Tema 1 (Modificado)

7/31/2019 Tema 1 (Modificado)

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALFRANCISCO DE MIRANDA

COMPLEJO ACADMICO EL SABINOPROGRAMA DE INGENIERA QUMICA

DPTO DE MECNICA Y TECNOLOGA DE LA PRODUCCINDINMICA Y CONTROL DE PROCESOS

TEMA N 1INTRODUCCIN AL CONTROL AUTOMTICO DE

PROCESOS

PROFESORES:

PROF. Ing. Esp. Carlos A. PrezPROF. Ing. Eumar Leal

PROF. Ing. Esp. Jos Cuauro


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Introduccin al Control Automtico de Procesos

Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda

PROF. Ing. Esp. Carlos A. Prez

UNIDAD I

INTRODUCCIN AL CONTROL AUTOMTICO DE PROCESOSEl control automtico de procesos nace por la necesidad de generar

productos ms uniformes y de ms alta calidad, con una mayor exactitud, lo cual

representa por lo general mayores beneficios.

El control automtico tiene tambin grandes ventajas en ciertas operaciones

remotas, peligrosas o rutinarias.

Debido a que la calidad y la reduccin de costos en un proceso es por lo

comn la ventaja ms importante que se busca al aplicar el control automtico. La

calidad del control y el costo se deben comparar con los beneficios econmicosesperados y los objetivos tcnicos del proceso. Los beneficios econmicos incluyen

la reduccin de los costos de operacin, mantenimiento y producto fuera de

especificaciones, junto con el mejoramiento de la funcionalidad del proceso y una

mayor produccin.

Las razones principales para usar control automtico de procesos, son lassiguientes:

Mantener los niveles de produccin de la planta en valores iguales o superiores a

los establecidos.

Mantener la calidad del producto (composicin, pureza, color, etc.).

Evitar lesiones al personal de la planta o dao al equipo. La seguridad debe ser

considerada como prioridad.

La optimizacin del proceso en trminos generales se obtiene si se logra

maximizar los beneficios y/o minimizar los costos sujetos a las restricciones fsicas

impuestas por el proceso.

Como un primer paso en la aplicacin de esquemas de control automtico, es

importante manejar la terminologa y los conceptos bsicos necesarios. Este

capitulo, introduce los mismos.

En todo proceso se presenta una causa y un efecto (causalidad) como se

puede observar en la figura 1.1, las causas representan las variables de entradas y

los efectos son aquellos que genera el proceso como respuesta a las variables de

entrada.


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Introduccin al Control Auto

Universidad Nacional Experi

PROF. Ing. Esp. Carlos A. P

1.2 VARIABLES.

Las entradas y sali

que estn interrelacionad

nuestros fines es impor

intervienen en un proceso

variables no controladas y

cual se utiliza como ejempl

1.2.1 VARIABLES MANIPU

Variables que nos

variable controlada presen

1.2.2 VARIABLES CONTROVariables que qu

constantes (Control Regul

tico de Procesos

ental Francisco de Miranda

rez

as de un proceso son denominadas varia

s con el mismo en una forma esttica y/o d

ante clasificar los diferentes tipos de

, estas son: variables manipuladas, variable

perturbaciones, como se observa en la fig

lo una columna de destilacin.

LADAS:

tros podemos cambiar o mover para gar

te el valor deseado.

LADAS:remos controlar, bien sea tratando de

atorio) o tratando de seguir alguna trayec

les, debido a

inmica. Para

ariables que

s controladas,

ura 1.2, en la

ntizar que la

mantenerlas

oria deseada


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(Servocontrol), ejemplos de estas pueden ser, flujos, composiciones, temperaturas,

presin, nivel, etc

1.2.3 VARIABLES NO CONTROLADAS:

Son aquellas variables sobre las cuales no se ejerce control, en algunos casos

estas variables no afectan o no ejercen ningn efecto sobre el proceso.

1.2.4 PERTURBACIONES:

Flujos, temperaturas, composiciones que entran al proceso (pueden ser de

salida algunas veces). No todo el tiempo pueden ser medidas, pero el sistema de

control debe ser capaz de regular el proceso en presencia de ellas (premisa que enalgunas ocasiones no se logra), tales como temperaturas, presin, concentracin,

etc.

Las variables de salida son tambin clasificadas en dos categoras:

b.1) Medidas: su valor es directamente conocido de una medicin

b.2) No medidas: no pueden ser medidas directamente

Las perturbaciones tambin son clasificadas en medidas y no medidas.

1.3 COMPONENTES BSICOS DE UN SISTEMA DE CONTROL.

En los procesos industriales encontramos ciertas convenciones y arreglos en

los sistemas de control as como la distribucin de dispositivos de medidas y

funciones de control en varias piezas de hardware. En la figura 1.3a, se puede

apreciar la constitucin de un lazo de control; en la cual existe una sala de control,

que es donde se encuentran los controladores, y adems, tiene que ser supervisado

por un operador que se encarga de vigilar la operacin normal del proceso; la

manipulacin local es representada por una vlvula de control con accin manual,

para el paso del flujo fro al calentador; el indicador local que sirve para visualizar los

valores de temperatura de salida en campo con la finalidad de poder ejercer uncontrol manual, como por ejemplo para arranque o parada de planta; el transmisor

de temperatura, se encarga de convertir la temperatura medida en una seal

elctrica (4-20 mA) o neumtica (3-15 psi) y luego la enva por medio de un cableado

a la sala de control.


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En la figura 1.3b s

control en lazo cerrado.

1.3.1 Elemento primario d

Son los dispositivos

proceso. Existen diferente

de variable que se est m

etc.), y las condiciones

tico de Procesos


rez

e representa el diagrama de bloques de

e medida (Transductores):

encargados de realizar la medicin de las v

tipos de transductores, los cuales estn as

idiendo (temperatura, presin, nivel, flujo,

de la medicin (exactitud, linealidad,

n sistema de

riables en un

ciados al tipo

composicin,

sensibilidad,


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temperatura de operacin, rango de medida, etc.), tales como: termopares,

termistores, RTD, pirmetros, para medir temperatura; tubo de Bourdon, diafragma,

fuelle, capacmetro, LVDT, piezoelctrico, potencimetrico, Strain Gage etc., para

medir presin ; varilla con gancho, regla graduada, flotador, para medir nivel. La

combinacin de algunos de ellos sirven para medir otras variables, por ejemplo el

diafragma con un elemento secundario cualquiera sirve para medir presin, al medir

la presin diferencial de un fluido que circula en una tubera se puede encontrar el

flujo; o al medir la presin diferencial en el fondo de un tanque se obtiene el nivel de

ese fluido.

1.3.2 Transmisores:

Los transmisores son dispositivos que se conectan al elemento primario enalgunos casos se encuentra integrado al transductor, el mismo produce la seal para

la transmisin. Se clasifican en: Transmisores Neumticos y Transmisores

Electrnicos. Ellos presentan una constante de tiempo y un tiempo muerto

(posteriormente se definirn), que depende del tipo de transmisor y de la variable

que est midiendo. En el caso de los transmisores neumticos la seal transmitida es

de 3 a 15 psi, y en el caso de los transmisores electrnicos dicha seal es de 4 a 20

mA.

1.3.3 Estacin manual:

Muchos lazos de control de procesos han sido provistos de un control

manual para que el operador humano pueda ejercer control durante la puesta en

marcha, parada o emergencias del proceso.

1.3.4 Controlador:

Es el encargado de decidir el tipo de accin sobre el elemento final de

control. El controlador tiene dos funciones esenciales:

Comparar la variable medida con la de referencia deseada (punto de operacin o

Set Point), para determinar el error que existe entre ellas. Enviar una seal al elemento final de control con el objeto de modificar su accin

en el sentido adecuado para reducir el error.


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1.3.5 Elemento final de co

El elemento final d

adelante, pero puede s

calentamiento elctrico.

1.3.6 Vlvula de control:

Son los elemento

encargadas de regular el fl

En el control auto

juega un papel muy imporel flujo de la variable ma

controlada.

El cuerpo de la vl

est provista de rosca o br

realiza la funcin de contr

propio eje o bien tener un

travs de la tapa del cuerp

tico de Procesos


rez

ntrol:

control ms comn es una vlvula que se

er una bomba, un compresor, o un

finales de control ms usados en los

ujo que circula a travs de ellas.

tico de los procesos industriales la vlv

ante en el lazo de regulacin. Realiza la funnipulada, para con ello modificar el valor

vula contiene en su interior el obturador

idas para conectarla con la tubera. El obtur

l de paso del fluido y puede actuar en la d

movimiento rotativo. Est unido a un vsta

y que es accionado por el servomotor.

escribir mas

elemento de

rocesos, son

la de control

cin de variare la variable

los asientos,

ador es quien

ireccin de su

go que pasa a


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La vlvula debe te

ocurre una falla en el su

cual es su posicin en el

seguridad, es decir, cuandfalla la vlvula se cierre, s

tambin conocida como

que la vlvula se abra al oc

Open) o Aire para Cerrar

tico de Procesos


rez

ner una posicin a falla, en la que se c

inistro de la energa de accionamiento. Pa

omento de una falla, se debe tomar en cu

por razones de seguridad se requiere quedice que la vlvula es Falla Cerrada (FC

ire para Abrir (AA) ; por el contrario, cuan

urrir una falla se dice que es Falla Abierta

(AC).

oloca cuando

ra determinar

enta el factor

al ocurrir unaFail Close) o

o se necesita

(FA o FO - Fail


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Para determinar

requerimientos de control

La accin de contr

seal de error aumenta (

aumentar la seal de con

si la vlvula es FC o Aire pa

En la tabla 1.1 s

descripcin de los comp

caractersticas de cada un

63%.

tico de Procesos


rez

la accin del controlador, se debe

del proceso y la accin de la vlvula de cont

l est sujeta a la accin de la vlvula, es de

uando por ejemplo aumenta la presin),

rol si la vlvula es FA o Aire para Cerrar (AC)

ra Abrir (AO).

e puede observar de una manera sim

nentes bsicos de los sistemas de contro

de ellos, como su rango tpico y la respues

conocer: los

ol.

cir, cuando la

l controlador

, o disminuir

lificada, una

l, con ciertas

a dinmica al


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1.4 SELECCIN Y DISEO

Las operaciones bsicas qulos elementos bsicos ante

Medicin (M): la medicitransductor y el trans

Decisin (D): basado epara mantener la varia

tico de Procesos


rez

E LOS ESQUEMAS DE CONTROL.

e estn presentes en todo sistema de contrriormente descritos, son las siguientes:

n de la variable que se controla se realiza

isor.

la medicin realizada, el controlador deci

ble en el valor que se desea.

l, asociadas a

por medio del

de qu hacer


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Accin (A): como resulefectuar una accin en

elemento final de cont

Para seleccionar y dise

esenciales:

1.4.1 Conocer bien elcontroladas, no-c

estacionario, etc.

1.4.2 Modelar o identificar

1.4.3 La mejor estrategia dpueda controlar el p

En el desarrollo de l

hincapi en la definicin

cuando se ha logrado tal

unidad debe encaminarse

referencia.

1.5 PARMETROS CARAC

1.5.1 Ganancia del Proces

La ganancia se de

respuesta controlada, p

Matemticamente, esta ga

Segn este concept

cambio en la entrada; en

en la entrada. Para el tanq

tico de Procesos


rez

tado de la decisin que toma el controla

el sistema, generalmente esta accin es re

ol (vlvula u otro elemento final de control).

ar esquemas de control se deben segu

proceso, variables de entrada/salida

ntroladas y perturbaciones), dinmi

adecuadamente el proceso.

e control es la ms sencilla de implementar,

roceso.

los sistemas de control de proceso, se debe

del resultado final deseado y en la dete

esultado. El diseo del sistema de control

al empleo de ndices de funcionamiento c

ERSTICOS DE UN PROCESO:

.

ine como la tasa de cambio en la salida

ara un cambio en la entrada o fun

nancia se expresa de la siguiente manera:

o, la ganancia explica qu tanto vara salida

tras palabras, qu tan sensible es la salida c

ue de gas en la figura 1.6.

dor, se debe

alizada por el

ir tres pasos

(manipuladas,

a, rgimen

con la que se

hacer especial

rminacin de

ara cualquier

mo punto de

o variable de

in forzada.

por unidad de

on un cambio


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La ganancia es:

Esto explica qu ta

en porcentaje de la posici

nos dice cul es la sensi

variable de entrada.

El valor numrico:

de ganancias, considrese

ganancia o sensibilidad,

vlvula. Si se cambia el f

mantiene constante y la pr

tico de Procesos


rez

nto vara la presin del tanque por un cam

n de la vlvula. Como en ejemplos previo

ilidad de la variable controlada ante un

en las unidades de cada proceso existen di

el ejemplo del tanque de gas. La figura 1.7

elacionando la presin del tanque y la

lujo de entrada al tanque, la posicin de

esin responder, como se muestra en la fig

bio de unidad

s, la ganancia

cambio en la

erentes tipos

roporciona la

osicin de la

la vlvula se

ura 1.7.


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Para este caso la ganancia

La ganancia solame

decir, qu tanto cambia l

rapidez con que ocurre

caracterstica de estado es

1.5.2 Constante de Tiemp

La constante de ti

variable controlada para

cuenta desde el momento

tiempo se relaciona conla

sea un proceso, ms brev

tiempo normalmente usad

En sntesis, la cons

proceso, una vez que com

modo, la constante de

dinmica del proceso.

1.5.3 Tiempo Muerto (to).

Es la cantidad finit

desde que la salida comie

cantidad de tiempo mue

adecuado, ya que propor

control. En la figura 1.8 se

muerto en un proceso.

tico de Procesos


rez

es dada por:

nte relaciona valores de estado estacionari

salida en funcin de la entrada. La ganan

el cambio. En otras palabras, la gan

acionario del proceso.

del Proceso ().

mpo se define como la cantidad de tiemp

alcanzar el 63,2% de un cambio total. Es

en que la variable comienza a responder. La

velocidad de respuesta del proceso. Mientr

e ser la unidad de tiempo, y a la inversa.

a es el minuto.

ante de tiempo () nos indica con qu rapi

ienza a responder ante un cambio en la en

iempo es una caracterstica relacionada

a de tiempo entre el cambio en la entrad

za a responder. La mayora de los proceso

to, siendo esto un limitante para conseg

iona un gran efecto adverso sobre cualqui

ilustra grficamente la constante de tiem

o estable; es

cia no dice la

ncia es una

que toma la

te tiempo se

constante de

as ms rpido

La unidad de

ez ocurre un

rada. De este

con la parte

y el cambio

tienen cierta

ir un control

er sistema de

o y el tiempo


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1.6 CONTROL REALIMENT

Las figuras 1.9a y

informacin sobre la varicontrolar una variable de

Sistema de Control Realim

tico de Procesos


rez

DO

1.9b muestra el sistema de control a laz

able controlada se vuelve a alimentar col proceso. En la figura 1.9c se aprecia u

ntado.

o cerrado, la

o base paraejemplo del


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En el control a laz

vuelve a alimentar como b

Los controladores

para mantener el punto ddiferencia entre la variable

se aprecia en la figura 1.9b

La principal desven

para compensar la entrada

del punto de control, se

tico de Procesos


rez

cerrado, la informacin sobre la variable

ase para manipular una variable del proceso.

por realimentacin son aquellos que tom

operacin, mediante el clculo de la salidaque se controla y el punto de control o Set

.

aja de los sistemas de control por realimen

de perturbaciones, la variable controlada s

acta sobre un error entre el punto de o

controlada se

an decisiones

con base a laPoint, como

acin es que,

debe desviar

peracin y la


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variable controlada, lo cu

proceso y afecta la calidad

esa seal para luego ejerc

La ventaja del cont

simple, que compensa t

afectar a la variable cont

controlador cambia su sali

Los controladores

Proporcional (P), contro

Proporcional Integral D

1.7 CONTROL POR ACCI

En un sistema de

compensan antes de q

perturbaciones antes de q

de la variable manipulada

desea o punto de operaci

En la Figura 1.7 se ilustra u

1.8 CONTROL ROBUSTO

La robustez de un

ante los cambios de los

parmetros de sintonizaci

tico de Procesos


rez

al significa que, una vez que una perturb

del producto, se debe esperar que el siste

r una accin correctiva.

ol por realimentacin consiste en que es un

das las perturbaciones. Cualquier pertur

rolada, cuando esta se desva del punto

a para que la variable regrese al punto de c

por realimentacin ms utilizados son

lador Proporcional Integral (PI) y el

erivativo (PID).

PRECALCULADA (FEED FOWARD).

control por accin precalculada, las pert

ue afecte a la variable controlada, s

ue entren al proceso y se calcula el valor q

para mantener la variable controlada en e

n (Set Point).

n esquema de control por accin precalcula

controlador viene medida por la capacidad

parmetros nominales del proceso, sin

n del proceso, tales cambios afectan el pr

cin entra al

ma opere con

a tcnica muy

acin puede

e control, el

ntrol.

: controlador

l controlador

rbaciones se

miden las

e se requiere

l valor que se

a.

de respuesta

modificar los

ceso. Se dice


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que un controlador es muy robusto cuando esos cambios no afectan en gran medida

las variables controladas, y se mantiene un nivel de control adecuado del proceso.

Los motivos que llevan a la implementar un lazo de control se pueden agruparbajo la siguiente clasificacin:

Seguridad

Proteccin ambiental

Proteccin de equipos

Operacin estable de una planta

Calidad del producto

Razones econmicas

Optimizacin

Seguridad: La operacin segura de un proceso qumico es el objetivo primario a

satisfacer por cualquier sistema de control. Por consiguiente, las presiones

operativas, temperaturas, concentraciones de qumicos, etc. Deben siempre

encontrarse dentro de los lmites permisibles. Por ejemplo, si un reactor ha sido

diseado para operar a presiones de hasta 100 kg/cm2

se debe instalar un sistema

de control tal que mantuviera la presin debajo de este valor.

Proteccin o regulacin ambiental: Podran existir leyes gubernamentales que

especificaran que las temperaturas, concentraciones de qumicos, y los caudales de

los efluentes de una planta (slidos, lquidos o gaseosos) deberan respetar ciertos

lmites permisibles. Tales requerimientos existen, como por ejemplo que la cantidad

de SO2, que una planta puede enviar a la atmsfera est por debajo de un valor

aceptable.

Proteccin de equipos, limitaciones operacionales: Los distintos tipos de equipos

utilizados en una planta qumica poseen restricciones operacionales inherentes a su

operacin. Tales restricciones deberan respetarse durante la operacin de la planta.

Por ejemplo, columnas de destilacin no deben inundarse, la temperatura en un

reactor cataltico no debera exceder un valor lmite superior dado que el catalizador

se destruir. Sistemas de control son necesarios para satisfacer tales restriccionesoperacionales.

Operacin estable de una planta: Se pretende mantener la operacin de la planta

en una condicin de produccin preestablecida. Para ello el sistema de control

debera: a) Asegurar la estabilidad del proceso, mediante la estabilidad de cada uno


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de los equipos involucrados, b) Suprimir la influencia de perturbaciones externas, c)

Optimizar la performance del proceso completo.

Calidad del producto: Una planta debera producir la cantidad y la calidad de

productos finales deseada. Por ejemplo, se podra requerir la produccin de 550

ton/da de etileno con una pureza del 99.5%. Por consiguiente un sistema de control

es necesario para asegurar que el nivel de produccin y las especificaciones de

pureza sean satisfechas.

Razones econmicas y optimizacin: La operacin de una planta debe ser tan

econmica como sea posible en la utilizacin de las materias primas, energa, capital

y trabajo humano. Esto requiere de la aplicacin de un control a un nivel ptimo

especificado de mnimo costo operativo, mxima ganancia, etc. Todos estosrequerimientos generan las necesidades para el seguimiento continuo de una planta

y la intervencin externa (control) para garantizar la satisfaccin de los objetivos

operacionales.

1.9 OPERACIN AUTOMTICA Y CONTROL AUTOMTICO

Se debe diferenciar entre lo que se define, comnmente, como operacin

automtica y control automtico.

Operacin automtica: es cuando se programa una serie de operacionespara que sean ejecutadas en forma secuencial (ej. programa del lavarropas, armado

de un vehculo, etc.), y se dan a lazo abierto.

Control automtico: en este caso se plantea como objetivo mantener a unavariable (temperatura, nivel, composicin) en un valor constante prefijado. El

controlador compara el valor deseado con el medido, y efecta automticamente

las acciones adecuadas para lograr el objetivo propuesto.

2. DIAGRAMA EN BLOQUES

La transferencia de informacin a travs de un sistema de control se visualizafcilmente mediante un diagrama en bloques. Estos diagramas se componen de

lneas, bloques, comparadores y sumadores, ordenados en un orden lgico para

indicar los componentes del lazo de control y sus interrelaciones.

Un diagrama de bloques tpico, localizado sobre un proceso genrico, se

muestra en la figura 8.


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Figura 8. Diagrama en bl

Las lneas represe

cantidad que pueda ser m

Por ejemplo: caudal, presi

ms de un bloque.

Un bloque del dia

sentido que recibe una se

generar la seal de salida.

En l se incluir la re

seal de entrada x(t). As po

escaln ideal como el de la

tico de Procesos


rez

oques de un lazo de control instalado en un proceso

tan seales y cada una es una seal sim

edida o calculada puede ser una seal sobr

n, temperatura, nivel, etc. Una seal pu

rama puede pensarse como un transfor

al de entrada y transforma u opera en alg

Por ejemplo si se analiza el bloque proceso.

Figura 9: Representacin de un bloque

lacin matemtica de transformacin que mo

r ejemplo, si la variacin de la seal de entrad

igura 10:

Figura 10: Escaln ideal

genrico

le. Cualquier

el diagrama.

de ingresar a

mador en el

camino para

ificar la

sigue un


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La seal de salida y(

a) amplificar o atenua

b) demorar la seal d

exacta de la de en

con respecto a la d

c) modificar mediant

Figura 11: Algunas de las posible

tico de Procesos


rez

t) puede (ver figura 11):

r la seal de entrada

e entrada. En ese caso la seal de salida

trada pero demorada un intervalo especfi

entrada.

alguna relacin matemtica

s transformaciones que afectan a una seal escaln id

s una rplica

o de tiempo,

al en la entrada


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Lo comentado respe

u otro bloque que forme pa

Los comparadores y

diferencia entre dos seales

Ambos se representan con

ingresan al crculo a las que

2.1OPERACIN A LAZO A

Respecto a las ope

lazo abierto y a lazo cerrad

A pesar de la pala

lazo est cortado y por lo t

2.2 PERTURBACIN (PROB

Una perturbacin e

la salida de un sistema. S

interna; si se genera un

entrada o carga. Si en un p

ingresa una perturbacinregulacin.

Las perturbaciones

comunes las alteraciones:

13).

tico de Procesos


rez

cto al proceso es aplicable a la vlvula, eleme

rte del lazo de control.

sumadores son similares. El comparador efect

, mientras que el sumador adiciona ambas se

n crculo. Las dos seales se indican con flech

se le adiciona el signo correspondiente (+ o -).

IERTO Y A LAZO CERRADO

raciones de control se definen dos catego

o.

ra lazo, la definicin de abierto justamente

anto no existe ninguna realimentacin.

LEMA DE REGULACIN)

s una seal que tiende a afectar adversame

i la perturbacin se genera dentro del sist

perturbacin externa fuera del sistema

roceso, sobre el cual se instala un lazo cerra

por la carga se dice que se est frente a un

externas pueden tener distintas formas; si

escaln, pulso, rampa, senoidales y aleator

to de medida

a la

ales.

s que

as bsicas: a

indica que el

te el valor de

ema se llama

se denomina

do de control,

problema de

endo las ms

ias (ver figura


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2.3CONTROL MANUAL

Otra forma de con

caso el hombre hace las ve

Por ejemplo, si un

agua, est funcionando en

la siguiente: el operario re

del equipo y acciona ma

sentido que pueda manten

tico de Procesos


rez

Figura 13: Perturbaciones

trol es la que se define como control ma

ces de controlador (compara y luego acta).

intercambiador de calor calefaccionado

control manual (figura 15) la secuencia de i

gistra el valor de la temperatura en la corri

ualmente la vlvula sobre la corriente d

er la temperatura del agua en el valor desea

nual. En ese

on vapor de

formacin es

nte de salida

vapor en el

do.


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Figura 15

Esta serie de oper

constituyen una cadena c

operador, hasta que tran

equilibra finalmente al val

no slo existen las demor

demora del operario en ve

Todos estos retard

analizar un lazo de control

operario sino de cada uno

forman parte del lazo.

Los conceptos de c

mayor detalle a travs de

tanque calefaccionado. L

proceso fsico puede exten

2.4 CONTROL DISTRIBUID

Es el paso siguient

expuesto en el punto ant

potencia de tratamiento s

mientras que en el control

tico de Procesos


rez

: Control manual de un intercambiador de calor

aciones de medida, comparacin, clculo

errada de acciones y se realizan una y ot

scurre un cierto tiempo y la temperatura

or deseado. Es importante aclarar que en e

as asociadas al calentamiento del fluido si

r, procesar la informacin y accionar sobre l

os dinmicas se deben tener en cuenta a

. En el caso del control automtico, la demo

de los elementos (termocupla, vlvula, co

ntrol mencionados hasta aqu se comentar

n ejemplo de aplicacin: el control de temp

a evaluacin sistemtica que se realizar

derse a cualquier otro equipo.

e en la evolucin de los sistemas de contr

erior. As, en los sistemas centralizados, y

concentra en un nico elemento (el orden

l distribuido la potencia de tratamiento de l

y correccin,

ra vez por el

del agua se

sta operacin

o tambin la

vlvula.

l establecer y

ra no ser del

trolador) que

n y vern con

eratura de un

sobre este

l que se han

a clsicos, su

ador central),

a informacin


24/29




se encuentra repartida en el espacio. Podramos decir que los sistemas de control

distribuido fueron desarrollados para proporcionar las ventajas del control por

ordenador pero con ms seguridad y flexibilidad.

En los aos setenta, dentro de los esfuerzos de investigacin dedicados a la

resolucin del problema del control electrnico de fbricas con gran nmero de

lazos (variables), y teniendo en cuenta el estado de la tcnica de los

microprocesadores por un lado y la fuerte inercia de la industria a los cambios por

otro, se lleg a las siguientes conclusiones generales:

a) Descartar el empleo de un nico ordenador (control DDC) por el serio

inconveniente de la seguridad y sustituirlo por varios controladores digitales

capaces de controlar individualmente un cierto nmero de variables, para asdistribuir el riesgo del control nico.

b) Cada controlador digital deba ser universal, es decir, disponer de

algoritmos de control seleccionables por software, que permitieran resolver

todas las situaciones de control y dieran as versatilidad al sistema.

c) La velocidad en la adquisicin de los datos y su salida hacia los actuadores

deba ser en tiempo real, lo que obligaba a utilizar la tecnologa ms

avanzada en microprocesadores.

d) Para comunicar entre si los transmisores electrnicos de campo (que

suministran datos), los controladores y las interfaces para la comunicacin

con el operador de planta, se adopt el empleo de una va de

comunicaciones, en forma de cable coaxial instalado en la planta, con un

recorrido paralelo a los edificios y a la sala de control.

e) El panel clsico requerido por el control tradicional, se sustituir por uno o

varios monitores CRT, en los cuales, el operador con la ayuda del

teclado/puntero deber examinar las variables de proceso, las caractersticas

de control, las alarmas, etc., sin perturbar el control de la planta y con la

opcin de cambiar cualquiera de las caractersticas de control de las variables

de proceso.

En esencia, la diferencia entre el control distribuido y el control clsico puede

compararse a la existente entre una mquina cuya configuracin se hace medianteel cambio de cables y otra donde cualquier modificacin se hace por software. En

este aspecto el ordenador personal es un elemento fundamental, tanto a nivel de

planta como en escalafones superiores y permite la visualizacin de las seales de

mltiples transmisores, el diagnstico de cada lazo de control, el acceso a los datos

bsicos de calibracin y a los datos de configuracin de los transmisores.


25/29




2.5SECCIONES Y NIVELES

Combinando los conce

sistema de control distrib

cuales, estn vinculados c

un mximo de efectividad

2.6NIVELES, CONEXIONECONTROL DISTRIBUID

En los niveles superior

autmatas pueden llevar a

datos, anlisis y optimiza

cierto grado de autonoma

tambin ayudar a integrar

como compras, recepcin

calidad y servicios al client

A diferencia de un siste

las entradas y salidas del

los controladores y la inter

tico de Procesos


rez

UE FORMAN UN CONTROL DISTRIBUIDO

tos de lazo de control y comunicaciones in

ido (DCS) consta de uno o ms niveles

n el fin de ejecutar conjuntamente tareas

una elevada optimizacin en el uso de los r

Y ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN UN(DCS).

s, los ordenadores, estaciones de trabajo

cabo funciones adicionales tales como: con

in de unidades (plantas o divisiones cor

) del proceso. La adicin de algn otro nivel

actividades relacionadas con una divisin o

de material, control de inventario, facturaci

o usuario.

ma centralizado, slo el NIVEL 1 debe esta

roceso. Un bus de datos sirve para la comu

face del operador.

dustriales, un

e control, los

omplejas con

ecursos.

SISTEMA DE

e incluso los

centracin de

porativas con

al DCS puede

na planta, tal

n, control de

r conectado a

icacin entre


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2.7ELEMENTOS QUE PARTICIPAN EN CADA NIVEL

Nivel 1:Este nivel es el denominado de planta o proceso y es el que fsicamente se

encuentra en contacto con el entorno a controlar, tal como su nombre indica. Los

sensores, transductores, actuadores y dems instrumentos de anlisis incluidos en el

NIVEL 1, se encargan de comunicar las condiciones del proceso al sistema de control

por un lado, y por otro, ajustan el proceso de acuerdo con las rdenes recibidas

desde el sistema de control, del mismo nivel o superior. En el primer caso

tendramos los sensores y transductores e instrumental de campo y en el segundo

los actuadores.

Nivel 2:Suele denominarse generalmente de control y regulacin. En este nivel se

encuentra la interface de operaciones de cada uno de los procesos controlados. La

interface de operaciones o consola ser una estacin tipo ordenador personal, ya

que constar de teclado, unidad de visualizacin y puntero. Esta interface permite al

operador observar el estado del proceso y programar los elementos vinculados a l,

individualmente si ello es necesario. Los autmatas (PLCs) ubicados en este nivel

suelen ser de prestaciones ms elevadas, dotados de mdulos de comunicaciones

industriales (buses de campo), adems de sus funcionalidades caractersticas.

Nivel 3:Este nivel es el conocido como de mando de grupos y en l se sita la

denominada en su da interface del ingeniero y que hoy en da suele conocerse

como interface para el control de la lnea de produccin.

Esta interface (con cualquiera de sus nombres) de un DCS facilita la coordinacin de

las diferentes clulas existentes en el nivel inferior, a la vez que supervisa y controla

toda un rea, permitiendo obtener una visin ms amplia de lo que se est

ejecutando en la planta. Tambin proporciona informacin importante a los

ingenieros despus de la instalacin y puesta en marcha del sistema.

En el nivel 3 de un sistema de control distribuido se produce la primeracentralizacin, entendiendo por ello la concentracin masiva de informacin, gracias

a lo cual se pueden planificar estrategias sofisticadas en lo que a la produccin

industrial se refiere. As, en este nivel se deciden aspectos productivos tan

importantes como entrada y salida de materiales, es decir, la logstica de

aprovisionamiento.


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Nivel 4:Es el nivel de direccin de la produccin. En este nivel se define la estrategia

de la produccin en relacin con el anlisis de las necesidades del mercado y se

formulan previsiones de produccin a largo plazo. Sobre estas previsiones, se

planifica la produccin en el nivel 3. En este cuarto nivel se utilizan estaciones de

trabajo, que permiten simular estrategias de produccin e intercambiar datos con

otros departamentos vinculados (diseo, I+D, etc), adems de establecer posibles

cambios en ingenieras de los procesos. Es un nivel con enfoques ms mercantiles,

por lo que no profundizaremos ms en l y tan slo aadiremos que los ordenadores

en este nivel estn especializados en gestin y almacenamiento de datos, adems de

estar vinculados mediante la red de comunicacin correspondiente a sus respectivas

aplicaciones.

2.8 BUS DE CAMPO

Es un sistema de transmisin de informacin (datos) que simplifica

enormemente la instalacin y operacin de mquinas y equipamientos industriales

utilizados en procesos de produccin.

El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto

entre los elementos de campo y el equipo de control a travs del tradicional lazo de

corriente de 4-20mA.

Tpicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre

un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs/PACs, transductores,

actuadores y sensores. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de

proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un

costo bajo. Cada uno de estos elementos ser capaz de ejecutar funciones simples

de diagnstico, control o mantenimiento, as como de comunicarse

bidireccionalmente a travs del bus.

2.8CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES O PLC

(programmable logic controlleren sus siglas en ingls) son dispositivos electrnicos

muy usados en automatizacin industrial.


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Usos

Como su mismo nombre lo indica, se ha diseado para programar y controlar

procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo

de equipos en ambientes industriales.

Los PLC sirven para realizar automatismos; son dispositivos electrnicos que

reproducen programas informticos, que permiten controlar procesos.

Funciones

Para que un PLC logre cumplir con su funcin de controlar, es necesario

programarlo con cierta informacin acerca de los procesos que se quiere secuenciar.Esta informacin es recibida por captadores, que gracias al programa lgico interno,

logran implementarla a travs de los accionadores de la instalacin. Es decir, a

travs de los dispositivos de entradas, formados por los sensores (transductores de

entradas) se logran captar los estmulos del exterior que son procesados por la

lgica digital programada para tal secuencia de proceso que a su vez enva

respuestas a travs de los dispositivos de salidas (transductores de salidas, llamados

actuadores).

Un PLC es un equipo comnmente utilizado en maquinarias industriales de

fabricacin de plstico, en mquinas de embalajes, en automviles, entre otras; en

fin, son posibles de encontrar en todas aquellas maquinarias que necesitan controlar

procesos secuenciales, as como tambin, en aquellas que realizan maniobras de

instalacin, sealizacin y control.

Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran

operaciones como las de deteccin y de mando, en las que se elaboran y envan

datos de accin a los preaccionadores y accionadores. Adems cumplen la

importante funcin de programacin, pudiendo introducir, crear y modificar las

aplicaciones del programa.

Ventajas

Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a

ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboracin de proyectos, pudiendo realizar

modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamao reducido y

mantenimiento de bajo costo, adems permiten ahorrar dinero en mano de obra y

la posibilidad de controlar ms de una mquina con el mismo equipo. Sin embargo, y


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como sucede en todos los casos, los controladores lgicos programables, o PLCs,

presentan ciertas desventajas como es la necesidad de contar con tcnicos

cualificados y adiestrados especficamente para ocuparse de su buen

funcionamiento.

BIBLIOGRAFAS RECOMENDADAS

Smith Corripio. Control automtico de procesos.

Roland Burns. Ingeniera de control avanzado.

J.m. Douglas. Dinmica y control de procesos.

Katshuiko Ogata. Ingeniera de control moderna

Brian Roffel, Ben Betlem. Process Dynamics and Control, Modeling forControl and Prediction

Stephanopoulos George. Control de procesos qumicos

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