SINTONIA DE LAZO ABIERTO

OBJETIVOS:Al finalizar la sesin el participante estar en condicin de comprender el principio de funcionamiento de la Sintona de Lazo Abierto y aplicarla correctamente en el Control de Procesos Industriales.

Un controlador est sintonizado al proceso, cuando la Banda Proporcional (Ganancia), el Tiempo de accin integrativa (MPR) y el Tiempo de accin derivativa (minutos de anticipacin), estn acoplados adecuadamente con el resto de los elementos del Lazo de Control (proceso, sensor, transmisor y vlvula de control) Este acoplamiento debe ser tal que, ante una perturbacin, se obtenga una curva de recuperacin que satisfaga los criterios bsicos de estabilidad: Para ello es necesario tener un conocimiento inicial de las caractersticas estticas y dinmicas del sistema controlado.

Los objetivos del ajuste y sintona de controladores son: Que el sistema se recobre rpidamente frente a un disturbio, con un mnimo porcentaje de amortiguamiento. Que el sistema alcance la estabilidad tan pronto como sea posible; es decir ante un cambio tipo escaln debe existir un mnimo tiempo de recuperacin. Que en equilibrio, la variable controlada se encuentre lo ms cerca posible al valor del Set Point Existen varios mtodos para sintonizar controladores, una clasificacin generalizada, los separa en Mtodos de lazo abierto y Mtodos de lazo cerrado, los cuales se estudiarn ms adelante.

Criterio de rea amortiguamiento.

mnima

o

Razn

de

Indica que el rea de la curva de recuperacin debe ser mnima para lograr la estabilidad en el tiempo ms corto. Se ha encontrado que esta rea es mnima, cuando la relacin de amplitud entre las crestas de dos ciclos sucesivos es 0,25 es decir que cada onda equivale a una cuarta parte de la anterior.

B 0,25 A1 B A 4Fig. 1. Criterio de rea mnima, onda representativa y Ecuacin de Relacin.

Este criterio se aplica en la puesta en marcha del proceso, e intenta que la variable no sobrepase el punto de consigna, o lo haga con el mnimo de rebasamiento, con el fin de evitar posibles daos en el proceso.

Fig. 2. Criterio de rebasamiento mnimo, Respuesta representativa.

Segn este criterio, la amplitud de desviacin debe ser mnima. Se aplica a procesos en los que el producto o el equipo pueden ser daados por desviaciones momentneas excesivas. En este caso la magnitud de la desviacin es ms importante que su duracin.

Fig. 3. Criterio de amplitud mnima, Respuesta representativa.

Mtodos de Lazo Abierto

Estos mtodos se basan en la curva de respuesta del sistema ante una entrada en escaln. El lazo de control se abre entre el controlador y la vlvula; para ello se pasa el controlador a modo de operacin manual y se opera directamente sobre la vlvula de control. Entre los mtodos ms conocidos tenemos: Curva de Reaccin del proceso. Mnima integral del valor absoluto del error. Los mtodos de Lazo Abierto, nos permiten encontrar, el Tiempo muerto TM (L) y la Capacitancia (To) del Sistema.

Mtodos de Lazo Cerrado

Se producen perturbaciones con el instrumento en automtico conectado al bucle de control, entre los mtodos ms conocidos tenemos: Ganancia lmite. Offereins. Chindambara. Los mtodos de Lazo Cerrado nos permiten encontrar el perodo natural de oscilacin (Pu) del Sistema.

La Sintona de Lazo Abierto se basa en la curva de respuesta del sistema ante una entrada en escaln. El lazo de control se abre entre el controlador y la vlvula; para ello se pasa el controlador a manual y se opera directamente sobre la vlvula de control. Entre los mtodos ms conocidos tenemos: Curva de Reaccin del Proceso o Mtodo de Ziegler & Nichols en Lazo Abierto Mnima integral del Valor absoluto del error.

Los parmetros de un sistema de primer orden (ganancia, constante de tiempo y tiempo muerto) se pueden determinar a partir de la respuesta emprica de la variable controlada a un cambio brusco (en forma de escaln) en la variable manipulada. Esta respuesta, se denomina Curva de Reaccin del Proceso.

Este mtodo es el ms simple y ms aplicado para estimar los parmetros de un modelo de proceso con tiempo muerto. La ganancia, constante de tiempo y tiempo muerto de la salida se pueden determinar a partir de la respuesta emprica de la variable controlada a un cambio brusco (en forma de escaln) en la variable manipulada. La respuesta denominada Curva de Reaccin del Proceso, se muestra a continuacin.

Fig. 4. Curva de Reaccin del Proceso ante una variacin en escaln en la Variable Manipulada.

Procedimiento:

La curva de reaccin de un proceso puede obtenerse ajustando manualmente la variable manipulada; se debe obtener varias curvas de reaccin del proceso con cambios de la variable manipulada de diferentes tamaos y direcciones para garantizar que los datos sean vlidos y el proceso sea casi lineal. El cambio en la variable manipulada debe ser lo suficientemente grande como para producir un cambio en la variable controlada sustancialmente mayor que el ruido de la seal pero no tan grande que constituya una perturbacin importante del proceso.

Los pasos para obtener la Curva de Reaccin del Proceso son: Abrir el lazo de control, colocando el controlador en modo manual. Efectuar un cambio tipo escaln de aproximadamente 20% (p), en la entrada del elemento final de control (Variable Manipulada). Obtener el registro de la Curva de Reaccin del proceso en la salida del transmisor. Se observa en la curva: L: Atraso efectivo en minutos. (Tiempo muerto). T: Tiempo de carrera necesario para que la variable medida alcance el 63,27% de la curva de reaccin.

Calcular R: (Referido al Punto de inflexin y tomando en cuenta el Rango del Transmisor). Aplicar las ecuaciones segn el modo de control:

% DE ELEVACIN R TIEMPO DE CARRERA

a. Ecuaciones de Ziegler & Nichols para Lazo Abierto.

Ejercicio

b)

Por semejanza de tringulos X=1.9 cm Entonces t=e/v = 1.9 cm /2cm/min Tc=0.95 min Tc=57 seg.

c)

Calculo de R Primero calculamos el porcentaje de elevacin: 200 ------------100% 18.981---------- x X=9.5% Entonces R=9.5%/0.95 min R=10 %/min. Clculo de BP Sabemos que: Kc = 0.90 p/R L Kc=0.90(20%)/10%(0.1)=18 Bp=100%/Kc=100%/18 Bp=5.55%

d)

e)

Clculo del Reset Sabemos que: Ki =L/0,3 Ki=0.1min/0.3 Ki=1/3 min Ki=20 seg.

Se debe tener en cuenta que si la vlvula de control automtico de un Sistema de Control oscila entre los valores mnimos y mximos se podra daar el diafragma, por lo tanto debe evitarse que oscile, para lo cual los valores de Kc, Ki, Kd deben ser los correctos.