CONTROL MULTIVARIABLE. Fernando Morilla García Dpto. de Informática y Automática

Transcripción

1 CONTROL MULTIVARIABLE Fernando Morilla García Dpto. de Informática y Automática fmorilla@dia.uned.es

2 Contenido Tema 1: Introducción al control multivariable Tema 2 : Medidas de interacción Tema 3 : Control descentralizado Tema 4 : Control centralizado

3 PROCESO MULTIVARIABLE u 1 y 1 u 2 y.. 2 PROCESO.. u n.. y m

4 LAZO CONVENCIONAL Perturbación Señal de referencia Controlador Señal de control Proceso Señal de salida

5 CONTROL CONVENCIONAL Vapor P T C T r F v T T q Cambiador de calor Líquido frío T i T Líquido caliente Vapor condensado

6 LAZOS EN CASCADA Señal 1 de referencia Señal 1 de control Perturbación 2 Señal 2 de control Perturbación 1 Controlador 1 Controlador 2 Proceso 2 Proceso 1 Señal 2 de salida Señal 1 de salida

7 CONTROL EN CASCADA Vapor P F T F r F C T C T r F v T T q Cambiador de calor Líquido frío T i T Líquido caliente Vapor condensado

8 LAZO CON FEEDFORWARD Perturbación Señal de referencia Señal de control Controlador Compensador - + Proceso Señal de salida

9 CONTROL FEEDFORWARD G f Vapor P - + T C T r T T F v T T q Cambiador de calor Líquido frío T i T Líquido caliente Vapor condensado

10 LAZO RATIO Variable auxiliar Perturbación X Controlador Señal de control Proceso Señal de salida Señal de referencia

11 CONTROL RATIO X F C F B F T r F T F A Producto B Producto A Depósito

12 LAZO SELECTIVO Perturbación Señal de referencia Controlador Señal de control Proceso Señales de salida Selector

13 CONTROL SELECTIVO Alimentación Reactor químico Producto T T T T T T Refrigerante Selector T C T r

14 LAZO OVERRIDE Perturbación Señal 1 de referencia Señal 2 de referencia Controlador 1 Controlador 2 Selector Señal de control Proceso Señales de salida

15 CONTROL OVERRIDE L r L C F r F C Selector L T F T Depósito

16 NIVELES DE AUTOMATIZACIÓN Atiende a objetivos económicos globales de planta. Se mejora el control básico. Rara vez atiende a objetivos económicos directos. OPTIMIZACIÓN EN LINEA (? ) CONTROL MULTIVARIABLE ([DMC], RMPCT,...) CONTROL AVANZADO (feedforward, selectores, inferencias,... ) Controla un equipo de forma global. Incorpora objetivos económicos locales de unidad. Se garantiza la seguridad de la planta. Se modifica directamente la válvula. CONTROL BASICO (fundamentalmente PID's sencillos, cascadas)

17 PROCESOS MULTIVARIABLES AC x m1 F FC Analizador m2 Proceso de mezcla

18 PROCESOS MULTIVARIABLES Proceso de intercambio de calor

19 PROCESOS MULTIVARIABLES Estación de evaporación

20 PROCESOS MULTIVARIABLES V1 producto de cabeza condensador 1 L acumulador plato n reflujo destilado D F alimentación f producto de fondo N calderín vapor S B Columna rectificadora

21 CLASIFICACIÓN DE VARIABLES perturbaciones variables no controladas PROCESO variables manipuladas variables controladas

22 CONTROL CONVENCIONAL Vapor P 1 manipulada: apertura de válvula T C T r 3 perturbaciones: caudal de entrada temperatura de entrada presión de vapor F v T T q Cambiador de calor Líquido frío T i T Líquido caliente Vapor condensado 1 controlada: temperatura de salida

23 CONTROL EN CASCADA F T Vapor P F C F r 2 controladas: temperatura de salida caudal de vapor T C T r 3 perturbaciones: caudal de entrada temperatura de entrada presión de vapor F v 1 manipulada: apertura de válvula T T q Cambiador de calor Líquido frío T i T Líquido caliente Vapor condensado

24 CONTROL FEEDFORWARD G f + Vapor P - 1 manipulada: apertura de válvula 1 perturbación medible: temperatura de entrada T C T r T T F v T T q Cambiador de calor Líquido frío T i T Líquido caliente 2 perturbaciones: caudal de entrada presión de vapor Vapor condensado 1 controlada: temperatura de salida

25 INTERCAMBIO DE CALOR 3 manipuladas: velocidades (N1 y N2) de las bombas potencia (Q) calefactora 2 perturbaciones: temperatura del líquido frío a la entrada (T0) temperatura ambiente (Ta( Ta) Ta Q N1 N2 T2 T0 T3 F1 3 controladas: temperatura líquido (T1) temperatura líquido calefactor (T2) caudal líquido frío (F1) T1

26 Estación de evaporación 2 manipuladas: caudal de vahos caudal de jarabe 5 perturbaciones: caudal, brix y temperatura de entrada presión y caudal de vapor 5 controladas: presión y nivel en el evaporador, caudal, brix y temperatura de salida

27 Estación de evaporación 2 manipuladas: caudal de vahos caudal de jarabe 3 no controladas: caudal, brix y temperatura de salida 5 perturbaciones: caudal, brix y temperatura de entrada presión y caudal de vapor 2 controladas: presión y nivel en el evaporador,

28 3 manipuladas: caudal de vapor caudal de vahos caudal de jarabe Estación de evaporación 4 perturbaciones: caudal, brix y temperatura de entrada presión de vapor 5 controladas: presión y nivel en el evaporador, caudal, brix y temperatura de salida

29 Columna rectificadora 4 manipuladas: caudal de destilado caudal de reflujo caudal de fondo caudal de vapor plato V1 1 n producto de cabeza L reflujo destilado condensador acumulador D F alimentación producto de fondo f N 2 perturbaciones: caudal y composición de alimentación calderín vapor S B 4 controladas: nivel en el acumulador, nivel en el fondo composición en cabeza y en fondo

30 METODOLOGÍA Selección de las variables controladas Selección de las variables manipuladas Selección de la configuración de control Control Centralizado Control Descentralizado Selección del tipo de controlador

31 CONTROL CENTRALIZADO r 1 r 2 r m... CONTROLADOR u 1 y 1... PROCESO... y 2 y m... u n

32 CONTROL DESCENTRALIZADO r 1 r 2 rm controlador 1 controlador 2... controlador m u1 y 1 y 2 um.. PROCESO... y m

33 CONTROL DESCENTRALIZADO (3 lazos) Lazo Q - T1: más lento, fuerte interacción con el lazo N2 - T2 PID Q Lazo N1 - F1: simple, más rápido, interacciona poco con los otros dos PI Ta N1 N2 T2 T0 T3 F1 Lazo N2 - T2: lento, fuerte interacción con el lazo Q - T1 PID T1

34 CONTROL DESCENTRALIZADO (2 lazos) Lazo de presión muy rápido, leve interacción PI PI Lazo de nivel rápido, leve interacción

35 DESCENTRALIZADO (2 lazos) + CENTRALIZADO (2 x 2) V producto de cabeza condensador 1 L acumulador PI plato n reflujo destilado D F alimentación f 2 x 2 N producto de fondo W 2 lazos de nivel: simples, más rápidos, interaccionan poco entre sí PI calderín 1 controlador 2x2: 2 manipuladas:caudal de reflujo y caudal de vapor 2 controladas: composición en cabeza y en fondo

36 APLICACIONES Procesos interactivos Procesos con dinámica compleja Procesos con puntos de operación cambiantes o sometidos al mercado Procesos con alto riesgo = altos beneficios

37 Grados de libertad GRADOS DE LIBERTAD Número de variables que describen el sistema Número de relaciones independientes que se pueden establecer entre las variables Grados de libertad en un sistema de control Nº MV s disponibles Nº CV s a controlar en un valor fijo (SP)

38 GRADOS DE LIBERTAD MV s MV s CV s Proceso estrecho CV s Proceso cuadrado CV s MV s Proceso amplio CV s > MV s grados de libertad < 0 CV s = MV s grados de libertad =0 CV s < MV s grados de libertad >0

39 Proceso cuadrado (3 x 3) 3 manipuladas: velocidades (N1 y N2) de las bombas potencia (Q) calefactora Ta Q N1 N2 T2 T0 T3 F1 3 controladas: temperatura líquido (T1) temperatura líquido calefactor (T2) caudal líquido frío (F1) T1

40 Proceso cuadrado (4 x 4) 4 manipuladas: caudal de destilado caudal de reflujo caudal de fondo caudal de vapor plato V 1 n producto de cabeza L reflujo destilado condensador acumulador D F alimentación f N producto de fondo W calderín 4 controladas: nivel en el acumulador, nivel en el fondo composición en cabeza y en fondo

41 Proceso estrecho (3 x 1) 1 manipulada Perturbación Señal de referencia Controlador Señal de control Proceso Señales de salida Selector CONTROL SELECTIVO 3 controladas

42 Proceso estrecho (2 x 1) 1 manipulada Perturbación Señal 1 de referencia Señal 2 de referencia Controlador 1 Controlador 2 Selector Señal de control Proceso Señales de salida CONTROL OVERRIDE 2 controladas

43 3 manipuladas: caudal de vapor caudal de vahos caudal de jarabe Proceso amplio (2 x 3) 2 controladas: presión y nivel en el evaporador