Sistemas de Control Industrial: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones Clave

Control en Adelanto (Feedforward)

Es un sistema de control anticipado que actúa antes de que el error se manifieste en la variable de proceso.

Cómo funciona:

• Se mide una perturbación externa que podría afectar al proceso.
• Se ajusta la acción de control para contrarrestar esta perturbación de forma proactiva, antes de que impacte en la salida.

Ejemplo industrial:

• En una planta de llenado de botellas, si se detecta un aumento en la velocidad de la cinta transportadora, se ajusta el flujo de líquido antes de que las botellas pasen por la estación de llenado, previniendo derrames o llenados incorrectos.

Control Adaptativo

Este tipo de control se autoajusta dinámicamente cuando las características del sistema o del entorno cambian.

Cómo funciona:

• El controlador evalúa continuamente el comportamiento del proceso.
• Modifica sus parámetros en tiempo real para mantener el rendimiento óptimo, incluso ante variaciones internas o externas.

Ejemplo industrial:

• Un robot industrial que adapta sus parámetros de control (velocidad, fuerza, trayectoria) según el peso, la forma o la rigidez de la pieza que manipula, garantizando un manejo preciso y seguro.

Control Predictivo (MPC - Model Predictive Control)

Utiliza un modelo matemático del proceso para predecir su comportamiento futuro y, en base a esta predicción, optimizar las acciones de control.

Cómo funciona:

• Calcula una secuencia futura de acciones de control.
• El objetivo es minimizar un error previsto o una función de coste a lo largo de un horizonte de tiempo, considerando restricciones del sistema.

Ejemplo industrial:

• Control de hornos industriales o reactores químicos, donde el sistema predice cómo variará la temperatura o la concentración de reactivos en el futuro y actúa proactivamente para mantener las condiciones deseadas, optimizando el consumo energético y la calidad del producto.

Control Selectivo

De entre múltiples sensores o señales de entrada, el sistema de control selectivo actúa únicamente sobre la más crítica o relevante en un momento dado.

Cómo funciona:

• Un sistema de decisión inteligente elige qué señal de proceso controlar en cada momento, basándose en criterios predefinidos (máximo, mínimo, desviación, etc.).

Ejemplo industrial:

• En una planta química con múltiples puntos de medición de temperatura en un reactor, se elige el sensor que indique la temperatura más alta para activar el sistema de refrigeración y evitar un sobrecalentamiento, garantizando la seguridad y la integridad del proceso.

Control Proporcional-Integral-Derivativo (PID)

El controlador PID es uno de los algoritmos de control más utilizados en la industria. Combina tres acciones de control:

• Proporcional (P): Responde al error actual, generando una acción de control proporcional a la magnitud del error.
• Integral (I): Responde a la acumulación del error a lo largo del tiempo, eliminando el error en estado estacionario (offset).
• Derivativo (D): Responde a la velocidad de cambio del error, anticipando el comportamiento futuro y mejorando la estabilidad.

Es importante destacar que una mejora en el régimen permanente (eliminación del error en estado estacionario) puede, en ocasiones, implicar un empeoramiento del régimen transitorio (oscilaciones o sobreimpulsos). Además, en procesos industriales con tiempos muertos significativos, un ajuste inadecuado de las constantes P e I puede generar grandes oscilaciones ante cambios en la consigna, dificultando el alcance de los valores permanentes en el tiempo deseado.

Control Todo-Nada (On-Off)

Los controladores todo-nada son los más simples, donde la variable manipulada solo puede adquirir dos estados discretos: un valor máximo (todo) o un valor mínimo (nada), o encendido/apagado. La señal de salida del control conmuta entre estos dos valores (máximo o mínimo) dependiendo de si la señal de error es positiva o negativa.

Para evitar conmutaciones rápidas y excesivas (ciclos cortos), se suele definir una brecha diferencial o zona neutra. Este es el rango en el que la señal de error puede desplazarse sin que se produzca una conmutación, lo que reduce el desgaste de los actuadores y mejora la estabilidad del sistema.

Control Proporcional (P)

Un controlador proporcional actúa de manera directamente proporcional al error actual entre el valor deseado (consigna) y el valor medido de la variable de proceso.

El principal inconveniente de los controladores puramente proporcionales es su incapacidad para eliminar completamente el error en estado estacionario (conocido como offset) cuando existen perturbaciones o variaciones en la consigna. Siempre se requiere un cierto error para generar una acción de control.

Control Proporcional-Integral (PI)

El control Proporcional-Integral (PI) incorpora, además de la acción proporcional, un término dependiente de la integral del error a lo largo del tiempo.

La acción integral es crucial porque permite el reajuste automático de la variable de proceso, eliminando el error en estado estacionario (offset) que caracteriza a los controladores puramente proporcionales. Sin embargo, un ajuste inadecuado del término integral puede introducir oscilaciones o un tiempo de respuesta más lento.