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Control de Procesos Industriales
1. INTRODUCCIÓN
porPascual Campoy
Universidad Politécnica Madrid
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Control de Procesos Industriales: Introducción
• Esquemas del control industrial• Variables involucradas• Elementos de control• Objetivos del control• Necesidad y ventajas del control• Niveles de control industrial• Diseño de un sistema de control
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Ejemplo 1.1: mezclador
F1 X1
F2 X2
F X
AC Xref
AT
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Esquema de control básico
• Lazo clásico de control por realimentaciónde la salida
Sistema sensoractuadorcontroladorVariablemedida
Variable dereferencia
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Esquema de control avanzado
Sistema
perturbaciones
Variables acontrolar
yu
Variablesmanipuladas
actuador
actuador
actuador
actuadorum
Variablesmedidas
sensor
sensor
sensor
sensorym
sensor
sensorVariables dereferencia
v
ControlAvanzado
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Variables involucradas
• Variables a controlar• temperaturas, presiones, niveles, composiciones, caudales, ...
• Variables medidas• Variables manipuladas o de control
• aperturas de válvulas
• Variables de consigna o de referencia• Perturbaciones
• temperaturas, caudales, composiciones de materias primas, ...
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Elementos de control
• Sensores– miden el fenómeno físico
• Transmisores– acondicionan la señal
• Controladores– producen la ley de control
• Actuadores– manipulan las variables de control
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Objetivos del control
• Seguridad y estabilidad– no se violen restricciones de operación
• Ajuste a la cantidad y calidaddemandada
• Cumplimiento de normativamedioambiental
• Funcionamiento cercano al óptimo– menor coste y máximo beneficio
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… ejemplo 1.1: mezclador
F1 X1
F2 X2
F X
AC Xref
AT
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Cuantificación ventajas control
índice calidaddemandadopor el cliente
mejor control ⇒ menor variabilidad ⇒ menor coste
mejor control
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Necesidad de laautomatización de procesos
• Controlar las variables de salida a voluntad• Control con modelos inexactos y
perturbaciones• Mejorar el control mediante utilización de
variables auxiliares• Controlar varias variables interaccionadas• Controlar con objetivos más complejos
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Control de Procesos Industriales: Introducción
• Esquemas del control industrial• Variables involucradas• Elementos de control• Objetivos del control• Necesidad y ventajas del control• Niveles de control industrial• Diseño de un sistema de control
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Control Regulatorio Básico: Principio de funcionamiento
• Teoría clásica de control por realimentación de lasalida, cerrando lazos monovariables (SISO)
F1 X1
F2 X2
F X
LTLCAT
AC Xref
Href
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Control Regulatorio Básico:problemas y resultados
• Problemas:– Emparejamiento de variables– Elevada interacción fuera de los lazos elegidos
=> desintonización de los controladores
• Resultados:– Elevado margen de seguridad en calidad,
cantidad y restricciones– Incremento del coste y pérdida de beneficios
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Control Regulatorio Avanzado
• Utilización de variables auxiliares:– Lazos en cascada, lazos anticipativos, compensación de
tiempos muertos, control con restricciones
F1 X1
F2 X2
F X
LTLCAT
ACXref
Href
AY AYLL
Σ+
+
AT
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Control Multivariable
• Estudio del modelo matricial (MIMO)
F1 X1
F2 X2
F X
LT
Xref
Href
AT
AT
AT
Control
Multivariable
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Elección del nivel de control
• Control RegulatorioBásico
• Control RegulatorioAvanzado
• Control MultivariableCost
e de
inst
alac
ión
Cost
e de
pro
ducc
ión
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Diseño de un sistema de control:consideraciones previas
• Debe abordarse al mismo tiempo quese diseña el proceso
• El proceso debe responderrápidamente a las variables de control
• La magnitud y la frecuencia de lasperturbaciones debe ser reducida
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Diseño de un sistema decontrol: Fases
1. Definir los objetivos2. Identificar las variables a medir y las
variables de control3. Seleccionar la configuración del sistema
de control4. Diseñar de la ley de control5. Especificar la instrumentación de
control