Control de procesos

Simulación y Control de Procesos con Programación Gráfica
Por Ing. Igor Alvarado BS ME, Kansas State University igor.alvarado@ni.com y nilatam@usa.net www.ni.com/latam Director de Ventas National Instruments - Andina y Caribe 1. Introducción El modelaje y simulación se ha constituído en una poderosa herramienta para el diseño, análisis y optimización sistemas y procesos industriales. Ladisponiblidad de computadores personales cada vez más poderosos, de menor costo y de fácil uso, acompañados por software ó programas de aplicación y lenguajes de programación altamente flexibles, ha permitido la masificación del uso de diferentes técnicas de simulación y control de procesos. Este trabajo se concentra en la aplicación de las técnicas de modelaje, simulación y control de procesos haciendouso de la tecnología PC y un lenguaje de programación 100% gráfico que permite la construcción de modelos mediante un paradigma de programación con “íconos interconectados por cables gráficos”, cuyo código es ejecutado en base al principio de “flujo de datos” por los “cables” que interconectan los diferentes “íconos” o funciones. Combinando este lenguaje de programación 100% gráfico con tarjetas deadquisición y control (entradas/salidas) para el PC, se puede entonces configurar un sistema de simulación y control capáz de manejar señales reales (analógicas y digitales, de entrada y de salida) y ejecutar modelos matemáticos de control de procesos en tiempo-real. La simulación de sistemas se ha convertido entonces en una poderosa herramienta para la toma de decisiones que nos permite, entreotras cosas: • • • • • • • Predecir el resultado de las acciones que se tomen sobre el proceso o sistema de control. Comprender porqué los eventos ocurren. Identificar áreas problemáticas antes de la implantación del sistema. Explorar los efectos de las modificaciones. Evaluar ideas y su viabilidad, e identificar sus ineficiencias. Estimular el pensamiento creativo y entrenar al personal. Optimizarlos procesos (ahorros de energía, cuellos de botella, mejoras de los rendimientos, etc.).

Lo más temprano que se utilice la simulación de sistemas en un proyecto de automatización u optimizacón de procesos, mayor es el potencial de ahorro y efectividad que se logrará con dicho sistema. Esto se debe a que según estudios realizados, se ha podido confirmar que en un proyecto de automatzación ycontrol, más del 80% de los costos del sistema de control ya están comprometidos en la fase de diseño (ver Figura 1.1). Es decir, si se logra optimizar el sistema de control en su etapa de diseño, la reducción en los costos asociados con el mismo y su efectividad de maximiza.

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Figura 1.1

Un mejor diseño se traduce entonces en un mejor producto, menores costos,mayor control, mayor seguridad, menor variabilidad del proceso, etc. Adicionalmente, a través de la simulación de sistemas se minimiza el ensayo y error, ya que se trabaja con modelos matemáticos de comportamiento predecible y controlable por los diferentes algoritmos de control que se apliquen al proceso real o simulado. Para poder simular un sistema de control, se debe contar con un “modelo”matemático de la planta o proceso que se quiere controlar, el cual puede puede optimizarce vía interacciones múltiples, bajo múltiples escenarios, variables, parámetros que se evalúan individual ó simultáneamente. En un modelo matemático, las entidades del sistema y sus atributos se representan mediante variables matemáticas. Las actividades se describen mediante funciones matemáticas queinterrelacionan las variables. Los modelos matemáticos dinámicos normalmente se resuelven mediante métodos numéricos, y la simulación es una de las herramientas mas comunes. Un modelo no es solo el sustituto de un sistema, sino también una simplificación del mismo. Para obtener un modelo se debe al menos: • • Determinar su estructura (entidades, atributos, actividades y fronteras) . Definir los datos...