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CONTROL DE PROCESOS

CONTROL DE PROCESOS. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS. SISTEMA Es todo proceso, dispositivo o situación cuyo comportamiento es susceptible de cambio ante determinadas variables. MODELO

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CONTROL DE PROCESOS

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  1. CONTROL DE PROCESOS

  2. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS • SISTEMA • Es todo proceso, dispositivo o situación cuyo comportamiento es susceptible de cambio ante determinadas variables. • MODELO • Es la representación matemática del comportamiento del sistema. Se basa en la relación de las señales de entrada-salida.

  3. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS • SEÑALES • Transmiten la información del sistema (entradas - salidas) • Deben conocerse para poder realizar el modelo de control • Según el tipo de información se dividen en: • discretas • analógicas • PERTURBACIONES • Son las señales que no se pueden medir, son impredecibles.

  4. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS ¿Qué queremos? • Cuando el estado deseado se desvíe de lo que queremos a causa de una “interferencia”, el control debe actuar rápidamente para restituir el estado anterior. • La vuelta al estado anterior a la “interferencia” debe ser con las mínimas desviaciones posibles. • El sistema de control debe mantener la salida dentro de unos límites.

  5. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS SISTEMA Abrir válvula Aumentar temperatura

  6. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS • Comportamiento estático • La relación entre las variables de entrada y las variables de salida deun sistema técnico en su condición de estado estable. • Comportamiento dinámico • Las señales de entrada y salida cambian durante el funcionamiento del equipo (arranque, parada, perturbaciones...) • Las relaciones entre estos cambiosde señales en relación con el tiempo se conocen comocomportamiento dinámico.

  7. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS • Tiempo de respuesta lento (Calentamiento de agua).

  8. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS • Tiempo de respuesta rápido • (Control de caudal)

  9. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS • Bomba • Motor de corriente continua • Entrada: Tensión (0 ... 24V) • Salida: Caudal (0 ... 10 l/min)

  10. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS • Caudalímetro • Entrada: Caudal (0,5 ... 15 l/min) • Salida: Frecuencia (13 ... 1200 Hz)

  11. COMPONENTES: SENSORES Y ACTUADORES Los sensores transforman las magnitudes físicas del sistema en señales eléctricas o mecánicas que proporcionan información al sistema de control. Digitales (sensores) Analógicos (transductores) Los actuadores transforman las señales eléctricas de control en magnitudes físicas.

  12. bola corredera COMPONENTES: ACTUADORES • Válvulas • Para regular y controlar el flujo de un sistema de tuberías. • Regulan variando su resistencia al caudal que las atraviesa. asiento

  13. COMPONENTES: ACTUADORES • Válvulas mariposa pistón diafragma servocontrol

  14. COMPONENTES: ACTUADORES • Válvulas • Los fabricantes dan las características de sus productos basándose en unos parámetros preestablecidos. • En válvulas se utiliza el caudal nominal estándar, dando como resultado de las pruebas el factor kv (engloba tamaño y carrera). • La relación de kv y la salida se denomina curva característica, y puede serlinealo de igual porcentaje.

  15. aspiración COMPONENTES: ACTUADORES • Bombas centrífugas • Proporcionan la energía al circuito. • Cámara semicerrada • Fuerza centrífuga como impulsión • Limitaciones de altura de impulsión y de aspiración • Grandes caudales a poca presión • Líquidos viscosos, con partículas en suspensión. • Puede aparecer cavitación • Necesidad de válvula antirretorno • Velocidad constante o como elemento regulador centrífuga

  16. COMPONENTES: ACTUADORES • Bombas de pistones • Cámara cerrada • Pequeños caudales a alta presión • Diafragma para medios agresivos

  17. COMPONENTES: ACTUADORES • Bombas lobulares • Impulsión suave • Presiones bajas • Peristálticas para dosificación, no tienen contacto con el medio. • De tornillo para materiales viscosos

  18. COMPONENTES: ACTUADORES • Bombas de reacción • La impulsión se realiza por aspiración del fluido con la ayuda de un medio propelente ( 1: agua, aire, vapor...) • También se utilizan para generar vacío por aspiración.

  19. COMPONENTES: SENSORES • Temperatura – termómetros de resistencia • Resistencia de Platino o Níquel • Precisos (-200ºC a 800ºC) • Basados en el cambio de resistencia debido a la temperatura (corriente fija -> cambio de tensión) Pt100 Pt500

  20. COMPONENTES: SENSORES • Temperatura - termopares • Basados en el efecto termoeléctrico • La unión debe referenciarse, pues depende del material y de la temperatura de trabajo. • Delicados a la hora de conectar (bornas especiales) Medida de temperatura en hornos, maquinaria...

  21. NTC PTC COMPONENTES: SENSORES • Temperatura – PTC . NTC • Termistores • Elementos semiconductores • La resistencia varía con la temperatura • PTC – R aumenta con T • NTC – R disminuye con T • Alta sensibilidad • Grandes tolerancias Protección de circuitos eléctricos, motores...

  22. COMPONENTES: SENSORES • Caudal - volumétricos • Miden el volumen que los atraviesa y lo transforman en r.p.m o frecuencia • Para amplios rangos de caudal y viscosidad

  23. COMPONENTES: SENSORES • Caudal – presión diferencial • Miden la diferencia de presión del líquido al atravesar una sección menor de tubo (V aumenta y P disminuye)

  24. COMPONENTES: SENSORES • Caudal – Área variable • Denominados rotámetros • Observación visual directa (oscilaciones, paralaje...) • El peso del indicador se equilibra con el caudal del flujo que lo rodea.

  25. COMPONENTES: SENSORES • Nivel - digitales • Digitales (flotadores, ópticos, conductividad, capacitivos...)

  26. COMPONENTES: SENSORES • Nivel - analógicos • Llamados también transmisores de nivel

  27. COMPONENTES: SENSORES • Presión • Analógicos (transductores de presión) • Digitales (presostatos, vacuostatos) SDE1 PEV SDE5

  28. COMPONENTES: SIMBOLOGÍA ACTUADORES La representación se atiene a normas DIN 1946, 2429, 2481... Actuador manual Actuador diafragma Actuador motorizado válvula Válvula con actuador de diafragma y posicionador incorporado controlador Controlador PI

  29. COMPONENTES: SIMBOLOGÍA SENSORES La representación se atiene a normas DIN 1946, 2429, 2481... Sensor presión Sensor caudal Sensor temperatura Sensor nivel Transductor presión-salida eléctrica ajustable Transductor corriente-salida neumática visualizador

  30. COMPONENTES: SEÑALES La información (entradas y salidas) se transmite mediante señales estandarizadas • Eléctricas • 4...20 mA (preferiblemente) • 0...20 mA • 0...10 V • -10 V...+10 V • RELÉ (libre de potencial) • Termopares La utilización de cada tipo de señal dependerá de la aplicación y su entorno (distancias, interferencias, ....)

  31. REGULACIÓN La regulación de un sistema pretende mantener ciertos parámetros del mismo dentro de unos márgenes deseables para el proceso. • La regulación de sistemas se dividirá en: • Regulación sin realimentación (lazo abierto) • Regulación con realimentación (lazo cerrado)

  32. REGULACIÓN: CONCEPTOS • Un sistema en lazo abierto es, básicamente, un control manual. • Confiamos en la respuesta del sistema en función de comportamientos anteriores. • No tenemos información del resultado de la acción (La variable de salida no influye en la variable de entrada) • Ducha • Consigna manual: más caliente o más frío • Perturbación: • Abren al agua fría: te escaldas • Abren el agua caliente: te congelas • Lavavajillas • Consigna manual: programa de lavado • Perturbación: Vajilla MUY sucia y poco jabón o abrillantador

  33. REGULACIÓN: CONCEPTOS • Un sistema en lazo cerrado es un control automático. • Cuando, en un proceso, la variable regulada es continuamente supervisada y comparada con la variable de referencia. Según el resultado de la comparación, la variable de entrada cambia para ajustar la salida al valor deseado. • Aparece el concepto de realimentación. • Horno • Consigna: Temperatura deseada • Resultado: Temperatura real (medida) • Acción: Calentar o enfriar • Perturbación: • Abren la puerta: baja la temperatura

  34. REGULACIÓN: CONCEPTOS • ESTABILIDAD • Un sistema estable conseguirá que la variable regulada (X) esté siempre muy próxima a la consigna (W) (Sistema Estable) • Dependiendo del ajuste, pueden aparecer oscilaciones transitorias (Sistema Estable) • Un mal ajuste dará lugar a oscilaciones continuas o muy prolongadas en el tiempo (Sistema Inestable) Un sistema inestable puede dañar los elementos de control o estropear el resultado del proceso. En la práctica, los sistemas de regulación en lazo cerrado deben ser estables.

  35. REGULACIÓN: CONCEPTOS

  36. REGULACIÓN: CONCEPTOS • Un regulador compara el valor medido (valor actual, variable de proceso, PV) con el valor deseado (Consigna, Setpoint, SP) y, a continuación, emite la variable manipulada (Controller output, CO) • Cada sistema requiere un tipo de regulación diferente. • Hay dos tipos: • Acción continua • Acción discontinua (ON-OFF)

  37. REGULACIÓN: CONCEPTOS • Acción discontinua • La variable manipulada tiene valores preestablecidos • El regulador típico discontinuo es el termostato • La variable manipulada cambia cíclicamente, apareciendo un fenómeno oscilatorio (Hunting) • Acción continua • La variable manipulada cambia continuamente en función de la desviación del sistema.

  38. REGULACIÓN: CONCEPTOS • Acción discontinua • Regulación de dos puntos (ON - OFF) • 0% o 100% de potencia de control • Control sencillo, sin pretensiones. • Error limitado por la banda proporcional

  39. REGULACIÓN: CONCEPTOS La regulación ON-OFF, o de dos posiciones

  40. REGULACIÓN: CONCEPTOS • Acción continua • La salida puede tomar infinidad de valores intermedios (resolución) • El error será mínimo • Ajuste complicado (parámetros P,I,D)

  41. REGULACIÓN: APLICACIONES El suelo radiante utiliza sistemas de regulación continua (PID) mediante termostatos digitales.

  42. REGULACIÓN: VARIABLES DEL SISTEMA • Process Value (PV, X) • Variable de proceso o variable regulada. • Es el valor actual (medido) de la salida. • El valor instantáneo de la variable regulada se denomina valor real. • Aquí sería el volumen de agua del depósito.

  43. REGULACIÓN: VARIABLES DEL SISTEMA • Controller output (CO, Y) • Variable de control o variable manipulada. • Es el valor de la variable que modifica las condiciones de trabajo (variable regulada) • En el ejemplo, sería la corriente que controla la elevtroválvula.

  44. REGULACIÓN: VARIABLES DEL SISTEMA • Setpoint (SP, W) • Valor deseado o consigna. • Es el valor teórico que queremos que alcance la variable regulada.

  45. REGULACIÓN: VARIABLES DEL SISTEMA • Disturbance (Z) • Interferencia • La variable regulada debe mantenerse en el valor de la variable de referencia. • Siempre aparecerán perturbaciones no deseadas que modifican la evolución de la salida. • Necesidad de un control automático.

  46. REGULACIÓN: VARIABLES DEL SISTEMA • Deviation (e, Xd) • Desviación o error • Diferencia entre el valor deseado (SP, referencia) y el valor real, PV (variable regulada).

  47. TIPOS DE REGULACIÓN Todos los sistemas reaccionarán de una manera determinada y diferente. La respuesta dependerá del diseño o composición de la máquina o sistema, y no puede modificarse sin modificar el sistema. (el “truco” estará en determinar esta respuesta temporal para poder manejarla) • Tres componentes en función de su comportamiento: • Proporcional, P • Integral, I • Derivativo, D

  48. TIPOS DE REGULACIÓN: Respuesta temporal • El tiempo que tarda en reaccionar la variable de salida ente un cambio en la variable de entrada se denomina Tiempo de respuesta. • El tiempo de respuesta determinará los parámetros de regulación. • Un tiempo de respuesta lento (temperatura, nivel) requerirá una regualción “lenta” • Un tiempo de respuesta rápido (caudal, presión, posición) requerirá una regulación “ágil”. • En función del tiempo de respuesta se configurará el tipo de regulación necesario: • P, I, PI, PD, PID

  49. TIPOS DE REGULACIÓN: Proporcional • La salida de la variable manipulada (CO, Y) es proporcional a la desviación del sistema (e, Xd) • Al ser proporcional a la desviación del sistema, sólo aparecerá si hay una diferencia entre la variable de proceso (PV, X) y la consigna (SP, W)

  50. TIPOS DE REGULACIÓN: Regulador Proporcional La relación entre entrada y salida es el coeficiente proporcional o ganancia proporcional Kp = Yo / Xo Kp elevada grandes cambios en el sistema -> oscilaciones Kp baja falta de regulación Siempre quedan desviaciones en el sistema

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