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.
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