Manual de Simil-two

José Amable González LópezJosé Ignacio Adiego CorreasJosé Amable González de la Vega

TIEMPO REAL, S.A.Córcega, 8008029 - BarcelonaTelf. 93 410 1749Fax 93 419 0632e-mail.- [email protected]://www.tiemporeal.esSIMIL-TWO es una marca registrada de Tiempo Real, S.A.®

TITULO: MANUAL DE SIMIL-TWO®

AUTOR: José Amable González López

COAUTORES: José Ignacio Adiego Correas y José Amable González de la Vega

GENERACION DE LAS FIGURAS POR ORDENADORY COMPOSICION DEL MANUAL: José Amable González de la Vega

COPYRIGHT: © 2004 Tiempo Real, S.A.

EDITOR: Tiempo Real, S.A.Córcega 80 bajos08029 - Barcelona

2ª EDICION: 06 de Octubre de 2004

FECHA PUBLICACION: 06 de Octubre de 2004

DEPOSITO LEGAL: B-44887-2004

IMPRESOR: Tiempo Real, S.A.c/ Córcega, 80 bajos08029 - BarcelonaCIF: A-58014788

AVISO:

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Tiempo Real S.A. no garantiza la exactitud o carencia de errores en la informacióncontenida en este manual que incluye pero no se limita a su contenido, texto, figuras ytablas. La información se suministra TAL Y COMO ESTÁ, y Tiempo Real S.A. no asumeresponsabilidad alguna por los daños directos, indirectos, especiales o ejemplares, quese le pudieran imputar o que se produzcan como consecuencia del suministro, lectura,interpretación o uso o mal uso que se haga de la información del manual.

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SIMIL-TWO® es una marca registrada de Tiempo Real, S.A.

INDICE GENERAL.-

ACERCA DE SIMIL-TWO®. 1

EJERCICIO 1. LIC REGULACIÓN DE NIVEL 3Operatoria sugerida para el ejercicio 1.- 10

EJERCICIO 2. LIC/FIC SISTEMA EN CASCADA NIVEL/CAUDAL,CON PROCESO LINEAL Y NO LINEAL 13Operatoria sugerida para el ejercicio 2.- 21

EJERCICIO 3. CONTROL CONTINUO Y MUESTREADODE CAUDAL DE SÓLIDOS 23Operatoria sugerida para el ejercicio 3.- 29

EJERCICIO 4. TIC CONTROL FEEDBACK/FEEDFORWARD DE LATEMPERATURA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR 31Operatoria sugerida para el ejercicio 4.- 40

EJERCICIO 5. REACTOR - CONTROL DE UN REACTOR DISCONTINUO 43Operatoria sugerida para el ejercicio 5.- 53

EJERCICIO 6. SIMULADOR PARA COMPARARDISTINTOS ALGORITMOS DE CONTROL 55Acción derivativa, D, y ganancia dinámica derivativa KD 61Tiempo de avance (TA) 61Tiempo de reajuste (TR) 65Operatoria sugerida para el ejercicio 6.- 66

BIBLIOGRAFÍA APLICABLE A LOS EJERCICIOS DE SIMIL-TWO: 71

RECOMENDACIONES:

1ª Si apareciese algún error al intentar modificar el valor de cualquierparámetro, o hubiera duda sobre si responde bien, seleccione el campoentero y vuelva a escribir todas las cifras del valor deseado del parámetro.

2ª Se aconseja trabajar con una resolución de 1024x768 para poder vervarias ventanas abiertas a la vez, y observar sus efectos. Por ejemplo:Sinóptico del proceso y respuesta en tiempo real, Controlador PID con susajustes, datos de proceso, ruido de señal, ajuste de bypass, bomba, etc...

NOTA.- Las pantallas que aparecen impresas en este manual han sido incluidas tal y comoaparecen la primera vez que se utiliza el programa, salvo algunas excepciones como:sinópticos de proceso con gráfico en tiempo real y registros históricos.

INDICE GENERAL.-

© 2004 Tiempo Real, S.A. I

(PÁGINA EN BLANCO)

II © 2004 Tiempo Real, S.A.

1© 2004 Tiempo Real, S.A.

ACERCA DE SIMIL-TWO.-

ACERCA DE SIMIL-TWO®.

SIMIL-TWO es un simulador interactivo, para hacer prácticas de Control de Procesos, quecontiene unos ejercicios básicos que sirven para aprender a sintonizar los ajustes de los reguladoresautomáticos en procesos industriales que controlan nivel, el caudal de líquidos y de sólidos, y latemperatura, y para ver su comportamiento cuando hay perturbaciones. También permite comparardistintas estrategias de control aplicadas a un mismo proceso, modificar los ajustes de las accionesproporcional, integral y derivativa de los reguladores y también, en algunos casos, cambiar lacaracterística de la válvula de control y el valor de los parámetros de los procesos simulados.

© 2003 Tiempo Real, S.A. Reservados todos los derechos. La copia, duplicación, reproducción de cualquier parte deSIMIL-TWO, incluso del texto y figuras que aparecen en la «Ayuda» de cada Ejercicio, así como la extracción del códigofuente de los programas que conforman SIMIL-TWO, y la traducción de cualquiera de sus partes a otro idioma, estáprohibida por la ley, sin el permiso previo por escrito del titular del copyright Tiempo Real S.A. También está prohibidohacer funcionar o permitir visualizar de manera alguna SIMIL-TWO a través de Internet o de una Intranet, y el instalarlode manera tal que pueda llegar a ser operativo a través de Internet o de una Intranet sin el permiso previo por escrito deltitular del copyright Tiempo Real S.A.

SIMIL-TWO® es una marca registrada de Tiempo Real, S.A.Windows es una marca registrada de Microsoft Corporation.

2 © 2004 Tiempo Real, S.A.

MANUAL DE SIMIL-TWO

Las licencias de uso de SIMIL-TWO pueden adquirirse a Tiempo Real, S.A. en su versióncompleta para plataformas Windows. Una versión reducida de demostración también está disponibleen la página web: http://www.tiemporeal.es, o solicitando un CD-ROM a Tiempo Real, S.A.


EJERCICIO 1. LIC REGULACIÓN DE NIVEL

El ejercicio 1 realiza la simulación del control de nivel en un tanque.

Para arrancar el ejercicio, hacer clic sobre el botón Ejercicio 1. Antes de arrancar, el programapreguntará: ¿Quiere iniciar una nueva historia?.

* Si respondemos que Sí, el registro histórico comenzará desde cero y borrará lo que se hizola última vez que trabajamos con SIMIL-TWO.

* Si respondemos que No, el registro histórico comenzará a partir del punto en el quehubiésemos abandonado el último ejercicio con el que trabajamos. De esta forma seconservan los valores que obtuvimos de las variables del último ejercicio con el quetrabajamos.

EJERCICIO 1. LIC REGULACIÓN DE NIVEL.-


MANUAL DE SIMIL-TWO

Zonas de la pantalla de trabajo:

El menú superior contiene las opciones siguientes:

Proceso: Al hacer clic sobre esta opción aparece una ventana llamada «Acceso a Parámetros deProceso» donde se demanda una contraseña para poder continuar. Escribir la contraseña (Treal)y hacer clic sobre Aceptar.

Desde esta ventana podemos cambiar la contraseña. Para ello:

a) Escribir la contraseña actual en Contraseña.b) Escribir la contraseña nueva en Nueva contraseña (utilizar entre 4 y 8 caracteres).c) Volver a escribir la contraseña nueva en Confirmación.d) Hacer clic sobre Aceptar.

Esta ventana para introducir y cambiar la contraseña solamente aparece una vez cuando se trabajacon un ejercicio.

Seguidamente aparecerá otra ventana llamada «Datos de Proceso» donde podemos variarcaracterísticas del proceso y de los equipos involucradosen esta regulación. Cuando se pone en marcha esteejercicio lo hace con unos parámetros fijos de arranque.

Depósito de forma cilíndrica de anchura constante:

Diámetro: Podemos variar el diámetro deldepósito (en metros).Altura útil: Podemos variar la altura del depósito(en metros).Alarma Alto: Alarma de alta en el nivel deltanque (en % de la escala de nivel).Alarma Bajo: Alarma de baja en el nivel deltanque (en % de la escala de nivel).


Entrada: Permite variar condiciones que afectan al caudal de entrada.

CV máx Válvula: Valor del CV para la válvulade entrada.

LIN: Selección de válvula de característica lineal.ISO: Selección de válvula de característica isoporcentual.

CV máx Byp.: Valor del CV para la válvula debypass.Presión 1: Valor de la presión aguas arriba de laválvula de control (en bar).Presión 2: Valor de la presión aguas abajo de laválvula de control, a la entrada del depósito(en bar).Rango FT1001: Valor superior del campo demedida para el transmisor de caudal de entrada altanque (en m3/h).

Salida: Permite variar condiciones que afectan alcaudal de salida.

Q máx bomba: Caudal máximo que circularápor la bomba (en m3/h).Q máx Válvula: Visualización del caudalmáximo que se logra con la válvula de entrada altanque teniendo en cuenta el CV y las presionesdelante y detrás de la misma. El valor lo calculael propio sistema.Rango FT1002: Valor superior del campo demedida para el transmisor de caudal de salida deltanque (en m3/h).

Retardos: Mediante estos elementos establecemos cuál es la respuesta dinámica del proceso.La respuesta dinámica de un elemento, por ejemplo la válvula de control, la representamosmediante dos elementos en serie: un tiempo muerto y un retraso, ambos en segundos. Cuantomayor sea el tiempo muerto más tiempo tardará la válvula en producir un incremento de caudalcuando aumentamos la señal que le enviamos.Cuanto mayor sea el retraso más lentamente se iráincrementando el caudal circulante en la válvulahasta alcanzar el caudal final.

Caudal entrada: Podemos fijar el tiempo muertoy el retraso desde que se incrementa el caudal deentrada circulante por la válvula y el nivel sufreesa variación.Válvula LV1001: Podemos fijar el tiempo muertoy el retraso desde que se incrementa la señal querecibe la válvula hasta que el caudal que circulapor la válvula se incrementa.



MANUAL DE SIMIL-TWO

Salir: Abandona el ejercicio. Previamente pide confirmación.

Ayuda: Acceso a las pantallas de ayuda.Acerca de: Acceso a la información comercialdel producto SIMIL-TWO y a informacióngeneral sobre las actividades de TiempoReal, S.A.Ayuda: Acceso a la ayuda.

Inmediatamente por debajo del menú y justo encima del sinóptico principal tenemos alineadas lassiguientes opciones:

Título del ejercicio: LIC Regulación de Nivel.Una indicación luminosa (un rectángulo de color amarillo) que:* Parpadea cuando hay alguna alarma activa y no reconocida.* Se mantiene fijo de color amarillo cuando la alarma está activa pero ya ha sido reconocida (para

reconocer la alarma se realiza pulsando con el ratón el botón ACK situado justo a su derecha).* Está apagado cuando no hay ninguna alarma activa.Icono para acceder directamente a la opción del menú Proceso.Botón Salir para abandonar el ejercicio.Reloj con la hora activa.


A la derecha y por encima del logotipo de Tiempo Real, S.A. tenemos la ventana de visualizaciónde alarmas activas. Las alarmas configuradas que podemos visualizar son las siguientes:

* En la salida del controlador LIC al 0%: «LV-1001 0%».* En la salida del controlador LIC al 100%: «LV-1001 100%».* Alarma de alta en nivel: Valor ajustado en la ventana «Datos de proceso». «Alarma Alta».* Alarma de baja en nivel: Valor ajustado en la ventana «Datos de proceso». «Alarma Baja».

El logotipo de Tiempo Real, S.A. es activo: haciendo clic sobre él aparece información del productoSIMIL-TWO y de los cursos que Tiempo Real, S.A. imparte.

En la parte inferior del sinóptico del proceso tenemos el gráfico de tendencia donde se representanlas variables:

* Medida de nivel: LT1001 en color rojo.* Consigna del controlador de nivel LIC1001.Consigna en color amarillo.* Señal de salida del controlador: LIC1001.Salida en color azul marino.* Medida de caudal de salida: FT1002 en color azul claro.

Si hacemos clic con el ratón sobre el gráfico de tendencia lo veremos en una nueva ventana con untamaño mayor.

En la parte inferior derecha de la pantalla tenemos el acceso al registro histórico.

* Podemos, en primer lugar seleccionar el tiempo de muestreo para la recogida de datos en elregistro histórico. Éste puede ser de 1 s, 2 s, 5 s, 30 s, 1 minuto.

* Pulsando el botón Ver Historia accedemos a la ventana donde se muestra el registro histórico.Con el botón Iniciar y lasflechas a la izquierda yderecha desplazamos elregistro histórico haciaadelante y hacia atrás.Pulsando con el ratónsobre el gráfico apareceun cursor que marca en laparte inferior la hora a laque se encontraba esepunto; y el valor que teníanen aquel instante cada unade las 4 variablesrepresentadas aparece enlos recuadros que haysituados a la derecha de laetiqueta de las variablescorrespondientes.

En el sinóptico central vemos representado tanto el proceso como la estrategia de control que estamosrealizando: Un lazo cerrado de control de nivel.



MANUAL DE SIMIL-TWO

Las indicaciones analógicas numéricas representadas son las siguientes:

* Caudal de entrada en m3/h.* Caudal de salida en m3/h.* Nivel del depósito en %.* El nivel del depósito también se representa de manera gráfica en forma de barra.

Las indicaciones digitales representadas son:

* Círculo en la parte superior del depósito que se activa y se pone de color rojo con la AlarmaAlta de nivel.

* Círculo en la parte inferior del depósito que se activa y se pone de color rojo con la AlarmaBaja de nivel.

* Círculo al lado de la bomba que se activa y se pone de color verde cuando la bomba está enfuncionamiento.

Si desplazamos el cursor mediante el ratón por el sinóptico del proceso veremos que hay varias zonasactivas:

La bomba (P-1001). Al pulsar con el ratón sobre ella aparece una ventana llamada «P-1001» dondepodemos manipular el caudal que extraemos del tanque.

* En primer lugar hay que arrancar la bomba seleccionandola opción ON.

* A continuación podemos variar el caudal de salidaporcentualmente mediante los cursores de la barra dedesplazamiento o introduciendo numéricamente el valorporcentual de caudal de salida (para reconocerlo pulsar«enter» o Aceptar).

La bomba únicamente está en marcha si está activada (en ON) y el nivel se encuentra porencima del 1%. En cuanto el nivel desciende y alcanza el valor del 1% la bomba se paraautomáticamente y no vuelve a conectarse otra vez hasta que el nivel no alcanza el 10%.

La barra representativa del nivel del tanque. Al pulsar con elratón sobre ella aparece una ventana llamada «Ruido de Señal»donde tenemos la posibilidad de introducir ruido en la señal demedida de nivel. En dicha ventana podemos fijar la amplitud deruido máximo en %.

La válvula de bypass. Al pulsar con el ratón sobre ellaaparece una ventana llamada «Ajuste Bypass» desde dondepodemos abrir la válvula de bypass.


Controlador LIC. Al pulsar con el ratón sobre él aparece la ventana delfacsímil del controlador llamada LIC-1001 donde tenemos las opcionessiguientes:

* Indicación de la medida de nivel: gráficamente en forma de barrade color rojo y numéricamente.

* Indicación del punto de consigna de nivel: gráficamente en formade barra de color amarillo y numéricamente. Modificando elvalor numérico variamos el punto de consigna, designado conCONSIGNA.

* Estado automático (A) o manual (M) del controlador.* Indicación de la salida: gráficamente en forma de barra de color

azul marino y numéricamente. Si el controlador se encuentra enmanual podemos variar la señal de salida con el (-) y el (+)situados a izquierda y derecha del valor numérico de la salida odirectamente modificando dicho valor.

* Botón de ajustes del controlador Ajust: Pulsando este botón se despliega otra ventanacontigua donde tenemos los ajustes del controlador. Cuando ponemos en marcha esteejercicio el controlador tiene unos parámetros de ajuste fijos por defecto, que son loscorrespondientes a una respuesta relajada. Los ajustes que manipulamos en el controlador son:

- Para la acción proporcional ajustamos: Banda Proporcional en %.- Para la acción integral ajustamos: Tiempo de reajuste en minutos/repetición.- Para la acción derivativa ajustamos: Tiempo de avance en minutos.

Las definiciones de «Tiempo de avance» y de «Tiempo de reajuste» aparecen en elapartado «Acción derivativa, D, y ganancia dinámica derivativa KD» del ejercicio 6.

- Acción del controlador:Directa (Medida↑ Salida↑) o Inversa (Medida↑ Salida↓).

- Dos juegos de parámetros de ajuste del controlador que se introducen automáticamenteal seleccionarlos:

Set 1: Configura el controlador con ajustes oscilatorios para el proceso que hayconfigurado cuando arrancamos el ejercicio.Set 2: Configura el controlador con ajustes satisfactorios para el proceso que hayconfigurado cuando arrancamos el ejercicio.



MANUAL DE SIMIL-TWO

Operatoria sugerida para el ejercicio 1.-

Cuando arrancamos el ejercicio lo hace de la siguiente forma:

- Acción del controlador: Inversa (Medición↑ Salida↓).

- Bomba parada.

- Controlador en manual con salida al 0%. Esto significa que la válvula de control de entradaestá cerrada puesto que es el tipo Aire para Abrir (Fallo Cierra).

- Válvula de bypass cerrada.

- Nivel al 50% estabilizado.

Arranque del proceso:

* Abrir poco a poco la válvula de control (desde la salida del controlador LIC-1001) para quevaya entrando líquido al tanque.

* Seguidamente poner en marcha la bomba e ir aumentando el caudal que extraemos por lamisma.

* Controlar el nivel para que el tanque no rebose ni llegue a vaciarse. Durante esta operatoriaen manual, alcanzar un caudal de bomba de 40 m3/h y dejar estabilizado el nivel alrededorde su consigna, un 50%.

* Seguidamente pasar a automático y ajustar el controlador LIC (pulsando el botón Ajustaparecerán los ajustes del controlador).

Nota: Si apareciese algún error al intentar modificar el valor de cualquier parámetro, o hubieraduda sobre si responde bien, seleccione el campo entero y vuelva a escribir todas las cifrasdel valor deseado del parámetro.

Una vez ajustado el controlador, se pueden provocar distintas perturbaciones para ver cuál es larespuesta del mismo:

a) Podemos abrir algo la válvula de bypass (ej. un 20%) y ver la respuesta que ocurre. Darsecuenta de la posición en la que queda la válvula una vez que se haya estabilizado.

b) Podemos variar la presión P1 aguas arriba de la válvula de control y ver lo que ocurre conla posición de válvula que se alcanza una vez que se estabilice de nuevo.

c) Podemos variar la presión en el interior del depósito (variando la presión P2).

d) Podemos variar el caudal extraído por la bomba.

Todo esto lo podemos hacer con el proceso y los equipos instalados funcionando de una determinadaforma. También podemos modificar tanto las características del proceso como de los equipos y volvera provocar los mismos cambios planteados anteriormente (del a al d):

1) Podemos añadir ruido en la señal de nivel.

2) Podemos cambiar la característica de la válvula; convertirla en isoporcentual. Realizar elajuste del PID trabajando con caudal de bomba bajo (20-30 m3/h) y seguidamente, con elPID ya ajustado, aumentar el caudal de bomba hasta caudales altos. Observar elcomportamiento.


Con el proceso configurado tal como arranca y con los ajustes en el controlador que seobtienen al pulsar sobre el botón Set2, el sistema funciona satisfactoriamente para un caudalde salida entorno al 20% y se hace inestable si el caudal de salida es mayor del 50%, cuandola característica de la válvula es isoporcentual.

3) Podemos variar las dimensiones del depósito (en diámetro y en altura).

4) Podemos variar el tamaño de la válvula de control (modificando su CV). Partir de unasituación estabilizada e ir incrementando el CV de la válvula de control. Observar quéocurre.

5) Podemos variar el caudal máximo que suministra la bomba.

6) Podemos modificar el valor superior del campo de medida al que está ajustado el transmisorde caudal FT-1001. El caudal máximo que visualizaremos será el definido en el parámetroRango FT1001 pero el caudal que realmente circulará será el que defina el CV de la válvulajunto con las presiones delante (P1) y detrás (P2) de la válvula de control.

7) Podemos modificar el valor superior del campo de medida al que está ajustado el transmisorde caudal FT-1002.

8) Podemos modificar los retardos en la respuesta de la válvula y del depósito.

9) Y si todas estas variantes se han hecho con una válvula de característica lineal, puedenrepetirse las que se desee con la válvula isoporcentual y comparar resultados.

El cambio se hace desde la barra superior del ejercicio:Proceso

ContraseñaPestaña «Entrada»

Opciones desplegables a la derecha: con clic en la flecha,se puede elegir entre:

LIN Característica linealISO Característica isoporcentual



MANUAL DE SIMIL-TWO

(PÁGINA EN BLANCO)


EJERCICIO 2. LIC/FIC SISTEMA EN CASCADA NIVEL/CAUDAL,CON PROCESO LINEAL Y NO LINEAL

El ejercicio 2 realiza la simulación del control de nivel en un tanque mediante un sistema encascada nivel-caudal.




EJERCICIO 2. LIC/FIC SISTEMA EN CASCADA NIVEL/CAUDAL, CON PROCESO LINEAL Y NO LINEAL.-


MANUAL DE SIMIL-TWO




Desde esta ventana podemos cambiar la contraseña. Para ello:a) Escribir la contraseña actual en Contraseña.b) Escribir la contraseña nueva en Nueva contraseña (utilizar entre 4 y 8 caracteres).c) Volver a escribir la contraseña nueva en Confirmación.d) Hacer clic sobre Aceptar.


Seguidamente aparecerá otra ventana llamada «Datos de Proceso» donde podemos variarcaracterísticas del proceso y de los equipos involucrados en esta regulación. Cuando se pone enmarcha este ejercicio lo hace con unos parámetros fijos de arranque.

Depósito que tiene la forma dibujada en el sinóptico.Del 100% al 50% de nivel es cilíndrico y del 50% a0% de nivel es cónico:

Diámetro: Podemos variar el diámetro deldepósito de la parte cilíndrica (en metros).Altura útil: Podemos variar la altura total deldepósito (en metros).Alarma Alto: Alarma de alta en el nivel deltanque (en % de la escala de nivel).Alarma Bajo: Alarma de baja en el nivel deltanque (en % de la escala de nivel).


Entrada: Permite variar condiciones que afectan al caudal de entrada.

CV máx Válvula: Valor del CV para la válvulade entrada.

LIN: Selección de válvula de característica lineal.ISO: Selección de válvula de característica isoporcentual.

CV máx Byp.: Valor del CV para la válvula debypass.Presión 1: Valor de la presión aguas arriba de laválvula de control (en bar).Presión 2: Valor de la presión aguas abajo de laválvula de control, a la entrada del depósito(en bar).Rango FT1001: Valor superior del campo demedida para el transmisor de caudal de entrada altanque (en m3/h).

Salida: Permite variar condiciones que afectan alcaudal de salida.

Q máx bomba: Caudal máximo que circularápor la bomba (en m3/h).Q máx Válvula: Visualización del caudalmáximo que se logra con la válvula de entrada altanque teniendo en cuenta el CV y las presionesdelante y detrás de la misma. El valor lo calculael propio sistema.Rango FT1002: Valor superior del campo demedida para el transmisor de caudal de salida deltanque (en m3/h).

Retardos: Mediante estos elementos establecemos cuál es la respuesta dinámica del proceso.La respuesta dinámica de un elemento, por ejemplo la válvula de control, la representamosmediante dos elementos en serie: un tiempo muerto y un retraso, ambos en segundos. Cuantomayor sea el tiempo muerto más tiempo tardará la válvula en producir un incremento de caudalcuando aumentamos la señal que le enviamos.Cuanto mayor sea el retraso más lentamente se iráincrementando el caudal circulante en la válvulahasta alcanzar el caudal final.

Caudal entrada: Podemos fijar el tiempo muertoy el retraso desde que se incrementa el caudal deentrada circulante por la válvula y el nivel sufreesa variación.Válvula FV1001: Podemos fijar el tiempo muertoy el retraso desde que se incrementa la señal querecibe la válvula hasta que el caudal que circulapor la válvula se incrementa.



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Título del ejercicio: LIC/FIC - Sistema en cascada nivel/caudal, con proceso lineal y no lineal..Una indicación luminosa (un rectángulo de color amarillo) que:* Parpadea cuando hay alguna alarma activa y no reconocida.* Se mantiene fijo de color amarillo cuando la alarma está activa pero ya ha sido reconocida (para

reconocer la alarma se realiza pulsando con el ratón el botón ACK situado justo a su derecha).* Está apagado cuando no hay ninguna alarma activa.

Icono para acceder directamente a la opción del menú Proceso.Botón Salir para abandonar el ejercicio.Reloj con la hora activa.


A la derecha y por encima del logotipo de Tiempo Real, S.A. tenemos la ventana de visualizaciónde alarmas activas. Las alarmas configuradas son las siguientes:

* En la salida del controlador FIC al 0%: «FV-1001 0%».* En la salida del controlador FIC al 100%: «FV-1001 100%».* Alarma de alta en nivel: Valor ajustado en la ventana «Datos de proceso». «Alarma Alta».* Alarma de baja en nivel: Valor ajustado en la ventana «Datos de proceso». «Alarma Baja».



* Medida de nivel: LT1001 en color rojo.* Medida de caudal de entrada: FT1001 en color amarillo.* Señal de salida del controlador: FIC1001.Salida en color azul marino.* Medida de caudal de salida: FT1002 en color azul claro.




* Pulsando el botón Ver Historia accedemos a la ventana donde se muestra el registro histórico.Con el botón Iniciar y lasflechas a la izquierda yderecha desplazamos elregistro histórico haciaadelante y hacia atrás.Pulsando con el ratónsobre el gráfico apareceun cursor que marca en laparte inferior la hora a laque se encuentra el mismo,y el valor que tiene cadauna de las 4 variablesrepresentadas aparece enlos recuadros que haysituados a la derecha de laetiqueta de las variablescorrespondientes.

En el sinóptico central vemos representado tanto el proceso como la estrategia de control que estamosrealizando: Un control en cascada nivel-caudal.



MANUAL DE SIMIL-TWO


* Caudal de entrada en m3/h.* Caudal de salida en m3/h.* Nivel del depósito en %.* El nivel del depósito también se representa de manera gráfica en forma de barra.


* Círculo en la parte superior del depósito que se activa y se pone de color rojo con la AlarmaAlta de nivel.

* Círculo en la parte inferior del depósito que se activa y se pone de color rojo con la AlarmaBaja de nivel.

* Círculo al lado de la bomba que se activa y se pone de color verde cuando la bomba está enfuncionamiento.


La bomba (P-1001). Al pulsar con el ratón sobre ella aparece una ventana llamada «P-1001» dondepodemos manipular el caudal que extraemos del tanque.

* En primer lugar hay que arrancar la bomba seleccionandola opción ON.

* A continuación podemos variar el caudal de salidaporcentualmente mediante los cursores de la barra dedesplazamiento o introduciendo numéricamente el valorporcentual de caudal de salida (para reconocerlo pulsar«enter» o Aceptar).

La bomba únicamente está en marcha si está activada (en ON) y el nivel se encuentra por encima del1%. En cuanto el nivel desciende y alcanza el valor del 1% la bomba se para automáticamente y novuelve a conectarse otra vez hasta que el nivel no alcanza el 10%.

El transmisor de caudal de entrada (FT-1001). Al pulsar conel ratón sobre él aparece una ventana llamada «Ruido de Señal»donde tenemos la posibilidad de introducir ruido en la señal demedida de caudal. En dicha ventana podemos fijar la amplitud deruido máximo en %.

La válvula de bypass. Al pulsar con el ratón sobre ellaaparece una ventana llamada «Ajuste Bypass» desde dondepodemos abrir la válvula de bypass.


Controlador LIC. Al pulsar con el ratón sobre él aparece la ventana delfacsímil del controlador llamada LIC-1001 donde tenemos las opcionessiguientes:

* Indicación de la medida de nivel: gráficamente en forma de barrade color rojo y numéricamente.

* Indicación de la consigna de nivel: gráficamente en forma de barrade color amarillo y numéricamente. Modificando el valor numéricovariamos el punto de consigna, designado con CONSIGNA.


azul marino y numéricamente. Si el controlador se encuentra enmanual podemos variar la señal de salida con el (-) y el (+) situadosa izquierda y derecha del valor numérico de la salida o directamentemodificando dicho valor.

* Botón de ajustes del controlador Ajust: Pulsando este botón se despliega otra ventana contiguadonde tenemos los ajustes del controlador. Cuando ponemos en marcha este ejercicio elcontrolador tiene unos parámetros de ajuste fijos por defecto, que son los correspondientes auna respuesta relajada. Los ajustes que manipulamos en el controlador son:- Para la acción proporcional ajustamos: Banda Proporcional en %.- Para la acción integral ajustamos: Tiempo de reajuste en minutos/repetición.- Para la acción derivativa ajustamos: Tiempo de avance en minutos.

Las definiciones de «Tiempo de avance» y de «Tiempo de reajuste» aparecen en el apartado«Acción derivativa, D, y ganancia dinámica derivativa KD» del ejercicio 6.

- Set-Point Tracking: En castellano significa "seguimiento del punto de consigna". Si estaopción está chequeada, variará el comportamiento habitual del controlador cuando esté enmanual. Cuando el LIC esté en manual, el punto de consigna no tendrá un valor fijo (el últimovalor que haya fijado el operador) sino que tendrá un valor variable igual a la medición delcontrolador LIC. De esta forma, mientras estamos trabajando en manual, la consigna vasiguiendo a la medición para que cuando conmutemos a automático con la mediciónestabilizada en su punto final, el punto de consigna tenga ese mismo valor.

- Acción del controlador: Directa (Medida↑ Salida↑) o Inversa (Medida↑ Salida↓).- Dos juegos de parámetros de ajuste del controlador que se introducen automáticamente al

seleccionarlos:

Set 1: Configura elcontrolador con ajustesoscilatorios para elproceso que hayconfigurado cuandoarrancamos el ejercicio.Set 2: Configura elcontrolador con ajustessatisfactorios para elproceso que hayconfigurado cuandoarrancamos el ejercicio, siel punto de consigna delLIC es superior al 60%.



MANUAL DE SIMIL-TWO

Controlador FIC. Al pulsar con el ratón sobre él aparece la ventana del facsímil del controladorllamada FIC-1001 donde tenemos las opciones siguientes:

* Indicación de la medida de caudal: gráficamente en forma debarra de color rojo y numéricamente.

* Indicación del punto de consigna de caudal: gráficamente enforma de barra de color amarillo y numéricamente. Si el controladorse encuentra con el punto de consigna en local (L), modificandoel valor numérico variamos el punto de consigna, designado conCONSIGNA.

* Estado automático (A) o manual (M) del controlador.* Estado local (L) o remoto (R) del punto de consigna.* Indicación de la salida: gráficamente en forma de barra de color


* Botón de ajustes del controlador Ajust: Pulsando este botón se despliega otra ventanacontigua donde tenemos los ajustes del controlador. Cuando ponemos en marcha esteejercicio el controlador tiene unos parámetros de ajuste fijos por defecto, que son loscorrespondientes a una respuesta relajada. Los ajustes que manipulamos en el controladorson:








Cuando arrancamos el ejercicio lo hace de la siguiente forma:- Acción de los dos controladores: Inversa (Medición↑ Salida↓).- Bomba parada.- Controlador LIC-1001 en manual con salida al 0%. Esto significa que el punto de consigna

remoto del controlador FIC-1001 será del 0%.- Controlador FIC-1001 en manual con salida al 0%. Esto significa que la válvula de control

de entrada está cerrada puesto que es el tipo Aire para Abrir (Fallo Cierra). El punto deconsigna de este controlador está en local con un valor del 0%.

- Válvula de bypass cerrada.- Nivel al 83,3% estabilizado.


Arranque del proceso:* Abrir poco a poco la válvula de control desde la salida manual del controlador FIC-1001 para

que vaya entrando líquido al tanque.* Seguidamente poner en marcha la bomba e ir aumentando el caudal que extraemos por la

misma.* Controlar el nivel para que el tanque no rebose ni llegue a ser inferior al 60%. Durante esta

operatoria en manual, alcanzar un caudal de bomba de 40 m3/h y dejar estabilizado el nivelalrededor del 80%. Cambiar su consigna al valor del 80%.

* Seguidamente poner la salida en manual del LIC en un valor idéntico a la medición del FIC,y la consigna del FIC en remoto. Pasar a automático el controlador FIC, con su punto deconsigna remoto fijado desde la salida manual del LIC, y ajustarlo procurando mantener elnivel entre 60 y 90%. Luego pasar el controlador LIC a automático y ajustarlo. Pulsando Ajustaparecen los ajustes de cada controlador.

Una vez ajustados los dos controladores, se pueden provocar distintas perturbaciones para ver cuáles la respuesta del mismo:

a) Podemos abrir algo la válvula de bypass (ej. un 20%) y ver la respuesta que ocurre. Darsecuenta de la posición en la que queda la válvula una vez que se haya estabilizado. Observarla perturbación provocada en el nivel del depósito y compararla con la que se obtenía en elejercicio 1 ante la misma variación.

b) Podemos variar la presión P1 aguas arriba de la válvula de control y ver lo que ocurre conla posición de válvula que se alcanza una vez que se estabilice.

c) Podemos variar la presión en el interior del depósito (variando la presión P2).d) Podemos variar el caudal extraído por la bomba.e) Podemos cambiar el punto de consigna del controlador de nivel. Actualmente estamos en

un valor del 80%. Disminuirla de 10 en 10% hasta llegar a un valor del 30%. Justamente,la no linealidad del proceso se ve con consignas del LIC inferiores al 50%. Los ajusteslogrados manteniendo el nivel entre 60 y 90 % (según se ha sugerido mas arriba) no sirvenpara consignas inferiores al 50%, y van tanto peor cuanto menor sea el punto de consigna.En la parte cónica del depósito, cada consigna exige unos ajustes óptimos que son distintospara cada punto y cada uno puede constituir una nueva práctica.



MANUAL DE SIMIL-TWO

Todo esto lo podemos hacer con el proceso y los equipos instalados funcionando de una determinadaforma. También podemos modificar tanto las características del proceso como de los equipos y volvera provocar los mismos cambios planteados anteriormente (del a) al e)):

1) Podemos añadir ruido en la señal de caudal.2) Podemos cambiar la característica de la válvula; convertirla en isoporcentual. Realizar el

ajuste del FIC-1001 trabajando con caudal de bomba bajo (20-30 m3/h) y seguidamente, conel LIC-1001 ya ajustado y con el sistema en cascada, aumentar el caudal de bomba hastacaudales altos. Observar el comportamiento.

3) Podemos variar las dimensiones del depósito (en diámetro y en altura).4) Podemos variar el tamaño de la válvula de control (modificando su CV). Partir de una

situación estabilizada e ir incrementando el CV de la válvula de control. Observar qué ocurre.5) Podemos variar el caudal máximo que suministra la bomba.6) Podemos modificar el valor superior del campo de medida al que está ajustado el transmisor

de caudal FT-1001. El caudal máximo que visualizaremos será el definido en el parámetroRango FT1001 pero el caudal que realmente circule será el que defina el CV de la válvulajunto con las presiones delante (P1) y detrás (P2) de la válvula de control. Observar el efectoque tiene el valor superior del campo de medida definido con el parámetro Rango FT1001sobre lo que el controlador FIC-1001 mueve la salida, en combinación con la bandaproporcional que tenga ajustada.

7) Podemos modificar el valor superior del campo de medida al que está ajustado el transmisorde caudal FT-1002 mediante el parámetro Rango FT1002.

8) Podemos modificar los retardos en la respuesta de la válvula y del depósito.9) Y si todas estas variantes se han hecho con una válvula de característica lineal, pueden

repetirse las que se desee con la válvula isoporcentual y comparar resultados.El cambio se hace desde la barra superior del ejercicio:

ProcesoContraseña

Pestaña «Entrada»Opciones desplegables a la derecha: con clic en la flecha,se puede elegir entre:

LIN Característica linealISO Característica isoporcentual


EJERCICIO 3. CONTROL CONTINUO Y MUESTREADODE CAUDAL DE SÓLIDOS

El ejercicio 3 realiza la simulación del control de caudal de sólidos en una cinta transportadora.Para ello se mide el peso del sólido en un punto de la cinta y en función de ese peso se actúa sobrela apertura de la compuerta que realiza la descarga del mismo sobre la cinta transportadora.

Se podrá estudiar el comportamiento con dos métodos: uno con un controlador PID estándartrabajando en continuo y, el otro, con un PID que realiza «control muestreado», y comparar losresultados.


* Si respondemos que Sí, el registro histórico comenzarádesde cero y borrará lo que se hizo la última vez quetrabajamos con SIMIL-TWO.

* Si respondemos que No, el registro histórico comenzará apartir del punto en el que hubiésemos abandonado el últimoejercicio con el que trabajamos. De esta forma se conservanlos valores que obtuvimos de las variables del últimoejercicio con el que trabajamos.

EJERCICIO 3. CONTROL CONTINUO Y MUESTREADO DE CAUDAL DE SÓLIDOS.-


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Seguidamente aparecerá otra ventana llamada «Velocidad de la cinta» donde podemos variar lavelocidad de la cinta transportadora. Hay que introducir, en segundos, el tiempo que transcurredesde que se realiza la descarga de sólido en la cinta transportadora y éste llega al punto dondese realiza la medición. Con este ajuste se cambia el tiempo muerto (retraso puro) del proceso ypodremos comparar como afecta su valor a los dos métodos de control en estudio.





Título del ejercicio: Control continuo y muestreado de caudal de sólidos.Una indicación luminosa (un rectángulo de color amarillo) que:* Parpadea cuando hay alguna alarma activa y no reconocida.* Se mantiene fijo de color amarillo cuando la alarma está activa pero ya ha sido reconocida (para

reconocer la alarma se realiza pulsando con el ratón el botón ACK situado justo a su derecha).* Está apagado cuando no hay ninguna alarma activa.

Icono para acceder directamente a la opción del menú Proceso.Botón Salir para abandonar el ejercicio.Reloj con la hora activa.



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A la derecha y por encima del logotipo de Tiempo Real, S.A. tenemos la ventana de visualizaciónde alarmas activas. Las alarmas configuradas que podemos visualizar son las siguientes:

* En la salida del controlador WIC: a 0%: «Apertura tolva 0%».* En la salida del controlador WIC: a 100%: «Apertura tolva 100%».* Señal de medición en 100%: «Alto caudal».* Señal de medición en 0%: «Bajo caudal».



* Medida de caudal de sólidos: WT1001 en color rojo.* Consigna de caudal de sólidos: WIC1001.Consigna en amarillo.* Señal de salida del controlador: WIC1001.Salida en color azul marino.




* Pulsando el botón Ver Historia accedemos a la ventana donde se muestra el registro histórico.Con el botón Iniciar y lasflechas a la izquierda yderecha desplazamos elregistro histórico haciaadelante y hacia atrás.Pulsando con el ratónsobre el gráfico apareceun cursor que marca en laparte inferior la hora a laque se encontraba esepunto; y el valor que teníanen aquel instante cada unade las 3 variablesrepresentadas aparece enlos recuadros que haysituados a la derecha de laetiqueta situada al lado dela correspondiente variable.

En el sinóptico central vemos representado tanto el proceso como la estrategia de control que estamosrealizando. Un control en lazo cerrado del caudal de sólidos.


Las indicaciones analógicas numéricas representadas son las siguientes:* Medida del peso de sólidos en %.* Representamos también de manera gráfica en forma de barra, la distribución del sólido a lo

largo de la cinta transportadora.

Las indicaciones digitales representadas son:* Circulo de color verde o rojo al lado del controlador WIC que indica si éste está «activo»

(círculo de color verde) o si se encuentra «en espera» (círculo rojo).


La tolva principal. Al pulsar con el ratón sobre ella aparece unaventana llamada Ruido de señal desde donde podemos incorporarruido a la descarga de sólido sobre la cinta transportadora.

El indicador analógico situado al lado de la tolva auxiliar nospermite realizar un aporte adicional de sólido a la cintatransportadora a través de la tolva auxiliar. Para ello hay quedesplazar con el ratón el índice de posición que posee.

El motor que regula la velocidad de la cinta. Al hacer clic sobre esta opción aparece una ventanallamada «Acceso a Parámetros de Proceso» donde se demanda una contraseña para poder continuar.Escribir la contraseña y hacer clic sobre Aceptar.Al hacer clic sobre esta opción aparece una ventanallamada «Velocidad de la cinta» donde podemos variarel tiempo de transporte, en segundos, de la cintatransportadora. Hay que introducir, en segundos, eltiempo que transcurre desde que se realiza la descargade sólido en la cinta transportadora y éste llega al puntodonde se realiza la medición. La misma opción que serealiza desde el menú Proceso.

Controlador WIC. Al pulsar con el ratón sobre él aparece la ventana del facsímil del controladorllamada WIC-1001 donde tenemos las opciones siguientes:

* Indicación de la medida de caudal de sólidos: gráficamente enforma de barra de color rojo y numéricamente.

* Indicación de la consigna de caudal de sólidos: gráficamente enforma de barra de color amarillo y numéricamente. Modificandoel valor numérico variamos el punto de consigna, designado conCONSIGNA.





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- Set-Point Tracking: En castellano significa "seguimiento del punto de consigna". Siesta opción está chequeada, variará el comportamiento habitual del controlador cuandoesté en manual. Cuando el WIC esté en manual, el punto de consigna no tendrá un valorfijo (el último valor que haya fijado el operador) sino que tendrá un valor variable iguala la medición del controlador WIC. De esta forma, mientras estamos trabajando enmanual, la consigna va siguiendo a la medición para que cuando conmutemos aautomático con la medición estabilizada en su punto final, el punto de consigna tengaese mismo valor.


- Dos juegos de parámetros de ajuste del controlador que se introducen automáticamenteal seleccionarlos:Set 1: Configura el controlador con ajustes oscilatorios para el proceso que hayconfigurado cuando arrancamos el ejercicio con controlador continuo.Set 2: Configura el controlador con ajustes satisfactorios para el proceso que hayconfigurado cuando arrancamos el ejercicio:

a) Si T.ON = 100% (control continuo), los ajustes satisfactorios que salen con Set 2son: BP = 250%, TREAJUSTE = 0,22 min/rep, TAVANCE = 0 min

b) Si T.ON = 25% y T.Ciclo = 40s (control muestreado), los ajustes satisfactoriosque salen con Set 2 son: BP = 550%, TREAJUSTE = 0,02 min/rep, TAVANCE = 0 min

- Dos ajustes denominados:T. Ciclo: en segundos.T. ON: en porcentaje.


El controlador puede trabajar de dos maneras:

a) Como un controlador continuo que en todo momento compara la medición con el puntode consigna y actualiza la señal de salida.

b) Haciendo control muestreado. Trabaja como controlador continuo durante un ciertotiempo y después se mantiene en espera a que la medición responda a las variacionesefectuadas con la señal de salida. En el modo en espera el controlador mantiene constanteel último valor de señal de salida que hubiese enviado a válvula.Cuando el controlador está actualizando la señal de salida, el círculo situado a la derechaestá de color verde.Cuando el controlador está en espera y mantiene la señal de salida constante, el círculosituado a la derecha está de color rojo.

Para definir este modo de funcionamiento se usan los dos ajustes antes mencionados:

T. Ciclo: Define la duración total en segundos de las dos etapas, la de control mas la de espera.

T. ON: Dentro del ciclo definido con el parámetro T. Ciclo, con T.ON se define elporcentaje de tiempo en el que el controlador se encontrará trabajando como controladorcontinuo, es decir, actualizando la señal de salida en base a sus parámetros de ajuste Bandaproporcional, etc. y a los valores de la medición y del punto de consigna; y durante el restode tiempo de cada ciclo su salida permanece invariable.

Como consecuencia de estas definiciones, queda claro que siempre que se ajusteT.ON = 100% significará que WIC-1001 hará control continuo, sea cual sea el valor deT.Ciclo.

Y también, que si T.ON < 100% WIC-1001 estará haciendo control muestreado.




- La cinta transportadora está en marcha y ya no se puede parar.

- Controlador WIC-1001 en manual con salida al 30%. Esto significa que hay una ciertacantidad de sólido transportándose por la cinta. En concreto, la medida de caudal se estabilizaen el valor 25,5%.

- Tolva auxiliar cerrada.


* Abrir poco a poco la válvula de control desde la salida manual del controlador WIC-1001 paraconseguir el caudal de sólido deseado.

* Seguidamente pasar a automático y ajustar el controlador WIC-1001 (pulsando el botón Ajustaparecerán los ajustes del controlador).



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Una vez ajustado el controlador, se pueden provocar distintas perturbaciones para ver cuáles la respuesta del mismo: Podemos abrir algo la tolva auxiliar (ej. un 50%) y ver que ocurre conla respuesta. Darse cuenta de la posición en la que queda la señal de salida del WIC-1001 una vezque se haya estabilizado.

También podemos ver como responde ante cambios de punto de consigna, y modificar tantolas características del proceso como las de los equipos y volver a provocar los mismos cambiosplanteados anteriormente:

1) Podemos añadir y quitar ruido en la señal de caudal de sólido.2) Podemos variar el tiempo de transporte (equivalente a la velocidad) de la cinta.3) Podemos hacer que el controlador trabaje haciendo “control muestreado”,

repitiendo todas las pruebas anteriores y compararlo con el trabajo en continuonormal en un controlador PID.

Si no lo han hecho hasta ahora, prueben de hacer lo siguiente:

Ajustes iniciales: WIC-1001 en Manual con Salida = 30%, BP=250%, TREAJUSTE = 0,22 min/rep.,TAVANCE = 0 min, T.Ciclo=20 s, tolva auxiliar cerrada, señal sin ruido.

Se irán variando: Tiempo de transporte de la cinta , T.ON, y Punto de consigna (PC).Empezar con:

A) T.cinta = 30 s, T.ON = 100%, PC = 55%. Pasar a Automático, y ver como entra enconsigna, esperando tiempo suficiente para ver si se estabiliza. Después, Cambiar el PCa 80%, y luego volverlo a 55% esperando el tiempo necesario para ver cada respuesta. Alfinal pasar a Manual con Salida = 30%.

B) Repetir lo de A), pero, ahora con T.ON = 50% (control muestreado).C) Repetir lo de A), con T.ON = 100%, pero ahora con T.cinta = 65 s.D) Repetir lo de A), pero ahora con T.ON = 50% (control muestreado) y T.cinta = 65 s.Comparen las 3 x 4 = 12 respuestas, saquen conclusiones, y sigan con otras pruebas.


EJERCICIO 4. TIC CONTROL FEEDBACK/FEEDFORWARD DE LATEMPERATURA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

El ejercicio 4 realiza la simulación del control de temperatura en un intercambiador de calor.Se pretende controlar la temperatura de salida de una corriente líquida manipulando la cantidad devapor aportada.

En realidad son dos intercambiadores de calor idénticos controlados por dos estrategias decontrol diferentes:

a) Un control de temperatura en lazo cerrado. La única variable que se mide es la temperaturadel líquido a la salida del intercambiador.

b) Un control feedforward combinado con un control en lazo cerrado. Las variables que semiden y se utilizan para controlar son:

- Temperatura del líquido a la salida del intercambiador.- Temperatura del líquido a la entrada del intercambiador.- Caudal de líquido que circula por el intercambiador.- Caudal de vapor aportado al intercambiador.

EJERCICIO 4. TIC CONTROL FEEDBACK/FEEDFORWARD DE LA TEMPERATURA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.-


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Seguidamente aparecerá otra ventana llamada «Retardos» donde podemos variar característicasdel proceso y de los equipos involucrados en esta regulación. Cuando se pone en marcha esteejercicio lo hace con unos parámetros fijos de arranque.

Retardos: Mediante estos elementosestablecemos cuál es la respuesta dinámica delproceso. La respuesta dinámica de un elemento,por ejemplo la válvula de control, larepresentamos mediante dos elementos en serie:un tiempo muerto y un retraso, ambos ensegundos. Cuanto mayor sea el tiempo muertomás tiempo tardará la válvula en producir unincremento de caudal cuando aumentamos laseñal que le enviamos. Cuanto mayor sea elretraso más lentamente se irá incrementando elcaudal circulante en la válvula hasta alcanzar elcaudal final. Los elementos dinámicos que podemos modificar son los siguientes:

Válvula: Podemos fijar el tiempo muerto y el retraso desde que se incrementa la señal querecibe la válvula hasta que el caudal de vapor se incrementa.Válvula-Medición: Podemos fijar el tiempo muerto y el retraso desde que se incrementael caudal de vapor hasta que su efecto llega a la medición de la temperatura en la salida delintercambiador.Caudal-Medición: Podemos fijar el tiempo muerto y el retraso desde que se incrementa elcaudal de líquido a la entrada del intercambiador hasta que su efecto llega a la medición dela temperatura en la salida del mismo.Temperatura-Medición: Podemos fijar el tiempo muerto y el retraso desde que seincrementa la temperatura del líquido a la entrada del intercambiador hasta que su efectollega a la medición de la temperatura en la salida del mismo.






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Título del ejercicio: TIC - Control Feedback/Feedforward de la temperatura de un intercambiador de calor.Una indicación luminosa (un rectángulo de color amarillo) y un botón ACK sin ningunafuncionalidad en este ejercicio.Icono para acceder directamente a la opción del menú Proceso.Botón Salir para abandonar el ejercicio.Reloj con la hora activa.



* Medida de la temperatura del líquido en la salida del intercambiador con control avanzado:TT1001 en color rojo.

* Medida de la temperatura del líquido en la salida del intercambiador con control en lazocerrado: TT2001 en color amarillo.

* Caudal de vapor del intercambiador con control avanzado: FT1001 en color azul marino.* Medida de caudal de líquido a calentar: FT1002 en color azul claro. Este caudal es común

a los dos intercambiadores.




* Pulsando el botón Ver Historia accedemos a la ventana donde se muestra el registro histórico.Con el botón Iniciar y lasflechas a la izquierda yderecha desplazamos elregistro histórico haciaadelante y hacia atrás.Pulsando con el ratónsobre el gráfico apareceun cursor que marca en laparte inferior la hora a laque se encontraba esepunto; y el valor que teníanen aquel instante cada unade las 4 variablesrepresentadas aparece enlos recuadros que haysituados a la derecha de laetiqueta de las variablescorrespondientes.

En el sinóptico central vemos representado tanto el proceso como la estrategia de control que estamosrealizando: Son dos intercambiadores de calor iguales completamente independientes.


* Intercambiador de la derecha: Controlamos la temperatura de salida del líquido (TT-2001) apartir de un control en lazo cerrado con el controlador TIC-2001.

* Intercambiador de la izquierda: Controlamos la temperatura de salida del líquido (TT-1001)a partir de un control avanzado. Las variables medidas para realizar dicha estrategia de controlson las siguientes:

- Temperatura de salida del líquido (TT-1001)- Temperatura de entrada del líquido (TT-1002)- Caudal de líquido medido a la entrada del intercambiador (FT-1002)- Caudal de vapor (FT-1001)

Los instrumentos y funciones involucradas son:- Un controlador de temperatura (TIC-1001)- Un controlador de caudal (FIC-1001)- Un elemento adelanto/retraso (LLag)- Una función sumadora (+)- Una función multiplicadora (X)

La temperatura de entrada del líquido (TT-1002) y el caudal de líquido (FT-1002) se han de fijar demodo manual por el operador y son comunes a los dos intercambiadores de calor.

Las indicaciones analógicas numéricas representadas son las siguientes:* Caudal de líquido en m3/h (FT-1002). El mismo valor está situado debajo de cada intercambiador.* Temperatura de entrada del líquido en ºC (TT-1002). El valor sólo está representado una vez,

en el intercambiador con control avanzado, pero es válido para los dos intercambiadores.* Temperatura del líquido a la salida del intercambiador con control avanzado (TT-1001).* Temperatura del líquido a la salida del intercambiador con control en lazo cerrado (TT-2001).* Valor de la salida de la función multiplicadora que será el punto de consigna remoto del

controlador FIC-1001

Si desplazamos el cursor mediante el ratón por el sinóptico del proceso veremos que hay varias zonasactivas.



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En el intercambiador con control en lazo cerrado:

Controlador TIC-2001. Al pulsar con el ratón sobre él aparece la ventana del facsímil delcontrolador llamada TIC-2001 donde tenemos las opciones siguientes:

* Indicación de la medida de temperatura (TT-2001): gráficamente en forma de barra de colorrojo y numéricamente.

* Indicación del punto de consigna de temperatura: gráficamente en forma de barra de coloramarillo y numéricamente. Modificando el valor numérico variamos el punto de consigna,designado con CONSIGNA.

* Estado automático (A) o manual (M) del controlador.* Indicación de la salida: gráficamente en forma de barra de color azul marino y numéricamente.

Si el controlador se encuentra en manual podemos variar la señal de salida con el (-) y el (+)situados a izquierda y derecha del valor numérico de la salida o directamente modificandodicho valor.

* Botón de ajustes del controlador Ajust: Pulsando este botón se despliega otra ventanacontigua donde tenemos los ajustes del controlador. Cuando ponemos en marcha esteejercicio el controlador tiene unos parámetros de ajuste fijos por defecto, que son loscorrespondientes a una respuesta relajada. Los ajustes que manipulamos en el controlador son:- Para la acción proporcional ajustamos: Banda Proporcional en %.- Para la acción integral ajustamos: Tiempo de reajuste en minutos/repetición.- Para la acción derivativa ajustamos: Tiempo de avance en minutos.


- Set-Point Tracking: En castellano significa "seguimiento del punto de consigna". Si estaopción está chequeada, variará el comportamiento habitual del controlador cuando esté enmanual. Cuando el TIC-2001 esté en manual, el punto de consigna no tendrá un valor fijo(el último valor que haya fijado el operador) sino que tendrá un valor variable igual a lamedición del controlador TIC-2001. De esta forma, mientras estamos trabajando enmanual, la consigna va siguiendo a la medición para que cuando conmutemos a automáticocon la medición estabilizada en su punto final, el punto de consigna tenga ese mismo valor.

- Acción del controlador: Directa (Medida↑ Salida↑) o Inversa (Medida↑ Salida↓).

- Dos juegos de parámetros de ajuste del controlador que se introducen automáticamente alseleccionarlos:

Set 1: Configura elcontrolador con ajustesoscilatorios para elproceso que hayconfigurado cuandoarrancamos el ejercicio.Set 2: Configura elcontrolador con ajustessatisfactorios para elproceso que hayconfigurado cuandoarrancamos el ejercicio.


En el intercambiador con control avanzado:

Función LLag. Al pulsar con el ratón sobre él aparece una ventana llamada Ajuste Llag yMultiplicador explicativa de la función que realiza el adelanto/retraso (lead/lag). Podemos ajustarel valor de T1 y T2 en segundos. Si damos el mismo valor a los dos tiempos, el bloque lead/lag noactúa, es como si no estuviera.

Función X. Al pulsar con el ratón sobre él aparece una ventana llamada Ajuste Llag y Multiplicador.Esta función realiza el producto de: la salida del bloque +, el caudal de líquido y un factor. Desde aquípodemos ajustar el valor de dicho factor. El valor que tiene la salida de este bloque podemosvisualizarlo en el indicador que tiene situado junto al mismo.

Controlador FIC-1001. Al pulsar con el ratón sobre él aparece la ventana del facsímil delcontrolador llamada FIC-1001 donde tenemos las opciones siguientes:

* Indicación de la medida de caudal de vapor (FT-1001):gráficamente en forma de barra de color rojo y numéricamente.

* Indicación de la consigna de caudal de vapor: gráficamente enforma de barra de color amarillo y numéricamente. Si el controladorse encuentra con el punto de consigna en local (L), modificandoel valor numérico variamos el punto de consigna, designado conCONSIGNA.

* Estado automático (A) o manual (M) del controlador.* Estado local (L) o remoto (R) del punto de consigna.* Indicación de la salida: gráficamente en forma de barra de color




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- Acción del controlador: Directa (Medida↑ Salida↑) o Inversa (Medida↑ Salida↓).- Dos juegos de parámetros de ajuste del controlador que se introducen automáticamente

al seleccionarlos:Set 1: Configura el controlador con ajustes oscilatorios para el proceso que hayconfigurado cuando arrancamos el ejercicio.Set 2: Configura el controlador con ajustes satisfactorios para el proceso que hayconfigurado cuando arrancamos el ejercicio.

Controlador TIC-1001. Al pulsar con el ratón sobre él aparece la ventana del facsímil delcontrolador llamada TIC-1001 donde tenemos las opciones siguientes:

* Indicación de la medida de temperatura (TT-1001): gráficamenteen forma de barra de color rojo y numéricamente.

* Indicación del punto de consigna de temperatura: gráficamenteen forma de barra de color amarillo y numéricamente. Modificandoel valor numérico variamos el punto de consigna, designado conCONSIGNA.




* Botón de ajustes del controlador Ajust: Pulsando este botón se despliega otra ventanacontigua donde tenemos los ajustes del controlador. Cuando ponemos en marcha esteejercicio el controlador tiene unos parámetros de ajuste fijos por defecto, que son loscorrespondientes a una respuesta relajada. Los ajustes que manipulamos en el controladorson:



- Set-Point Tracking: En castellano significa "seguimiento del punto de consigna". Siesta opción está chequeada, variará el comportamiento habitual del controlador cuandoesté en manual. Cuando el TIC-1001 esté en manual, el punto de consigna no tendráun valor fijo (el último valor que haya fijado el operador) sino que tendrá un valorvariable igual a la medición del controlador TIC-1001. De esta forma, mientrasestamos trabajando en manual, el punto de consigna va siguiendo a la medición paraque cuando conmutemos a automático con la medición estabilizada en su punto final,el punto de consigna tenga ese mismo valor.






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- Acción de los controladores: Inversa (Medición↑ Salida↓).

Intercambiador de la derecha (con estrategia de control en lazo cerrado):

- Temperatura de líquido de entrada 20ºC.

- Caudal de líquido 60 m3/h.

- Controlador TIC-2001 en manual con salida al 0%. Esto significa que la válvula decontrol de entrada está cerrada puesto que es el tipo Aire para Abrir (Fallo Cierra).

- Temperatura de salida igual que la temperatura de entrada: 20ºC.

Intercambiador de la izquierda (con estrategia de control avanzado):

- Temperatura de líquido de entrada 20ºC.

- Caudal de líquido 60 m3/h.

- Controlador FIC-1001 en manual con salida al 0%. Esto significa que la válvula decontrol de entrada está cerrada puesto que es el tipo Aire para Abrir (Fallo Cierra). Elpunto de consigna del controlador está en local con el valor de 0%.

- Controlador TIC-1001 en manual con salida al 0%.

- LLag ajustado con iguales valores en T1 y en T2 por lo que su efecto está anulado y escomo si no existiese.

- Temperatura de salida igual que la temperatura de entrada: 20ºC.

El valor fijado de temperatura de entrada (TT-1002) y de caudal de entrada (FT-1002)es común para los dos intercambiadores.


Arranque del intercambiador con control en lazo cerrado:

* Abrir poco a poco la válvula de control manualmente para que vaya subiendo la temperaturade salida del intercambiador.

* Durante esta operatoria en manual, dejar estabilizada la temperatura alrededor de suconsigna, 180ºC.

* Seguidamente pasar a automático y ajustar el controlador TIC-2001 (pulsando el botón Ajustaparecerán los ajustes del controlador).

Arranque del intercambiador con control avanzado:

* Abrir poco a poco la válvula de control manualmente desde FIC-1001 para que vaya subiendola temperatura de salida del intercambiador.

* Durante esta operatoria en manual, dejar estabilizada la temperatura alrededor de suconsigna, 180ºC.


* Seguidamente pasar a automático y ajustar el controlador FIC-1001 (pulsando el botón Ajustaparecerán los ajustes del controlador). Una vez que el controlador esté ajustado, dejar fijadauna consigna local en FIC-1001que haga que la temperatura se estabilice cerca de 180ºC(valor de consigna del TIC-1001).

* Seguidamente hay que fijar el valor del factor multiplicador del bloque X (multiplicador).Para ello:

- Fijar la salida del TIC-1001 en 50%.

- Para el caudal de entrada de líquido (FT-1002) y para la temperatura de entrada delíquido (TT-1002) que tenemos sólo hay un valor del factor multiplicador en elbloque X que hace que la salida de este bloque sea igual al punto de consigna local deFIC-1001. Buscarlo y ajustarlo. La salida del bloque tras cada ajuste aparece en elrecuadro que toca el vértice superior derecho del bloque X

* Pasar el controlador FIC-1001 a consigna remota: clic en su botón L

* Poner el controlador TIC-1001 en automático: clic en su botón MAN y ajustarlo.

* Para finalizar, ajustar el bloque Llag hasta encontrar la respuesta óptima, para lo cual sepueden provocar distintas perturbaciones y ver y comparar las respuestas.

a) Podemos variar la temperatura de entrada de líquido (TT-1002) a los dosintercambiadores simultáneamente.

b) Podemos variar el caudal de entrada de líquido (FT-1002) a los dos intercambiadoressimultáneamente.



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Este ejercicio puede presentar dificultades y exigir varios intentos hasta conseguir una respuestaaceptable. Se puede simplificar usando los ajustes de sintonía satisfactoria de los controladores quehay disponibles por defecto: clic en los botones Set 2 . Pero se aconseja que vuelvan a probar después,haciendo todos los ajustes sin usar tal ayuda.

Todo esto lo podemos hacer con el proceso y los equipos instalados funcionando de una determinadaforma. También podemos modificar tanto las características del proceso como las de los equipos yvolver a ajustar y a provocar los mismos cambios planteados anteriormente:

Podemos modificar los retardos involucrados en la respuesta del proceso:- Retardo asociado a la válvula.- Retardo asociado a la influencia del caudal de vapor sobre la temperatura de salida.- Retardo asociado a la influencia del caudal de líquido de entrada sobre la temperatura

de salida.- Retardo asociado a la influencia de la temperatura del líquido de entrada sobre la

temperatura de salida.

Los valores a los que se fijen sobre todo los tres últimos retardos son decisivos para definir los ajustesque necesitarán los bloques X y LLag a fin de conseguir una respuesta óptima del controlFeedforward, que sea claramente superior a la del sistema Feedback. Esto solo se pondrá demanifiesto ante variaciones de carga: caudal de vapor, caudal de líquido y temperatura de líquido deentrada, cuando los bloques X y LLag estén bien ajustados.


EJERCICIO 5. REACTOR - CONTROL DE UN REACTOR DISCONTINUO

El ejercicio 5 realiza la simulación del control de temperatura de un reactor discontinuo.




EJERCICIO 5. REACTOR - CONTROL DE UN REACTOR DISCONTINUO.-


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Proceso: Al hacer clic sobre esta opción apareceuna ventana llamada «Acceso a Parámetros deProceso» donde se demanda una contraseñapara poder continuar. Escribir la contraseña(Treal) y hacer clic sobre Aceptar.

Desde esta ventana podemos cambiar lacontraseña. Para ello:

a) Escribir la contraseña actual enContraseña.

b) Escribir la contraseña nueva en Nuevacontraseña (utilizar entre 4 y 8 caracteres).

c) Volver a escribir la contraseña nueva en Confirmación.d) Hacer clic sobre Aceptar.


Seguidamente aparecerá otra ventana llamada «Parámetros de proceso» donde podemos variarcaracterísticas del proceso y de los equipos involucrados en esta regulación. Cuando se pone enmarcha este ejercicio lo hace con unos parámetros fijos de arranque.

Tiempo de Reacción: Tiempo en segundos que tarda la reacción en completarse y dar paso ala siguiente etapa. Este tiempo empieza a contar 30 segundos después de que se realiza laadición de catalizador. Se puede variar entre 150 y 5000 segundos. Si cuando se encuentra enla etapa de reacción, queremos que pase a la siguiente etapa de enfriamiento, basta con reducirlo suficiente este tiempo de reacción.


Tiempo muerto proceso y Retardo proceso: Mediante estos elementos establecemos cuál esla respuesta dinámica del proceso. La respuesta dinámica de un elemento, por ejemplo elreactor, la representamos mediante dos elementos en serie: un tiempo muerto y un retardo,ambos en segundos. Cuanto mayor sea el tiempo muerto más tiempo tardará el reactor enproducir un incremento de temperatura cuando variemos las condiciones. Cuanto mayor seael retardo más lentamente se irá incrementando la temperatura hasta alcanzar el valor final.

Temperatura Vapor: Temperatura en ºC de vapor utilizado para calentar. Se puede variar entre200 y 300ºC.

Temperatura Agua: Temperatura en ºC del agua utilizada para refrigerar. Se puede variar entre10 y 30ºC.

Factor Reacción I: Este factor afecta al calor que se genera en la reacción antes de ser añadidoel catalizador. Cuanto mayor sea el valor que se introduzca más calor se generará. Se puedevariar entre 700 y 2500, aunque se aconseja hacerlo entre 800 y 1800.

Factor Reacción II: Este factor afecta al calor que se genera en la reacción después de serañadido el catalizador. Cuanto mayor sea el valor que se introduzca más calor se generará. Sepuede variar entre 900 y 3500, aunque se aconseja hacerlo entre 1100 y 2800.


Ayuda: Acceso a las pantallas de ayuda.

Acerca de: Acceso a la información comercialdel producto SIMIL-TWO y a informacióngeneral sobre las actividades de TiempoReal, S.A.Ayuda: Acceso a la ayuda.


Título del ejercicio: REACTOR - Control de un reactor discontinuo.Una indicación luminosa (un rectángulo de color amarillo) y un botón ACK sin ningunafuncionalidad en este ejercicio.Icono para acceder directamente a la opción del menú Proceso.Botón Salir para abandonar el ejercicio.Reloj con la hora activa.




MANUAL DE SIMIL-TWO


* Medida de temperatura: TT1001 en color rojo.* Consigna del controlador de temperatura TIC1001.Consigna en color amarillo.* Señal de salida del controlador: TIC1001.Salida en color azul marino.




* Pulsando el botón Ver Historia accedemos a la ventana donde se muestra el registro histórico.Con el botón Iniciar y las flechas a la izquierda y derecha desplazamos el registro históricohacia adelante y hacia atrás.Pulsando con el ratón sobre el gráfico aparece un cursor que marca en la parte inferior la horaa la que se encontraba ese punto; y el valor que tenían en aquel instante cada una de las3 variables representadas aparece en los recuadros que hay situados a la derecha de la etiquetasituada al lado de la correspondiente variable.

En el sinóptico central vemos representado tanto el proceso como la estrategia de control que estamosrealizando: Un control con dos válvulas trabajando en rango partido sobre la temperatura de unreactor discontinuo. Para regular la temperatura se utilizan dos válvulas, una de vapor para calentary otra de agua para refrigerar.


* Temperatura del interior del reactor en ºC.* Porcentaje de apertura de la válvula de vapor.* Porcentaje de apertura de la válvula de agua.



* Apertura de la válvula de aporte de producto inicial.* Apertura de la válvula de aporte de reactivo.* Apertura de la válvula de aporte de catalizador.* Apertura de la válvula de descarga de producto final.* Apertura de la válvula de corte de la línea de vapor.* Apertura de la válvula de corte de la línea de agua.

En todos los casos:Verde: válvula abiertaRojo: válvula cerrada

* Círculo al lado del motor del agitador que indica si éste está en marcha o parado.Verde: en marchaRojo: parado

* Círculo al lado del controlador TIC-1001 que indica si la salida se encuentra saturada.Verde: la salida no está saturadaRojo: la salida está saturada

* Rectángulos en la camisa del reactor que indican si se está calentando con vapor orefrigerando con agua.

Azul: se está refrigerandoRojo: se está calentando

Si desplazamos el cursor mediante el ratón por el sinóptico del proceso veremos que hay una zona activa:



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Controlador TIC-1001. Al pulsar con el ratón sobre él aparece laventana del facsímil del controlador llamada TIC-1001 donde tenemoslas opciones siguientes:

* Indicación de la medida de temperatura: gráficamente en forma de barrade color rojo y numéricamente.

* Indicación del punto de consigna de temperatura: gráficamente enforma de barra de color amarillo y numéricamente. Modificando elvalor numérico variamos el punto de consigna, designado conCONSIGNA.

* Estado automático (A) o manual (M) del controlador.* Indicación de la salida: gráficamente en forma de barra de color azul

marino y numéricamente. Si el controlador se encuentra en manualpodemos variar la señal de salida con el (-) y el (+) situados a izquierday derecha del valor numérico de la salida o directamente modificando dicho valor.

* Botón de ajustes del controlador Ajust: Pulsando este botón se despliega otra ventana contiguadonde tenemos los ajustes del controlador. Cuando ponemos en marcha este ejercicio el controladortiene unos parámetros de ajuste fijos por defecto, que son los correspondientes a una respuestarelajada. Los ajustes que manipulamos en el controlador son:- Para la acción proporcional ajustamos: Banda Proporcional en %.- Para la acción integral ajustamos: Tiempo de reajuste en minutos/repetición.- Para la acción derivativa ajustamos: Tiempo de avance en minutos.


- Como dispositivo antisaturante se ajusta el valor de la Precarga entre 1 y 100%; el punto finalde la «Ayuda» del Ejercicio 6 permite ver el efecto de este ajuste.

- Set-Point Tracking: En castellano significa "seguimiento del punto de consigna". Si esta opciónestá chequeada, variará el comportamiento habitual del controlador cuando esté en manual.Cuando el TIC-1001 esté en manual, el punto de consigna no tendrá un valor fijo (el último valorque haya fijado el operador) sino que tendrá un valor variable igual a la medición del controladorTIC-1001. De esta forma, mientras estamos trabajando en manual, la consigna va siguiendo a lamedición para que cuando conmutemos a automático con la medición estabilizada en su puntofinal, el punto de consigna tenga esemismo valor.

- Acción del controlador: Directa (Medida↑ Salida↑) o Inversa (Medida↑ Salida↓).- Dos juegos de parámetros de

ajuste del controlador que seintroducen automáticamente alseleccionarlos:Set 1: Configura el controladorcon ajustes oscilatorios para elproceso que hay configuradocuando arrancamos elejercicio.Set 2: Configura el controladorcon ajustes satisfactorios parael proceso que hay configuradocuando arrancamos el ejercicioy durante la etapa decalentamiento inicial.


A la derecha del TIC-1001 hay un círculo que puede tener dos colores: verde o rojo.

a) Si el círculo se encuentra en color verde significa que la salida del controlador no estásaturada.

b) Si el círculo se encuentra en color rojo significa que la salida del controlador está saturada.

En la parte derecha del sinóptico tenemos tres botones con la siguiente funcionalidad:

Iniciar proceso: Pone en marcha el proceso batch (proceso discontinuo o «por cargas»).Catalizador: Una vez que hayamos arrancado el proceso, que la temperatura se hayaestabilizado en el punto de consigna, se puede hacer la adición de catalizador (haciendo clicsobre este botón) y se acelerará la reacción exotérmica lo que exigirá una refrigeración enérgica.Situación inicial: Pulsando este botón el ciclo regresa a la situación inicial de espera. Si sequiere ver el efecto de distintos ajustes del controlador sobre la entrada en consigna de latemperatura, en vez de esperar a terminar toda la secuencia del reactor, cuando se desee se haceclic en este botón para poder volver a arrancar de nuevo con otros ajustes. Nota: antes de usarel botón «Situación inicial», haga clic en el botón «Catalizador» si no lo había hecho antes.

En la parte superior-derecha del sinóptico disponemos de un cuadro llamado Control del reactor.Desde él podemos visualizar el grado de avance del ciclo que se desarrolla.

La secuencia de acontecimientos que forman el ciclo es la siguiente:

* Sistema parado.

* Pulsamos el botón Iniciar proceso y el ciclo comienza.

* Llenando producto inicial. Se abre la válvula de Producto inicial y comienza el llenado delreactor.

* Espera. Unos instantes de espera.

* Añadiendo reactivo. Adición de reactivo. Se abre la válvula de Reactivo, y cuando cierra denuevo se termina la adición de Reactivo y es el fin de la operación del llenado.

* Espera. Unos instantes de espera.

* Agitador. Activación del agitador seguido de unos instantes de espera antes de pasar a la etapasiguiente.

* Calentando. Apertura de las válvulas de dos posiciones de agua y vapor que hay delante delas válvulas de control. De esta forma la salida del controlador TIC será activa, permitiendoa éste que su salida gobierne el caudal de vapor, o de agua, que circule a través de las válvulasde control respectivas. Como la temperatura llevará bastante tiempo por debajo del punto deconsigna del controlador TIC-1001, la salida del TIC, que se mantiene en automático desdeel final de la operación anterior, será máxima y mantendrá la válvula de control de vaporTICV-1001-A completamente abierta intentando calentar al máximo. A esta situacióncorresponde la expresión «la salida del controlador TIC está saturada», lo cual se visualizaen SIMIL-TWO porque el círculo contiguo al controlador se encuentra de color rojo, y semantiene así hasta que la medición (temperatura), subiendo, alcance el punto que correspondea (Punto de consigna del TIC - Cierto porcentaje de escala función del valor de Precarga), encuyo momento la señal de salida del TIC empezará a disminuir -dejando de estar saturada-,se irá cerrando la válvula TICV-1001-A, irá disminuyendo la entrada de vapor y se lograráque la temperatura entre bien en consigna, si todos los parámetros del controlador estánbien ajustados.



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El ajuste de Precarga en %, generalmente se usa en controladores que aceptan bandasproporcionales pequeñas, típicamente inferiores a 40%.

Partiendo del controlador TIC-1001, de acción inversa, en Automático con señal de salida (S)del controlador = 100% (saturada) durante un tiempo mayor que 3 veces el «Tiempo dereajuste», al ir aumentando la temperatura (medición = M) durante el arranque, funcionaría así:

a) con una Precarga = A% la Salida del controlador empezará a disminuir cuando se cumpla:M > PC–{[1-(A/100)]*BP}, (comprobable en un controlador PI, sin acción derivativa:ajustando el tiempo de avance TA = 0 minutos)

b) con una Precarga = 1% la Salida del controlador empezará a disminuir cuando se cumpla:M > (PC-0,99*BP).

c) con una Precarga = 100% la Salida del controlador empezará a disminuir cuando se cumpla:M=PC. (Así funcionan los controladores PI y PID estándar que carecen de ajuste de Precarga).

d) si Precarga =20% la salida empezará a disminuir cuando M > PC-0,8*BP.

Siendo: M=Medición, PC=Punto de consigna, S=Salida, todas ellas en % de la amplitud delcampo de medida de la respectiva variable, BP=Banda Proporcional en % de la amplitud dela escala de la medición, y A% = Precarga en «% de Precarga» (que equivale a A % del valorde la Banda Proporcional).

Un controlador que no disponga de «Ajuste de Precarga» (lo cual equivale a una Precarga del100%), funcionaría igual que un regulador proporcional integral derivativo (PID) estándar, enel cual, hasta que la temperatura no cruzase el punto de consigna subiendo, la señal de salidano empezaría a disminuir, la válvula de vapor no empezaría a cerrar, y el resultado sería quehabría un sobrepasamiento inaceptable de la temperatura por encima de la consigna: en lapráctica se inutilizaría la carga del reactor, si fabricase PVC por ejemplo, y habría quedesecharla. Los ajustes óptimos del controlador serán los que permitan a la temperaturaalcanzar el punto de consigna sin sobrepasamiento y en el mínimo tiempo posible, y el % dePrecarga al que sea ajustado juega un papel decisivo.

Nota: Usando en SIMIL-TWO el ajuste de Precarga en un PID, conviene que:[el tiempo de avance (minutos) ≤ 0,05 x el tiempo de reajuste (minutos/repetición)];de lo contrario, el inicio de la desaturación puede tener momentos erráticos, apenasvisibles por su pequeña amplitud (0,01 al 0,04%), en los valores de la salida cercanos al100% de ésta.

En el SIMIL-TWO la estabilización de la temperatura en el punto de consigna (PC = 160ºC)puede conseguirse con un sobrepasamiento inferior al 0,5 % y dentro de un tiempo aceptable,ajustando bien los parámetros del controlador: banda proporcional, tiempo de reajuste, tiempode avance y precarga.

* Catalizador. Cuando la temperatura se haya estabilizado en el punto de consigna se sugiererealizar la adición de catalizador pulsando sobre el botón Catalizador. Este botón se hamantenido desactivado hasta que la temperatura ha alcanzado el valor de 140ºC durante laetapa de calentamiento, instante en el cual se ha activado.


* Reacción. A partir de aquí el catalizador acelera la reacción que deviene muy exotérmica, elTIC-1001 abrirá mas o menos la válvula de agua de refrigeración, durante el resto de tiempoque tengamos establecido en los Parámetros de proceso.

* Enfriando. Cuando la reacción ha finalizado se ha de refrigerar completamente. Para ello seopera automáticamentede la forma siguiente:

- Se cierra la válvula de dos posiciones situada delante de la válvula de control de vapor.- La válvula de agua TICV-1001-B puede recibir su señal desde un selector al que le

llegan dos señales:- La señal de salida del controlador TIC-1001- La señal que ordene abrir al 100% la válvula de agua

- Dicho selector conmuta y selecciona la señal de apertura total de la válvula con lo quese refrigera con la válvula de control abierta al 100%. La temperatura desciende.

* Vaciando producto. Una vez que la temperatura alcanza el valor de 40ºC:

- Se cierra la válvula de corte situada delante de la válvula de control de agua.- Se abre la válvula de descarga de Producto final.- El selector de señal que envía la señal a la válvula de agua vuelve a seleccionar otra vez

la señal del controlador de temperatura TIC-1001.

* Sistema parado. Queda listo para empezar otra operación batch.

Reflexiones de un Instrumentista veterano.

Salobreña, 28 Agosto 2003

En el Ejercicio 5 de SIMIL-TWO® se hace el control de la temperatura de un reactor discontinuo (porcargas) que deviene exotérmico después de iniciarse la reacción, por lo que tiene dos comportamientoscontrapuestos: al principio hay que calentar y luego refrigerar para conseguir que la temperatura entre enconsigna sin sobrepasar la misma y en el mínimo tiempo posible. Y ello habiéndose mantenido el controladoren Automático desde que hubiera terminado la carga precedente. En los reactores industriales de polimerización,todo lo anteriormente expuesto constituyen requisitos funcionales indispensables.

Pues bien, se están viendo desde hace ya bastantes años anuncios y artículos ilustrados con una figura queda a entender que, presumiblemente, los objetivos arriba reseñados «no se pueden conseguir con un controladorProporcional Integral Derivativo (PID)» , lo cual es rotundamente falso. La figura en cuestión muestra la curvainicial de entrada en consigna de un PID con un gran sobrepasamiento, y superpuesta a la misma la curva delcontrolador XYZ con una trayectoria perfecta que entra en consigna sin sobrepasamiento, ¡lo cual induce a pensarque el PID no puede lograr la trayectoria de entrada que consigue el XYZ!. Este es un mensaje falso quedemuestra, bien sea una ignorancia supina por parte de quienes venden otros tipos de controlador (XYZ) ypresumen de poder lograr dichos objetivos, o por parte de los articulistas técnicos; o bien una falta de escrúpulosde cada uno de los responsables de la publicación de la susodicha «figurilla» para vender sus productos, para malinformar, y/o para desprestigiar al Controlador PID.

Que sepa el lector que, en los reactores discontinuos de polimerización que han venido produciendo«plásticos», desde la década de los años 1950 se regulaba la temperatura con Controladores PID neumáticos,



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en los que ya se había resuelto el requisito funcional de lograr que el PID entrase en consigna sinsobrepasamiento al inicio de cada nueva carga. De lo contrario se podría haber inutilizado, echándose aperder, todo el contenido del reactor. La misma funcionalidad se consiguió después en los controladores PIDelectrónicos analógicos, y en los digitales monolazo y multilazo. Simplemente, había y hay que especificar queel PID tuviera o tenga un «dispositivo anti-saturante de la acción Integral» que es una forma académica deexpresar lo que, en nuestra jerga de instrumentistas, hemos venido denominando en España por lo menos desde1955 (que yo sepa), con los términos en inglés, como sigue: «dispositivo Batch» (procesos «Batch» equivale adiscontinuos o por cargas, en vez de continuos), o «dispositivo Anti-Wind-up» («Anti-Wind-up» equivaldría a«anti-desplazamiento» –de la Banda Proporcional respecto al punto de consigna-), dispositivos que podían serequipados con o sin «Precarga» ajustable. Las tres expresiones significan lo mismo. Y el fabricante suministrabaun PID que funcionaba tal y como exigían los requisitos funcionales del proceso, en este caso el Reactordiscontinuo, y como quería el usuario. Solo había que saber ajustar todo. Igual que ahora.

Como alguno de los parámetros de sintonizado del controlador PID y el valor de la precarga, podían requerirser bastante diferentes para los distintos productos a fabricar, sus valores se incluían a veces dentro delcorrespondiente procedimiento de fabricación y han tenido que venir siendo retocados a mano, por el instrumentistao por el operador de proceso según los métodos de trabajo de cada empresa. Hasta que, bastante recientemente,han podido ir siendo integrados en la «receta» del proceso de fabricación automática de cada producto, a medidaque lo permitía la lenta implantación de los Ordenadores de Control de Proceso y las posibilidades y prestacionesde sus paquetes de Software de Control, y popularizándose cada vez más, mediada la década de 1970 y en los 80,a partir de la llegada de los Sistemas de Control Distribuido (DCS’s) y de la disponibilidad del software de«paquetes de control Batch».

Y, para que conste, confirmo que también hoy en día (escribo estas líneas en Agosto de 2003) siguensuministrándose para quien los quiera Controladores PID neumáticos y electrónicos analógicos, y digitalesmonolazo y multilazo, y Ordenadores de Control de Procesos y DCS’s de firmas de primer orden mundialequipados con bloques PID con dispositivos antisaturantes de la acción integral, que son funcionalmenteequivalentes a los de los PID neumáticos de los años 1950. Y en mas de un suministrador de sistemas digitalesde control, dentro de los parámetros estándar disponibles para configurar el bloque PID se cuenta, de una u otramanera (hay mas de un método), con el propio «dispositivo antisaturante», o con las herramientas para implantarla funcionalidad del mismo en cualquier bloque PID que la necesite si su algoritmo es del tipo posicional oabsoluto; porque si fuese del tipo incremental o de velocidad quizás no pudiera hacerse, confirmándose, en talcaso, otra limitación para la aplicación de este tipo específico de algoritmo en la práctica del Control de Procesos.

En el SIMIL-TWO se puede adaptar el efecto saturante de la acción integral al proceso con el ajuste de«Precarga», como ya se hacía en los PID neumáticos de hace mas de 50 años. El PID cumplía y siguecumpliendo.

Una de las cosillas que he ido haciendo en mi vida ha sido la de vender PID’s, y otra la de enseñar, porejemplo, cómo usarlos, su funcionamiento y la forma de ajustarlos y de sintonizarlos a los procesos. Y tambiénse admitir sus limitaciones en aquellos casos en los que, realmente, se encuentre una solución mejor usando otroscontroladores, como puede ocurrir, por ejemplo, con algunas aplicaciones que resuelven los controladoresadaptivos-predictivos.

En esta primera versión de SIMIL-TWO se puede experimentar con el PID básico, y con algunascaracterísticas que resuelven necesidades concretas exigidas por los procesos a controlar. Ejemplos: el ajuste dePrecarga del Ejercicio 5, TCiclo y TON para poder hacer Control Muestreado en el Ejercicio 3, y algunas otras. Enposibles futuras versiones de SIMIL-TWO habrá más, para seguir mostrando la amplia gama de aplicaciones quepuede resolver el PID.

El PID para mi es un amigo a quien he ido estudiando y conociendo poco a poco desde mis 20 años y a quiendebo mucho. Y se que todavía me falta conocer parte de sus escondidos matices. Por ello me siento obligado adefenderle contra parásitos depredadores. Como la avispada avispa que es la figurilla comentada al principio deestas reflexiones.

© 2003 José-Amable González López.SIMIL-TWO® es una marca registrada de Tiempo Real S.A.





- Sistema parado.

- Tanque vacío.

- Válvulas de corte por delante de las válvulas de control de agua y vapor cerradas.

- Válvulas de aporte de Reactivo, producto inicial, catalizador y producto final cerradas.

- Temperatura del interior del reactor 25ºC.

- Controlador TIC1001 en automático. Como la medida de temperatura (25ºC) es inferior a suconsigna (160ºC) su señal de salida tiene el valor de 100% y la válvula de control de vaporTICV-1001-A completamente abierta. Los ajustes del TIC1001 que salen por defecto en elarranque dan una respuesta relajada, la primera que conviene ver. Después es aconsejablerepetir el proceso con los ajustes de Set1 del TIC1001, que producen una respuestaoscilatoria. Y en tercer lugar repetir con los ajustes de Set2 que dan una respuesta correcta,con el valor de consigna y los parámetros de proceso que salen por defecto y que no deberíanser cambiados en estas primeras tres prácticas.

- Tiempo de muestreo para registros históricos: 1 segundo


* Pulsar sobre el botón Iniciar proceso.

En el proceso hay tres etapas claramente definidas:

1ª) Etapa de calentamiento, donde la temperatura se eleva desde el valor inicial (25ºC) hastael valor de consigna (160ºC). Sobre esta etapa tienen mucha influencia los ajustes que tengael controlador TIC-1001: Banda proporcional, tiempo de reajuste, tiempo de avance y valorde precarga.

2ª) Etapa de mantenimiento en la consigna inicial antes de añadir el catalizador. Comoperturbación, podemos (1º) cambiar el punto de consigna del controlador, y (2º) cambiarel instante de adición del catalizador que puede hacerse, en primer lugar con la temperaturaen consigna para ver como se comporta el sistema, y después, en otro ensayo, antes dealcanzar la consigna pero por encima de 140ºC. La adición de catalizador se ha simuladopara que consiga un fuerte aumento de la temperatura produciendo una perturbaciónimportante en escalón y su efecto se nota mucho. Nota: antes de usar el botón «Situacióninicial», si deseara utilizarlo para hacer mas pruebas sin esperar demasiado tiempo, hagaclic en el botón «Catalizador» si no lo había hecho antes.

3ª) Etapa de reacción. Tras la adición del catalizador se incrementa el carácter exotérmico dela reacción, lo que hace aumentar la temperatura. Se desprende mucho calor yconsecuentemente hay que refrigerar todavía mas con agua mediante la válvulaTICV-1001-B. Las válvulas de vapor TICV-1001-A y de agua TICV-1001-B trabajan enrango partido (cada una de ellas trabaja con una parte distinta de la señal de salida delcontrolador TIC-1001). Como perturbación, también podemos cambiar el punto deconsigna del controlador.



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Mediante los parámetros del proceso, accesibles haciendo clic en Proceso situado en la barrasuperior de la pantalla del Ejercicio REACTOR y escribiendo a continuación la «Contraseña»,podemos estudiar los efectos siguientes

1) Podemos variar el tiempo de reacción.2) Podemos cambiar el tiempo muerto y el retraso del proceso.3) Podemos variar la temperatura del vapor utilizado para calentar.4) Podemos variar la temperatura del agua utilizada para refrigerar.5) Podemos variar el factor de reacción I para variar el calor que se genera en la reacción

antes de ser añadido el catalizador.6) Podemos variar el factor de reacción II para variar el calor que se genera en la reacción

después de ser añadido el catalizador.

y pueden Vds. volver a estudiar, eligiendo nuevas configuraciones del proceso, todos losdetalles comentados mas arriba, buscando, para cada caso, los nuevos ajustes del controladorTIC-1001 que mejor respondan, según su criterio, en cada nueva configuración que elijan paracada nuevo ejercicio.


Para comprobar y entender claramente el funcionamiento en rango partido de las válvulas decalentamiento con vapor TICV-1001-A y de refrigeración con agua TICV-1001-B, coloquen losajustes del controlador TIC-1001 en los valores siguientes:

Banda proporcional = 100%,Tiempo de reajuste = 0,18 minutos/repeticiónTiempo de avance = 0 minutosPrecarga = 100%.

Hagan clic en «Situación inicial» y después en «iniciar proceso» y observen lo que ocurre conlas dos válvulas de control que trabajan en rango partido, al actuar sobre ellas la salida delcontrolador. Entre el 100 y el 50% de salida del controlador funciona la válvula de vapor, y entreel 50 y el 0 % de salida del controlador actúa la del agua. Con el 50 % de salida del controladorestán cerradas tanto la válvula de vapor como la de agua. Con el 100% de salida del controladorla de vapor está abierta del todo. Con el 0% de salida del controlador es la de agua la que estácompletamente abierta.

El resultado de usar estos ajustes del controlador sería desastroso para el proceso porque seproducen unos ciclos inadmisibles de la temperatura. Cuando acaba de cerrar la válvula devapor por haberse sobrepasado mucho y durante mucho tiempo la consigna, empieza a abrirla de refrigeración que enfría demasiado y la temperatura cae por debajo de la consigna yempieza el semiciclo inverso, volviendo a abrir la de vapor. El motivo de este ejemplo es solopoder apreciar el funcionamiento en rango partido de las dos válvulas.


EJERCICIO 6. SIMULADOR PARA COMPARARDISTINTOS ALGORITMOS DE CONTROL

El ejercicio 6 realiza la simulación del control de un proceso formado por un tiempo muerto,un retardo y una ganancia. Para controlar el proceso tenemos la opción de seleccionar trescontroladores de acción PID (Proporcional+Integral+Derivativa) distintos:

- Un algoritmo incremental (o de velocidad) no interactivo, cuya salida actual da elincremento (aumento o disminución) a aplicar con respecto a la anterior salida del controlador,que está designado en la pantalla como «No Inter. Incremental».

- Un algoritmo posicional (o absoluto) no interactivo, cuya salida da el valor absoluto (%)actualizado entre 0% y 100% que debe tener la salida del controlador, que está designado enla pantalla como «No Inter. Posicional».

- Un algoritmo posicional (o absoluto) interactivo, cuya salida da el valor absoluto (%)actualizado entre 0% y 100% que debe tener la salida del controlador, que está designado enla pantalla como «Inter. Posicional».

La palabra «interactivo» significa que los ajustes usados para obtener la acción integral (el«tiempo de reajuste», o «reset time» en inglés) y la acción derivativa (el «tiempo de avance»,o «rate time» en inglés), interaccionan entre sí. La expresión «no interactivo» significa quedichos ajustes no interaccionan. Los conceptos «Reset time» y «Rate time», que estáncontenidos respectivamente en la norma IEC 60050-351-15-14 y 60050-351-15-19 de 1998,son equivalentes a «tiempo de reajuste» y «tiempo de avance» en la terminología usada desde1985 en los cursos y módulos de formación de Tiempo Real S.A.

EJERCICIO 6. SIMULADOR PARA COMPARAR DISTINTOS ALGORITMOS DE CONTROL.-


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Tal y como se dijo al principio, en el presente Ejercicio nº 6 se tiene la opción de comparar elcomportamiento de tres algoritmos de control diferentes. La mayoría de controladoresneumáticos y electrónicos analógicos usados desde principios de los años 1930 hasta elpresente han venido funcionando como el algoritmo posicional (o absoluto) interactivo.Actualmente (año 2003) hay otros algoritmos para hacer control PID, además de los tres de esteejercicio.










Título del ejercicio: Simulador para comparar distintos algoritmos de control..Una indicación luminosa (un rectángulo de color amarillo) y un botón ACK sin ningunafuncionalidad en este ejercicio.Botón Salir para abandonar el ejercicio.Reloj con la hora activa.



* Medida del controlador (Medida): en color rojo.* Consigna del controlador (Consigna): en color amarillo.* Señal de salida del controlador (Salida): en color azul marino.




* Pulsando el botón Ver Historia accedemos a la ventana donde se muestra el registro histórico.Con el botón Iniciar y lasflechas a la izquierda yderecha desplazamos elregistro histórico haciaadelante y hacia atrás.Pulsando con el ratónsobre el gráfico apareceun cursor que marca en laparte inferior la hora a laque se encontraba esepunto; y el valor que teníanen aquel instante cada unade las 3 variablesrepresentadas aparece enlos recuadros que haysituados a la derecha de laetiqueta situada al lado dela correspondiente variable.



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En el sinóptico central vemos los diferentes elementos de los que está formado el lazo de control.

Proceso: Para representar el proceso se utilizan tres elementos:

Ganancia: Es el factor por el que se multiplica la entrada del proceso para obtener la salida delproceso. Cuanto mayor sea la ganancia, más se moverá la salida del proceso (medición delcontrolador) como respuesta a un determinado incremento en su entrada.

Tiempo muerto: Es el tiempo que transcurre desde que se incrementa la entrada al procesohasta que empieza a incrementarse la salida del proceso. Cuanto mayor es el tiempo muertomás tardará la salida del proceso en moverse.

Retardo: Está relacionado con la velocidad con la que se incrementa la salida del proceso unavez que se ha incrementado la entrada al mismo. Cuanto mayor es el retardo, más lenta es larespuesta del proceso.


* En la línea de salida del controlador representamos la señal de salida del mismo.* En la línea de medida del controlador representamos la medición del mismo.


Desde el sinóptico principal podemos actuar sobre los siguientes elementos:

* Perturbación: Introducir el valor a sumar a la señal de salida del controlador para conseguirperturbar la medición del controlador del punto donde esté estabilizada.

* Rampa. Haciendo clic sobre el botón Rampa conseguiremos que la señal de medición delcontrolador sea una rampa ascendente. Mientras actúa esta rampa, la salida del controladorno influye sobre la medición del mismo. Si hacemos clic otra vez sobre el botón Rampa, lamedida dejará de ser una rampa y volverá a responder en lazo cerrado al valor que tenga laseñal de salida del controlador.

Desde el sinóptico principal podemos cambiar los siguientes parámetros del controlador:

* Tracking. Valor de señal analógica a seguir en caso de que activemos el modo de tracking(seguimiento de la salida) desde la ventana del controlador. Ver el comentario, referente aeste tema, que se hace en el párrafo del controlador C-1001.

* KD. Valor de la ganancia dinámica derivativa.

Si desplazamos el cursor mediante el ratón por el sinóptico del proceso veremos que hay variaszonas activas:

Conmutador situado a la salida del C-1001. Al hacer clic sobre él, el lazo se abre y la señal quellegará al proceso desde el controlador será del 0 %. Si volvemos a hacer clic sobre él, el lazo se cerraráy la señal de salida del controlador será la que llegue al proceso. Cuando se abre el lazo se satura lasalida del controlador si permanece en automático. Y cerrándolo después, puede compararse comoentra en consigna (manteniéndolo en automático) con distintos ajustes que se apliquen como Precarga.

Controlador C-1001. Al pulsar con el ratón sobre él aparece la ventanadel facsímil del controlador llamada C-1001 donde tenemos las opcionessiguientes:

* Indicación de la medida: gráficamente en forma de barra de colorrojo y numéricamente.

* Indicación de la consigna: gráficamente en forma de barra decolor amarillo y numéricamente. Modificando el valor numéricovariamos el punto de consigna, designado con CONSIGNA.



* Botón para hacer clic consecutivamente y colocar al controlador en uno de dos posiblesestados: uno es el estado de seguimiento Trk (Tracking), y el otro es el de no seguimientoNot. (No tracking)

- Si en el botón aparece Not. el controlador no se encuentra en seguimiento y trabajanormalmente.

- Si en el botón aparece Trk. el controlador se colocará en estado de seguimiento de lasalida, de forma que su señal de salida adoptará el valor que hayamos colocado en elsinóptico principal correspondiente a la etiqueta Tracking.



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- Para la acción proporcional ajustamos: Banda Proporcional (BP) en %.- Para la acción integral ajustamos: Tiempo de reajuste (TR), minutos/repetición.- Para la acción derivativa ajustamos: Tiempo de avance (TA) en minutos.

Las definiciones de «Tiempo de avance» y de «Tiempo de reajuste» aparecen en elsiguiente apartado «Acción derivativa, D, y ganancia dinámica derivativa KD»de este ejercicio.

- Como dispositivo antisaturante se ajusta el valor de la Precarga entre 1 y 100 %.- Set-Point Tracking: En castellano significa "seguimiento del punto de consigna". Si

esta opción está chequeada, variará el comportamiento habitual del controlador cuandoesté en manual. Cuando el C-1001 esté en manual, el punto de consigna no tendrá unvalor fijo (el último valor que haya fijado el operador) sino que tendrá un valor variableigual a la medida del controlador C-1001. De esta forma, mientras estamos trabajandoen manual, la consigna va siguiendo a la medición para que cuando conmutemos aautomático con la medición estabilizada en su punto final, el punto de consigna tengaese mismo valor.

- Acción del controlador:Directa (Medición↑ Salida↑) o Inversa (Medición↑ Salida↓).


Set 1: Configura el controlador con ajustes oscilatorios para el proceso que hayconfigurado cuando arrancamos el ejercicio y tenemos seleccionado el algoritmoposicional interactivo (Inter. Posicional).Set 2: Configura el controlador con ajustes satisfactorios para el proceso que hayconfigurado cuando arrancamos el ejercicio y tenemos seleccionado el algoritmoposicional interactivo (Inter. Posicional).


Acción derivativa, D, y ganancia dinámica derivativa KD:

La definición general de la acción derivativa es:

SD = TD·(dM/dt), [1]

donde:

> SD es la «salida del controlador» (en %), debida a la acción derivativa> TD es el «tiempo derivativo» (minutos)> M es la señal de la «medición» (en %)> t es «tiempo»

Pero la acción derivativa (D) sola apenas se usa; casi siempre va acompañada de la acciónproporcional (P), y, en todos los casos de controladores proporcional + derivativo (PD), y PID’s,que ejecutan o calculan los efectos de las acciones de control en serie, (que son la mayoría decontroladores neumáticos, electrónicos analógicos, y también de los implantados en forma digital),la expresión anterior se convierte en la siguiente:

SD(PD) = TD·(dM/dt) = GP·TA·(dM/dt) = (100/BP)·TA·(dM/dt) [2]

donde, TD , M, y t significan lo mismo que antes, y:

> SD(PD) es la «salida del controlador» PD en %, y también del PID, debida al efecto dela acción derivativa

> GP es la «ganancia proporcional» del controlador (sin unidades) y vale:

GP = (100/BP) [3]

> BP es la «banda proporcional» (%)

> TA es el «tiempo de avance» y es el parámetro que sirve para ajustar el efecto de laacción derivativa. En un regulador PD, el tiempo de avance es el tiempo que undeterminado valor de la señal de salida (que se corresponde con una posición deválvula) se adelanta con respecto al instante en que un regulador con acción Psolamente tardaría en hacer pasar su salida por dicho valor (la posición de la válvulase alcanza antes y hará que la variable controlada se aleje menos del punto de consignay consiga regresar en menos tiempo al valor deseado cuando se produce unaperturbación). Su relación con el tiempo derivativo se deduce de [2]:

TD = (GP·TA ) = (100/BP) · TA [4]

y despejando TA se obtiene:

TA = (TD/GP) = (BP/100)·TD [5]

Estas definiciones proporcionan una función derivativa matemáticamente pura.



MANUAL DE SIMIL-TWO

Acción derivativa ante un cambio de la medición EN ESCALÓN

Si variamos la medición en forma de escalón la (dM/dt) valdría infinito ...... la salida variaría con un pulso, infinitamente alto, infinitamente estrecho pero encerrando un

área proporcional al tiempo derivativo ajustado.

Es un concepto inaplicable en la práctica

Consecuencias negativas de aplicar una acción derivativa matemáticamente pura ...... amplificaría excesivamente el ruido y las perturbaciones bruscas que puede tener la medición,

provocando unas variaciones en la salida del controlador excesivamente rápidas y de granamplitud que podría llegar del 0 al 100%, las cuales causarían más problemas que los que hayque resolver.

La implementación real de la función derivativa se puede visualizar (ver figura 6.1) ...... como un intento de conseguir este área bajo la curva de respuesta sin necesidad de ir hasta una

amplitud (altura del pico) infinita.

... Cuanto más pequeña sea la amplitud (altura del pico), más lento ha de ser el decaimiento paraconseguir la misma área.

... Si la amplitud (altura del pico) fuese demasiado baja, el decaimiento sería demasiado largoy no se conseguiría el beneficio «anticipativo» que se desea en la acción derivativa.

Solución (ver la figura 6.1)......Limitar el valor del pico de la acción derivativa,

ante un cambio en escalón de la medición, con una«ganancia dinámica derivativa», KD, cuyo valorsuele estar comprendido entre 6 y 18, y se consigueañadiendo un filtro en la acción derivativa: unretardo cuya «constante de tiempo dedecaimiento», es tdec = (TA/ KD) .

Por ejemplo, si KD = 10, (valor típico) , entoncestdec = (TA/ KD) = (TA/10) = 0,1·TA . Con ello, laganancia dinámica derivativa la estaríamoslimitando a un valor de 10. El ruido no seamplificará más que la ganancia dinámicaderivativa que se use, en este caso 10 si el cambioes en escalón.

La expresión de Tiempo Real S.A. «gananciadinámica derivativa» tiene su correspondencia enla norma IEC 60050-351-15-20, recibiendo elnombre «ganancia de la acción derivada» y usandoel símbolo a , pero en dicha norma no hemosencontrado ningún nombre para definir el conceptoque TRSA ha denominado «constante de tiempode decaimiento» tdec y que está acotado en la figura 6.1.

ESCALONMEDICION

(M)

∆M

TIEMPO (t)

SALIDA(S)

TIEMPO (t)

S = 1P

tangente en el orígena la curva exponencialtdec

Tt =

KA

dec

D

Acción P+DCurva exponencialque tiende a acción P

Acción P

63%

de

KD

(Si G

=1 y

M

=1)

P∆

1S

= K

D (P

D)

D

Acc

ión

P+

D

*

* Altura del pico:S + S = G · M + G · M·KP D(PD) P P D∆ ∆Si G =1 y M=1 pico = 1+KP D∆ ⇒SP + SD(PD) = GP · ∆M + GP · ∆M · KD

Si GP = 1 y ∆M = 1 ⇒ pico = 1 + KD


En la figura 6.1 tenemos representada la respuesta de un controlador P+D a una variaciónde la medición en escalón que trabajase tal como se ha descrito.

Cuanto más grande sea KD (valor del pico) más pequeño será tdec (constante de tiempo dedecaimiento) para un mismo tiempo de avance

En la figura 6.1 se aprecia un cambio en escalón de la medida ∆M (%);=> la acción proporcional reacciona con un cambio en la salida:∆SP(%) = GP·∆M (%), si GP=1: ∆SP(%) = ∆M (%). si ∆M=1: ∆SP=1

=> y la acción derivativa reacciona con un pico de cambio en la salidaSD(PD) = GP·∆M· KD, si ∆M=1: SD(PD) = GP· KD , si GP=1: SD(PD) = KD

y, entonces tdec = (TA/ KD). Transcurridos los segundos que equivalen a unas tres o cuatroconstantes de tiempo de decaimiento (4· tdec aproximadamente), el efecto del pico de laacción derivativa casi ha desaparecido y solo quedará la variación en la salida producida porla acción proporcional (∆SP final).

Acción derivativa ante un cambio de la medición EN RAMPA:

La figura 6.1 también enseña un cambio de la medición en rampa, con un ángulo αM , y lascorrespondientes respuestas de la acción proporcional P que produce otra rampa en la salida, de laacción D que produce un escalón en la salida, y de la acción proporcional + derivativa, (P+D) cuyarespuesta es la adición del escalón de la D a la rampa de la P.

Según la figura 6.1, en el instante t1 la acción P daría laseñal de salida S1 y la acción P+D en el mismo instantedaría la señal S2 , la cual no sería producida por la acciónP sola hasta el instante t2 ; por lo tanto, la acción P+D«adelanta» el valor S2 de la salida desde el instante t2 alinstante t1. El tiempo de avance de la posición S2 , deP+D respecto P, es, precisamente, (t2 - t1) = TA que esel concepto «tiempo de avance». Si la medición semueve según una rampa, cada posición (S2 ) esadelantada en el tiempo por la acción P+D un tiempoigual al valor TA al que se ajuste la acción derivativa.

Respecto a la figura 6.1, si la medición se mueve enrampa, también se cumple la siguiente relación entre losángulos:

αS(P) = GP·αM , si GP = 1: αS(P) = αMy el escalón derivativo vale:

∆SD(PD) = GP·TA·(dM/dt) = GP · TA · tg αMsi GP = 1: ∆SD(PD) = TA · tg αM

Ajustes...Generalmente en los controladores...

...El valor de KD es fijo.

...Únicamente es accesible el valor de TA.


RAMPAMEDICION

(M)

TIEMPO (t)

αM

SALIDA(S)

TIEMPO (t)

αSp

αSp

Acción P+D

1PD

2P1P

S2

t2

S1

t1

TA

∆SD

∆SD

Acción P

Acción D

α αSp P M = G · ∆ αS = G · T · tg D P A M

(si G = 1 = )P Sp M→ α α(si G = 1 S = T · tg )P D A M→ ∆ α

αSp = GP · αM (si GP = 1 → αSp = αM)

∆SD = GP · TA · tg αM (si GP = 1 → ∆SD = TA · tg αM)


MANUAL DE SIMIL-TWO

En este Ejercicio 6, para la acción derivativa son ajustables los dos valores, KD y TA .Funcionan para los dos tipos de algoritmos posicionales: tanto el interactivo como el no interactivo.

Ganancia dinámica derivativa (KD): Para una medición que varíe en escalón, la gananciadinámica derivativa limita lo que puede incrementarse la señal de salida debido a la acción derivativa, D.

Tiempo de avance (TA): Para una medición que varía en forma de rampa, la acciónproporcional también variará su salida en forma de rampa. Ver la figura 6.1. El regulador (P+D),debido a la acción D, «adelantará» el valor de su salida respecto a la que tendría un reguladorproporcional (acción P solamente), en una cantidad igual a la magnitud ∆SD = (S2-S1), haciendo quela salida valga S2 en el instante t1 en vez de tener que esperar hasta el instante t2 . La acción P+D«adelanta» el instante en que es logrado un determinado valor de la señal de salida, con respecto altiempo que tardaría la acción P sola; el «adelanto» TA sería (t2-t1).

FIGURA 6.1. RESPUESTAS DE LA SALIDA S DE UN CONTROLADOR (P+D)de BP=100% ("ganancia proporcional", G = 1) ante una variaciónde la medición M en escalón, de valor M = 1, y en rampa con ángulo .

D(PD)

P

M∆ α© 2003 José Amable González López.

T = "tiempo de avance"K = "ganancia dinámica derivativa"t = "constante de tiempo de decaimiento"

A

D

dec

ESCALONMEDICION

(M)

∆M

TIEMPO (t)

SALIDA(S)

TIEMPO (t)

S = 1P

tangente en el orígena la curva exponencialtdec

Tt =

KA

dec

D

Acción P+DCurva exponencialque tiende a acción P

Acción P

63%

de

KD

(Si G

=1 y

M

=1)

P∆

1S

= K

D (P

D)

D

Acc

ión

P+

D

*

* Altura del pico:S + S = G · M + G · M·KP D(PD) P P D∆ ∆Si G =1 y M=1 pico = 1+KP D∆ ⇒

RAMPAMEDICION

(M)

TIEMPO (t)

αM

SALIDA(S)

TIEMPO (t)

αSp

αSp

Acción P+D

1PD

2P1P

S2

t2

S1

t1

TA

∆SD

∆SD

Acción P

Acción D

α αSp P M = G · ∆ αS = G · T · tg D P A M

(si G = 1 = )P Sp M→ α α(si G = 1 S = T · tg )P D A M→ ∆ α

SP + SD(PD) = GP · ∆M + GP · ∆M · KD

Si GP = 1 y ∆M = 1 ⇒ pico = 1 + KD

αSp = GP · αM (si GP = 1 → αSp = αM)

∆SD = GP · TA · tg αM (si GP = 1 → ∆SD = TA · tg αM)



El concepto Tiempo de reajuste (TR) es el parámetro usado en SIMIL-TWO para ajustar elefecto de la acción integral, y su definición y significado es el siguiente:

Si la salida debida a la acción integral (SI) la definimos como:

SI = (1/Ti) ∫ ε dt [6]

donde, continuando con el mismo tipo de simbología usada hasta ahora:

> Ti es el tiempo integral (minutos)> ε es la «señal de error» = («Medición» – « Punto de consigna») = (M – PC)

La salida del controlador Proporcional mas Integral, P+I, sería:

SPI = SP + SI = GP ε + (1/Ti) ∫ ε dt = (100/BP) ε + (1/Ti) ∫ ε dt = = (100/BP) [ε + (1/TR) ∫ ε dt ] [7]

donde: (1/Ti) = (100/BP) (1/TR), y TR = (100/BP) Ti = GP Ti [8]

La fórmula [8] define el «Tiempo de reajuste» (TR). El uso de (TR) en vez de (Ti) en TiempoReal S.A. y en el SIMIL-TWO se debe a que (TR) es mas didáctico y tiene un significado físicode los que carece (Ti) , y porque (TR), o su inversa, ha venido históricamente siendo «la herramienta»disponible en la industria para ajustar la acción integral, desde los años 1940 prácticamente hasta hoyen los reguladores PI y PID neumáticos, electrónicos analógicos y en bastantes digitales.

Y el objetivo de Tiempo Real S.A. es ayudar a quienes trabajan en la industria con herramientascomo SIMIL-TWO, y cursos de formación sobre mediciones y regulación automática lo masdidácticos que nos sea posible.

(TR) es el tiempo que tarda la acción integral en «repetir» una variación en la señal desalida del controlador (y, por lo tanto, en «repetir» un movimiento de la válvulade control), igual al que produce la acción proporcional, cuando la medición haceun cambio en escalón. Al cabo de un (TR) hay una repetición, al cabo de dos (TR)la acción I habrá hecho variar la salida el doble que la P , al cabo de tres el triple,etc. Este es el significado físico de (TR) y su interés didáctico. Las unidades de(TR) en SIMIL-TWO y en otros muchos controladores que funcionan en diferentesindustrias son «minutos/repetición» (aunque hay otros que usan su inversa (1/TR)con unidades: «repeticiones/minuto»).

TR = Ti cuando GP = 1, o, lo que es igual, cuando la BP = 100%.


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Cuando arranca el ejercicio está configurado de la siguiente forma:

Proceso:Ganancia = 1T. Muerto = 10 sRetardo = 30 s

Este es un proceso donde es mayor el retardo que el tiempo muerto. La relación entre el retardoy el tiempo muerto es de 3 a 1.

Controlador:

Acción del controlador: Inversa (Medición↑ Salida↓).

Algoritmo interactivo posicional. Arranca con unos parámetros relajados para este proceso.(BP=400%, TR=60 m/rep, TA=0m)

- Si seleccionamos los parámetros de Set1, (BP=20, TR=0,15m/rep, TA=0,25m) el procesooscila.

- Si seleccionamos los parámetros de Set2, (BP=45, TR=0,2m/rep, TA=0,11m) la respuesta quese obtiene es satisfactoria.

Para este proceso podemos cambiar el algoritmo del controlador utilizado. Podemosseleccionar que sea:

- No interactivo posicional- No interactivo de velocidad

Observar qué respuesta ofrecen estos algoritmos trabajando con los mismos parámetros deajuste con los que trabaja el algoritmo interactivo posicional (para ello provocaremos variaciones enla perturbación).

Intentar optimizar los parámetros de ajuste para cada uno de los algoritmos.

En el algoritmo de velocidad donde no hay filtro en la derivada, darse cuenta de los “saltos”bruscos que da la señal de salida.

Podemos simular diferentes procesos donde la relación entre el tiempo muerto y el retardosea distinta. Por ejemplo (manteniendo Ganancia = 1):

T. Muerto = 0 sRetardo = 20 sPara este proceso, los parámetros de ajuste para el controlador de algoritmo no interactivoposicional son:

* Como PI: BP = 7%, TR = 0,06 min/rep* Como PID: BP = 7%, TR = 0,03 min/rep y TA = 0,007 min







* Como PI: BP = 200%, TR = 0,3 min/rep

T. Muerto = 20 sRetardo = 0,2 s (es el valor mínimo que podemos colocar)Para este proceso, los parámetros de ajuste para el controlador de algoritmo no interactivoposicional son:

* Como PI: BP = 350%, TR = 0,13 min/rep

Cuando se cambie de proceso, mantener los parámetros que se habían ajustado con el procesoanterior. Darse cuenta de que cada vez es más “difícil” el control.


Se puede analizar también la acción del filtro en la derivada (KD) en distintos algoritmos.Para ello realizar la siguiente experiencia:

Proceso: Ganancia = 1T. Muerto = 10 sRetardo = 30 s

Controlador:

Algoritmo interactivo posicional con los siguientes parámetros de ajuste:BP = 110%, TR = 0,22 min/rep y TA = 0,04 min

1º) Dejar que estabilice la medida en el punto de consigna.

2º) Pulsar el botón rampa y observar el efecto de la derivada.

3º) Cuando se desee desactivar la rampa, pulsar de nuevo sobre el botón rampa



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4º) Seleccionar ahora el algoritmo no interactivo incremental (de velocidad) con los mismosparámetros de ajuste y dejar que estabilice la medida en el punto de consigna

5º) Pulsar otra vez sobre el botón rampa y observar la diferencia existente en la acciónderivativa. En el algoritmo actual su efecto es más brusco.

También podemos visualizar cual es el efecto que tiene KD sobre lo que se moverá lasalida derivativa para una variación brusca en la medida. El ejercicio que plantearemos acontinuación únicamente tiene ese objetivo.

Proceso: Ganancia = 1T. Muerto = 5 sRetardo = 0,2 s

Controlador:

Algoritmo interactivo posicional con los siguientes parámetros de ajuste:BP = 100%, TR = 60 min/rep y TA = 0,1 minConsigna = 50%Estado Manual con señal de salida al 50%Perturbación = 0

1º) Con el valor de salida fijado, la medida estará en consigna.

2º) Pasar a automático. Todo ha de permanecer igual.

3º) Cambiar el valor de perturbación a 5 y observar lo que hace la señal de salida inicialmente.

4º) Seguidamente pasar otra vez a manual y dejarlo en las mismas condiciones iniciales conlas que hemos iniciado el punto 1º).

5º) Podemos probar como valores de KD los siguientes: 0,1 - 0,5 - 1 - 2 - 5 - 10 - 20

Demostración de cómo usar el conmutador situado a la salida del controlador C-1001,para ver el efecto del ajuste de la precarga. Para ello hacer lo siguiente:

Proceso: Ganancia = 0,80T. Muerto = 2 sRetardo = 10 sPerturbación = 5

Controlador:

Algoritmo interactivo posicional, con los siguientes parámetros de ajuste:BP = 25 %, TR = 0,1 min/rep, y TA = 0 minPunto de consigna = 50%Controlador: durante todo el ejercicio en automático (en AUTO)Acción del controlador: Inversa (Medición↑ Salida↓).


Partiendo del controlador con acción inversa, en Automático con señal de salida (S) delcontrolador 100% (saturada), al ir aumentando medición (= M) durante el arranque, funcionaría así:

con una Precarga = A% la Salida del controlador empezará a disminuir cuando se cumpla:M>PC–{[1-(A/100)]*BP}, (comprobable con TA = 0 min).

Siendo: M = Medición, PC = Punto de consigna, S = Salida, todas ellas en % de la amplituddel campo de medida de la respectiva variable, BP = Banda Proporcional en % de la amplitud dela escala de la medición, y A% = Precarga en «% de Precarga» (que equivale a A % del valor dela Banda Proporcional) la cual puede ajustarse como un parámetro mas del controlador.

El procedimiento a seguir para esta demostración es el siguiente

1º) Dejar que se estabilice la medida en el punto de consigna.

2º) Ajustar Precarga = 99%

3º) Hacer clic en el conmutador situado a la salida del C-1001. Este se abrirá y la medición irábajando hasta el mínimo (4 %). Se saturará la salida subiendo hasta el 100% porque elcontrolador sigue en automático y ve que la medición está por debajo de la consigna,haciendo aumentar la salida en un intento de forzar el regreso de la medición a consigna,cosa que no puede conseguir por estar ahora abierto el lazo de control.

4º) Esperar, con la salida saturada, como mínimo [ 3 x el tiempo de reajuste en min/rep), ennuestro ejemplo: 3 x 0,1 min = 0,3 min. = 18 segundos, y volver a hacer clic en elconmutador que ahora cerrará y la medición subirá hacia la consigna. Observar lo que valela medición justo en el instante en que empieza a descender la salida y comprobar que, conesta Precarga, esto ocurre alrededor de cuando Medición = Punto Consigna (= 50% deescala en este caso); habrá un sobrepasamiento de la medición por encima de la consignay después de tres o cuatro oscilaciones amortiguadas vuelve a estabilizarse en consigna. Asíes como funcionan los controladores PI y PID estándar, que carecen de ajuste de Precarga.Esperar a que se estabilice y entonces:


6º) Volver a hacer clic en el conmutador. Este se abrirá y la medición irá bajando hasta elmínimo. Se saturará la salida subiendo hasta el 100% por las mismas razones ya explicadasen el punto (3º). A continuación:

7º) Esperar, con la salida saturada, como mínimo [ 3 x el tiempo de reajuste en min/rep), ennuestro ejemplo: 3 x 0,1 min = 0,3 min. = 18 segundos, y volver a hacer clic en elconmutador que ahora cerrará y la medición subirá hacia la consigna. Observar lo que valela medición justo en el instante en que empieza a descender la salida y comprobar que conesta Precarga esto ocurre aproximadamente cuando Medición = 37 % de escala; habrá unsobrepasamiento de la medición respecto a la consigna menor que el observado en elpunto (4º) y, después de dos o tres oscilaciones amortiguadas vuelve a estabilizarse enconsigna. Esperar a que se estabilice y entonces:



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9º) Volver a hacer clic en el conmutador. Este se abrirá y la medición irá bajando hasta elmínimo. Se saturará la salida subiendo hasta el 100% por las mismas razones explicadasen el punto (3º). A continuación:

10º) Esperar, con la salida saturada, como mínimo [ 3 x el tiempo de reajuste en min/rep), ennuestro ejemplo: 3 x 0,1 min = 0,3 min. = 18 segundos, y volver a hacer clic en elconmutador que ahora cerrará y la medición subirá hacia la consigna. Observar lo que valela medición justo en el instante en que empieza a descender la salida y comprobar que conesta Precarga esto ocurre aproximadamente cuando Medición = 25 % de escala; AHORANO HABRÁ SOBREPASAMIENTO y la medición, sin apenas oscilación, entra enconsigna.

El ajuste de Precarga permite elegir una entrada de la medición en consigna con el controladorPID siempre en automático, con mas o menos sobrepasamiento, efecto producido por la acciónIntegral que satura la salida si el controlador permanece en Auto con el lazo de control abierto, cosatípica en procesos discontinuos (batch) cuando estos se encuentran parados desde la terminación(descarga) de uno, y el inicio (carga) del siguiente, como ocurre en el ejercicio 5 de SIMIL-TWO.


BIBLIOGRAFÍA APLICABLE A LOS EJERCICIOS DE SIMIL-TWO.-

BIBLIOGRAFÍA APLICABLE A LOS EJERCICIOS DE SIMIL-TWO:

* F. G. Shinskey. «Process control systems».McGraw-Hill. 4ª edición. 1996.

* David W. St. Clair. “Sintonizado de controladores y comportamiento del lazo de control”.Tiempo Real, S.A., 1ª edición 1991.

* David W. St. Clair. «Controller tuning and control loop performance».Publicado por Straight-Line Control Co., Inc. 2ª edición. 1993.

* J.A.González López, J.I.Adiego, J.A.González de la Vega,. “Controlador PID”Modulo de formación M-5 publicado por Tiempo Real S.A., 2ª edición 1994.

* J.A.González López, J.I.Adiego,. “Controlador PID, 2º nivel”Modulo de formación M-29 publicado por Tiempo Real S.A., 1ª edición 1988.

* J.A.González López, J.I.Adiego, “Control avanzado multilazo”Modulo de formación M-32 publicado por Tiempo Real S.A., 1ª edición 1991.

* Norma IEC 60050-351 de 1998.


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