Controladores Mª Jesús de la Fente Aparicio Dpto. Ingeniería de Sistemas Atomática Facltad de Ciencias maria@atom.va.es Universidad de Valladolid
Operación manal de n proceso Observar el nivel Comparar con el valor deseado Decidir la posición de la válvla Actar sobre la válvla
Operación de n proceso Comparar Decidir Cambios Respestas Actar Proceso Respesta dinámica Medir Operación manal o en lazo abierto
Operación atomática Valores Deseados Reglador Cambios Actar Proceso Respestas Medir Operación en lazo cerrado
Operación Atomática Medir el nivel Comparar con el valor deseado Decidir la posición de la válvla Actar sobre la válvla LT LC
Terminología Pertrbación Variable Controlada Referencia LT LC Variable Maniplada
Referencia Consigna Set point SP w Valores Deseados Reglador Componentes Variable maniplada Maniplated Variable MV Otpt to Process OP Entrada (al proceso) MV, (Eropa) Variables para actar Actador Pertrbaciones Deviation Variables DV Proceso Variables a controlar Transmisor x Diagrama de bloqes Valores medidos Variable Controlada Controled Variable CV Process Variable PV Salida (del proceso)
Cambiador de calor
Control Contino La variable controlada, toma valores en n rango contino, se mide se actúa continamente sobre n rango de valores del actador Pertrbación Variable Controlada Referencia LT LC Variable Maniplada
Control discreto Detector de máxima mínima altra Relé Las variables solo admiten n conjnto de estados finitos cambian sól en ciertos instantes de tiempo Electroválvla ON/OFF
Diagramas de proceso P&I Unidades de proceso actadores representados con símbolos especiales Instrmentos de medida reglación representados por círclos con números letras Lineas de conexión LT 102 LC 102
Control de fljo w FC a q
Control de nivel q i h w LT LC q
Control de temperatra Medir Comparar Decidir Actar
DIAGRAMA DE BLOQUES v DV w SP Controlador MV OP Proceso CV PV
Controladores Generan na señal de control normalizada al actador en fnción del valor medido de la variable qe se qiere controlar de s valor deseado. Controlador más sado PID Referencia + - Error Cálclo normalización Variable maniplada 4-20 ma Variable controlada 4-20 ma
Tecnologías: Nemática Electrónica Digital Implementación Controladores de lazo (PID) Atómatas (PLC) Sistemas de Control Distribido (DCS) Control por ordenador (PC)
Señales normalizadas Actador w Controlador Proceso 4-20 ma Transmisor 4-20 ma 4-20 madel transmisor SP 45 PV 45.5 4-20 ma al actador M V 38
Controladores Controlador PI w + - e 1 = K e + T edt p i Actador Proceso Transmisor Panel de control
Sala de Control Operación 4 20 ma Campo
Control por comptador Potencia, Ethernet AI AO Controlador DI DO (kt) Microprocesador AO Proceso (kt) T periodo de mestreo AI T
Arqitectras HART I/O DeviceNet/Profibs H1 AS-i
Diagnosis, configration
EL REGULADOR PID et () = wt () t () 1 t K et T e d T de () = p () + ( ) + d τ τ dt i reglador basado en señal, no incorpora conocimiento explícito del proceso 3 parámetros de sintonia K p, T i, T d diversas modificaciones
PI w + - e 1 = K e + T edt p i Actador Proceso Transmisor
Unidades W 100/span % + - R % Actador U % G p 100/span Las señales de entrada salida al reglador selen expresarse en % del span del transmisor del actador respectivamente. La conversión del reglador debe corresponder a calibración del transmisor Y
Parámetros PID K p ganancia / Término proporcional % span control / % span variable controlada banda proporcional PB=100/ K p T i tiempo integral / Término integral mintos o sg. (por repetición) (reset time) repeticiones por min = 1/ T i T d tiempo derivativo / Término derivativo mintos o sg.
Acción proporcional t () = Ket () + bias p e t t Un error del x % provoca na acción de control del K p x % sobre el actador bias = manal reset (CV = SP)
Acción directa/inversa considerar el tipo de válvla LC LT LC LT Direct acting controller K p < 0 Reverse acting controller K p > 0 (t)=k p (w-) si amenta decrece con K p positiva
Acción proporcional 1500 rpm w + - e K p Ampl. Ing. 30 % M 1500 rpm (t)=k p e(t) + 30 Solo pede alcanzarse n pnto de eqilibrio con error cero
Acción proporcional bias K p e - + w LT e(t) = w (t)=k p e(t) + bias
Acción Integral 1500 rpm w + - e K T i p K p ed τ Ampl. Ing. M 1500 rpm
Bias ajstable K T i p K p ed τ e - + PI w LT e(t) = w (t)=k p e(t) + bias
Acción integral (atomatic reset) w w t t t K T i p ed τ t Un reglador P no elimina el error estacionario en procesos atoreglados La acción integral contina cambiando la hasta qe el error es cero
Acción Integral t K p t () = e( τ) dτ T i 0 K T i p ed τ e Si e=cte. e K p e t t T i tiempo qe tarda la acción integral en igalar a la acción proporcional (n repetición) si e=cte. T i = 1 repetición Kp T ed Kp τ = T et = K e t T p = i i i
Acción derivativa w + - e K p Ampl. e Ing. K p T d de dt M La acción derivativa corrige los cambios brscos de la señal de control debidos a cambios rápidos del error
e = w - Acción derivativa w w t t t (t) = Kp (e + T d de ) dt t Un reglador P con ganancia alta para dar respesta rápida pede provocar oscilaciones por excesiva La acción derivativa modera la si e decrece rapidamente, evitando oscilaciones
Acción derivativa t ()= KT de p d dt PD K p e e Si e= a t e K p T d a t t Con e variando linealmente, la acción derivativa da la misma qe la acción proporcional daría T d sg. mas tarde Acción anticipativa No infle en el estado estacionario T d
Acción derivativa t ()= KT de p d dt K p e e Si e= a t e K p T d a t t T d tiempo qe tarda la acción derivativa en igalar a la acción proporcional si e= a.t. KT de dt T d = KTa= Kat t= T p d p d p d
Métodos de sintonía de PID Métodos de preba error Métodos basados en experimentos Estimar ciertas características dinámicas del proceso con n experimento Calclar los parámetros del reglador mediante tablas o fórmlas dedcidas en fnción de las características dinámicas estimadas Métodos analíticos basados en modelos Minimización de índices de error Márgenes de Fase /o ganancia
Preba Error w w 1 Amentar K p 2 Amentar T d w Partir de valores bajos de K p, sin acción integral o derivativa Amentar K p hasta obtener na forma de respesta aceptable sin excesivos 3 Disminir T i Amentar ligeramente T d para mejorar la respesta Disminir T i hasta eliminar el error estacionario
Respesta dinámica nivel Cambio escalón de la variable maniplada tiempo
Respesta dinámica MV Proceso CV tiempo tiempo Experimentación Modelo matemático
Respesta dinámica Transitorio Estacionario tiempo
Tipos de procesos Atoreglados No atoreglados o Integradores tiempo tiempo
Tipos de procesos Fase mínima Fase no-mínima o respesta inversa tiempo tiempo
Estabilidad 2 respesta en lazo abierto 2 respesta en lazo abierto 1.5 1.5 1 1 0.5 0.5 0 0-0.5 0 2 4 6 8 10-0.5 0 2 4 6 8 10 Estable Inestable A na entrada limitada corresponde na salida limitada
Amortigamiento 2 respesta en lazo abierto 2 respesta en lazo abierto 1.5 1.5 1 1 0.5 0.5 0 0-0.5 0 2 4 6 8 10-0.5 0 2 4 6 8 10 Sobreamortigado Sbamortigado
Respesta dinámica tiempo de asentamiento +5% del valor final Retardo tiempo
respesta dinámica Sobrepico en % = 100 Mp/ Δ Ganancia = Δ / Δ M p Δ Δ tiempo
Ganancia Ganancia positiva Ganancia negativa o inversa tiempo tiempo
respesta dinámica periodo de oscilación s valor final 90 % s 10 % s tiempo de sbida tiempo