Control de pH basado en un modelo Wiener

Controla un lazo de pH altamente no lineal mediante linealización por modelo Wiener y control regulatorio PIDE. Incluye AOI de linealización, PIDE y rutina de llamada ejecutándose en el controlador Logix. - [Tiempo de Implementacíon: 30 minutos]

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¿Qué hace esta aplicación?

Utilizado para controlar un lazo de pH cuya relación reactivo→pH es una curva de titulación en forma de S (no lineal). El AOI aplica la inversa de la no linealidad al Setpoint y a la Variable de Proceso, permitiendo cerrar el lazo con un PIDE lineal que se desempeña de forma estable en todo el rango de pH (ácido, neutro y básico).

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Características Generales

Este desarrollo incluye lo siguiente:

Add-On Instruction pH_WienerLin (linealización Wiener) en Studio 5000
Instrucción PIDE preconfigurada para control en el dominio lineal
Rutina de llamada y tags asociado

Ventajas:

Presenta una referencia inicial para el control de procesos altamente no lineales (pH, neutralización)
Permite un desempeño estable sin resintonizar el controlador al cambiar de zona de pH

Limitaciones/Desventajas

Se limita a un lazo SISO (una variable controlada, una manipulada); para control multivariable con restricciones se recomienda PlantPAx MPC
Requiere identificación previa de la curva de titulación para el modo PWL

Descarga

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¿Esta aplicación es relevante para mí?

Si necesita controlar un lazo de pH o de neutralización donde un PID convencional oscila, sobreimpulsa o sobredosifica reactivo.

Áreas de aplicación - Se puede aplicar en tratamiento de aguas, neutralización de efluentes, industria química, alimentos y bebidas.

¿Cómo puedo hacerlo funcionar?

Requisitos: productos, herramientas, conocimientos previos.

Hardware

Cualquier controlador Logix (el programa está probado en 1756-L81E ControlLogix 5580)
Transmisor de pH con compensación de temperatura
Elemento final: válvula de control o bomba dosificadora de reactivo

Software

Studio 5000 (el programa está elaborado en versión 37)
MS Excel

Conocimiento previos

Conocimiento básico de programación y configuración en:

Studio 5000 (Add-On Instructions, instrucción PIDE, Texto Estructurado)
Control regulatorio de procesos
Fundamentos de control de pH / modelos Wiener

Guía de Implementación

Open All Close All

Paso 1

Extraiga los archivos del programa entregado (proyecto “.ACD”).

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Abra el programa de Studio 5000 haciendo doble clic sobre el archivo .ACD. Para la prueba de esta aplicación se ha empleado un controlador ControlLogix 5580 (1756-L81E).

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Paso 2

Entender la estructura del programa Revise en el “Controller Organizer”, los componentes principales del programa:

pH_WienerLin: Linealiza el pH aplicando la inversa de la curva de titulación
pH_PIDE (PID_ENHANCED): Control regulatorio en el dominio lineal
Programa P_pH_Control: Contiene la rutina de llamada
Task T_Process: Tarea periódica que ejecuta el control

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Paso 3

Entender el AOI pH_WienerLin

Abra el AOI en el Controller Organizer y revise la pestaña Logic.
El AOI transforma el pH al dominio lineal x mediante la inversa de la no linealidad: x=10−pH−10(pH−pKw)x = 10^{-pH} - 10^{(pH - pK_w)}x=10−pH−10(pH−pKw)
Entrega dos salidas: Out_SPlin (SP linealizado) y Out_PVlin (PV linealizado), que alimentan al PIDE. El parámetro Cfg_Mode selecciona el método: 0 = inversa analítica; 1 = tabla PWL (curva de titulación real).

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Paso 4

Entender la rutina de llamada En la rutina de P_pH_Control, verifique la secuencia de ejecución:

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Paso 5

Configurar los tags de campo (mapeo de E/S) Vincule los tags del programa a sus módulos de entrada/salida:

Tag	Tipo	Vincular a
pH_CVout	REAL	Salida analógica a válvula/bomba
pH_PVFault	BOOL	Diagnóstico del canal / falla de transmisor
pH_SP	REAL	Setpoint (valor inicial 7.0)
pH_PV	REAL	Entrada analógica del transmisor de pH

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Paso 6

Configurar la instrucción PIDE. Abra las propiedades de pH_PIDE y ajuste:

Parámetro	Valor recomendado	Motivo – Acción
CVEUMax / CVEUMin	100 / 0 %	Rango de la válvula/bomba
PVEUMax / PVEUMin	+0.1 / −0.1	Escala del dominio lineal (ajustar a su curva)
PGain / IGain	1.2 / 0.05 (seed value)	Resintonizar tras identificación
DGain	0	Habitual en pH por ruido

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Paso 7

Poblar la curva de titulación (pH_XBrk / pH_YBrk):

En el monitor de tags, complete los 16 valores de cada arreglo (índices 0–15).
pH_YBrk: pH ascendente (1.0 → 14.0).
pH_XBrk: valores del dominio lineal x (calculados o de titulación real).
Verifique que pH_YBrk sea estrictamente ascendente y sin valores repetidos consecutivos.

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Paso 8

Descargar el programa al controlador:

Configure la ruta de comunicación (RSLinx / FactoryTalk Linx).
Verifique el proyecto con Verify (Ctrl+K) — debe compilar sin errores.
Descargue el proyecto y ponga el controlador en modo Remote Run.

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Paso 9

Probar en modo Manual

Ponga el PIDE en Manual desde el tag pH_PIDE.
Verifique que al variar pH_PV (o forzando valores en simulación), Out_PVlin cambia de signo al cruzar pH 7 (positivo en zona ácida, ~0 en neutra, negativo en básica).
Confirme Sts_Linealizado = 1 y que pH_CVout responde manualmente.

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Paso 10

Sintonizar y probar en Automático

Con el PIDE en Manual, use el autotuner de lazo abierto integrado (aplica un escalón en CV y estima el modelo del proceso).
Aplique las ganancias sugeridas (comience con respuesta lenta/media, adecuada para pH).
Pase a Auto y valide con escalones pequeños de SP.

Paso 11

Validación por rango de pH Ejecute escalones de SP en las tres zonas y confirme desempeño homogéneo:

Zona	SP de prueba	Qué observar
Ácida	3 → 4	Respuesta estable, sin oscilación
Neutra	6 → 8	Zona crítica — sin sobreimpulso pese a la alta ganancia
Básica	10 → 11	Consistencia con las otras zonas

Verificación de funcionamiento (checklist)
Proyecto verificado sin errores (Ctrl+K)
pH_PIDE con acción inversa confirmada
Tags de campo mapeados a I/O
Arreglos pH_XBrk / pH_YBrk poblados correctamente
Prueba en Manual: linealización y salida correctas
Sintonía aplicada y prueba en Auto satisfactoria
Validación por rango (ácido/neutro/básico) homogénea

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Control de pH basado en un modelo Wiener

Versión 1.0 - Agosto de 2026

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