Dependiendo de la acción de la válvula, un incremento en la medida puede requerir incrementos o disminuciones del valor de salida para el control. Todos los controladores pueden ser conmutados entre acción directa o reversa. La acción directa significa que cuando el controlador ve un incremento de señal desde el transmisor, su salida se incrementa. La acción reversa significa que un incremento en las señales de medición hace que la señal de salida disminuya.
Para determinar cuál de estas salidas es la correcta, un análisis debe ser llevado a cabo en el lazo. El primer paso es determinar la acción de la válvula. Por ejemplo cuando el proceso es un intercambiador de calor por razones de seguridad la válvula debe cerrar si existe un fallo en el suministro de aire de la planta. Por lo tanto, esta válvula deber ser normalmente abierta con aire, o normalmente cerrada sin aire. Segundo, considere el efecto de un cambio en la medición. Para incrementar la temperatura el caudal de vapor hacia el intercambiador de calor debería ser reducido, por lo tanto, la válvula deberá cerrarse.
Para cerrarse ésta válvula, la señal del controlador automático hacia la válvula debe disminuir, por lo tanto el controlador requiere acción de disminución/incremento reversa. Si se eligiera la acción directa el incremento de señales desde el transmisor daría como resultado en un aumento del caudal de vapor, haciendo que la temperatura se incremente aún más. El resultado sería un descontrol en la temperatura, lo mismo ocurriría en cualquier disminución de temperatura causando una caída de la misma.
Una selección incorrecta de la acción del controlador siempre resulta en un lazo de control inestable tan pronto como el mismo es puesto en modo automático. Asumiendo que la acción correcta sea seleccionada en el controlador, ¿cómo sabe el dispositivo cuando la salida correcta ha sido alcanzada? , en el caso de control de nivel en un tanque, para mantener el nivel constante, el controlador debe manipular el ingreso de caudal igual al de salida, según se demande . El controlador lleva a cabo su trabajo manteniendo éste balance en un estado permanente, y actuando para restaurar este balance entre el suministro y la demanda cuando el mismo es modificado por alguna variación.
Cualquiera de los siguientes tres eventos podría ocurrir requiriendo un caudal diferente para mantener el nivel en el tanque. Primero, si la posición de la válvula manual de salida fuera abierta ligeramente, entonces un caudal mayor saldría del tanque, haciendo que el nivel caiga. Este es un cambio bajo demanda, y para restaurar el balance, la válvula de entrada de caudal debe ser abierta para proveer un mayor ingreso de líquido.
Un segundo tipo de condición de desbalance sería un cambio en el valor de consigna. El tercer tipo de variación sería un cambio en el suministro, si la presión de salida de la bomba se incrementara, aún si la válvula de entrada se mantuviera en su posición, el incremento de presión causaría un mayor caudal, haciendo que el nivel comience a elevarse. Al medir el incremento, el controlador de nivel debería cerrar la válvula en la entrada para mantener el nivel a un valor constante.
De igual manera, cualquier controlador usado en el intercambiador de calor, debería balancear el suministro de calor agregado por el vapor con el calor arrastrado por el agua. La temperatura sólo se puede mantener constante si el caudal de calor entrante iguala al calor que sale.
El controlador automático usa cambios en la posición del actuador final para controlar la señal de medición, moviendo el actuador para oponerse a cualquier cambio que observe en la señal de medición. La controlabilidad de cualquier proceso es función de lo bien que una señal de medición responde a éstos cambios en la salida del controlador; para un buen control la medición debería comenzar a responde en forma rápida, pero luego no cambiar rápidamente.
Debido al tremendo número de aplicaciones del control automático, caracterizando un proceso por lo que hace, o por industria, es una tarea engorrosa. Sin embargo, todos los procesos pueden ser descriptos por una relación entre las entradas y las salidas. La figura siguiente ilustra la respuesta de la temperatura del intercambiador de calor cuando la válvula es abierta incrementando manualmente la señal de salida del controlador.
Al comienzo, no hay una respuesta inmediata en la indicación de temperatura, luego la respuesta comienza a cambiar, se eleva rápidamente al inicio, y se aproxima a la fina a un nivel constante. El proceso puede ser caracterizado por dos elementos de su respuesta, el primero es el tiempo muerto (dead time en Inglés), o sea el tiempo antes de que la medición comience a responder, en éste ejemplo, el tiempo muerto se eleva debido a que el calor en el vapor debe ser conducido hasta el agua antes de que pueda afecta a la temperatura, y luego hacia el transmisor antes de que el cambio pueda ser percibido.
El tiempo muerto es una función de las dimensiones físicas de un proceso y cosas tales como las velocidades de correas y regímenes de mezcla. Segundo, la capacidad de un proceso es el material o energía que debe ingresar o abandonar el proceso para cambiar las mediciones, es, por ejemplo, los litros necesarios para cambiar el nivel, las calorías necesarias para cambiar la temperatura, o los metros cúbicos de gas necesarios para cambiar la presión.
La medición de una capacidad es su respuesta para un paso de entrada. Específicamente, el tamaño de una capacidad es medida por una constante de tiempo, que es definido como el tiempo necesario para completar el 63% de su respuesta total. La constante de tiempo es una función del tamaño del proceso y del régimen de transferencia de material o energía .Para este ejemplo, cuanto mas grande sea el tanque, y menor el caudal de vapor, mayor será la constante de tiempo. Estos números pueden ser de tan sólo algunos segundos, y tan largos como varias horas.
Combinados con el tiempo muerto, los mismos definen cuanto tiempo lleva para que la señal responda a cambios en la posición de la válvula. Un proceso puede comenzar a responder rápidamente, pero no cambiar muy rápido si su tiempo muerto es pequeño y su capacidad muy grande. En resumen, cuanto mayor sea la constante de tiempo de la capacidad comparada con el tiempo muerto, mejor será la controlabilidad del proceso.
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