1_CONTROLADORES
-
Upload
luis-aguero -
Category
Documents
-
view
213 -
download
0
Transcript of 1_CONTROLADORES
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
1/66
CONTROLADORES
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
2/66
• Seguridad y estabilidad
• Cumplimiento de Normativa medioambiental
• Ajuste a la calidad y cantidad demandada
• Funcionamiento cercano al óptimo Menor coste y máximo beneficio
Objetivo del Control de Procesos
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
3/66
Se busca para los sistemascontrolados:
• Estabilidad
• Mayor Velocidad
• Menor error
Objetivo del Control de Procesos
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
4/66
Sistemas de Control
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
5/66
Sistemas de Control
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
6/66
Sistemas de Control
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
7/66
Sistema con Realimentación
(Feedback)
Proceso
Variablecontrolada y
Señal demando m
E.F.C.
Variablemanipulada
Medición yTransmisión
Ley de
Control
r
+-
Detectorde error
error
Variablede proceso
CONTROLADOR
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
8/66
Sistemas de Control
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
9/66
Control regulador y servocontrol
TIPOS DE CONTROL
Control regulador : son sistemasdiseñados para compensar las
perturbaciones a la que puede estarsometida la variable controlada.
Servocontrol: Son sistemasdiseñados para que la variable
controlada se ajuste al valor delsetpoint
REGULADOR
SERVOCONTROL
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
10/66
PUNTOS A TRATAR:
CONTROLADORES
• Concepto
• Algoritmos de Control
Control On-Off Control On-Off Duplex Control de tres posiciones Control de tiempo proporcional
Control Proporcional Control Proporcional + Integral (PI) Control Proporcional + Integral + Derivativo (PID) PID A & PID B PD con Reset Manual
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
11/66
Puntos a tratar: Controladores
• Algoritmos de Salida
SPDT Relay DPDT Relay Posición Proporcional Corriente Proporcional
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
12/66
Controladores: Conceptos
Controlador:
• Es el “cerebro” del sistema de control, seencarga de comparar la variable deproceso con el SP y decidir que debe hacerel EFC para que ambas variables sean
iguales, es decir, el error sea cero.
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
13/66
Controladores: Conceptos
Controlador:
• COMPARAR
• DECIDIR
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
14/66
Control On-Off (Todo o nada)
El Control On-Off (Todo o Nada): es aquel en el cual elelemento final de control (E.F.C.) se mueve de una posiciónextrema a la otra y viceversa, para un valor determinado de lavariable controlada.
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
15/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
16/66
Control On-Off (Todo o nada):
Ni con el mejorcontrolador alcanzaráun comportamiento
satisfactorio
En general se diceque el sistema está
bien diseñado
Si se cumple No se cumple
El proceso deberíaser redimensionado
Ya que
El E.F.C está en Onentre un 40 y un60% del tiempo
IMPORTANTE
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
17/66
Control On-Off (Todo o nada):
Criterios de aplicación del control On-Off:
•Suele aplicarse cuando el proceso tiene: Baja velocidad de reacción, es decir, un retardo dinámico
elevado, como los procesos térmicos. En control de flujo no
se aplica.
Poco tiempo muerto o retardo velocidad-distancia.
Perturbaciones de pequeña magnitud y/o baja frecuencia.
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
18/66
Puede presentar oscilaciones a relativa alta frecuencia
Desventaja
Para evitarla
Se agrega unadiferencia entre los
puntos de encendido y
apagado
Se diseña Control On-Off con Banda Diferencial
Solución
Provoca
Que no exista continuidadoperativa del sistema,alejándolo del objetivo
deseado
Control On-Off (Todo o nada):
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
19/66
Control On-Off con Banda Diferencial (D):
%m
%VP%SP0 100
0
100
Acción Directa
%m
%VP%SP0 100
0
100
Acción Inversa
Si VPSP + D/2 %m=100
Si VP>SP+D/2 %m=0Si VP
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
20/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
21/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
22/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
23/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
24/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
25/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
26/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
27/66
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
28/66
Control de tres posiciones
• Permite controlar una válvula (u otro actuador) con unmotor eléctrico controlado por dos reles de salida delcontrolador.
• Las tres posiciones suelen usarse para por ejemplo,hacer girar el motor a la derecha, a la derecha odetenerlo
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
29/66
)t(eK )t(m C
Representación en diagrama de bloques cuando existe
un error E constante a su entrada.
K E c
e(t) m(t)
SEÑAL DE ERROR SEÑAL DE SALIDA DE CONTROLADOR
KC
E
e(t) m(t)
La Salida del Controlador es Algebraicamente
proporcional a la señal de error.
Control Proporcional
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
30/66
mo)vpsp(K )t(m C
0C m)t(eK)t(m
En la práctica se emplea:
Reset Manual (m0): Es la salida del
controlador cuando el error es cero
KC +
++
-
m(t)
VP
mo
SP
Control Proporcional
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
31/66
La acción directa provoca que la salida cambie en lamisma dirección que el cambio en el error, lo que implicaque un cambio positivo en el error provoca un cambiopositivo en la salida.
APA
VP
m
e(t) = VP(t) – SP(t)
Acción Directa
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
32/66
La acción inversa crea un cambio inverso en la salida,lo que implica que un cambio positivo en el error generaun cambio negativo en la salida.
APA
VP
m
e(t) = SP(t) – VP(t)
Acción Indirecta
CONTROL PROPORCIONAL “P”
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
33/66
CONTROL PROPORCIONAL P
Prof. Giovanni GhelfiProf. Oriana Barrios
mo)SPVP(K )t(m C
error
(-)
error
(+) E = 0
m max
m min
m(t)
sp(t)
vp(t)
VP min
Kc
VP máx
m 0
minmax
minmax
CVPVP
mmK
Control Proporcional: Acción Directa
CONTROL PROPORCIONAL “P”
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
34/66
CONTROL PROPORCIONAL P
Banda Proporcional Es el cambio de la variablede proceso (Vp) necesaria para provocar un recorrido
completo del elemento final de control.
1000
100
S a l i d a d
e l C o n t r o l a d o r
m(t) %
VP(t) % 0 %SP
%m0
Kc = 1BP= 100%
Variable de Proceso
C
PK
100B%
Muchos fabricantes
utilizan el término Banda
Proporcional (BP) en vez
de ganancia (Kc) para
designar la sensibilidad
del controlador.
Control Proporcional: Acción Directa
CONTROL PROPORCIONAL “P”
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
35/66
100
100
80
80
60
60
50
50
40
40
20
20
0
0
% VARIABLE DE PROCESO (%VP)
PUNTO DE AJUSTE
% S
A L I D A D E L C O N T R O L A
D O R ( % m )
CONTROL PROPORCIONAL P
100%100%
Efectos de Cambio en la Banda Proporcional
Suponiendo:
SP = 50%
m0 = 50%
Banda Angosta
Banda Moderada
Banda Ancha
Si la BP=100%
Si la BP100%
60% 60%20%20%
110%
110%
CONTROL PROPORCIONAL “P”
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
36/66
100
100
80
80
60
60
50
50
40
40
20
20
0
0
% VARIABLE DE PROCESO (VP)
PUNTO DE AJUSTE
% S
A L I D A D E L C O N T R O L A D O
R ( m )
CONTROL PROPORCIONAL P
Efectos de cambios del reset manual para un
controlador proporcional y de acción inversa
Caso A:
Sp=40% mo=50% %Bp=40
Caso B:Sp=40% mo=80% %Bp=40
Caso C:
Sp=40% mo=20% %Bp=40
A
40%
B
40%
C 40%
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
37/66
Resumen Control Proporcional
NO asegura que la variable controlada alcance siempre el valorprefijado de punto de ajuste
Se emplea para estabilizar una medición de un proceso Para Kc altas o %BP pequeñas, se obtiene una acción de control
rápida y desviaciones menores Para Kc pequeños o %BP grandes , se obtiene una acción de
control lenta y desviaciones mayores Para Kc muy altas se puede obtener oscilación grandes en la
variable controlada Se recomienda un controlador Proporcional cuando
Cuando no hay cambios de carga rápidos, ni muygrandes.
Retardos de transportación pequeño Tiempos muertos pequeños
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
38/66
Reconocer el error y tiempo de duración del mismo Mientras persistas el desvío, el E.F.C. cambiará su
posición hasta que se logre anular el desvío
Cuando se alcanzó el equilibrio esto es SP=VP, lasalida del controlador puede tener cualquier valor
UTILIDAD:
Control Proporcional Integral
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
39/66
mod)(K [)]t(K [)t(m ]ee t
oiC
SP
VP
E PROPORCIONAL M
INTEGRAL
Ki
Kc moE
to
t
e(t)
to
t
K E i t
m o to
t
K E i t
K c E
m(t)
+ -
+ +
+
+
to
t
K C E
Control Proporcional Integral
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
40/66
Salida del controlador proporcional integral para un
cambio escalón E, en la señal del error
m(t)
t t 0
m 0
m 0
+K C
E
Efecto Proporcional
t 0
+T i
T i
m 0
+2K C E
P
I
Ti: es el tiempo quetarda la acción
integral para igualar
la salida inicial dada
por el proporcional.
i
Ci
T
K K
Control Proporcional Integral
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
41/66
iT Tiempo integral (minutos) iT
1 Velocidad de reajuste(repeticiones / minutos)
Transformada
de Laplace )s(EsT
K
)s(EK )s(M i
C
C
)s(ES
)s(K
)s(M iT
1C
mod)(T
K [)]t(K [)t(m ]ee t
oi
CC Salida delControlador
Control Proporcional Integral
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
42/66
Efectos sobre la respuesta del controlador al
cambiar el tiempo Ti
Se mantiene
el valor KC
constante
T
m(t)( C )
( B )
( A )mo +2KcE
mo
o
+KcE
m
Ti
i
i
B
C
AT( C ) T i P E Q U E Ñ O ( B ) T i M O D E R A D O ( A ) T i G R A N D E
t
t
to
to
+ E
0
error=VP-SP
e(t)
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
43/66
Para mejorar régimen permanente de un sistema en cadenacerrada
Elimina error en régimen permanente
Aumenta el orden del sistema (añade un polo)
Puede producir oscilaciones en el sistema en cadenacerrada, convirtiendolo en inestable
A veces puede usarse como filtro para procesos muy
ruidosos
Al aumentar el efecto integral debe disminuirse la gananciaproporcional
RESUMEN DE CONTROLADOR PI
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
44/66
oDC m]dt
)t(dK [)]t(K [)t(m
ee
SP
VP
E PROPORCIONAL
M
DERIVATIVO
KD
Kc m0
+ -
+ + +
+
to
t
e(t)
E t to
t
K C E t
to
t K
D E
to
t
m(t)
K D E
m o
K C E t
dt
d
Control Proporcional Derivativo
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
45/66
m(t)
t t 0
m 0
m 0
+K D E
t 0
+T d
T d
m 0
+2K D E
AcciónDerivativa
Salida del controlador PD para un cambio tipo
rampa en el error
Td: es el tiempo quetarda la acción
proporcional pura en
repetir el efecto de laacción derivativa.
dCD TK K
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
46/66
odCC m]dt
)t(edTK [)]t(eK [)t(m
Td: Tiempo derivativo (minutos)
Transformada de Laplace
)s(EsT1K )s(M)s(EsTK )s(EK )s(M
d
d
C
CC
Control Proporcional Derivativo
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
47/66
Efectos que se producen para distintos tiempos
derivativo, manteniendo una rampa
m(t)
mo
to
(A)
(B)
(C)
mo+4KcTdE
mo+KcTdE
mo+2KcTdE
to
TdA
to+TdA to+TdB
TdB
to+TdC
TdC
t
t
e(t)
0
Valor de Kc
constante
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
48/66
Se emplea para mejorar el régimen transitorio de la
respuesta de un sistema en cadena cerrada
Mejora la estabilidad del sistema ya que introduce un
cero
Como el sistema con PD mejora la estabilidad, se puede
aumentar la ganancia KC y por ende disminuir la
desviación
El controlador PD en la práctica no puede usarse cuando
las señales del lazo tienen ruido
Resumen Control Proporcional Derivativo
CONTROL “PID”
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
49/66
)s(E*
s
AsTK )s(M
)s(E*S
TT
1s
T
1sTK
)s(M
)s(EsTK )s(E
sT
K )s(EK )s(M
mo]dt
)t(dTK []dt)t(
T
K [)]t(K [)t(m
2
dC
2dC
C
i
CC
t
O C
i
CC
idd
d
d
eee
Control PID
CONTROL “PID”
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
50/66
Control Proporcional - Integral - Derivativo
SP
VP
E M
DERIVATIVO
m0
+
- +
+ +
+
K C T d
PROPORCIONAL
KC
KC
INTEGRAL
+
Ti
dt
d
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
51/66
En la forma no interactuante de la ecuación PID,todos los tres términos son calculadosindependientemente y sumados para obtener lavariable manipulada.
En la forma interactuante, la ganancia Kp modificalos términos de la integral y la derivada.
La acción derivativa en la medición es preferida en
una gran variedad de aplicaciones industriales.Porque cambios en el setpoint no causa grandescambios en la variable manipulada.
FORMAS DE LA ECUACIÓN PID
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
52/66
En la forma posicional de algoritmo PID, secalcula el valor de la variable manipulada de modoque corresponda al desplazamiento (posición) delPV desde el SP (término de error).
En la forma de velocidad de algoritmo PID, secalcula la variable manipulada para representar latasa de cambio (velocidad) para que la PV llegue a
ser igual al SP. (valido solo para PID digital odiscreto)
FORMAS DE LA ECUACIÓN PID
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
53/66
FORMAS DE LA ECUACIÓN PID
t
Oi
C modt
t d T dt t
T t K t m
e
eed
])(
[])(1[)]([)(
mo
Control PID posicional con derivada en el error – No
interactuante
K c
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
54/66
FORMAS DE LA ECUACIÓN PID
t
O c
i
cC mo
dt
t d T K dt t
T
K t K t m
e
eed
])(
[])([)]([)(
K c
Control PID posicional con derivada en el error –interactuante
mo
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
55/66
FORMAS DE LA ECUACIÓN PID
t O e
i
eC
modt
t dVP T dt t
T t K t m
d ]
)([])(
1[)]([)(
K c
Control PID posicional con derivada en la medición –
Nointeractuante
mo
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
56/66
FORMAS DE LA ECUACIÓN PID
t O cei
ce
C mo
dt
t dVP T K dt t
T
K t K t m
d ]
)([])([)]([)(
K c
Control PID posicional con derivada en la medición –
interactuante
mo
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
57/66
FORMAS DE LA ECUACIÓN PID
Ejemplo PID Comercial paralelo:
Los fabricantes asignan al coeficiente valores entre 0.05 y 0.1 (generalmente fijo)
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
58/66
FORMAS DE LA ECUACIÓN PID
Ejemplo PID Comercial Serie:
Se usó el signo # para denotar que corresponden aganancia, tiempo integral y tiempo derivativo, pero no enel sentido tradicional (algoritmo paralelo).
El coeficiente lo designa cada fabricante,
suele tener valores entre 0.05 y 0.1
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
59/66
OTROS PARÁMETROS DE SELECCIÓN DEL CONTROLADOR
Transferencia sin saltos (bumpless transfer)
Este importante parámetro es a menudo pasado por altocuando se configura un controlador.
Si no existe una «transferencia sin saltos», cuando elestado del controlador conmuta de manual aautomático, el error entre PV y el setpoint generalmentecausa abruptos cambios en la variable manipulada que
puede ocasionar daños en los equipos.
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
60/66
ESTADOS BÁSICOS DEL CONTROLADOR
Cuando el controlador está en:
- Modo automático, este calcula lavariable manipulada de acuerdo ala ecuación PID y los cambio del
operador al setpoint.- Modo manual, la variable
manipulada es fijada por eloperador y la ecuación PID no seejecuta.
- Modo cascada, el setpoint esproporcionado por otrocontrolador o dispositivo (no porel operador) y la variablemanipulada es calculada por elalgoritmo PID.
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
61/66
CONSIDERACIONES
No es siempre necesario hacer funcionarun lazo de control PID con las trescompensaciones.
La mayoría de los lazos requierensolamente los factores PI
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
62/66
Control de Presión
Gas Líquido Vapor
Lineamientos Generales
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
63/66
Lineamientos Generales
C o n t r o l d
e
P r e s i ó n
d e g a s
Actúa como autorregulado.Puede usarse control
proporcional.
Si se usa PI porque no se puedenaceptar pequeños offsets, la acción
integral es pequeña.
La constante de tiemposuele ser baja
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
64/66
Lineamientos Generales
C o n t r o l d e
N i v e l d
e
l í q u i d o
Puede usar un controladorproporcional con gananciaelevada por su naturaleza
“Integradora”
Puede usarse acción Integral si no sepueden aceptar pequeños offsets
No suele usarse acciónderivativa porque amplia los
ruidos
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
65/66
Lineamientos Generales
Control deTemperatura
Diferentesdinámicas:
intercambiadoresreactores, columnas
destilación
En general serequiere PID
-
8/19/2019 1_CONTROLADORES
66/66
Lineamientos Generales
C o n t r o l d e
C o m p
o s i c i ó n
Dinámicas complicadas por loque requiere PID o estrategias
más complejas
El problema del ruido tiende aser importante
Los retardos por los
analizadores suelen sersignificativos
Se limita el uso de la acciónderivativa por el ruido