Comparación del desempeño de un controlador PID sobre el proceso de nivel usando un controlador lógico programable y un sistema embebido

Comparison of the performance of PID controller on level process using programmable logic controller and embedded systems

Los controladores proporcional-integral-derivado (PID) son usados ampliamente en sistemas de controlindustrial, así como en el sector académico sobre la teoría del control, debido a su simplicidad funcional y robusto desempeño, principalmente. En este documento se presenta la comparación del desempeño de un controlador PID, implementado con dos tecnologías diferentes, (i) un controlador lógico programable SIEMENS SIMATIC S7-1200 y (ii) un sistema embebido basado en RASPBERRY PI. Los parámetros fueron ajustados con iguales condiciones para ambas tecnologías. El control se realizó sobre una planta denivel en la plataforma ubicada en la sala de control de procesos y sistemas computarizados del Centro de Electricidad y Automatización Industrial (CEAI), SENA en el Valle del Cauca, Colombia. Los resultadosobtenidos indican que, para ambas tecnologías bajo las mismas condiciones, los controladores tienen elmismo desempeño en términos de tiempo de establecimiento, tiempo de subida, tiempo de retardo, tiempopico (tiempo donde se presenta el sobrepaso máximo) y error de estado estacionario, y se diferencian enel esfuerzo de control donde el PLC realiza 2,10% menos esfuerzo de control que el sistema embebido y un sobrepaso de señal de 2,05% en comparación con el 4,32% del sistema embebido. Estos resultadosmuestran que la implementación de un controlador con un sistema embebido es una buena alternativa de bajo costo para procesos industriales con similares resultados que un controlador implementado en un PLC.

INTRODUCCIÓN

El controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) es un tipo de control con realimentación, que utiliza una función para describir el comportamiento de la salida de un sistema con respecto a su entrada de referencia. Su propósito fundamental es hacer que el error en estado estacionario sea cero. Este controlador está caracterizado por tres parámetros: (i) el proporcional que depende de la información actual del sistema, (ii) el integral que depende de la información pasada del sistema, el cual establece que el error de estado estacionario del sistema sea cero de manera asintótica en el tiempo y (iii) el derivativo que realiza un efecto predictivo del sistema.

Un controlador PID es una estrategia suficiente para solucionar problemas de control de muchas variables industriales, como la temperatura, el flujo, la presión y el nivel. La dinámica de estas variables puede ser descrita por sistemas de primer o segundo orden, dependiendo de la aplicación en la que estén presentes. Hay que tener en cuenta que en muchos casos este controlador tiene limitaciones en su desempeño, particularmente en especificaciones como el error de estado estacionario, rápida respuesta a cambios en presencia de disturbios y/o cambios en su señal de referencia.