Sistemas de control en la instrumentación industrial

El Proceso de Control Manual en Instrumentación

En el campo de la instrumentación industrial, el control manual implica la intervención directa de un operador para regular variables críticas del proceso, como la temperatura. Por ejemplo, en un intercambiador de calor, el operador ajusta la válvula de vapor de forma manual para mantener el agua a la temperatura requerida, basándose en lecturas de temperatura o en la observación directa. Este método presenta desafíos inherentes, como la inercia del sistema y el tiempo de respuesta, que pueden llevar a una serie de ajustes sucesivos por parte del operador hasta lograr la estabilidad térmica. Estas acciones forman un "bucle de control" o "loop control", que es fundamental para mantener el proceso dentro de los parámetros deseados.

Métodos de Corrección en el Control Manual

Para ajustar la válvula de vapor en un sistema de control manual, el operador puede aplicar distintas estrategias. Estas pueden incluir la apertura o cierre completo e inmediato de la válvula, ajustes graduales a una velocidad constante, cambios en el grado de apertura basados en la tasa de cambio de la temperatura, o la apertura de la válvula un número específico de vueltas en respuesta a una desviación de temperatura determinada. La selección de la técnica o la combinación de técnicas depende de las características dinámicas del proceso y de la experiencia y habilidad del operador para responder a las condiciones cambiantes.

Sistemas de Control en la Industria

La industria moderna utiliza una variedad de sistemas de control para automatizar y optimizar la regulación de procesos. Estos sistemas varían desde el control de dos posiciones on-off (todo-nada), hasta controles más sofisticados como el proporcional, proporcional más integral (PI), proporcional más derivativo (PD) y proporcional integral derivativo (PID). La elección de un sistema de control depende de la dinámica del proceso, la precisión requerida y la capacidad de respuesta necesaria para mantener las variables dentro de los límites establecidos.

Control Todo-Nada (On-Off)

El control todo-nada es un método de control binario donde el actuador alterna entre dos estados extremos en respuesta a la variable controlada. Este tipo de control es adecuado para procesos con dinámicas lentas y mínima variación temporal. Se caracteriza por su simplicidad y eficacia, ajustando la entrada y salida de energía ligeramente por encima o por debajo de lo normalmente necesario. La configuración de este sistema se realiza estableciendo un punto de consigna y una banda diferencial, que determina cuándo se activa o desactiva el actuador.

Control Proporcional

El control proporcional ajusta la salida del controlador en proporción directa al error medido, que es la diferencia entre el valor deseado y el valor real de la variable controlada. Aunque es un sistema intuitivo y relativamente sencillo de calibrar, puede no ser completamente efectivo por sí solo, ya que tiende a dejar un error residual en estado estable. Para mejorar la precisión y estabilidad del sistema, a menudo se combina con otros modos de control.

Control Proporcional Integral (PI)

El control proporcional integral (PI) mejora el control proporcional al añadir un término integral al error, lo que ayuda a eliminar el error en estado estable. La salida del controlador PI se ajusta mediante un coeficiente proporcional y un tiempo integral, lo que mejora la respuesta del sistema a lo largo del tiempo y asegura que se alcance el valor deseado sin desviaciones permanentes.

Control Proporcional Derivativo (PD)

El control proporcional derivativo (PD) incorpora un término derivativo al error, lo que proporciona una respuesta anticipada a los cambios en la variable controlada, mejorando así la respuesta transitoria del sistema. Este tipo de control es particularmente útil en procesos que requieren una reacción rápida a las perturbaciones. Se ajusta mediante un coeficiente proporcional y un tiempo derivativo, permitiendo una acción de control más dinámica y efectiva frente a las variaciones rápidas.

Control Proporcional Integral Derivativo (PID)

El control proporcional integral derivativo (PID) combina las ventajas de los controles PI y PD, ofreciendo una salida del controlador que es proporcional al error, a la integral del tiempo del error y a la derivada del error. Este es el tipo de control más versátil y efectivo, proporcionando una regulación precisa y estable de la variable controlada. La configuración del PID implica el ajuste de tres parámetros: el coeficiente proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, lo que permite una respuesta óptima del sistema tanto en condiciones transitorias como en estado estable.