Control de Temperatura, Equipos y Controlador PID

¿Cuáles son los diferentes tipos de equipos de control de temperatura, y cómo funcionan?

Hay tres tipos básicos de controladores: encendido-apagado, proporcional y PID. Dependiendo del sistema a regular, el operador podrá usar un tipo u otro para regular el proceso.

Regulación de encendido y apagado

Un controlador de encendido y apagado es la forma más sencilla de un dispositivo de control de temperatura. La salida del dispositivo está ya sea encendida o apagada, sin estado intermedio. Un controlador de encendido y apagado conmutará la salida sólo cuando la temperatura cruce el punto de ajuste. Para la regulación de calentamiento la salida está encendida cuando la temperatura está por debajo del punto de ajuste, y apagada por encima del punto de ajuste. Puesto que la temperatura cruza el punto de ajuste para cambiar el estado de la salida, la temperatura de proceso estará en un ciclo continuo e irá de debajo del punto de ajuste hacia arriba, y volverá a estar debajo. En casos en los que este ciclado ocurra rápidamente, y para evitar daños a contactores y válvulas, se agrega a la operaciones del controlador un diferencial de encendido-apagado, o "histéresis". Este diferencial requiere que la temperatura se aleje del punto de ajuste en una cierta cantidad antes de que la salida se encienda o se apague otra vez. El diferencial de encendido y apagado impide que la salida haga "alharaca" o haga conmutaciones rápidas y continuas si los ciclos por encima y debajo del punto de ajuste ocurren muy rápidamente. La regulación de encendido y apagado normalmente se usa cuando no es necesaria una regulación precisa, en sistemas que no pueden manejar que la energía se encienda y apague frecuentemente, en los que la masa del sistema es tan grande que las temperaturas cambian de manera extremadamente lenta, o para una alarma de temperatura. Un tipo especial de regulación de encendido y apagado que se usa para una alarma es un controlador de límite. Este controlador usa un relé con enclavamiento, que se debe restablecer manualmente, y se usa para apagar un proceso cuando se alcanza cierta temperatura.

Control Proporcional

Los controles proporcionales están diseñados para eliminar los ciclos relacionados con la regulación de encendido y apagado. Un controlador proporcional disminuye la potencia promedio que se suministra al calentador a medida que la temperatura se aproxima al punto de ajuste. Esto tiene el efecto de frenar el calentador de modo que no tenga un sobreimpulso más allá del punto de ajuste, sino que se aproximará al punto de ajuste y mantendrá una temperatura estable. Esta acción de proporcionamiento se puede lograr al encender y apagar la salida por intervalos cortos. Este "proporcionamiento de tiempo" varía la relación tiempo "encendido" a tiempo "apagado" para regular la temperatura. La acción de proporcionamiento ocurre dentro de una "banda de proporcionamiento# alrededor de la temperatura del punto de ajuste. Fuera de esta banda, el controlador funciona como una unidad de encendido y apagado, con la salida bien en completamente encendido (debajo de la banda) o completamente apagado (encima de la banda). Sin embargo, dentro de la banda, la salida se enciende y apaga en la relación de la diferencia de medida re la banda. En el punto de ajuste (el punto medio de la banda proporcional) la relación encendido:apagado de la salida es 1:1, es decir, que el tiempo encendido y el tiempo apagado son iguales. Si la temperatura está más alejada del punto de ajuste, los tiempos de encendido y apagado varían en proporción a la diferencia de temperatura. Si la temperatura está por debajo del punto de ajuste, la salida estará encendida más tiempo; si la temperatura es demasiado alta, la salida estará apagada más tiempo.

Control PID

El tercer tipo de controlador ofrece control proporcional con integral y derivada, o PID. Este controlador combina el control proporcional con dos ajustes adicionales, lo que ayuda a que la unidad compense automáticamente los cambios en el sistema. Estos justes, integral y derivada, se expresan en unidades de base de tiempo; también se les llama por sus recíprocos, RESTABLECER y TASA, respectivamente. Los términos proporcional, integral y derivada se deben ajustar o "afinar" individualmente a un sistema en particular usando prueba y error. Proporciona el control más preciso y estable de los tres tipos de controlador, y se usa mejor en sistemas que tienen una masa relativamente pequeña, los que reaccionan rápidamente a los cambios en la energía agregada al proceso. Se recomienda en sistemas en los que la carga cambia con frecuencia y se espera que el controlador compense automáticamente debido a los cambios frecuentes en punto de ajuste, la cantidad de energía disponible, o la masa a controlar. OMEGA ofrece numerosos controladores que se afinan automáticamente. Estos se conocen como controladores de afinación automática.

Tamaños estándar

Puesto que los controladores de temperatura en general están montado dentro de un tablero de instrumentos, el tablero se debe cortar para aceptar el controlador de temperatura. Para proporcionar intercambiabilidad entre controladores de temperatura, casi todos los controladores de temperatura están diseñados en tamaños DIN estándar. Los tamaños DIN más frecuentes de muestran a continuación.

Controlador de encendido y apagado
Los controladores de encendido y apagado son el tipo más sencillo de controlador con acción de regulación de encendido y apagado.

Controladores PID de afinación automática
Los controladores PID proporcionan un control muy estrecho pero el algoritmo PID exige afinación. Los controladores de afinación automática proporcionan esa función.

Controladores multibucle
Cada bucle de control normalmente consiste en una entrada y al menos una salida. OMEGA ofrece numerosos controladores multibucle que pueden manejar más de un solo bucle de control. El CN1507 de OMEGA puede manejar hasta 7 bucles de control.

Controladores de límite de seguridad
Un controlador de límite de seguridad es un controlador de encendido y apagado con una salida con enclavamiento. Cuando la salida cambia de estado requiere un restablecimiento manual para volver a cambiar. Los controladores de límite de seguridad se usan típicamente como controladores redundantes, para apagar un proceso cuando se alcanzan límites indeseables.

¿Qué es un controlador PID?

El controlador es una parte de todo el sistema de control, y se deberá analizar todo el sistema para seleccionar el controlador adecuado. Se deberán tener en mente los siguientes elementos al escoger un controlador:

1. Tipo de sensor de entrada (termopar, RTD) y rango de temperatura
2. Tipo de salida requerida (relé electromecánico, SSR o relé de estado sólido, salida analógica)
3. Algoritmo de regulación necesario (encendido y apagado, proporcional, PID)
4. Número y tipo de salidas (calentar, enfriar, alarma, límite)