Control por Lotes: una solución real y poco difundida

En la actualidad, el impacto y reconocimiento de la Automática, y particularmente de la Ingeniería de Control, está claramente consolidado a nivel industrial. Cada vez resulta más complejo encontrar procesos industriales que no estén gobernados por algoritmos de control automático, siendo muy escasas las situaciones en las que los sistemas trabajan en modo completamente manual. Este hecho se debe, sin duda, a los grandes avances de la ingeniería de control, que ha permitido aportar soluciones robustas a una industria con demandas cada vez más competitivas y restrictivas. Hoy día, está prácticamente estandarizada en la industria de procesos la implementación de arquitecturas de control jerárquicas basadas en varias capas de control. Los objetivos de largo plazo enmarcados en aspectos de producción, calidad, gestión de recursos, impactos medioambientales, etc., son resueltos en capas de alto nivel basadas en modelos de predicción. Posteriormente, estas capas superiores determinan el funcionamiento diario de la planta suministrando las consignas a los algoritmos de control de las capas de bajo nivel, que son las encargadas de trabajar a nivel de campo y conseguir que el proceso alcance los niveles óptimos requeridos. Todo ello se lleva a cabo mediante múltiples bucles de realimentación con diferentes escalas temporales.

Estas soluciones basadas en algoritmos de control automático son bien conocidas tanto a nivel industrial como académico. En la mayoría de ellas, el nexo común radica en el desarrollo de un algoritmo de control automático que trabaja de forma ininterrumpida y durante un tiempo indeterminado. El bucle de realimentación funciona de forma continuada con el fin de alcanzar los requisitos establecidos. Esta es la definición que típicamente se realiza de control en tiempo continuo, que posteriormente es implementado mediante un algoritmo de control en tiempo de discreto, que trata de repetir las acciones de control de forma periódica e infinita. Algunos ejemplos pueden ser el control automático del clima en la producción de cultivo bajo invernadero, donde se desea mantener tanto la temperatura como la humedad en valores óptimos para el cultivo durante las 24 horas del día; o en un sistema de producción de electricidad basado en centrales eléctricas termosolares, donde el objetivo es mantener la temperatura y presión de salida del fluido de trabajo en un rango determinado de forma permanente.

Sin embargo, es importante destacar que a nivel industrial no todas las soluciones de control automático son implementadas en modo continuo como las descritas anteriormente. Mayoritariamente, las soluciones de control automático suelen estar implantadas como una secuencia de algoritmos de control con tiempo finito, donde la salida de cada algoritmo de control es la entrada del siguiente. Esto es lo que se conoce como control por lotes o control batch. La principal diferencia con respecto al control en modo continuo descrito anteriormente radica en que en el control por lotes los objetivos de control requeridos se deben conseguir en un tiempo determinado para dar paso a la siguiente etapa del proceso de producción. Por tanto, el control por lotes no viene gobernado únicamente por el factor temporal, que en este caso es finito, sino también por un orden secuencial de ejecución de los algoritmos de control.

Son innumerables los ejemplos que se pueden encontrar a nivel industrial. En la industria química, la producción de algunos productos suele venir determinada mediante un control por lotes basado en la secuencia de control de temperatura, control de mezcla y control de nivel. En la industria alimentaria, el proceso de producción de bebidas se acomete por control basado en lotes, donde se realiza en primera instancia la producción del producto (zumo, refresco, etc.) y posteriormente se procede al llenado y empaquetado. En la industria farmacéutica, la producción de medicamentos es igualmente gestionada por este tipo de control. Un ejemplo claro es la producción de vacunas, donde en primera instancia se produce el contenido de la vacuna en sí, y posteriormente se procede al control de llenado de las mismas y su producción en cadena. Otro ejemplo es la industria automovilística, donde la producción de vehículos es el resultado de un control por lotes exhaustivo basado en múltiples etapas concatenadas.

Aunque aparentemente el control por lotes puede parecer una mera combinación del control en modo continuo con un control secuencial, en realidad es mucho más complejo y crítico. Es necesario tener en cuenta que cada algoritmo de control de la secuencia de producción debe conseguir los objetivos en un tiempo finito, y además, deber conseguirlos de forma exhaustiva. Un retraso o falta de consecución de los mismos provocará una perturbación y/o error en cadena en los siguientes algoritmos de control y por tanto en toda la etapa de producción. Es por ello que los algoritmos de control por lotes deben ser muchos más precisos que los algoritmos de control en modo continuo de tiempo indefinido.

Pero es aquí donde radica precisamente su ventaja, ya que gracias a su precisión y repetitividad en la ejecución de las tareas de producción, el control por lotes es una solución de gran utilidad a nivel industrial permitiendo alcanzar altos niveles de amortización. Además, otra gran ventaja es su sencilla adaptación a diferentes tipos de procesos.

Sorprendentemente, a pesar de su alta presencial a nivel industrial, el control por lotes ha pasado desapercibido en los últimos años a nivel académico, siendo levemente tratado en la formación de los futuros ingenieros que estaba principalmente orientada a control puramente secuencial o en modo continuo. Afortunadamente, este aspecto ha cambiado en los últimos años con los avances de la Industria 4.0 que ha permitido poner en valor la importancia del control por lotes y su importancia en la industria.

José Luis Guzmán Sánchez,

Catedrático de Ingeniería de Sistemas y Automática

Universidad de Almería

Responsable del Grupo de Ingeniería de Control del Comité Español de Automática

págs. 20 a 21.