SISTEMAS DE CONTROL AVANZADOS - catedras.facet.unt.edu.ar€¦ · facultad de ciencas exactas y tecnologiafacultad de ciencas exactas y tecnologia departamento de ingenierÍa mecÁnica

FACULTAD DE CIENCAS EXACTAS Y TECNOLOGIAFACULTAD DE CIENCAS EXACTAS Y TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

CÁTEDRA: “SISTEMAS DE CONTROL”DOCENTE P f I M A G lDOCENTE: Prof. Ing. Marcos A. Golato

SISTEMAS DE CONTROLAVANZADOSAVANZADOS

1Cátedra: “Sistemas de Control” – TEO –09/16


L i t i l (l i l d

Introducción

Los sistemas convencionales (lazos simples decontrol), no son suficientes algunas veces parala ejecución correcta de un control.la ejecución correcta de un control.

Este sistema resuelve elproblema mediante un

Sistema realimentado

procedimiento de prueba yerror.

Este sistema genera laEste sistema genera laseñal de control en base ala diferencia entre losvalores de medición y dereferencia.

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referencia.

Cátedra: “Sistemas de Control” – TEO –09/16


Sistemas de control avanzados

Muchas veces las perturbaciones (cargas) en losMuchas veces las perturbaciones (cargas) en los procesos provocan desvíos grandes del Set-Point y

d d i d d ióde demasiada duración.

Entonces se busca técnicas más efectivas de controlEntonces se busca técnicas más efectivas de control.

Control en cascada.Control en adelanto (Feed Forward).Control de relación.

3Control de restricción o selectivo.



Normas de representación de los sistemas de controlDiagramas P&ID:Se denomina diagrama “P&ID” (Piping and Intrumentation Diagram) a los esquemas

Normas de representación de los sistemas de control

Se denomina diagrama P&ID (Piping and Intrumentation Diagram), a los esquemasdonde se registran toda la instrumentación sobre un diagrama de flujo de proceso. Estospermiten asociar a cada elemento de medición y/o control un código, denominado “TAG”del instrumento.

Simbología:Los símbolos y nomenclaturas que se utilizan en los diagramas P&ID, se encuentran

li d di á d L i li únormalizados en diversos estándares. Las representaciones se realizan según:• En Argentina: Norma IRAM-IAP 550, año 1972 y 1973 (IRAM 505).• En el mundo:Norma ISA (Instr ment Societ of America) S5 1 (1986) S5 2 (1981) S5 3 (1983) S5 4Norma ISA (Instrument Society of America), S5.1 (1986), S5.2 (1981), S5.3 (1983), S5.4(1986) y S5.5 (1989).Norma SAMA (Scientific Apparatus Makers Association), esta organización se encarga dereunir y estandarizar los aparatos que se construyen para mediciones de variables físicas

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reunir y estandarizar los aparatos que se construyen para mediciones de variables físicas.



Identificación de los instrumentos

Consiste en un arreglo de letras y números, y es de primordialimportancia para la interpretación de los diagramas P&ID.

Por ejemplo: para un controlador de nivel con indicación local, tendríala forma “LIC-101A”, con el siguiente significado:la forma LIC 101A , con el siguiente significado:

L I C 101 A

PRIMERA MODIFICADOR SEGUNDA NÚMERO DE SUFIJOPRIMERA LETRA

MODIFICADOR DE LA SEGUNDA

LETRA

SEGUNDA LETRA

NÚMERO DE IDENTIFICACIÓN

DEL LAZO

SUFIJO ADICIONAL


FACULTAD DE CIENCAS EXACTAS Y TECNOLOGIA

Significado de las letras

FACULTAD DE CIENCAS EXACTAS Y TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

• PRIMERA LETRA: indica siempre lavariable que se controla.

Significado de las letrasPRIMERA LETRA LETRAS SUCESIVAS

A ANÁLISIS ALARMA q• MODIFICADOR DE LA PRIMERALETRA: indica diferencia, relación, etc,de la variable medida.• SEGUNDA LETRA: describe la

C ELEGIBLE POR EL USUARIO CONTROL

D ELEGIBLE POR EL USUARIO DIFERENCIAL

E TENSIÓN ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN • SEGUNDA LETRA: describe lafunción cumplida por el elemento.

Ejemplos:

E TENSIÓN ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN (SENSOR)

F CAUDAL RELACIÓN

L NIVEL BAJO

I CORRIENTE INDICACIÓN j pPT= Transmisor de presión (primera ysegunda letra).PDT= Transmisor diferencia de presión(primera letra con su modificadora y

I CORRIENTE INDICACIÓN

P PRESIÓN -

Q TOTALIZACIÓN / EVENTO -

R RADIACIÓN REGISTRO(primera letra con su modificadora ysegunda letra).PIT= Transmisor de presión conindicación local (primera y segunda letra

S VELOCIDAD/FRECUENCIA INTERRUPTOR

T TEMPERATURA TRANSMISOR

U MULTIVARIABLE MULTIFUNCIÓN

V VIBRACIÓN VÁLVULA

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(p y gcon modificadora para la función pasivade indicación).

V VIBRACIÓN VÁLVULA

Y INDEFINIDA RELÉ DE CÓMPUTO O LÓGICO

Z POSICIÓN MOTOR / ELEMENTO FINAL DE CONTROL




Fuente: ANSI / ISA S 5.1 - 1984 (R1992).


Ej l L d t l d d l


Ejemplo: Lazo de control de caudal



Tipo de instrumentación y su ubicaciónTipo de instrumentación y su ubicación



Ejemplo



Símbolos SAMA p/ sistemas de control de combustión


Símbolos SAMA p/ sistemas de control de combustión













Comparación de los métodos de notación ISA yComparación de los métodos de notación ISA y SAMA para un lazo típico de control de caudal

17Notación ISA Notación SAMA












21Cátedra: “Sistemas de Control” – TEO –09/16 Fuente: ANSI / ISA S 5.1 - 1984 (R1992).


22Cátedra: “Sistemas de Control” – TEO –09/16 Fuente: ANSI / ISA S 5.1 - 1984 (R1992).







SISTEMAS DE CONTROL AVANZADOS

Control en cascada

SISTEMAS DE CONTROL AVANZADOS

Control en el cual, la señal de salida de un controlador ingresa como valordeseado a otro controlador y su señal de salida, va directamente al elemento

E t t lt ti d

deseado a otro controlador y su señal de salida, va directamente al elementofinal de control.

• Es una estructura alternativa decontrol para rechazar perturbacionesparcialmente medibles.

• La idea básica es realimentarvariables intermedias entre laperturbación y la salida.



Estrategia del control en cascada

E t t bá iEstructura básicade un control encascada:cascada:

Lazo primario con un controlador

Presenta básicamentedos lazos:

pprimario K1(s).

Lazo secundario con un

El control secundario se diseña para atenuar el efecto de la perturbación antesd l f t i ifi ti t l lid (t)

controlador secundario K2(s).

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de que alcance a afectar significativamente la salida y(t).



Ej l C t l d


SPEjemplo: Control de temperatura en un reactor continuo.

AD

Diagrama P&ID

Aplicación de un lazo de control simple.

Perturbaciones del sistema:

NC

Perturbaciones del sistema:• Caudal producto• Temperatura producto• Composición producto• Presión fluido refrig.• Temperatura fluido refrig

Diagrama de bloques

• Temperatura fluido refrig.

Para cambios en Tc y Pc, el sistema responde

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lento debido al retardo en la transf. de energía.



Ejemplo: Control de Diagrama P&IDEjemplo: Control de temperatura en un reactor continuo. A li ió d l d

SPR

g

SPR

AD

AI

Aplicación de un lazo de control en cascada Temp.-Temp.

NC

Este sistema mantiene cte Tc, evitando variaciones grandes en TR. Pero SPR

Diagrama de bloques

p/variaciones de Pc el sistema pierde efectividad.

R



Diagrama P&IDEjemplo: Control de temperatura en un reactor continuo

SPRAI

AD

Diagrama P&ID

reactor continuo. Aplicación de un lazo de control en cascada T C d l

NC

Temp.-Caudal.

Este sistema tiene en cuenta las variaciones de Pc pero no ayuda SPR

Diagrama de bloques

de Pc, pero no ayuda p/ variaciones de Tc.

SPR



AI

Ejemplo: Control de temperatura en un reactor continuo

Diagrama P&IDAI

AI

AD

SPR1

SPR2

reactor continuo. Aplicación de un lazo de control con doble

d T

NC

cascada Temp.-Temp.-Caudal.

Diagrama de bloques

SPR1 SPR2



A li ió d t l d i l d


Aplicación de un control de nivel en cascada.LAZO SIMPLE DE CONTROL CASCADA NIVEL-CAUDAL

SP2



Ventajas del control en cascadaLas perturbaciones del lazo secundario son corregidas antes que p g qafecten la variable primaria.Los retrasos de fases en los procesos intermedios son disminuidos por el lazo secundario.el lazo secundario.Brindan ajustes precisos en la manipulación de fluidos másicos o energéticos.

Debe ser posible medir una variable intermedia de influencia sobre la

Condiciones para su aplicación

Debe ser posible medir una variable intermedia de influencia sobre la variable controlada.La suma de los retardos de los elementos que integran el lazo secundario, debe ser menor a la suma de los elementos del lazo primario

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debe ser menor a la suma de los elementos del lazo primario.



Control en adelanto (Avanacción).Control en el cual la información de una o más condiciones que puedanControl en el cual la información de una o más condiciones que puedan“perturbar” la variable controlada, son convertidas fuera de cualquier lazo decontrol, en una acción correctiva que se suma a la señal de salida delcontrolador para minimizar la desviación de dicha variable.controlador para minimizar la desviación de dicha variable.

Estructura básica de un control en avanacción:en avanacción:



C t í ti d l A ió


Característica de la AvanacciónLa Avanación no altera la estabilidad de un sistema, ya que es un lazo

d “ t l bi t d l t d ” N f t d i ú l t li t dde “control abierto adelantado”. No forma parte de ningún lazo retroalimentadoquién determina las características de estabilidad del conjunto.

Inyección de señales perturbadoras medibles en el lazo del proceso.en el lazo del proceso.

Estructura del control feedforward en relación al

t l f db k34

control feedback:



Ejemplo: Control de


Diagrama P&IDEjemplo: Control de temperatura en un intercambiador de calor

g

intercambiador de calor

Variables características del sistema:Variable controlada: Temperatura T2

Variable manipulada: Caudal vapor FV

Perturbaciones: Temperatura TPerturbaciones: Temperatura T1Caudal líquido FL

Defectos del sistema implementado: Diagrama de bloquespErrores de exactitud en los cálculos.Velocidad de compensación di á i t j t d

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dinámicamente no ajustada.



Diagrama P&ID

Ejemplo: Control de temperatura en un

g

intercambiador (mejorado).

La velocidad de compensación seajusta con la inclusión de relésajusta co a c us ó de e ésdinámicos.Los errores de exactitud seeliminan con la introducción de

Diagrama de bloques

eliminan con la introducción derealimentación negativa.



Ventajas del control en Avanacción

R d ió d l f d l b i b l i bl l dReducción del efecto de las perturbaciones sobre la variable controlada.Mejora en la respuesta de sistemas que poseen retardos importantes.Posibilidad de agregarse a un lazo de control por realimentaciónPosibilidad de agregarse a un lazo de control por realimentación.

Condiciones para su aplicación

Debe ser posible medir las variablesperturbadoras del sistema.pDebe poder introducirse realimentación negativapara asegurar una variable controlada constante.



Conclusión

C l t l li t ió l• Con el control en realimentación se asegura laestabilidad interna del lazo y el desempeñorobusto en régimen permanenterobusto en régimen permanente.

• Con el control FeedForward, se pueden hacer«retoques finos» al diseño para mejorar la«retoques finos» al diseño para mejorar larespuesta transitoria del sistema.



C t l d R l ió


Control de RelaciónControl en el cual, permite mantener una relación fija entre dos o más variables.

• Se utiliza en procesoscontinuos de mezcla de

Diagrama P&I

flujos en los que serequiere mantener unacierta relación entre ellos.

• Requiere de cálculosaritméticos.

• Su implementación• Su implementacióndepende del proceso y deldispositivo de control.

Diagrama de bloques



C t l d R l ió M ltibl di


Control de Relación MultiblendingEste control permite mezclar más de dos corrientes con distintas relaciones.

Diagrama de bloques

Diagrama P&ID

Diagrama de bloques



C t l d R t i ió


Control de RestricciónEste control permite restringir o relevar acciones de control en operaciones

ti l d d d ñ l l b tparticulares donde se desee que una señal prevalezca sobre otra.

Diagrama P&ID


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