CONTROLADORES PID

¿Cómo automatizar mi industria a través de un controlador PID?

Como todos sabemos, hoy en día la automatización se ha convertido en un elemento clave para el crecimiento de las industrias pues, entre otros aspectos, es una solución eficiente para mantenerse a la par de la competencia, cubrir el aumento de la demanda en el mercado y, todo ello, en el menor tiempo. Por lo que lograr la autonomía de los procesos resulta ser un objetivo que toda industria desea alcanzar. Si la tuya ya lo logró o está en el proceso, ¡felicidades! Tienes la tecnología en tus manos.

La automatización está compuesta por un conjunto de recursos (equipos físicos – hardware y programas de computadora – software), métodos y tecnología. La cooperación entre ellos logra un control efectivo de un proceso específico, lo que nos lleva a un resultado de autonomía, permitiendo la operación de equipos sin necesidad de la intervención del personal operativo.

Adicionalmente, podemos conocer lo que está ocurriendo en nuestra industria, evitando desperdicios y una operatividad de 24 horas, los 7 días de la semana. A simple vista parece un reto inalcanzable, pero puede hacerse realidad gracias a los avances tecnológicos ocasionados por la inteligencia humana.

Pero a todo esto, ¿con qué se logra? Bueno, la tecnología es la respuesta a ello. A partir de un sistema computarizado, y electromecánico, para el control de maquinarias o de los procesos industriales.

Tal es el caso de los sistemas de control basados en Autómatas Programables (PLCs), Supervisión, Control y Adquisición de Datos (SCADA), las redes industriales (p. ej. Ethernet), las bases de datos, los historiadores, la realidad virtual y la realidad aumentada.

En este blog le daremos especial atención a una herramienta que permite controlar, de forma continua, un proceso específico. Esta herramienta se encuentra en el PLC y será explicada en la siguiente sección.

¿Qué es un controlador PID?

Un controlador PID (Proporcional Integrativo Derivativo) es del tipo continuo y se encarga de modular la señal de control de un sistema en función del error que existe entre el valor medido y el valor deseado. Este tipo de control es ampliamente utilizado en los procesos industriales, incluso cuando se presenten interferencias externas. Asimismo, resulta fácil de implementar y puede ser utilizado en todo tipo de hardware de manera eficiente debido a que no utiliza muchos recursos. Por otro lado, lo crítico radica en la sintonización, la cuál debe de realizarse por un experto en proceso y durante alguna prueba en piso. Una vez sintonizado el controlador, no requiere de ajustes adicionales.

 A diferencia de un control ON/OFF, este se maneja en formato percentil, manteniendo valores del 0 al 100. Para ayudar a comprender la diferencia entre estos controladores, se muestra la siguiente figura.

control ON/OFF

Un ejemplo típico de aplicación de este tipo de controlador sería la presión de salida en un sistema hidráulico que deberá de mantenerse constante. Aquí, el controlador mide cuál es la diferencia entre la presión en la tubería y la presión que se requiere, controlando la consigna de trabajo del variador de frecuencia de la bomba.

Salida en un sistema hidráulico

La sintonización de un controlador PID consiste en la determinación de los parámetros, cuya única finalidad resulta en el comportamiento del sistema de control aceptable y robusto de conformidad con algún criterio de desempeño establecido. Por lo que es importante que se cuente con el personal calificado para trabajar con este tipo de tecnología.

¿Qué significan sus siglas?

El controlador basa su funcionamiento de la acción de control con los siguientes tres parámetros:

  • Proporcional (P-Kp). La acción de control Proporcional (o también llamado ganancia proporcional) produce una salida del controlador en función al error que presenta el sistema. Un control basado únicamente en la acción proporcional puede controlar cualquier planta estable, pero posee un desempeño muy limitado y error considerable en régimen permanente (offset).
  • Integral (I-Ti). En cuanto al parámetro Integral o control flotante, este otorga una salida del controlador que es proporcional al error acumulado, lo que se traduce en un intervalo de respuesta. Asimismo, la acción P, se encarga de notificar a la salida cuanto desplazarse cuando un error aparece, mientras que el control Integral, le dice a la salida que tan rápido moverse cuando el error aparece.
  • Derivativo (D-Td). La acción derivativa, funge como un parámetro preventivo, debido que predice el error y emplea una acción oportuna para corregirlo. Dicha acción, reacciona a la rapidez de entrada y altera la señal de salida, por lo cual actúa ante la velocidad del cambio del error y lo corrige antes de que el error incremente
Controlador PID

Al generar una buena sintonización de este controlador, se logra controlar oportunamente cualquier variable deseada y así evitar daños posteriores que provoquen pérdidas importantes que afectan a la cartera.

¿Cuáles son los métodos más empleados para sintonizar el controlador PID?

En la actualidad se emplean varias metodologías para la sintonización de las constantes del controlador, las más sobresalientes son:

  1. Método Ziegler-Nichols en lazo cerrado (oscilaciones sostenidas). Consiste en obtener la respuesta medida a una perturbación, únicamente con acción proporcional. Por lo que se requiere el incremento del valor de la constante hasta que la respuesta del sistema sea armónica, y a este valor se le conoce como “Ganancia Última” KPU, así como el periodo de la señal “Periodo Último” TU.
  2. Método Tyreus-Luyben en lazo cerrado. Al igual que en el método anterior, se enfoca en la evaluación de los parámetros a partir de la “Ganancia Última” y el “Periodo Último”. Propone ajustes más relajados que el anterior y se aplica fundamentalmente a plantas que poseen un integrador.
  3. Método de Ziegler-Nichols en lazo abierto (Curva de respuesta). Se inicia introduciendo un escalón en la señal de control y se registra el transitorio de la variable medida. Aplicando el método del punto de inflexión, lo cual permite simplificarla como un sistema de primer orden más un tiempo muerto.
  4. Método Cohen y Coon. Se emplea la misma prueba que en el método anterior, y propone la relación R=L/τ.

Como resulta evidente, el conocimiento en cuanto a la metodología a emplear, el tipo de controlador a implementar y la interpretación de las constantes, resulta un tema muy sensible para diversas áreas en la industria, como lo es la eficiencia energética y asegurar la calidad de los productos.

Por lo que es importante siempre mantener regulado el accionamiento de toda la maquinaria de tu industria para que puedas cumplir con todos tus objetivos, por ello, contar con el personal adecuado para la sintonización de las constantes de la regulación, mejora notablemente el desempeño de tus equipos y disminuirá el consumo energético, todo esto sin perder la calidad de tus procesos productivos.

Ya que conoces la importancia de automatizar tu industria y un controlador que puede beneficiar el día a día productivo, cuéntanos, ¿implementas algún proceso de automatización? ¿ya habías escuchado del controlador PID?