Tipos de Lazos de Control

Existen diferentes tipos de lazos de control, que se clasifican según su forma de funcionar y su objetivo. Algunos de los tipos más comunes incluyen:

• Lazo de Control PID (Proporcional Integral Derivativo): es uno de los más utilizados en la automatización industrial, y se utiliza para controlar procesos que tienen una respuesta lenta y no lineal.
• Lazo de Control ON-OFF: es el más simple de todos, y se utiliza para controlar procesos que tienen una respuesta rápida y lineal.
• Lazo de Control de Nivel: se utiliza para controlar el nivel de líquidos en tanques o recipientes.
• Lazo de Control de Temperatura: se utiliza para controlar la temperatura en procesos industriales, como la fabricación de alimentos o la producción de materiales.

¿Que es un control PID?

El control PID también llamado "control de tres términos", ajusta de forma continua la demanda de salida según una serie de reglas con el fin de mantener el proceso lo más cerca posible de las condiciones exigidas. El control PID es más estable que el control On/Off pero su configuración resulta más compleja, ya que los parámetros deben reflejar las características del proceso bajo control.
Los tres parámetros principales son la banda proporcional (BP), el tiempo integral (Ti) y el tiempo derivativo (Td), cuya suma forma la salida del controlador. Esta salida depende de la magnitud y duración del valor de error y de la velocidad de cambio del valor de proceso.
Es posible desactivar los términos integral y/o derivativo y aplicar control exclusivamente proporcional, proporcional e integral (PI) o proporcional y derivativo (PD).
El control PI se utiliza con frecuencia si el valor de PV contiene ruido y/o varía rápidamente, ya que la acción derivativa incrementa las fluctuaciones de la potencia de salida.

Control On/Off (Control Encendido/Apagado)

El control on/off activa la potencia de calentamiento si el valor de proceso está por debajo del punto de consigna y la desactiva si está por encima. La configuración de enfriamiento tiene su propio relé que actúa de una forma similar. Este comportamiento se invierte en modo de acción directa. El control On/Off se puede utilizar para controlar sistemas de conmutación, como relés.
La inercia térmica de la carga hace que aparezca un cierto grado de oscilación, lo que puede afectar a la calidad del producto. Por este motivo no se recomienda usar el control On/Off en aplicaciones sensibles.
Dependiendo de la naturaleza del proceso bajo control, es posible que haya que introducir un valor de histéresis para evitar la constante activación del dispositivo de control.

Figura B2a  Control sin banda inactiva

¿Que es la banda proporcional?

La banda proporcional (BP) genera una salida proporcional a la magnitud de la señal de error. Representa el rango en el cual la potencia de salida se puede ajustar linealmente de forma continua entre 0% y 100% (en un controlador de calor exclusivamente). La potencia es del 100% por debajo de la banda proporcional y del 0% por encima, como se ve en la Figura B2b.
El ancho de la banda proporcional determina la magnitud de la respuesta al error: si es demasiado estrecha (ganancia elevada), el sistema oscila; si es demasiado alta (ganancia baja), la respuesta de control es lenta.
En el caso ideal, la banda proporcional debe ser tan estrecha como sea posible sin causar oscilaciones.
La Figura B2b también muestra el efecto del estrechamiento de la banda proporcional son el punto de oscilación. Una banda proporcional ancha hace que el control sea lineal, pero con un error inicial considerable entre el punto de consigna y la temperatura real. A medida que se estrecha la banda, la temperatura se aproxima al punto de consigna hasta que se hace inestable.
La banda proporcional se puede definir en unidades técnicas o como un porcentaje del rango del controlador.

Figura B2b  Acción de la banda proporcional (acción inversa)

¿Que es el término integral?

Como se explicó en la sección anterior, en un controlador exclusivamente proporcional tiene que existir un error entre el punto de consigna y PV para que el controlador entregue potencia. El término integral se utiliza para conseguir un error cero en control de estado estacionario.
El término integral modifica lentamente el nivel de salida en respuesta a cualquier error entre el punto de consigna y el valor medido. Si el valor medido está por debajo del punto de consigna, la acción integral aumenta la salida gradualmente para tratar de corregir el error; si está por encima del punto de consigna, la acción integral reduce la salida gradualmente o aumenta la potencia de enfriamiento para corregir el error.
La Figura B2c muestra el efecto de la acción proporcional e integral.

Figura B2c Control proporcional + integral

El término integral se define en segundos. Cuando más largo sea el tiempo integral, más lentamente se modificará la salida y la respuesta de control será más lenta. Un tiempo integral demasiado corto genera la aparición de sobreimpulsos en el proceso, que puede incluso empezar a oscilar. La acción integral se puede desactivar poniéndola en Off.

¿Que es término derivativo?

La acción derivativa genera un cambio brusco en la salida que depende de la velocidad de cambio del error, tanto si se debe sólo a PV (acción derivativa sobre PV) como si también cambia SP (acción derivativa sobre selección de error). Si el valor medido disminuye con rapidez, la acción derivativa introduce un cambio grande en la salida para intentar corregir la perturbación antes de que sea demasiado tarde. Resulta especialmente útil para corregir pequeñas perturbaciones.

Figura B2d Acción proporcional + integral + derivativa

La acción derivativa se utiliza para mejorar las prestaciones del lazo. Sin embargo, hay casos en los que la acción derivativa puede generar inestabilidad. Si el valor de PV contiene ruido, por ejemplo, la acción derivativa puede amplificar ese ruido y producir cambios excesivos en la salida. En estos casos suele ser mejor desactivar la acción derivativa y volver a ajustar el lazo de control.

El control derivativo no se debe usar para eliminar sobreimpulsos cuando la salida está saturada en su valor máximo o mínimo durante mucho tiempo (como al inicio del proceso), ya que afectaría al rendimiento del sistema en estado estacionario. Para eliminar sobreimpulsos es más conveniente recurrir a parámetros de control de aproximación (valores de corte alto y bajo).
La acción derivativa se puede desactivar poniéndola en Off.
El término derivativo se puede calcular en función del cambio de PV o del cambio de error. En este último caso, la salida reflejará los cambios en el punto de consigna. En aplicaciones como el control de temperatura en hornos es habitual usar la acción derivativa sobre PV para evitar choques térmicos causados por cambios repentinos en la salida como resultado de cambios en el punto de consigna.

Conclusión

En conclusión, los lazos de control son un elemento clave en la automatización industrial, y ofrecen una serie de ventajas que van desde una mayor eficiencia en los procesos hasta una mayor seguridad y una reducción en el costo de mantenimiento.

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Fuente:

Guia de usuario Registrador/controlador nanodac™
Versiones 2.10 y posterior
HA030554/2