1.1 Controladores de procesos industriales PID Un controlador o regulador PID es un dispositivo que permite controlar un sistema en lazo cerrado para que alcance el estado de salida deseado. El controlador PID está compuesto de tres elementos que proporcionan una acción Proporcional, Integral y Derivativa. Estas tres acciones son las que dan nombre al controlador PID. Control proporcional Proporcional (algunas veces llamado ganancia o sensibilidad) es una acción de control que reproduce cambios de la entrada con cambios en la salida. La acción proporcional del controlador responde a los cambios presentes en la entrada y generara inmediatamente y proporcionalmente cambios en la salida. Cuando pensamos en una “acción proporcional” (P), pensamos puntualmente: esta acción de control trabaja inmediatamente (nunca muy pronto o muy tarde) para que los cambios coincidan con la señal de entrada. Control Integral La integral (algunas veces llamado reset o control flotante) es una acción de control que provoca un cambio en la señal de salida respecto del tiempo a una razón proporcional de la cantidad de error (la diferencia entre el valor de PV y SP). La acción integral del controlador responde a un error acumulado en el tiempo, cambiando la señal de salida tanto como se necesite para eliminar completamente el error. Si la acción proporcional (P) le dice a la salida tanto desplazarse cuando un error aparece, la acción integral (I) le dice a la salida que tan rápido moverse cuando un error aparece. Si la acción proporcional (P) actua en el presente, la acción integral (I) actúa en el pasado. Por tanto, que tan rápido la señal de salida es controlada por la acción integral depende de la historia del error en el tiempo: cuanto error existió, y que duración. Cuando pensemos en “la acción integral” (I), pensemos en “impaciencia”: esta acción de control maneja la salida para aumentar y aumentar su valor conforme haya una diferencia entre PV y SP. Acción derivativa (D) La derivada, algunas veces llamado rate(razón) o pre-act, es una acción de control que realiza un desplazamiento en la señal de salida proporcional a la tasa a la cual cambia la entrada. La acción derivativa del controlador reacciona a que tan rápido cambia la entrada respecto al tiempo, alterando la señal de salida en proporción con la tasa de cambio de entrada. Si la acción proporcional (P) le dice a la salida que tan lejos ir cuando un error aparece, la acción derivativa (D) le dice a la salida que tan lejos ir cuando la entrada cambia. Si la acción proporcional (P) actúa en el presente y la acción integral (I) actua en el pasado, la acción derivativa (D) actua en el futuro: eficazmente “anticipa” los overshoot (sobre impulso) intentando una respuesta de salida acorde que tan rápido que tan rápido la variable de proceso está creciendo o cayendo. Cuando pensamos en una “acción derivativa” (D), pensemos discreción: esta acción de control actua prudente y cuidadosamente, trabajando en contra del cambio. Control de temperatura PID Un controlador de temperatura PID combina el control proporcional con dos ajustes adicionales, que ayuda a la unidad automáticamente a compensar los cambios en el sistema. Estos ajustes, integral y derivativo, se expresan en unidades basadas en el tiempo, también se les nombra por sus recíprocos, RATE y RESET, respectivamente. Los términos proporcional, integral y derivativo se deben ajustar de manera individual mediante el método prueba y error. El regulador proporciona es el control más preciso y estable de los tres tipos de controladores, y se utiliza comúnmente en sistemas que tienen una masa relativamente pequeña, que son aquellos que reaccionan rápidamente a cambios en la energía añadida al proceso. Control de flujo PID El control de un flujo en un cierto proceso, se lleva a cabo en la rama de recirculación de la planta, para mantener un flujo constante pese a perturbaciones. El usuario determina un flujo de circulación en la tubería, si se presenta un aumento o disminución de fluido el controlador ejercerá su acción sobre una válvula proporcional para corregir el error. El flujo circulante en la rama dos es monitoreado por un transmisor y bajo este esquema la variación en la apertura de la válvula provoca perturbaciones en el flujo de una segunda ramificación manteniendo el flujo que se desea en la ramificación principal de una tubería. Controlador de presión PID Dentro de los procesos industriales la medición y el control de la variable presión se hacen indispensables para lograr obtener una producción continua y contar con condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería tiene una presión máxima de operación y sobrepasarla puede ocasionar la destrucción no solo del mismo equipo sino también la del adyacente y poner al personal en una situación de riesgo, principalmente cuando están implícitos fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, el control y la medición con gran precisión para la variable presión son tan importantes como la seguridad extrema. Estos sistemas por lo general constan de dos tanques, posiblemente con distintas capacidades y una válvula para simular el consumo que puede existir en un proceso continuo. Una vez energizado el sistema se necesita tener conectado un compresor a la válvula 1 o principal, ya que a través de ésta se alimenta el flujo de aire hacia el sistema, se debe asegurar que la válvula 3 de desfogue este cerrada, teniendo esto en cuenta se proceda a abrir las válvulas 2, 4, 5 y 6, así como las válvulas que alimentan cualquiera de los dos tanques, el transmisor le enviará una señal de corriente proporcional a la presión del sistema al controlador, el cual hace una comparación entre el punto de ajuste y el valor actual de la variable del proceso, para enviar una señal correctora a la válvula de control. 2.1 Comunicación con variadores de frecuencia Los variadores de frecuencia son sistema utilizados para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna. Un variador de frecuencia son vertientes de un variador de velocidad, ya que llevan un control de frecuencia de alimentación, la cual se suministra por un motor. Otra forma en que son conocidos los variadores de frecuencia son como Drivers ya sea de frecuencia ajustable (ADF) o de CA, VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia). ¿Cómo funcionan los variadores de frecuencia? Se alimenta el equipo con un voltaje de corriente alterna (CA), el equipo primero convierte la CA en corriente directa (CD), por medio de un puente rectificador (diodos o SCR´s), este voltaje es filtrado por un banco de capacitores interno, con el fin de suavizar el voltaje rectificado y reducir la emisión de variaciones en la señal. Posteriormente en la etapa de inversión, la cual está compuesta por transistores (IGBT), que encienden y apagan en determinada secuencia (enviando pulsos) para generar una forma de onda cuadrada de voltaje de CD a una frecuencia constante y su valor promedio tiene la forma de onda senoidal de la frecuencia que se aplica al motor. El proceso de conmutación de los transistores es llamado PWM "Pulse Width Modulation" Modulación por ancho de pulso y al tener control en la frecuencia de la onda de corriente, también se tiene el control de la velocidad del motor de acuerdo a la siguiente formula. Tipos de variadores de frecuencia: 1. Variadores de frecuencia de corriente alterna. Los variadores de frecuencia de corriente alterna (AC) son, con mucho, la mayor categoría de VFD. Están diseñados para controlar los vehículos que funcionan con corriente alterna. Ellos se están convirtiendo en el único tipo de variadores de frecuencia. 2. Variadores de frecuencia de corriente directa. Los variadores de frecuencia de corriente directa (DC, por sus siglas en inglés) funciona en motores de corriente continua. Este diseño de motor de corriente continua tiene inductores y los circuitos de derivación por separado. 3. Variadores de frecuencia de voltaje de entrada. Los variadores de frecuencia de voltaje de entrada (VVI, por sus siglas en inglés) son los tipos más simples de variadores de frecuencia. En este tipo, los dispositivos de conmutación de salida crean una nueva onda sinusoidal de tensión del motor mediante la introducción de una serie de onda cuadrada a diferentes voltajes. Estas unidades trabajan generalmente con la ayuda de un condensador grande. 4. Variadores de frecuencia de fuentes de entrada. Los variadores de frecuencia de fuentes de entrada (CSI, por sus siglas en inglés) son muy similares a los VVIS. La diferencia entre los dos diseños es que los VFD de entrada de la fuente de corriente se las arreglan para forzar una onda cuadrada de corriente en oposición a la tensión. Los VFD de entrada de origen requieren un gran inversor para mantener la corriente lo más constante posible. 5. Variadores de frecuencia de ancho pulso modulado. El ancho de pulso modulado (PWM, por sus siglas en inglés) es el tipo más complejo de VFD. Si bien es más complicado que los otros tipos, también permiten que el motor funcione de manera más eficiente. Los PWM logran esto a través de la utilización de transistores. Los transistores conmutan la corriente directa a diferentes frecuencias y por lo tanto ofrecen una serie de pulsos de voltaje al motor. Cada uno de estos pulsos está en porciones para reaccionar con el motor y crear la corriente adecuada en el motor. 6. Variadores de frecuencia de vector de flujo de ancho de pulso modulado. Los VFD de vector de flujo de ancho de pulso modulado son un nuevo tipo de VFD. Utilizan un tipo de sistema de control por lo general más estrechamente asociado con motores de corriente continua. Estas unidades tienen un microprocesador que está conectado al motor a través de un control de bucle cerrado. Esto permite que el procesador regule más de cerca cómo funciona el motor. 4.1 Protocolo TCP-IP TCP/IP es un conjunto de protocolos. La sigla TCP/IP significa "Protocolo de control de transmisión/Protocolo de Internet". El cual sirven para comunicar dos computadoras, además de encargarse de manejar los errores en la transmisión, administrar el enrutamiento y entrega de los datos. Así también de controlar la transmisión real mediante el uso de señales de estado predeterminadas. Representa todas las reglas de comunicación para Internet y se basa en la noción de dirección IP, es decir, en la idea de brindar una dirección IP a cada equipo de la red para poder enrutar paquetes de datos. Sus funciones son: Dividir mensajes en paquetes; Usar un sistema de direcciones; Enrutar datos por la red; Detectar errores en las transmisiones de datos. Características De TCP/IP Los protocolos TCP/IP presentan las siguientes características: Son estándares de protocolos abiertos y gratuitos. Su desarrollo y modificaciones se realizan por consenso, no a voluntad de un determinado fabricante. Cualquiera puede desarrollar productos que cumplan sus especificaciones. Independencia a nivel software y hardware Su amplio uso los hace especialmente idóneos para interconectar equipos de diferentes fabricantes, no solo a Internet sino también formando redes locales. La independencia del hardware nos permite integrar en una sola varios tipos de redes (Ethernet, Token Ring, X.25...) Proporcionan un esquema común de direccionamiento que permite a un dispositivo con TCP/IP localizar a cualquier otro en cualquier punto de la red. Son protocolos estandarizados de alto nivel que soportan servicios al usuario y son ampliamente disponibles y consistentes.
