Dominar el Control PID: Uniendo Teoría y Práctica

Los libros de texto son geniales para construir conceptos, y probablemente le bombardeen con información que cree suficiente para triunfar en el mundo práctico. La verdad se revela el día que se gradúa y consigue trabajo en campo. Varios graduados se sorprenden por el nivel de diferencias entre lo que ocurre en campo y lo enseñado en aula.

En sistemas de control PID, el efecto se amplifica por las inexactitudes que deben considerarse en el mundo real. ¿Cómo recorrer la curva de aprendizaje PID y salir experto? Haciendo pruebas en campo y optimizando controles PID.

Términos a Conocer

Considere una planta química con área de producción de etileno, donde el operador lucha por mantener un tanque químico de 500 gal, parte del proceso de línea química.

Lo primero es ver la señal de setpoint: en este caso, una señal 0-10 VCC de un potenciómetro, reflejando nivel químico requerido. Luego, la señal de realimentación: generada por dispositivo como transductor de nivel líquido que da 4-20 mA según nivel. Por último, el controlador PID real.

Los controladores hoy se alojan en módulos autónomos, configurados para recibir señales de setpoint y realimentación, realizando cálculos aritméticos PID. Módulos PID independientes también están disponibles, pero si surge necesidad, controles PID están disponibles en VFD y PLC también.

Pruebas

Buena forma de diagnosticar el sistema es verificar límites inferior/superior del sensor. Ej.: sensor de nivel líquido en ejemplo anterior, ver si da 4 mA y 20 mA en niveles bajo y alto. Luego, señal de setpoint: ajustando perilla (potenciómetro) de min a max. Señal medida con multímetro y valores verificados. Si va bien, revise válvula: si abre/cierra con controlador independiente, problema se reduce al módulo PID.

Hay varios tipos de módulos PID. Para este artículo, consideremos uno con tres selectores:

• Uno para ganancia proporcional
• Uno para tiempo integral
• Uno para tiempo derivativo

Configurar selectores en nuevo módulo con configuraciones idénticas puede funcionar, pero ir un paso más allá sería mejor a largo plazo.

Optimización PID

Ajustando ganancia proporcional, integral y derivativa, se logra optimización, mejorando todo el proceso. Algunas reglas de oro para hacer el controlador PID más eficiente:

• Cambiar los tres controles a la vez causa desorientación. Trabaje en un ajuste a la vez.
• La ganancia proporcional controla la velocidad con que el proceso alcanza el setpoint. Si alta, setpoint se alcanza rápido pero riesgo de sobrepasos y oscilaciones drásticas aumenta. Si muy baja, elimina sobrepasos pero aumenta tiempo total.
• La mejor forma: empezar con tiempo integral, derivativo y ganancia proporcional en cero, luego aumentar ganancia proporcional en pequeñas cantidades hasta oscilaciones mínimas.
• El tiempo integral actúa como eliminador de error, reduciendo tiempo de oscilación y eliminando offset. Ajuste inadecuado puede causar aumento brusco de sobrepaso y oscilaciones. Acérquese similar a ganancia proporcional: aumente constantemente hasta neutralizar oscilaciones y offset.
• El tiempo derivativo actúa como freno del bucle, no requerido en aplicaciones donde sobrepaso es insignificante. Puede eliminar sobrepasos pero reducir capacidad de respuesta. Aumente lentamente hasta respuesta óptima.

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