Se describe un sistema de monitorización y control de una columna de destilación que se implementa bajo un esquema de control digital centralizado,

la invención comprende un conjunto de dispositivos hardware y aplicaciones que en conjunto interactúan para llevar al cabo el control deseado. La invención asimismo comprende el procedimiento de monitorización y control de una columna de destilación haciendo uso del sistema reivindicado.

Sistema y procedimiento de monitorización y control para una columna de destilación

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con las técnicas empleadas en la dinámica y control de procesos, y más particularmente, está relacionada con un sistema de monitorización y control para una columna de destilación que comprende sensores, actuadores, tarjetas de adquisición de datos y una unidad de procesamiento en la cual se realiza la monitorización mediante una aplicación que muestra gráficamente el estado de la columna. En la unidad de procesamiento se determinan acciones de control para permitir operar de forma robusta y eficiente la operación de una columna de destilación. La presente invención también se refiere al procedimiento de monitorización y control mediante el sistema reivindicado.

Estado de la técnica

Se sabe que la operación de una columna de destilación implica la alimentación de una mezcla con componentes a separar, tal que a través de la regulación tanto del caudal de reflujo del producto de cabeza de la columna así como del calentamiento del producto de cola se obtenga un perfil de concentración de productos deseado.

Desde un punto de vista, el propósito de la destilación es la obtención de cantidad y pureza definidas de producto tanto en cabeza como en cola de columna en tiempo mínimo, 10 cual asegura también mínimo coste.

No obstante, en una columna de destilación, la selección e implementación de la estrategia de control óptima que define tanto el reflujo como el calentamiento es relativamente compleja, pues en una columna de destilación se requiere el conocimiento analítico del proceso así como el de las propiedades del sistema a destilar, presentándose fuertes interacciones y acoplamientos entre los diferentes bucles de control.

Los esquemas de control más utilizados en columnas de destilación son aquellos basados en un control clásico ampliamente conocido como proporcional-integral-derivativo PID con parámetros ajustables en función del punto de trabajo de la columna.

En este sentido, en el mercado, existen sistemas de control desarrollados en plataformas de programación textual (Visual e, Visual Basic, ..) pero una desventaja de ellos es que básicamente son aplicaciones software cerradas del fabricante que no son reconfigurables, esta circunstancia hace complejo y prolongado el control de una columna de destilación y más aún cuando se quiere cambiar las condiciones de operación.

Tal como se observa, existe una necesidad por nuevos sistemas de monitorización y control fácilmente adaptables a las columnas de destilación, ya sea que se encuentren en laboratorio, planta piloto o escala industrial.

Descripción detallada de la invención

La presente invención introduce un sistema de monitorización y control de una columna de destilación que se implementa bajo un esquema de control digital centralizado. La invención comprende un conjunto de dispositivos hardware conectados a una unidad de procesamiento donde se muestra al usuario el estado y condiciones de la columna, y se determinan acciones de control para llevar a cabo la operación de la columna en la forma deseada; así como el procedimiento de monitorización y control mediante el sistema reivindicado.

En términos generales, el sistema de la presente invención comprende por lo menos un sensor asociado a una variable de control en la columna de destilación, el sensor genera una señal para la variable de control. Cada sensor se encuentra asociado a una tarjeta de adquisición de datos. La señal se procesa en una unidad de procesamiento en comunicación con cada tarjeta de adquisición de datos, en la unidad de procesamiento la señal se transforma en un valor y se muestra en una forma gráfica. La unidad de procesamiento cuenta con una pantalla, en la cual se despliega un esquema de la columna con aquellas variables que están siendo monitorizadas. La unidad de procesamiento cuenta con aplicaciones para realizar este procesamiento de datos y mostrarlos de forma gráfica, como por ejemplo, incluye la aplicación LABVIEW TM.

La unidad de procesamiento determina por lo menos una acción de control con base a un modelo de la columna y del sistema de componentes que se esté destilando, así como algoritmos de control neuronal y genéticos para generar por lo menos una salida de control. Para determinar la acción de control, la unidad de procesamiento cuenta con aplicaciones como por ejemplo la aplicación MATLAB TM.

El sistema también cuenta con por lo menos una tarjeta de salida que recibe la señal de control de la unidad de procesamiento y actúa sobre una variable manipulable para alcanzar especificaciones de control deseadas en la columna. Las variables manipulables también son mostradas en la pantalla de la unidad de procesamiento.

Como se ha mencionado, en el sistema la monitorización se realiza con comunicación con los sensores y actuadores de la columna a través de tarjetas de adquisición utilizando aplicaciones presentes en la unidad de procesamiento que muestren el estado de la columna en forma gráfica. La unidad de procesamiento también cuenta con una aplicación para diseñar, modificar y especificar los algoritmos de control.

Más particularmente, el control se realiza mediante el uso de técnicas de control avanzado, basado en redes neuronales y algoritmos genéticos supliendo las deficiencias de los algoritmos de control estándar PID comúnmente utilizados.

Cuando las especificaciones de control (como por ejemplo pureza de productos de destilación, consumo energético, etc.) son cambiantes en la columna, el sistema de la presente invención logra el ajuste automático de los parámetros de los esquemas de control neuronal y genético a partir de medidas en línea de las variables de control de la columna de destilación.

Asimismo, el sistema de monitorización y control de la presente invención permite el desarrollo de algoritmos de control avanzado a través de aplicaciones reconfigurables como lo es la aplicación (MA TLAB TM) Y permite la comunicación con actuadores y sensores de la columna a través de un interfaz gráfico de panel sencillo que es reconfigurable.

Además, el sistema de la presente invención permite abordar directamente el problema de control multivariables tal como se presenta en una columna de destilación, tanto en régimen continuo como en tanda.

Tal como se ha mencionado, en la presente invención, se utilizan preferiblemente algoritmos de control neurogenéticos que garantizan el cumplimiento de especificaciones de control caracterizadas por un comportamiento no lineal de la columna de destilación y variaciones en sus parámetros en función de las condiciones de operación, y además prescinden del uso de modelos físicos de comportamiento, siendo tan solo necesario un conjunto de medidas de entrada y de salida (E/S) obtenidas a través de los sensores para el ajuste en línea del sistema de control.

En una realización de la presente invención, el sistema permite además el diseño y aplicación de las técnicas de control avanzado sobre un modelo de simulación de un columna de destilación desarrollado en el entorno MATLAB TM -SIMULINK TM, que igualmente interacciona con el interfaz gráfico, lo cual posibilita la simulación de la operación de control sobre la columna de destilación ya sea en condiciones reales o de entrenamiento.

Además de lo anterior, es necesario reiterar que el sistema de monitorización y control de la presente invención, es susceptible de ser aplicado a columnas de destilación en plantas piloto previa reconfiguración del panel de instrumentos virtuales que se despliegan en la pantalla de la

unidad de procesamiento e inclusión de controladores "drivers" específicos para las tarjetas de adquisición de datos a utilizar.

El sistema de monitorización y control de la presente invención es aplicable a columnas de destilación utilizadas en la industria química, industria alimentaria e industria farmacéutica donde se ven involucrados procesos de destilación, ya que represente una mejora de eficiencia en el control del sistema, en cuanto a:

• Incremento notable en la capacidad de separación.

• Considerable reducción en las pérdidas de producto resultado del aumento en la pureza de los...

1. Procedimiento de monitorización y control para una columna de destilación mediante un sistema de monitorización y control para una columna de destilación en donde el sistema de monitorización está dotado de al menos: -un sensor asociado a una variable de control en la columna de destilación, el sensor generando una señal para la variable de control; -al menos una tarjeta de adquisición de datos asociada a cada sensor; una unidad de procesamiento en comunicación con la tarjeta de adquisición de datos para procesar la señal de la variable de control y transformarla en un valor que se representa de forma gráfica, la unidad de procesamiento mostrando el estado de la columna en forma gráfica; -la unidad de procesamiento determinando por lo menos una acción de control con base a un modelo de la columna y del sistema de componentes que se esté destilando y algoritmos de control neuronal y genéticos para generar por lo menos una salida de control; -al menos una tarjeta de salida que recibe dicha por lo menos salida de control para transformarla en por lo menos una señal de control; y -al menos un actuador que recibe la señal de control de la tarjeta de salida y actúa sobre una variable manipulable para alcanzar especificaciones de control; caracterizado porque comprende las etapas de:

a. Inicialización de Sistema;

b. Lectura de botonera desde el panel frontal para determinar referencias a seguir o parámetros para su cálculo, tipo de control que se desea realizar, etc.;

c. Realización en paralelo de comunicación con las tarjetas de adquisición para conocer estado físico del sistema y adquisición o cálculo de referencia a seguir;

d. Cálculo de acción de control, según estrategia determinada en paso anterior, que comprende:

1. Comunicación entorno del sistema de monitorización con la aplicación de control, suministrando referencia a seguir, estado y estados anteriores;

11. Cálculo en entorno de acción de control en función del paradigma deseado; y

111. Comunicación de acción de control a entorno de monitorización y continuación con bucle anterior; y

e. Escritura de acciones de control tanto en tarjetas de salida como en ficheros de texto.

.

2. Procedimiento de monitorización y control para una columna de destilación según la reivindicación anterior, caracterizado porque la inicialización de sistema comienza solicitando el fichero en el que se guardarán los resultados para el posterior análisis.

3. Procedimiento de monitorización y control para una columna de destilación según la 10 reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la lectura de la botonera presenta las opciones:

a. Tipo de control (Control en bucle abierto, Control PID o Control neuronal, ya sea por propagación hacia atrás o control neurogenético) ;

b. Parámetros de control (cada tipo de control tiene una serie propia de parámetros 15 para el cálculo de la acción de control) ; y

c. Referencias de seguimiento de sistema de control.