Este documento presenta una introducción al control de procesos industriales. Explica los esquemas, variables, elementos y objetivos del control industrial, así como la necesidad y ventajas del control a diferentes niveles. Describe los controles regulatorios básico y avanzado y el control multivariable, y las consideraciones para diseñar un sistema de control, incluyendo definir objetivos, identificar variables e instrumentación, y seleccionar la configuración y ley de control.

1. Control de Procesos Industriales
1. INTRODUCCIÓN
por
Pascual Campoy
Universidad Politécnica Madrid
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
1
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
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
2
1

2. Ejemplo 1.1: mezclador
AC
Xref
F 1 X1
F 2 X2
FX
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
AT
Control de Procesos Industriales
3
Esquema de control básico
• Lazo clásico de control por realimentación
de la salida
Variable de
referencia
controlador
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
actuador
Sistema
Control de Procesos Industriales
sensor
Variable
medida
4
2

3. Esquema de control avanzado
perturbaciones
sensor
Variables de
referencia
sensor
Variables
manipuladas
Control
actuador
Avanzado
actuador
Variables a
controlar
sensor
actuador
um
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
sensor
sensor
Sistema
actuador
v
Variables
medidas
u
y
sensor
Control de Procesos Industriales
ym
5
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, ...
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
6
3

4. Elementos de control
• Sensores
– miden el fenómeno físico
• Transmisores
– acondicionan la señal
• Controladores
– producen la ley de control
• Actuadores
– manipulan las variables de control
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
7
Objetivos del control
• Seguridad y estabilidad
– no se violen restricciones de operación
• Ajuste a la cantidad y calidad
demandada
• Cumplimiento de normativa
medioambiental
• Funcionamiento cercano al óptimo
– menor coste y máximo beneficio
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
8
4

5. … ejemplo 1.1: mezclador
AC
Xref
F 1 X1
F 2 X2
FX
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
AT
Control de Procesos Industriales
9
Cuantificación ventajas control
mejor control
índice calidad
demandado
por el cliente
mejor control ⇒ menor variabilidad ⇒ menor coste
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
10
5

6. Necesidad de la
automatización 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
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
11
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
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
12
6

7. Control Regulatorio Básico:
Principio de funcionamiento
• Teoría clásica de control por realimentación de la
salida, cerrando lazos monovariables (SISO)
AC
Xref
F 1 X1
F 2 X2
Href
LC
LT
FX
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
AT
Control de Procesos Industriales
13
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
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
14
7

8. Control Regulatorio Avanzado
• Utilización de variables auxiliares:
– Lazos en cascada, lazos anticipativos, compensación de
tiempos muertos, control con restricciones
LL
AT
AC
+
AY
Xref
AY Σ
+
F1 X1
F2 X2
Href
LC
LT
FX
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
AT
Control de Procesos Industriales
15
Control Multivariable
• Estudio del modelo matricial (MIMO)
Href
Xref
Control
Multivariable
AT
F1 X1
AT
F2 X2
LT
FX
AT
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
16
8

9. U.P.M.-DISAM
• Control Regulatorio
Básico
• Control Regulatorio
Avanzado
• Control Multivariable
P. Campoy
Coste de producción
Coste de instalación
Elección del nivel de control
Control de Procesos Industriales
17
Diseño de un sistema de control:
consideraciones previas
• Debe abordarse al mismo tiempo que
se diseña el proceso
• El proceso debe responder
rápidamente a las variables de control
• La magnitud y la frecuencia de las
perturbaciones debe ser reducida
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
18
9

10. Diseño de un sistema de
control: Fases
1. Definir los objetivos
2. Identificar las variables a medir y las
variables de control
3. Seleccionar la configuración del sistema
de control
4. Diseñar de la ley de control
5. Especificar la instrumentación de
control
U.P.M.-DISAM
P. Campoy
Control de Procesos Industriales
19
10