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01 Introducción.doc 1 1. Instrumentación y Control (Automático) de Plantas Químicas 1. Introducción al Control Automático _______________________________ 1 1.1. La Asignatura ___________________________________________________________________________________________________ 2 1.2. Objetivos del Control _____________________________________________________________________________________________ 5 1.3. Idea de Control __________________________________________________________________________________________________ 8 1.4. Características del Control _______________________________________________________________________________________ 10 1.5. Historia _______________________________________________________________________________________________________ 12 1.6. Los Componentes del Sistema de Control ___________________________________________________________________________ 18 1.6.1. El Proceso ________________________________________________________________________________________________________________ 22 1.6.2. Objetivos _________________________________________________________________________________________________________________ 23 1.6.3. Sensores _________________________________________________________________________________________________________________ 24 1.6.4. Los actuadores _____________________________________________________________________________________________________________ 25 1.6.5. Comunicaciones ____________________________________________________________________________________________________________ 26 1.6.6. El cómputo ________________________________________________________________________________________________________________ 27 1.6.7. La arquitectura y las interfaces ________________________________________________________________________________________________ 28 1.6.8. Algoritmos utilizados ________________________________________________________________________________________________________ 32 1.6.9. Influencia de las perturbaciones e incertidumbres__________________________________________________________________________________ 34 1.6.10. Coherencia _______________________________________________________________________________________________________________ 34 1.6.11. Análisis de Costos _________________________________________________________________________________________________________ 34 1.7. Lazo Cerrado y Lazo Abierto ______________________________________________________________________________________ 35 1.8. El Control como Rama de la Ingeniería _____________________________________________________________________________ 39

01 Introduccion Historia

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  • 01 Introduccin.doc 1

    1. Instrumentacin y Control (Automtico) de Plantas Qumicas 1. Introduccin al Control Automtico _______________________________ 1

    1.1. La Asignatura ___________________________________________________________________________________________________ 2 1.2. Objetivos del Control _____________________________________________________________________________________________ 5 1.3. Idea de Control __________________________________________________________________________________________________ 8 1.4. Caractersticas del Control _______________________________________________________________________________________ 10 1.5. Historia _______________________________________________________________________________________________________ 12 1.6. Los Componentes del Sistema de Control ___________________________________________________________________________ 18

    1.6.1. El Proceso ________________________________________________________________________________________________________________ 22 1.6.2. Objetivos _________________________________________________________________________________________________________________ 23 1.6.3. Sensores _________________________________________________________________________________________________________________ 24 1.6.4. Los actuadores _____________________________________________________________________________________________________________ 25 1.6.5. Comunicaciones ____________________________________________________________________________________________________________ 26 1.6.6. El cmputo ________________________________________________________________________________________________________________ 27 1.6.7. La arquitectura y las interfaces ________________________________________________________________________________________________ 28 1.6.8. Algoritmos utilizados ________________________________________________________________________________________________________ 32 1.6.9. Influencia de las perturbaciones e incertidumbres__________________________________________________________________________________ 34 1.6.10. Coherencia _______________________________________________________________________________________________________________ 34 1.6.11. Anlisis de Costos _________________________________________________________________________________________________________ 34

    1.7. Lazo Cerrado y Lazo Abierto ______________________________________________________________________________________ 35 1.8. El Control como Rama de la Ingeniera _____________________________________________________________________________ 39

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    1.1. La Asignatura Nombre: 76.56 Instrumentacin y Control de Plantas Qumicas Crditos: 10 (10 horas semanales) Docentes: Anbal Zanini e-mail: [email protected] Matas Segal Manuel Remer Nicols Galanternik Sergio Hanela Horarios: Teora: Viernes de 18 a 22 hs Prctica: Lunes de 18 a 22 hs

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    Metodologa: Terico prctico con prcticos en computadora y planta Modalidad: La materia se evala mediante:

    - un parcial dividido en dos partes a mediado y fin del cuatrimestre - un trabajo prctico de simulacin - un coloquio integrador final

    - El parcial y el trabajo prctico no tienen nota sino que estarn aprobados o des-

    aprobados. - Cada parte del parcial tendr un recuperatorio. - Existe un ltimo recuperatorio, que se puede utilizar para aprobar una de las partes

    del parcial - La nota final ser la del coloquio integrador. - Para estar apto para el coloquio se deben tener aprobada las dos partes del parcial

    y el Trabajo Prctico. - La fecha lmite de entrega del Trabajo Prctico es una semana antes del ltimo re-

    cuperatorio. - Se deber tener un 80% asistencia a las clases prcticas

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    Pgina: http://materias.fi.uba.ar/7609/ Bibliografa bsica:

    - Chemical Process Control - Stephanopoulos,G.Prentice-Hall,1988 - Control Automtico de Procesos - Smith-Corripio, Limusa,1991 - Control System Design. Goodwin, G. C., Salgado M.E., y Graebe S. F.. Prentice

    Hall, 2001. - Ingeniera de Control Moderna - Ogata, K., Prentice-Hall. 2002 - Process Control - Harriot, P., McGraw-Hill. - Teora de Control para Procesos Industriales Zanini, A. AADECA - 2006 - Apuntes de Clase ver pgina web de la materia.

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    1.2. Objetivos del Control

    u

    r

    G

    y

    sd

    ed

    Hacer que la salida (y) sea lo ms prxima posible a una referencia (r) calculando

    una seal de entrada (u). Se debe cumplir esto independiente de

    - ed perturbaciones de entrada

    - sd perturbaciones de salida

    - G imprecisin en el conocimiento de la planta (G G )

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    e sy G u d d [1.1]

    Ejemplo: "mantener el caudal de salida de una bomba teniendo en cuenta variaciones de fric-cin del fluido con la temperatura, variaciones del caudal de entrada, una medicin poco precisa y que no se conoce exactamente las caractersticas de la bomba"

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    e sy G u d d [1.3]

    y s G s

    r s 1G s

    u s

    y s G s

    r s K s

    u s e s ed s sd s

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    1.3. Idea de Control Bases de nuestro curso:

    Necesidad del conocimiento del sistema o proceso a controlar Estudio de tcnicas para el control, especialmente dinmico.

    Cantidad muy grande de sistemas controlados en forma automtica: Sistemas diseados por el ser humano: La Tecnologa Oculta control de velocidad, posicin, nivel, temperatura En seres vivos control de presin de sangre, temperatura, cantidad de azcar, dimetro de pupilas. Control con realimentacin: caso especial. ejemplo heladera o caldera

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    Histricamente se utilizaba el control automtico para reemplazar tareas humanas Hoy es usado para: - aumento y constancia (repetitibilidad) en la calidad - mejor rendimiento - menor desperdicio y reprocesado de productos - menos contaminacin - mayor margen de seguridad - menor consumo de energa Reduccin de 2-10% en los costos operativos representan un monto anual muy importante.

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    1.4. Caractersticas del Control

    - Control con Realimentacin Se usa para:

    - Regulacin: controlar un sistema para mantener una condicin inicial o estado ce-ro

    - Seguimiento de referencia: el sistema debe seguir una trayectoria con cierta espe-cificacin. Muy comn en sistemas mecnicos

    - Rechazo de perturbaciones: el sistema debe ser inmune a variaciones de carga u otro tipo de cambios. Comn en control de procesos.

    - Generalmente se necesita una combinacin de todas llegando a un compromiso. - El conocimiento del procesos es la clave para la solucin de los problemas de con-

    trol - Utilizar la lgica para analizar los problemas - Describir los procesos en diagramas de bloques y modelos - La tcnica de diseo del control (Ziegler-Nichols, LQG, H ) es de relevancia secun-

    daria.

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    - Estabilidad un sistema es estable cuando es atrado y permanece en un punto de equilibrio

    - Estabilidad marginal el sistema tiene una oscilacin sostenida

    - Inestabilidad - el sistema tiene una oscilacin creciente o crece constantemente

    - El control puede - estabilizar un sistema inestable o marginalmente estable - desestabilizar un sistema estable - mejorar la velocidad de respuesta - reducir el efecto de las perturbaciones - reducir el efecto de las incertidumbres

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    1.5. Historia

    - Control de nivel

    Sensor y actuador coinciden

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    - Control de Temperatura (1620)

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    - Control de Velocidad de Rotacin (1788)

    se utilizan como sensor de velocidad - varan la salida de vapor

  • 01 Introduccin.doc 15

    La industria moderna cuenta con sofisticados sistemas de control que son crucia-les en su operacin.

    Planta de Reduccin Directa

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    La Ingeniera de Control ha tenido, y tiene, un fuerte impacto social.

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    - Teora J.C. Maxwell 1868 On Governors ecuaciones diferenciales, linealizacin, es-

    tabilidad, ecuacin caracterstica. E. J. Routh 1877 gana premio Adams con su criterio de estabilidad. A. M. Lyapunov 1892 estabilidad (recin se utiliz en control a partir de 1958) H. Nyquist estabilidad en frecuencia H. W. Bode (1945) amplificadores realimentados anlisis frecuencial impacto de las comunicaciones Callender (1936) PID para procesos industriales Wiener (1930) procesos estocsticos Kalman y Bellman 1950 optimizacin y filtrado Pontryagin variables de estados (edo) control ptimo Moscu 1960 nace IFAC AADECA Argentina 1960 - miembro fundador de IFAC

  • 01 Introduccin.doc 18

    1.6. Los Componentes del Sistema de Control Automatizacin Tpica

    - nivel proceso

  • 01 Introduccin.doc 19

    Nivel Planta

  • 01 Introduccin.doc 20

    PDY1305

    TY1928

    TIC1928

    TT1928A

    TT1928B

    HS1928

    PSL/L1322A

    FS 1320B

    FS 1320A

    100561

    PCV1322B

    PSL/L1322B

    100563

    PSH/H1322

    100562

    FT1322

    PCV1322A

    SV1322A

    SV1322B

    SV1322C

    FT1924B

    PCV1323

    SV1323A

    SV1323B

    SV1323C

    PSH/H1323

    100403

    PSL/L1323B

    100404

    FY1924

    HIC1924B

    FS1309

    Temp.Techo

    TY1903

    TT2308/1

    TIC2308/A1

    TY2308A

    TY2308B

    TT2308/11

    TT2308/29

    TT2308/2