CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN Y

DESARROLLO TECNOLÓGICO

POSGRADO DE ELECTRÓNICA

CONTROL DE PROCESOS

TAREA # 3

CATEDRÁTICO: DRA. MA. GUADALUPE LÓPEZ LÓPEZ

ALUMNO: NAMIGTLE JIMÉNEZ JESÚS

CUERNAVACA MOR., A 25 DE SEPTIEMBRE DEL 2015

SINTONIZACIÓN DE CONTROLADORES

Sintonizando flujo, nivel y presión

Controladores de flujo

La mayoría del flujo de control caracterizado por sensores de orifice-plate, diferencial de presión, un controlador y válvula de control. El controlador puede ser sintonizado con una pequeña integral o tiempo constante τ1.

El valor de la ganancia del controlador debe mantenerse debido a que la medición de las señales de flujo son algunas veces ruidosas debido a las turbulencias de flujo.

Sintonización

Hay pocos controles de flujo en el cual la configuración de proceso es diferente. El llenado y el drenado del líquido toma tiempo, por lo que la dinámica de este flujo es lento. La sintonización de este tipo de controladores de flujo requiere identificación experimental.

Nivel de controladores

Los controladores de nivel más utilizado es el proporcional con ganancia de 1 o 2. Esto permite el máximo incremento de fluido. El control proporcional indica que habrá estado estable. Se recomienda sintonizar al controlador con Kc=2.

Por lo que hay varias excepciones para sintonizar el nivel de los controladores.

1.- Control del nivel del reactor debido a que el nivel impacta con una ganancia de reacción.

2.-Una columna basada cuanto el nivel de sensibilidad termosifón se calienta es usada.

3.-El tambor de reflujo de la columna de destilación donde el nivel es retenido por el reflujo y el flujo destilado es manipulado para controlar una temperatura o composición.

4.- La columna de destilación donde el nivel es retenido por la entrada de calor del calentador y el flujo del fondo es manipulado para controlar una temperatura o composición.

Controladores de presión

Los controladores de presión son bastante fáciles de sintonizar. El tiempo del proceso es estimado por la división del volumen del gas de un sistema. Configurando el tiempo de integración igual a 2 o 4 veces el tiempo del proceso y utilizando una razonable ganancia del controlador.

Inclusión de retardos

Una vez que los controladores son sintonizados, dejamos con un significante número de los controladores que se requieren. Esos son típicamente temperatura y controladores de composición. Esos lazos tienen retrasos dinámicos significantes o tiempos muertos. La existencia de retardos en el lazo de control, incluso si son pequeños en comparación al tiempo del proceso, tienen un impacto en el comportamiento.

En la simulación estos retardos no son parte de los modelos. Así que las predicciones del comportamiento de puede ser optimizados.

En la figura uno se muestra la tabla de los retardos para varios tipos de lazo de control.

Ilustración 1 Tabla de retardos

Prueba de retro alimentación

Si tenemos un controlador que necesitar se sintonizado y después debemos insertar razonables retardos y tiempos muertos, necesitamos un rápido y simple método para identificar los parámetros dinámicos que son importantes para el diseñar la retro alimentación del proceso. L prueba de retro alimentación es una herramienta que funciona bien.

El método consiste de meramente insertar un retardo en el lazo de retroalimentación. El único parámetro que debemos especificar es el ancho del retardo h. Este es típicamente de 5 a 10 %. El lazo empieza a oscilar cerca del punto, con la salida del controlador. La figura dos muestra las señales de PV y OP con retardo.

Ilustración 2 Señal con retardo

Donde la máxima amplitud máxima de la señal PV es utilizada para calcular la ganancia Ku

Ku=4haπ

El periodo de la salida PV es el periodo Pu.

La prueba tienes características positivas que permiten usar en plantas reales como estudios de simulación:

1.-Solo un parámetro tiene que ser especificado.

2.-El tiempo que toma para correla prueba es pequeña, particularmente comparada a los periodos extensos requeridos.

3.-La prueba es lazo cerrado, por lo que el proceso no se maneja lejos del punto de operación.

4.- La información obenida es muy precisa en el rango de frecuencia que es importante para el diseño del controlador retro alimentado.

5.- El impacto de carga que cambia durante la prueba puede ser detectada por un cambio en los pulsos asimétricos en la variable manipulada.

El uso de pruebas en los lazos con retardo en AspenDynamic requiere más esfuerzo y es menos confiable que el HYSIS.

Las ecuaciones del método de Ziegle-Nichols para sintonizar un controlador PI son

K c=Ku /2.2

τ I=Pu /1 .2

Esas constantes de sintonización son frecuentemente muy agresivas para muchas aplicaciones en la ingeniería química. El método de sintonización del Tyreus-Luyben proporciona más configuraciones con robustez incrementada. Las ecuaciones son:

K c=Ku /3 .2

τ I=2.2 Pu

El proceso es asumido por ser aproximado por una ecuación de retardo de primer orden y una función de transferencia de tiempo muerto

G=K p e

−Ds

τs+1

Si la ganancia Kp, tiempo muerto D y la constante del lazo abierto τ son conocidos, la ecuación de sintonización de IMC para el controlador son:

λ=max (1.7D ,0.2 τ)

K c K p=2 τ+D2 λ

τ I=τ+D /2

El parámetro 𝛌 es la constante de tiempo del lazo cerrado.

Paso de Prueba

Los parámetros del proceso pueden ser estimados desde la respuesta del sistema a un cambio de paso de la salida del controlador. El controlador es puesto en manual, y un pequeño paso en el cambio en la señal OP es realizado. La forma de la respuesta resultante de la señal de entrada del controlador (PV) se puede utilizar para estimar los tres parametrsos del proceso: ganancia, constante de tiempo y tiempo muerto. Como se ilustra en la fugura 3.

Ilustración 3 Respuesta del sistema

Es posible interpretar al paso de prueba y el lazo de retro alimentación de la prueba para conseguir más precisión en la información del proceso. El paso de la prueba de un buen valor para el tiempo muerto. Entonces los dos parámetros adicionales del proceso pueden ser calculados.

Suponga que hacemos un paso de prueba y encontramos un tiempo muerto D. Entonces podemos correr una prueba de retro alimentación para conseguir Ku y Pu. La frecuencia ultima es ɯu=2pi/Pu. En la frecuencia ultima, el ángulo de fase de la función de transferencia de la función es -180 grados (-pi radianes). Para el tiempo muerto/retardo, es decir:

argG=−ωuD−arctan (ωu τ )=−π

En la frecuencia última la magnitud de la función de transferencia del proceso (|G|) es

K p=√1+(ωu τ )2

Ku

Control Cascada, radio y de anulación

Control en cascada

La estructura del control en casca se muestra en la figura 4. Ambos controladores son usados: un controlador primario y uno secundario. El punto de operación del segundo controlador llega del primer controlador.

Ilustración 4 Control en cascada

Control Radio

El control radio puede llegar usado por medio de un controlador remoto cuyo punto de operación es generado por multiplicar señal de flujo por una constante. Figura 5

Ilustración 5 Control Radio

La señal del velocidad de flujo de corriente es alimentado dentro de un elemento multiplicador.

Control de anulación

El control de anulación usa selectores altos y bajos para cambiar la estructura del sistema de control. Figura 6

Ilustración 6 Control Anulador

Varias señales de son alimentadas dentro de un selector. Estas señales son usualmente señales OP desde uno o más controladores. El selector de la señal es cualquiera de los dos más alto o más pequeño de todas las señales de entrada. La señal del selector de la válvula a un punto de operación de un controlador en cascada. Por lo que el selector es tomado cual controlador debería configurar a la válvula.

División-Rango de las válvulas de control

El rango de las válvulas proporciona un control efectivo en algunas configuraciones del proceso. Son conceptualmente lo contrario al control de anulación. En control de anulación, una válvula puede ser manipulada por un de varios controladores. Figura 6

Ilustración 7 Control y rango de válvulas