Dispositivo y procedimiento para la regulación de una variable de estado de un proceso.

Dispositivo para la regulación de la presión (P) en un proceso,

caracterizado por

• un regulador de precisión (1), mediante el cual se puede detectar una primera variable de regulación (Y1) a partir de una comparación entre una primera variable de referencia (W1) y una primera variable controlada (X1), donde la primera variable controlada (X1) depende de un valor medido de la presión (P) que se debe regular y la primera variable de referencia (W1) preestablece un valor nominal para la presión (P) que se debe regular,

• un regulador aproximado (3), por medio del cual se puede determinar una segunda variable de regulación (y2) a partir de una comparación entre una segunda variable de referencia (w2) y una segunda variable controlada (x2), donde la primera variable de regulación (y1) o una de las primeras variables (y1’) dependientes de la primera variable de regulación (y1) se puede suministrar al regulador aproximado (3) como segunda variable controlada (x2) y la segunda variable de referencia (w2) preestablece un estado nominal de un elemento de regulación precisa y

• el elemento de regulación precisa (2), al cual se le puede suministrar la primera variable controlada (y1) y un elemento de regulación aproximada (4), al cual se le puede suministrar la segunda variable controlada (y2), donde por medio del elemento de regulación precisa y del elemento de regulación aproximada se puede influenciar la presión (P) que se debe regular.

Dispositivo y procedimiento para la regulación de una variable de estado de un proceso

La presente invención hace referencia a dispositivos y procedimientos para la regulación de una variable de estado de un proceso, sobre todo para la regulación de una presión o una presión diferencial utilizando un elemento de regulación precisa y un elemento de regulación aproximada.

Muchos procesos con tecnología de procesos requieren una regulación de variables de estado, como temperatura o presión. Un proceso de ese tipo es, por ejemplo, la electrólisis cloralcalina. Para fabricar cloro, lejía sódica e hidrógeno se utiliza, entre otras cosas, el procedimiento de membrana, en el cual se separa el espacio catódico y el espacio anódico mediante una membrana conductora de iones. En una solución acuosa de cloruro sódico se genera cloro por anodización. La llamada membrana de intercambio de iones permite que solamente pasen los iones de sodio (cationes) , y no los iones de cloro (aniones) . En el católito surge, junto con el hidrógeno, una lejía sódica de alta pureza. Para proteger la membrana utilizada se regula, generalmente, la presión diferencial entre el cloro en el espacio anódico y el hidrógeno en el espacio catódico.

Un procedimiento de regulación conocido en el estado actual de la técnica, es la llamada regulación de rango partido (split-range) , que está descrita por ejemplo en H. Schuler: "Prozessführung", Editorial R. Oldenbourg (1999) , 196 a

197. Allí se utilizan muchas variables de regulación como variables controladas para influenciar el comportamiento del proceso, donde cada variable de regulación posee un carácter físico diferente, de manera que se puedan graduar solamente en determinadas gamas de valores (rangos o "ranges") . El rango completo de ajustes se distribuye luego en los rangos de las diferentes variables de regulación (“rango partido”) . Dependiendo del valor de ajuste requerido, se utiliza solamente la variable de regulación en cuyo rango de trabajo se encuentre la especificación. En los límites del rango de trabajo se produce una conmutación entre las variables de regulación. Las regulaciones de rango partido se utilizan, por ejemplo, en la regulación de la temperatura de reactores. El agua caliente en el envolvente del reactor sirve para calentar el reactor hasta que arranque una reacción exotérmica en el reactor, con lo cual el calor de reacción surgido se elimina a través de agua fría en el envolvente del reactor.

En el uso del procedimiento de rango partido para la regulación de una presión diferencial, en un procedimiento de membrana para la electrólisis cloralcalina por medio de dos válvulas reguladoras (por ej. del lado del cloro) , se producían condiciones para los tiempos de ajuste de ambas válvulas reguladoras cuyo mantenimiento era problemático. No era posible parametrar el regulador de rango partido utilizado para que, en un rango de superposición adecuado para la regulación, ambas válvulas de regulación puedan trabajar al mismo tiempo. Por ello, los rangos debían ser elegidos de manera que la válvula de regulación pequeña se pudiera utilizar solo para el arranque, tras cuya apertura completa se utilizaba a continuación la válvula de regulación grande para la regulación de la presión. Como la válvula de regulación grande se podía ajustar solo de forma relativa a través de la sección del conductor más grande, se tenía que elegir una sustitución de los parámetros del regulador más lenta en ese rango, que no estaba a la altura de los escenarios de fallos posibles.

Los dispositivos de regulación con procesos de tecnología de procesos, se diseñan, generalmente, para la carga máxima. Con el arranque del proceso o en caso de carga pequeña, los dispositivos de regulación funcionan en el rango bajo al límite de sus posibilidades de regulación. En casos extremos ya no es posible una regulación en ese rango. Para solucionar ese problema, en el estado actual de la técnica se proponen circuitos de regulación para la regulación precisa o aproximada con interconexión GAP (K. Breckner: "Regel- und Rechenschaltungen in der Prozessautomatisierung", Editorial R. Oldenbourg (1999) , 18 a 23) . Para ello se utilizan dos elementos de regulación de diferente tamaño (por ejemplo en una proporción 1: 10) , por medio de los cuales se puede regular todo el proceso en todo el rango de carga. Para esto se utiliza un primer circuito de regulación para una regulación precisa, que acciona el elemento de regulación más pequeño, y un segundo circuito de regulación para una regulación aproximada, el cual acciona el elemento de regulación más grande, interconectados entre sí por medio de un regulador GAP (regulador de zona neutra) .

La función GAP se realiza por medio de la actualización del valor nominal por parte del valor real, el llamado seguimiento-x, y el almacenado del punto de trabajo, interrumpiendo la integración. Dentro de una zona neutra que se puede ajustar entre xmin y xmax, el valor nominal w es igual al valor real x. Partiendo de la ecuación del regulador y = Kp (x-w) +y0 es en w = x, la desviación de la regulación xw=x-w=0 y la salida del regulador “y” es igual al punto de trabajo y0, y =y0.

Siempre que x < xmin, el seguimiento-x se interrumpe, el valor nominal se mantiene en w1 y se libera la integración de la desviación de regulación negativa –xw. Partiendo del último punto de trabajo, la salida del regulador “y” desciende. Conforme a esto surgen en x > xmax y en el valor nominal w2 una desviación de regulación positiva +xw, y la salida del regulador sube.

Para la realización de la regulación precisa o aproximada, la señal de regulación del regulador de precisión se conecta al mismo tiempo con el elemento de regulación pequeño y el valor real del regulador GAP. Los límites GAP xmin y xmax se ajustan acorde al rango de regulación deseado (por ejemplo 10 % y 90 %) del elemento de regulación pequeño. Dentro de estos límites, los fallos en el proceso se regulan hasta el máximo solamente por medio del regulador de precisión.

Una vez que la señal de regulación y el regulador de precisión alcanzan el valor mínimo o máximo del rango de ajuste, en el regulador GAP se excede la zona neutra, el seguimiento-x se interrumpe y la señal de ajuste se modifica mediante la liberación de la integración. La señal de regulación del regulador GAP se conecta con el valor nominal del regulador aproximado, el cual maneja la señal de regulación, o directamente con el elemento de regulación grande.

Mediante la intervención del elemento de regulación grande, el valor real del regulador de precisión se modifica. El regulador disminuye o aumenta su señal de regulación, dependiendo de la desviación de regulación que surja. Cuando la señal de regulación alcanza en el regulador GAP un valor correspondiente a xmin o bien xmax, en éste empieza un seguimiento-x, y la señal de regulación que acaba de surgir se almacena. La regulación vuelve a realizarse solamente por parte del regulador de precisión. El regulador aproximado pone a disposición solamente un margen de carga en cuya periferia trabaja el regulador de precisión.

Objeto de la presente invención es evitar las desventajas del estado actual de la técnica, y poner a disposición un dispositivo de regulación y un procedimiento de regulación basado en una regulación aproximada y una regulación de precisión, sobre todo para la regulación de una presión, que se caractericen por un comportamiento de regulación mejorado. Preferentemente, se pretende poner a disposición una regulación que sea estable, segura, precisa y rápida, sobre todo en el arranque o la detención de un proceso con tecnología de procesos.

Este objeto se alcanza acorde a la invención mediante un dispositivo para la regulación de una variable de estado de un proceso, que contenga

• un regulador de precisión, mediante el cual se puede detectar una primera variable de regulación (y1) a partir de una comparación entre una primera variable de referencia (w1) y una primera variable controlada (x1) , donde la primera variable controlada (x1) depende de un valor medido de la variable de estado que se debe regular, y la primera variable de referencia (w1) preestablece un valor nominal para la variable de estado que se debe regular,

• un regulador aproximado, por medio del cual se puede determinar una segunda variable de regulación (y2) a partir... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la regulación de la presión (P) en un proceso, caracterizado por

• un regulador de precisión (1) , mediante el cual se puede detectar una primera variable de regulación (Y1) a partir de una comparación entre una primera variable de referencia (W1) y una primera variable controlada (X1) , donde la primera variable controlada (X1) depende de un valor medido de la presión (P) que se debe regular y la primera variable de referencia (W1) preestablece un valor nominal para la presión (P) que se debe regular,

• un regulador aproximado (3) , por medio del cual se puede determinar una segunda variable de regulación (y2) a partir de una comparación entre una segunda variable de referencia (w2) y una segunda variable controlada (x2) , donde la primera variable de regulación (y1) o una de las primeras variables (y1’) dependientes de la primera variable de regulación (y1) se puede suministrar al regulador aproximado (3) como segunda variable controlada (x2) y la segunda variable de referencia (w2) preestablece un estado nominal de un elemento de regulación precisa y

• el elemento de regulación precisa (2) , al cual se le puede suministrar la primera variable controlada (y1) y un elemento de regulación aproximada (4) , al cual se le puede suministrar la segunda variable controlada (y2) , donde por medio del elemento de regulación precisa y del elemento de regulación aproximada se puede influenciar la presión (P) que se debe regular.

2. Dispositivo acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque el regulador aproximado (3) presenta un comportamiento de transferencia dinámico, que está elegido de manera tal que ocurre una regulación más lenta, cuando la segunda variable controlada (x2) se encuentra en un rango de valor definido en torno a la segunda variable de referencia (w2) , y una regulación más rápida ocurre cuando la segunda variable controlada (x2) se encuentra por fuera del rango de valor.

3. Dispositivo acorde a las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la variable (y1’) dependiente de la primera variable de regulación (y1) es una variable medida del estado nominal del elemento de regulación precisa (2) , o una variable determinada por medio de la conexión de una variable medida del estado nominal del elemento de regulación precisa (2) con la primera variable de regulación (y1) .

4. Dispositivo acorde a las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el elemento de regulación precisa (2) y el elemento de regulación aproximada (4) , son válvulas de regulación con ajustes regulables para la regulación de una presión.

5. Dispositivo acorde a la reivindicación 4, caracterizado porque la segunda variable de referencia (w2) está seleccionada de manera tal que para la primera válvula de regulación prevista como elemento de regulación precisa

(2) está preestablecida una posición de válvula nominal de entre 5 y 99 % abierta.

6. Dispositivo acorde a las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque las válvulas de regulación presentan, cada una, un regulador de posición, al que se le puede suministrar como variable de referencia la primera variable de regulación (y1) o la segunda variable de regulación (y2) .

7. Dispositivo para la regulación de la presión (P) en un proceso, caracterizado por

• un regulador de precisión (19, 28) , mediante el cual se puede detectar una primera variable de regulación (Y1) a partir de una comparación entre una primera variable de referencia (W1) y una primera variable controlada (X1) , donde la primera variable controlada (X1) depende de un valor medido de la presión (P) que se debe regular y la primera variable de referencia (W1) preestablece un valor nominal para la presión (P) que se debe regular,

• un regulador zonal (22, 27) , al cual se le puede suministrar la primera variable de regulación (Y1) o una variable (Y1’) dependiente de la primera variable de regulación (Y1) y con el cual, dependiendo de la primera variable de regulación (Y1) o de la variable (Y1’) dependiente de la primera variable de regulación (Y1) , se puede determinar una segunda variable de regulación (Y2) , donde el regulador zonal (22, 27) presenta un comportamiento de transferencia zonal para las primeras variables de regulación (Y1) o para las variables (Y1’) dependientes de las primeras variables de regulación (Y1) dentro de una zona entre una primera variable mínima (Y1min) preestablecida y una primera variable máxima (Y1max) preestablecida, el cual se diferencia de otro comportamiento de transferencia para las primeras variables de regulación (Y1) y las primeras variables (Y1’) dependientes de las primeras variables de regulación (Y1) por fuera de la zona,

• dado el caso, un regulador aproximado (23, 30) , por medio del cual a partir de una comparación entre una segunda variable de referencia (W2) y una segunda variable controlada (X2) , se puede determinar una tercera variable de regulación (Y3) , donde la segunda variable de regulación (Y2) se puede suministrar al regulador aproximado (23, 30)

como segunda variable de referencia (W2) , y la segunda variable controlada (X2) es una variable medida (Xmed) , por medio de la cual se puede influenciar la presión que se debe regular, y

• un elemento de regulación precisa (20, 29) , al cual se le puede suministrar la primera variable controlada (y1) y un elemento de regulación aproximado (24, 31) , al cual se le puede suministrar la segunda variable controlada (y2) o la tercera variable controlada (Y3) , donde por medio del elemento de regulación precisa (20, 29) y del elemento de regulación aproximada (24, 31) se puede influenciar la presión (P) que se debe regular.

8. Dispositivo acorde a la reivindicaciones 7, caracterizado porque la variable (Y1’) dependiente de la primera variable de regulación (Y1) es una variable medida del estado nominal del elemento de regulación precisa (20, 29) o una variable determinada por medio de la combinación de una variable medida del estado nominal del elemento de regulación precisa (20, 29) con la primera variable de regulación (Y1) .

9. Dispositivo acorde a las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque el regulador zonal (22, 27) puede ser un regulador de zona neutra (regulador GAP) , en el cual para las primeras variables de regulación (Y1) o las variables dependientes (Y1’) de las primeras variables de regulación (Y1) , que se encuentran entre una primera variable mínima (Y1min) predeterminada y una primera variable máxima (Y1max) predeterminada, se determina una segunda variable de regulación (Y2) , que no produce ninguna modificación del estado del elemento de regulación aproximada (24, 31) .

10. Dispositivo acorde a una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque de manera paralela al regulador zonal (22, 27) está conectado otro regulador (26) , donde por medio del otro regulador (26) se puede determinar una cuarta variable de regulación (Y4) a partir de la comparación entre una tercera variable de referencia (W3) y una tercera variable controlada (X3) , donde la tercera variable de referencia (W3) preestablece un estado nominal del elemento de regulación precisa (20, 29) , la primera variable de regulación (Y1) o una variable (Y1’) dependiente de la primera variable de regulación (Y1) , se puede suministrar al otro regulador (26) como tercera variable de regulación (X3) , y a partir de la cuarta variable de regulación (Y4) y la segunda variable de regulación (Y2) determinada por el regulador zonal (22, 27) , se puede determinar otra segunda variable de regulación (Y2) nueva, que a su vez se puede suministrar al elemento de regulación aproximada (24, 31) o, dado el caso, al regulador aproximado (23, 30) .

11. Dispositivo acorde a las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el elemento de regulación precisa (20, 29) y el elemento de regulación aproximada (24, 31, ) son válvulas de regulación con ajustes regulables para la regulación de una presión.

12. Dispositivo acorde a las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la primera variable de regulación mínima (Y1min) y la primera variable de regulación máxima (Y1max) están seleccionadas de manera tal que para el elemento de regulación precisa (20, 29) está preestablecida una zona en un intervalo de 5 y 99 %.

13. Dispositivo de regulación de presión diferencial para la regulación de una presión diferencial entre, por lo menos, dos puntos de medición, abarcando por lo menos un dispositivo de regulación acorde a las reivindicaciones 1 a 12, que está conectado con uno de los puntos de medición.

14. Dispositivo de regulación de presión diferencial acorde a la reivindicación 12 para la regulación de una presión diferencial entre dos puntos de medición ubicados, cada uno, en un recipiente (7, 8; 35, 36) , caracterizado porque los recipientes (7, 8; 35, 36) están separados entre sí por una membrana (6, 34) .

15. Dispositivo de regulación de presión diferencial acorde a la reivindicación 14, caracterizado porque la membrana (6, 34) es una membrana de intercambio de iones y en los recipientes (7, 8; 35, 36) se puede realizar una electrólisis cloralcalina, en la cual surge cloro en uno de los recipientes (7, 35) e hidrógeno en el otro recipiente (8, 36) , donde por lo menos uno de los recipientes (7, 8; 35, 36) está unido con dos válvulas de regulación con posiciones de válvula regulables mediante el dispositivo de regulación de presión diferencial, que hacen las veces de elemento de regulación aproximada (17, 18; 47, 48) y elemento de regulación precisa (13, 14; 41, 42) , por medio de las cuales se puede evacuar cloro o hidrógeno.

16. Proceso para la regulación de la presión (P) en un proceso, caracterizado por poseer los siguientes pasos:

• determinación de una primera variable de regulación (y1) por parte de un regulador de precisión a partir de una comparación entre una primera variable de referencia (w1) , que preestablece un valor nominal para la presión (P) que se debe regular, y una primera variable controlada (x1) , que depende de un valor medido de la presión (P) que se debe regular,

• determinación de una segunda variable de regulación (y2) por parte de un regulador aproximado a partir de una comparación entre una segunda variable de referencia (w2) , que preestablece un estado nominal de un elemento de regulación precisa, y una segunda variable controlada (x2) , donde la primera variable de regulación (y1) , o una

variable (v1’) dependiente de la primera variable de regulación (y1) , se suministra al regulador aproximado como segunda variable controlada (x2) y

• suministro de la primera variable de regulación (y1) al elemento de regulación precisa y de la segunda variable de regulación (y2) , a un elemento de regulación aproximada para influenciar la presión (P) que se debe regular.

17. Procedimiento acorde a la reivindicación 16, caracterizado porque por lo menos un regulador aproximado y un regulador de precisión, regulan una presión (P) en un procedimiento de membrana para la electrólisis cloralcalina.

18. Proceso para la regulación de la presión (P) en un proceso, caracterizado por poseer los siguientes pasos:

• determinación de una primera variable de regulación (Y1) por parte de un regulador de precisión a partir de una comparación entre una primera variable de referencia (W1) , que preestablece un valor nominal para la presión (P) que se debe regular, y una primera variable controlada (X1) , que depende de un valor medido de la presión (P) que se debe regular.

• determinación de una segunda variable de regulación (Y2) por parte de un regulador zonal, dependiendo de la primera variable de regulación (Y1) o de una variable (Y1’) dependiente de la primera variable de regulación (Y1) , donde el regulador zonal para las primeras variables de regulación (Y1) o las variables (Y1’) dependientes de las primeras variables de regulación (Y1) , dentro de una zona entre una primera variable mínima (Y1min) predeterminada y una primera variable máxima (Y1max) predeterminada, presenta un comportamiento de transferencia, que se diferencia de otro comportamiento de transferencia para las primeras variables de regulación (Y1) o variables (Y1’) dependientes de las primeras variables de regulación (Y1) fuera de la zona,

• dado el caso, determinación de una tercera variable de regulación (Y3) , por parte de un regulador aproximado a partir de una comparación entre una segunda variable de referencia (W2) y una segunda variable controlada (X2) , donde la segunda variable de regulación (Y2) se puede suministrar al regulador aproximado como segunda variable de referencia (W2) y la segunda variable controlada (X2) es una variable medida (Xmed) , por medio de la cual se puede influenciar la presión que se debe regular, y

• suministro de la primera variable de regulación (Y1) al elemento de regulación precisa y de la segunda variable de regulación (Y2) , o de la tercera variable de regulación (Y3) a un elemento de regulación aproximada para influenciar la presión (P) que se debe regular.

19. Procedimiento acorde a la reivindicación 18, caracterizado porque otro regulador, conectado de manera paralela al regulador zonal, determina una cuarta variable de regulación (Y4) a partir de la comparación entre una tercera variable de referencia (W3) y una tercera variable controlada (X3) , donde la tercera variable de referencia (W3) preestablece un estado nominal del elemento de regulación precisa, la primera variable de regulación (Y1) o una variable (Y1’) dependiente de la primera variable de regulación (Y1) se suministra al otro regulador como tercera variable de regulación (X3) , y a partir de la cuarta variable de regulación (Y4) y la segunda variable de regulación (Y2) determinada por el regulador zonal, se determina una segunda variable de regulación (Y2) nueva, que a su vez se suministra al elemento de regulación aproximada o, dado el caso, al regulador aproximado.

20. Procedimiento acorde a la reivindicación 18 o 19, caracterizado porque una presión (P) es regulada en un procedimiento de membrana para la electrólisis cloralcalina.