Principios Clave del Control Industrial: Acciones y Parámetros Fundamentales

Fundamentos de las Acciones de Control en Sistemas Industriales

Acción Integral

Mueve la válvula a una velocidad proporcional al **área de la integral** que se obtiene entre la variación de la **variable** y el **punto de consigna** respecto al **tiempo**.

Tiempo de Acción Integral

Intervalo de tiempo en el que, cuando hay una **señal de entrada en escalón**, la contribución de la señal de salida debido a la **acción integral** iguala a la parte debida a la **acción proporcional**.

Reset Windup

Es el fenómeno que se produce cuando, aunque el **error** disminuya, el área de la **acción integral** sigue aumentando, lo que puede llevar a la **saturación** de la acción integral, sobrepasando el límite de respuesta. Soluciones: pasar a **control manual** o utilizar un **anti-reset windup** que detiene la integración cuando se llega a un límite.

Acción Derivativa

En este control, tan pronto como aparece la **señal de error**, comienza a cambiar, lo que genera una **respuesta rápida** a las señales de error. Cuando el error está en **régimen permanente**, el control derivativo no responde, puesto que con un error permanente, la velocidad de cambio del error con el tiempo es cero. Por ello, no se usa solo; se combina con un **control proporcional**. En la **regulación derivativa** existe una relación **lineal** entre la velocidad de variación de la **variable controlada** y la posición del **elemento final de control**, que se mueve proporcional a la **derivada** o pendiente de la variable. No elimina el **offset** (aunque lo reduce) de la acción proporcional, por lo que también se suele combinar con la **acción integral** (en un controlador **PID**). La **acción derivativa** tiene la característica de tener una **respuesta rápida** al inicio y lenta al final.

Control Proporcional

Son procesos **rápidos** pero tienen el inconveniente del **offset**. Usualmente, la **Banda Proporcional (BP)** oscila entre 1,0 y 500. Cuanto menor sea la **banda proporcional**, mayor será la **sensibilidad del controlador**. Se emplea cuando la presencia de **offset** no es crítica. Se estima su uso en torno a un 20% frente a otros tipos de control.

Control Proporcional de Tiempo Variable

Es otra variante de un **controlador todo o nada**. La relación del **tiempo de conexión** al de **desconexión** es proporcional al valor de la **variable controlada**. La longitud de un **ciclo completo** (conexión + desconexión) es constante, pero la relación entre los tiempos de conexión y desconexión de cada ciclo varía al desviarse la **variable controlada** del **set point**. Este tipo de **control** se usa solo en **controladores eléctricos**. Un ejemplo es la **regulación de temperatura** en un **horno eléctrico** cuyo elemento final es una **resistencia**.

Acción Proporcional

El cambio en la **salida del controlador** según el **set point** es proporcional al **error**, con lo que existe una relación **lineal** entre el valor de la **variable controlada** y la posición del **elemento final de control** (dentro de la **banda proporcional**), es decir, la **válvula** se mueve el mismo valor por unidad de desviación. La **acción correctora** es un múltiplo simple y fijo del **error medido**, actuando como un multiplicador. Los términos más frecuentes asociados a un **controlador proporcional** son:

Ganancia del Controlador (Kp)

Es la relación entre la variación de la **señal de salida** y el **error** que la produce, es decir, la variación de la **señal de entrada**.

Banda Proporcional (BP)

Su relación es el valor inverso de la **ganancia**: BP (%) = 100/Kp. Es el porcentaje de variación de la **variable controlada**, necesaria para provocar una **carrera completa** del **elemento final de control**.

Offset

Es una **característica indeseable** inherente al **control proporcional**. Consiste en la **estabilización de la variable** en un valor no coincidente con el **set point**, después de presentarse una **perturbación** en el sistema. El **offset** puede reducirse disminuyendo la **BP**, pero sin producir **inestabilidad** en el proceso. Se utiliza cuando no es crítico que la **variable controlada** alcance el **set point** exacto. Reajustando el **set point** se puede eliminar.

• Ventajas:
  • **Simplicidad y estabilidad**
  • **Respuesta rápida**
  • Relativamente estable
  • Acelera la respuesta
• Inconvenientes:
  • **Offset**
  • **Overshoot** causado por el tiempo significativo de oscilación