Estado del arte de la teoría para el “análisis on line del desempeño de sistemas de control y procesos”

Texto completo

(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA Estado del Arte de la teoría para el “Análisis on-line del Desempeño de Sistemas de Control y Procesos”. Autor: Rolando Venegas del Rio.. Tutor: Ing. Yeiniel Suarez Sosa.. Santa Clara 2013 “Año 55 de la Revolución ".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA Estado del Arte de la teoría para el “Análisis on-line del Desempeño de Sistemas de Control y Procesos”. Autor: Rolando Venegas del Rio. e-mail: [email protected] Tutor: Ing. Yeiniel Suarez Sosa. e-mail: [email protected]. Santa Clara 2013 “Año 55 de la Revolución ".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. "El futuro tiene muchos nombres. Para los débiles es lo inalcanzable. Para los temerosos, lo desconocido. Para los valientes es la oportunidad." Víctor Hugo..

(5) ii. AGRADECIMIENTOS. Agradecer a todos los que de una forma u otra hicieron posible la realización de este trabajo. A toda mi familia, mi madre María Elena y mi padre Rolando que han sido mi apoyo, a mi tío Rubén y a mi abuela Cira. A mi esposa Iliet que ha estado conmigo todos estos años. A mis amigos, compañeros y por supuesto a mi tutor Yeiniel. A todos ello gracias por hacerme crecer como ingeniero y como persona..

(6) iii. TAREAS DE INVESTIGACIÓN. La realización de un estudio profundo de la bibliografía citada. La caracterización del material bibliográfico en dependencia de los autores, el lugar donde se publicó y la importancia del trabajo desarrollado. El análisis de todo el material recopilado..

(7) iv. RESUMEN. El presente trabajo, empleando diferentes y variados métodos, realiza un análisis del material publicado en las últimas tres décadas en revistas de alto impacto acerca de la supervisión de lazos de control on-line y otros temas asociados. Identifica investigadores que se han mantenido a la vanguardia en el tema, revistas influyentes en la materia así como trabajos relevantes o trascendentales. En el se arriba a la conclusión de que; este es un tema de investigación maduro, donde se ha hecho difícil empujar más allá la frontera de la ciencia y por consiguiente, un área teórica lista para devolver la inversión realizada en forma de productos..

(8) v. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... ii TAREAS DE INVESTIGACIÓN ........................................................................................ iii RESUMEN ............................................................................................................................iv INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ................................................................. 4. 1.1. Introducción ............................................................................................................. 4. 1.2. Descripción de los artículos citados. ........................................................................ 4. 1.3. Consideraciones del capítulo.................................................................................. 19. CAPÍTULO 2.. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS 20. 2.1. Introducción ........................................................................................................... 20. 2.2. Herramientas utilizadas para caracterizar el material consultado .......................... 20. 2.3. Tipología documental de las referencias bibliográficas ......................................... 21. 2.4. Idioma de las publicaciones referenciadas ............................................................. 22. 2.5. Publicaciones consultadas por año. ........................................................................ 22. 2.6. Artículos por revista. .............................................................................................. 24. 2.6.1 2.7. Aspectos fundamentales de algunas de las revistas. ....................................... 25. Publicaciones por autores. ...................................................................................... 26.

(9) vi 2.7.1. Datos relacionados con algunos de los autores. .............................................. 27. 2.8. Artículos más citados. ............................................................................................ 32. 2.9. Consideraciones del capítulo.................................................................................. 33. CAPÍTULO 3.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................. 34. 3.1. Introducción. .......................................................................................................... 34. 3.2. Clasificación de los métodos fundamentales para la evaluación del desempeño. . 34. 3.2.1. Evaluación del desempeño en el dominio del tiempo..................................... 35. 3.2.2. Evaluación del desempeño en el dominio de la frecuencia. ........................... 36. 3.2.3. Control de Mínima Varianza (MVC) como punto de referencia. ................... 37. 3.2.4. Las técnicas estadísticas de análisis. ............................................................... 38. 3.2.5. Otras técnicas de evaluación, "problemas específicos”. ................................. 39. 3.3. Otras consideraciones prácticas. ............................................................................ 40. 3.4. Requisitos para la Evaluación del Desempeño. ..................................................... 41. 3.5. Aspectos económicos para medir el rendimiento en lazos de control. .................. 42. 3.6. Ejemplo de un algoritmo para la detección de fricción en válvulas. ..................... 42. 3.7. Consideraciones del capítulo.................................................................................. 45. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 46 Conclusiones ..................................................................................................................... 46 Recomendaciones. ............................................................................................................ 47 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 48.

(10) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. “Establecida en los años 80 por Harris en su histórico trabajo de 1989” (T. J. Harris, 1989), la investigación sobre la supervisión de lazos de control on-line ha sido de las áreas de investigación más activas en la comunidad de ingenieros dedicados al control de procesos. Una serie de métodos y algoritmos se han desarrollado con éxito y se han implementado muchas aplicaciones. Se estima que cientos de artículos han sido publicados en esta dirección o relacionados. Las últimas dos décadas han sido testigo de una considerable atención dedicada a este tema, tanto por el sector académico como por las comunidades industriales. Según (T. J. Harris and Seppala, 2002) es necesario crear un interés considerable en los métodos para el análisis del desempeño de los sistemas de control univariable y multivariables tanto con fines académicos como comerciales. Este enfoque está motivado por la importancia que los sistemas de control tienen al permitir a las empresas alcanzar los objetivos relacionados con la calidad y la seguridad. El mantenimiento de los lazos de control es generalmente responsabilidad de cualquier ingeniero o técnico de instrumentación, pero si al trabajo del ingeniero le añadimos. el tedioso trabajo de. vigilancia constante de un gran número de lazos, a menudo resulta en problemas con el control pasados por alto durante largos períodos de tiempo Según (R. Rengaswamy et al., 2001) el rendimiento óptimo de los controladores y lazos de control es crucial para la economía de los procesos. Estadísticas industriales muestran que a menudo un porcentaje significativo de ellos no está en cualquier momento dado en óptimas condiciones de trabajo. La supervisión en tiempo real de los lazos de control es una tarea difícil ya que puede haber docenas de lazos para supervisar en un proceso típico. Además, el rendimiento subóptimo o anormal a menudo no es evidente en la inspección superficial..

(11) INTRODUCCIÓN. 2. Por lo tanto, los enfoques automatizados para el seguimiento en tiempo real del rendimiento de los lazos de control son de considerable interés. En la actualidad los medios modernos de automatización poseen elevadas capacidades informáticas de procesamiento de información, que les permite realizar tareas complementarias a su función principal el control del proceso. Algunos de los sistemas de control modernos incluyen paquetes que permiten: la detección de interacciones entre procesos, la detección del no cumplimiento de los requisitos temporales y la detección de la mala calidad del ajuste del controlador. Justificación Este trabajo se justifica por el hecho de que la implementación de un sistema de análisis en línea del comportamiento de controladores y sistemas se beneficiaría con una recopilación de todo el material científico actualizado acerca del tema y a su vez influiría de forma positiva en la erradicación de problemas comunes que se presentan en las instalaciones de sistemas de control en nuestro país. Situación del Problema No se cuenta con una recopilación de la bibliografía científica actualizada acerca del análisis on-line del desempeño de sistemas de control y procesos. Sin embargo podemos encontrar trabajos parciales al respecto tales como (B. Huang, 2008; Isermann and Ballé, 1997; Jelali, 2006; O’Connor and O’Dwyer, 2004). Esto frena el desarrollo de soluciones locales al problema que se presenta en muchas industrias donde los sistemas de control no se encuentran adecuadamente ajustados para los requisitos de calidad exigidos y las características de los procesos a controlar. Objetivos El objetivo general de este trabajo se enuncia como: Sintetizar el estado del arte relativo al análisis on-line del desempeño de los sistemas de control y los procesos asociados. Para lograr este objetivo se plantean como objetivos específicos los siguientes: Realizar una búsqueda en las bases de datos de revistas indexadas de artículos relevantes al tema en cuestión y recuperarlos..

(12) INTRODUCCIÓN. 3. A partir de la información recopilada realizar un análisis de los métodos y técnicas de mayor importancia desarrollados así como los autores más relevantes y las revistas donde se publica sobre este tema con mayor frecuencia. Posibles Resultados Con este proyecto se pretende contribuir de forma teórica al desarrollo de técnicas para el monitoreo de lazos de control, que contribuya al análisis de las posibilidades de desarrollo en nuestro país. Demostrar la necesidad del estudio de esta técnica de control para mejorar el rendimiento de los controladores de nuestras industrias, haciéndolos más eficaces y económicamente factibles. Con el análisis de una gran variedad de métodos y algoritmos planteados por diferentes autores pretendemos dar una introducción a un tema de vital importancia en el control óptimo. Ofrecer bibliografía organizada para la consulta del tema. Impacto Posible Esta investigación contribuirá a que se cuente con una base teórico- científica para enfrentar futuros retos. Aplicabilidad La presente investigación puede ser aplicada por todas las entidades que se encuentran en camino de intentar mantener su sistema de automatización en óptimas condiciones mediante el chequeo del estado de ajuste de los controladores y los cambios o perturbaciones que sufren los procesos a lo largo de un período de tiempo o deseen implementar una solución a esta problemática. Resulta de especial interés para aquellas instalaciones de soluciones de automatización donde estas se han realizado como una estrategia de actualización tecnológica de la base productiva instalada y que no tuvieron en cuenta los cambios sufridos por el proceso o las diferencias introducidas por el cambio tecnológico (cambio de la variante o implementación física del controlador PID sin cambiar los valores de los parámetros P, I y D)..

(13) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 4. CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 1.1. Introducción. Con el desarrollo de los sistemas de control han surgido nuevas tecnologías en post de mejorar el rendimiento de los procesos, uno de los principales avances lo constituye el monitoreo del desempeño de lazos de control en funcionamiento, siendo necesario debido a que cualquier cambio produce afectaciones en el proceso disminuyendo su rendimiento. Son muchos los autores que investigan este tema, cada uno con su punto de vista, pero todos concluyen en la importancia del tema. Según (B. Huang, 2008) existen muchos algoritmos de control para la supervisión del rendimiento. También hay muchos algoritmos disponibles para el seguimiento del proceso. Sin embargo hay pocos métodos disponibles para la síntesis de diversas técnicas de monitoreo para formar un sistema de diagnóstico para la toma de decisiones óptimas. Una serie de artículos han sido citados por su relevancia en el tema, podemos encontrar una gran diversidad de temas tratados en cada uno de ellos. En el presente capítulo se resumen de forma breve los artículos considerados de mayor importancia (más del 50% de los consultados) publicados en revistas de reconocido prestigio internacional, patentes y libros relativos al tema en cuestión y organizados de forma cronológica. 1.2. Descripción de los artículos citados.. El artículo presentado por (Mehra and Peschon, 1971) brinda un enfoque general para la detección, el diagnóstico y el pronóstico de los sistemas mediante modelos matemáticos. Se basa en la Teoría de Sistemas y Teoría de la Decisión Estadística. Se considera el caso especial de sistemas dinámicos lineales con entradas aleatorias gaussianas y se muestra.

(14) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 5. cómo las propiedades estadísticas del proceso de innovación se pueden utilizar para la detección y diagnóstico de fallos. Según (T. J. Harris, 1989) en su artículo, para los procesos descritos por funciones de transferencia lineales con perturbaciones aditivas, el mejor control posible se realiza cuando se implementa un controlador de varianza mínima. Se muestra que una estimación del mejor control posible se puede conseguir mediante el ajuste de una serie de tiempo univariable para procesar los datos recogidos bajo el control de rutina. El uso de esta técnica se muestra con una planta piloto y sus datos en la producción. En su artículo (L. Desborough and T. Harris, 1993) realizan un análisis de la varianza para sistemas univariables feedforward / feedback la cual ha derivado en los aportes de la varianza para que se estabilicen las perturbaciones y los controladores. Se ha desarrollado un índice que evalúa el desempeño del sistema de control global. Las estimaciones del análisis de la varianza y el índice de rendimiento se pueden conseguir utilizando datos ordinarios del lazo cerrado. Estas cantidades pueden ser utilizadas en línea o no, ya sea para el diseño de nuevos controladores o como un medio para evaluar el rendimiento de los actuales esquemas de control por retroalimentación. La viabilidad de los resultados se pone de manifiesto usando simulaciones y datos industriales. Según expresaron (Eriksson and A.J. Isaksson, 1994) en su trabajo en los sectores en los que hay un gran número de lazos de control, sería conveniente tener alguna herramienta para monitorear el desempeño de los lazos individuales. Este trabajo se desarrolla a partir de un enfoque que evalúa el rendimiento del control en comparación con el Control de Mínima Varianza. Los autores muestran mediante un ejemplo y también de datos industriales que esta técnica proporciona una medida de la actuación del controlador. Por lo tanto, se proponen algunos de los criterios modificados y se indica una herramienta de monitoreo que utiliza todas las técnicas disponibles. En su artículo (Hägglund, 1995) presenta un procedimiento para la supervisión automática del funcionamiento de los lazos de control. El monitoreo de los lazos de control (CLPM por sus siglas en inglés) detecta las oscilaciones en el lazo de control. Estas oscilaciones son normalmente causadas por demasiada fricción en la válvula de control, pero también hay otras razones. El CLPM está principalmente destinado a ser acoplado a los controladores PID, pero también puede ser acoplado a otros controladores. El procedimiento es.

(15) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 6. automático en el sentido de que no hay parámetros adicionales, excepto los parámetros de regulación que tienen que ser especificados. El documento contiene una derivación de la CLPM y resultados de los experimentos industriales. En su artículo (Tyler and Morari, 1996) recomiendan la evaluación del deterioro en el rendimiento de los sistemas de control en lazo cerrado utilizando los datos de funcionamiento. Se propone un marco en el que el rendimiento aceptable se expresa como restricciones en los coeficientes de respuesta al paso de la función transferencial a lazo cerrado. Usando los métodos de probabilidad, se describe una prueba de hipótesis para determinar si se ha producido deterioro de control. El método se aplica a un ejemplo de simulación, así como a los datos de una columna de destilación en funcionamiento, y los resultados se compararon con los obtenidos usando enfoques de la estimación de mínima varianza. En la conferencia impartida por (Taha et al., 1996) presenta un procedimiento automático para el diagnóstico de las oscilaciones en los lazos de control en una fábrica de papel. Trabaja en línea sin perturbar el funcionamiento normal de la planta. Cuando se detecta una oscilación en un lazo de control, las herramientas de diagnóstico permiten la determinación de la causa del comportamiento oscilante. Podría ser la alta fricción en la válvula de control, un controlador mal optimizado o la presencia de una perturbación externa. La operación de los procesos técnicos requiere una supervisión cada vez más avanzada y el diagnóstico de fallos para mejorar la fiabilidad, la seguridad y la economía (Isermann, 1997). Este documento ofrece una introducción al campo de la detección y diagnóstico de fallos. Comienza con un examen de un procedimiento basado en el conocimiento que se basa en información analítica y heurística. A continuación, se consideran los diferentes métodos de detección de fallos, a partir de las características de las señales medidas. Estos métodos se basan en la estimación de parámetros, la estimación de estado y ecuaciones de paridad. En comparación con el comportamiento normal, se generan los síntomas analíticos. Los operadores humanos son otra fuente de información, y apoyo para la detección de los síntomas heurísticos. Para el diagnóstico de fallos, todos los síntomas tienen que ser procesados con el fin de determinar los posibles fallos. Esto se puede realizar por métodos de clasificación o el razonamiento aproximado, utilizando probabilístico o posibilista (fuzzy) los enfoques basados en si-entonces-reglas..

(16) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 7. En el artículo de (Isermann and Ballé, 1997) después de un breve resumen de la evolución histórica de la detección de fallos basada en modelos, se indican algunas propuestas de la terminología en el ámbito de la supervisión, detección y diagnóstico de fallos, basado en el trabajo en el Comité Técnico SAFEPROCESS de la IFAC. Algunos de los métodos básicos de detección de fallos y diagnóstico se consideraron brevemente. Entonces, una evaluación de las publicaciones en los últimos 5 años muestra algunas tendencias en la aplicación del modelo a base de métodos de detección de fallas y diagnóstico. El artículo de (B. Huang et al., 1997) se refiere a la estimación de una expresión explícita adecuada para la realimentación del regulador-invariante en términos del proceso MIMO a lazo cerrado con datos operativos de rutina. La realimentación del regulador-invariante o el término de mínima varianza se usa subsiguientemente como un estándar de referencia para la evaluación del rendimiento de control de los procesos MIMO. Este nuevo enfoque, hacia el análisis del rendimiento del control de lazo cerrado en procesos MIMO, se basa en el filtrado y el análisis de correlación (FCOR por sus siglas en inglés), de la salida del proceso y de los datos filtrados. El algoritmo FCOR es intuitivamente simple y eficiente computacionalmente. Sin embargo, se requiere un conocimiento a priori o estimación de la matriz de retardo de tiempo o de interacción del proceso MIMO. El algoritmo propuesto se evalúa mediante la aplicación de simulaciones y procesos industriales. En su artículo (Wallen, 1997) propone un sistema integrado para el diagnóstico de válvulas y el ajuste automático de los PID. El propósito es detectar las no linealidades como la fricción y la histéresis ya que estos pueden disminuir drásticamente el rendimiento del control. Se utiliza el Grafcet para representar la lógica del controlador En su trabajo (Ju and Chiu, 1998) presentan un procedimiento de vigilancia que incorpora la técnica de la transformada rápida de Fourier (FFT por sus siglas en inglés) para identificar el valor máximo modular logarítmico (Lcmax) en un diagrama de Bode. El método propuesto aborda varios problemas potenciales presentes en los métodos anteriores, que son (1) las pruebas de realimentación que se requieren son demasiadas, (2) el intervalo de búsqueda de frecuencia se limita al tercer cuadrante, y (3) el valor identificado de Lcmax no se puede utilizar en línea para rediseñar el controlador, si hay un incentivo suficiente para ello. Los resultados de las simulaciones muestran que el método propuesto puede identificar el Lcmax con bastante precisión en comparación con los métodos anteriores..

(17) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 8. En su artículo (Joe Qin, 1998) presenta una visión general del estado actual de la supervisión del rendimiento del control utilizando los principios mínimos de varianza. Se discuten opciones para la evaluación del desempeño de PIDs realizables, compensación entre el desempeño y la robustez, y compensación entre los objetivos de rendimiento determinista y estocástico. Como parte de estudios futuros se señalan para la investigación y la práctica en lo que respecta al diagnóstico de causa de origen, para la evaluación del desempeño en toda la planta, evaluación multivariable, la evaluación de la adecuación de las estrategias de control existentes, la evaluación del desempeño del modelo de control predictivo, el uso de dispositivos de campo inteligentes y la inteligencia artificial para formar una metodología de diagnóstico sistemático. Un método es patentado por (James, 1998) para diagnosticar un fallo de funcionamiento de un sistema de control de un proceso que incluye al menos un lazo cerrado, que comprende medir en un histograma el seguimiento del error del lazo de control, determinando la distorsión del error respecto a una distribución gaussiana, y que indica un fallo de funcionamiento en el proceso en el caso de una desviación de la distribución gaussiana del error cuando excede los límites predeterminados. En la conferencia impartida por (Cinar and Undey, 1999) se resumen procedimientos estadísticos de control de procesos para una sola variable, como Shewhart, CUSUM y gráficos EWMA. Se presentan técnicas para el monitoreo estadístico de procesos multivariable (SPM por sus siglas en inglés) tanto continuos como por lotes. Se discuten métodos basados en el análisis de componentes principales, los modelos de espacio-estado de variables canónicas, mínimos cuadrados parciales, múltiples vías y técnicas multibloque. Se presentan también métodos de control de lazo único y rendimiento del controlador multivariable El desarrollo de medidas de calidad de funcionamiento para los lazos de control en entornos industriales es el tema que trata (B. Huang and Sirish L. Shah, 1999) en su libro. Un proceso industrial típico incluye miles de lazos de control. El mantenimiento y servicio a estos lazos es llevado a cabo con poca frecuencia por técnicos en instrumentación. El mantenimiento de rutina de tales lazos con los ajustes óptimos puede ahorrar unos cientos de miles de dólares al año a los complejos industriales. Se hace una reflexión sobre cuestiones tales como: ¿Es su controlador saludable? ¿Está haciendo bien su trabajo?.

(18) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 9. ¿Cómo se puede obtener una evaluación no-invasiva o independiente del modelo de los datos del rendimiento del controlador a lazo cerrado? Para responder a estas preguntas de evaluación del desempeño de los lazos de control se consideran: aspectos teóricos de la evaluación del desempeño para lazos univariables y multivaribles así como las técnicas de evaluación tales como: Simulaciones, Evaluaciones experimentales en el ordenador con procesos a escala piloto y Aplicaciones industriales. Una de las aplicaciones de la evaluación del desempeño de los lazos de control a través del algoritmo (CLPA por sus siglas en inglés) se pone de manifiesto en el entorno de una refinería. CLPA tiene varios parámetros que tienen que ajustarse correctamente para dar los mejores resultados. En el artículo se describen los procedimientos para la selección de estos parámetros que se hacen factibles para implementar el algoritmo a escala de una refinería. (Thornhill et al., 1999) presenta experiencias prácticas con el uso de las técnicas. Una nueva metodología es desarrollada por (Swanda and Seborg, 1999) para evaluar el desempeño de los controladores PI con los datos de la respuesta a un paso del sistema a lazo cerrado. Se basa en dos nuevos índices de rendimiento adimensionales, el tiempo de establecimiento adimensional y la integral adimensional del valor absoluto del error. La metodología se utiliza para cuantificar cuán lejos está un lazo de control del mejor rendimiento posible del PI. También identifica malos desempeños de los lazos de control, tales como los que son excesivamente lentos. Se analizan las propiedades de rendimiento y robustez del modelo de control interno (IMC) y se utilizan como puntos de referencia de interés industrial. La metodología propuesta es aplicable también a los controladores PID. En su artículo (T. J. Harris et al., 1999) brinda un enfoque integral para evaluar la eficacia de los sistemas de control el cual requiere: (i) la determinación de la capacidad del sistema de control, (ii) el desarrollo de las estadísticas adecuadas para controlar el rendimiento del sistema existente, (iii) el desarrollo de métodos para el diagnóstico de las causas subyacentes de los cambios en el rendimiento del sistema de control, y (iv) la incorporación de estos métodos en un entorno industrial. Estos conceptos fueron desarrollados inicialmente utilizando una referencia del rendimiento del Control de Mínima Varianza de un sistema (SISO). Extensiones a procesos (MISO) y (MIMO) también han sido desarrollados por el autor. La regulación de las perturbaciones estocásticas y deterministas, así como el seguimiento del punto de referencia son fácilmente acomodados con estos.

(19) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 10. métodos. (T. J. Harris et al., 1999) ofrece un número de enfoques alternativos basados en la detección de fallos y un análisis más profundo de varios de estos métodos. Pese a haber demostrado ser muy útil engrandes aplicaciones industriales a gran escala estos puntos de referencia del rendimiento y métodos de seguimiento, siguen teniendo una serie de cuestiones pendientes teóricas y prácticas. En su artículo (Horch, 1999a) presenta un método simple para el diagnóstico de las oscilaciones en los lazos de control en los procesos. El nuevo método se basa en la correlación cruzada entre la entrada y la salida de del proceso de control y se muestra para distinguir correctamente entre dos razones importantes para las oscilaciones en los lazos de control en la industria, las oscilaciones externas perturbantes y la fricción estática en las válvulas de control. Un índice del rendimiento del control que relaciona la varianza de salida real a la varianza mínima alcanzable fue presentado por primera vez por (T. J. Harris, 1989). En el documento de (Horch and Alf J Isaksson, 1999) aplican una modificación del índice. En lugar de comparar con el Control de Mínima Varianza - que corresponde a la colocación de todos los polos en lazo cerrado en el origen - un polo se coloca ya sea utilizando las directrices del diseño del proceso de control o conocimiento adicional disponible. Se discuten algunas de las opciones posibles de la libertad del polo en lazo cerrado. Sobre la base de esta modificación del sistema a lazo cerrado, se puede calcular un índice de rendimiento que relaciona la varianza de salida real con la varianza mínima alcanzable usando el sistema modificado. Se muestra que para el cálculo de este índice no es necesaria ninguna otra información aparte de la medición de la salida del proceso y el retraso de tiempo. Además, se presenta un método que permite la evaluación de la exactitud del índice calculado. El índice original de Harris y el índice modificado propuesto se procesan utilizando datos procedentes de procesos industriales. En su artículo (Bezergianni and Georgakis, 2000) se plantean que la necesidad de lograr sistemas de control automáticos fiables y eficaces ha dirigido numerosos esfuerzos de investigación hacia el desarrollo de métodos de monitoreo y evaluación del desempeño de los sistemas en línea. Un nuevo índice de evaluación del controlador, llamado índice de varianza relativa (RVI por sus siglas en inglés) se introduce en este trabajo, de acuerdo con lo cual el rendimiento del lazo cerrado se compara con la mejor acción del control teórico.

(20) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 11. (Control de Mínima Varianza) y la no acción de control. Para la estimación del índice de varianza relativa se emplea un método de identificación para extraer los modelos del sistema y una estimación de las demoras en los procesos unitarios. El índice propuesto, está de acuerdo con las medidas deterministas clásicas de evaluación de lazo cerrado y por lo tanto puede ser utilizado para la evaluación del rendimiento del controlador con mayor eficacia. En su trabajo (R. Rengaswamy et al., 2001), propone un sistema automatizado de análisis cualitativo para la detección y el diagnóstico de los diferentes tipos de oscilaciones en los lazos de control, basándose en tres casos de estudios para detectar y diagnosticar las oscilaciones del lazo de control. En este artículo (H.-P. Huang and Jeng, 2002) estudian el sistema de control de lazo único con el controlador de estructura general o con estructura PI / PID. La tarea de control del sistema es para seguir modificaciones en el paso dado en la referencia o rechazar las perturbaciones intermitentes en la salida. Se evalúa el rendimiento de un sistema de retroalimentación sencillo con su valor IAE y su tiempo de subida (tr) observado la respuesta del sistema a un paso. Supongamos que la dinámica de los procesos de lazo abierto puede ser representada por los modelos de primer orden o de segundo orden más tiempo muerto (es decir, FOPDT o SOPDT por sus siglas en inglés). Sobre la base de estos modelos, se calculan los IAE óptimos y los tiempos de subida asociados. El rendimiento de un sistema se evalúa comparando su IAE actual al IAE óptimo. Por tanto un índice es definido para esta evaluación cuantitativa. Es presentado un método para estimar la respuesta ante el paso en la referencia haciendo uso de la respuesta del sistema a entradas tramadas. Mediante la introducción de las entradas tramadas intermitentemente al sistema, el rendimiento del lazo único se puede supervisar en línea. En su artículo (Swanda and Seborg, 1999) han propuesto un método para evaluar el rendimiento del controlador con los datos de la medición. La idea principal es considerar el tiempo de establecimiento normalizado por el tiempo de retraso aparente del proceso ante un paso. En el artículo de (Horch, 2002) este método se extiende y se propone una aplicación práctica completa. En primer lugar, un procedimiento de estimación de tiempo muerto se combina con la clasificación de (Swanda and Seborg, 1999). En segundo lugar, se propone un método que permite el tratamiento de los datos incompletos o imperfectos de.

(21) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 12. la respuesta al paso. La idea es modelar el sistema a lazo cerrado utilizando modelos Kautz antes de estimar el tiempo de establecimiento. Un conjunto de índices de rendimiento adecuados para el seguimiento y evaluación del proceso se presentan y discuten en el documento de (S.-L. Jamsa-Jounela et al., 2002). Un programa gráfico, fácil de usar e interpretable para mostrar índices de desempeño de los operadores fue desarrollado. Por último, son reportados algunos resultados preliminares de las pruebas piloto con celdas de flotación. En su artículo (B. Huang, 2002) se refiere a (1) una solución explícita de una ley de Control de Mínima Varianza para los procesos lineales variantes en el tiempo (LTV por sus siglas en inglés) en forma de función de transferencia, y (2) la evaluación del desempeño de los procesos de LTV utilizando el Control de Mínima Varianza como punto de referencia. Se muestra que existe una variación en el tiempo donde el límite inferior absoluto de la varianza del proceso es alcanzable bajo Control de Mínima Varianza y puede ser estimado a partir de los datos de funcionamiento de la planta. Este límite inferior se puede utilizar posteriormente para evaluar el beneficio de la aplicación de control de LTV, tales como el control adaptativo. Los métodos propuestos se ilustran mediante ejemplos simulados y el estudio de un caso industrial. En su trabajo (Grimble, 2002) propone el uso de la ley de control generalizada para mínima varianza para la evaluación del rendimiento del lazo de control y la evaluación comparativa. Una nueva derivación de la ley de control permite el enlace a la evaluación comparativa de mínima varianza para ser explorado y explotado. La principal ventaja radica en la generalidad del índice de los costes y la simplicidad de los resultados. El único precio para esta simplicidad es el supuesto de la elección de ponderaciones. Las expresiones simples se proporcionan para cada uno de los términos de coste que permitan evaluar el rendimiento, incluyendo el índice de rendimiento total, la varianza del error y las señales de control y la varianza de las señales ponderadas. Estos se pueden utilizar para comparar diseños existentes con soluciones óptimas utilizando modelos reales o registros de tiempo de funcionamiento normal. En este trabajo (L. Desborough and Miller, 2002) documentan el estado actual del rendimiento del controlador industrial, se identifican las fuentes y las ramificaciones de este.

(22) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 13. pobre desempeño, y se analiza los atributos necesarios para un Sistema de Monitoreo del Proceso de Control (PCMS). Por último, se sugieren líneas de investigación. Las críticas recientes de la evaluación comparativa de mínima varianza de lazos de control de una sola entrada y una sola salida (SISO) se han centrado en la necesidad de una evaluación del desempeño durante los cambios del punto de referencia y también en la necesidad de prestar atención a los movimientos de la variable manipulada. En este artículo (Thornhill et al., 2003b) examina los factores que influyen en la medida del rendimiento de lazos de control SISO. Se analizan las razones de por qué el rendimiento durante los cambios del punto de ajuste difiere del desempeño regulatorio durante la operación en un punto de referencia constante. Los resultados demuestran cómo el rendimiento del regulador está influenciado por la naturaleza de una perturbación, y que la correlación de las señales dentro de un lazo de control puede indicar si la perturbación es aleatoria o determinista. El trabajo se ilustra con ejemplos experimentales, simulados e industriales. La detección de las oscilaciones en las mediciones de los procesos químicos, incluyendo el caso en que dos o más oscilaciones de diferente frecuencia están presentes simultáneamente es tratado por (Thornhill et al., 2003c). La presencia de oscilaciones en rangos de frecuencia seleccionados se determina utilizando un nuevo método basado en la regularidad de los pasos por cero de las funciones de auto-covarianza filtrados. El trabajo está motivado por e ilustrado con datos industriales que presentan múltiples oscilaciones en toda la planta. Se sientan las bases para la aplicación práctica en una herramienta automatizada. Las perturbaciones que se propagan a través de una planta de reciclaje debido a las corrientes, la integración de calor u otros medios pueden tener un impacto especialmente grande en la calidad del producto y en los gastos de funcionamiento. Existe por lo tanto una motivación para la detección automática de una perturbación en toda la planta y para la determinación de la causa raíz de manera que la perturbación puede ser eliminada. Según lo expresado por (Thornhill et al., 2003a) la comprensión del proceso adquirida por los ingenieros de la planta mejora entonces el análisis de los datos, por ejemplo mediante la identificación de una medida representativa para un flujo no medido a través de la válvula sospechosa de ser la causa del problema. En las pruebas in situ de una sola válvula se confirmó la sospecha y la oscilación de toda la planta desapareció después de la reparación de la válvula. El diagnóstico fue bien a la primera y así el esfuerzo de mantenimiento se.

(23) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 14. minimiza. El éxito del estudio sugiere que existe una dirección fructífera para futuras investigaciones en el enlace de datos automatizados impulsada por el análisis con la información acerca de la estructura y conectividad del proceso. En su artículo (Q. Li et al., 2003) describe el desarrollo de un controlador para detectar automáticamente el pobre rendimiento del control. Proporciona una medida del rendimiento del lazo de control con respecto a un modelo de referencia de control aceptable. El modelo de referencia simula la salida controlada de variables definidas por el usuario, sintonía aceptable del lazo de control. Las entradas al modelo de referencia son los puntos de ajuste (igual que la planta real) y las perturbaciones (estimado a partir de las mediciones). El controlador utiliza solamente datos de rutina de operación de la planta. Pendiente de la capacidad para obtener modelos de procesos temporalmente precisos, y la validez de las mediciones del proceso, simulaciones y experimentos demuestran que el controlador detecta el pobre rendimiento causado por valores inadecuados de los parámetros del controlador o cambios en las características de la planta, y los diferencia del pobre rendimiento causado por perturbaciones externas. En este trabajo (McNabb and Qin, 2003) proponen un nuevo método para el monitoreo del desempeño del control basado en proyecciones subespaciales. Comienza con un modelo espacio-estado de un proceso generalizado no cuadrado y deriva en la ley de control para mínima varianza (MVC) y la varianza mínima alcanzable en un estado de retroalimentación. El método consiste en derivar un retardo de tiempo multivariable (MTD) de la matriz, para su uso en la formulación de la extensión del espacio-estado, que implícitamente es equivalente a la matriz de interacción. Se muestra como la mínima varianza del espacio de salida puede considerarse como un subespacio óptimo del espacio general de la salida a lazo cerrado y propone un cálculo simple del rendimiento del control que utiliza la proyección ortogonal de los datos filtrados de la salida con los últimos datos de la salida. Por último, se propone una técnica de monitoreo del control basada en la covarianza de salida y el diagnóstico de la causa del bajo rendimiento del control mediante un análisis generalizado del vector propio. Los métodos propuestos son demostrados en algunos ejemplos simulados y en una caldera de quema de residuos de madera. En su artículo (Stenman et al., 2003) presenta un método para la detección de la fricción estática en las válvulas de control. El método es basado en un modelo y se inspira en las.

(24) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 15. ideas de los campos de la detección de cambios y la estimación en modo multi-modelo. Opuesto a los métodos existentes sólo se necesita conocimiento limitado del proceso y no se requiere que el lazo presente comportamiento oscilante. La ventaja del método se ilustra con simulaciones y evaluaciones numéricas con datos reales del lazo de control. El trabajo de (Mosca and Agnoloni, 2003) estudia el problema de la pronta detección de las pérdidas de estabilidad o de proximidad a la inestabilidad en los sistemas de control de retroalimentación, donde la dinámica de las plantas son inciertas y posiblemente variables en el tiempo. Se considera un entorno de control con punto de referencia con condiciones normales de funcionamiento que implican la presencia de un persistente nivel de ruido estacionario, posiblemente con intensidad variable en el tiempo, con perturbaciones del tipo impulso y paso prudente y no excitado por el punto de referencia durante largos intervalos de tiempo. El estudio revela la existencia de una estadística escalar (residual) que puede ser utilizada para construir la prueba de detección deseada bajo las prescripciones establecidas. Un ejemplo ilustra el uso de la prueba dentro del contexto de la auto-programación conmutando hacia el control de supervisión. En su trabajo (Ko and Thomas F. Edgar, 2004) desarrollan una solución iterativa para el cálculo del mejor rendimiento alcanzable por el control PID y el ajuste óptimo correspondiente del PID en un lazo de control existente. Una expresión analítica se deriva de la salida en lazo cerrado como una función explícita de ajuste del PID. El punto de referencia resultante permite la evaluación del desempeño real de un lazo de control PID existente, sobre todo cuando el lazo de control no cumple con el rendimiento de mínima varianza. Un índice de rendimiento del PID se define sobre la base de los resultados ligados al PID y se estima su intervalo de confianza. Una serie de ejemplos simulados se utilizan para demostrarla utilidad del método propuesto. En su artículo (R. Srinivasan et al., 2005) plantea que dado una serie de estudios industriales en la última década. indican que sólo alrededor de un tercio de los. controladores industriales ofrecen un rendimiento aceptable. Dado que existen importantes beneficios comerciales para el diagnóstico y la mejora de los restantes dos tercios de los controladores industriales, los últimos años han visto una aparición de técnicas para el monitoreo del rendimiento de los lazos de control utilizando datos ordinarios de funcionamiento. Entre el 20 y el 30% de todos los lazos de control oscilan debido a.

(25) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 16. problemas de la válvula causados por la fricción estática o histéresis. (R. Srinivasan et al., 2005) propone una técnica para clasificar los patrones que se desarrollan debido a la fricción estática, un enfoque de reconocimiento de patrones mediante deformación dinámica en el tiempo (DTW). El éxito de la propuesta se basa en una nueva técnica para la detección y caracterización del tiempo de las oscilaciones. Un método robusto para la generación de un patrón de la fricción estática para cada ciclo de oscilación en oposición a un patrón global para el conjunto de datos que se propone. El enfoque cualitativo fue probado en conjuntos de datos de diversa complejidad, que incluyen comportamiento no constante, intermitente fricción estática y perturbaciones externas. Un punto de referencia basado en la estadística fue propuesto por (Q. Zhang and S. Li, 2006) para la evaluación del rendimiento y el seguimiento de modelos de control predictivo, el punto de referencia es desarrollado mediante el chequeo de un conjunto de datos de la salida sólo cuando el rendimiento del control es bueno de acuerdo con la selección del usuario. Se construye un modelo de los principales componentes y se identifica para supervisar el rendimiento un filtro de media móvil autoregresiva, una mejor estadística T2 es seleccionada como el índice del monitoreo del rendimiento. Cuando los cambios en el desempeño fueron detectados, el diagnóstico fue hecho por la validación del modelo mediante el análisis recursivo y el método generalizado de razón de verosimilitud (GLR). Esto distingue el hecho de que el cambio en el rendimiento fue debido a realizar desajustes del modelo o debido a las perturbaciones. La simulación se llevó a cabo sobre un sistema de fraccionamiento de aceite pesado obteniéndose buenos resultados, útiles para el operador para mejorar el rendimiento del sistema. Un examen de la situación actual en la evaluación del desempeño del control (CPA por sus siglas en ingles) y aplicaciones industriales es presentado por (Jelali, 2006). Se exponen las ventajas y desventajas de cada método. Una evaluación de las publicaciones en los últimos 15 años muestra algunas de las tendencias en la aplicación de una serie de indicadores y métodos en los procesos industriales. También se incluye una descripción general de paquetes de CPA que han sido desarrollados y/o que están disponibles comercialmente. Se sugiere un procedimiento sistemático para la vigilancia continua y la optimización del rendimiento del control, combinando diferentes parámetros y métodos de evaluación. Por.

(26) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 17. último, se dan las necesidades futuras y las tendencias en la teoría y las aplicaciones de CPA. En su trabajo (Joe Qin and J. Yu, 2007) ofrece una visión crítica del desarrollo reciente en el monitoreo del rendimiento del control en sistemas MIMO. Se discuten una serie de puntos de referencia incluyendo varianza mínima, LQG y los puntos de referencia seleccionados por el usuario. Las medidas del desempeño se extienden desde la medidas de la varianza basadas en el control SISO a las medidas de covarianza basada en control MIMO. Se discuten pros y contras de varias pruebas. El diagnóstico del pobre desempeño del control en un punto de referencia es un aspecto importante de los tratados por (Joe Qin and J. Yu, 2007). Se argumenta que en el ámbito MIMO, las opciones con peores resultados deben ser analizadas a partir de datos para obtener información de un diagnóstico significativo. Por lo tanto, la estadística multivariable debe aplicarse para el diagnóstico de las opciones de peor rendimiento, en lugar de un lazo a la vez, al igual que su uso en la supervisión de procesos multivariables. En su artículo (Jelali, 2007) explica como llevar el monitoreo del desempeño del control como nueva tecnología a una nueva área industrial, el procesamiento de metales, donde no se había trabajado mucho con anterioridad. Se muestra cómo explorar las oportunidades aún no descubiertas en este campo industrialmente interesante para mejorar el rendimiento del controlador, donde los aspectos especiales tienen que ser considerados. Esto incluye la evaluación del desempeño en línea contra el desempeño discontinuo y el diagnóstico de oscilaciones. Se analizan datos operativos de rutina para obtener las métricas de seguimiento del desempeño en términos de un índice de varianza mínima, un índice de oscilación, y al final se proponen medidas para la mejora del rendimiento. Una herramienta de monitoreo para el cálculo y la visualización de los índices de rendimiento se desarrolló y adaptó a las aplicaciones en este campo. En su trabajo (B. Huang, 2008) propone establecer y demostrar un nuevo marco probabilístico de diagnóstico para la supervisión de los lazos de control. El nuevo marco posee una serie de propiedades deseadas, incluyendo por ejemplo, el diagnóstico cuantitativo y probabilístico, la flexibilidad en la síntesis de diferentes técnicas de control, la robustez en la presencia de datos faltantes o variables que faltan, la facilidad de expansión o contracción del sistema de diagnóstico, capacidad de incorporar a priori el.

(27) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 18. conocimiento del proceso, y la capacidad para la toma de decisiones. Como la columna vertebral del marco propuesto son introducidos los métodos Bayesianos emergentes y se demostró que son las herramientas adecuadas para resolver el problema en cuestión. Se formulan varios problemas representativos del diagnóstico de los lazos de control en el marco Bayesiano y sus soluciones se demuestran a través de ejemplos. Se discuten las experiencias aprendidas y los retos de las aplicaciones industriales de los métodos Bayesianos y se resumen algunas de las futuras líneas de investigación. El documento redactado por (Scali and Farnesi, 2010) ilustra las características principales de un sistema de monitoreo que supervisa el rendimiento de más de 1200 lazos de control en refinerías. Se analiza el sistema de datos registrados por los países en desarrollo durante las operaciones de rutina y se originan veredictos sobre el rendimiento de los lazos de control, también se dan indicios de las causas del bajo rendimiento y las diferentes estrategias a adoptar (resintonización, mantenimiento de válvulas). En primer lugar, se ilustra la arquitectura del sistema y las características de los módulos que cumplen diferentes tareas de adquisición y transferencia de datos, se describen la configuración del sistema y la asignación de prioridades, el análisis del rendimiento y la detección de fallas. También se muestra una síntesis de las principales técnicas adoptadas en el sistema para la detección de fricción estática, así como el proceso de identificación y evaluación de rendimiento. También se discute el procedimiento para la calibración de los valores umbrales de los parámetros, con el fin de coincidir con veredictos emitidos automáticamente por el sistema con las evaluaciones de los operadores para evitar falsas alarmas. Luego se presentan ejemplos de resultados obtenidos a partir de la validación del campo, con la ilustración del funcionamiento del lazo antes y después de las acciones sugeridas por el sistema de monitoreo. La tecnología que presenta (Lee et al., 2010) en este documento se conoce como caja de herramientas para el Análisis y Soluciones (PATS por sus siglas en ingles). Los principales componentes son discutidos, incluye la recopilación de datos, sistemas de identificación de lazo cerrado, monitoreo de la fricción estática de la válvula de control, rendimiento del control univariable, seguimiento del rendimiento del control multivariable, supervisión del rendimiento del modelo de control predictivo etc. Se ha demostrado a través de un estudio con la aplicación de diversos componentes de PATS en la industria, que la integración de la.

(28) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 19. tecnología proporciona resultados más convincentes de diagnóstico y facilita la identificación de oportunidades para mejorar el control. En este trabajo (Lee et al., 2010) presenta su aplicación con un enfoque en la industria. Un nuevo método es desarrollado por (B. Srinivasan et al., 2012) para evaluar el rendimiento de un sistema de lazo cerrado con una entrada única y salida única (SISO). La métrica propuesta es una escala particular del exponente generalizado de Hurst, calculado a través del método de análisis de fluctuación sin tendencia. El nuevo método se compara favorablemente con el índice mínimo de variación utilizado, ambos muestran tendencias similares en los cambios en la afinación del controlador del lazo cerrado durante las simulaciones. La principal ventaja del método de Hurst sobre las medidas del rendimiento y otras existentes es que su determinación no requiere un conocimiento a priori de los parámetros del lazo de control. En su lugar, el cálculo del método se basa únicamente en los datos de la salida del proceso recopilados durante la operación de la planta. Por lo tanto, esta nueva técnica podría permitir a los ingenieros identificar de manera más eficiente los lazos de control problemáticos. 1.3. Consideraciones del capítulo.. Como puede apreciarse, a partir del año 1971 y hasta la fecha se han publicado un gran número de trabajos relativos al monitoreo del desempeño de lazos de control en funcionamiento. Estos trabajos van desde la muestra de una visión particular del problema basada en un método específico, hasta propuestas de marcos de trabajo completos con soporte teórico, incluida la descripción de una herramienta existente para la solución de este tipo de problemas. Otros trabajos ofrecen comparaciones entre soluciones propuestas con anterioridad o con trabajos propuestos por los autores. Lo que si queda claro, es que el tema ha evolucionado a lo largo de los años en soluciones más acordes a las necesidades reales de la industria..

(29) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS.. 20. CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS. 2.1. Introducción. El objetivo de este capítulo es analizar la bibliografía consultada publicada de 1971 a 2012. Se pretende responder cuestionamientos sobre las revistas más frecuentemente usadas por los autores para publicar sus artículos, los autores que más publican, la tipología documental predominante en la bibliografía citada, los idiomas predominantes, la edad de esa literatura referenciada, así como otros aspectos de interés. La respuesta a estos cuestionamientos nos permitirá conocer las tendencias de citación y consumo de información de los autores que comunican el resultado de sus investigaciones a través de publicaciones científicas. 2.2. Herramientas utilizadas para caracterizar el material consultado. Como origen de datos para la realización de este trabajo se usó el fichero resultado de exportar la bibliografía almacenada en la colección de Zotero. El contenido de este fichero se encuentra estructurado utilizando el formato RDF el cual es un derivado del lenguaje de marcado extensible (XML por sus siglas en inglés). Para el acceso a su contenido se utilizó la librería modelo de objeto documento (DOM por sus siglas en inglés). Como marco de trabajo para la implementación de los diferentes esquemas de caracterización se empleó la técnica de mapeo/reducción. Esta técnica permite dividir las acciones en dos grupos: aquellas acciones que es necesario realizar para procesar cada elemento y las acciones que es necesario realizar sobre los resultados del procesamiento de cada elemento para consolidar un resultado final. El primer grupo de acciones presenta una relación uno a uno con los elementos a procesar por lo que se le denomina mapeo. El.

(30) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS.. 21. segundo grupo de acciones produce un resultado que es una versión consolidada de la suma de todos los resultados de la etapa anterior por lo que se le denomina reducción. Al aplicar la técnica de mapeo/reducción se puede reducir el costo computacional del algoritmo de análisis. Por ejemplo en el caso de un juego de datos de entrada que siga un patrón de desarrollo incremental, solo es necesario aplicar mapeo al subconjunto que no forma parte del conjunto anterior si se han almacenado los resultados intermedios. Los resultados de cada esquema de caracterización se almacenaron en ficheros de valores separados por coma (CSV por sus siglas en inglés) el cual es un formato estándar soportado por múltiples herramientas tales como Microsoft Office Excel, Open Office Calc y Matlab. El empleo de este formato para el almacenamiento de los resultados posibilitó realizar un postprocesamiento de los mismos resultando de esto algunos de los gráficos presentados a continuación en este capítulo. El lenguaje de programación escogido para la implementación de los diferentes esquemas de caracterización fue PHP. Algunos elementos que influyeron en la toma de esta decisión fueron el hecho de que este lenguaje ofrece las herramientas necesarias para trabajar con los formatos de datos de entrada y salida sin necesidad de instalar nada más, además de que se cuenta con experiencia para el trabajo con este lenguaje. 2.3. Tipología documental de las referencias bibliográficas. De la bibliografía consultada que comprende 67 documentos, el 79.1% del total son artículos publicados en revistas científicas de primer nivel, lo cual es comprensible teniendo en cuenta que estas son la fuente de información científica más actualizada. Las nuevas teorías o métodos de trabajo acerca del tema se han publicado utilizando este formato para llegar al consumidor (investigador, técnico de la industria, etc.). En la Tabla 2.1 puede apreciar la cuantía y tanto por ciento del total de elementos seleccionados correspondientes a la distribución de los documentos relativo al tipo de publicación al que pertenecen (tipología documental)..

(31) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS.. 22. Tabla 2.1: Tipología de las publicaciones citados desde 1971 a 2012.. Tipología. 2.4. Cantidad. Porcentaje. Artículos de revistas. 53. 79.1. Conferencias. 12. 17.91. Patentes. 1. 1.49. Libros. 1. 1.49. Total. 67. 100.00. Idioma de las publicaciones referenciadas. El idioma inglés monopoliza el 100% de la bibliografía citada, indicando una hegemonía de este idioma. La representación de los otros idiomas es poco significativa. Esto es una verificación importante dado que en esta lengua se publican las revistas con mayor visibilidad en el campo de las ciencias y la tecnología. Este porcentaje de uso puede ser consecuencia de varios factores: por una parte la tendencia existente a publicar en este, considerado el idioma universal de facto en materia de información científica, por otra parte la influencia histórica norteamericana e inglesa en la rama de la ingeniería y específicamente en el campo de la Ingeniería Automática y finalmente el prestigio y reconocimiento que exhiben las editoriales científicas, muchas de ellas asociadas a instituciones universitarias y organizaciones internacionales, de los países angloparlantes del primer mundo. 2.5. Publicaciones consultadas por año.. Como unidades de análisis fueron tomadas cada una de las. publicaciones con gran. diversidad autores y títulos incluidas en la selección realizada. La distribución cronológica.

(32) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS.. 23. pormenorizada de las referencias bibliográficas publicadas según los años, puede ser observada en la Figura 2.1 siguiente.. 2012 2010 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1989 1988 1971. 1 2 1 2 2 1 3 8 8 2 1 11 4 6 6 2 1 3 2 1 1. Figura 2.1: Publicaciones por año.. Como pudo observarse es un tema ampliamente investigado dada la cantidad de publicaciones a lo largo de los años. La etapa de auge de las publicaciones estuvo en los finales de la década de los 90 y principio de este siglo, solamente de 1999 fueron consultadas 11 publicaciones y el 2002 y 2003 con 8. Con una cantidad sustancial de artículos hasta nuestros días no es de extrañar que la cantidad de publicaciones haya disminuido en los últimos años, debido que las bases para la investigación están sentadas en los trabajos más longevos y la cantidad de aportes ya no es tan significativa, ejemplo de ello ni del 2009 o 2011 se consultó algún artículo. Científicamente hablando si miramos detenidamente la gráfica podemos observar que la distribución estadística de revistas por año coincide con una campana de Gauss. Este tipo de distribución se ajusta al proceso de investigación científica (surgimiento, auge y disminución) y nos indica que este tema ha.

(33) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS.. 24. entrado en una etapa de decrecimiento del número de publicaciones anuales y que se encuentra ampliamente investigado. La principal importancia asociada a que la investigación del tema este agotada es que se puede ir de la teoría a la aplicación práctica, teniendo basamento teórico suficiente para afrontar los distintos retos que puedan surgir o simplemente aplicar los conocimientos prácticos implementados por otros. 2.6. Artículos por revista.. En la actualidad existen una gran diversidad de revistas científicas, en el gráfico de la figura 2.2 se muestran algunas de las revistas más importantes de las consultadas así como la cantidad de artículos citados publicados en cada una.. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 3. Annual Reviews in Control, 1 Automatica, 6 Chemical Engineering Science, 1. Journal of Process Control, 10. Chinese Journal of Chemical Engineering, 1. International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, 3 Industrial & Engineering Chemistry Research, 8. Control Engineering Practice, 10. Figura 2.2: Distribución de publicaciones por revistas..

(34) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS.. 25. Como puede apreciarse están marcadas en otro color las revistas que sobresalen por el número de publicaciones relacionadas con el tema, este gráfico brinda una indicación acerca de cuáles son las preferidas por los investigadores del tema para difundir sus trabajos en la comunidad científica y por tanto cuales deben ser las mejores para publicar acerca de las distintas aristas del monitoreo del desempeño del control. Cabe resaltar que con el surgimiento del mundo digital muchas de estas revistas se han digitalizado aumentando así su alcance llegando a un gran número de usuarios los artículos publicados en ellas en muy poco tiempo. 2.6.1 Aspectos fundamentales de algunas de las revistas. A continuación serán presentados datos relacionados con algunas de las revistas mencionadas, consideradas las más importantes: Automatica: es una de las revistas líderes en la publicación de artículos en el campo del control automático. Su campo abarca una amplia gama de áreas y temas, y está creciendo no sólo en sí mismo, sino también en términos de su impacto en otros campos, tales como las comunicaciones, los ordenadores, la biología, la energía y la economía. Desde su creación en1963, Automatica se ha mantenido al corriente de la evolución y ampliación de las ciencias a través de los años, y se ha convertido en una publicación líder en el manejo de las tendencias en el campo de las ciencias. Después de haber sido fundada en 1963, Automatica se convirtió en una revista de la Federación Internacional de Control Automático (IFAC) en 1968. Desde el inicio publica artículos originales de investigación teórica y experimental, y el desarrollo en el control de los sistemas, que implica todos los aspectos de la teoría del control automático y sus aplicaciones. Preferiblemente, trabajos teóricos que deben incluir aplicaciones; los documentos relativos a los componentes y sistemas. deben. incluir. una. breve. descripción. teórica. y. las. consecuencias. económicas.(“Automatica - Journal - Elsevier,” n.d.). Actualmente ocupa la sexta plaza en el ranking de las revistas de automatización y control según (“Journal Ranking,” n.d.) siendo la de más alto rango dentro de las revistas consultadas. Journal of Process Control: es una revista internacional de la IFAC abarca la aplicación de la teoría de control, investigación de operaciones, la informática y los principios de ingeniería para la solución de problemas de control de procesos. Los documentos sobre la.

(35) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS.. 26. teoría en estas áreas también se aceptarán siempre que la contribución teórica tenga como objetivo el control de procesos. Los temas cubiertos incluyen: las aplicaciones de control, el monitoreo de plantas, sistemas de control de procesos, las técnicas y algoritmos de control, modelado y simulación de proceso y los métodos de diseño. Trabaja en colaboración directa con su homóloga Control Engineering Practice. (“Journal of Process Control Elsevier,” n.d.). Ocupa el puesto 23 en el ranking actual de revistas de automatización según (“Journal Ranking,” n.d.). Control Engineering Practice: es otra de la revistas de la IFAC, su principal objetivo es satisfacer las necesidades de los profesionales de la industria así como académicos e investigadores relacionados con el ámbito industrial. La revista publica artículos que ilustran la aplicación directa de la teoría del control y sus herramientas de apoyo en todas las áreas posibles de la automatización. Como resultado, la revista solo contiene artículos con contribuciones significativas a la aplicación de técnicas de control. Además de los documentos puramente técnicos, la revista trata temas relacionados con la aplicación de la automatización, incluyendo los efectos sociales, aspectos culturales, planificación de proyectos y el diseño del sistema y los problemas económicos y de gestión. (“Control Engineering Practice - Journal - Elsevier,” n.d.). Ocupa el lugar 27 en el ranking de las revistas consultadas (“Journal Ranking,” n.d.). De las revistas mencionadas es una de las que más artículos consultados acumula, como consecuencia de que la mayoría de las publicaciones del tema son aplicaciones. Journal of Industrial and Engineering Chemistry: es una publicación bimensual en Inglés de la Sociedad Coreana de Química Industrial e Ingeniería. JIEC agrupa intereses multidisciplinarios en una revista y su objetivo es difundir información sobre todos los aspectos de la investigación y desarrollo en la industria química y la ingeniería. Esta revista es una muestra de la expansión del desarrollo a nivel mundial.(“Journal of Industrial and Engineering Chemistry - Elsevier,” n.d.). 2.7. Publicaciones por autores.. Muchos fueron los autores consultados (casi 100), de esta gran cantidad fue seleccionada una pequeña muestra, en la Figura 2.3 se muestra un gráfico que relaciona a la cantidad de exponentes con el número de trabajos que fueron consultados en cada caso..

(36) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS PUBLICACIONES CONSULTADAS.. H. Zhang N.F.Thornhill S.L. Shah R. Rengaswamy S.J. Qin W.L. Luyben R. Isermann A.J. Isaksson B. Huang A. Horch T.J. Harris T. Hägglund. 27. 3 5 4 3 3 3. 2 3 9 4 3 4. Figura 2.3: Publicaciones por autor.. Como pudo observarse la cantidad de publicaciones por autor no es relativamente amplia con un promedio general de casi 4 publicaciones por autor, aunque se destaquen algunos casos como B. Huang con 9 publicaciones o N.F Thornhill con 5 por citar ejemplos. 2.7.1 Datos relacionados con algunos de los autores. A continuación se muestran. los datos más significativos de algunos autores, fueron. seleccionados por la cantidad de publicaciones, las citas que acumula o por la importancia de su trabajo: Biao Huang: Profesor de la universidad de Alberta en Canadá. Áreas de investigación: control de procesos, identificación de sistemas, evaluación del rendimiento del control, métodos bayesianos, etc. Obtuvo su maestría en 1986 y la licenciatura en 1983 en Automática en la Universidad de Beijing de Aeronáutica y Astronáutica. Se incorporó a la Universidad de Alberta en 1997 donde recibió su doctorado en Control de Procesos. A lo largo de su carrera ha obtenido diversos premios como el de joven innovador de Petro-Canadá o el premio al mejor artículo para la revista Journal of Process Control. Huang actualmente es Editor Asociado para las revistas Control Engineering Practice y Canadian Journal of Chemical Engineering. Ha.