¿Siguen siendo suficientes los PID tradicionales?
A medida que la tecnología computacional ha avanzado, se ha puesto en duda el papel del siempre fiable controlador de derivación integral proporcional (PID). Los procesos han avanzado y se han vuelto más exigentes, lo que conduce a la adopción de soluciones emergentes.
Si bien estos avances continuarán desarrollándose y las nuevas características conducirán a una mayor eficiencia, los controladores PID aún tienen un lugar en las aplicaciones industriales. Para soluciones de control simples, los controladores PID pueden ser una solución efectiva y económica.
¿Qué son los controladores PID?
Los controladores PID ejecutan cálculos constantes para determinar un valor de error y la diferencia entre el punto de ajuste deseado y una variable de proceso. El controlador PID determina el curso correctivo en función de los – términos – PID proporcionales, integrales y derivados. Estos dispositivos a veces se conocen como controladores de tres plazos.
Un ejemplo común de un controlador PID es el control de crucero en un vehículo. El controlador selecciona la velocidad que desea mantener, que es el punto de ajuste deseado. La entrada es la velocidad del coche y la salida es el acelerador. A medida que el vehículo sube una colina y pierde velocidad, el controlador PID calcula el estado actual para determinar qué se necesita para mantener el punto de ajuste. El coche se acelera a medida que se suministra más combustible al motor. A medida que el vehículo desciende por la colina, el controlador PID reduce el flujo de combustible para reducir la velocidad hasta el punto de ajuste.
La tecnología PID moderna ha existido durante casi 100 años. El ingeniero ruso-estadounidense Nicolas Minorsky desarrolló la ley de control formal, ahora conocida como PID, en 1922. Fue una solución popular durante muchos años porque un controlador PID se puede implementar con circuitos analógicos. En la década de 1980, a medida que aumentaban las capacidades computacionales, PID era una solución muy popular porque no necesitaba muchos recursos para funcionar correctamente.
Si su aplicación requiere mantener la temperatura o la presión, es probable que un bucle PID sea una solución adecuada. Sin embargo, el controlador PID puede no ser adecuado para las etapas de arranque y apagado del proceso. Comprender el alcance completo del sistema es crucial para saber si un controlador PID es adecuado para su configuración.
La solución adecuada en algunas situaciones
Hay ventajas y desventajas para todo, incluidos los controladores PID. Los casos de uso de los controladores PID son circunstanciales. Considere una minivan y un auto deportivo. Ambos vehículos transportarán personas, pero el coche deportivo no ayudará a una familia de siete. Del mismo modo, los controladores PID no se adaptan a todas las situaciones, pero siguen teniendo lugar en varias situaciones.
Si su aplicación requiere mantener la temperatura o la presión, es probable que un bucle PID sea una solución adecuada. Sin embargo, el controlador PID puede no ser adecuado para las etapas de arranque y apagado del proceso. Comprender el alcance completo del sistema es crucial para saber si un controlador PID es adecuado para su configuración.
Tecnologías emergentes para sistemas modernos
Los controladores PID tienen un seguimiento leal por una variedad de razones. En primer lugar, PID es relativamente fácil de entender y, para muchas aplicaciones, es eficaz. Los humanos se sienten cómodos al comprender lo que están usando en un proceso costoso, y a menudo esto es suficiente para seguir usando esas soluciones confiables.
Sin embargo, los avances en controladores pueden crear eficiencias en un proceso. Pueden ahorrar tiempo al reducir el tiempo improductivo, lo que aumenta la producción y reduce el consumo de combustible, lo que ahorra dinero o cualquier cantidad de beneficios.
Piense en un horno que se usa para hacer pizza. Ese horno debe estar a 400 grados Fahrenheit para cocinar una pizza en 10 minutos. Si un cocinero local comprueba la pizza demasiado pronto, se pierde calor y se tarda uno o dos minutos más en cocinar la pizza. Esos uno o dos minutos realmente no tienen un impacto en el día’del cocinero en casa. Sin embargo, si ese cocinero casero hace 50 pizzas y cada pizza lleva dos minutos más, se añaden casi dos horas al proyecto.
Aunque este ejemplo no es una situación industrial, ilustra cómo las mejoras tecnológicas pueden reducir el número de horas-persona necesarias para completar una tarea y reducir la cantidad de combustible necesario para producir un artículo. Las tecnologías emergentes están diseñadas para devolver la configuración al punto de ajuste ideal más rápido, a la vez que minimizan el exceso del punto de ajuste. En última instancia, incluso con mejoras marginales en la eficiencia de un proceso, las empresas pueden ahorrar tiempo y dinero.
En algunos casos, el uso de complementos o múltiples PID logra nuevos resultados. Por ejemplo:
Controladores de avance: un complemento a un controlador PID, un controlador de avance ayuda al PID a alcanzar el punto de ajuste de manera más rápida y confiable. Si bien la implementación de un controlador de avance requiere más tiempo y dinero, los beneficios incluyen una mayor precisión, un menor uso de energía, menores costos de mantenimiento y menos desgaste.
Controlador predictivo de modelo (MPC): este controlador coordina las entradas y salidas al sistema para tomar decisiones de control altamente eficaces. Además, los MPC tienen un horizonte de predicción, en el que anticipa lo que sucederá dentro del sistema en función de las entradas. Mientras que los controladores PID tradicionales son soluciones de tamaño único, un MPC se adapta al sistema en el que opera.
Controlador en cascada: en esta situación, un controlador PID aplica cálculos para un punto de ajuste. La salida es un punto de ajuste variable a otro bucle de control PID.
Controlador de anulación: Esta solución incluye dos controladores PID que calculan variables de proceso separadas y un interruptor para seleccionar la salida del controlador. El switch determina qué controlador PID seguir en función de una condición establecida, como la salida más pequeña o más grande.
Como puede ver, puede emparejar PID de diferentes formas para lograr diferentes resultados. Aunque estas configuraciones son un poco más complejas que un solo PID, con avances tecnológicos y desarrollo de aplicaciones informáticas, estas soluciones pueden conducir a mejoras marginales que dan a su empresa una ventaja sobre la competencia.
Preguntas a hacer al considerar los controladores PID
A la hora de considerar un controlador PID para su sistema, aquí tiene un par de preguntas que debe hacerse.
¿Mi proceso es innatamente estable?
¿Se trata de un sistema de primer orden o de segundo orden? Si el sistema tiene dos elementos que compiten entre sí, es un sistema de segundo orden y es probable que un controlador PID no sea la solución correcta. Por ejemplo, un proceso que incluye un calentador y una enfriadora chocaría, y el controlador PID no sería efectivo. También podría destruir el sistema. Un sistema de primer orden tendría un proceso: un calentador que se calienta cuando se enciende y se enfría de forma natural cuando se apaga.
¿Qué es el proceso y crea consideraciones adicionales?
Considere un sistema de calefacción en el que se mezclen dos productos químicos. En esta aplicación, los productos químicos deben estar a una temperatura particular para mezclarse correctamente. Sin embargo, cuando estos dos productos químicos se combinan, se produce una reacción exotérmica, que genera energía. Un controlador PID tradicional no sería efectivo en esta situación porque no sería capaz de ajustarse al calor adicional.
Watlow® puede ayudarle a evaluar y seleccionar controladores para su sistema
Si está evaluando controladores en su sistema, comprende el proceso del sistema. Es igualmente importante saber cómo va a responder el controlador en la aplicación. ¿Lo necesita para reaccionar o responder? ¿Necesita un controlador para proporcionar una predicción? ¿Necesita aviso antes de que surja un problema dentro del sistema?
En Watlow ®, nuestros expertos le guiarán a través de estas preguntas y más para ayudarle a optimizar su solución y lograr los objetivos deseados. Al trabajar con un representante de Watlow, puede centrarse en su proceso mientras nos centramos en los aspectos térmicos. Póngase en contacto con un experto de Watlow hoy mismo para comenzar a evaluar y seleccionar la solución adecuada para su sistema.