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149
CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL I

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CONTROL DE PROCESOS

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Page 1: 01 Instrument

CONTROL DE PROCESOS

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL I

Page 2: 01 Instrument

Introducción

¿Como gobernar un proceso de forma automática? ¿Para qué automatizarlo? Nociones básicas de Control Nociones básicas de Instrumentación

Page 3: 01 Instrument

Operación manual del proceso

ObservarCompararDecidirActuar

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Operación de un proceso

Proceso

MedirActuar

Respuesta dinámica

Operación manual: Lazo Cerrado

CambiosRespuestas

CompararDecidir

Page 5: 01 Instrument

Operación automática

Proceso

MedirActuar

Cambios Respuestas

Regulador

Valores Deseados

Operación Automática: lazo cerrado

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Operación Automática

LT LC

MedirCompararDecidirActuar

SP

Intervención humana nula

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Componentes

Proceso

Variablesa controlar

Regulador

Valores Deseados

Actuador

Transmisor

Valores medidos

Variables para actuar

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Control de temperatura

MedirCompararDecidirActuar

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Indice

Sistemas de Control: Terminología Control Continuo / Discreto Transmisores

Definiciones y tipos Nivel, Presión, Caudal, Temperatura...

Actuadores: Válvulas Bombas y Compresores

Dinámica de sistemas

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Terminología

Perturbación

Variable Manipulada

Variable Controlada

Referencia

SPLT LC

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ProcesoRegulador

TransmisorVariable ControladaControled Variable CVProcess Variable PVSalida (del proceso)

ReferenciaConsigna

Set Point SP

Variable manipuladaManipulated Variable MVInput to Process IPEntrada (al proceso)

w

MV u

y

y

x

PerturbacionesDesviation Variables DV

Diagrama de bloques

CV

Europa

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Control Continuo

La variable controlada, toma valores en un rango continuo, se mide y se actúa continuamente sobre un rango de valores del actuador

Variable Manipulada

Variable Controlada

ReferenciaLT LC

Perturbación

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Control discreto

Detector de máxima y mínima altura

Electro válvulaON/OFF

Relé

Las variables soloadmiten un conjunto

de estados finitos

SP

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Diagramas de proceso P&I

Instrumentos demedida y regulaciónrepresentados porcírculos connúmeros y letras

Unidades de procesoy actuadoresrepresentados consímbolos especiales

Lineas de conexión

LT102

LC102

SP

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Instrumentos

Indicadores Transmisores Registradores Convertidores Controladores Actuadores Transductores

Conectados por lineas de transmisión:• Neumáticas• Eléctricas• Digitales

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Instrumentos

LRC

128

PT

014

Montaje en campo

Conexión al procesoo alimentación

Señal neumática

Montaje en panel

Señal eléctrica

El número es el mismo en todos los instrumentos de unmismo lazo de regulación

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Instrumentos digitales

LRC

128

PT

014

Normalmente no accesible al operario

Accesible al operario

Comparte varias funciones:display, control, etc.Configurable por softwareAcceso por red

El número es el mismo en todos los instrumentos de unmismo lazo de regulación

Controlador de DCS, regulador por microprocesador,...

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Instrumentos digitales

LRC

128

Computador Distinto del controlador de un DCSVarias funciones: DDC, registro, alarmas, etc.Acceso por red

Conexión software o por red digital

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Instrumentos digitales

Control lógico o secuencial

PLC o secuencias lógicas de un DCS

Accesible al operario

No accesible al operario

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1ª letra: variable medida o relacionada2ª letra: puede cualificar a la primera

D diferencialF relaciónS seguridadQ integración

3ª y sig: Función del InstrumentoI indicadorR registroC controlT transmisorV válvulaY cálculoH altoL bajo

A análisisD densidadE voltajeF caudalI corrienteJ potenciaL nivelM humedadP presiónS velocidadT temperaturaV viscosidadW PesoZ posición

1ª letra

Letras de Identificación

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Instrumentos

PDT LRC PIC

TDT

DT

FY FFC ST

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Recalentador

CV MV

DV

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Transmisores

Sensor: Elemento primario sensible a una propiedad física relacionada con la variable que se quiere medir.

Transmisor: Sistema unido al sensor que convierte, acondiciona y normaliza su señal para transmitirla a distancia.

Indicador: Combina un sensor y un sistema de medida analógica o digital.

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Transmisor de presión

Circuito electrónico

SensorPiezoeléctrico

AmplificaciónFiltradoCalibradoPotenciaNormalización

Presión

Señal normalizada

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Transmisores

Señal neumática: 0.2 - 1 Kg/cm2

3 - 15 psi Señal eléctrica: 4 - 20 mA

1 - 5 V cc, .... Frecuencia: pulsos/tiempo Otras: RTD, Contactos,... Señal digital: HART, Fieldbus,

RS-232...

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4-20 mA

• La señal de corriente es la misma en cualquier punto de la línea.• Puede diferenciarse una avería o ruptura de linea del rango inferior de medida.• Pueden conectarse un número máximo de cargas o instrumentos.

Transmisor

mA

FC

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Pulsos/Frecuencia

Transmisor FCContador de pulsos

El número de pulsos de tensión recibidospor unidad de tiempo es proporcional al valor de la magnitud medida

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Alimentación

Transmisor

mA

Transmisor

mA

220 Vac

24 Vdc

ConsumoConectoresCondiciones de trabajoProteccionesMontaje

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Conexionado

XT Proteccióny aislamiento Filtrado

Tomas auxiliaresAcondicionamientoXC

SP

CV

MV

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Apantallamiento

Transmisor

mA

FC

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Cableado, Fiabilidad,...

Sala de control TT

FT

DT

Costos de cableadoRuidosFiabilidad de los equiposCalibrado, mantenimiento,...

Distancia

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Buses de Campo

PLCOrdenado

r

Bus digital 1101...

MicroprocesadorMódulo A/D yComunicaciones

TT FT

DT

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Instrumentación Inteligente

Lleva incorporado un microprocesador

Esto le dota de capacidad de cálculo y almacenamiento de la información: Datos del Instrumento Datos dinámicos

Dispone de un sistema de comunicaciones digitales que pueden ser bidireccionales

Proporcionan nuevas funcionalidades

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Instrumentación Inteligente

Totalmente digital: Buses de campo

Comunicaciones entre todos los elementos conectados al bus: instrumentos y sistemas de control

Híbrido: Combina transmisión de señal analógica y digital: Protocolo HART

Comunicaciones entre transmisores y sistemas de control

Page 35: 01 Instrument

Buses de Campo

• Ahorro de cableado• Rechazo de ruidos• Nuevas funciones: Ajuste remoto de rangos, test, documentación,....• Información mas elaborada• Arquitecturas y Protocolos

PLCOrdenador

Bus digital1101...

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Buses de campo

Fieldbus Foundation (Niveles H1 y H2) Profibus DP, PA WorldFIP CAN DeviceNet ASI Otros.....

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HART

UnidadHART RS-232

LT

PT

FT

Comunicación digital superpuestaa la señal de 4-20mAPermite realizar test, calibrado,.etcdesde el ordenador o módulo de mano

4-20 mA

1011..

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Page 39: 01 Instrument

Conexión serie

Analizador

Punto a punto RS-232, RS-422Bus RS-485

Conversión A/DProtocolo de comunicación

11010...

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Terminología (SAMA)

Rango Span Error dinámico Precisión Sensibilidad Repetitividad Zona muerta e Histéresis

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Transmisores

Rango: 20 a 80 ºCSpan: 80 - 20 = 60 ºC

20 mA

4 mA

20 ºC 80ªC

Calibrado:lectura = f ( valor real )Ajustes de Cero y Span

mA = 0.2667 ºC - 1.3333

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Transmisores

20 mA

4 mA

20 ºC 80ªC

Calibrado:Lectura = f ( valor real )Ajustes de Cero y Span

mA = 0.2667 ºC - 1.3333

Cero

Span

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Transmisores

20 mA

4 mA

20 ºC 80ªC

Error de linealidad

Debido a la no linealidad de la curva de calibrado real

% span

Valor indicado

Valor real

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Zona muerta:Cambio en la variable medida que no alterala lectura.% del span

20 mA

4 mA

20 ºC 80ªC

Zonamuerta

Transmisores

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20 mA

20 ºC 80ªC

Repetitividad:Capacidad de obtener la misma lectura al leer el mismo valorde la variable medida en el mismo sentido de cambio.% del spanHistéresis:Lo mismo pero en sentidos distintos de cambio.

Transmisores

Repetitividad

4 mA

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20 mA

4 mA

20 ºC 80ªC

Valor real

error dinámico

valor indicado

Precisión:Limite máximode error posiblepor linealidad,histéresis, etc....

% del span% de la lecturaValor directo,...

Transmisores

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1 unidad

20 mA

4 mA

20 ºC 80ªC

Sensibilidad

Sensibilidad:Cambio en la lectura correspondiente a un cambio unidaden la variable

% del span

Transmisores

Page 48: 01 Instrument

De bulbo RTD (Pt100 0ºC 100 ) Termistores (Semiconductores) Termopares E, J, K, RS, T Pirómetros (altas temperaturas, radiación)

Transmisores de Temperatura

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PT-100

0ºC 100

La resistencia eléctrica cambia con la temperatura

Puente eléctrico para la conversión a señal eléctrica de tensión

Margen de empleo: -200 500ºC Sensibilidad: 0.4 /ºC

Precisión: 0.2%

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Puente

V

R R

RRt

PT100

Cuando el puente está equilibrado, la tensión V es nula. Si se modifica Rt la

tensión V cambia.

Vdc

Page 51: 01 Instrument

Conexión a tres hilos

V

R R

RRt

PT100

La longitud de los hilos de conexión influye en la medida, el tercer hilo hace que se añada la misma resistencia a cada

rama y se compensa el desequilibrio producido en el puente

Vdc

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Termopares

T1T2

I

En la unión de ciertos metales se genera una f.e.m. si los extremos están a temperaturas diferentes. La f.e.m. depende de la diferencia de temperatura

Termopar

T

M

Medida: Se opone una tensión conocida a la del termopar hasta que la salida del amp. diferencial es nula

Page 53: 01 Instrument

Termopares

Tipo Rango Precisión

T -200 250ºC 2%

J 0 750ºC 0.5%

K 0 1300ºC 1%

R / S 0 1600ºC 0.5%

W 0 2800ºC 1%

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Transmisores de presión

Presión absoluta Presión manométrica Presión diferencial

Medidas basadas en:• Desplazamiento• Galgas• Piezoelectricidad

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Sensor de desplazamiento

Capacidad

Inducción

Potenciómetro

Page 56: 01 Instrument

Presión

Page 57: 01 Instrument

Sensor piezoeléctrico

Cristal de cuarzo

Fuerza

Placa metálica

+

-

Page 58: 01 Instrument

Galgas / Efecto Hall

N

S

Corriente

Fuerza

Efecto Hall

Galgas extensiométricas

La deformación varia R

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Transmisor de presión

Despiece del elemento primario

Page 60: 01 Instrument

Transmisores de nivel

Desplazamiento Flotador Fuerza: Principio de Arquímedes

Presión diferencial Capacitivos Ultrasonidos Radar

Page 61: 01 Instrument

Nivel: presión diferencial

LT

(p0 + gh) - p0

Se mide la diferencia de presión entre ambas ramas

Se supone la densidad constante

Condensación en los tubos

Page 62: 01 Instrument

Capacitivos

Entre el electrodo y la pared del depósito se forma un condensador cuya capacidad depende del nivel de líquido

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Nivel: Ultrasonidos

El tiempo entre la emisión y la recepción de las ondas de alta frecuencia es proporcional al nivel

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Transmisores de Caudal

Presión diferencial Electromagnéticos Turbina Vortex Efecto Doppler Másicos (Coriolis) …..

Page 65: 01 Instrument

Placas de orificio

P1 P2

D

d)PP(g2

4

D

1Cq 21

2

4

2

Basada en la medida de presión diferencial

Dd

Page 66: 01 Instrument

S

Caudalímetros electromagnéticos

N

S

B

En el conductor (líquido) que circula a una velocidad en el seno del campo B se induce una f.e.m proporcional a la velocidad, que se recoge en los electrodos

N

-+

Page 67: 01 Instrument

Actuadores

Elementos finales de control. Modifican la variable manipulada del proceso de acuerdo a la señal del controlador. Válvulas Motores Bombas de velocidad variable Amplificadores de potencia ....

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Válvulas

Dispositivo que permite variar el caudal que pasa por una conducción modificando la pérdida de carga en la misma mediante una obturación variable. Cierre manual Retención Seguridad On/Off Regulación

Page 69: 01 Instrument

Válvulas de regulación

Estructura y funcionamiento Tipos de válvulas Fórmulas de cálculo Características estáticas Cavitación Características instaladas Dinámica de una válvula

Page 70: 01 Instrument

Válvula neumática de asiento

Aire

Fluido

Obturador

Asiento

Bridas

Membrana

Vástago

Muelle

Tapa

Indicador

Cuerpo

Servomotor

NeumáticoEléctrico

3 -15 psi

Page 71: 01 Instrument

Válvulas de regulación

AireAsiento o globoDoble asientoAguja SaundersCompuertaMariposaCamflex II

2 - 3 vías• Estanqueidad• Presión máxima• Capacidad de caudal• Tipo de fluido

Fluido

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Mariposa

Cuerpo

Page 73: 01 Instrument

Aire abre/cierra

Aire

Aire

Aire cierra

Aire abre

Aire cierra

Aire abre

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Convertidor I/P

Aire 3-15 psi

I P4 - 20 mA

Poca precisión en el posicionamiento del vástago

Alimentación aire y electrica

Page 75: 01 Instrument

Posicionador

Posicionador

Alimentación de aire

Aire

Señal de control4 - 20 mA

Page 76: 01 Instrument

Perdida de carga

222

1 q

Capv

p pérdida de cargaq caudala fracción de aperturaC coeficiente densidad

q

p

a

p1 p2

Page 77: 01 Instrument

Fórmulas de cálculo

vv paC

q

16.1

)(4.72 21 ppp

aCq v

v q Tm/hp baresa tanto por uno

q m3/hp bares densidad relativaa tanto por uno

Vapor saturado

Líquidosq

p

a

p1 p2

Cv coeficiente de caudal

Page 78: 01 Instrument

Características estáticas

% de posición delvastago

% de área delasiento 100%

% de flujo máximoen cond. nominalesa p constante

LinealesIsoporcentualesApertura rápidaMariposaCamflex

0 % 100 %

0 %

Page 79: 01 Instrument

0 % 100 %

0 % Mariposa

Apertura rápida

Lineal

Isoporcentual

Características estáticas

Page 80: 01 Instrument

Rangeability

0 % 100 %

0 %

máximo flujo controlableR = ------------------------------- mínimo flujo controlable

% posición del vastago

Flujo no controlable

R= 50...20

Page 81: 01 Instrument

Cavitación

longitud

presión p1

p2

longitud

presiónp1

p2

presión de vapor presión de vapor

Presión de vapor:Presión a la que hierve el líquido a la temperatura de trabajo

Page 82: 01 Instrument

Cavitación

vv paC

q

16.1

Cavitaciónincipiente

vp

q

Máxima ppara regular flujo

Flujo crítico

p K p pv c v ( )1

Kc Coeficiente de cavitación incipiente

admisiblepresion de caida Maxima p

)28.096.0(

M

12

c

vvfM p

pppCp

Cf Factor de flujo crítico pc presión del punto crítico

Page 83: 01 Instrument

Fórmulas de cálculo

qa C C p y y

yC

p

p

f v

f

v

13

1

0148

54 5

16315

( . )

.

..

gas

y

q Tm/hp bares

qa C C p y y

qa C C p

f v

f v

13

1

0148

837

837

( . )

.

.

vapor saturado

flujo critico

Page 84: 01 Instrument

Características Instaladas

qaC pv v116.

q

pv

a

p1 p2

h

qp gh

Ka CL

v

1

116 10

2 2

.

p p K q ghv L02

p0

Page 85: 01 Instrument

Características instaladas

22

0

116.1

1

vL CaK

ghpq

% posición del vastago

% q

Page 86: 01 Instrument

Válvulas inteligentes

Posicionador +Microprocesador

AireBus de campo

Caracterización

Diagnósticos

Alarmas

Bloques de control, etc.

Page 87: 01 Instrument

Bombas

Desplazamiento positivo Centrifugas Instalación Potencia y rendimiento Curvas características Cavitación

Page 88: 01 Instrument

Desplazamiento positivo

Embolo, membrana, ...

Page 89: 01 Instrument

Centrífugas

MotorAsíncrono Rodete

Energía eléctrica Energía mecánica

Page 90: 01 Instrument

Bombas centrífugas

p aw bqb 2 2

P p q P P

P W b

36 022. otencia suministrada

W Potencia absorvidaP kwq m3/hp bares

Incremento de energía = energía suministrada - pérdidas

Page 91: 01 Instrument

Curvas características

pb

q

1

2

2 > 1

Page 92: 01 Instrument

Punto de operación

q

pv

a h

02

22

20

)1

( pghqKCa

p

ghqKppp

Lv

b

Lvb

p0

pb

pb

q

Page 93: 01 Instrument

Bombas de velocidad variable

M Variador

4 - 20 mA

Page 94: 01 Instrument

Compresores

pb

q

1

2

2 > 1

Línea de bombeo (surge)

Page 95: 01 Instrument

Motores eléctricos

N

S

B

F

F

Page 96: 01 Instrument

Motores eléctricos cc / ca

MAmplificador

CC4 - 20 mA

Alimentación

M Variador

4 - 20 mA

Motor CC

Motor de inducción ca

Page 97: 01 Instrument

EL PROBLEMA DE CONTROL

ProcesoControladoruw y

SP CV

v

MV

DV

Page 98: 01 Instrument

Controladores

Generan una señal de control normalizada al actuador en función del valor medido de la variable que se quiere controlar y de su valor deseado.

Referencia

Variable controlada4-20 mA

Error+

-

Variable manipulada4-20 mACálculo y

normalización

Page 99: 01 Instrument

Controladores

Tecnologías: Neumática Electrónica Digital

Controladores de lazo (PID) Autómatas (PLC) Sistemas de Control Distribuido (DCS) Control por ordenador (PC)

Page 100: 01 Instrument

Controlador

SP 45PV 45.5

4-20 mA deltransmisor

4-20 mA alactuador

MV 38 %

Page 101: 01 Instrument

Señales del regulador

ProcesoRegulador

Transmisor

Actuadorw

Las señales de entrada y salida al regulador son señales normalizadas, normalmente de 4-20 mA

u y

4-20 mA

4-20 mA

Page 102: 01 Instrument

EL REGULADOR PID

regulador basado en señal, no incorpora conocimiento explícito del proceso

3 parámetros de sintonia Kp, Ti, Td

diversas modificaciones

dt

deTde

TteKtu

tytwte

di

p )(1

)()(

)()()(

Page 103: 01 Instrument

Dos opciones

ProcesoR

w u

ProcesoRw u

Ing.

mAIng.

Ing.

Ing.

mA

Ing. %

%

mAe

e mA

%

+-

+-

%

Kp % / %

Kp % / Ing.

Page 104: 01 Instrument

Análisis del regulador

GpR

100/span

Actuador

W

Las señales de entrada y salida al regulador suelen expresarse en % del span del transmisor y del actuadorrespectivamente.La conversión del regulador debe corresponder a calibración del transmisor

U

%

%%

+-

Y

100/span

Page 105: 01 Instrument

Parámetros PID

Kp ganancia / Término proporcional % span control / % span variable controlada banda proporcional PB=100/ Kp

Ti tiempo integral / Término integral minutos o sg. (por repetición) (reset time) repeticiones por min = 1/ Ti

Td tiempo derivativo / Término derivativo minutos o sg.

Page 106: 01 Instrument

Acción proporcional

u t K e t biasp( ) ( )

e

t

u

t

Un error del x % provoca una acción de control

del Kp x % sobre el actuador

bias = manual reset (CV = SP)

Page 107: 01 Instrument

Acción directa/inversa

LT

Direct acting controller Kp < 0 Reverse acting controller Kp > 0

u(t)=Kp(w-y) si aumenta y decrece u con Kp positiva

considerar el tipo de válvula

LC LT

LC

Page 108: 01 Instrument

Acción proporcional

M

Kp

w u

Ing.

Ampl.e

30 %

+-

1500 rpm

1500 rpm

u(t)=Kp e(t) + 30Solo puede alcanzarse un punto de equilibrio con error cero

Page 109: 01 Instrument

Acción integral (automatic reset)

y yw w

t t

u

t

u

t

Un regulador P no eliminael error estacionario en procesos autoregulados

La acción integral continua cambiando la u hasta que el error es cero

K

Tedp

i

Page 110: 01 Instrument

Acción Integral

M

Kp

w u

Ing.

Ampl.e

+-

1500 rpm

edT

K

i

p

1500 rpm

Page 111: 01 Instrument

Acción Integral

e

t

e

t

Kp eSi e=cte.

K

Tedp

i

Ti = 1 repetición

ipi

p

i

p TteKetT

Ked

T

K

Ti tiempo que tarda la acción integral en igualar a la acción proporcional (un repetición) si e=cte.

u tK

Te dp

i

t

( ) ( ) 0

Page 112: 01 Instrument

Acción derivativa

y yw w

t t

u

t

u

t

Un regulador P con gananciaalta para dar respuesta rápidapuede provocar oscilaciones por u excesiva

La acción derivativa acelera lau si e crece y la modera si e decrece, evitando oscilaciones

)tded

Te(K)t(u dp

Page 113: 01 Instrument

Acción derivativa

u t K Td e

d tp d( )

e

t

e

t

Kp Td aSi e= a t

Td

Kp e

Con e variando linealmente, la acción derivativa da lamisma u que la acción proporcional daría Td sg. mas tardeAcción anticipativaNo influye en el estado estacionario

PD

Page 114: 01 Instrument

Acción derivativa

u t K Td e

d tp d( )

e

t

e

t

Kp Td aSi e= a t

Td

K Td e

d tK T a K at t Tp d p d p d

Td tiempo que tarda laacción derivativa en igualara la acción proporcionalsi e= a.t.

Kp e

Page 115: 01 Instrument

Métodos de sintonía de PID

Métodos de prueba y error Métodos basados en experimentos

Estimar ciertas características dinámicas del proceso con un experimento

Cálcular los parámetros del regulador mediante tablas o fórmulas deducidas en función de las características dinámicas estimadas

Métodos analíticos basados en modelos Minimización de indices de error Márgenes de Fase y/o ganancia

Page 116: 01 Instrument

Prueba y Error

Partir de valores bajos de Kp, y sin acción integral o derivativa

Aumentar Kp hasta obtener una forma de respuesta aceptable sin excesivos u

Aumentar ligeramente Td para mejorar la respuesta

Disminuir Ti hasta eliminar el error estacionario

1 Aumentar Kp 2 Aumentar Td

3 Disminuir Ti

y y

y

w w

w

Page 117: 01 Instrument

Respuesta dinámica

Cambio escalón de la variable manipulada

tiempo

nivel

Page 118: 01 Instrument

Respuesta dinámica

Proceso

MVu

tiempo

CVy

tiempo

• Experimentación• Modelo matemático

Page 119: 01 Instrument

Respuesta dinámica

Estacionario

tiempo

u

y

Transitorio

Page 120: 01 Instrument

Tipos de procesos

Autoregulados No autoreguladoso Integradores

tiempo

u

y

tiempo

u

y

Page 121: 01 Instrument

Tipos de procesos

Fase mínima Fase no-mínimao respuesta inversa

tiempo

u

y

tiempo

u

y

Page 122: 01 Instrument

Estabilidad

0 2 4 6 8 10-0.5

0

0.5

1

1.5

2respuesta en lazo abierto

0 2 4 6 8 10-0.5

0

0.5

1

1.5

2respuesta en lazo abierto

Estable Inestable

A una entrada limitada corresponde una salida limitada

u

y y

Page 123: 01 Instrument

Amortiguamiento

0 2 4 6 8 10-0.5

0

0.5

1

1.5

2respuesta en lazo abierto

0 2 4 6 8 10-0.5

0

0.5

1

1.5

2respuesta en lazo abierto

Sobreamortiguado Subamortiguadou

y y

Page 124: 01 Instrument

Respuesta dinámica

tiempo

+5% del valor final

u

y

Retardo

tiempo deasentamiento

Page 125: 01 Instrument

respuesta dinámica

Sobrepico en % = 100 Mp/ y

Ganancia = y / u

u

yy

u

Mp

tiempo

Page 126: 01 Instrument

Ganancia

Ganancia positiva Ganancia negativao inversa

tiempo

u

y

tiempo

u

y

Page 127: 01 Instrument

respuesta dinámica

u

y

tiempo

periodode oscilación

tiempo de subida

90 % ys

10 % ys

ys valor final

Page 128: 01 Instrument

Modelo matemático

Proceso

u

tiempo

y

tiempo

Modelo

ym

tiempo

Page 129: 01 Instrument

Sistemas de eventos discretos

Muchos procesos no son continuos Sus variables solo admiten un número finito

de valores Los valores de las variables no cambian de

forma continua en el tiempo, sino en instantes determinados.

Problemas de control lógicos y secuenciales

Page 130: 01 Instrument

Estados discretos

Motor:

En marcha o parado

Depósito:

Con líquido o vacio

Válvula:

Abierta o cerrada

Page 131: 01 Instrument

Instrumentación

Circuito cerrado

Circuito abierto

Detector de nivel mínimo: cuando el nivel desciende del valor mínimo se activa / o desactiva la señal del sensor

Page 132: 01 Instrument

Instrumentación

Proceso

PS

TS

Termostato: Cuando la temperatura supera un límite se activa/desactiva el sensor

Presostato

Page 133: 01 Instrument

Instrumentación

Detector de presencia

Emisor

Receptor

Final de carrera

Page 134: 01 Instrument

Instrumentación

Válvula on/off

Electroválvula

Arrancador de motor

~

Page 135: 01 Instrument

Sistemas combinacionales

Asociados a alarmas o lógicas de operación Las respuestas dependen solo de las entradas a través

de las funciones lógicas y, ó, no SI (condiciones lógicas) ENTONCES (acciones)

Page 136: 01 Instrument

Lógica combinacional

AND 1 0

1 1 0

0 0 0

OR 1 0

1 1 1

0 1 0

NOT 1 0

0 1A.B AND

A+B OR

A NOT

BAB.A

B.A)BA(

Leyes de

Morgan

Page 137: 01 Instrument

Puertas lógicas

&A

B

1A

B

A.B

A+B

1A A

Nomenclatura DIN

Las expresiones lógicas pueden asimilarse a circuitos eléctricos en que las condiciones cierto o falso corresponden a presencia o ausencia de señal y la conclusión se expresa en términos de la señal de salida

Page 138: 01 Instrument

Circuitos lógicos

& 1

B

C (C+B).A

1&

A

B

D&

C

A.B + C.D

1A A

Page 139: 01 Instrument

Diagramas de contactos

Contacto normalmente abierto

Contacto normalmente cerrado

Las expresiones lógicas pueden asimilarse a circuitos eléctricos en que las condiciones cierto o falso corresponden a contactos cerrados o abiertos y la conclusión se expresa en términos de circula corriente o no

Page 140: 01 Instrument

Diagramas de contactos

A

A

B

B

A.B

A+B

Page 141: 01 Instrument

Diagramas de contactos

A

B

C D

+ -

Función lógica: (A+B).C.D

Page 142: 01 Instrument

Relés

Dispositivo que permite implementar acciones lógicas y actuar sobre elementos físicos

~Carga

S1

S2

SI (S1= cerrado y S2= cerrado)

ENTONCES carga activada

bobina

Page 143: 01 Instrument

Diagrama de contactos

bobina de relé

S1 S2

X1

Pulsador normalmente abierto

Pulsador normalmente cerrado

Otros elementos: temporizadores, contadores, pulsadores, etc.

+ -

Page 144: 01 Instrument

Ejemplo

M~

relé

S1 P1

X1

+ -

S1P1

X1

X1 X2

X2

S2

S2

Page 145: 01 Instrument

Procesos Secuenciales

AB

Descarga

Sucesión de etapas de operación con acciones específicas y condiciones de transición entre ellas

1 Espera 2 Carga 3 Operación 4 Descarga

M

Page 146: 01 Instrument

Grafos de transición de estados

A BM

1

2

3

4

Arranque

Tanque lleno

Operación terminada

Tanque vacio

Estados

Transiciones

Espera

Carga

Operación

Descarga

Page 147: 01 Instrument

Autómatas programables

Dispositivos programables orientados a implementar funciones lógicas y secuenciales conectados a un proceso

• CPU

• Comunicaciones

• Tarjetas I/O

• Alimentación

Arquitectura

Page 148: 01 Instrument

Modicon TSX Nano

Page 149: 01 Instrument

PC + PLC + Proceso