ACERCAMIENTO A SISTEMAS DE CONTROL AVANZADO: CONTROL SELECTIVO OVERRIDE

Yuneired Guette Salcedo*, Juan Camilo Bedoya, Paula Bedoya, Alexis Passos

Universidad de AntioquiaDepartamento de Ingeniería Química

Correo-e: yune.gs@gmail.com

Abstract: Resumen de 50-100 palabras, 130 mm de ancho, texto justificado. xxxxxx xxx xxxxxxxxx xx xxxxxxxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxx xxx xx xxxxxxxxx xx xxxxxxxxxxxxx xxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxx xxxxxxxxxxxxx xxxxx xxxxxx.

Keywords: 5-10 palabras claves (tomarlas de la lista de la IFAC), 130 mm de ancho, texto justificado a la izquierda.

1. INTRODUCCIÓN

Los sistemas de control más habituales en la industria de procesos son los basados en controladores de tipo PID. Estos controladores proporcionan un rendimiento suficientemente bueno en la mayor parte de las ocasiones, pero hay situaciones en las que no generan una respuesta adecuada a las necesidades del proceso.

En esos casos es necesario recurrir a los sistemas de control avanzado. En este capítulo vamos a ver una descripción cualitativa de algunos de estos sistemas de control avanzado.

1.1. Subtítulo, numerado, justificado a la izquierda, indentado, letras itálicas o subrayadas.

Los subtítulos deben estar en letras minúsculas e itálicas, justificados a la izquierda, indentados, numerados como 1.1, 2.1, 2.2, etc.1.2. Otro subtítulo

Xxxxxx xxxxxxxx xx xxxxxxx xxx xxxxxxxxx xxx xxxxx xxxxxx xxxxx.

Tercer nivel. Si existe un tercer nivel de título, no numerarlo, utilizar letras itálicas o subrayadas, texto seguido.

Evitar dejar un título o subtítulo en la parte inferior de una columna.

El título de las figuras y e las tablas debe ir junto al respectivo elemento. Si es necesario, utilice líneas extras. Sin embargo, debido a las limitaciones de espacio, utilizar al máximo el área de texto

2. CONTROL SELECTIVO OVERRIDE

Disponibilidad limitada de variable manipulada

En algunos sistemas de control, el número de variables que deben ser controladas es mayor al número de variables que pueden ser manipuladas. Cuando este es el caso, la lógica debe ser proporcionada a decidir qué controladores deben

tener acceso a las variables manipuladas y cuáles deben ser bloqueados temporalmente.

La selección de salidas del controlador se puede lograr fácilmente y sin problemas por una variedad de selectores de hardware y software de señal. En aplicaciones de control selectivo, los selectores de señal eligen el, más alto, o la señal mediana más baja de entre dos o más señales. Estos selectores están disponibles tanto como hardware analógico o como software digital en paquetes de control DCS.

En la mayoría de las aplicaciones, el control selectivo es una forma de control multivariable donde los selectores de facilitar la modificación en línea de las estrategias de control como una función de las condiciones de funcionamiento cambiantes.

 Los selectores permiten que las estrategias de control para ser cambiados sin problemas y sin perturbar el proceso.

Un sistema de control de este tipo debe tener las dos características siguientes:

Capacidad de manipular la variable con disponibilidad limitada durante su estancia por debajo de su límite.

Transición suave desde el uso de una variable manipulada a la otra sin afectar negativamente a la variable controlada

Acomodar estos requisitos exige la coordinación de las variables manipuladas y la evaluación de sus efectos en el proceso.

2.1. Selectores

Con el fin de acomodar para las restricciones en un proceso de control, se utiliza un selector. Los dos tipos básicos de estos controladores de anulación son altos selectores y selectores bajos. Son generalmente disponibles como selectores electrónicos y neumáticos. Selectores también están disponibles en un número de diferentes versiones que acomodará para cantidades variables de señales de entrada. Dos o más entradas se colocan en el selector y una salida sale dependiendo del selector.

Por ejemplo, con el fin de eliminar la posibilidad de daños, es deseable controlar los reactores químicos

de lecho fijo sobre la base de la temperatura más caliente, mientras que la ubicación de esa temperatura puede cambiar con tanto la tasa y tiempo de flujo. Por lo tanto, t y la más alta seleccionada como la temperatura para el control

2.1.1 Altos Selectores

Altas selectores están diseñados para que filtren todos menos el valor más alto de una corriente de alimentación de entrada múltiple. El selector envía entonces este único valor más alto a través de la señal de salida.

Fig. 1. Alto selector (HSS) para control selectivo.

2.1.2. Bajos Selectores

Están diseñados para que se filtran todos menos el valor más bajo de una corriente de alimentación de entrada múltiple. El selector envía entonces este único valor más bajo a través de la señal de salida.

Fig.2. Bajo selector (LSS) para control selectivo.

2.2. Aplicaciones del Control Selectivo

Aplicaciones de control selectivos incluyen:

• La protección de equipos de proceso, manteniendo las variables que operan dentro de sus límites de diseño.

• Inicio automático y parada

• Protección contra fallos de instrumentos

• Selección de una entre varias señales

2.3 Antisaturacion ( Anti reset windup)

En el control selectivo override siempre existe uno o mas controladores cuya salida no esta seleccionada, dada la propia naturaleza de este tipo de control. En el caso hipotetico, en el cual solo existen dos controladores cuya salida de envia a un selector. El controlado no seleccionado tendra un error permanente entre variable de proceso (Ym) y el punto de ajuste (Ysp), por lo que su salida sera inferior o superor a la seleccionada dependiendo si el selector es de maxima o minima respectivamente.

Si los controladores solo disponen de accion proporcional, la salida no selecionada tendra un valor fijo proporional al error. Si ademas disponen de accion integral, la salida no seleccionada llegara a saturarse con el tiempo debido a la integracion del error, por lo que si no existe ningun sistema que evite esta saturacion la salida se ira a un valor por encima del maximo o por debajo del minimo, aunque el indicador de salida este en 100 o 0% respectivamente. Esta particularidad hace que el cambio de variable controlada no se haga justo en el momento en que la no selecionada cambie el signo del error, sino que hace falta ademas que elimine la saturacion debiada a la accion integral ( reset windup), para que pase a ser la variable controlada principal.

Para evitar la saturacion, los sistemas de control distribuido disponen de limitadores de acion integral, de forma que se evite la saturacion del controlador no seleccionado.

A continuacion se describen dos sistemas, para evitar la saturacion.

Este diagrama de bloques ilustra que si la señal de salida (m) de un controlador está bloqueado y alcanzando su válvula de control (la variable manipulada), se integrará el error sostenida resultante hasta que la salida (m) alcanza un valor saturado (100 o 0% ).

La Figura 2.28j muestra una manera de limitar esta cuerda de reposición por romper el ciclo de retroalimentación interna y proporcionar una señal de retroalimentación externa (EF), que se alimenta de nuevo a través de la función de retardo.

Este diagrama de bloques ilustra que con el fin de eliminar windup de restablecimiento del controlador bloqueado no se integra su propia salida, sino más bien recibe una retroalimentación externa (EF) de la señal que está operando la válvula de control (la salida del selector).

Para lazos simples, la señal de realimentación puede ser la señal que se estrangulando la válvula tomada de la salida del selector. Cuando se selecciona el controlador para el control, la señal de realimentación es su propia salida, y cuando no está seleccionado, la señal de realimentación es la salida del controlador seleccionado. En el segundo caso, el controlador bloqueado seguimiento de la salida del controlador seleccionado a través de su funcion de retardo.

3. OVERRIDES

Control Override o anulación se pueden definir como:

Controladores que permanecen inactivos hasta que una restricción está a punto de ser alcanzada o superada, momento en el que toman el control de la magnitud de ajuste del regulador normal a través de un selector y con ello evitar la superación de esa restricción.

Algunas aplicaciones comunes de anulación incluyen la prevención de:

• Las inundaciones en columnas de destilación, estrangulando caudales Boil-up o piensos• Exceder rangos de nivel mediante el drenaje o las inundaciones• de alta presión o la temperatura causada por una reacción fuera de control cuando se reduce la entrada de calor• El desarrollo de bajos niveles de oxígeno en el horno de gas fuera de las corrientes, reduciendo el flujo de combustible

La Figura 3 muestra un lazo de control tipo override en el que el control normal mantiene el flujo (FIC), mientras que el control de anulación de seguridad se basa en la presión (PIC). En esta configuración, las salidas de ambos controladores se alimentan a un selector de baja señal, que selecciona el menor de los dos. El punto de referencia del controlador de anulación se ha fijado en la presión de vapor máxima que el proceso puede tolerar, pero por debajo del punto de ajuste de bloqueo de seguridad.

Fig.3 Control de flujo con control de presión tipo override, el cual limita la presión de vapor a un valor seguro. Ambos controladores se proporcionan con retroalimentación externa (Feedback) para evitar “reset windup” y con ello garantiza la transferencia sin perturbaciones

Siempre y cuando no se exceda el punto de ajuste del controlador de presión, la salida del controlador PIC override (señal "A") es bloqueado por el selector de baja y no puede llegar a la válvula de vapor. Cuando la presión del vapor que se está enviando a los usuarios excede el punto de la PIC override conjunto, la señal de salida del controlador que disminuye, y cuando cae por debajo de la salida del controlador de flujo, se selecciona para estrangular la válvula de control de vapor.

De esta manera, el aumento al presupuesto PIC evitará que la presión del vapor se eleve por encima del punto de ajuste del controlador. Tanto el FIC y los algoritmos de control PIC requieren "retroalimentación reset externo" para evitar la integración de sus errores cuando están inactivos ("reset de cuerda"), debido a que su salida no está seleccionado por el control. Los controladores no recibe su propia señal de salida como retroalimentación de reposición, pero dos de ellos reciben la señal seleccionada con el selector de señal baja (FY). Esto hace que la transferencia entre los controladores sea optima.

3.1. Aplicación del control selectivo Override

3.1.2 Anulación en un punto fijo

La Figura ilustra el caso cuando la variable de anulación (presión de vapor) es limitada a un valor específico. En el proceso, el control principal implica enfriamiento con agua de río. En esta aplicación el factor más grave es el ensuciamiento del intercambiador de calor, porque si la temperatura de salida del agua supera los 50 ° C, el ensuciamiento del intercambiador se acelera.

Normalmente, el flujo de agua del río es regulado para controlar la temperatura del condensado por TIC-1. Sin embargo, si la temperatura de salida del agua de rio alcanza o supera los 50 ° C, el controlador de anulación de alta temperatura (TIC-2) se hace cargo del control del flujo de agua de río y abre la válvula de control.

Esto limita la temperatura de salida del agua del río hasta un máximo de 50 ° C. Como consecuencia, la temperatura del condensado caerá por debajo del

punto de TIC-1 conjunto, pero se impedirá el ensuciamiento del intercambiador de calor, y que es la más alta prioridad.

La Figura 2.28d describe un sistema de control que protege contra la sobre presurización de un reactor. Esta protección se proporciona por razones imperiosas de los controles de temperatura y reducción de la entrada de calor. Como se puede observar, un lazo en cascada regula el flujo de vapor y controla la temperatura del reactor si la presión en el reactor es segura.

Por otra parte, cuando el condensador de cabeza se sobrecarga y su capacidad para condensar los vapores es insuficiente para la velocidad a la que se generan, por lo cual, la presión del reactor se

elevará. El controlador de presión (PC) proporciona la anulación de alta presión al tomar el mando de la válvula de vapor (a través del selector de baja señal FY) y la estrangulación de la válvula según sea necesario. Tanto el PC y el FIC se proporcionan con retroalimentación externa (EF).

3.1.3. Anulación para Garantizar la válvula de cierre

En lugar de un controlador PID, aquí la anulación de alto nivel es proporcionada por un escalador de señal (LY). El propósito de la anulación de alto nivel es para asegurarse de que la válvula de alimentación de la columna de destilación se cierra cuando el nivel de base alcanza el 100%.

La anulación en este caso protege contra posibles restricciones en los fondos de flujo causando la inundación de la columna. Un escalador se utiliza porque la ganancia y el sesgo de la salida LY deben tener una relación preestablecida a la entrada. Esto no se puede conseguir con un controlador PID porque la salida del controlador no se puede predecir para una entrada dada. La salida escalador [f (x)] se puede predeterminar como una ganancia (K) multiplicado por el nivel de salida del transmisor en porcentaje (% x) más un sesgo (b)

Por consiguiente, el escalador puede ser calibrado para comportarse de acuerdo con la relación que se muestra a la derecha de la figura 2.28e, donde la salida es 0% cuando el nivel es 100% y la salida es 100% cuando el nivel es bajo 75%.

Se obtiene este comportamiento mediante el establecimiento de K = - 4 y b = 400:

A medida que aumenta nivel más allá de 75%, la salida del escalador disminuirá gradualmente y en algún momento va a caer por debajo de la del controlador de flujo de alimentación (FIC), momento en el que el selector de señal baja (AF) es seleccionado. En ese momento LY anulará el controlador normal (FIC) y comenzará a regular la válvula de alimentación.

La ganancia de 4,0 fue elegido para dar una respuesta suave y estable. Podría ser mayor o menor dependiendo de lo rápido o lento debe ser la acción de anulación. Cuanto menor sea la ganancia, lo más probable es que la anulación se interfiere con el control de flujo cuando el nivel aún no es crítico. Así, la ganancia debe ser lo suficientemente alta para evitar que mientras que todavía proporciona estabilidad.

4. CONCLUSIONES

5. REFERENCIAS

F. G. SHINSKEY (1970) J. P. SHUNTA (1985, 1995) J. E. JAMISON, A. ROHR (2005). “Selective, Override, and Limit Controls”. En Bela G. Liptak (Ed.), Instrument Engineers' Handbook, Fourth Edition, Volume Two: Process Control and Optimization (p.p. 336-342). Boca Raton, USA.:CRC

Acevedo Sanchez,J. (2003). Control avanzado de procesos : Teoria y práctica. Madrid, Espana. Ediciones Diaz de Santos SA.

Bourgeois, J. Kravchenko. M, Parsons. N, Wang, A .(2006) “Override control: What is it? When useful? When not? Common usage.” En Michigan Chemical Engineering Process Dynamics and Controls Open Textbook.

X. CONCLUSIONES

Para indicar el significado de la contribución, sus limitaciones, ventajas y posibles aplicaciones. Se numera.

RECONOCIMIENTOS

Es opcional. No se numera.

REFERENCIAS

Ikeda, M. and Siljak, D.D. (1992). Robust stabilization of nonlinear systems via state feedback. In: Robust Control Systems and Applications, Control and Dynamic

Systems, Ed C.T. Leondes, Vol. 51, pp. 1-30. Academic Press, New York.