TEMA 1: INTRODUCCION AL CONTROL INDUSTRIAL AVANZADO

TEMA 1:
INTRODUCCION AL CONTROL INDUSTRIAL AVANZADO
•¿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
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INTRODUCCION AL CONTROL INDUSTRIAL AVANZADO
Lazo clásico de control
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Sistema de control de un Proceso
Esquema del sistema controlado más general:
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Sistema de control de un Proceso
•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.
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Sistema de control de un Proceso
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.
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Sistema de control de un Proceso
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.
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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.
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Torre de destilación
Alimentación
mezcla
Iso-Butano
Reflujo
Destilado
Realimentación
Vapor
Purgador de
condensado
Normal-butano
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Sistema de control de un Proceso
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.
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Torre de destilación - CRB
sp
sp
LT
FC
TC
TT
LC
Alimentación
mezcla
sp
sp
FT
Iso-Butano
TT
TC
Destilado
Reflujo
Realimentación
sp
LT
LC
Vapor
Purgador de
condensado
Normal-butano
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Sistema de control de un Proceso
2.- Control Regulatorio Avanzado (CRA)
Principio de funcionamiento:
Resuelve algunos problemas específicos 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.
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Torre de destilación - CRA
sp
FC
F
LT
LC
sp
FT
FC
FT
LL
Iso-Butano
AT
FT
Reflujo
Aliment.
FC
vapor
Aliment.
AC
sp
F
sp
FC
FT
LT
LL
LC
AC
sp
FC
FT
AT
Purgador de
condensado
Normal-butano
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Sistema de control de un Proceso
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.
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Sistema de control de un Proceso
4.- 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).
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Diseño de un sistema de control
Elección del nivel de control
Costes de instalación
•Control Multivariable (CM)
•Optimización en línea (CO-OL)
Costes de producción
+ caro
•Control Regulatorio Básico (CRB).
•Control Regulatorio Avanzado (CRA).
+ caro
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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..).
•Especial esfuerzo en reducción de ruidos de
medida.(Apantallamientos, lazos de corriente, protocolos
seguros, EMC...)
•Buscar rapidez en los sistemas de actuación. El proceso
debe responder rápidamente a las variables de control
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INTRODUCCION AL CONTROL INDUSTRIAL AVANZADO
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. Especificar la instrumentación de control.
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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 respuesta
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.
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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.
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