curso de plc

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

Curso Enero - Junio 2012

UNIDAD 1

Victor.Baltazar@arcelormittalcom

Algoritmos de Control Avanzado

1.1 Control Cascada

1.2 Control de Relación

1.3 Control Selectivo

1.4 Control de Rango Dividido

1.5 Control Prealimentado

UNIDAD 1

UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada





2.1 Definición de un PLC.

2.2 Arquitectura centralizada.

2.3 Arquitectura distribuida.

3.1 Diagramas de escalera

LAZO DE CONTROL DE TEMPERATURA DE UN REACTOR

PLC

Módulo de salidas analógicas

Módulo de

Vapor Agua

Sensor de

Material 1 Material 2

M.C. VICTOR HUGO BALTAZAR OLIVA

UNIDAD 4

escalera

3.2 Bloques de funciones

3.3 Lista de instrucciones

4.1 Filosofia de diseño

4.2 Programación básica

4.3 Programación intermedia

4.4 Programación avanzada

4.5 Interfase de operador (HMI)

UNIDAD 5

5.1 Proyecto

Módulo de entradas analógicas

Sensor de temperatura

Descarga del producto

En este caso, la temperatura debe mantenerse en un valor deseado de 125 °C. El PLC lee la temperatura del proceso y la compara con el valor deseado para determinar el error y generar la acción de control a través del controlador programado y mandar la señal cuantificada al actuador para eliminar el error

ALGORITMOS DE CONTROL AVANZADO Y CONTROLADORES LOGI COS PROGRAMABLES

UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









TT

101

1.1 CONTROL EN CASCADA

Gases calientes

Aire

Escape de gases

La variable a controlar es la temperatura de la capa de catalizador TC.

Control por retroalimentación lento (constantes de tiempo grandes y tiempo muerto).

PROCESO DE REGENERACIÓN CATALITICA

TC

TH


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

101

TICTY

101

Regenerador

AireCombustible

CalentadorUn cambio en la temperatura del aire que entra o un cambio en la eficiencia de la combustión afectan la temperatura del aire de salida calentador, TH.

Una mejor estrategia de control es aplicar un sistema de control en cascada. El sistema consta de dos sensores, dos transmisores, dos controladores y un

elemento final de control; resultando dos circuitos de control.


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL EN CASCADA…

Gases calientes

AireCalentador

Escape de gases

La variable a controlar es la temperatura de la capa de catalizador TC.

PROCESO DE REGENERACIÓN CATALITICA

TC

TH


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

Regenerador

Aire

Combustible


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









LAZO DE CONTROL SIMPLE

TT

uTC

w

q

pa

Fv


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

TTq T

Condensado

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


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









REGULADORES EN CASCADA

TC

w

pa

Fv

FC

FT


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

TTq T

Condensado

Fv

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

significativamente


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada










W T

pa

TC Valvula Intercambiador

q

FvFC


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

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

significativamente


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada










W T

pa

TC Vapor Intercambiador

q

FvFC


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

Perturbaciones sobre el proceso secundario de efecto controlable

Proceso principal (TC-Cambiador) lento

Proceso secundario (FC-Vapor) rápido

Perturbaciones sobre el proceso secundario de efecto controlable

Mas instrumentación


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









SINTONÍA/OPERACIÓN

WR1 G2 G1R2

y


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

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


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









COLUMNA DE DESTILACIÓN

PT PC

LT LC

Alimentación

R

Refrigerante


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

Vapor

BLC

LT

FT FC

DFC FT

F

V


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









COLUMNA DE DESTILACIÓN

PT PC

LT LC

Alimentación FR

TT

Refrigerante


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

LC

LT

FT FC

Vapor

DFC FT

V

B

TT

TC

TC

FC

FT


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL EN MULTIPLE CASCADA


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

El control de flujo debe ser mucho más rápido que el control de temperatura, el cual es mucho más rápido que el control de composición


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









1.2 CONTROL DE RELACIÓN

Estaciónde

relación

A

R=B/A

Se mide el flujo de la corriente A y se multiplica por la razón que se desea (en FYI02B) para obtener el flujo que se requiere de la corriente B.

B=RA

La salida del multiplicador o

SP


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

B

I/P

Si se requiere una nueva razón entre las dos corrientes, la R nueva se debe fijar en el multiplicador o estación de razón.

La salida del multiplicador o estación de razón, FY102B, es el flujo que se requiere dela corriente B y, por lo tanto, ésta se utiliza como punto de control para el controlador de flujo de la corriente b, FIC101.


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL DE RELACIÓN…

A

R=B/A

Se miden consiste ambos flujosy se dividen en FY102B para obtener la razón de flujo real a través del sistema.

La razón que se calcula se envía entonces a un controlador, RIC101, con el cual se manipula


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

B

R=B/A

I/P

entonces a un controlador, RIC101, con el cual se manipulael flujo de la corriente B para mantener el punto de control.

En este esquema se utilizan sensores-transmisores de presión diferencial para medir los flujos. Actualmente la mayoría de los fabricantes incluyen un

extractor de raíz cuadrada en sus transmisores diferenciales de presión, por lo cual la señal que sale de dicho transmisor ya está en relación

lineal con el flujo y no se necesita el extractor de raíz cuadrada separado.


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL DE RELACION CON POSICIONAMIENTO EN PARALELO

Vapor


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

H2O

Aire

Combustible

Aire/

CombustibleLa salida del control de presión de vapor PIC 101 maneja las aperturas de la válvula de combustible y el regulador de aire a través de la estación de razón FY101C.

Con este esquema de control no se mantiene realmente una razón de flujo aire/combustible, sino más bien una razón de señales para los elementos

finales de control


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada










UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL DE RELACION POR MEDICION COMPLETA

LY

101

101

LIC LT

101

PT

101

FY

101AFY

101

PIC

101C

FIC

El flujo de combustible se fija mediante el controlador de presión, y el de aire se racionaa partir del flujo de combustible.

H2O

Vapor

SP


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

FY

101C

FT

101 101B

FY

102

FIC

102A

FY

FY

102B

FT

102

combustible.

Aire

Combustible

A/C

SP

Cualquier perturbación en el flujo se corrige

por mediode los circuitos de flujo.


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









FCFT

PT PC

Aire

Humos

VaporLT

AT

LC

AC

O2


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

FT FCFFGas

LL

HL

>

<

La razón aire/combustible se puede ajustar con la medición de oxigeno en los gases de escape. La implementación de esta forma es tal que, cuando la presión de vapor decrece y se requiere más combustible, primero se incrementa el flujo de aire y, posteriormente, le sigue el flujo de combustible; cuando se incrementa la presión de vapor y se requiere menos combustible primero se

decrementa el flujo de combustible y, en seguida el flujo de aire.


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada










UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









TY

11

TT

11

11

TIC

1.3 CONTROL SELECTIVO

Productos Reactivos

Reactor catalítico exotérmico


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

Longitud del reactor

T

Medio de enfriamiento

Se desea controlar la temperatura del reactor en el punto de mayor temperatura, como se observa en la figura; sin embargo, conforme envejece el

catalizador el punto de mayor temperatura se mueve.


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









TY

11

TT

11B

11

TIC

TT

11A

TT

11C

TT

11D

11

HS

CONTROL SELECTIVO…

Productos Reactivos

Reactor catalítico exotérmico

El rango de todos los transmisores de temperatura debe ser el mismo para que las señales


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

Longitud del reactor

TMedio de

enfriamiento

Con este esquema de control, el selector de altas siempre elige el transmisor con la salida más alta, y de esta manera la variable de proceso del controlador

siempre esta en la temperatura más alta.

mismo para que las señales de salida se puedan comparar sobre una misma base


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL SELECTIVO

FT FC

FT FC

SP


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

FT FC

SC

PT

ST

PC

Aire

CompresorMotor

Las demandas variables de cada usuario obligan a fijar SP continuamente en el valor mas alto previsible


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









FT FC

FT FCHS

VPC

90%

CONTROL SELECTIVO (VALVE POSITION CONTROL)


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

FT FC

SC

PT

ST

PC

Aire

SP

CompresorMotor

La presión se ajusta automáticamente para que la válvula mas abierta La presión se ajusta automáticamente para que la válvula mas abierta lo esté al 90%


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL SELECTIVO (SEGURIDAD)

AT AT

HSAC

Catalizador


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

Reactor

AT AT

Reactante

Ante un fallo (lectura a cero) en un analizador se mantiene la señal del otro al controlador


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









1.4 CONTROL DE RANGO DIVIDIDO

En este caso, la salida de un controlador actúa simultáneamente sobre dos o mas válvulas de control. La salida actúa primero sobre una válvula.

Al saturarse esta acción, se pasa a la siguiente. Esta configuración se usa en aquellos diseños de capacidad secuencialmente creciente.


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL DE FLUJO DE RANGO DIVIDIDO

En ciertas aplicaciones, un solo lazo de control de flujo no puede proporcionar el flujo correcto sobre el rango completo de operación.

El control de flujo de gama dividida utiliza dos controladores de flujo (uno con una válvula de control pequeña y otro con una válvula de control grande) en paralelamente.

Ap

ert

ura

de la

válv

ula

de c

on

tro

l(%

)

Válvula pequeña


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

Ap

ert

ura

de la

válv

ula

de c

on

tro

lFlujo

Válvula grande

proporciona control de flujo. A tasas de flujo altas, ambas válvulas A tasas de flujo bajas, la válvula grande esta cerrada y la válvula pequeña

proporciona control de flujo. A tasas de flujo altas, ambas válvulas están abiertas


UNIDAD 1

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1.1 Control Cascada









1.5 CONTROL PREALIMENTADO

D(t)

Dn(t)

M(t)C(t)


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

En esta estrategia de control se miden los disturbios antes de que entren al proceso y se calcula el valor que se requiere de la variable manipulada para mantener la variable controlada en el valor que se desea o punto de control.

D(t)

Dn(t)

M(t)C(t)


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL PREALIMENTADO

Hacia los usuarios

SP

Cuando el agua esta en ebullición las burbujas de vapor que fluyen hacia arriba, a través del agua, lo cual representa un efecto importante, ya que el volumen específico (volumen/masa) de las burbujas es muy grande y, por lo tanto, estas burbujas desplazan al agua; de lo anterior resulta un nivel aparente más alto que el que se debe únicamente al agua.

CONTROL DE NIVEL DEL DOMO SUPERIOR DE UNA CALDERA


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

101

LICLT

101

LY

101

SP

Entrada de agua

Bajo transitorios prolongados, el fenómeno de expansión-contracción provoca que no se pueda tener mediciones confiables y, en consecuencia, se requiere un

esquema de control donde se compense tal fenómeno.


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada










UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL PREALIMENTADO (CONTROL DE DOS ELEMENTOS)

FT

101

101A

FY

Hacia los usuarios

La idea en que se funda este esquema es que la principal razón para que cambieel nivel son los cambios en el flujo de vapor, y que por cada libra de vapor que se produzca entre una libra de agua al tambor, es decir, debe existir un balance de masa.

SP


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

En algunos sistemas donde la caída de presión a través de la válvula de alimentación de agua es variable; con el esquema de "control de dos elementos“

no se compensa directamente tal perturbación y, en consecuencia, ésta trastorna el balance del control de nivel del domo de la caldera.

101

LICLT

101

LY

101

101B

FY

Entrada de agua


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada










UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto


UNIDAD 1

UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada









CONTROL PREALIMENTADO (CONTROL DE TRES ELEMENTOS)

101

LICLT

101 101B

FY

FT

101

101A

FY

∑∑∑∑

Hacia los usuarios

SP

SP


UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

5.1 Proyecto

LY

101

FT

102

102

FY

102

FIC

En este esquema se tiene un control estricto del balance de masa durante los transitorios. El uso de un control en cascada más uno por acción precalculadamejoran el desempeño que se logra con el control por retroalimentación.

Entrada de agua


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UNIDAD 2

UNIDAD 3

1.1 Control Cascada










UNIDAD 4

escalera








UNIDAD 5

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