Programa de la Asignatura: CONTROL E INSTRUMENTACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS.
4º Curso de Ingeniería Química, año 1999-00
Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Profesor: Cesar de Prada
Objetivos:
Con esta asignatura se pretende que el alumno adquiera unos conocimientos básicos de Regulación Automática que le permitan entender, analizar y diseñar sistemas de control automático de la industria de procesos. Se pretender combinar los fundamentos teóricos con un componente significativo de aplicación práctica.
Lección 1.1 Introducción a los Sistemas de control.
Sistemas dinámicos. Control de procesos. Operación en lazo abierto. Señales y sistemas continuos y discretos. Regulación automática: Realimentación. Elementos constitutivos de un lazo de regulación. Secuenciamiento y operaciones lógicas.
Lección 1.2 Regulación automática y programadores lógicos
Reguladores todo/nada. Regulador proporcional. Ejemplos de regulación de procesos. Comportamiento dinámico cualitativo de un lazo de control. Componentes de un regulador PID. Estudio de las acciones proporcional, integral y derivativa. Sintonía empírica elemental. Autómatas programables: Funciones, arquitectura y programación.
Lección 1.3 Transmisores y sistemas de medida
Introducción. Elementos de un sistema de medida industrial. Acondicionamiento de señales. Transmisores. Características. Medidas de proceso mas comunes.
Lección 1.4 Actuadores
Válvulas de regulación. Tipos de válvulas. Características estáticas y dinámicas. Formulas de cálculo. Cavitación. Bombas y Compresores. Otros actuadores.
2. Modelos Dinámicos Lineales en Tiempo Continuo.
Lección 2.1 Modelos dinámicos
Modelos matemáticos de procesos. Metodología de modelado basado en principios físicos. Ejemplos. Simulación de sistemas. Modelos lineales y no-lineales. Modelos linealizados. Formulación en variables de estado.
Lección 2.2 Función de transferencia.
Uso de la Transformada de Laplace con modelos dinámicos. Función de transferencia. Entradas normalizadas. Polos y ceros. Nociones elementales de estabilidad.
Lección 2.3 Respuesta temporal
Respuesta temporal de sistemas de primer y segundo orden. Parámetros característicos. Relación de la respuesta temporal y las posiciones de los polos. Introducción a la identificación de sistemas.
Lección 2.4 Diagramas de bloques.
Sistemas realimentados. Diagramas de bloques. Función de transferencia en lazo cerrado. Respuesta temporal de sistemas realimentados. Reducción de diagramas.
3. Análisis de Sistemas Lineales en Tiempo Continuo.
Lección 3.1 Análisis de sistemas realimentados.
Respuesta temporal de sistemas realimentados de bajo orden con control proporcional. Lugar de las raíces. Análisis de estabilidad y respuesta dinámica. Criterio de Routh.
Lección 3.2 Análisis de la respuesta en régimen permanente.
Introducción. Errores estáticos. Relación de los errores estacionarios con la ganancia, polos y ceros de la función de transferencia.
Lección 3.3 Respuesta en frecuencia.
Concepto de respuesta en frecuencia. Diagrama de Bode. Diagrama polar. Análisis de estabilidad en el dominio de la frecuencia: Criterio de Nyquist. Estabilidad relativa.
4. Diseño de Sistemas de Control.
Lección 4.1 Introducción al diseño de sistemas de control.
Metodología de diseño. Especificaciones de diseño. Selección del tipo de regulador. Criterios de sintonía de reguladores.
Lección 4.2 Sintonia de reguladores PID.
Reglas empíricas de sintonía. Método de sintonía de Ziegler-Nichols en lazo cerrado y lazo abierto. Métodos basados en optimización de índices. Técnicas analíticas de compensación con especificaciones de márgenes de estabilidad. Diseño robusto. Métodos de sintonía automática.
Lección 4.3 Reguladores PID industriales.
Tecnologías. Reguladores digitales. Problemas prácticos de operación: "wind up" y transferencias automático/ manual.
Lección 4.4 Lazos de control mas usuales.
Sistemas de control de caudal. Regulación de nivel. Regulación de temperatura. Regulación de presión. Regulación de concentración.
Lección 4.5 Introducción al diseño de estructuras de Control
Características y diseño de los procesos reales. Metodología de diseño. Control en Cascada. Control Feedforward. Diseño de redes Feedforward. Control Ratio. Control Selectivo. Control Override. Control Inferencial. Control "Split-Range".Ejemplos de procesos.
Lección 4.7 Sistemas con interacción.
Sistemas multivariables. Control de sistemas con interacción utilizando lazos simples. Medida de la interacción. Matriz de ganancias relativas de Bristol. Desacoplo.
PRÁCTICAS
Las practicas tienen como objetivo ilustrar la teoría y permitir al alumno aplicarla utilizando herramientas y sistemas reales. Constituyen una parte importante de la signatura a la que se dedican dos horas semanales. Parte de las prácticas se realizarán en simulación, utilizando ordenadores personales (PC) del Aula de Informática con lenguajes de diseño y simulación standard (Matlab, Picles). También se utilizarán sistemas del Laboratorio de Ingeniería de Sistemas y Automática para que el alumno pueda familiarizarse con la instrumentación, y procesos reales. Por grupos se realizarán prácticas de:
1. Herramientas de simulación de sistemas (Picles) y cálculo científico (Matlab)
2. Instrumentación y reguladores PID
3. Identificación de procesos.
4. Análisis de sistemas dinámicos
5. Diseño e implementación de sistemas de control .
Los alumnos deberán entregar un informe sobre cada una de las prácticas que han realizado, el cual será tenido en cuenta en la valoración final.
VISITAS
Está prevista una visita a una instalación industrial
BIBLIOGRAFIA.
"Principles and practice of Automatic process control",Smith,Corripio, John Wiley, 1997
Chemical process control, Stephanopoulos, Prentice Hall ,1984
Ingenieria de control moderna, Ogata, Prentice Hall Inter. , 1970
Process Control Systems, Shinskey, McGraw Hill, 1988
Process modeling, simulation and control for chemical eng., Luyben, McGraw Hill, 1990
Control e Instrumentación de procesos químicos, Ollero, Fdez.-Camacho, Edt. Sintesis, 1997
Automatic Tunning of PID Regulators, Astrom, Hagglund, ISA, 1995
Tuning of industrial control systems, A. B. Corripio., ISA, 1990
Manual de instrumentación y control de Procesos, Edt. Alción, 1998
Essentials of process control,W.L. Luyben, M.L. Luyben, Mc Graw-Hill, 1997
EVALUACION
Se realizará un examen con dos partes: una de problemas y otra de teoría y cuestiones.