Antecedentes históricos del control de procesos

Desde los comienzos de la humanidad, los esfuerzos por la supervivencia y el dominio de la tierra han dependido de la habilidad para desarrollar los 5 sentidos, el lenguaje y sobre todo, el ingenio. Desde entonces, el progreso de la civilización se ha hecho posible en gran parte por la segregación de estas capacidades básicas. Así, las necesidades en paralelo con los avances tecnológicos, hancrecido en gran manera durante los últimos 100 años. Los procesos industriales se han vuelto más grandes y más complejos, las materias primas y la energía han incrementado los costos de los productos y las presiones para reducir gastos en los costos de operación se han hecho cotidianas. Sin lugar a dudas, el siglo XX ha sido el siglo de los especialistas del control, cuya habilidad para automatizar yoptimizar parámetros críticos ha contribuido al éxito de las industrias que mueven nuestra creciente civilización global. Retrocediendo en la historia de los procesos industriales, en las primeras plantas químicas había una gran cantidad de operadores, quienes vigilaban los indicadores y manipulaban las válvulas; de hecho, la operación completa de la planta se realizaba mediante ir apuntando enpizarras los parámetros principales para cada una de las áreas y así, en los lapsos de tiempo de recolección de resultados, los operadores calculaban los ajustes necesarios para válvulas, compuertas y demás unidades para aplicarlos en corridas posteriores. Con esto, cada operador iba desarrollando una capacidad empírica para el proceso, y los supervisores tenían el reto de coordinar a los muchosoperadores para que la planta se manejara correctamente y del mismo modo siempre. Es en 1900 cuando aparecen los primeros controladores neumáticos, los cuales se conectaban directamente al proceso que se deseaba controlar. Cada controlador tenía un sensor neumático que medía flujo, nivel o presión, y que enviaba una señal neumática de salida a un servicio o instrumento tal como una válvula dediafragma (inventada en 1890). El tipo de control usado era entonces proporcional o de encendido / apagado. Así, para 1940 cuando los cuartos centrales de control se hallaban en pleno desarrollo, un operador típico trabajaba en la planta prácticamente a un lado del proceso del cual tenía la responsabilidad de dirigir. La comunicación con los supervisores era mínima y los operadores tenían un alto gradode responsabilidad para cada una de las unidades de proceso. Casi todos los parámetros de control eran ajustados por el operador quien se basaba en su habilidad, experiencia y conocimiento del proceso. Un operador típico era el encargado de controlar desde una hasta cinco válvulas. Si la unidad de proceso requería de un mayor número de operaciones, se asignaban a más operadores. La acciónderivativa fue introducida en 1935, con lo cual se establecieron las bases para el control PID (Proporcional-Integral-Derivativo) y una serie de variables que no eran comprensibles del todo hasta el desarrollo del método propuesto por Ziegler y Nichols 1 en 1942. Mientras que el modo proporcional se ocupa del tipo de error, el control integral responde al tipo y a la duración de este y el derivativo serefiere a la rapidez de cambio del error. El primer transmisor neumático desarrollado en 1938 permitió que los controles neumáticos locales fueran convertidos en controles receptores y por consiguiente transferidos al cuarto de control. Debido a que estos controles eran muy grandes, los cuartos de control tenían que ser bastante espaciosos. La industria rápidamente adoptó la señal de 3 a 15 psi deaire para representar el rango de medición de las variables (0 a 100 %), los puntos de ajuste (set points) y las salidas de proceso. Cualquier señal por abajo de 3 psi o arriba de 15 psi indicaba la existencia de un error (por ejemplo la pérdida de presión de aire o el rompimiento de un sensor o regulador).

La mayor contribución de Ziegler y Nichols radica en reconocer que el control PID...