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8/18/2019 Filosofias de Control
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Universidad de Santiago de ChileFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería Eléctrica
FILOSOFÍAS DE CONTROLSEGUNDA EDICIÓN
OSCAR PÁEZ RIVERA
PROFESOR ASOCIADO DEL
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
ACTUALIZADO ABRIL DE 2016
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Filosofías de control pagina 2
1. PAA!"AS P"EI#I$A"ES
Los sistemas existen independientemente del observador que los estudia, y sus
propiedades deben ser descubiertas a fin de poder usarlos con algún propósito. Una
de las formas en que usa el ombre a estos conocimientos es el control de estos
sistemas y en particular interesan los sistemas productivos ya sea de bienes o
suministros.
La palabra control es usada en diferentes contextos, la esencia de ella esta en la
acción de controlar que es lograr que lo que se controla evolucione, actúe de una
forma previamente establecida. !ara lograr controlar se requiere al menos la existencia
de un nuevo sistema llamado controlador.
"l control supone la interacción entre dos sistemas# el controlador y el sistema
controlado, ambos forman el sistema ba$o control. La interacción ocurre cuando el
controlador usa sus salidas como estímulos para el sistema controlado% a su ve& la
respuesta de este sirve como entrada al controlador. ' veces para controlar se
requiere suministrar fuer&as y energías al sistema controlado, en ese caso es
necesario disponer de un amplificador de las salidas del controlador. esto se logra con
otro sistema llamado sistema de actuación el que obtiene la energía de redes de
suministro , por e$emplo de la red el(ctrica publica.
"n ocasiones, es posible que el controlador y el sistema controlado m)s el sistema de
actuación formen físicamente un todo, en tal caso se dice que el sistema en global
presenta un control interno o auto control.
"l ombre en sí mismo es un sistema autocontrolado que tiende a controlar a otros
sistemas. "n particular a controlado por siempre a los sistemas que emplea para
procurarse lo que necesita para poder vivir. *al clase de control se llama manual. +on
el desarrollo de la ciencia e ingeniería estos sistemas productivos artificiales an
llegado a niveles de perfección y comple$idad muy altos, el control manual se torna
inadecuado en mucos casos y se ace necesario lograr me$ores medios de control de
los procesos productivos.
La solución moderna a lo reci(n sealado es el desarrollo de los sistemas de control
autom)tico.
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"ste texto corresponde a las clases de un curso de control autom%tico orientado a
la ingeniería de control e instrumentaci&n que a dictado el autor por - aos en el
/epartamento de 0ngeniería "l(ctrica de la Universidad de 1antiago de +ile.
Oscar Páez Rivera
Ingeniero CivilElectricista de laUniversidad de Chile '#agister en IngenieríaEléctrica de la mismacasa de estudios. Es
Pro(esor Asociado delDepartamento deIngeniería Eléctrica de laUniversidad de Santiago deChile ' Director de lacarrera Ingeniería deE)ecuci&n en Electricidad #enci&n automati*aci&nIndustrial #odalidad +espertina desde 1,,- a la (echa.Actualmente dicta las asignaturas de Ingeniería Civil enElectricidad control de sistemas ' pro'ectos en Ingeniería.En la carrera de Ingeniería de E)ecuci&n dictaautomati*aci&n industrial ' Control Autom%tico Industrial.
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Filosofías de control pagina
/. DEFI$ICI0$ES !SICAS
Las definiciones que siguen constituyen parte del lengua$e que se requiere en la
0ngeniería de control, en realidad ayudan a entender el 3"*'L"45U'6" que se usa
en la disciplina.
De(inici2n 1. Proceso +on$unto ordenado de transformaciones de la
materia y energía con ob$eto de producir bienes u obtener suministros
7como por e$emplo suministros de energía el(ctrica8.
De(inici2n /. Planta +onfiguración de elementos materiales donde
ocurre un proceso.
De(inici2n 3. Instrumento dispositivo capa& de generar , transmitir, controlar,
registrar y controlar una seal.
De(inici2n 4. Instrumentaci&n industrial actividad profesional que se dedica
a especificar, montar, configurar los instrumentos de plantas
industriales de modo que permiten el adecuado control de sus
procesos. Los procesos se controlan y las plantas se instrumentan
De(inici2n -. Sensor 4ombre global de un sistema capa& de detectar una
variable, cambiarla en escala de magnitud física, amplificarla,
lineali&arla, filtrarla y acondicionarla como seal est)ndar de manera
predeterminada. "l sensor puede ser separado o integrado con otros
elementos de un la&o de control. "l nombre sensor se asocia a
variables an)logas. "l equivalente en seales discretas 7on9off8 se
acostumbra a llamar detector.
De(inici2n 5. Elemento primario !arte del sensor que efectúa la
captura de la información asociada a la variable ba$o medición.
*ambi(n, es el que efectúa la primera transducción de variable física a
seal.
De(inici2n 6. 7ransmisor /ispositivo que obtiene una variable de
proceso por medio de un sensor y que tiene como salida variados
valores que son sólo una función, predeterminada, de la variable de
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proceso. "ste dispositivo puede, o no, estar integrado con el sensor.
"ste dispositivo es capa& de comunicar a distancia el estado de una
variable ba$o observación.
De(inici2n 8. Elemento (inal de control /ispositivo que funcionalmente
modula la materia o energía inyectada o extraída del proceso. !or
e$emplo, una v)lvula de control. "n otras palabras, parte del sistema
de actuación encargado de suministrar la fuer&a, energía y potencia al
proceso, son elementos finales de control motores, bombas,
calefactores, quemadores etc. con frecuencia, en el ambiente de
procesos industriales, se considera a las v)lvulas de control como
elementos finales de control.
De(inici2n ,. Sistema de actuaci&n 4ombre global del sistema que
permite influir en el proceso con fines de control. "n otro sentido, el
sistema de actuación es una parte del sistema de influencia sobre el
proceso. !or e$emplo, sistemas el(ctricos, neum)ticos, mec)nicos, etc.
"ste dispositivo, es capa& de suministrar energía modulada al sistema
para su evolución. "l sistema de actuación capta la energía desde una
red de energía las que en general son redes est)ndar de suministros
7el(ctricas, neum)ticas, etc.8 y la modula en base a una seal d(bil de
mando proveniente de un controlador.
De(inici2n 19. "ed de energía 1istema capa& de suministrar energía en
condiciones est)ndar de funcionamiento. !or e$emplo, redes el(ctricas,
neum)ticas, petróleo, aceite comprimido, etc. Las redes de energía
funcionan a un valor de gradiente constante, por e$emplo# volta$e
constante de 22 ;'+, 2 ;/+% presión de aire constante <2 psi%
presión de vapor constante <: psi.
De(inici2n 11. Constante de proceso 'tributo o propiedad de la
materia o energía que permanece fi$a en el tiempo.
De(inici2n 1/. Par%metro 'tributo o propiedad de la materia o
energía que permanece m)s o menos fi$a en el tiempo o, que su
variación en el tiempo es despreciable respecto de las escalas de
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magnitud de un proceso. "l par)metro se diferencia de una constante
en el sentido que es a$ustable según diseo. Los par)metros pueden
depender de la geometría, en tal caso los sistemas se llaman de
par)metros distribuidos. >, cuando no dependen de la geometría los
sistemas se llaman de par)metros concentrados.
De(inici2n 13. +aria:le 'tributo o propiedad de la materia o energía
que cambia su valor debido al cambio que ocurre en otra propiedad de
la materia o energía% tras esta definición subyace el concepto de causa
? efecto% una cantidad es variable porque depende de otras cantidades
y cambia $unto con ellas. "s frecuente asociar la variable con la función
matem)tica que describe su evolución en el tiempo.
De(inici2n 14. +aria:le an%loga ;ariable definida en todo instante y
que puede tomar todos los valores de su escala de amplitud.
De(inici2n 1-. +aria:le de (uer*a 1e dice que una variable es de
fuer&a o es una variable fuerte cuando su valor no se altera cuando el
sistema a la que pertenece se interconecta con otro y ay una
significativa cantidad de energía transferida entre ambos sistemas.
De(inici2n 15. +aria:le dé:il 1e dice que una variable es una
variable debil cuando su valor se altera notablemente cuando el
sistema a la que pertenece se interconecta con otro y ay una
significativa cantidad de energía transferida entre ambos sistemas.
De(inici2n 16. Se;al "special clase de variable d(bil asociada a la
salida de un instrumento de transducción. Lo esencial de una seal es
que es una variable que se presta para representar a otras variables
gracias a su facilidad para ser captada, almacenada y procesada. "n
control e instrumentación, finalmente se an establecido rangos de
magnitud física que permiten ablar de seales est)ndares de control.
"sos rangos son# corriente de 9 2 @m'A% volta$e de < 9 : @voltsA y
presión de aire comprimido de - 9 <: @!siA.
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Filosofías de control pagina B
De(inici2n 18. +aria:le salida de control es aquella variable que si
se controla garanti&a el buen funcionamiento del fenómeno y a veces
del proceso. "ste tipo de variable ser) sealada por la letra <
De(inici2n 1,. Pertur:aci&n ;ariable de fuer&a no controlada y cuya
aparición puede tener una cierta probabilidad de ocurrencia. Las
perturbaciones alteran el desempeo de un sistema ba$o control y no
son útiles en ningún sentido. "ste tipo de variable ser) sealada por la
letra P
De(inici2n /9. +aria:le de Carga ;ariable de fuer&a programable o
considerada en el diseo desde el punto de vista de su demanda de
energía. Las cargas representan la interacción del sistema controlado
con su entorno, si bien alteran el desempeo del sistema ba$o control,
mucas veces representan la finalidad del sistema. +omo e$emplo
puede mencionarse la corriente de línea de un sistema autógeno de
electricidad "ste tipo de variable ser) sealada por la letra
De(inici2n /1. +aria:le de Actuaci&n ;ariable de fuer&a mane$ada por el
controlador. La variable de actuación es la respuesta del sistema de
actuación y es aquella variable capa& de equilibrar el efecto
perturbador de la variable de carga o de una perturbación sobre la
variable salida de control. "ste tipo de variable ser) sealada por la
letra =
De(inici2n //. "uido ;ariable d(bil no deseada e inmane$able desde el
punto de vista de su generación. "l ruido puede ser importante a nivel
de las seales de control y de detección.
De(inici2n /3. Control *(rmino gen(rico que alude a las acciones de
vigilancia, supervisión, manipulación, mane$o, etc.
De(inici2n /4. +aria:le controlada una variable est) ba$o control
cuando evoluciona de una manera previamente definida
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Filosofías de control pagina C
De(inici2n /-. Control de procesos industriales actividad profesional
que se dedica a controlar los procesos industriales de modo que estos
ocurran respetando ciertos est)ndares de producción. Los procesos se
controlan y las plantas se instrumentan
De(inici2n /5. a*o Una combinación de dos o m)s instrumentos o
funciones de control conectadas de tal manera que las seales pasen
de una a otra con el fin de controlar o medir una variable de proceso.
De(inici2n /6. a*o de control cadena de instrumentos que se emplean
para e$ecutar una estrategia de control, un la&o comien&a en una
variable de proceso y finali&a en un elemento final de control.
De(inici2n /8. Controlador 0nstrumento que reali&a la función de
controlar. "ste, puede ser integrado con otros elementos funcionales
de un la&o de control.
De(inici2n /,. Estrategia de control principio funcional mediante el cual es
posible controlar un sistema
De(inici2n 39. a*o cerrado "s un la&o en el cual la desviación de la
salida es ocupada para la corrección de la entrada.
De(inici2n 31. Set>point Una seal de entrada, que coloca el valor
deseado de una variable ba$o control. "l set9point puede ser colocado
en forma manual, autom)tica o programada.
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3. DEFI$ICI0$ES C0#PE#E$7A"IAS
Las definiciones que siguen constituyen parte del lengua$e que se requiere en la
0ngeniería de control, en realidad ayudan a entender el 3"*'L"45U'6" que se usa
en la disciplina. 'lgunas de estas definiciones est)n establecidas por la 01'.
/ef <. !inario *ermino aplicado a una seal o dispositivo que tiene sólo dos
posiciones discretas o estados. "l t(rmino denota un estado Ealto9ba$oE, Eon9
offE, etc.
/ef 2. Dispositivo inteligente /ispositivo basado en un microprocesador.
/ef -. Con(igura:le *(rmino aplicado a un dispositivo o sistema cuyas
características funcionales pueden ser cambiada mediante ardare o
softare que no afectan su estructura b)sica.
/ef . Estaci&n ?sala@ de control Lugar en que residen los equipos para la
supervisión y control de un proceso. "sta estación autom)tico9manual tiene la
característica que desde ella la salida del la&o de control se puede mane$ar en
forma manual, por lo cual est) provista de una serie de indicadores, luces, y
otros elementos. "sta estación, adem)s, posee un interruptor para intercambiar
entre el modo de control manual y el modo de control autom)tico del la&o de
control.
/ef :. Conversor Un dispositivo que recibe información de un instrumento
con una determinada forma de seal y proporciona en su salida una seal de
otra forma física. +abe sealar si, que un instrumento el cual cambia la salida
de un sensor a una seal est)ndar es designado como un transmisor.
/ef =. #onitor "n general, es un instrumento o sistemas de instrumentos
usados para medir o sensar el estado o magnitud de una o m)s variables con
el propósito de obtener información de (stas. "l t(rmino monitor es muy poco
específico, a veces es tomado como anali&ador, indicador o alarma. 0ncluso
puede ser usado como un verbo 7monitorear8.
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/ef B. Panel Una estructura que tiene un grupo de instrumentos montados
en (l asequible al operador de proceso, teniendo cada uno única designación.
"l panel puede constar con una o m)s secciones, consolas, etc.
/ef C. u* piloto Una lu& que indica la existencia de una condición normal de
un sistema o de un dispositivo. La lu& piloto 4G es una lu& de alarma. La lu& de
alarma debe destacarse y tiene que actuar en forma intermitente.
/ef D. So(t>displa' /ispositivo que entrega información acerca del proceso
de control por medio de un softare.
/ef <.Sitch /ispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o transforma
uno o m)s circuitos y que no est) diseado como un controlador, relay o
v)lvula de control.
/ef <<. 7ransductor "l t(rmino, en general, se refiere a un dispositivo que
recibe información de una o m)s variables físicas, modifica la información yHo
su forma, si es requerido, y produce en la salida la seal resultante.
/ependiendo de la aplicación, el transductor puede ser un elemento primario,
un transmisor, relay, conversor u otro aparato.
/ef <2.Controlador de l&gica programa:le ?PC@ Un controlador, usualmente,
con múltiples entradas y salidas que contiene un programa alterable y que
b)sicamente, desarrolla control lógico.
/ef <-."ela' /ispositivo que produce cambios de estados, de salida, en si
mismo por acción directa de alguna variable de entrada. !or e$emplo, relay
electromec)nico 7variable# corriente8, relay t(rmico 7variable# temperatura8,
presostato 7variable# presión8, límite de carrera 7variable# despla&amiento8, etc.
/ef <.Controlador digital /ispositivo basado en microprocesadores capa&
de implementar uno o m)s la&os de control digital.
/ef <:.Control digital Filosofía de control basada en el muestreo sincrónico o
asincronico de la variable ba$o control para su corrección. Las acciones de
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control se toman en dicos instantes y se mantiene la salida de control asta el
próximo periodo de muestreo.
/ef <=.Control l&gico +on$unto de acciones b)sicamente digitales, del tipo
combinacional y secuencial, que permiten ordenar la ocurrencia de un
procedimiento.
/ef <B.Control modulante 1e refiere al cl)sico la&o de control con variables
an)logas.
/ef <C.Control distri:uido *(cnica de control, la cual, estando
funcionalmente integrada, consta de subsistemas los cuales pueden estar
físicamente separados y ubicados remotamente desde uno a otro. "n un
control distribuido se concentra la supervisión y se distribuye la inteligencia de
control.
/ef <D.Control muestreado *(cnicas de control que permiten traba$ar con
muestras en el tiempo de la variable de proceso. La acción de control ocurre en
los instantes de muestreo.
/ef 2.+aria:le muestreada ;ariable an)loga en sus valores, pero discreta en
los instantes de cambio. "stos cambios pueden ser sincrónicos o asincrónicos.
La variable muestreada asume los valores de la variable original en los
instantes de muestreo y es nula en el resto del tiempo.
/ef 2<.Funci&n 'cción o propósito que e$ecuta un dispositivo.
/ef 22.Identi(icaci&n del ... 1ecuencia de letras o dígitos, o ambos, usados para
designar un instrumento o u la&o en forma individual.
/ef 2-.Alarma +ualquier dispositivo o función que seale la existencia de
una condición anormal por medio de un sistema audible o visible, o ambos, que
intenta atraer la atención.
/ef 2.ocal +ontrol en terreno próximo al elemento primario.
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/ef 2:."emoto +ontrol desde una estación o sala de control o de
cualquier otro centro de mando.
/ef 2=.+aria:le digital ;ariable definida en todo instante de tiempo, pero que
sólo puede tomar dos valores de amplitud 7< ó 8. !or e$emplo, @ ; A ó : @ ; A%
@m'A ó 2 @m'A% etc.
/ef 2B.Estaci&n manual /ispositivo o función, en el cual, su salida es
manualmente a$ustable y que es usada para actuar sobre uno o m)s aparatos
remotos. La estación manual es una parte de la sala o estación de control.
/ef 2C.#edici&n La determinación de la existencia de una magnitud o variable.
/ef 2D.Programa Una secuencia de acciones que definen el estado de la salida
como una relación fi$ada por un set de entradas.
/ef -.#uestreo 'cción de tomar valores, de una manera predeterminada, de
un número de variables en forma intermitente. La función de un dispositivo
muestreador, es obtener frecuentemente el estado o valor de una variable.
/ef -<.So(t>controller "s un la&o de control implementado por softare.
/ef -2.Bard>controller "s un la&o de control implementado por dispositivos
físicos.
/ef --.Bard>displa' /ispositivo destinado a desplegar información acerca
del control del proceso por un número de avisos en el comando del operador.
/ef -.Automati*aci&n 1e llama automati&ación al proceso de incorporar autómatas
a la tarea en cuestión.
/ef -:.Aut&mata Un autómata es un sistema artificial construido con un ob$etivo
definido. !ara cumplir con su tarea, el autómata esta dotado de los recursos de
ardare y softare adecuados, dispone del suministro de energía suficiente
para su funcionamiento. 'dem)s, sí el ob$etivo final es el control, entonces, el
autómata debe estar conectado al sistema, de modo que puede recibir y dar
las seales que se necesitan para controlarlo.
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4 E$E"AIDADES S0!"E E C0$7"0 AU70#7IC0
"l inter(s del empresario esta en posicionarse bien en el mercado, para ello requiere
obtener productos de calidad, económicos y atractivos. "l control autom)tico ayuda a
lograr esos ob$etivos. 3ediante el control autom)tico es posible aorrar materias
primas y energías.
Los productos se generan en una infraestructura llamada planta. "n la planta ocurren
los procesos necesarios para generar los productos.
"l autómata que reali&a el control se llama controlador
!ara poder controlar el proceso que ocurre en la planta es necesario instrumentarla
agregando los sistemas de actuación y sensores necesarios. 1e llama sistema de
control autom%tico al con$unto dado por el controlador, el sistema de actuación y
sensores.
1e llama sistema ba$o control al con$unto dado por la planta y el sistema de control
autom)tico
En general las plantas se instrumentan ' los procesos se controlan
4.1 reglas de oro del control
"xisten unas reglas de oro sobre el control autom)tico, originadas en terreno, estas
reglas est)n planteadas en el sentido negativo y son las siguientes#
Iegla del conocimiento#
$o se puede controlar lo ue no se conoce
Iegla de la medición#
$o se puede controlar lo ue no se puede medir
Iegla de la potencia
$o se puede controlar si no se dispone de la potencia necesaria
De la regla del conocimiento
"sta regla es obvia, pero Jque se necesita conocer para poder controlar un procesoK
1e necesita una cantidad restringida de conocimiento que se organi&a en algo llamado
3odelo del proceso o simplemente 3odelo
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Filosofías de control pagina <
Un modelo de un proceso es una representación simplificada del mismo en t(rminos
de las constantes, par)metros y variables que intervienen en su desarrollo.
El modelo no es el proceso pero (unciona como el proceso.
Entonces, la regla del conocimiento puede enunciarse en términos positivos de la
siguiente forma
Para controlar un proceso se necesita un modelo del mismo
De la regla de la medici&n
La 0ngeniería moderna se basa en las ciencias exactas, importan las cantidades, paralos seres umanos las cantidades provenientes de proceso se obtienen deindicadores, los que despliegan números en forma digital o an)loga 7 agu$as y relo$esde medición8 1in embargo, en el control autom)tico, son artefactos los que reali&an elcontrol autom)tico. "stos artefactos 7instrumentos8 se comunican por medio deseales, las que son generadas por otros instrumentos% de allí a que no es puedecontrolar si no existe la adecuada instrumentación de las plantas.
Entonces, la regla de la medición puede enunciarse en términos positivos de lasiguiente forma
Para controlar un proceso se necesita instrumentar la planta en que sedesarrolla.
De la regla de la potencia
"sta regla se relaciona con las variables MLM> del modelo para control de un
proceso.
"l modelo matem)tico de un proceso es un con$unto de ecuaciones para las variables
que intervienen en su desarrollo. Lo que se a aprendido en la pr)ctica es que cuando
una variable se controla adecuadamente el proceso entero ocurre bien. "sta es la
variable salida de control designada por la letra < sin embargo, La variable de carga 7o una perturbación P@ puede afectar el comportamiento de la variable de salida de
control% pero si existe una variable de fuer&a que pueda balancear los efectos de L o
!, entonces es posible controlar el proceso
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Filosofías de control pagina <:
- DE #0DE0 =<
+omo se a sealado, el modelo =< corresponde a un modelo del fenómeno o
proceso orientado a su control autom)tico.
' continuación se muestran algunos de estos modelos
-.1 Fen&meno o proceso de me*cla
"l proceso de me&cla es muy usado en las
industrias químicas. "n el reactor se alo$a un
ancla que es rotada a trav(s de un motor y un
tren de engrana$es 75"'I8 se tienen las
siguientes variables y par)metros#
n< velocidad de rotación del motor
n2 velocidad de agitación
I< radio del engrana$e primario
I2 radio del engrana$e secundario
!uesto que en el punto de contacto de ambos
engrana$es, la velocidad tangencial ;t es la
misma, entonces
n< I<Nn2 I2 de donde
n1 R2
n2 R1= sea
R1a
R2= es decir
n1 1
n2 a=
por conservación de la energía *m n<N *i n2, de donde
Tm 1
Ti a= la ecuación de equilibrio mec)nico
en el lado del me&clador es#
2 2L L Ldn1 Tm aT (a J ) (a B )n1
dt=
/esde el lado del motor 7n<%*m8, el tren de
engrana$es reduce la velocidad de giro es
decir aO< con lo que tanto el torque de carga,
como la inercia de carga y el roce de carga se ven reducidos desde el e$e primario.
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n1+
-
-
Tm
TL
−∞∫ t
a/P
<Ha/6
a
Figura
3<Ma
a Yn2
L
X
3G*GI
5"'I
n1 G +elocidad del motor
*i G 7orue impulsor
* G 7orue de carga
+t G +elocidad
tangencial7mG 7orue motri*
7rG 7orue resistente
n/ G +elocidad de agitaci&n
Figura #1
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Filosofías de control pagina <=
"l /iagramas de bloques que le corresponde es el de la Figura 3<Ma se puede
reconocer a este proceso de agitación con un modelo MLM> en el cual >Nn2% N*m
LN*
G7
=G7m <Gn/
Figura#1:
-./ Fen&meno o proceso de acumulaci&n
"l proceso de acumulación de líquidos en estanques o reactores es muy usado en las
industrias. /esde el estanque se saca un flu$o Fs. 'l estanque llega un flu$o de
reposición Fe. se tienen las siguientes variables y par)metros#
; volumen ocupado por el liquido 7variable8
' )rea transversal del estanque 7constante8
Q altura del liquido en el estanque 7variable8
Fe flu$o volum(trico de reposición
Fs Flu$o ;olum(trico de consumo
1e tienen las siguientes ecuaciones
+onservación del volumen 7líquidos incompresibles8
dVFe Fs
dt=
t
00
Fe Fs
H HA
=
∫
"videntemente la variable salida de control es la altura
del estanque% la variable de carga es el flu$o de
consumo y la variable de actuación es el flu$o de
reposición.
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=GFeGFs
<G B
Figura#/
Figura#/:
=GFe <GB
GFs
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Filosofías de control pagina <B
5 S0!"E C0#0 C0$7"0A" U$ P"0CES0
"n la actualidad existen varias formas de como controlar un sistema. "n todas ellas se
ace interactuar la planta con un controlador, como las salidas del controlador son solo
seales, se emplea como amplificador un sistema de actuación. "n un sistema de
control se reconocen dos aspectos
La estructura física o instrumentación de control.
a (iloso(ía de control.
Una (iloso(ía de control es un con$unto de decisiones basadas en conceptos que
permiten alcan&ar de una forma específica ob$etivos previamente definidos.
a instrumentaci&n de control se adapta a la filosofía de control. Un poco m)s
adelante se mencionan los principios de control que permiten construir filosofías de
control cl)sicas.
5.1 Instrumentaci&n.
Los sistema de control industriales son modulares y los módulos se llaman
instrumentos. La arquitectura de estos sistemas se representa mediante planos% para
el dibu$o de estos se usan normas% en instrumentación la norma m)s aceptada es la
dada por la ISA 70nstrument 1ociety of 'm(rica8, y que es la que se usa en este texto.
Los sistemas de control autom)tico est)n estructurados en base a la interconexión de
los siguientes instrumentos# transmisor% sistema de actuación %controlador, por
(avor revise las de(iniciones del punto /.
"l controlador acepta como entradas posibles a seales del estado real del proceso
que provienen de terreno a trav(s de los transmisores y las seales de ordenes que
provienen del operador 7 set point local8 y las seales de ordenes que provienen de
otros instrumentos 7 set point remoto8
"l controlador genera el mando al sistema de actuación% este funciona como un
amplificador de poder al transformar la seal manipulada m en una fuerte variable de
actuación =.
"n t(rminos generales los sistemas de control cuentan con interfases para
comunicarse desde y acia el operador . "n las figuras sealadas se a omitido la
representación de tales interfaces, así, todas las variables y seales allí representadas
corresponden al dominio exclusivo de las maquinas.
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina <C
6. ES7"A7EIAS DE C0$7"0
+onsid(rese un modelo general de procesos que relacione la salida < con las variables
de actuación = y de carga . "n dico modelo el pro:lema general de control consiste
en como adecuar el valor de = de modo ue < evolucione como se desea a pesar
de la in(luencia de .
Iecu(rdese que algo muy importante es la elección de la variable de salida , de todas
las variables posibles del sistema real, la que se elige como salida es aquella que al
ser controlada logra el me$or desempeo del proceso.
' continuación se estudian : estrategias de control de uso frecuente en la industria que
buscan resolver distintos problemas que se presentan en la solución del problema
reci(n enunciado.
6.1 a*o a:ierto
PROCESOSISTEA DEACTUACI!"
PRO#RAADOR
CO"TROL E" LAZO ABIERTOL
$ %&
'()u*a 1
"n la Figura <se muestra el diagrama de bloques que representa a esta filosofía es
una cadena directa de transformaciones de seales y variables.
"n esta estrategia se busca proveer una curva =?t@ según el conocimiento de la
demanda de carga ?t@. !or tanto se trata de una programación temporal. Usualmente,
el valor de = esta relacionado con el flu$o de energía o el flu$o de materias al proceso.
La idea detr)s de un control en la&o abierto es la confian&a y el equilibrio, es decir, se
supone que las condiciones de diseo se mantienen y, por lo tanto, los aportes de
energía al sistema se programan según una condición de equilibrio dada.
"sta estrategia debe tomarse como la primera aproximación al problema de lograr que
<?t@ tenga una trayectoria definida en el tiempo. 1e trata de una solución simple,
apropiada para el mane$o de mucas variables simult)neas, adecuada al caso de
consumos ?t@ estables y bien definidos.
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
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Filosofías de control pagina <D
La principal venta$a de esta estrategia es que los sistemas que la llevan a cabo son
simples, f)ciles de comprender y mantener. "n cambio, su principal desventa$a es una
alta sensibilidad al cambio de las condiciones de diseo, por lo que el con$unto no
puede compensar el efecto de perturbaciones no consideradas. El problema de
fondo consiste en que el programador no se entera del resultado de su acción y
no tiene incorporado una forma de corrección.
E)emplos
E11 +onsid(rese una lavadora autom)tica, en su programador se cargan varios
programas de limpie&a. "l usuario selecciona el m)s adecuado según su experiencia,
el programa se e$ecuta independiente si la ropa est) m)s sucia o m)s limpia.
E1/ 1e tiene que controlar el nivel de un estanque que es difícil de medir, pero en el
que se conoce el consumo diario promedio que este tiene, se programa su reposición.
Rueda claro que si ubiera un cambio en el consumo de agua de este estanque, se
perder) el nivel deseado.
E13 "n un edificio inteligente se programa el encendido y apagado de las luces según
el calendario 7 control de la iluminación8. *ambi(n se programa el encendido y
apagado de los acondicionadores de aire por oficina según el calendario 7 control del
clima8. !ara ello el programador debe contar con un canal de tiempo real y un
algoritmo lógico que constituye su estrategia de control. Rueda claro que si ubiera un
cambio en las condiciones ambientales 7 S y las ay T8 tanto la iluminación como el
confort del clima no serian satisfactorios.
6./ Control en la*o cerrado.
"sta estrategia aparece
como una evolución
natural del control en
la&o abierto. "n su
implementación, el
programador se cambia
por un controlador de
la&o cerrado
y se agrega un sensor el /iagrama de bloques
de este controlador se muestra en la Figura 2Ma%
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
P"0CES0SIS7E#A DEAC7UACIH$
C0$7"0AD0"F!
C0$7"0 E$ A0 CE""AD0
SE$S0"
<=
Figura /
c
r
mF!
Jr e
c
J
>B?s@
Figura /a
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Filosofías de control pagina 2
en un controlador de la&o cerrado7FP8 existen dos entradas y una salida, Una de las
entradas es una seal de referencia r y la otra entrada c proviene del transmisor. "l
controlador dispone de un comparador que reali&a la diferencia e r c= − , la nueva
variable e error es procesada por Q7s8 para obtener la salida m.
"s frecuente emplear un algoritmo !0/ para obtener m
de 1m Kce Td e !
dt Ti= + + ∫ .
La filosofía del lazo cerrado es la desconfianza , se duda de que lo calculado y
e$ecutado alcance lo que se desea. 'dem)s, utiliza la desviación del valor actual
de la salida Y con el valor deseado de la misma para corregir la evolución del
sistema.
"ste m(todo es conocido como el principio de control por realimentación. 'l observar
el diagrama de bloques que le corresponde, Figura 2, se aprecia que la 0nformación
sigue una cadena cerrada% por tal ra&ón se le conoce por sistema de control en la&o
cerrado. Qay un factor de diseo que es necesario comentar# se emplea con
frecuencia un rango de a 2 m' para las seales de instrumentación, en este caso
para la referencia r y la salida c del transmisor. "l transmisor se diseo de modo que
el rango 7>a, >b8 de la variable actual de salida >' se corresponda con el rango de a
2 m' de la seal c
!or otra parte, la referencia r se ace corresponder con la variable de salida deseada
>/ de forma similar, esto se muestra en la Figura 2Mc. "l funcionamiento optimo del
la&o de control se consigue si eN , lo que significa rNc y por lo tanto que la salida
deseada es igual a la salida actual.
"n este tipo de
estrategia, el
controlador le cree en
un < al sensor por
lo que este debe ser
lineal, instant)neo y
de muy buena calidad
constructiva. La
desconexión de la
realimentación es
desastrosa porque el controlador lo interpreta como una caída del valor actual de la
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
<D
<: <a
r
/9mA
4mA
<A
<: <a
c
/9mA
4mA
Figura /c
8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina 2<
salida > produciendo un aumento continúo de m y por lo tanto un aumento continúo
de la salida actual.
+abe sealar, que todo sistema de control realimentado se disea a partir de una
condición calculada en la&o abierto% lo que corresponde a un diseo est)tico de
traba$o % a este esquema se superpone una realimentación. "l controlador de un
sistema realimentado, puede ser definido como un autómata diseado para mantener
la seal de error e 7 eN r9 c8 en cero todo el tiempo que sea posible.
"n resumen, la estrategia de realimentación esta construida para corregir en t(rminos
de la desviación actual e instant)nea entre lo que se desea y lo que esta ocurriendo %
sin embargo ,a pesar de ello el proceso puede ser perturbado y estar fuera del rango
aceptable para la salida 7fuera de control 8 una cantidad de tiempo significativa.
E)emplos
E/1 +onsid(rese el regulador
centrifugo de velocidad de 3axell, en
(l, el paso de combustible se obstruye
cuando aumenta la velocidad debido a
que la fuer&a centrifuga despla&a dos
masas en el sentido de cerrar el flu$o
de combustible. Una disminución de la
velocidad genera el efecto contrario. "l
con$unto oscila entorno de la velocidad
de diseo a pesar de las fluctuaciones
de la carga.
E// La realimentación fue descubierta en el campo de la biología y luego extendida a
otros campos, entre ellos la 0ngeniería, considere el mecanismo de regulación de la
glucosa en el ser umano# /espu(s de digerir arina o a&úcar queda en la sangre un
alto contenido de glucosa, sin embargo el organismo no puede usarla sin una cuota
adecuada de insulina. "l organismo puede detectar el exceso de glucosa y mandar al
p)ncreas a liberar la dosis de insulina que se requiere. !or otra parte el organismo
puede detectar la falta de glucosa en la sangre y generar la sensación de ambre para
que se pueda obtener de nuevo glucosa.
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Filosofías de control pagina 22
E/3 1e tiene que controlar el nivel > de
un estanque 7constituye la variable de
salida de control8. !ara ello se agrega la
instrumentación de la Figura a . La
carga para este proceso es el flu$o L de
consumo que vacía el estanque, la
variable de actuación es tambi(n un flu$o
que rellena el estanque. "n el dibu$o
de la Figura a est) el diagrama de
procesos e instrumentación que
corresponde. "n el dibu$o de la Figura
b el diagrama de bloques que corresponde.
"l la&o cerrado es evidente en el
diagrama de bloques, en el
diagrama de procesos e
instrumentación debe
ra&onarse como sigue# "l nivel
actual > es detectado por el
transmisor de nivel 7 19% la seal c que se genera llega al controlador realimentado
C 19% este genera la seal m que conecta al conversor corriente ? presión de la
v)lvula de control % en el conversor se amplifica la seal de a 2 mili amperes en
otra de - a <: psi, la que mueve el actuador de la v)lvula. 1egún las características
del circuito idr)ulico, es el monto del aumento del flu$o =% por último este aumento se
traduce en un cambio en el nivel cerrando así el la&o.
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
IKP
719
C19
L
<
Figura 4 a
+C19
Ps
SP19
ES7A$MUECI"CUI70
BID"UIC0C1 9
719
<=m
c
r Figura 4 :
8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina 2-
6.3 Control en prealimentado
Qay sistemas en los cuales la
variable ba$o control no puede estar
fuera de rango por m)s de un tiempo
determinado y si a esto se suma que
algunos procesos existen fenómenos
de transporte a su interior% el efecto
de una perturbación puede ser
grave. "sto se debe a que los efectos de la nueva situación demoran en refle$arse en
la salida y por tanto no son detectados por el sensor en forma inmediata de modo de
comen&ar una corrección. !or la misma ra&ón de la demora en manifestarse los
efectos de la carga o perturbación, es posible una gran demora en notarse los efectos
de la corrección.
+uando se inicia la corrección el efecto de la variable de actuación tiene un tiempo
de transporte. "se tiempo puede ser demasiado para el sistema ba$o control.
"s por eso que se utili&a el control prealimentado
que es, en palabras simples significa: anteponerse
a los efectos de la perturbación, para ello se utiliza
un lazo de control para detectar y corregir el
efecto de la perturbación cuando esta ocurriendo.
"l sistema de control responde en forma inmediata a la ocurrencia de la perturbación,
generando, la respuesta necesaria para anular o al menos atenuar el efecto en la
salida ba$o control.
"l esquema general del control prealimentado se muestra en la figura :. "s importante
destacar, que el control prealimentado es del tipo la&o abierto, vale decir que no se
mide la variable b$o control % si aparece otra perturbación no sensada, es decir no
considerada para esta filosofía de control entonces no existe compensación a sus
efectos.
"l controlador prealimentado 7FF8 es un filtro que afecta a la seal de carga, y por
ello tiene solamente una entrada y una salida7Figura :Ma8. "n el filtro est)
considerada una ganancia est)tica y una respuesta transitoria a un escalón de la
variable L
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
P"0CES0SIS7E#A DEAC7UACIH$
C0$7"0AD0"FF
SE$S0" DE ACA"A
= <m
Figura -
B?s@
Figura -a
mFF
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Filosofías de control pagina 2
E)emplos
E31 Gtro e$emplo de la biología. "l organismo de un animal detecta un peligro posible,
anteponi(ndose al posible efecto, ordena secretar adrenalina que eleva el tono
muscular% aumenta la concentración
y la presión sanguínea. "l fenómeno se llama estr(s.
E3/ "l control de nivel de un estanque, en el cual se utili&a la salida del estanque
como la perturbación del sistema. "ste e$emplo se muestra en la Figura
=.Gbs(rvese que el flu$o detectado se traduce en un flu$o de reposición , la idea
es ingresar el mismo flu$o que se saca, se est) controlando > sin medirlo% esto
confirma la naturale&a de la&o abierto de esta filosofía de control.
I K P
F7/9
C/9
L
<
ES7A$MUECI"CUI70
BID"UIC0C/9
F7/9
= <m
Figura 5
Es usual me*clar la prealimentaci&n con larealimentaci&n a (in de generar sistemas mu'esta:ili*ados ' precisos de control.
"n la Figura B se muestra la reali&ación para elcontrol del nivel del estanque . en esta solución,el flu$o de reposiciVn es mane$ado por lav)lvula de control. +omo esta v)lvula esaccionada por aire comprimido, se emplea unconversor de corriente a presión 7i H p8 el quetransforma la seal de corriente en presión .esteconversor es mane$ado por la seal de salida deun instrumento que suma la salida delcontrolador de la&o cerrado de nivel y la salida deprealimentaciVn del controlador L+ 92
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
IKP
719
C19
L
<J
F7/9
C/9
Figura 6
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Filosofías de control pagina 2:
6.4 Control en cascada.
"l control en
cascada es
utili&ado
normalmente para
los casos en que
la variable de
actuación es
afectada por algunos problemas como los siguientes.
Fluctuaciones notables en la red de suministro% 1everas no linealidades del sistema
de actuación.
"stos problemas se traducen en que la variable de actuación no sigue a la seal demando del controlador en forma apropiada 7no ay proporcionalidad entre un
incremento del mando m con el incremento en =8
La solución para esta dificultad se muestra en la Figura se emplea un la&o de control
realimentado para me$orar el desempeo del sistema de actuación y la red de
suministro a la cual esta conectado. La referencia para este la&o 7la&o esclavo8 es la
seal manipulada del controlador principal 7 la&o maestro8
a esencia de un esuema de control en cascada es ue un la*o de control
esclavo ?(recuentemente realimentado@ es mane)ado por la salida de uno o m%scontroladores maestro?s@
E)emplo 41 "n la Figura D se muestra una aplicación al control de nivel, en este caso,
adem)s de lineali&ar la característica de la v)lvula, se soluciona el efecto de ba$as de
presión en la línea de alimentación ?=@
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
P"0CES0
C0$7"0AD0"
#AES7"0
Figura 8 C0$7"0 E$ CASCADA
SE$S0"#AES7"0
<r SIS7E#A DE
AC7UACIH$
C0$7"0AD0"
ESCA+0
SE$S0"ESCA+0
Lmsmm
cm
cs
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Filosofías de control pagina 2=
I + P
LT10
LC10
,L
$ 'T20
'C20
LC10
ESTA"-UELC10
LT10
L $ * CIRCUITO
IDR/ULICO'C20
'T20
,&s&&
c&
cs
'()u*a
6.- Control de ra*&n.
"L control de ra&ón se debe utili&ar en los casos en que se requiera que dos o
m)s reactivos, u otros elementos, se tengan que me&clar en una cierta proporción
instante a instante 7no es posible pesar uno y luego el otro para $untarlos de una ve&8.
Un control de ra&ón se puede obtener de variadas maneras#
"mpleando un instrumento construido expresamente para ello 7solución por
ardare8
"mpleando una macro programada expresamente para ello 7solución por so(tare8
"mpleando un sistema de control en la&o abierto
"mpleando un sistema de control en la&o cerrado
♦ instrumento Qay fabricantes que disean instrumentos para aplicaciones
especificas como ser el control de combustión
♦ so(tare Qay controladores por softare incorporados en computadores
industriales
♦ control de ra*&n en la*o a:ierto. +onsidere el diagrama de bloques de la Figura
< . "n ella se muestra un sistema de control en la&o abierto que busca seguir a
una fracción de la variable principal% esta solución tiene todos los defectos del la&o
abierto, no ay certe&a que el cuociente UH>a sea el deseado.
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Filosofías de control pagina 2B
P"0CES0SIS7E#A
DEAC7UACIH$
FAC70" DE"AH$
Figura 19 C0$7"0 DE "AH$ DE A0 A!IE"70
<=mC0$7"0A
D0"FAC70" DE
"AH$SE$S0"
+A"IA!EP"I#A"IA
Control de ra*&n en la*o cerrado.
P"0CES0SIS7E#A DEAC7UACIH$
C0$7"0AD0"F!
SE$S0"
<=m
c
r FAC70" DE"AH$
FAC70" DE"AH$
SE$S0"
FUN0#AES7"0
FUN0ESCA+0
Figura 11U
+onsidere el diagrama de bloques de la Figura <<. "n ella se muestra un sistema de
control en la&o cerrado para que un flu$o esclavo < pueda seguir al flu$o maestro U. 1í
el control es bueno entonces la relación UH> puede aproximarse a un valor a
previamente definido en forma aceptable.
E)emplo :< "n un proceso químico se debe lograr me&clar los flu$os U e > de modo
que UH> N λ
.
IKP
F719
F7/9
FC/9
U FLU6G
3'"1*IG
< FLU6G
"1+L';GCI"CUI70
BID"UIC0
<F719
U FUN0ESCA+0
Figura 1/a
FC/9
;+ 2
F7/9
+C/9
"n el diagrama de procesos e instrumentación de la Figura <2Ma se muestra la
solución generada en base a un sistema de control en la&o cerrado. 1e desea que el
flu$o esclavo > siga al flu$o maestro U. La proporción entre los flu$os queda dada por
las ganancias de los sensores de flu$o.
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Filosofías de control pagina 2C
E)emplo -/ Control de la com:usti&n
"n la Figura <2Mb se presenta un sistema de calentamiento controlado de modo delograr combustión óptima, el flu$o de petróleo es mane$ado por la v)lvula ;+9<, estemane$o es eco por otro instrumento mediante una seal remota. "l transmisor deflu$o F*9< genera una seal que es a$ustada por una estación manual QW9< demodo que
r20 s1 0"# 1"#α α = ≤ ≤
el set9point generado ace que el flu$o de aire 7controlado por F+928 siga al flu$o depetróleo en una proporción previamente definida y que optimi&a la combustión.
I/P
HK
10
FC
20
I/P
FT
20
Estación manual deajuste
QUEMADOR
Aire
etróle!FT
10
"et #!int
Figura12!
$%2& Dam#er
"e'al
rem!taVC
10
VC
20
"1
#2$
r2$
8 A0S DE C0$7"0
"n proyectos y en la disciplina de instrumentación y control se abla muco de la&os
de control, paradó$icamente los 0ngenieros de terreno entienden cosas diferentes por la&o de control, en esta sección se plantea una definición de la&o de control que m)s omenos incluye lo que en terreno se alude como la&o de control.
De(inici&n Un la*o de control es la cadena de instrumentos ue se origina en unsensor ' (inali*a en una v%lvula de control o en un la*o de control esclavo.
+ada la&o de control corresponde a una estrategia de control y en general puede ser útil establecer el /iagrama de !rocesos e 0nstrumentación del la&o, su cadena y una
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Filosofías de control pagina 2D
tabla de los instrumentos involucrados. 'provecando el desarrollo del próximo puntose ver)n e$emplos de lo sealado.
,. C0$7"0 DE +A"IA!ES DE P"0CES0
"n los procesos industriales es frecuente la necesidad de controlar las siguientes variables
$ivelPresi&n
Flu)o7emperatura
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Filosofías de control pagina -
,.1 control de nivel,.1.a
"n la industria se emplean estanques y reactores como parte de los
procesos, con frecuencia se requiere mantener nivel constante a pesar
de los consumos que se conectan a estos recipientes.
Problema
Se tiene el estanqe de la !igra "#$ se desea mantener constante
el nivel %$ se sabe qe el fl&o de consmo es m' variable(
#odelo = <
1i ;9 designa el volumen inicial se tiene que
t
0
0A$ % V & L= + −∫
"sto refle$a la conservación del volumen del líquido.
Luego para que < sea constante se requiere que
=G la mayor parte del tiempo. "n la Figura <-Mb se
muestra un /iagrama de !rocesos e
0nstrumentación simplificado para la solución de
este problema, ya que la v)lvula ;M< genera
grandes variaciones de flu$o L, entonces el la&o de prealimentación dado por# F*92
L+92 ?19 produce una compensación instant)nea por el flu$o de carga. +omo
esta compensación no es absolutamente exacta, el la&o dado por#
L*9< L+9 < 19 produce una seal de compensación mientras exista error, es
decir ay una acción de compensación mientras el nivel actual no sea igual al nivel
deseado. "sto es particularmente cierto si el controlador de la&o cerrado L+9<
incluye una acción integral, por e$emplo del tipo proporcional9 integral. !ara poder
controlar efectivamente el nivel, es necesario disponer de un circuito idr)ulico de
reposición 7que permite generar el flu$o de actuación8 dico circuito idr)ulico es
en realidad el sistema de actuación y con frecuencia el elemento del mismo que
permite la interconexión con el sistema de control es la v)lvula de control.
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
=GFeGFs
<G BFigura
13
IKP
719
+91
L
< J
F7/9
C/9
Figura 13:
C19
S99
+99
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Filosofías de control pagina -<
,.1.:1 Control prealimentado de nivel en cascada
Problema
Se tiene el estanqe de la !igra "#$ se desea
mantener constante el nivel %$ se sabe qe el
fl&o de consmo es m' variable ' as vez la
presi)n del circito *idrálico de reposici)n es
m' variable(
"l la&o de prealimentación representado en
la Figura <- y la Figura <-Ma ayuda a que
=G ocurra la mayor parte del tiempo
"l la&o prealimentado para el control de
nivel funciona de la siguiente manera# el
flu$o de carga L 7demandado mediante la
v)lvula manual ;9< es detectado por el
sensor F*92% la salida de este sensor cL alimenta al controlador FF 7Feed Forard8
L+92% la salida de este controlador es una entrada del sumador 19 el que
finalmente mane$a la v)lvula de control ;9 mediante un flu$o7 control en cascada8.
Gbs(rvese que el controlador FF es de nivel a pesar que recibe seal de un
transmisor de flu$o. 'dem)s obs(rvese que la suma es inteligente ya que elresultado queda dado por# sN @m2 9A X@m- 9A X
'T20
LC20
S00
'C0
c20 &20
s 00&0
'()u*a 1a
300
z00L
,.1.:./ Control de nivel realimentado en cascada.
!ara que el nivel del estanque < no sea afectado, = debiera ser igual a en todo
instante, pero, como eso no es exactamente posible, se ace traba$ar el la&o de
control realimentado representado en la Figura <- % en la Figura <-Mb se muestra la
cadena de instrumentos empleados.
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
IKP
719
+91
L
<
J
F7
/9
C
/9
Figura 13
F739
FC39
C19 S
99
+99
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Filosofías de control pagina -2
LT10
LC10
S00
'C20
$ &10 s00
&20
'()u*a 14
300
z00c10
*10
"l la&o cerrado de control de nivel funciona así# "l nivel actual < es detectado
mediante el transmisor de nivel L*9<, la seal c< que genera se compara con la
referencia r< al interior del controlador L+9<, la seal de corrección generada m<
pasa a la estación de suma 19 y de allí al la&o de control esclavo de flu$o que
mane$a a la variable de actuación =
7a:la de instrumentos del Diagrama de Procesos e Instrumentaci&n
?empleados en el Diagrama de Procesos e Instrumentaci&n de la Figura
13.@
7ag 7ipo +aria:le medida o v%lvula decontrol accionada o la*o de
control esclavo mane)ado.
(unci&n de la se;al oclase de set point
719 transmisor de nivel $ivel estanue Sensa varia:le :a)o controlF7/9 transmisor de (lu)o Flu)o Sensa varia:le de carga F739 transmisor de (lu)o Flu)o esclavo de control en
cascada
Sensa varia:le esclava en
la*o de control esclavo de
(lu)oC19 Controlador maestro de la*o
cerrado de nivel del estanue
:a)o control
a*o de control esclavo de (lu)o Set point local
C/9 Controlador prealimentado de
nivel del estanue :a)o control
a*o de control esclavo de (lu)o Set point remoto
proveniente de la estaci&n
de suma.FC39 controlador esclavo de control
de nivel del estanue
+ 99 remoto
S>99 Estaci&n de suma Flu)o esclavo de control en
cascada
$o aplica
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Filosofías de control pagina --
,./ Control de presi&n
,./.a Control serial de presi&n
La presión de suministro !c a un
consumo es una variable que
requiere control en algunos
procesos. +onsid(rese la Figura
<. ' pesar de que se trata de un
suministro de un líquido, lo que se
ver) tambi(n se aplica para gases
en los cuales no ocurran grandes
cambios de densidad. "l esquema
de control de la Figura < es
llamado serial porque el caudal por la v)lvula de control y el consumo es el mismo.
#odelo = <
1e tiene que la diferencia DPv de presión en los extremos de la v)lvula de control;+9< esta dada por
DPvG P:> Pc
/onde
DPv# diferencia de presión en la v)lvula de
control
!b# presión de salida de la bomba centrifuga
7Figura <M'8
Pc# presión del consumo7variable con el caudal
Mc demandado8
Mc# flu$o de consumo
La curva de la Figura <Ma indica que la presión
de la bomba centrifuga varía con el caudal que
debe impulsar. "n este proceso, la variable < salida de control es PCO la carga est)
dada por el caudal variable Mc que puede demandar el consumo. La variable de
actuación = es la diferencial de presión Dp que ocurre en la v)lvula de control y que
es mane$able por la seal m< 7variable manipulada por el controlador !+9<. si la
carga debe traba$ar a una presión !c a pesar de que el consumo varia entre Rc< y
Rc2 , entonces el valor m)ximo de /!v es !c<9 !c y el valor mínimo de /!v es
!c29!c
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
IKP
P719
PC19
Figura 14
Estanue madre
!om:acentri(uga
Consumo+C19
P: Pc Mc
P:
M:
Figura 14A
Pc1
Mc/
Pc9
Mc1
Pc/
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Filosofías de control pagina -
,./.: Control paralelo de presi&n
La presión de suministro !c a un consumo puede controlarse tambi(n mediante un
caudal fantasma que se deriva al estanque madre como lo muestra la Figura <:. "l
principio de funcionamiento se origina en la curva de la bomba centrifuga 7Figura
<:Ma8. !uesto que la presión de la bomba P: es la misma que la presión del
consumo Pc, entonces para que esta sea constante, el caudal por la bomba
centrifuga debe ser constante y del valor que la curva determine.
1ea !c el valor deseado para la presión de salida, entonces por la bomba debe
salir un caudal Rb, para que se mantenga la presión debe cumplirsela siguiente
relación
M:9GMcJMv/
La v)lvula de control debe a$ustarse de modo que si la presión disminuye de lo
deseado, entonces debe disminuir el caudal que pasa por ella.
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
IKP
P719
Figura 1-
!om:acentri(uga
Consumo
Mc
Pc
+C19
P:
M:
Mv/
P:
M:9
Figura 1-A
Mc/
Pc9
Mc1
M:
Mv/
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Filosofías de control pagina -:
,.3 Control de (lu)o
,.3.a control de (lu)o con v%lvula de control
I + P
'T20
'C20
P4 Pc
'()u*a 16
Co5su&o
-c
P4
-4
'()u*a 16A
Pc
-c
3C20
1e desea controlar el flu$o suministrado a un consumo, este consumo presenta una
presión de carga !c a ese valor de flu$o. +onsid(rese la Figura <=. ' pesar de que
se trata de un suministro de un líquido, lo que se ver) tambi(n se aplica para gases
en los cuales no ocurran grandes cambios de densidad. "l esquema de control de la
Figura <= emplea una v)lvula de control para modular la diferencia de presión entre
la bomba y el consumo.
#odelo = <
1e tiene que la diferencia DPv de presión en los extremos de la v)lvula de control
;+92 esta dada por
DPvG P:> Pc
/onde
DPv# diferencia de presión en la v)lvula de control
!b# presión de salida de la bomba centrifuga 7Figura <=M'8
Pc# presión del consumo7variable con el caudal Mc controlado8
Mc# flu$o de consumo
La curva de la Figura <=Ma indica que la presión de la bomba centrifuga varía con
el caudal que debe impulsar. "n este proceso, la variable < salida de control es McO
la carga est) dada por la presión variable Pc que resiste al caudal. !ara que este
proceso pueda funcionar es necesario que la presión de la bomba sea siempre
mayor que la presión de carga La variable de actuación = es la diferencial de presión
Dp que ocurre en la v)lvula de control y que es mane$able por la seal m2 7variable
manipulada por el controlador F+92. la v)lvula de control debe disminuir su
diferencia de presión cuando el flu$o disminuye del valor deseado cuando la presión
de carga aumenta.
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Filosofías de control pagina -=
,.3.: control de (lu)o con variador de (recuencia.
"n algunos casos, para el control del flu$o, se emplea por motivos de seguridad, un
variador de frecuencia como lo muestra la Figura <B. "l variador de frecuencia se
usa para cambiar la velocidad a la cual el motor 3 mueve a la bomba y con ello
cambia la curva de operación de la misma, Figura <BM' . "n una bomba centrifuga
la presión de salida es proporcional al cuadrado de la velocidad de giro y su caudal
es proporcional a la velocidad de giro. La condición de equilibrio es a un Rc tal que
!cN!b, es decir debe existir una velocidad n que garantice eso% por ello esta forma
de control solo es posible cuando la característica del consumo tiene una forma
similar a la de la Figura <BMP
Figura 16!
Mc
F749
SC49
# FC49
Pc
P:
Figura 16
Consumo
Mc
P:
M:
Figura 16A
Pc
Mc
n1
n/
n3
n4
n
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Filosofías de control pagina -B
,.4 Control de temperatura,.4.1 Control de temperatura con llama
1e tiene el proceso de calentamiento de la
Figura <C. 1e tiene adem)s un la&o de
control de nivel no dibu$ado que mantiene
ra&onablemente el nivel a pesar del flu$o Re
de entrada al estanque. "l estanque
contiene un agitador que omogeni&a la
temperatura de la fase liquida
1e desea controlar la temperatura de la fase
liquida por lo tanto la variable ba$o control es
la temperatura *. +laramente una carga es el
flu$o de liquido que ingresa al estanque. La
variable de actuación es el flu$o de calor
aportado por la combustión del gas licuado.
La instrumentación mostrada en la Figura <B corresponde a un esquema de control
de la&o cerrado m)s una prelimentación con el flu$o de ingreso al estanque.
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
IKP
7C19
7C19
J
F7
/9
7719
Figura 18
+C19
S19
+B
Re
RU"3'/GI L!5
8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina -C
,.4./ Control de temperatura con intercam:iador de calor
VAPOR
A(ua )r*a
'()u*a 1
+!ndensad!
IKP
7C
/9
7C
19
J
F7
/9
77
19
+C
19
AGUA
CALIENTE
INTERCAM%IADOR
DE CALOR
"n la Figura <D se presenta un proceso de calentamiento para obtener agua caliente
por medio de un intercambiador vaporM agua. La variable ba$o control es la
temperatura del ducto de salida la que se detecta mediante el transmisor de
temperatura **9<, este instrumento se conecta con el controlar de la&o cerrado
*+9< 7con set point local8 a la acción de este controlador se suma la del controlador
de prealimentación *+92.
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8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina -D
19 Errores en instrumentaci&n ' control de procesos industriales
' veces se aprende m)s de los errores, en lo que sigue se muestran algunasequivocaciones.
19.1 con(licto entre controladores
Problema
Se tienen dos estanqes t+" ' t+, en ambos debe
mantenerse el nivel constante( En t+" deben mezclarse
los fl&os A - . en la proporci)n
Fa a
F' 1
/on a00"1(
Debetransferirse
por gravedad el resltado de la mezcla al
estanqe t+, ( !inalmente el fl&o de salida
de t+,2!3,415 es demandado como consmo
por otro proceso(
"n la Figura 2< se muestra la solución dada
al problema. "sta solución tiene el error de#
Con(licto entre la*os de control# se
esta empleando el mismo flu$o como
variable de actuación para controlar el
nivel del estanque tY<. los la&os de
control de nivel 2. y < disputan entre
si.
6O SE P7EDE 7SAR 76A 8IS8A9ARIA.:E DE A/;7A/I<6 PARA /O6;RO:AR , !E6<8E6OS
SI87:;=6EA8E6;E
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
Flu)oF/>9
t1
t/
Flu)o Fa
Figura /9
Flu)oF1>/
Flu)o F:
Flu)oF1>/
7/9
IKP
FC
/9
F7/1
F7/9
C19
719
IKP
t1
+c39
Figura/1t/
Flu)o (a Flu)o (:
C/9
IKP
Flu)oF/>9
+c19+c/9
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Filosofías de control pagina
"n la Figura 22 se muestra la solución correcta
Flu)o
1>/
C39
739
IKP
FC/9
I K P
F7/1
F7/9
C19
719
IKP
t1
+c19
+c39
t/
Flu)o (:
Flu)o (a
+c/1
Figura
//
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina <
19./ instrumentos innecesarios
SPT 1$
,a#!r
A(ua )r*a
A(ua
caliente
c!ndensad!
TC10
TT
10
FT40
I/P
FC40
"
PT20
TC20
Figura 2&
Problema
Se tiene n calentador indstrial de aga de proceso en base a vapor$ se sabe
qe la presi)n de sministro de vapor es m' variable( Se desea controlar latemperatra del aga calentada(
"n la Figura 2- se muestra la solución al problema planteado. "sta solución
considera un la&o realimentado de control de la temperatura de salida con set point
local 1!*9<. ' la acción correctiva de este la&o se a agregado una
prealimentación de la presión del vapor. "sta solución presenta exceso de
instrumentos.
SPT 1$
,a#!r A(ua )r*a
A(ua
caliente
c!ndensad!
TC
10
TT
10
FT40
I/P
FC40
SPT1$
,a#!r A(ua )r*a
A(ua
caliente
c!ndensad!
TC10
TT
10
I/P
"
PT20
TC20
Figura 2'
Figura 2(
"n la Figura 2 y 2: se muestran dos soluciones, en la primera se a empleado un
control en cascada de la temperatura, el la&o esclavo mane$a el flu$o de vapor acia
el intercambiador de calor. "n la segunda solución, adem)s de la realimentación se
a considerado una prealimentación con la presión del suministro de vapor.
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Filosofías de control pagina 2
E)ERCICIOS PROPUESTOS
E&ercicio "5 +onsidere el sistema de control
autom)tico de la Figura a.
1e tiene un comportamiento insatisfactorio del
sistema ba$o control y se a logrado determinar que
la presión de suministro !s se cae notablemente cuando se conectan otros
consumos a dico punto.
Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol(
, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de la solci)n final
E&ercicio ,5+onsidere el sistema de control autom)tico de la
Figura a. 1e tiene un comportamiento insatisfactorio del
sistema ba$o control y se a logrado determinar que la
relación entre la variable de actuación y la salida m< del
controlador de nivel L+9< es fuertemente no lineal , tal
como lo muestra la Figura "<.
Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol(, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de la solci)n final
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
=
m19
Figura E1
IKP
719
C19
L
<
Figura 4 a
+C19
Ps
SP19
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Filosofías de control pagina -
E&ercicio #5 +onsidere el sistema de control
autom)tico de la Figura a Se pide predecir el
comportamiento del sistema ba&o control cando por
accidente se desconecta el lazo de corriente qe va
desde el transmisor de nivel :;?"1 al controlador
de nivel :/4"1(
E&ercicio @5 +onsidere el sistema de control
autom)tico de la Figura a. Se pide generar n
esqemático de las coneAiones eléctricas '
nemáticas involcradas en dic*a !igra
E&ercicio B5 +onsidere el sistema de control
autom)tico de la Figura
"2. ' pesar de la prealimentación y realimentación se
tiene un comportamiento insatisfactorio del sistema ba$o
control y se a logrado determinar que la presión de
suministro !s se cae notablemente cuando se conectan
otros consumos.
Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&o control(
, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de la solci)n final
E&ercicio C5+onsidere el sistema de control autom)tico de la Figura "2. 1e tiene un
comportamiento insatisfactorio del sistema ba$o control y se a logrado
determinar que la relación entre la variable de actuación y la salida sm< del
1umador 19< es fuertemente no lineal , tal como lo muestra la Figura "2Ma.
Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol(, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de la solci)n final
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
IKP
719
C19
L
<
J
F7/9
C/9
Figura E/
S19
sm<.
1!L<.
Ps
=
sm19
Figura E/a
8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina :
E&ercicio "15 +onsidere el sistema de control autom)tico de la Figura "-, este
sistema de control pretende obtener combustión óptima del petróleo. 1e tiene un
comportamiento insatisfactorio del sistema ba$o control y se a logrado
determinar que la presión de suministro !s se cae notablemente cuando se
conectan otros quemadores.
I+P
610
I+P
stacinman*a+ dea,*ste
-./AOR
A(*e
Petr+e'T10
'()u*a E
V20 am3er
4e5a+remta V6
10
3C20
s1
h&10
Ps
Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol ante las caídas de presi)n Ps del soplador(, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de la solci)n final
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Filosofías de control pagina =
E&ercicio ""5 +onsidere el sistema de control autom)tico de la Figura "-, este
sistema de control pretende obtener combustión óptima del petróleo. 1e tiene un
comportamiento insatisfactorio del sistema ba$o control y se a logrado
determinar que el flu$o de aire no sigue adecuadamente al flu$o de petróleo.
Se pide3
" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol ante las caídas de presi)n Ps del soplador(, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de la solci)n final
E&ercicio ",5 +onsidere el sistema de control autom)tico de la
Figura "2. 1e tiene un comportamiento insatisfactorio del
sistema ba$o control y se a logrado determinar que la relación
entre la variable de actuación y la salida m< de la estación
manual de traba$o QW9< es fuertemente no lineal , tal como lo
muestra la Figura "-Ma.
Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>odel sistema ba&o control(
, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar
los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n de la solci)n final
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=
hm19
Figura E3a
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Filosofías de control pagina B
E&ercicio "#5 Considere el sistema de control
automático de la Figura E4 !e tiene un
comportamiento insatisfactorio del sistema
"a#o control $ se %a logrado determinar&ue la relación entre la varia"le de
actuación '()*v $ la salida m10 del
controlador de presión *C+10 es
fuertemente no lineal , tal como lo muestra
la Figura E4+a
Se pide3
" agregar lainstrmentaci)nqe me&ore el
desempe>o del sistema ba&o control(, establecer los lazos de control involcrados en lasolci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqescorrespondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de la solci)n
E&ercicio "@5 Considere el sistema de control automático de la Figura E4 !e tiene
un comportamiento insatisfactorio del sistema "a#o control $ se %a logrado
determinar &ue la presión de la "om"a centrifuga *" se cae nota"lemente
cuando se conectan otros consumos
Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol(
, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de la solci)n final
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
IKP
P7
19
PC
19
Figura E4
Consumo 1
!om:acentri(uga
+C
19
P:
PcJ DPv >
Consumo /
Consumo n
Consumo
Estanuemadre
=GDPv
m19
Figura E4a
8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina C
E&ercicio "B5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E- !e desea determinar el comportamiento del sistema "a#o control
Se pide3" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control((
, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de !igra EB
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L*
<
L+
<
F*
2
0H!F+
2
F*
-
F*
:
L*
L+
J
0H!
F*
=
L+
=
L+
:
F<
F2
F-
F
F:
tY<
tY2
iHp Figura
E-
1
8/18/2019 Filosofias de Control
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Filosofías de control pagina D
E&ercicio "C5 Considere el )iagrama de *rocesos de la Figura E. !e desea el
siguiente comportamiento del sistema "a#o control /os estan&ues t1 $ t2 de"en
funcionar a nivel constante /os flu#os F4 $ F- son mane#ados por otros procesos
*or cada litro de F &ue ingresa a t2 , de"en ingresar 10 litros de F2
Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n del pnto "
Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica
F<
F2
F-
F
F:
t1
tY2
Figura
E5
Q<
Q2
;c
:
;c
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Filosofías de control pagina :
E&ercicio "5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E !e desea determinar el comportamiento del sistema "a#o control
Se pide3" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control((, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas de
bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de !igra EB
T1
L610
'l Co5su&o
.
'7p3apo*
V6
20
LT10
78P
TT22
T621
T622
FT21
TT20
FT90
F690
78P
78P
'* *eac8(7o
's9 Soluc(:59*;a
'sh Soluc(:5cal(e58e
3apo*co5<e5sa<
o
'()u*a E=
V690
V610
I"TERCABIADOR DECALOR
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Filosofías de control pagina :<
E&ercicio "5 Considere el )iagrama de *rocesos de la Figura E3 !e desea el
siguiente comportamiento del sistema "a#o control El estan&ue t1 de"e funcionar
a nivel constante Elo flu#o Fl es mane#ado por otro proceso *or cada litro de Fs%
&ue ingresa a t1 , de"en ingresar - litros de Fr la temperatura de Fs% de"e ser
constante !e sa"e &ue la presión disminu$e al conectarse otros consumos al punto
*s se sa"e &ue la temperatura de Fsf es mu$ varia"le $ se sa"e &ue el consumo Fl
es tam"ién mu$ varia"le
Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n del pnto "
T1
'l Co5su&o
I58e*ca&4(a<o* <ecalo*
3apo*> Soluc(:5
.
's9 Soluc(:59*; a
'sh Soluc(:5cal(e58e
3apo*
'()u*a E?
'* Reac8(7o
Ps
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Filosofías de control pagina :2
E&ercicio "F5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E !e tiene un insatisfactorio desempe5o del sistema "a#o control
Se pide3" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)nB( modificar el Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n a fin de lograr qe la presi)n del consmo P/ sea fi&a a pesar de las variaciones de fl&ode carga G#1 ' la caída de la presi)n de la bomba centrifga debido ala demanda de cadal G#" de otros consmos(
(+p
Q
>5RP
31M
A OTROSCO"SUOS
P:
'C
'T
PT6
'C6
Pc
39M
343/
33
3-39
31
3C6
'()u*a E
Bo&4a
ce58*(9u)a
CO"SUO
E&ercicio ,15 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E10 Se pide3
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Filosofías de control pagina :-
" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)n
FT
&$
H1
LC1$
f 1
H2
FT
20
Figura E1$
I*P
f 13
I*PVC
20
f 12
FT
11
VC
10
FT
40
FC
40 I*P
VC
40
/T
40
/C
40
H&
f 3
FT
21
I*P
VC
21
f 23
FC
21
FC
20
FT
21
f 2
FC
21
I*P VC
21
t3
t/
t1
E&ercicio ,"5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E10 Se pide3
" eplicar el efecto de la desconei)n de cada no de los transmisores-efectar el análisis desconectándolos de a no(
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Filosofías de control pagina :
E&ercicio ,,5 Considere el )iagrama de *rocesos de la Figura E11 !e desea el
siguiente comportamiento del sistema "a#o control /os estan&ues de"en
funcionar a nivel constante El flu#o F es mane#ado por otro proceso *or cada litro
de F1 &ue ingresa a t2 , de"en ingresar - litros de F2 se sa"e &ue la fuente de
suministro de F1 es mu$ varia"le en su presión 6 se sa"e &ue el consumo F es
tam"ién mu$ varia"le
Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n del pnto "
E&ercicio ,#5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la FiguraE10 Se pide3
" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de !igra EB
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: 9
: 19
B1: 1
: 29
: 2B/
Figura E11
B1
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Filosofías de control pagina ::
@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)n
E&ercicio ,@5 En un *ro$ecto de Control
7utomático ndustrial, el cliente desea
disponer de agua caliente usando un
intercam"iador vapor 8 agua de la Figura
E1, la instrumentación de"e considerar
&ue9
/a caldera &ue suministra el vapor tiene ca:das
de su presión cuando se conecta este $ otros consumos ;caldera c%ica<
El caudal de agua fr:a es mu$ varia"le
Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n del pnto "
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Filosofías de control pagina :=
E&ercicio ,B5 +onsidere el /iagrama de !rocesos de la Figura "<% 1e desea
controlar el proceso de modo que ingresen < litros de agua tibia por cada litro de
reactivo R: y de modo que se mantenga el nivel Q constante . !ara entibiar el
agua fría se debe controlar el intercambiador de modo que la temperatura del
flu$o R2 sea constante e independiente de la temperatura del agua fría y el caudal
R< demandado por otro proceso.
Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n
, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n del pnto "
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Figura E14
M1
B
A;*a Ti'ia
Intercam:iadorde calor +apor > Agua
A;*aFr<a
Va3rr
M3
M4 M/
M-
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Filosofías de control pagina :B
E&ercicio ,C5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E1- Se pide3
" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos
# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)n
PET!"E!
I/P
I/P
C/9
7/9
F1 AUA P"ECAE$7ADA
MUE#AD0"
C0$SU#0
I/P
AI"E
7739
7C39
P719
PC19
7C39FC49
F749
F7-9
7C39FC-9
I/P
F719
FC19
Figura
E1-
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Filosofías de control pagina :C
E&ercicio ,5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E1. Se pide3
" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos
# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)nB detectar si *a' instrmentaci)n innecesaria
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Filosofías de control pagina :D
E&ercicio ,5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E1 Se pide3
" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos
# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)nB detectar si *a' instrmentaci)n innecesaria
IKP
FC19
IKP
=799
FC19
7719
7C19
719
C19 J
=C99
P799
=C91
Figura E 16
C0#!US7I!E
AMUI7"A$
E&ercicio ,F5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E13 Se pide3
" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos
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Filosofías de control pagina =
# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)nB detectar si *a' instrmentaci)n innecesaria
E&erci+
onsidere el /iagrama de procesos de la figura "<D% 1e desea controlar el proceso
de modo que ingresen < litros de agua tibia por cada litro de reactivo R: y de
modo que se mantenga el nivel Q constante . !ara entibiar el agua fría se debe
controlar el intercambiador de modo que la temperatura del flu$o R2 sea
constante e independiente de la temperatura del agua fría y el caudal R<
demandado por otro proceso. La combustión debe a$ustarse con a litros de aire
por cada : litros de gas.
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Filosofías de control pagina =<
Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de los
lazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n del pnto "
E&ercicio #"5 +onsidere el /iagrama de procesos de la figura "2% 1e desea
controlar el proceso de modo que ingresen < litros de f<- por cada litro del
reactivo f2- y de modo que se mantenga el nivel Q- constante. Los niveles Q< y
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ES7A$MUE P"0DUC70 FI$A
AUA
F"IA=
FIU"A
E1,
h9
AUA
CAIE$7EAI"E
AS
"EAC70" '
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Filosofías de control pagina =2
Q2 tambi(n deben permanecer constantes. !ara calentar los estanques tY< y tY2
se emplean calefactores el(ctricos de potencia < y 2 respectivamente. 1e
desea que los estanques tY< est(n a las temperaturas *< y *2 respectivamente.
"l producto f- es desmandado por otro proceso.
Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n del pnto "
E&ercicio #,5 +onsidere el /iagrama de !rocesos de la Figura "2<. 1e trata de
un calentador a presión para proveer agua caliente para el estanque tY- y vapor
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Figura E/9
B 3
B 1B /
( /3
( 3
( 13
( 1( /
1 /
t1 t/
t3
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Filosofías de control pagina =-
saturado para calentar el reactivo del estanque tY2. "l calor requerido para
calentar el calentador a presión tY< proviene de un calefactor el(ctrico de
potencia Z variable mediante un controlador de potencia.
"n el estanque tY- debe me&clarse el agua caliente con el reactivo en una ra&ón
dada de < litro de agua caliente por [ litro de reactivo. el tamao de los estanques
guarda relación con la proporción de me&cla.
Un sistema de control propio, no representado en la Figura mantiene constante el
nivel del estanque tY2.
1e desea disear los la&os de control necesarios para obtener que Q< y Q2, sean
constantes. *ambi(n para que que las temperatura *< y *2 sean constantes e igual
a aun valor preestablecido diferente para cada una.. "l flu$o Fd de demanda es
mane$ado por otro proceso.
Se pide3
" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n del pnto "
E&ercicio ##5 +ons
i dere
el
/iagrama de procesos de la figura "22% 1e desea controlar el proceso de modo
que# Los estanques *W<, *W2 y *W-, deben funcionar a nivel constante. "l flu$o
L< no puede ser controlado, debe ser procesado según apare&ca. "l flu$o Z<
debe seguir a L< de modo que Z<HL< N a. "l flu$o Z- debe seguir a Z2 de modo
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'()u*a E21
'ac
A)uacal(e58e
'*Reac8(7o
Aco5<e5sa<o
8B2
Cale58a<o*a p*es(:5
A)ua 9*;a*epos(c(:5
'0
1 T1
T 8B
8B1
'<De&a5<a
'7 7apo*
2T2
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Filosofías de control pagina =
que Z-HZ2 N b. "l flu$o &< debe seguir a &2 de modo que &<H&2 N c. 1e debe
emplear el flu$o de vapor ;< para lograr que la temperatura *< del estanque *W<
sea constante a pesar del efecto de los flu$os L<9Z<.1e debe emplear el flu$o de
agua caliente F< para lograr que la temperatura *- del estanque *W- sea
constante a pesar del efecto de los flu$os \< ? \2.
Se pide3" Desarrollar lainstrmentaci)nnecesaria en n
Diagrama de Procesose Instrmentaci)n, dib&ar los
Diagramas de bloqescorrespondientes acada no de los lazosde control involcrados en lasolci)n(# constrir la tabla deinstrmentos del
Diagrama de Procesose Instrmentaci)n del
pnto "
E&ercicio #@5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura
E2 Se pide3
" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(
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Fi#ura E22
TK1
TK$
"1 % 1
% 2 % $V 1
& 1 & 2
& $
F 1
TK2
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Filosofías de control pagina =:
, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e
Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)nB detectar si *a' instrmentaci)n innecesaria
Figura E23
i/P FC
50
FT
50
h-9 7-9
LT
51LC
51
h-1 7-1
1/PM-/
M-1
'()*("
PT
52
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VC
52
VC
51