUSTE DE RAZON DE ASENTAMIENTO DE UN
CUARTO:
TIPO DE CONTROLADOR
PROPORCIONAL
P
GANANCIA PROPORCIONAL Kc
Kcu/2
TIEMPO DE INTEGRACION τ
i
_
PROPORCIONAL- PI INTEGRAL
Kcu/2.2
Tu/1.2
PROPORCIONAL- PID INTEGRALDERIVATIVO
Kcu/1.7
Tu/2
TIEMPO DE DERIVACION τ
D
_ _
Tu/8
OPTIMIZACIÓN DEL LAZO DE CONTROL
Consideraciones Técnicas
La Eficiencia de planta y la Calidad consistente del producto dependen de un correcto desempeño del Lazo de Control, pero la Sintonía del Controlador, es sólo el último paso
Pasos para Optimizar el Lazo Antes de Sintonizar Buscando las Causas Como Sintonizar un Lazo de Control
Antes de Sintonizar
“ Para Obtener los mejores Beneficios, debemos Definir los Objetivos y Conocer las Limitaciones de los Equipos “
1.- Ganancia del Proceso Está dimensionada correctamente la válvula de control ? A menudo, las válvulas están sobredimensionadas. Si esto es así, la salida del controlador estará en un extremo del rango cuando el lazo está en automático. Además, el sobredimensionamiento de la válvula amplificará nolinealidades tales como histéresis, stiction, respuestas diferentes a pequeños y grandes cambios, y operación cerca del asiento. La ganancia de proceso deberá estar entre 0.3 y 3. La ideal es 1. Una ganancia de proceso bastante alta no permitirá trabajar a la válvula a su máximo potencial: el controlador tendrá que ser sintonizado con una pequeña ganancia proporcional.
2.- Histéresis / Stiction La válvula de control tiene histéresis/stiction dañiños ? La histéresis es una dificultad, pero el stiction es realmente el problema principal. El stiction (stick + friction) ocurre en la válvula cuando el obturador y el asiento ó el vástago y los empaques se “pegan” ó friccionan. La histéresis debe ser menos de 3%, y significantemente menos si el lazo debe ser ajustamente sintonizado. El stiction deberá ser menos que 1% y por lo general 1% es demasiado.
3.- Sensor / Transmisor
Está el sensor de medición trabajando apropiadamente ? De la experiencia, los números tienen sentido ? Por ejemplo, es el tiempo muerto bastante pequeño ? Si un transmisor no es apropiadamente instalado, el tiempo muerto puede ser demasiado largo; si un filtro es adicionado en el transmisor, el tiempo muerto equivalente podría ser mas largo.
4.- La Banda de Ruido Hay una excesiva cantidad de ruido en el lazo ? Cuando las perturbaciones ocurren demasiado rápidos para ser eliminado por el controlador PID, ellas son llamadas ruido. El filtrado puede ayudar. El filtro deberá ser lo bastante pequeño para no incrementar el tiempo muerto equivalente y lo bastante grande para reducir el ruido Seleccionar la constante de tiempo del filtro es un compromiso entre incrementar el tiempo muerto equivalente y reducir la cantidad de ruido. Cuando el ruido es reducido, la salida del controlador es más lisa.
5.- No-linealidades
Cuán no-lineal es el lazo ? Un lazo es no-lineal cuando la ganancia de proceso varía. Todos los lazos son algo no-lineales. Es el grado de no-linealidad el que nos interesa. Si la ganancia del lazo varía por un factor de más de dos ó tres, entonces una linealización ayudará a optimizar el lazo.
6.- Asimetría
Responde el lazo en forma diferente en una dirección que en la otra ? A menudo, una válvula responde más rápidamente en una dirección que en otra. Además, en procesos de temperatura usando un fluído para adicionar calor y otro para extraer calor, los dos fluídos son diferentes y las características del proceso son diferentes.
7.- Sintonía Está el lazo óptimamente sintonizado ? Si el lazo es sintonizado agresivamente para minimizar el error, la robustez es pequeña; si el lazo es sintonizado tardíamente para reducir la variabilidad, el tiempo de recuperación después de un disturbio es largo. Los parámetros de sintonía son seleccionados para hacer un compromiso entre la robustez y su rendimiento.
Buscando las Causas
“ Diagnosticar el Comportamiento del Lazo para Encontrar y Corregir problemas con los Elementos de Control Final, el Ambiente y los Sistemas Aguas Arriba antes Sintonizar el Controlador “
Las Pruebas Las pruebas son desarrolladas colectando datos con el controlador en modo automático bajo condiciones normales de operación, luego introducimos un cambio tipo escalón en el setpoint. Para un mejor diagnóstico los datos pueden ser colectados con el lazo en modo manual para comparación .
Cuando se colecte los datos, el tiempo de captura de datos deberá ser mas pequeño o igual que el tiempo de actualización de datos en el controlador y el tiempo de actualización debería ser más pequeño que el equivalente tiempo muerto del lazo.
Los datos colectados mostrarán el rango de operación y el desempeño del elemento final de control. Está la salida de control operando en un extremo del rango ? Está la válvula operando cerca del asiento ? La salida del controlador cambia por una cantidad pequeña ? Si eso es así, la válvula ó el elemento de control final podría necesitar ser redimensionada para dar una mejor resolución a la salida del controlador
El lazo oscila ? Si el lazo oscila en automático pero no en modo manual, la causa de la oscilación es el lazo cerrado. La oscilación podría ser debido a la histéresis, no-linealidades ó pobre sintonía. Una oscilación en un lazo lineal por pobre sintonía, aparecerá sinusoidal. Una oscilación de forma de diente de sierra puede ser causado por stiction ó por nolinealidad. La oscilación debido a la histéresis usualmente tiene un período mas largo cuando la variable de proceso está cerca del setpoint. Como el error es reducido los cambios de la salida del controlador es gradualmente reducido y el efecto de la histéresis llega a ser más importante
Investigando la Oscilación
Las pruebas fueron ejecutadas sobre un lazo de control de presión en una planta de papel donde los operadores se quejaban del pobre rendimiento, oscilación e inestabilidad. El lazo tomó más de 30 segundos para alcanzar el nuevo valor después de un cambio de setpoint. Este lazo no podía ser estabilizarse. Primero, el lazo fue observado por dos minutos en automático. La variabilidad fue 0.59% y las oscilaciones estaban presentes a 30 segundos y 5 segundos. Si el lazo estuviera apropiadamente sintonizado manejará la oscilación de 30 segundos, pero la oscilación de 5 segundos es demasiado rápido y deberá ser eliminado en su origen.
Segundo, los datos de la variable de proceso fueron primero, el lazo fue observado por dos minutos en automático. La variabilidad fue 0.59% y las oscilaciones estaban presentes a 30 segundos y 5 segundos. Si el lazo estuviera apropiadamente sintonizado manejará la oscilación de 30 segundos. Pero la oscilación de 5 segundos es demasiado rápido y deberá ser eliminado en su origen. La oscilación puede además ser debido a disturbios periódicos de la carga. Es importante identificar y minimizar ó eliminar desórdenes cíclicos. No esperemos al controlador para eliminar los desórdenes cíclicos causados aguas arriba a menos que la oscilación sea lenta en comparación con la dinámica del lazo. Se puede necesitar correr la densidad espectral de energía sobre los lazos aguas arriba, uno a la vez. .
empezando de desde el más lejano hasta que la fuente de oscilación sea encontrada. Buscar una espiga en la densidad espectral de energía a la misma frecuencia como la oscilación en el lazo. Un análisis cruce-correlación puede ayudar a dar con el lazo que estamos buscando. En este lazo de vapor , la oscilación de 5 segundos fue de una válvula de alivio, que fue inspeccionada en la siguiente parada de planta.
START WITH SETPOINT
CONSTANT SETPOINT
POWER SPECTRAL DENSITY
Suavizando la Respuesta de Salida Cuando alguna oscilación ha sido minimizada en modo manual, tomar un nuevo conjunto de lecturas en automático. El controlador incrementa ó disminuye su rendimiento ? Es la variabilidad más grande en modo automático ? Las oscilaciones aparecen en modo automático ? Como está el ruido en la señal de medición ? Si el ruido es mas grande que 2 – 3%, un filtro puede mejorar el control. Desde que la acción derivativa de un controlador PID trabaja sobre la derivada de la señal, cualquier ruido en el proceso es altamente amplificado cuando la acción derivativa es usada. Un filtro puede permitirnos adicionar derivativa al lazo, el cual puede significantemente mejorar el rendimiento.
Chequear la ganancia del proceso. En este caso el proceso responde bien y el ruido es pequeño, pero la ganancia de proceso es muy alta. Mientras que el cambio en la salida del controlador es 3%, el cambio de la variable del proceso es 23%. La ganancia de proceso es alrededor de 8, y esto es definitivamente demasiada alta. En modo manual, chequear la histéresis y stiction del lazo. Para check de la histéresis, hacer varios cambios a la salida del controlador: dos pasos en una dirección y un paso en la otra. Finalmente, para detectar el stiction, hacer cuatro pasos muy pequeños. Usando los datos, correr un check de histéresis sobre el lazo.
La ganancia de proceso es alrededor de 8, y esto es definitivamente demasiada alta. En modo manual, chequear la histéresis y stiction del lazo. Para check de la histéresis, hacer varios cambios a la salida del controlador: dos pasos en una dirección y un paso en la otra. Finalmente, para detectar el stiction, hacer cuatro pasos muy pequeños. Usando los datos, correr un check de histéresis sobre el lazo. Si la histéresis es más de 1% para válvulas con posicionadores y 3% para válvulas sin posicionadores. Se deberá reparar ó cambiar el equipo. Histéresis de 1-4% degrada el desempeño del lazo, mientras que con una sintonía ajustada, histéresis más grande que 3% causa oscilaciones. La prueba del stiction, una serie de pequeños pasos (0.5%) en la salida del controlador, mostrará la cantidad de cambio necesitado antes que la válvula se mueva ( como lo indica un cambio en la variable de proceso).
NOISE AND GAIN
HYSTERESIS CHECK
Es Lineal ? Para determinar la linealidad, correr el lazo en manual ó en automático, y dejarlo establecerse a varias diferentes ubicaciones en el rango de salida del controlador. Si está en modo manual. Pasos de 15% iniciando a 5% trabaja bien, por ejemplo, a 5%, 20%,35%, 50%, 65% y 95%. Se puede correr esta prueba en automático si tanto la medición y la salida alcanzan una condición estabilizada total después de cada paso. Si en modo automático el setpoint deberá ser variado de un mínimo a un máximo permisible. De hecho, este paso no es siempre posible. Ello puede ser obviado por consideraciones de proceso estar seguro cuando sintonizar el controlador. Un factor de seguridad es usualmente usado cuando seleccionamos los parámetro de sintonía si el comportamiento del proceso es desconocido el rango de los pasos previos.
Graficar las características características de proceso de los datos colectados en varias áreas estabilizadas. ¿Cuan lineal es el proceso? Buscar las áreas de la más baja y la más más alta slope slope.. El slope slope más bajo bajo es la la ganancia ganancia más más baja; la más alta es la ganancia más grande. La relación de la ganancia ganancia más más alta a la la ganancia ganancia más más baja deber deberá á ser no más de tres y preferibleme preferiblemente nte menos de dos. Si la relaci relación ón es más más alta que que tres , se deber deberá á adici adicionar onar (o (o modificar algún existente caracterización de la salida al lazo, que calcule los valores del par X-Y o usar una ecuación para compensar la ganancia. Un caracterizados de salida puede beneficiar grandemente a un lazo de control de rango compartido.
Un caracterizados de salida puede beneficiar grandemente a un lazo de control de rango compartido. Los lazos de rango compartido alternan en tres dos o más válvulas válvu las dependi dependiendo endo de la salida salida del del controla controlador dor – por ejemplo, debajo del 50% de la salida el lazo esta enfriando con agua fria o aceite intercambiado de calor; encima del 50% el el está cale calentado ntado con con vapor, vapor, agua agua caliente caliente o aceit aceite e calentado. Estos lazos son solamente altamente no lineales. No usar un caract caracteriz erizador ador de salida salida para para linealiz linealizar ar lazo lazos s de pH – est estos os requ requier ieren en cara caracte cteriz rizaci ación ón de ent entrad rada. a. Con Con tale tales s lazos usar un programa de ganancia basado en la variable de proceso o el error.
LINEARIZATION LINEARIZATIO N CHECK
Chequear Simetría Chequear para la asimetría en modo automático y manual, ejecutar las pruebas de paso en dirección opuesta en las del último paso o, preferiblemente, repetir los pasos en la dirección opuesta. El proceso responde diferentemente en la dirección opuesta. El proceso responde diferentemente en la dirección hacia arriba que en la de hacia abajo ? Si eso es así, podemos reducir o eliminar la discrepancia ? La asimetría ocurre , por ejemplo, con un resorte y la válvula de diafragma, donde la presión es aplicada para mover la válvula en una dirección y el resorte es usado en la otra dirección. Si no se puede eliminar la asimetría, podemos usar la simetría más conservadora un algoritmo especial que sintonize el controlador de forma diferente dependiendo de la dirección.
Basado en las pruebas anteriores , podemos necesitar hacer mantenimiento a la válvula, adicionar filtrado, linealizar el lazo, reparar o hacer mantenimiento al sensor, o identificar y eliminar los desórdenes oscilantes aguas arriba.
Como Sintonizar un Lazo
“ La Correcta Aproximación puede Reducir la Variabilidad , Acortar el Tiempo de Respuesta e Incrementar la Robustez “
Que es PID ? PID es establecido para Proporcional, Integral y Derivativo. Los controladores son diseñados para eliminar la necesidad de la atención continua del operador. Los controladores son usados para ajustar automáticamente alguna variable manipulada para mantener la medición (o variable de proceso) en el setpoint. El setpoint es el lugar donde se desearía que la medición esté. El error es definido como la diferencia entre el setpoint y la medición. (error) = (setpoint) – (medición) La variable a ser ajustada es llamada variable manipulada, la cual usualmente es la salida del controlador.
La salida de los controladores PID cambiará en respuesta a un cambio en la medición o en el setpoint. Los fabricantes de controladores PID utilizan diferentes nombres para identificar los tres modos. Estas ecuaciones muestran las relaciones: P Banda Proporcional = 100/ Ganancia I Integral = 1/Reset (unidades de tiempo) D Derivativa = Rate = Pre-Act (unidades de tiempo) Dependiendo de los fabricantes, la integral o acción reset es puesto en tiempo/repetición o repetición/tiempo. Derivativo y rate son lo mismo.
Banda Proporcional Con la banda proporcional, la salida del controlador es proporcional al error o a un cambio en la medición. (salida del controlador) = (error)*100/(banda proporcional) Con un controlador proporcional el offset (desviación del setpoint) está presente. Incrementando la ganancia del controlador hará al lazo sea inestable. La acción integral fue incluída en los controladores para eliminar este offset.
Integral Con la acción integral, la salida del controlador es proporcional a la cantidad de tiempo que el error está presente La acción integral elimina el offset. (salida del controlador) = (1/INTEGRAL)∫e(t)d(t) La respuesta puede ser algo oscilatoria y pueda estabilizarse algo Adicionando acción derivativa.
Derivativa Con la acción derivativa, la salida del controlador es proporcional a la velocidad de cambio de la medición o error. La salida del Controlador es calculada por el cambio de la medición con el tiempo (salida del controlador) = (DERIVATIVA) de(t)/d(t) La acción derivativa puede compensar una medición cambiante. La acción derivativa inhibe más rápidamente los cambios de la medición que la acción proporcional.
Sintonía del Lazo de Control Es importante tener en mente que el conocimiento del proceso es fundamental para obtener un lazo de control bien diseñado. Los sensores deben estar en apropiadas ubicaciones y las válvulas deben estar correctamente dimensionadas con un adecuado trim. En general, para un lazo de control bien ajustado, la ganancia dinámica del controlador deberá ser tan alta posible sin causar inestabilidad en el lazo.
Regla de la Sintonía Fina La figura nos muestra los efectos de un controlador PI con demasiado o poca acción P o I. El óptimo es el rojo. Podemos usar la figura para reconocer la forma de lazo sintonizado óptimamente. Además ver la forma de la respuesta del lazo co P o I bastante alto o bajo. Para lograr esta respuesta comparar, poner el controlador en maual y cambiar la salida 5 o 10%, entonces el retornar al controlador en modo automático. P está en unidades de banda proporcional. I está en unidades de tiempo/repetición. Tal que incrementando P o I, disminuye su ación en la figura.
Starting PID Settings For Common Control Loops
