Department of Systems Engineering and AutomaticsSistemas Automáticos. Tema 3: Reguladores Industriales. Celso Fernández Silva, José Ignacio Armesto Quiroga. 2011- 2012 http://www.disa.uvigo.es/ TEMA 3: Reguladores Industriales. • Tipos de consigna, entradas y salidas. • Acondicionamiento y filtrado de señales. • Desconexión-conexión de la acción integral. • Conmutación manual-automático • Modos de regulación • Ejemplo comercial: estructura, parámetros y programación. ISA - Vigo 2011 Reguladores industriales. 2 Consignas La mayoría de los reguladores industriales permiten la introducción del valor de consigna SP (Set Point) de formas distintas: Mediante teclas o mandos del panel frontal (consigna interna) Mediante una entrada analógica o un canal de comunicaciones (consigna externa) La consigna de seguridad de un regulador industrial puede entenderse como: El valor máximo o mínimo que puede alcanzar la consigna El valor de consigna al que conmuta el regulador en caso de algún tipo de avería o alarma ISA . 3 . entradas y salidas.Vigo 2011 Reguladores industriales.Tipos de consigna. .) Otro tipo de entradas son los puertos de comunicación. Entradas Es imprescindible que el regulador disponga de.) Puesto que la temperatura es una de las variables más reguladas. 4 .. es frecuente que el regulador disponga de entradas específicas para sensores de temperatura (PT100. que será la correspondiente al valor de la variable a regular PV (Process Variable).Tipos de consigna. etc. una entrada. termopares. Las entradas pueden ser: Analógicas (en tensión o en corriente). al menos.Vigo 2011 Reguladores industriales. Este valor es proporcionado por un sensor. modo alarma.... Digitales (control a distancia del regulador. entradas y salidas. ISA . al igual que las entradas. entradas y salidas.) Otro tipo de salidas son los puertos de comunicación. RS-232. Las salidas. Interbus-S. 5 . eventos. al menos.. pueden ser: Analógicas (en tensión o en corriente) Digitales (señalización alarmas.... RS-485.Vigo 2011 Reguladores industriales. . Éste trata de anular el error actuando sobre la señal de salida la cual. Ethernet ISA . . que será la correspondiente a la actuación del regulador CV (Control Variable) o señal de mando u. influencia a la variable regulada. mediante el actuador.. Buses de Campo: PROFIBUS-DP.Tipos de consigna. una salida. Salidas Es imprescindible que el regulador disponga de. .. PV. A2 Actuación manual CVVisualizador de actuación Selector de visualización Parametrización/Estructuración Led de PV en visualizador Actuación manual CV+ Reguladores industriales. A1.Vigo 2011 .Regulador industrial Sipart DR20 Vista frontal Led de valor máximo alcanzado Local / Remoto Led de Local / Remoto Diferencia de regulación Led de valor mínimo alcanzado SP + SP Led de Manual / Automático Manual / Automático Led de SP en visualizador Visualizador de SP. 6 ISA . .Vigo 2011 Reguladores industriales.Regulador industrial Sipart DR20 Vista posterior CV Iy M BA BE AE2 PV Conector de tensión de red Bornero de conexión con entrada/salida en corriente Tarjeta de entrada/salida en tensión AE3 PV 7 AE1 Hueco para tarjeta serie/profibus ISA . Elementos acondicionadores de señal .Filtros de entrada En algunas ocasiones es interesante disponer de la posibilidad de linealización del valor de las variables de entrada en cierto rango. Por ello. Ruido y linealización Los procesos a regular disponen de sensores que proporcionan un cierto nivel de ruido y que no siempre son compatibles con los convertidores A-D a utilizar.Vigo 2011 Reguladores industriales. 8 . ISA .Acondicionamiento y filtrado de señales. es importante que el regulador disponga de: . Desconexión-conexión de la acción integral. en ese caso. 9 .Vigo 2011 Reguladores industriales. ISA . la acción integral puede llegar a saturarse y. Técnicas anti-reset (I) Las técnicas anti-reset (Anti-Windup) sirven para evitar los efectos negativos de la acción integral en los reguladores PID. permanece en dicha situación hasta que se produce un cambio de signo en el error. Cuando se conecta el regulador. mientras el error no es nulo. la respuesta del regulador ante variaciones se vuelve más lenta y con más sobreoscilación. Al estar saturado. Vigo 2011 Reguladores industriales. 10 .Desconexión-conexión de la acción integral. Técnicas anti-reset (II) Técnicas anti-reset (Anti-Windup): Integración condicional Limitación del término integral Regulación condicional Seguimiento integral (Tracking) ISA . SP PD r I Detector Saturación CV + v u PV y ISA . Integración condicional Desconexión de la acción integral al detectar saturación en la salida del regulador (Sipart). 11 .Desconexión-conexión de la acción integral.Vigo 2011 Reguladores industriales. SP PD r I y PID no lineal e invariante Los límites los impone la intuición del diseñador Límites fijos para un actuador Fuera del rango permitido no se sigue integrando CV u + PV ISA . Limitación del término integral.Vigo 2011 Reguladores industriales. 12 .Desconexión-conexión de la acción integral. 13 .Vigo 2011 Reguladores industriales. aumentando generalmente la estabilidad y rapidez de respuesta. ISA . Regulación condicional Regulador proporcional para todos los valores de error excepto en una franja en la que se comporta como PID. y(t) Ref+ε Ref Ref-ε P PID P t Esta técnica tiene un efecto muy apreciable.Desconexión-conexión de la acción integral. ISA . et se realimenta y conduce la salida del integrador de forma que et se haga cero. 14 . la salida del regulador difiere de la salida del actuador y la señal et es distinta de cero. Seguimiento integral (Tracking) Dos entradas Si el actuador está saturado. La constante de tracking Tt permite ajustar el tiempo de recuperación de la integral y se suele escoger de forma que Td<Tt<Ti.Vigo 2011 Reguladores industriales.Desconexión-conexión de la acción integral. Conmutación Manual-Automático. ISA . 15 .Vigo 2011 Reguladores industriales. Introducción La mayoría de los reguladores industriales pueden funcionar en modo manual (controlada por el operario a través del panel de mando) o automático (controlada por el algoritmo de regulación empleado). Esta técnica se conoce como “conmutación sin golpes” (bumpless). la señal de mando cambiará de origen y es muy probable que se produzca un cambio brusco de la misma. Para evitar esta situación. se suele realimentar la actuación del regulador. lo cual es altamente indeseable. Al conmutar entre ambos modos de funcionamiento. Vigo 2011 uP y v = u – uP = u v = uP + (u – uP) = u Reguladores industriales. Bumpless (I) uD MAN SP D r e I uI = 0 CV uI + + v AUTO u P Si e = 0 Si e ≠ 0 ISA . PV uP = uD = 0 uP ≠ 0 v=u 16 .Conmutación Manual-Automático. Conmutación Manual-Automático. Bumpless (II) 1 Tt 1 Tm SP + 1 s PD uM CV r Kp Ti + 1 s 1 Tt uI + v MAN AUTO u PV y 17 ISA . .Vigo 2011 Reguladores industriales. así como su relación con otros reguladores. su situación en el bucle de control y el papel que juegan en el mismo. Además de la configuración serie clásica (Feed-back). es decir. existen otras como: Regulación con seguimiento Regulación en Cascada Regulación Selectiva (Override) Regulación Anticipativa (Feed-forward) Regulación Fraccional (Ratio) Regulación Multivariable ISA .Vigo 2011 Reguladores industriales. Introducción Otra forma de clasificar los reguladores industriales es mediante su modo de regulación. 18 .Modos de Regulación. En este modo la salida del regulador secundario ha de seguir una señal de mando externa. no lo puedan hacer de forma independiente se utiliza el modo seguimiento. 19 . Una señal digital del principal al secundario informa a este último si deben funcionar los dos bucles o solo uno. Regulador principal Sensor Regulador secundario ISA .Modos de Regulación. en el caso de que funcionen ambos. Modo Seguimiento Cuando dos bucles de regulación pueden trabajar uno o los dos y.Vigo 2011 Reguladores industriales. PROCESO + - Consigna REGULADOR EXTERIOR + - REGULADOR INTERIOR SECUNDARIO PRIMARIO SENSOR SENSOR ISA . El bucle interior puede manejar las perturbaciones antes de que se transmitan al bucle exterior.Vigo 2011 Reguladores industriales. lo que se traduce en un aumento de la estabilidad y en una respuesta más rápida del bucle exterior. así como reducir los efectos de posibles no linealidades. Regulación en Cascada (I) ♦ ♦ ♦ La señal de salida de un regulador se utiliza para obtener la consigna de otro. Cada regulador tiene su propia consigna y señal de referencia. 20 . Entonces el proceso se divide en dos: primario y secundario. Para un buen aprovechamiento de este método es necesario que el bucle interno sea más rápido que el externo.Modos de Regulación. pero sólo el EXTERIOR tendrá la consigna independiente (y por tanto controlable por el operador). Es necesario que exista alguna variable intermedia del proceso que pueda ser medida y algún punto en donde se pueda actuar sobre ella. ºC TC 024 LV-022 TT 025 Fluido Ti(t). Figura 6. ºC To(t).43 21 . ºC [MAND-09] Vapor condensado ISA .Vigo 2011 Reguladores industriales.Modos de Regulación. Regulación en Cascada (II) Vapor FT 021 FC 023 Tsp(t). Regulación Selectiva (Override) En la regulación selectiva sólo se regula la variable del proceso que no puede rebasar unos límites establecidos por economía. ISA .Modos de Regulación. eficiencia o seguridad y sólo se dispone de una señal de mando.Vigo 2011 Reguladores industriales. 22 . Se utiliza generalmente en las protecciones de sistemas o instrumentos. El regulador dispondrá de un selector que le indicará la variable a regular en cada momento. la señal de mando es suma de dos señales. el efecto que éstas pueden tener sobre el proceso. En este modo de regulación es preciso captar las señales perturbadoras y cuantificar.Vigo 2011 Reguladores industriales. La otra contrarresta el efecto de las perturbaciones sobre el proceso (feed-forward). Perturbaciones SENSOR REGULADOR FEEDFORWARD + + + Consigna REGULADOR FEEDBACK Señal mando PROCESO Respuesta SENSOR ISA . a priori. 23 . Regulación Anticipativa (Feed-forward) En este modo.Modos de Regulación. Una es función del error entre consigna y respuesta (feed-back). actuando el regulador solamente sobre una de ellas. donde han de mezclarse dos o más componentes en proporciones prefijadas. 24 .Modos de Regulación. Tiene especial utilidad en procesos químicos. SENSOR K + - Consigna REGULADOR FRACCIONAL PROCESO Y X Fracción selecionable SENSOR ISA .Vigo 2011 Reguladores industriales. Regulación Fraccional (Ratio) Pretende mantener una relación prefijada entre dos o más variables. Modos de Regulación. interaccionando unos con otros. 25 .Vigo 2011 Reguladores industriales. en la práctica. Sin embargo. no existiendo problemas de estabilidad debidos al otro bucle. Regulación Multivariable Los procesos de control típicos suelen tener un bucle de control sencillo con una única consigna. los procesos reales poseen múltiples bucles de control. Cuando cada uno de los bucles se puede ajustar independiente se dice que la interacción es benigna. un único actuador y una única variable regulada. ISA . de forma que la variación de una determinada señal de mando puede afectar a más de una variable regulada. Vigo 2011 Reguladores industriales. 1998. C. “Autómatas Programables y Sistemas de Automatización”. Espada Seoane. J. 2009. ISA . Siemens. S. I. Silva. Ed. “Sipart DR19 6DR 190*--* Manual”. [SIEMENS-03] Manual electrónico Siemens. [SIEMENS-98] Manuales electrónicos Sipart DR20. 1998. Edition 04/2003. Armesto.Bibliografía. Acevedo. [MAND-09] E.A. F. “Reguladores Industriales Universales”. [ESPADA-98] A. Mandado. Marcombo. Vigo. 26 .