REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSIÓN MATURÍN

ACCIONES BASICAS DE CONTROL

Profesora:Ing. Mariangela Pollonais

Realizado por:Br. José M. Millán A.

INTRODUCCIÓN En todos los procesos industriales es muy importante y necesario controlar y mantener algunas variables , tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas variables en condiciones adecuadas según el proceso. En los inicios de la era industrial, el operador llevaba a cabo un control manual de estas variables utilizando instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por la relativa simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con que éstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio de los instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando al operador de su función de actuación física directa en la planta y al mismo tiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso desde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladas separadas; asimismo, gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productos complejos en condiciones estables de calidad y de características, condiciones que al operador le serían imposibles o muy difíciles de conseguir, realizando exclusivamente un control manual. Para controlar los procesos industriales ha sido necesario a parte de estos instrumentos incorporar otros elemento como lo son: el controlador , y elemento final de control, el cual junto con el sensor van a formar los diferentes tipos de control que se pueden establecer en las industrias, en el siguiente trabajo estaremos hablando de los diferentes tipos de control, controladores , esquemas de un sistema de control y algunos ejemplos prácticos de sistemas de control.

INDICE

INTRODUCCIÓNESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROLCONTROLADORES Y TIPOS DE CONTROLOLADORESCOMPENSACIÓN :De adelanto. De atraso. De atraso-adelantoACCIONES DE LOS CONTROLADORES Y MODELOS MATEMÁTICOSEJEMPLOS DE SISTEMAS DE CONTROLCONCLUSIONES

DESARROLLOESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROL

Sistema de control industrial que consiste de un controlador automático, un elemento de control final, un proceso y un sensor (elemento de medición). Es un lazo cerrado donde la variable de salida del proceso se mide y retroalimenta al controlador quien determina el error de dicha medida con su valor de referencia y genera una acción que ejecuta el elemento de control final para ajustar la variable de control al valor deseado

El controlador es el que se encarga de detectar la señal de error, que por lo general está en un nivel muy bajo, y la amplifica a un nivel lo suficientemente alto. La salida del controlador automático se alimenta a un elemento de control final como un motor hidráulico o eléctrico o una válvula neumática. Este elemento de control final es un dispositivo de potencia que produce la entrada al proceso de acuerdo con la señal de control, a fin de que la señal de salida se aproxime a la señal de entrada de referencia. El sensor o elemento de medición es un dispositivo que convierte la variable de salida en otra variable manejable, tal como un desplazamiento, una presión o un voltaje que pueda usarse para comparar la salida con la señal de entrada de referencia. Este elemento está en la trayectoria de retroalimentación del sistema enlazo cerrado. El punto de ajuste del controlador debe convertirse en una entrada de referencia con las mismas unidades que la señal de retroalimentación del sensor o del elemento de medición.

CONTROLADORES

Las acciones que realiza un controlador son las decisiones que se requieren para compensar las perturbaciones observadas en la variable de proceso y que son transmitidas al elemento de control final para que las ejecute, estos controladores pueden ser neumáticos, eléctricos, electrónicos y digitales, y su selección va a depender de la aplicación que se le asigne.

Estos dispositivos están diseñados para desarrollar una acción sobre las desviaciones que se observen en los valores de dichas condiciones.

El controlador permite al proceso cumplir su objetivo de transformación del material y realiza dos funciones esenciales:

a) Compara la variable medida con la de referencia o deseada (punto de consigna)para determinar el error.b) Estabiliza el funcionamiento dinámico del bucle de control mediante circuitosespeciales para reducir o eliminar el error.En los sistemas industriales se emplea una combinación de los

siguientes sistemas de control:

a) De dos posicionesb) Proporcional de tiempo variable (anticipatoria);e) Flotante;ti) Proporcional;e) Proporcional - integral;f) Proporcional - derivada.g) Proporcional - integral – derivada

El controlador amplifica, integra o deriva la información de entrada o desarrolla una suma entre algunas de estas acciones. De acuerdo a esto, los controladores que usualmente se incluyen dentro de un proceso son los de acciones proporcional (P), proporcional – integral (PI), proporcional –derivativo (PD) y proporcional – integral – derivativo (PID). Para algunas situaciones se justifica un control denominado de dos posiciones o de encendido y apagado (On/Off)

COMPENSACION Entre los muchos tipos de compensadores, los de mayor uso son

los compensadores de adelanto, los de atraso, los de atraso-adelanto y los de realimentación de velocidad (tacómetros). Los compensadores de adelanto, de atraso y de atraso-adelanto pueden ser dispositivos electrónicos tales como circuitos que usen amplificadores operacionales, redes RC eléctricas, mecánicas, neumáticas, hidráulicas o una combinación de ellas, o, amplificadores.

Compensación de Adelanto:

Existen muchas formas de obtener compensadores de adelanto en tiempo continuo, tales como redes electrónicas que usan amplificadores operacionales, redes RC eléctricas y sistemas de amortiguadores mecánicos. La compensación de adelanto básicamente acelera la respuesta e incrementa la estabilidad del sistema.

La figura muestra un circuito electrónico que usa amplificadores operacionales que consiste en una red de adelanto si  

Red de Adelanto Si

Compensación de Atraso: 

La configuración del compensador de atraso electrónico usando amplificadores operacionales, es la misma que la del compensador de adelanto. La compensación de atraso mejora la precisión de estado estable del sistema, pero reduce la velocidad de la respuesta.

Eligiendo en el siguiente circuito

Red de Atraso

Compensación De Atraso-Adelanto

Si se desea mejorar tanto la respuesta transitoria como la respuesta de estado estable, debe usarse en forma simultánea un compensador de adelanto y un compensador de atraso. Sin embargo, en lugar de introducir un compensador de adelanto y un compensador de atraso, ambos como elementos separados, es más económico sólo usar un compensador de atraso-adelanto. La compensación de atraso-adelanto combina las ventajas de las compensaciones de atraso y adelanto. Dado que el compensador de atraso-adelanto posee dos polos y dos ceros, tal compensación aumenta en dos el orden del sistema, a menos que ocurra una cancelación de polos y ceros en el sistema compensado.

Red de atraso-Adelanto.  

ACCIONES DE LOS CONTROLADORES Y MODELOS MATEMATICOS Controlador De Dos Posiciones:

Aquí el EFC solo puede tener una de sus dos posiciones extremas (totalmente cerrado o totalmente abierto) dependiendo de si la variable esta arriba o abajo del punto de ajuste

(+) AD.- Se dice que un controlador es de acción directa (+), cuando al aumentar la desviación aumenta la señal controlada de salida y al disminuir la desviación disminuye la señal controlada de salida.

(-) AI.- Será aquel que al aumentar la desviación disminuye la señal controlada y al disminuir la desviación aumenta la señal controlada de salida. Un controlador de encendido-apagado (on-off) (controlador binario, de dos posiciones) tiene únicamente dos valores posibles en su salida u, dependiendo de la entrada e en el controlador.

Control de Dos Posiciones con Zona Diferencial:

Aquí se cuenta con una zona de no operación del controlador, existiendo está zona en forma simétrica arriba y abajo del punto de ajuste. Así hasta que la variable rebase los límites superior e inferior de dicha zona es cuando el controlador actúa

Control Proporcional

Es un modo de control cuya señal de salida es directamente proporcional a la desviación y a los ajustes con que cuenta el controlador.

Y = Señal controlada de salida X = Desviación (E-P) b = 50% m = ganancia G = 100/ BP BP = Banda proporcional Y = 100/BP (E-P) + 50% Y = mx + b

BP.- Es el porcentaje de escalas que tiene que recorrer la variable controlada para que el EFC vaya a una de sus posiciones extremas

Este es un modo que nos da un a componente en la señal de salida, la que cambia con velocidad proporcional a la desviación. r.- Reajuste automático (repeticiones/ min).-número de veces que se repite en un min. La corrección efectuada por el control proporcional.

Control proporcional con reajuste automático

r.-Reajuste automático (repeticiones/ min).-número de veces que se repite en un min. La corrección efectuada por el control proporcional.

K.- 50 +_ cte. de integración

Si E=P Y=K

Yr= 100/BP ∫ (E-P) dt

Dyr/dt= 100 BP (r) (E-P) SI E=P dyr/dt= 0 Y=K

Control de Acción Derivativa (r):

Este modo nos da una componente en la señal de salida cuyo valor es directamente proporcional a la velocidad con que cambia la variable controlada. R.- Se mide en min., y el tiempo en el cuál se adelanta la señal de control a la corrección que afectara la acción proporcional debido a la acción derivativa. R.- Sirve para medir tiempos muertos

P = 50% BP = 100% R = 1 min dE/dT = 10 %/ min

YR = 100/BP (R) (dE/dT) YR = 100/BP (1) (10 % min) YR = 10 %

Control Proporcional con Reajuste Automático y Acción Derivativa:

Este último modo de control es la combinación de dos de las anteriores que son; control proporcional con reajuste automático y control proporcional con acción derivativa.

Por lo tanto de ecuación de esta será combinación de as ya mencionadas

Y = 100/ BP (E-P) + 100/BP (r) (E-P) dt+ K + 100/BP (R) (dE/dt)

∫

Ejemplo de Sistema de Control:

-Nivel y Flujo

La regulación de nivel de dos elementos se logra con un controlador de caudal de vapor y un controlador de nivel cuyas señales de salida se comparan en un relé de relación que actúa directamente sobre la válvula de control del agua de alimentación. En la siguiente figura puede verse este sistema de control. De acuerdo con la demanda de caudal de vapor hay una aportación inmediata de agua de alimentación a través del controlador secundario de nivel. Este último es utilizado solamente como reajuste de las variaciones que pueden producirse con el tiempo en el nivel de la caldera.

Ejemplo de un Sistema de Control :Caudal fuel - caudal aire en serie En el siguiente esquema de funcionamiento que puede verse el controlador de presión ajusta el punto de consigna del controlador de caudal de fuel y esta variable actúa a través del relé de relación fuel-aire, como punto de consigna del controlador de aire. Como las variaciones del caudal de fuel influyen lentamente en la señal de presión de vapor, el controlador «maestro» se ajusta para una respuesta rápida ante cambios en la presión. En esta disposición si varía la presión del vapor, el caudal de fuel cambia antes que el del aire de combustión. Si se limita el caudal de fuel, lógicamente quedará también limitado el caudal de aire. La desventaja principal del sistema es el riesgo de explosión que se presenta ante un fallo de aire en el punto de consigna del controlador de caudal de aire; si así ocurre no hay aire de combustión pero el fuel continua circulando.

CONCLUSIÓN Con la realización de este trabajo se han estudiado los sistemas de control utilizados en la industria, se pudo conocer la evolución de los sistemas y sus aplicaciones, los cuales han sido de gran importancia en el desarrollo actual de la humanidad. Asimismo, se han estudiado los conceptos de: control proporcional, integral y derivativo con sus valores consignados en el instrumento; conociendo los tipos de control que constituyen mejoras de los clásicos PID, entre los que se encuentran, el control en cascada, el de relación, en adelanto, gama partida, selectivo, etc. La evolución que ha ido experimentando la instrumentación en los últimos años de acuerdo con la industria, ha sido de forma paralela, ya que, los instrumentos de control han ido evolucionando de acuerdo con las necesidades que la industria ha ido creando, se han visto las aplicaciones típicas en la industria y conocido las aplicaciones de los instrumentos y su papel dentro del proceso.

Los Sistemas de Control representan una gran desarrollo para la industria en general y día a día han ido avanzando y promete muchos cambios para el desarrollo de nuestras sociedades.