Un lazo de control es un tipo de arreglo de los elementos que forman parte de un sistema de control, y que permiten mantener las condiciones deseadas de un proceso químico, de una maquinaria o de un sistema a estudiar. Esta definición coloca al lazo de control como parte fundamental de cualquier sistema de control automático de procesos, ya que permite mantener condiciones y cantidades variables de proceso controladas, valiéndose del equipo adecuado (válvulas de control, medidores de flujo, medidores de presión, medidores de nivel, PLC´s, data center, etc).
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| Lazo de control en planta industrial. Imagen de controlstation |
En este artículo definiremos a los lazos de control y sus principales componentes, para de esta manera, tener una base sólida cuando se estudien los lazos de control a nivel industrial, o cuando se diseñen estrategias de control automático de procesos.
Tabla de contenidos
¿Qué es un lazo de control?
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| Diagrama de bloque de un lazo de control. Imagen de instrumentationtoolbox |
Un lazo de control es un sistema que suele ser aplicado industrialmente para mantener las variables de un proceso (PV) en un valor deseado o punto de ajuste (SP).
Cabe destacar, que los lazos de control son de gran importancia ya que permiten mantener estabilizado un sistema, dando al ingeniero la facilidad de producir de forma consistente el resultado deseado de un proceso industrial. Un ejemplo sencillo de lazo de control, sería el lazo de control de temperatura. Este tipo de lazo de control es uno de los más comunes en los sistemas automáticos de control ya que permiten mantener controlada la temperatura de un equipo, área o zona, ya sea a nivel industrial o doméstico.
Configuración de un lazo de control
En términos generales, un lazo de control puede ser configurado de la siguiente manera (puede variar según la complejidad del lazo):
- Establecimiento del proceso a controlar: Se trata de establecer el valor deseado de la variable a controlar (SP).
- Medición de la variable del proceso (PV): Las variables son medidas mediante sensores, que pueden ser indicadores de nivel, termopares, indicadores de presión, etc, dependerá de la variable a medir.
- Transmisión de medidas: Las mediciones tomadas por los sensores son enviadas al controlador o unidad de control, iniciando el proceso para mantener la variable dentro del valor deseado.
- Ejecución de control: Es realizada por el elemento final de control, que toma los valores manipulados por el controlador y manipula directamente la variable a controlar mediante apertura o cierre de válvulas, encendido o apagado de interruptores, etc.
Todos los lazos de control están conformados por una serie coordinada de elementos necesarios para lograr el objetivo deseado: Mantener controlada una variable del sistema. Los lazos de control están disponibles en distintas configuraciones, las cuales, varían según el tipo de industria y las especificaciones de uso. Sin embargo, todos los lazos de control cuentan con un principio de diseño similar.
Componentes principales de un lazo de control
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| Componentes de un lazo de control |
Un lazo de control es fundamentalmente un bucle de retroalimentación, ya que incluye la detección de errores y la aplicación de una corrección de retroalimentación. Esto puede lograrse enlazando varios componentes de hardware en un circuito, por lo tanto, un lazo de control es una secuencia de fabricación o un sistema que implica el control sobre una o varias variables involucradas en un proceso.
Es de vital importancia cerciorarse que todos los elementos del lazo de control se encuentren conectados en el orden correcto en todo momento, ya que cualquier alteración en el sistema provocaría la interrupción del proceso de control automático.
Los elementos que forman parte de un lazo de control son los siguientes:
- Sensores y transductores
- Controladores
- Elementos finales de control y actuadores
- Proceso
Descripción de los componentes de un lazo de control
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| Ejemplo de un lazo de control de temperatura. Imagen de instrumentationtoolbox |
A continuación, describiremos cada uno de los componentes de un lazo de control:
Sensores y transductores
Son los dispositivos de medición iniciales de un lazo de control. Estos dispositivos convierten las variables medidas del proceso en señales analógicas o digitales que son leídas por el controlador, y que luego serán comparadas con el SP. Las mediciones suelen ser representadas en cargas eléctricas, tensión o presión neumática. Si la lectura del sensor se encuentra fuera de la banda de control del SP, el controlador abre o cierra el interruptor de alimentación hasta alcanzar el valor deseado de la variable a controlar.
Existe una gran variedad de sensores, los cuales, son seleccionados según el tipo de variable que se desea medir. Los sensores pueden ser medidores de temperatura, medidores de presión, indicadores de nivel, etc.
Los transductores son sensores avanzados que transforman los valores dados mediante el acondicionamiento de la señal. Los transmisores pueden colocarse para normalizar las señales que circulan por el lazo de control, en donde los parámetros se supervisan a distancia. Los transmisores son capaces de trabajar con señales de presión, caudal y temperatura.
Los valores medidos en un sistema de control automático son mostrados al personal operativo. Esto se logra mediante indicadores de medición, como manómetros o pantallas digitales en un panel de control, para que el personal esté al tanto de lo que sucede en el proceso.
Controladores
El controlador es el dispositivo del lazo de control que se encarga de interpretar las mediciones realizadas por los sensores y mediante esta interpretación determina la acción que se debe tomar para controlar el proceso, basándose en la comparación del valor medido con el SP (Punto de ajuste). Existen diferentes versiones de este tipo de dispositivo, incluyendo los controladores de presión, temperatura y potencia.
El controlador requiere tener una entrada de lectura de medidas de la variable controlada y una representación del SP expresado como un valor medido. Los controladores del tipo PID (Proporcional Integral Derivativo) son considerados como los controladores más eficaces y estables disponibles en el mercado.
Los controladores comienzan procesando los valores medidos mediante el uso de un componente denominado detector de errores. El detector de errores determina si el PV medido por los sensores se encuentra alineado con el SP o valor de referencia, o punto de ajuste. Luego, el controlador utiliza la señal de error para tomar la acción de control a ejecutar para mantener controlada la variable y alcance el SP. Es por ello, que se requiere que las señales de error sean transmitidas antes que se transmita la acción de control. Las acciones de control se evalúan mediante el procesamiento de señales neumáticas o electrónicas.
En la actualidad, los controladores inteligentes poseen la capacidad de manejar sistemas multivariables con operaciones intensivas, siendo las opciones más populares a nivel industrial, a pesar de ser más costosos que algunos controladores tradicionales. Sin embargo, en ciertas condiciones los controladores inteligentes no pueden ser utilizados y en esos casos se recurre a los tradicionales controladores neumáticos.
Elementos finales de control y actuadores
Los elementos finales de control son los que reciben la señal de acción de control del controlador y ejecutan una acción en el proceso que permite ajustar la variable en el parámetro deseado.
Los actuadores son los componentes más cruciales dentro del lazo de control, ya que tienen influencia directa en el proceso de control. Estos componentes indican el cambio mediante el procesamiento de las acciones de control evaluadas, lo que regula la transmisión de PV a SP.
Estos dispositivos suelen estar representados por un vástago de válvula o bobina de calentamiento, en la mayoría de los entornos industriales. Pueden instalarse elementos adicionales, como posicionadores de válvulas, para mejorar la velocidad de respuesta de los actuadores, como las válvulas de control. Los reposicionadores ayudan a reestablecer la posición exacta de la válvula según la señal de salida del controlador.
Proceso
Se trata del proceso sobre el cual va a actuar el lazo de control mediante la regulación de la variable seleccionada. Este proceso puede ser industrial, eléctrico, biológico, etc.
En un próximo artículo, estaremos hablando sobre la caracterización de procesos en los lazos de control.
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