T1. Sistemas de control realimentado ●
Objetivos ● ● ● ● ● ●
Control manual / automático Notación Control automático: componentes Regulación / Servocontrol Panel de mandos de un controlador básico Acción directa / inversa
Supongamos la siguiente situación: ¿Qué puede suceder? Entrada de líquido
Opciones Si la cantidad de líquido que sale:
Salida de líquido
Válvula
a. Es men menor or que la que en entr tra: a: el depósito se desbordará b. Es igual a la que entra entra:: el nivel se mantiene constante c. Es ma mayor yor que lo que en entr tra: a: el depósito se vacía (el nivel diminuye)
¿Qué nos interesa? 1. 2. 3. 4.
Entrada de líquido
Evitar el desbordamiento Mantener el nivel constante Aumentar el nivel Disminuir el nivel
¿Cómo podemos lograr esto? Salida de líquido Válvula
1. Una persona que constantemente vigile el depósito 2. Un dispositivo automático que haga la función de esa persona que vigila el depósito
Control manual 1/2
4
Control manual 2/2
5
Control automático (1/2)
Medir Comparar Decidir Actuar
Proceso
Medir
LT
Comparar Decidir
LC
Actuar 6
Control automático en lazo cerrado ●
●
La acción de control (excitación del sistema) depende de la reacción (respuesta de la salida del sistema) en cada instante de tiempo La salida se compara con el valor deseado y la diferencia entre ambas (error) se utiliza para actuar sobre el proceso con el fin de reducir el error y llevar la salida al valor deseado.
Realimentación (feedback)
Caso de uso: intercambiador de calor
https://www.youtube.com/watch?v=rL1pPvxZAsU
Caso de uso: intercambiador de calor Corriente de Proceso Ti(t) (Temperatura de entrada ) frio ●
Propósito del equipo: ●
●
●
Vapor INTERCAMBIADOR DE CALOR
T(t) (Temperatura de salida) caliente
Condensado
Calentar el fluido del proceso desde una temperatura de entrada Ti(t) hasta un valor determinado de la temperatura de salida T(t), utilizando vapor que llega al intercambiador a través de una válvula de paso.
Hay muchas variables que pueden cambiar provocando que la temperatura de salida se desvíe del valor deseado. Objetivo: ●
Controlar la temperatura de salida del proceso en el valor deseado tomando alguna acción que corrija estas desviaciones.
Control manual
Comparar Decidir
Actuar
Corriente de Proceso Ti(t) (Temperatura de entrada ) ●
Vapor INTERCAMBIADOR DE CALOR
Observar
T(t) (Temperatura de salida)
Observar (medir) la temperatura T(t), comparar con
el valor deseado. A partir de esta comparación, decidir cómo corregir la posible desviación de forma manual y actuar sobre la válvula de acuerdo a la decisión adoptada. ●
En plantas de proceso existen cientos de variables que se deben mantener en valores determinados --> Inviable.
Control automático Comparar
Actuar TC
Corriente de Proceso Ti(t) (Temperatura de entrada )
●
Sensor: ●
●
INTERCAMBIADOR DE CALOR
TT
Observar
T(t) (Temperatura de salida)
Mide (observa) la temperatura de salida de la corriente de proceso.
Controlador: ●
●
Vapor
Decidir
Recibe la señal de temperatura, la compara con el valor deseado y decide qué hacer sobre el actuador en función de dicha comparación.
Actuador (elemento final de control): ●
A partir de la señal generada por el controlador, modifica el caudal de vapor. En este ejemplo es una válvula.
Notación: CV TC
Corriente de Proceso Ti(t) (Temperatura de entrada )
●
Vapor INTERCAMBIADOR DE CALOR
TT
T(t) (Temperatura de salida)
Variable Controlada (CV) o Variable de Proceso (PV) ●
Variable del proceso que debe mantenerse o controlarse en algún valor deseado.
Notación: SP TC
Corriente de Proceso Ti(t) (Temperatura de entrada )
●
Vapor INTERCAMBIADOR DE CALOR
TT
T(t) (Temperatura de salida)
Punto de consigna o Set Point (SP) o referencia ●
Valor deseado para la variable controlada
SP
Notación: MV TC
Corriente de Proceso Ti(t) (Temperatura de entrada )
●
Vapor INTERCAMBIADOR DE CALOR
TT
T(t) (Temperatura de salida)
Variable Manipulada (MV) o Salida a Proceso (OP) ●
Variable que se manipula para mantener la variable controlada en su punto de consigna
Notación: DV TC
Corriente de Proceso Ti(t) (Temperatura de entrada )
●
Vapor INTERCAMBIADOR DE CALOR
TT
T(t) (Temperatura de salida)
Variable de Perturbación (DV) ●
●
Variable que puede provocar una desviación de la variable controlada respecto al punto de consigna (y que no puedo manipular) Puede haber muchas: –
Temperatura de entrada, Caudal de fluido de proceso, Calidad del vapor, Condiciones ambientales, Ensuciamiento del intercambiador, etc.
Diagrama de bloques Variable manipulada
Señal de control Entrada al proceso MV (Manipulated-Variable) OP (Output to Process)
Referencia
Valor deseado Consigna SP (Set-Point)
w
Controlador
+
u
-
Representación del sistema
Perturbaciones
DV (Deviation Variable)
d
Proceso
y Variable controlada
Salida del proceso CV (Controlled Variable) PV (Process Variable)
Control automático: componentes Variables para actuar
Valores Deseados
Regulador
Actuador
Variables a controlar
Proceso
Valores medidos ●
Sensor/Transmisor ●
●
Mediciones; ejemplos: caudal, presión, temperatura, pH
Regulador (o controlador) ●
●
Sensor Transmisor
Lee los valores deseados, los medidos y con ellos calcula valores a aplicar al sistema según el objetivo fijado
Actuador ●
Suministro de energía o material al proceso según los cálculos del controlador
Ventajas e inconvenientes ●
Ventajas: ● ●
●
Es una técnica muy sencilla. Compensa cualquier tipo de perturbación que afecte a la variable controlada, independientemente del origen de dicha perturbación.
Inconvenientes: ●
Compensa la perturbación después de afectar a la variable controlada, es decir, una vez que la perturbación se ha propagado por todo el proceso.
Control regulatorio vs. servocontrol ●
Control regulatorio ●
Ti(t)
T(t)
Su objetivo es mantener el valor de la variable controlada en un valor fijo, compensando el efecto de posibles perturbaciones. Perturbación en la entrada (aumento temperatura Ti(t))
La variable controlada retoma su valor deseado Temperatura de salida
% Apertura de válvula
Control regulatorio vs. servocontrol ●
Servocontrol ●
Sistema de control diseñado principalmente para que el valor de la variable controlada siga las variaciones en el punto de consigna o set point. Modificación en el punto de consigna T(t)
%
La temperatura alcanza su nuevo valor Temperatura de salida
Apertura de válvula
Controladores básicos ●
El controlador es el ”cerebro” del lazo de control, siendo el dispositivo que toma las decisiones: ●
●
Compara la señal de la variable controlada con el set point. Envía la señal apropiada al elemento final de control que corresponda (por ejemplo, una válvula). Salida al elemento final de control Set point
TC
Señal de la variable controlada
Panel de mandos de un controlador
Indicador valor de la variable controlada (PV) Indicador del valor del Set Point (SP) Modificador del Set Point
Conmutador AUTOMÁTICO/MANUAL –AUTOMÁTICO: el controlador decide el valor de la variable manipulada –MANUAL: el valor de la variable manipulada se fija de forma manual
Acción directa vs. inversa ●
Controlador con acción inversa Controlador que ante un incremento positivo (+) de la variable controlada, responde con un incremento negativo (-) de la variable manipulada. ● Ejemplo: en el intercambiado de calor, si sube (+) la temperatura de salida, el controlador debe reducir (-) la apertura de válvula para dejar pasar menos vapor y restablecer el valor de salida. ●
Incremento positivo (+) variable controlada T(t) Temperatura de salida
%
Incremento negativo (-) variable manipulada Apertura de válvula %
●
Acción directa vs. inversa Controlador con acción directa Controlador que ante un incremento positivo (+) de la variable controlada, responde con incremento positivo (+) de la variable manipulada. ● Ejemplo: En un sistema de control de nivel, si sube (+) el nivel de líquido por un aumento del caudal de entrada, el controlador debe aumentar (+) la apertura de válvula para restaurar el nivel inicial. ●
qi(t),m3/h Caudal de entrada
Incremento positivo (+) variable controlada (nivel del líquido)
LT
LC
Incremento positivo (+) variable manipulada (apertura de válvula) qo(t),m3/h
