¿Qué es el Control en Cascada?
En el control de bucle único, el punto de ajuste del controlador es establecido por un operador, y su salida impulsa un elemento de control final. Por ejemplo: un controlador de nivel que acciona una válvula de control para mantener el nivel en su punto de ajuste.
En una disposición de control en cascada, hay dos (o más) controladores de los cuales la salida de un controlador acciona el punto de ajuste de otro controlador. Por ejemplo: un controlador de nivel que controla el punto de ajuste de un controlador de flujo para mantener el nivel en su punto de ajuste. El controlador de flujo, a su vez, acciona una válvula de control para que coincida con el flujo con el punto de ajuste que solicita el controlador de nivel.
El controlador que controla el punto de ajuste (el controlador de nivel en el ejemplo anterior) se denomina controlador principal, externo o maestro. El controlador que recibe el punto de ajuste (controlador de flujo en el ejemplo) se llama controlador secundario, interno o esclavo.
El control en cascada puede mejorar el rendimiento del sistema de control sobre el control de bucle único cuando: (1) las perturbaciones afectan a una salida medible de proceso intermedio o secundario que afecta directamente a la salida de proceso primario que deseamos controlar; o (2) la ganancia del proceso secundario, incluido el actuador, es no lineal. En el primer caso, un sistema de control en cascada puede limitar el efecto de las perturbaciones que entran en la variable secundaria en la salida primaria. En el segundo caso, un sistema de control en cascada puede limitar el efecto de las variaciones de ganancia de proceso secundario o del actuador en el rendimiento del sistema de control. Tales variaciones de ganancia generalmente surgen de cambios en el punto de operación debido a cambios en el punto de ajuste o perturbaciones sostenidas.
¿Cuándo Se Debe Utilizar el Control en Cascada?
El control en cascada siempre se debe usar si tiene un proceso con dinámica relativamente lenta (como nivel, temperatura, composición, humedad) y un flujo de líquido o gas, o algún otro proceso relativamente rápido, debe manipularse para controlar el proceso lento. Por ejemplo: cambiar el caudal de agua de refrigeración para controlar la presión del condensador (vacío), o cambiar el caudal de vapor para controlar la temperatura de salida del intercambiador de calor. En ambos casos, los bucles de control de flujo deben utilizarse como bucles internos en arreglos en cascada.
¿Tiene algún Inconveniente el Control en Cascada?
El control en cascada tiene tres desventajas. Uno, requiere una medición adicional (generalmente caudal) para funcionar. Dos, hay un controlador adicional que tiene que ser afinado. Y tres, la estrategia de control es más complejo para los ingenieros y operadores. Estas desventajas deben sopesarse con los beneficios de la mejora esperada en el control para decidir si se debe implementar el control en cascada.
¿Cuándo No se Debe Utilizar el Control en Cascada?
El control en cascada es beneficioso solo si la dinámica del bucle interno es rápida en comparación con la del bucle externo. El control en cascada generalmente no se debe usar si el bucle interno no es al menos tres veces más rápido que el bucle externo, porque el rendimiento mejorado puede no justificar la complejidad añadida.
Además de los beneficios disminuidos del control en cascada cuando el bucle interno no es significativamente más rápido que el bucle externo, también existe un riesgo de interacción entre los dos bucles que podría resultar en inestabilidad, especialmente si el bucle interno está sintonizado de manera muy agresiva.
¿Cómo Se Deben Ajustar los Controles en Cascada?
Se debe afinar una disposición en cascada comenzando con el bucle más interno. Una vez que se afina, se coloca en control en cascada, o modo de punto de ajuste externo, y luego se afina el bucle que conduce su punto de ajuste. No utilice reglas de afinación de amortiguación de cuarto de amplitud (como las reglas sin modificar de Ziegler-Nichols y Cohen-Coon) para afinar bucles de control en una estructura en cascada, ya que puede causar inestabilidad si la dinámica de proceso de los bucles internos y externos es similar.