Lazo de regulación y elementos finales de control
Lazo de regulación
Un
ejemplo sencillo de un lazo de regulación es la
regulación
de la temperatura ambiente mediante una calefacción. La
temperatura ambiente se mide con un sensor y se transmite a un regulador. Este
compara la temperatura ambiente actual con una consigna y calcula un valor de
salida (variable manipulada) para controlar la calefacción.
Un regulador PID ajustado correctamente alcanza la consigna lo más rápido posible y luego la mantiene constante. Tras un cambio del valor de salida el valor real suele cambiar de forma retardada. Este comportamiento debe compensarse con el regulador.
Elementos finales de control
El
elemento final de control es un componente del lazo de regulación
y se ve influenciado por el regulador. De esta manera se modifica un flujo másico
o energético.
Regulación PID
Los
elementos finales de control se diferencian del modo siguiente:
· Elementos finales de control proporcionales con
señal de posicionamiento constante. Los
ángulos de apertura, ángulos de rotación o posiciones se adoptan
proporcionalmente al valor de salida. Dentro del rango de ajuste el valor de
salida incide en el proceso de manera análoga. A los elementos finales de
control de este grupo pertenecen los accionamientos neumáticos cargados por
resorte, así como los accionamientos motorizados con realimentación de posición
en los que se conforma un lazo de regulación de posicionamiento.
·
Elementos finales de control proporcionales
mediante señal con modulación de ancho de impulsos. En estos
elementos finales de control (actuadores) se emite un impulso con una
frecuencia equivalente al tiempo de muestreo y cuya longitud es proporcional al
valor de salida. El elemento final de control, p. ej. una resistencia
calefactora o un grupo frigorífico, se conecta de forma sincronizada con el
ciclo por un tiempo variable en función del valor de salida.
·
Elementos finales de control de acción integral
con señal de salida de tres puntos. Frecuentemente
los elementos finales de control se accionan con motores cuya duración de conexión
es proporcional al trayecto de ajuste del órgano de regulación. A este grupo pertenecen
p. ej. válvulas, compuertas y correderas. A pesar de que su diseño varía considerablemente,
estos elementos finales de control se asemejan en cuanto a que tienen el efecto
de una acción I en la entrada del sistema regulado. El valor de salida es
generado por un regulador paso a paso.
Sistemas regulados
Las
propiedades de un sistema regulado están definidas por aspectos tecnológicos y
mecánicos que dejan un margen de influencia muy reducido. Para que la
regulación arroje buenos resultados es imprescindible elegir un tipo de
regulador apropiado, que pueda ser adaptado óptimamente a la rapidez de
respuesta del sistema regulado. Por lo tanto, es esencial conocer a fondo los
datos característicos y el tipo del sistema regulado para poder configurar la
acción P, I y D del regulador.
Tipos de sistema regulado
Los sistemas
regulados se clasifican en función de su rapidez de respuesta a cambios bruscos
del valor de salida.
Se
distinguen los siguientes sistemas regulados:
- Sistemas regulados con compensación: Sistemas regulados tipo P: Sistemas regulados tipo PT1, Sistemas regulados tipo PT2
- Sistemas regulados sin compensación
- Sistemas regulados con y sin tiempo muerto
Regulador de impulsos
Regulador de dos puntos sin realimentación
Los
reguladores de dos puntos tienen como función de conmutación el estado
"ON" y "OFF". Esto corresponde al 100 % o bien al 0 % de la
potencia. Este comportamiento origina una oscilación continua del valor real x
en torno a la consigna w.
La amplitud
y la duración de periodo de la oscilación aumentan con la relación existente
entre el tiempo de retardo Tu y el tiempo de compensación Tg
presente en el sistema regulado. Estos reguladores se utilizan principalmente
en regulaciones de temperatura simples (p. ej. hornos eléctricos de calefacción
directa) o como señalizadores de límite.
Regulador de dos puntos con realimentación
El
comportamiento de los reguladores de dos puntos en sistemas regulados que
presentan grandes tiempos de retardo (p. ej. hornos en los que la capacidad
útil está separada de la calefacción) se puede mejorar con realimentaciones
electrónicas.
Con la
realimentación se eleva la frecuencia de conmutación del regulador, con lo que
se reduce la amplitud del valor real. Además, se pueden mejorar
considerablemente los resultados de la regulación en el funcionamiento dinámico.
El límite de la frecuencia de conmutación está definido por la etapa de salida.
La frecuencia de conmutación de elementos finales de control mecánicos como
relés y contactores no debe ser mayor de 1 a 5 conmutaciones por minuto. Para
las salidas de corriente y tensión binarias con tiristores o triacs postconectados
se pueden elegir altas frecuencias de conmutación ubicadas muy por encima de la
frecuencia de corte del sistema regulado.
Dado que los
impulsos de conmutación en la salida del sistema regulado ya no se pueden
determinar, se obtienen resultados comparables a los de los reguladores
continuos.
El valor de
salida se genera por modulación del ancho de impulsos del valor de salida de un
regulador continuo.
Los
reguladores de dos puntos con realimentación se utilizan para regular la
temperatura en hornos, máquinas para procesar plástico, textiles, papel, goma y
alimentos, así como en enfriadores y calefactores.
Regulador de tres puntos
Los
reguladores de tres puntos se utilizan en calefacción/refrigeración. Estos
reguladores tienen dos puntos de conmutación como salida. Los resultados de la
regulación se optimizan con estructuras de realimentación electrónicas. Los
campos de aplicación de estos reguladores son las cámaras térmicas,
frigoríficas y climatizadas, así como el precalentamiento de herramientas de
máquinas transformadoras de plástico.
Respuesta de regulación y a perturbaciones
Respuesta de regulación
El valor
real debe seguir un cambio de la consigna lo más rápido posible. La respuesta
de regulación mejora cuanto más corto sea el tiempo necesario para alcanzar la
nueva consigna y menor la fluctuación del valor real.
Respuesta a perturbaciones
La consigna
se ve afectada por magnitudes perturbadoras. El regulador debe eliminar lo más
rápido posible el error de regulación resultante. La respuesta a perturbaciones
mejora cuanto más corto sea el tiempo necesario para alcanzar la nueva consigna
y menor la fluctuación del valor real.
Bibliografía:
SIMATIC STEP 7 Basic V12.0
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