Post on 05-Aug-2020
Control de un intercambiador de calorTrabajo final de la
Especialización en Sistemas Embebidos.
Mag. Lic. Guillermo Rafael Pey
Director:Ing. Juan Manuel CruzCodirector:Esp. Ing. Alejandro Celery
Jurados:Esp. Ing. Leonardo CarducciEsp. Ing. Nicolás DassieuEsp. Ing. Patricio Bos
Buenos Aires, Diciembre de 2018
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Usos del intercambiador de calor
Industrias:Alimenticias.Metalúrgicas.Químicas.
Vehículos:Autos.Camiones.Motos.
Hogar:Calefacción.Refrigeración.Ventilación.
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Descripción del intercambiador implementado
De flujo concéntrico y a contracorriente
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Objetivos y alcance
Construir un intercambiador de calor.
Diseñar un control PID y sintonizarlo.
Relevar los datos de un escalón a lazo abierto.
Obtener la función de transferencia utilizando MATLAB.
Comparar dichos valores obtenidos.
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Marco teórico
Acciones Básicas Combinación de acciones básicasProporcional (P) Proporcional - Integrador (PI)
Derivativa (D) Proporcional - Derivativa (PD)Integral (I) Proporcional - Integral - Derivativa (PID)
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Control de acción Integral (I) y proporcional e integral(PI)
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Diseño y estructura de la planta
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Diseño y estructura de la planta
Por norma IRAM 2407 seidentificaron las zonas con:
Agua fría: Color verde claroAgua caliente: Color verdeoscuro con lineas naranjas.
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Características principales de los componentes
EDU-CIAA-NXP V1.1:Plataforma educativa del proyectoComputadora Industrial AbiertaArgentina.
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Características principales de los componentes
Transductor de temperatura contermocupla K:Utilizado para tomar los valores detemperatura.
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Características principales de los componentes
Cooler:Utilizado para mover el flujo deaire.
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Diseño de firmware
Diagrama de tareas:
tPID
tEnsayar_PWM
tLeer_SPI
tBarrer_PWM
tConsola
tBlinky
Tarea de trabajo Tareas de análisis
Scheduler
Interfaz con el usuario
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Tarea de PID
1 static void tPID( void* taskParmPtr )2 { float temperatura, salida, PID[3];3 char msg[L_MENSAJE_CONSOLA];4 struct Medicion_temp mt;5 qPID_init( M_AUTOMATIC );6 TickType_t ticker = xTaskGetTickCount();7 while(TRUE) {temperatura = calcular_temperatura();8 salida = qPID_Process( &controller, setpoint,
temperatura, PID );9 pwmWrite ( CANAL_PWM, (uint8_t) salida * 2.55 );
10 sprintf ( msg, "%+6.2f,%+6.2f,%+6.2f,%+6.2f,%+6.2f,%+6.2f",setpoint, temperatura, setpoint -temperatura, PID[0], PID[1], PID[2]);
11 mensaje_consola( msg );12 vTaskDelayUntil( &ticker, 1000 / portTICK_RATE_MS );13 }14 }
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Tarea de lectura de termocupla
1 static void leer_temperatura( struct Medicion_temp * m )2 { uint16_t lectura, aux;3 gpioWrite ( PIN_CHIP_SELECT_SPI, 0 );//Habilito esc SPI4 spiRead ( SPI0, (uint8_t*)&lectura, 2 );//Una lectura
son 16 bits => leo dos bytes5 gpioWrite ( PIN_CHIP_SELECT_SPI, 1 );//Deshabilito el
esclavo SPI6 aux = (lectura >> 3) & 0x0FFF;//la lectura en cuartos
de grados celsius7 m->hay_termocupla = !((lectura >> 2) & 0x0001);8 m->entero = aux / 4;//Parte entera9 m->fraccion = (aux % 4) * 25; //Fraccion de 0,25 grados
celsius10 }
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Respuesta al escalón de la planta
Con Cutecom se envían por puertoserie los parametros para:
Estabilizar con un flujo de airedel 40 %.Variar el flujo de aire del 40 %al 90 %.Se espera a su estabilización.
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Gráfico de la respuesta al escalón de la planta
Carga de las variables de entrada y salida del sistema
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Modelado de la Planta utilizando Ident de MATLAB
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Estimación de la función de transferencia conMATLAB
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Función de transferencia por medio analítico
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Ensayos de control de la planta
Identificación:Función de transferencia de primer orden con retardo.Caracterización:Prueba del escalón con el método de ajuste IMC (modelo interno decontrol).
Entre los límites de 60◦C y 70◦C.
Se toma el tiempo de estabilización.
Se comparan los resultados obtenidos.
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Escalón de 60◦C a 70◦C con parámetros de MATLAB
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Escalón de 70◦C a 60◦C con parámetros de analíticos
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Perturbación temporal externa
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Perturbación permanente externa
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Análisis de resultados
Las variables de estabilización no se pueden manejar libremente.
Si se busca una estabilización rápida, el sistema no lo puedealcanzar y no trabaja acorde a lo establecido.
Es muy importante conocer a fondo el sistema, para poder definirlos parámetros de diseño del mismo.
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Conclusiones
Se diseñó e implementó un sistema que permite controlar unintercambiador de calor mediante una EDU-CIAA.
Se desarrolló un modelo a escala del intercambiador.
Se aplicaron conocimientos adquiridos a lo largo de la Carrera deEspecialización en Sistemas Embebidos.
Por lo tanto, se concluye que los objetivos planteados al comienzo deltrabajo han sido alcanzados satisfactoriamente.
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Trabajo futuro
Realizar otros modelados de control.
Reemplazar los componentes de entrada y salida por otros deelectrónica más robusta.
Implementar este desarrollo en la industria nacional.
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Gracias por su atención
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