TEMA 1: INTRODUCCION AL CONTROL INDUSTRIAL AVANZADO

Transcripción

1 TEMA 1: Por qué es necesario el control industrial avanzado? Qué es el control industrial avanzado? Contenido: 1.1 Introducción 1.2 Sistema de control de un proceso Variables de un proceso Elementos de un sistema de control Objetivos del sistema de control 1.3 Niveles en el control de procesos CRB, CRA, CM, CO. 1.4 Diseño de un sistema de control 1 Lazo clásico de control 2 1

2 Esquema del sistema controlado más general: 3 Sistema de control abierto manual. Sistema de control cerrado automático Variables involucradas: Variables a controlar (o de proceso). Diferencia entre la variable controlada y de proceso. Variables medidas Variables de consigna o referencia. SP: Industrial. Ref: servosistemas Variable manipulada o de control. No clara la variable física. Variable de perturbación. Externas. Sin control. SP a veces. 4 2

3 Elementos: Sensores: física. Transductores: Acondicionamiento. Controladores: Algoritmo. Actuadores: Manipulan las variables de control. Objetivos: Seguridad y estabilidad. Restricciones de operación Ajuste a la calidad y cantidad demandada. Precisión, velocidad Normativa medioambiental Rentabilidad Función de coste. 5 Necesidad del control avanzado: Sistemas no son SISO, conviene un control simultáneo de variables. Fuerte interacción entre variables. En CRB no hay gestión de saturaciones o alarmas. Cambio de estrategia con objetivos de alto nivel Función de coste. En CRB hay problemas no resueltos. 6 3

4 Niveles en el control de porcesos Ejemplo de la Torre de destilación Niveles en función de la complejidad del objetivo: CRB: Control Regulatorio Básico CRA: Control Regulatorio Avanzado CM: Control Multivariable OL, CO: Optimización en línea o Control óptimo. 7 Torre de destilación Alimentación mezcla Iso-Butano Reflujo Destilado Realimentación Vapor Purgador de condensado Normal-butano 8 4

5 1.- Control Regulatorio Básico (CRB) Principio de funcionamiento: Lazos simples de realimentación que controlen variables del proceso. Operación estable y segura en puntos de trabajo. Problemas: Emparejamiento de variables Elevada interacción obliga a desintonizar los controladores. Más lentos y peores. Las correcciones se realizan observando un error que debe producirse. Lento, oscilatorio, tardío. Consecuencias: Elevado margen de seguridad en calidad, cantidad y restricciones. Coste elevado y pérdida de beneficios. 9 Torre de destilación - CRB Alimentación mezcla TT TC LT LC Iso-Butano TC TT Reflujo Destilado Realimentación LT LC Vapor Purgador de condensado Normal-butano 10 5

6 2.- Control Regulatorio Avanzado (CRA) Principio de funcionamiento: Resuelve algunos problemas eecíficos por medio de: Lazos en cascada Lazos anticipativos Compensación de tiempos muertos Control de restricciones Problemas: No resuelve interacciones cruzadas. Nivel bajo de control. Consecuencias: Elevado margen de seguridad en calidad, cantidad y restricciones. Coste elevado y pérdida de beneficios. 11 Torre de destilación - CRA F LT LC LL AT Iso-Butano vapor Aliment. Reflujo Aliment. AC LL F LT LC AC Purgador de condensado AT Normal-butano 12 6

7 3.- Control Multivariable (CM) Principio de funcionamiento: Obtención del modelo matricial o modelo de estado. Técnicas de inversión de modelo o desacoplamiento. Para modelos matriciales: resolución del emparejamiento. Problemas: El más habitual (estados) supone una nueva herramienta de control (no hay fdt). Nivel medio de control. Gran potencia de cálculo en el controlador Control Optimo (CO) u Optimización en Línea Principio de funcionamiento: Determinar el punto nominal que minimiza o maximiza una función de costes. Índice función de precios demandas, acciones de control, medidas, estrategias, etc. Problemas: Matemáticamente muy complejo. Nivel de información e interconexión muy elevado. Gran potencia de cálculo en el controlador (habitualmente distribuido). 14 7

8 Diseño de un sistema de control Elección del nivel de control Costes de instalación Control Regulatorio Básico (CRB). Control Regulatorio Avanzado (CRA). Control Multivariable (CM) Optimización en línea (CO-OL) + caro Costes de producción + caro 15 Diseño de un sistema de control Consideraciones previas: Simultáneo al diseño del proceso. Reducir al máximo la magnitud, número y frecuencia de las perturbaciones. (aislamientos térmicos, calidad de generaciones, estabilizadores, posición de sensores,etc..). Eecial esfuerzo en reducción de ruidos de medida.(apantallamientos, lazos de corriente, protocolos seguros, EMC...) Buscar rapidez en los sistemas de actuación. El proceso debe reonder rápidamente a las variables de control 16 8

9 Diseño de un sistema de control Fases del diseño: 1. Definición de objetivos (requisitos). 2. Identificación de variables de medida y variables de control. 3. Selección del sistema de control (nivel y esquema) 4. Diseñar la ley de control (RI-II+CP) 5. Eecificar la instrumentación de control. 17 Objetivos Objetivos del MODULO I (Control clásico): Ante un sistema SISO: 1. Entender el problema de control de sistemas con grandes tiempos muertos. Ventajas del predictor de Smith. Similitud con los sistemas de reuesta inversa. 2. Saber minimizar el efecto de las perturbaciones mediante el uso de estructuras de control anticipativo y en cascada. Calculo del control anticipativo. Calculo del control en cascada. 3. Entender la utilidad y funcionamiento del control de rango partido. 18 9

10 Objetivos Objetivos del MODULO I (Control clásico): Ante un sistema MIMO: 1. Saber realizar la selección de las variables de control adecuadas para cada una de las salidas. 2. Saber evaluar y calcular en su caso la conveniencia de la utilización de desacopladores totales, perciales y no-lineales. 3. Saber calcular una buena aproximación a los controladores en un sistema acoplado