Optimizacion De Lazos De Control

Optimización de Lazos de Control Regulatorio en la Industria

Carlos Fernando Agudelo Gómez

Grupo de Automatización

Instituto Colombiano del Petróleo

ECOPETROL

En el presente artículo se esbozan las principales etapas en la optimización de lazos de control regulatorio, y se cita un caso de aplicación de esta metodología en una unidad de destilación de crudo de la refinería de Barrancabermeja.

Los sistemas de control automático de una planta industrial moderna se encuentran organizados en una jerarquía que cubre los lazos de control regulatorio básicos (conformados por el actuador final, el sensor/transmisor, y un algoritmo de control PID), y que puede llegar hasta el uso de control multivariable y optimización con el objetivo de maximizar el beneficio económico obtenido en el proceso de conversión de materia prima en productos refinados (figura 1).

Figura 1. Jerarquía en los Sistemas de Control Automático.

El funcionamiento de cada una de estas etapas presupone el desempeño apropiado de los sistemas de control inferiores en dicha jerarquía (Ej.: el controlador multivariable que manipula los setpoints de las estrategias de control regulatorio necesitan respuestas de tipo sobreamortiguado en dichos lazos).

En completa oposición a lo anterior, es muy común encontrar operando en forma manual un alto porcentaje de los lazos de control regulatorio en una planta industrial típica. Los problemas más frecuentes tienen que ver con diseño inapropiado de los componentes del lazo de control (válvulas muy pequeñas ó muy grandes, sensores con rangos de trabajo muy estrechos, etc.), válvulas de control “pegadas” y/o con alta histéresis, parámetros de sintonía inapropiados, e instalación inapropiada de los elementos del lazo de control. Como consecuencia de la operación en manual, las variables del proceso (incluyendo aquellas que tienen que ver con la calidad del producto final) se ven sometidas a un incremento en su variabilidad, lo cual reduce el beneficio económico obtenido de la planta. Existe entonces una oportunidad de mejora en el proceso industrial: La optimización de los lazos de control regulatorio, que permite disminuir la variabilidad en las especificaciones que determinan la calidad de los productos finales de la planta, y que por tanto permiten maximizar la producción de productos valiosos (dentro de especificaciones).

En el proceso de optimización de dichas estrategias es fundamental diagnosticar cada uno de los componentes del lazo de control. Las válvulas de control, por ejemplo, pueden encontrarse pegadas, un fenómeno conocido como “sticktion” y que no le permite responder a comandos de apertura o cierre cuando la magnitud del movimiento es pequeña (figura 2).

Figura 2. Comportamiento típico de una válvula pegada

Otro problema muy común con las válvulas de control es la histéresis, que hace que la ganancia del proceso a controlar varíe dependiendo del sentido de movimiento del actuador final (figura 3).

Figura 3. Prueba para calcular la histéresis de una válvula de control.

Cuando ya los diferentes componentes del lazo de control han sido diagnosticados es necesario realizar una prueba de planta (en lazo abierto o cerrado) para obtener un modelo aproximado del proceso (típicamente FOPDT) con el cual se puedan estimar unos parámetros de sintonía apropiados. La sintonía del controlador PID juega un papel fundamental

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