Aplicaciones de hidráulica - Control servo proporcional

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Aplicaciones de hidráulica Control servo proporcional

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Aplicaciones de hidráulica Control servo proporcional

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FLUIDOS

APLICACIONES DE HIDRÁULICA CONTROL SERVO PROPORCIONAL

por el equipo

de Lab-Volt (Quebec) Ltda.

Copyright © 2002 Lab-Volt Ltda.

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida, de ninguna forma ni por ningún medio, sin la previa autorización escrita de Lab-Volt Quebec Ltda.

Depósito legal - Secundo trimestre 2002

ISBN 2-89289-574-X

PRIMERA EDICiÓN, MAYO DE 2002

Impreso en Canadá Febrero de 2004

Prólogo

El programa didáctico de hidráulica de Lab-Volt es un paquete modular para la enseñanza didáctica en el campo de la hidráulica. El sistema didáctico de hidráulica consiste de un programa de introducción y un programa de enseñanza avanzado.

El programa de introducción consta de dos manuales: El volumen 1, Hidráulica - Principios básicos, que cubre los principios básicos de hidráulica; el volumen 2, Hidráulica - Control eléctrico de sistemas hidráulicos, que cubre los circuitos eléctricos y los diagramas en escalera para las aplicaciones en hidráulica.

El programa de enseñanza avanzado se extiende más allá del programa de introducción con los sensores de demostración de las aplicaciones en hidráulica, los autómatas programables (PLCs) y el control servo proporcional. Las aplicaciones cubiertas se basan en aquellas que se encuentran en la industria.

En este manual, Aplicaciones de hidráulica - Control servo proporcional, los estudiantes son introducidos a los sistemas de control servo proporcional y sus circuitos asociados. El manual ofrece la teoría básica y la experiencia práctica de laboratorio para trabajar en una pequeña parte del campo del control servo proporcional. Como pre requisito de este manual, el estudiante debió haber completado el programa de introducción de hidráulica. El manual Guía del profesor para hidráulica de Lab-Volt (P/N 30794-12) contiene las respuestas a todas las preguntas de los pasos del procedimiento a de las preguntas de revisión que se encuentran en este manual.

111

Tabla de contenido

Introducción . ....................... . ....................... VII

Ejercicio 1 Válvulas de control direccional proporcional . ........ . .. 1-1

Diseño y operación de las válvulas de control direccional proporcional. Dibujando la curva de caudal/voltaje de la válvula direccional con control proporcional del equipo didáctico.

Ejercicio 2 Control de la aceleración y desaceleración . . . . . . . . . . . . .. 2-1

Aprendiendo como eliminar un arranque abrupto de un actuador y a detenerlo con el control de la aceleración y desaoeleración.

Ejercicio 3 Control de lazo abierto de la velocidad del motor. . . . . . . .. 3-1

Sistemas de control de la velocidad de lazo abierto. Midiendo la velocidad de un motor hidráulico. Control de lazo abierto de la velocidad del motor del equipo didáctico.

Ejercicio 4 Control proporcional (P) de la velocidad del motor ....... 4-1

Sistemas de control de lazo cerrado de la velocidad. Modo de control proporcional. Definición de los términos ganancia proporcional, banda proporcional y error residual. Ventaja y desventaja del control proporcional. Reinicio manual.

Ejercicio 5 Control proporcional más integral (PI) de la velocidad del motor ......................... . .. 5-1

El modo de control integral. Definición de los términos ganancia ganancia integral, sobreelongación y oscilación. Ventaja y desventaja del control integral. El modo de control proporcional más integral.

Ejercicio 6 Control proporcional más integral más derivativo (PID) de la velocidad del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6-1

El modo de control derivativo. Definición de los términos tiempo derivativo, interacción y no interacción. Ventaja y desventaja del control derivativo. El modo de control proporcional más integral más derivativo.

Ejercicio 7 Control de lazo abierto de la posición de la barra del cilindro .............................. 7-1

Sistemas de control de la posición de lazo abierto. Detectando la posición de la barra de un cilindro. Control de la posición en lazo abierto de la barra del cilindro del equipo didáctico.

Ejercicio 8 Control de lazo cerrado de la posición de la barra del cilindro .............................. 8-1

Sistemas de control de la posición de lazo cerrado. Control de la posición en lazo abierto de la barra del cilindro del equipo didáctico.

v

VI

Tabla de contenido (continuación)

Ejercicio 9 Control de lazo cerrado de la presión del cilindro ....... . . 9-1

Apéndices

Sistemas de control de la presión de lazo cerrado. Detectando la presión aplicada al pistón del cilindro. Control de lazo cerrado de la presión aplicada al cilindro del equipo didáctico.

A Tabla de utilización del equipo . . . . . . . . . . . . . . . .. A-1 B Factores de conversión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8-1 C Símbolos gráficos hidráulicos y neumáticos . . . . . . C-1

Bibliografía

¡Nosotros valoramos su opinión!

Introducción

La necesidad de alcanzar un control de la maquinaria hidráulica más fino y preciso creó la necesidad del control servo electro hidráulico. El control servo electro hidráulico proporciona un control más exacto que el que proporciona el control manual o de solenoides. Esto se logra al unir el control electrónico con servo válvulas o válvulas proporcionales.

¿Qué es una servo válvula y qué es una válvula proporcional? Estos dispositivos son similares ya que son válvulas de precisión de tipo carrete en las cuales el carrete se puede mover en proporción a una señal de control eléctrica. Sin embargo, las servo válvulas generalmente tienen mejores características dinámicas que las válvulas proporcionales, lo cual las hace más costosas. Como consecuencia, se escogen las servo válvulas para la mayoría de las aplicaciones de demanda, incluyendo misiles, cohetes y aeronaves. Por otra parte, las válvulas proporcionales compiten con las servo válvulas en la mayoría de las características excepto por las características dinámicas. Estas proveen una solución barata pero satisfactoria a los múltiples procesos de fabricación tales como el moldeo por inyección, el fundido a presión y el manejo de material.

Este curso cubre el control servo eléctrico utilizando válvulas proporcionales. Los temas cubiertos incluyen: el diseño y la operación de las válvulas proporcionales; el control de la aceleración y desaceleración de un actuador hidráulico; el control de la velocidad de un motor hidráulico en el modo de lazo abierto, en el modo proporcional (P) de lazo cerrado, en el modo de control proporcional más integral (PI) y en el modo de control proporcional más integral más derivativo (PID); el control de la posición de la barra de un cilindro en los modos de lazo abierto y lazo cerrado y el control de la presión aplicada al pistón del cilindro en el modo de lazo cerrado.

Los ejercicios en este manual permiten un aprendizaje sistemático y realista de la materia tema. Cada ejercicio contiene:

un objetivo del ejercicio claro y definido. una discusión de la teoría involucrada. un resumen del procedimiento el cual proporciona un puente entre la discusión teórica y el procedimiento de laboratorio. un procedimiento de laboratorio paso a paso en el cual el estudiante observa el fenómeno importante. A través del procedimiento, hay preguntas que dirigen el proceso de pensar en el estudiante y ayudan al aprendizaje de los principios involucrados. una conclusión que resume el material presentado en el ejercicio. preguntas de revisión para verificar que el material ha sido asimilado correctamente.

VII

Ejercicio 1

Válvulas de control direccional proporcional

OBJETIVO DEL EJERCICIO

• Describir el diseño y la operación de una válvula de · control direccional proporcional.

• Dibujar la curva caudal/voltaje de la válvula direccional con control proporcional del equipo didáctico.

DISCUSiÓN


En hidráulica, la velocidad de un actuador se controla al regular el volumen de aceite que entra y sale de éste. Esto se puede lograr utilizando, entre otras cosas, una válvula de control de flujo convencional o una válvula de control direccional proporcional:

La válvula de control de flujo es resistente, de construcción simple y relativamente barata. Sin embargo, el utilizar este tipo de válvula se tienen varias desventajas:

- El ajuste de la perilla de la válvula se debe reajustar cada vez que se desea una nueva velocidad del actuador.

- En aplicaciones que requieren que la velocidad del actuador cambie en ciertos momentos del ciclo, se deben utilizar varias válvulas de control de flujo, lo cual complica el circuito y aumenta el número de ajustes necesarios.

- Una válvula de control de flujo no puede controlar la dirección de movimiento del actuador. Por tanto, se debe adicionar al circuito una válvula de control direccional para controlar la dirección. Ya que una válvula de control direccional es una válvula interruptor encendido/apagado, el sistema puede estar sujeto a choques causados por el cierre o la abertura repentina de la válvula direccional o por el impacto de la carga en el actuador. Estos choques pueden resultar en una fuga o la destrucción de la válvula, la bomba, el actuador o la tubería.

La válvula de control direccional proporcional es más costosa que la válvula de control de flujo y esta requiere de una señal eléctrica para su control. Sin embargo, esto elimina los problemas relacionados con la válvula de control de flujo:

- La válvula de control direccional proporcional permite un control simultáneo tanto de la velocidad del actuador como de la dirección, utilizando una sola válvula.

- La velocidad del actuador y la dirección se puede cambiar en cualquier momento del ciclo simplemente modificando el nivel y la polaridad de la señal de control

1-1


1-2

eléctrica, lo cual se puede realizar automáticamente por medio de un circuito de control remoto.

- La señal de control eléctrica se puede volver una rampa para mover suavemente el carrete de la válvula de control direccional y suprimir los choques de presión hidráulica, como lo muestra la figura 1-1.

r-_A_B_IE_R_TA __ VÁLVULA

CERRADA;

1 1

___ .....J~ ____ CHOQUE DE PRESiÓN

a) Válvula de control direccional convencional

CERRADA / i 1 1

ABIERTA VÁLVULA

___ --'--1 ~--- SIN CHOQUE

b) Válvula de control direccional proporcional

Figura 1-1. La válvula de control direccional proporcional puede eliminar choques del circuito hidráulico.

Aplicaciones

Las válvulas de control direccional proporcional se utilizan en numerosas aplicaciones industriales, tales como el moldeo por inyección o por soplo, recorte de metal, prueba de fatiga, fundido a presión, manufactura de acero, operación de turbinas a vapor y gas, prensa, industria pesada, papel, procesamiento de madera, plásticos, robótica, manejo de material, equipo portátil y herramientas de maquinaria controlada por computador. Una aplicación típica de una válvula de control direccional proporcional es realizar la transferencia de partes rápida, suave y de manera precisa desde una estación de trabajo a otra en una transferencia en linea. Otra aplicación es controlar un troquel de perforación en ciclos de alta velocidad y con altas fuerzas de inercia sin tener un desgaste mecánico excesivo en los mecanismos compartidos. Una tercera aplicación es el control de un elevador hidráulico y proporcionar una aceleración y desaceleración lenta en el elevador.


TDVl

CIRCUITO ELECTRÓNICO

Construcción y operación de las válvulas de control direccional proporcional

La construcción de las válvulas de control direccional proporcional puede variar levemente de un fabricante a otro. Sin embargo, las válvulas de control direccional proporcional tienen las siguientes partes en común: un circuito electrónico, un mecanismo actuador del carrete y resortes de centrado.

Como un ejemplo, la figura 1-2 muestra la construcción de una válvula direccional con control proporcional suministrada con su equipo didáctico de hidráulica. La figura muestra un motor de fuerza lineal de imán permanente que maneja directamente el carrete de la válvula. El carrete, el cual es de tipo centro bloqueado tiene extremos de control en forma de V que se abren gradualmente permitiendo el control exacto del caudal. Un voltaje de control entre -10 Y 10 V se aplica al circuito electrónico dentro de la válvula para controlar el carrete de la válvula y así la abertura de la misma. Un TDVL se sujeta al carrete de la válvula para proporcionar una realimentación de la posición del carrete.

¡.-___ VOLTAJE DE CONTROL

CARRETE

BOBINA

IMÁNES PERMANENTES

RESORTE DE CENTRADO

DEL CARRETE

P T

A B

SíMBOLO

Figura 1-2. Válvula proporcional utilizando un motor de fuerza lineal para accionar su carrete.

La operación detallada de la válvula es la siguiente:

• El circuito electrónico convierte el voltaje de control en una corriente utilizada para accionar el motor de fuerza lineal.

• El motor de fuerza lineal mueve el carrete según la polaridad y el nivel del voltaje de control. La polaridad del voltaje de control, la cual es positiva (+) o negativa (-), determina cuando el carrete se mueve en la posición de flechas derechas o la posición de flechas cruzadas. El nivel del voltaje de control determina la distancia por donde se mueve el carrete:

- Cuando se aplica un voltaje de control positivo a la válvula, el circuito electrónico hace que fluya una corriente proporcional a través de la bobina del motor. Esto crea un campo magnético alrededor de la bobina, causando que la armadura del motor mueva el carrete a la izquierda. Esto comprime el

1-3


1-4

resorte de centrado del carrete. Esto también conecta el puerto P al puerto A y el puerto T al puerto B, lo cual es la condición de flechas derechas. La distancia que recorre el carrete cuando ha sido movido a la izquierda es directamente proporcional a la corriente y por tanto al voltaje de control. Entre mayor sea el voltaje de control el carrete se moverá lo más lejos hacia la izquierda, a la posición completamente abierta.

- Cuando se aplica un voltaje de control negativo a la válvula, el circuito electrónico hace que la corriente a través de la bobina del motor cambie de dirección. Esto invierte la dirección del campo magnético alrededor de la bobina, causando que la armadura mueva el carrete a la derecha. Esto comprime el resorte de centrado del carrete. Esto también conecta el puerto P al puerto B y el puerto T al puerto A, lo cual es la condición de flechas cruzadas. Entre mayor sea el voltaje de control el carrete se moverá lo más lejos hacia la derecha, a la posición completamente abierta.

Si se quita el voltaje de controlo se coloca en O V, el resorte de centrado volverá automáticamente el carrete a la posición central bloqueando todos los puertos de la válvula.

• El TDVL, o transformador diferencial de variable lineal produce un voltaje proporcional a la posición del el carrete. Este voltaje se realimenta al circuito electrónico y se compara con el voltaje de control. Si el voltaje no es igual, el circuito electrónico hará que la corriente fluya a través de la bobina del motor para corregir la posición del carrete hasta que esta corresponda a la posición deseada. De esta manera, el TDVL proporciona un control interno de lazo cerrado de la posición del carrete.

Las válvulas proporcionales que tienen incorporado un TDVL se utilizan en aplicaciones donde la posición del carrete debe corresponder con exactitud al voltaje de control. Sin embargo, también están disponibles los modelos que no tienen un TDVL para aplicaciones donde el error de la posición no es tan importante, tales como cuando el operador está siguiendo visualmente el movimiento del actuador.

La figura 1-3 muestra otro tipo de válvula de control direccional proporcional que utiliza dos solenoides proporcionales para el accionamiento de su carrete. Cuando el voltaje de control es positivo, el solenoide A se energiza y el carrete se mueve una distancia proporcional a la derecha, la cual es la posición de flechas derechas. Cuando el voltaje de control es negativo, el solenoide B se energiza y el carrete se mueve una distancia proporcional a la izquierda, la cual es la posición de flechas cruzadas. Cuando el voltaje de control se vuelve nulo, los resortes de centrado vuelven automáticamente el carrete a su posición central, bloqueando todos los puertos de la válvula.


CIRCUITO ELECTRÓNICO

VOLTAJE DE CONTROL

SOl-B

SOl-A

A B

SíMBOLO

SOLENOIDE A ARMADURA RESORTE A CARRETE RESORTE B ARMADURA SOLENOIDE B

Figura 1-3. Válvula de control direccional proporcional utilizando dos solenoides para el accionamiento de su carrete.

Válvulas proporcionales operadas directamente y por piloto

Las válvulas proporcionales ilustradas en las figuras 1-2 y 1-3 son operadas directamente debido a que su mecanismo de accionamiento actúa directamente sobre el carrete para proporcionar el caudal deseado. Cuando los índices de presión y caudal aumentan, la fuerza necesaria para mover el carrete aumenta. Como resultado, las válvulas proporcionales operadas directamente tienen un límite de factibilidad el cual está alrededor de 75 I/min [20 gal(US)/min]. Para caudales mayores, se deben utilizar las válvulas proporcionales operadas por piloto.

La figura 1-4 muestra una válvula de solenoide proporcional operada por piloto. Un carrete piloto genera una fuerza hidráulica utilizada para el accionamiento de su carrete principal, permitiendo que se puedan controlar caudales mayores. Cuando, por ejemplo, el solenoide A se energiza, el carrete piloto se mueve a la derecha, dirigiendo aceite piloto a la derecha del carrete principal. Esto mueve el carrete principal a la izquierda a una distancia proporcional a la presión del aceite piloto.

La válvula ilustrada en la figura 1-4 tiene dos etapas, las cuales son la etapa piloto y la etapa principal. Sin embargo, también están disponibles válvulas proporcionales operadas por piloto con tres etapas para aplicaciones de muy alto caudal.

1-5


1-6

o CARRETE PilOTO

CARRETE PRINCIPAL

P T

A B

SíMBOLO

Figura 1-4. Dos etapas de la válvula de solenoide proporcional operada por piloto.

Curva de caudaVvoltaje de una válvula de control direccional proporcional

La curva de caudal/voltaje de una válvula proporcional se obtiene variando el voltaje de control de la válvula y midiendo el caudal de salida en el puerto T de la válvula, con los puertos A y B conectados entre sí, como lo muestra la figura 1-5 (a). Cuando se registran las mediciones de caudal, es importante que se mantenga constante la caída de presión llP a lo largo de la válvula debido a que el caudal a través de la válvula aumentará no sólo con un aumento en el voltaje de control sino también con un aumento en la caída de presión a lo largo de la válvula.

La figura 1-5 (b) muestra la curva ideal caudal/voltaje de una válvula proporcional. La curva es en realidad una linea derecha que indica que el caudal es directamente proporcional de manera lineal al voltaje de control. La zona plana cerca del área de O-V de la curva se denomina banda muerta. Con la banda muerta, el caudal permanece nulo aún cuando se cambie el voltaje de control. Esto significa que se debe aplicar un voltaje de control mínimo antes que la válvula en realidad se comience a abrir.

La banda muerta se produce por el hecho que el surco del carrete de la válvula es ligeramente más ancho que las acanaladuras del cuerpo. Esta condición, denominada carrete traslapado, se necesita para tener todos los puertos bloqueados cuando el carrete está centrado.

La figura 1-5 muestra la curva real caudal/voltaje de una válvula proporcional. Esta curva difiere realmente de la anterior ya que ésta tiene una banda muerta más ancha, como también presenta histéresis. La histéresis es una diferencia en el voltaje de control requerido para obtener un caudal dado cuando el carrete de la válvula se mueve en una dirección y luego en otra dirección. La histéresis se debe principalmente a la fricción del carrete, a los efectos de magnetización y a la contaminación del aceite. La histéresis se puede reducir significativamente con un TDVL.


(a) Circuito de medición

CAUDAL

P-B

101

--1 ~ BANDA MUERTA

(b) Curva ideal

CAUDAL

P-B

VOLTAJE DE ------CONTROL

P-A

+ V VOLTAJE DE CONTROL (V)

- V __ +--+-+-+--+~_.L.-+-+-f----H-+-+ __ + V VOLTAJE DE CONTROL (V) I

I I

----i : -- :..-I HISTÉRESIS ~

BANDA MUERTA

(e) Curva real

Figura 1-5. Curva caudaVvoltaje de una válvula proporcional.

1-7


1-8

Ajuste de anulación

La mayoría de la válvulas de control direccional proporcional tienen un tornillo de ajuste de anulación que se puede utilizar para compensar una desviación de la carga cuando el voltaje de control es nulo. La anulación se ajusta levemente fuera del centro verdadero con el fin de proporcionar mayor presión en un extremo del actuador y evitar cualquier movimiento de la carga. Los cambios de temperatura, los cambios de presión y la edad de la válvula pueden causar que la anulación se desvíe levemente, así que se necesita volver a ajustar la anulación para mantener la carga estacionaria.

Filtrado

Para que una válvula de control direccional proporcional tenga una operación constante y alta confiabilidad, es importante tener un buen filtro de aceite en todo el sistema hidráulico. Las válvulas de control direccional proporcional a menudo vienen con un pequeño filtro incorporado que realiza un filtrado burdo de aceite que va a su carrete piloto. Es muy importante instalar un filtro adicional de alta presión, corriente arriba de la válvula, particularmente en los sistemas que operan a altas presiones y a ciclos de altas velocidades. De no hacer esto, puede resultar en el deterioro gradual del funcionamiento de la válvula.

La sección PUNTOS DE REFERENCIA del controlador P.I.D. del equipo didáctico

Su equipo didáctico viene con un Controlador PID, modelo 6367, hecho de controles y circuitos que se pueden utilizar para operar con exactitud la válvula direccional con control proporcional del equipo didáctico.

Como muestra la figura 1-6, el Controlador PID tiene una sección de PUNTOS DE REFERENCIA que puede generar dos voltajes cc ajustables llamados puntos de referencia. El ajuste del PUNTO DE REFERENCIA 1 se realiza mediante el potenciómetro 1 , mientras que el ajuste del PUNTO DE REFERENCIA 2 se realiza mediante el potenciómetro 2. Cada PUNTO DE REFERENCIA se puede ajustar entre -1 O Y 10 V, lo cual corresponde a la gama de entrada del control de la válvula direccional con control proporcional del equipo didáctico cuando el interruptor de la válvula está colocado en la posición -10 V - + 10 V.

La sección de los PUNTOS DE REFERENCIA tiene dos salidas denominadas "1" Y "2":

- La salida PUNTO DE REFERENCIA 1 se utilizará para el control de la válvula direccional con control proporcional del equipo didáctico. El voltaje presente en esta salida es el PUNTO DE REFERENCIA 1 o el PUNTO DE REFERENCIA 2, dependiendo de cual punto de referencia se selecciona. La selección del punto de referencia se hace por medio del interruptor de conmutación S1 o mediante un voltaje externo de 24-V cc proveniente de un relé electromecánico o PL, en donde el operador de conmutación del interruptor S1 se debe colocar en la posición A.

Válwlas de control direccional proporcional

POTENCIóMETRO 1

_ La salida PUNTO DE REFERENCIA 2 se utilizará en las aplicaciones que requieren una fuente de voltaje cc ajustable. Esta salida proporciona el ajuste del voltaje mediante el PUNTO DE REFERENCIA del potenciómetro 2.

PUNTOS DE REFERENCIA

-E) S1

~ ~: I

24V= I

: ~ I I

A:

CONTROLADOR P.I.D.

GENERADOR DE RAMPA

AJUSTA EL PUNTO ---4---'+1f-SALIDA UTILIZADA PARA EL CONTROL DE LA VÁLVULA PROPORCIONAL

DE REFERENCIA 1 B CR -10 V - +10 V

POTENCiÓMETRO 2 2 AJUSTA EL PUNTO -+-~I

2 SALIDA UTILIZADA EN APLICACIONES QUE REQUIEREN UNA FUENTE DE VOLTAJE CC AJUSTABLE DE REFERENCIA 2

-10V-+10V

Figura 1-6. La sección de los PUNTOS DE REFERENCIA de un Controlador PID.

Resumen del procedimiento

En este ejercicio, usted dibujará la curva caudal/voltaje de la válvula direccional con control proporcional del equipo didáctico. Para hacer esto, usted medirá para varios voltajes diferentes, el caudal en el puerto T de la válvula.

EQUIPO REQUERIDO

Consulte la tabla de utilización del equipo en el apéndice A del manual para obtener la lista del equipo requerido para realizar este ejercicio.

PROCEDIMIENTO

o 1. Conecte el sistema mostrado en la figura 1-7. En este sistema, la salida PUNTO DE REFERENCIA 1 del Controlador PID se utilizará para aplicar

1-9


1-10

un voltaje variable voltaje a la entrada de control de la válvula direccional con control proporcional.

Nota: La válvula proporcional tiene una terminal de salida, denominada -10 V - + 1 O V, la cual se puede utilizar para vigilar la posición real del carrete de la válvula a lo largo del ejercicio. El voltaje generado en esta salida corresponde a la posición real del carrete y debe ser aproximadamente igual al voltaje de control de la válvula en todo momento.

o 2. Encienda la 24-V Fuente de alimentación cc y el Controlador PID colocando sus interruptores de ALIMENTACiÓN es la posición 1. No encienda todavía la Fuente de alimentación hidráulica.

o 3. En la válvula direccional con control proporcional , coloque el interruptor de la gama de entrada de control en la posición -1 O V - + 10 V.

o 4. En la sección PUNTO DE REFERENCIA del Controlador PID, seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 colocando el interruptor PUNTO DE REFERENCIA S1 en la posición A.

Ajuste la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 hasta que el voltaje cc marque 0,00 V en la entrada de control de la válvula direccional con control proporcional.

o 5. Antes de encender la Fuente de alimentación hidráulica, realice el siguiente procedimiento de iniciación:

a. Coloquese las gafas de seguridad; b. Asegúrese que las mangueras hidráulicas estén conectadas fi rmemen

te; c. Verifique el nivel de aceite en la unidad de depósito de alimentación.

El aceite debe cubrir pero no sobrepasar la linea negra encima del indicador de nivel de temperatura/aceite en la unidad de alimentación. Agregue aceite si es necesario;

d. Abra completamente la válvula de alivio girando su perilla completamente en sentido antihorario.

o 6. Encienda la Fuente de alimentación hidráulica. Con un voltaje de control de 0,00 V aplicado a la válvula direccional con control proporcional, la válvula está en la condición centro cerrado y todo el aceite bombeado es vaciado al depósito de ajuste de presión de la válvula de alivio.

o 7. Ajuste la perilla de la válvula de alivio hasta que la presión del sistema en el manómetro A sea 2800 kPa (400 psi).


MANÓMETRO A

ALIMENTACiÓN

2800 kPa (400 psi)

VPR1

MANÓMETRO B

RETORNO T

-SALIDA ENTRADA

(a) Sección hidráulica

CONTROLADOR P.I.D. M4fII" PUNTOS DE REFERENCIA GENERADOR DE RAMPA DETECTOR DE ERROR

-€l "

~ ~: :t4V_ I

lOCR A!

'o( @, FILTRO PASA9AJAS AMPliFICADORES PJ.D. PUNTO DE ADICIÓN

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INFERIOR SuPERIOR

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FUENTE DE ALIMENTACiÓN DE 24·V CC

(b) Sección eléctrica

VCDP1

VOLTíMETRO CC

D

VÁLVULA DE CONTROL DIRECCIONAL

PROPORCIONAL, VCDP1

Figura 1-7. Dibujando la curva caudal/voltaje de la válvula direccional con control proporcional del equipo didáctico.

M:fIIIIt"

1-11


1-12

D 8. Mientras observa el pistón Caudalímetro, gire muy lentamente la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 en sentido horario y pare de girarla tan pronto como comience a moverse el pistón.

Note el voltaje indicado por el voltímetro cc. Este es el voltaje de control positivo en cual la válvula direccional con control proporcional comienza a abrirse. Registre este voltaje en la tabla 1-1 contiguo a "la válvula se ABRE en". Registre también las lecturas de los manómetros de presión A y B para este voltaje.

CAíDA DE PRE-

VOLTAJE DE PRESiÓN PRESiÓN MA-

SIÓN

CONTROL(+) CAUDAL MANÓMETRO

NÓMETRO B (MANÓMETRO A

A -MANÓME-TRO B)

la válvula se ~ O Vmín ABRE en

[O gal(US)/mín] mV

1,00 V

3,00 V

5,00 V

7,00 V

9,00 V

10,00 V

9,00 V

7,00 V

5,00 V

3,00 V

1,00V

la válvula se ~ O I/mín

CIERRA en [O gal(US)/mín]

mV --

Tabla 1-1. Caudal versus voltaje de control positivo (+).

o 9. Gire lentamente la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 en sentido horario hasta que el voltímetrocc indique 1,00 V. En la tabla 1-1, registre la lectura del Caudalímetro para este voltaje. También, registre las lecturas de los manómetros de presión A y B.


D 10. Repita el paso 9 para cada uno de los otros voltajes de control listados en la tabla 1-1.

Nota: Una vez usted haya alcanzado un voltaje de control de 10,00 V, gire la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 en el sentido antihorario para disminuir el voltaje de control.

D 11 . Ajuste la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 hasta que el voltaje cc marque 0,00 V en la entrada de control de la válvula direccional con control proporcional.

D 12. Gire muy lentamente la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 en sentido antihorario y pare de girarla tan pronto como el pistón Caudalímetro comience a moverse. En la tabla 1-2, registre el voltaje indicado por el voltímetro cc contiguo a "la válvula se ABRE en". Registre también las lecturas de los manómetros de presión A y B para este voltaje.

PRESiÓN PRESiÓN CAíDA DE PRE-

VOLTAJE DE SIÓN (MANÓ-CONTROL(-)

CAUDAL MANÓMETRO MANÓMETRO METROA-MA-

A B NÓMETRO B)

la válvula se ~ O I/min ABRE en [O gal(US)/min] - mV

-1,00 V

-3,00 V

-5,00 V

-7,00 V

-9,00 V

-10,00 V

-9,00 V

-7,00 V

-5,00 V

-3,00 V

-1,00 V

la válvula se ~ O I/min CIERRA en [O gal(US)/min]

mV

Tabla 1-2. Caudal versus voltaje de control negativo (-).

1-13


I I I I

o 13. Gire lentamente la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 en sentido antihorario hasta que el voltímetro cc indique -1,00 V. En la tabla 1-1 , registre la lectura del Caudalímetro para este voltaje. Registre también las lecturas de los manómetros de presión A y B para este voltaje.

o 14. Repita el paso 13 para cada uno de los otros voltajes de control listados en la tabla 1-2.

Nota: Una vez usted haya alcanzado un voltaje de control de -10.00 V, gire la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 en el sentido horario para aumentar el voltaje de control.

o 15. En la figura 1-8, dibuje la curva caudal/voltaje de la válvula direccional con control proporcional, teniendo como base los datos registrados en las tablas 1-1 y 1-2.

CAUDAL

(Vmio) [gal (US) I mio]

0'71 I I

" 1 0,5 :-

1

----;----'-----¡--i---+--t-

I

¡ I I 0,4 i-; -i------+-------..L.--,-------,-

I I

I .- - -

_ _ ---l._-'-----'--_~ ____ ---'-____'. 1,5 0 ,3 ------'------'-----

I ! ___ l .. . _.J __ ----,._ ..;-_ _

I ; 1,0 0,2 '--I ----,,---~.------_+_

l-i i " ')-1 - ! --~ .--: _: -t J

VOLTAJE DE - V __ -+--+-+--+----1i--+--+-+--+--f----+--+-+--+-+--+---l-+--+-+--+--,.. + V CONTROL (V)

-1 0,0 -9,0 -8,0 -7,0 -6,0 -5,0 -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

Figura 1-8. Curva caudal/voltaje de la válvula proporcional.

1-14


D 16. Describa la curva que obtuvo en la figura 1-8 en términos de banda muerta, linealidad y la histéresis.

D 17. Complete la columna "CAíDA DE PRESiÓN" de las tablas 1-1 y 1-2. ¿La caída de presión a lo larga de la válvula permaneció aproximadamente constante e igual a la presión del sistema de 2800 kPa (400 psi) sin tener en cuenta el tamaño de la abertura de la válvula (voltaje de control)? ¿Porqué?

D 18. Luego apague el Controlador PI D Y la Fuente de alimentación cc de 24-V.

D 19. Desconecte todas las mangueras y los cables eléctricos. Coloque todas las mangueras, los cables y los componentes en su lugar de almacenaje.

CONCLUSiÓN

En este ejercicio, usted aprendió que las válvulas de control direccional proporcional son válvulas de tipo carrete de precisión con un accionador o actuador electrónico. Usted dibujó la curva caudal/voltaje para la válvula direccional con control proporcional de su equipo didáctico. Usted vio que hay una estrecha banda muerta cerca del área de O-V de la curva dentro de la cual la válvula permanece cerrada. Más allá de esa zona, el caudal es directamente proporcional y lineal al voltaje de control. Usted vio que hay una pequeña diferencia en el caudal para un voltaje de control dado cuando el carrete de la válvula se mueve en una dirección y luego en la otra dirección. Esta diferencia se debe a la histéresis.

Usted vio que la caída de presión a lo largo de la válvula proporcional permanece aproximadamente constante e igual al ajuste de presión de la válvula de alivio sin importar el tamaño de la abertura de la válvula proporcional. Esto ocurre porque bajo cualquier voltaje de control , el caudal de salida de la válvula proporcional es menor que el caudal entregado por la bomba, de tal manera que esa parte del aceite bombeado es forzado a devolverse al depósito de la válvula de alivio.

1-15


1-16

PREGUNTAS DE REVISiÓN

1. ¿Qué partes tienen en común las válvulas de control direccional proporcional?

2. Nombre dos tipos de mecanismos accionadores de carrete.

3. ¿Qué sucede con el caudal que deja pasar la válvula proporcional cuando disminuye la caída de presión a lo largo de la válvula?

4. ¿En el ejercicio, porqué la caída de presión a lo largo de la válvula proporcional permaneció aproximadamente constante e igual al ajuste de la presión de la válvula de alivio sin importar el tamaño de la abertura de la válvula proporcional?

5. ¿Qué es la histéresis? ¿Cómo se puede minimizar la histéresis en las válvulas proporcionales operadas directamente?

Ejercicio 2

Control de la aceleración y desaceleración


• Aprender como eliminar el arranque abrupto de un actuador y a detenerlo con el control de la aceleración y desaceleración.

DISCUSiÓN


Las válvulas de control direccionales de interruptor convencional encendido/apagado tienen únicamente dos condiciones, la completamente abierta y la completamente cerrada. Este tipo de válvula, por lo tanto, produce un aumento repentino del caudal de aceite, una obstrucción de éste o una inversión del caudal de aceite, lo cual a su vez puede resultar en picos de alta presión con un movimiento entrecortado del actuador y de la carga.

La válvula de control direccional proporcional, por el contrario, permite de manera suave el aumento de caudal del aceite, la obstrucción o la inversión del caudal de aceite y así reduce los picos de presión y el movimiento entrecortado del actuador y la carga.

El corrimiento suave de una válvula proporcional se logra haciendo una rampa al voltaje de control aplicado a la válvula con un generador de rampa. Como muestra la figura 2-1, un a generador de rampa convierte las transiciones rápidas en el voltaje de control a rampa con pendientes de m¡ y m2 .

Las pendientes m¡ y m2 , en voltios/segundo (V/s), normalmente se ajustan de manera independiente utilizando potenciómetros separados. La pendiente m¡ controla la velocidad de cambio de los voltajes positivos (+) y así la velocidad de aceleración y desaceleración del actuador en una dirección del movimiento. La pendiente m2 controla la velocidad de cambio de los voltajes negativos H y así la velocidad de aceleración y desaceleración del actuador en la otra dirección del movimiento. Entre más empinada sea la pendiente, más rápida es la velocidad de aceleración y desaceleración del actuador.

Los tiempos del ciclo de la máquina se optimizan ajustando las pendientes m¡ y m2

con el fin de obtener velocidades mínimas de aceleración y desaceleración con picos limitados de presión y sin oscilación.

2-1


2-2

VOLTAJE DE ENTRADA DEL GENERADOR

DE RAMPA

ol-----~------------~----------_,----------------~-------------- TIEMPO

VOLTAJE DE ENTRADA DEL GENERADOR

DE RAMPA

-V ----.-~--------------~

o~----~~------------------~--~'---------------T-~~--------~ TIEMPO

Figura 2-1. Voltajes a la entrada y a la salida de un generador de rampa.

Aplicaciones

La necesidad de mover una carga suavemente, sin movimientos entrecortados, está presente en muchas aplicaciones, tales como los elevadores de pasajeros y sistemas de manejo de material, entre otros. Un elevador de pasajeros para edificios de baja altura se ilustra en la figura 2-2. El elevador se acciona mediante un cilindro telescópico. La velocidad del cilindro y la dirección son controladas utilizando un válvula de control direccional proporcional, VCDP1. Para mover el carro del elevador de manera uniforme y continua sin cambios repentinos o frenados, el voltaje de control aplicado a la válvula proporcional se vuelve una rampa.

El accionamiento de un botón de oprimir causa que el cilindro del elevador se acelere lentamente a su velocidad máxima. Cuando el cilindro alcanza su posición final se activa un interruptor de fin de carrera produciendo que el cilindro se desacelere lentamente antes de comenzar a detenerse.

P

T


VCDP1

1 , 8 1

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1 , /

ELEVADOR 1 ),

A

B

VOLTAJE DE CONTROL

DE ENTRADA

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t

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t .....¡...J... ...... 1 I 1 1

U I 1 1 I 1 I 1 I 1 1 1 1

8

CILINDRO DE LEVANTAMIENTO

TELESCÓPICO

0+---+--1" - ! ----+-1 ~~------,------ TIEMPO H

I I I VOLTAJE DE 1 CONTROL :

HECHO RAMPA I I I+V--1

I 1

1

-v -1 I 1 1 I 1 1 1 1 1 1 I 1 1 j

-v JJ m, r' +---f-----j-------''---L;'-r---t-------+--r---- TIEMPO

VELOCIDAD DEL CILlLNDRO 1

1 1 1 1 1 1

1 1 I 1 I 1 1

f. 1

V \ +---''------------'''--7'7'---+-----...l..."""7---- TIME

RETRAE

Figura 2-2. Elevador de pasajeros utilizando una válvula proporcional con control por rampa para el accionamiento del cilindro de elevación.

2-3


2-4

Usted notará en la figura 2-2 que la secuencia de movimiento del cilindro comprende tres fases distintas, las cuales son la fase de aceleración, la fase con velocidad máxima constante y la fase de desaceleración. Sin embargo, si los puntos de inicio y destino del movimiento del cilindro estuviesen muy cerca entre sí, la secuencia de movimiento comprendería únicamente dos fases: la fase de aceleración y la fase de desaceleración. Esto se ilustra en la figura 2-3.

VOLTAJE DE CONTROL

HECHO RAMPA

o -f---------"---__..:----------r------- TIEMPO

VELOCIDAD DEL CILINDRO

o -f------- ---"---___ ------~----- TIEMPO

Figura 2-3. Cuando los puntos de inicio y destino del cilindro están muy cercanos, la secuencia de movimiento comprende únicamente dos fases, la de aceleración y la de desaceleración.

Note también que en la figura 2-3 el cilindro se extiende más rápido de lo que se retrae para cualquier voltaje de control dado. Esto sucede debido a que el cilindro necesita menos presión para extenderse que para retraerse, de tal modo que la caída de presión a lo largo de la válvula proporcional y por tanto el caudal a través de esta válvula son mayores durante la extensión que durante la retracción. En realidad, para cualquier voltaje de control dado y condición de carga, la velocidad de extensión de un cilindro de área desigual manejado por una válvula proporcional es mayor que la velocidad de retracción por un factor igual a la razón del área completa del pistón al área anular del pistón.


El generador de rampa del Controlador PIO del equipo didáctico

El Controlador PID del equipo didáctico consta de una sección GENERADOR DE RAMPA que se puede utilizar para volver una rampa el voltaje de control aplicado a la válvula direccional con control proporcional, como lo muestra la figura 2-4.

el potenciómetro 1 del Generador de rampa permite el ajuste del tiempo de la rampa para voltajes de control positivos. El tiempo de la rampa se puede establecer entre 0,5 y 3 segundos para una variación de 10-V del voltaje de control positivo. Si por ejemplo, el tiempo de la rampa se coloca en 3 segundos, se tomará 3 segundos para que el voltaje de control aumente de O a 10 V o disminuya desde 10 a O V, pero se tomará solamente 1,5 segundos para que este voltaje aumente desde 3 a 8 V o disminuya desde 7 a 2 V;

- el potenciómetro 2 del Generador de rampa permite el ajuste del tiempo de la rampa para voltajes de control negativos. El tiempo de la rampa se puede establecer entre 0.5 y 3 segundos para una variación de 10-V del voltaje de control negativo voltaje de control. Si por ejemplo, el tiempo de la rampa se coloca en 1,5 segundos, se tomará 1,5 segundos para que el voltaje de control aumente de O a -1 O V o disminuya desde -1 O a O V, pero se tomará solamente 0,75 segundos para que este voltaje aumente desde -5 a -10 V o disminuya desde -6 a -1 V.

POTENCiÓMETRO 1 CONTROLADOR P.I.D.

AJUSTA EL TIEMPO DE LA GENERADOR DE RAMPA RAMPA PARA VOLTAJES ~ ,,;=

DE CONTROL POSITIVOS (+) ~» ~

-E) MIN. i MÁX. G- SALIDA

ENTRADA ~ (VOLTAJE DE (VOLTAJE PUNTO ----~: .~+-I ----CONTROL HECHO DE REFERENCIA) RAMPA)

:

POTENCiÓMETRO 2 ~) ~ AJUSTA EL TIEMPO DE LA ~ Mi~ MÁX.

RAMPA PARA VOLTAJES DE CONTROL NEGATIVOS (-)

Figura 2-4. Sección generador de rampa del Controlador PID.


En la primera parte de este ejercicio, usted aprenderá como volver una rampa el voltaje de control aplicado a la válvula direccional con control proporcional del equipo didáctico.

En la segunda parte del ejercicio, usted controlará la aceleración y la desaceleración de un motor hidráulico

2-5


2-6

PUNTOS DE REFERENCIA -() ., ~ ?:

,O" :i -oC r

En la tercera parte del ejercicio, usted controlará la aceleración y la desaceleración de una barra de cilindro.

EQUIPO REQUERIDO


PROCEDIMIENTO

Volviendo rampa el voltaje de control de la válvula proporcional

o 1. En el Controlador PID, conecte la salida PUNTO DE REFERENCIA 1 a la entrada del generador de rampa y al voltímetro cc , como lo muestra la figura 2-5.

CONTROLADOR P.I.D. M;;fMr' DETECTOR DE ERROR -()

?~ :~

VOLTíMETRO ce

FILTRO PASABAJAS AMPUFICADOAES P.LO. PUNTO DE ADICiÓN

AUMeNTACIóN

LlMITADOA

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r--~GA;-:;:NAN:-::::C:;-::'AS;---' ~ '--""'LiM='TE==-S ----' ANllAélNlCIO ,

tGl . INFERIOA SUPERIOf'I

IF"¡l ( '\: \,~.' ""=: .

IoIIN w.x. ... 1AAx. -

Figura 2-5. Volviendo rampa el voltaje de control de la válvula proporcional.

o 2. Encienda el Controlador PID.

o 3. Seleccione el PUNTO DE REFERENCIA 1 ajustando el interruptor PUNTO DE REFERENCIA S1 en la posición A. Utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1, ajuste el PUNTO DE REFERENCIA 1 en 10,0 Va la salida PUNTO DE REFERENCIA 1.


D 4. Ahora seleccione el PUNTO DE REFERENCIA 2 ajustando el interruptor PUNTO DE REFERENCIA S1 en la posición B. Utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 2 ajuste el PUNTO DE REFERENCIA 2 en 0,0 V a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1.

D 5. Mientras vigila el voltaje a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1, seleccio-ne PUNTO DE REFERENCIA 1. ¿Se aumenta instantáneamente el voltaje a 10 V?

DSí DNo

D 6. Mientras vigila el voltaje a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1, seleccio-ne PUNTO DE REFERENCIA 2. ¿Se vuelve instantáneamente a O V el voltaje?

DSí DNo

D 7. Conecte el voltímetro cc a la salida del generador de rampa.

D 8. Coloque la RAMPA del potenciómetro 1 en MÁX. Esto coloca el tiempo de la rampa para voltajes de control positivos al máximo.

D 9. Mientras vigila el voltaje de salida del generador de rampa, seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1. ¿Se toma acerca de 3 segundos para que el voltaje aumente desde O a 10 V? Explique.

D 10. Mientras vigila el voltaje de salida del generador de rampa, seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2. ¿Se toma acerca de 3 segundos para que el voltaje vuelva a O V? Explique.

D 11 . Coloque la RAMPA del potenciómetro 1 en MIN. Seleccione los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 alternadamente para ver el efecto que tiene el disminuir el tiempo de la rampa en el voltaje de salida del generador de rampa. Registre sus observaciones.

2-7


2-8

o 12. Vuelva a ajustar el PUNTO DE REFERENCIA 1 en -10.0 V, pero deje el PUNTO DE REFERENCIA 2 en 0.0 V. Esto le permitirá ver el efecto que tiene la RAMPA del potenciómetro 2 en los voltajes de control negativos.

o 13. Coloque la RAMPA del potenciómetro 2 en MÁX. Esto coloca el tiempo de la rampa para voltajes de control negativos al máximo.

o 14. Seleccione alternadamente los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 Y observe qué sucede con el voltaje de salida del generador de rampa. Trate varias veces con ajustes diferentes para la RAMPA del potenciómetro 2 y registre sus observaciones.

o 15. Apague el Controlador PID.

Control de la aceleración y desaceleración de un motor hidráulico

o 16. Obtenga el Motor hidráulico y el volante pesado de su lugar de almacenaje. Instale el volante pesado en el eje del motor realizando los siguientes pasos:

Deslice el volante en el eje del motor, teniendo cuidado de alinear el tornillo de ajuste en el centro del volante con la muesca en el eje del motor;

- Apriete firmemente el tornillo de ajuste utilizando una llave Allen suministrada con el Motor hidráulico;

- Verifique que el tornillo de ajuste esté completamente atornillado en su orificio. La cabeza del tornillo debe estar alineada con el centro del volante. Si no es así, es muy probable que el volante no esté asegurado correctamente. En este caso, afloje el tornillo de ajuste y vuelva a alinear el volante correctamente. Apriete el tornillo de ajuste y asegúrese que éste esté completamente atornillado en su orificio.

¡ADVERTENCIA!

Asegúrese que el volante esté asegurado correctamente en el eje del motor.

o 17. Conecte el sistema mostrado en la figura 2-6.


FilTRO PASABAJAS

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-() U2",.::r= 21<0 G-

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~l

MANÓMETRO A

ALIMENTACiÓN

3500 kPa (500 psi)

RETORNO

CONTROLADOR P.I.O.

GENERADOR DE RAMPA

AMPLIFICADORES P.I.O. PUNTO DE ADICiÓN

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INFERIOR SUPERIOR

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MANÓMETROS

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ENTRADA DE CONTROL

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FUENTE DE ALIMENTACiÓN DE 24-V ce


Figura 2-6. Control proporcional hecho rampa de un motor hidráulico.

G

(,~I _ IG~· dOY

1fII:IM"

2-9


2-10

o 18. En la válvula direccional con control proporcional, coloque el interruptor de la gama de entrada de control en la posición -10 V - + 10 V.

o 19. Encienda la 24-V Fuente de alimentación cc y el Controlador PID. No encienda todavía la Fuente de alimentación hidráulica.

o 20. En el Controlador PID, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 en 0,0 y 10,0 V respectivamente, en la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1.

o 21. En el Controlador PID, coloque la RAMPA del potenciómetro 1 en MíN.

o 22. Encienda la Fuente de alimentación hidráulica. Ajuste la presión del sistema en el manómetro A en 3450 kPa (500 psi) con la válvula de alivio.

o 23. Haga que funcione el motor seleccionando PUNTO DE REFERENCIA 2. Observe que el motor se acelera rápidamente hasta su velocidad completa debido a la rápida abertura de la válvula proporcional. Esto sucede porque la RAMPA del potenciómetro 1 está colocada en MíN.

o 24. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 Y observe que la presión del manómetro B tiene su pico en más de 4100 kPa (600 psi) cuando se detiene el motor, debido a que la válvula proporcional se cierra rápidamente. ¿Es esta su observación?

DSí DNo

o 25. Coloque la RAMPA del potenciómetro 1 en MÁX.

o 26. Seleccione PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 alternadamente para ver el efecto que tiene el aumentar el tiempo de la rampa sobre la aceleración y desaceleración del motor y sobre los picos de presión en el manómetro B.

Debe usted observar que el motor se acelera y desacelera más suavemente y que los picos de presión ya no ocurren más en el manómetro B cuando se detiene el motor. ¿Es esta su observación?

o Sí O No

o 27. Continúe experimentando con el ajuste de la RAMPA del potenciómetro 1 ajustandola de tal manera que el motor se desacelere a una velocidad máxima con un pico limitado de presión en el manómetro B.


o 28. Apague la Fuente de alimentación hidráulica. Luego apague el Controlador PID y la Fuente de alimentación cc de 24-V.

Control de la aceleración y desaceleración de un cilindro hidráulico

o 29. Conecte el sistema mostrado en la figura 2-7. Este sistema se extenderá y retraerá la barra del cilindro al presionar los botones EXTENDER y RETRAER:

Cuando la barra esté a dos tercios del camino de extensión, se activará el Interruptor magnético de proximidad PX1 causando que la barra se desacelere y se detenga;

De manera similar, cuando la barra esté a dos tercios del camino de retracción, se activará el Interruptor magnético de proximidad PX2 causando que la barra se desacelere y se detenga.

El ajuste de la RAMPA de los potenciómetros 1 y 2 determinará las velocidades de aceleración y desaceleración de la barra.

Nota: Monte el interruptor PX1 de tal manera que este se active cuando la barra del cilindro esté a dos tercios del camino de extensión. Monte el interruptor PX2 de tal manera que este se active cuando la barra del cilindro esté a dos tercios del camino de retracción. Deje la barra del cilindro en condición de retracción completa. Nota: Utilice para la conexión del circuito de control de relés del Puesto con pulsadoress PIN 6361 Y los Relés PIN 6363.


o 31. En el Controlador PID, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 en 10,0 Y -10,0 V respectivamente a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. Luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1.

o 32. En el Controlador PID, coloque la RAMPA de los potenciómetros 1 y 2 en MÁX.

o 33. Encienda la Fuente de alimentación hidráulica.

Nota: El sistema presión debe estar todavía en 3450 kPa (500 psi) de la parte anterior del ejercicio.

2-11


,'o ,,.-j. ~~-'-<>--\\fI!

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Fll TAO PASASAJAS

2-12

ALIMENTACiÓN

3500 kPa (500 psi)

RETORNO

CR2-C

CONTROLADOR P.LO.

--, I

~ VPR1

T

GENERADOR DE RAM PA

A

B

VCDP1

INTERRUPTORES MAGNÉTICOS

MANÓMETRO A (MODELO 6371)

/'

CILINDRO DE CALIBRE 3,8-cm (1 ,5-in)


+24 V

MANÓMETROB

EXTENDER

-L-o------~~ CR1

RETAER

-L-

PX1, N.C.

o---------<~ CR2

PX2, N.C.

COMo

CIRCUITO DE CONTROL DE RELÉS

MIM'

VCDP1


Figura 2-7_ Control proporcional hecho rampa de un cilindro hidráulico,


o 34. Haga que la barra del cilindro se extienda presionando el botón EXTENDER.

Debido a la acción del circuito de rampa, la barra extendida se acelera lentamente hasta que esta activa PX1, luego esta se desacelera y se detiene en su condición de extensión completa. ¿ Es esta su observación?

o Sí O No

o 35. Haga que la barra del cilindro se retracte presionando el botón RETRAER.

La barra retraída se acelera lentamente hasta que esta activa PX2, luego esta se desacelera y se detiene en su condición de retracción completa. ¿Es esta su observación?

o Sí O No

o 36. Circule la barra varias veces y observe que ocurre un pico de presión de 3450 kPa (500 psi) en el manómetro A siempre que la barra se extiende completamente. Esto ocurre debido a que el flujo de aceite se vuelve lento cuando se desfonda la barra, como muestra la figura 2-8 (a).

También observe que un pico de presión similar ocurre en el manómetro B siempre que la barra se retrae completamente.

o 37. Coloque la RAMPA del potenciómetro 1 en MíN.

o 38. Circule la barra y observe que los picos de presión ya no ocurren más en el manómetro A cuando se detiene la extensión de la barra Sin embargo, la barra no se extiende más completamente debido a que el tiempo de la rampa de la RAMPA del potenciómetro 1 es muy corto, como lo muestra la figura 2-8 (b).

o 39. Circule la barra y vuelva a ajustar la RAMPA del potenciómetro 1 de tal modo que la extensión de la barra alcance su posición de completa extensión con muy poco pico de presión, si es que hay alguno, en el manómetro A cuando esta se detiene, como lo muestra la figura 2-8 (c).

2-13


2-14

VOLTAJE DE CONTROL VÁLVULA

PROPORCIONAL (V) LA BARRA SE VUELVE

COMPLETAMENTE EXTENDIDA

ES PRESIONADO EL INTERRUPTOR EL BOTÓN PX1ES EXTENDER ACTIVADO

PICO DE PRESiÓN EN EL MANÓMETRO A

t---~~------;.---!---"'-----------------"",~ TIEMPO (s)

(a) El tiempo de la rampa es muy largo

LA BARRA NO SE EXTIENDE A SU EXTENSiÓN COMPLETA

t-------1f--- ----t----->O-r-------------------..... ~ TIEMPO (s) 1 1 I I

(b) El tiempo de la rampa es muy corto

LA BARRA SE EXTIENDE A SU EXTENSiÓN COMPLETA SIN UN PICO DE PRESiÓN EN EL MANÓMETRO A

I...-__ ---'i<-_ _ __ --I. __ ~~ _________________ ..... ~ TIEMPO (s)

(e) El tiempo de la rampa se ajusta correctamente

Figura 2-8. Voltaje de control proporcional de la válvula para diferentes ajustes de la RAMPA del potenciómetro 1.

o 40. De manera similar, ajuste la RAMPA del potenciómetro 2 de tal manera que la retracción de la barra alcance su posición de completa retracción con muy poco pico de presión, si es que hay alguno, en el manómetro B cuando esta se detiene.

o 41. Deje la barra del cilindro retraída completamente, apague la Fuente de alimentación hidráulica. Luego apague el Controlador PI D Y la Fuente de alimentación cc de 24-V.

o 42. Desconecte todas las mangueras y los cables eléctricos. Coloque todas las mangueras, los cables y los componentes en su lugar de almacenaje.


CONCLUSiÓN

En este ejercicio, usted aprendió como hacer rampa el voltaje de control aplicado a la válvula proporcional del equipo didáctico. Sin el generador de rampa, el voltaje de control cambió repentinamente cuando usted cambió el punto de referencia. Con el generador de rampa, el voltaje de control cambió más o menos rápidamente dependiendo del ajuste de la RAMPA de los potenciómetros.

En la segunda parte del ejercicio, usted aprendió como acelerar y desacelerar suavemente un motor hidráulico con picos de presión limitados.

En la tercera parte del ejercicio, usted aprendió como acelerar y desacelerar suavemente una barra de cilindro con picos de presión limitados.


1. ¿Porqué las válvulas de control direccional con interruptor convencional encendido/apagado resultan por lo general con subidas de alta presión y con movimientos entrecortados del actuador y la carga?

2. ¿Cómo se logra el corrimiento suave de una válvula proporcional?

3. ¿Qué ocurre con las velocidades de aceleración y desaceleración de un actuador hidráulico cuando se aumenta la pendiente del voltaje de control aplicado a la válvula proporcional?

4. ¿Cuáles son las tres fases de la secuencia de movimiento de un cilindro?

5. ¿Porqué la velocidad de extensión de un cilindro de área desigual accionado por una válvula proporcional es mayor que la velocidad de retracción para cualquier voltaje de control dado y cualquier condición de carga?

2-15

Ejercicio 3

Control de lazo abierto de la velocidad del motor


• Entender que es el control de velocidad de lazo abierto. • Aprender como medir la velocidad del motor hidráulico del equipo didáctico. • Controlar la velocidad del motor hidráulico del equipo didáctico en el modo de

lazo abierto. • Describir el efecto que tiene un cambio de la carga en la velocidad del motor en

el modo de lazo abierto.

DISCUSiÓN

Sistemas de control de la velocidad de lazo abierto

Un sistema de control de la velocidad de lazo abierto es un sistema en el cual la velocidad del actuador se controla únicamente mediante un punto de referencia y no se tiene en cuenta la velocidad real del actuador.

La figura 3-1 muestra un diagrama de bloques de un sistema de control de velocidad de lazo abierto:

• El punto de referencia corresponde a la velocidad del actuador deseada. El punto de referencia controla la abertura de la válvula proporcional. Este se puede establecer manualmente, de manera automática o el operador lo puede programar;

• La válvula proporcional determina el caudal del aceite al actuador para llevar su velocidad al punto de referencia;

• Las perturbaciones son condiciones variables que causan que la velocidad del actuador difiera del punto de referencia;

• La velocidad del actuador es una función del caudal permitido por válvula proporcional y la perturbación(es).

3-1


PUNTO DE REFERENCIA'

3-2

ELEMENTO DE CONTROL

VÁLVULA PROPORCIONAL

PERTURBACiÓN

CAMBIO EN LA CARGA CAMBIO EN EL FLUJO DE BOMBEO CAMBIO EN EL SISTEMA DE PRESiÓN CAMBIO EN LA TEMPERATURA DEL ACEITE

CAUDAL + CAUDAL

ACTUADOR

CILINDRO O

MOTOR

Figura 3-1. Sistema de control de velocidad de lazo abierto.

I---------< ... ELOCIDAD

El punto de referencia se establece inicialmente de tal manera que el caudal permitido por la válvula proporcional mantenga cierta velocidad del actuador. La velocidad se mantendrá bajo carga constante del actuador, el flujo de suministro de la bomba, la presión del sistema y la temperatura del aceite se mantendrán constantes. Sin embargo, si alguno de estos cuatro parámetros varía, el caudal del actuador cambiará haciendo que varíe la velocidad del actuador.

Debido a que el sistema está operando en condición de lazo abierto, éste no tiene realimentación para medir y corregir los cambios en la velocidad del actuador, El operador tendrá que volver a ajustar el punto de referencia continuamente para mantener la velocidad del actuador en el valor deseado, lo cual resulta en una tarea que consume tiempo y entrega resultados imprecisos.

Midiendo la velocidad del motor hidráulico del equipo didáctico

Su equipo didáctico viene con un módulo de Acondicionadores de señal, modelo 6366, que se puede utilizar para adaptar una señal a los requerimientos específicos de un circuito o dispositivo. Como muestra la figura 3-2, el módulo Acondicionadores de señal consta de dos conversores de voltaje que pueden aumentar o disminuir el rango de voltaje de una señal, un conversor frecuencia a voltaje (f/E) que puede generar un voltaje proporcional a la frecuencia de una señal.


CONVERSORES DE VOLTAJE

CONVERSOR FRECUENCIA

A VOLTAJE

z s

(O (Q) &

¡-:-~-------1~ o-s v

t-----;

~""/'f-----+~ 0-5V

t-----; ~_.J__-----.,~ 0-10V

S N

(O I~ 1 V J 1000 r/min

24 Vru ~_.J__-----.,~ 0-10 v

Figura 3-2. Módulo Acondicionadores de señal del equipo didáctico.

El conversor frecuencia a voltaje del módulo Acondicionadores de señal se puede utilizar junto con el interruptor fotoeléctrico para medir la velocidad del motor hidráulico del equipo didáctico, como lo muestra la figura 3-3. Para hacer esto, el interruptor fotoeléctrico debe colocarse en frente del volante del motor y el contacto eléctrico de este interruptor se debe conectar a la entrada del conversor frecuencia a voltaje.

Cuando gira el motor, el contacto eléctrico del interruptor fotoeléctrico se abre y se cierra alternadamente y así produce una señal pulsada de 0-24 V cuya frecuencia es proporcional a la velocidad del motor. Esta frecuencia se convierte en un voltaje cc proporcional CC mediante el conversor frecuencia a voltaje. Entre mayor sea la velocidad del motor, mayor es el voltaje producido por el conversor frecuencia a voltaje.

El conversor frecuencia a voltaje tiene tres salidas diferentes etiquetadas "N", "0-5 V" Y "0-10 V":

• La salida denominada "N" tiene una calibración fija. Esta proporciona una voltaje de 1 V por 1 000 r/min del motor;

• Las otras dos salidas denominadas "0-5 V" Y "0-10 V", pueden ser calibradas por el usuario utilizando el potenciómetro intervalo (S) . Este potenciómetro establece

3-3


AJUSTE DE S (INTERVALO)

MOTOR HIDRÁULICO

la frecuencia de entrada del conversor y por tanto la velocidad del motor para el cual el voltaje será máximo en la salida 0-5 V o 0-10 V del conversor.

INTERRUPTOR FOTOELÉCTRICO PE1

=0

24 V

PE1 , N.A.

24 V 11 12 - O~ ACONDICIONADORES DE SEÑAL

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

VI I I I I I I I I I I

LA VELOCIDAD HA AUMENTADO

o~--------------..

SALIDA DE CALIBRACiÓN

3-4

FIJA SALIDAS DE CALIBRACiÓN AJUSTABLES

Figura 3-3. Midiendo la velocidad del motor hidráulico del equipo didáctico.


En la primera parte de este ejercicio, usted aprenderá como medir la velocidad del motor hidráulico del equipo didáctico utilizando un sing a interruptor fotoeléctrico y el conversor frecuencia a voltaje.

En la segunda parte del ejercicio, usted realizará el control de lazo abierto de la velocidad del motor y verá el efecto que tiene una variación en la carga del motor en la velocidad del motor.


EQUIPO REQUERIDO


PROCEDIMIENTO

Midiendo la velocidad del motor hidráulico del equipo didáctico

o 1. Obtenga el Motor hidráulico y el volante pesado de su lugar de almacenaje. Instale el volante pesado en el eje del motor.

o 2. Obtenga el interruptor fotoeléctrico, modelo 6372, y sujetelo a la superficie de trabajo. Teniendo en cuenta la figura 3-4, coloque el Motor hidráulico en frente del interruptor fotoeléctrico y a una distancia de 10 cm (4 in, o dos filas de perforaciones) de este, alineando el eje del motor con el rayo del interruptor. Sujete el motor en su lugar.

o o o o o o o o o o o o o o . 0 o o o

: : : : : : : : : : : : HI:~~~~~O~· o o o o o o o o o o o o o o o •

o o o o o o o o o o o o o o o i ------... ,

o o o o o o o o o o o o o o o o ~ o L. ( ~ r 10 cm 41n)

: : : : : : : : : : : : : : : ~lo.o.oJQ :~;i~~É~T~~O o o o o o o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o o o o o o o o o o



v Figura 3-4. Posicionamiento del interruptor fotoeléctrico.

o 3. Conecte el sistema que se muestra en la figura 3-5. Esté seguro de conectar los terminales + y - del interruptor fotoeléctrico a la Fuente de alimentación cc de 24-V.

3-5


ALIMENTACiÓN

4800 kPa (700 psi)

RETORNO

CONTROLADOR P.I.D.

MANÓMETRO A

--, I I

.... VPR1

T

A

B

VCDP1


/

M:IfW'

MANÓMETROB

VFC1

/

/ /

/

/ /

/

/


MODELO 6372

/ /

=0 /

/

MÓDULO ACONDICIONADORES DE SEÑAL

PUNTOS DE REFERENCIA GENERADOR DE RAMPA DETECTOR DE ERROR -() -() S'

.~"".~' ~ ' ""' * ya

,O ~Jri ,:O C @,

Al TAO PASABAJAS

AlIMENTACIOH

~:

3-6

AMPLIFICADORES P.I.O.

-() (30

\~L-~~')\ ~ ~} ~ (~~

GANANCIAS PROPORCIONAL INTEGRAL

11' 1 IJI

~:.9_ ~Q_

WTEGA.<OOR ANTI REINICIO

,

G

(~:., .:;;/

• (30

:' -@ ~

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lINrTADOR M:IfW'

INFERIOR SUPERIOR , ';::'::;' .:;.....,..

¡. il 1\ ': _~~ ,,~IM)I

FUNETE DE ALlMENTACI$ÓN DE 24-

(b) Electrical section

Figura 3-5. Sistema de control de velocidad de lazo abierto.


D 4. En la válvula direccional con control proporcional, coloque el interruptor de la gama de entrada de control en la posición -10 V - + 10 V.

D 5. Encienda la 24-V Fuente de alimentación cc y el Controlador PID. No encienda todavía la Fuente de alimentación hidráulica.

D 6. En el Controlador PID, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 en 0,0 y 10,0 V, respectivamente en la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. Luego Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1.

D 7. En el Controlador PID, coloque la RAMPA del potenciómetro 1 en MÁX.

D 8. Abra completamente la válvula de control de flujo (gire la perilla completamente en sentido antihorario).

D 9. Encienda la Fuente de alimentación hidráulica. Ajuste la presión del sistema en el manómetro A en 4800 kPa (700 psi) con la Válvula de alivio.

D 10. Asegúrese que el motor funciona al seleccionar PUNTO DE REFERENCIA 2. Con la válvula de control de flujo y la válvula direccional con control proporcional en su condición completamente abierta, el motor está girando al máximo, velocidad sin carga.

D 11. En el módulo Acondicionadores de señal, conecte un voltímetro cc a la salida N del conversor frecuencia a voltaje (f/E). ¿De acuerdo con la lectura del voltímetro cual es la velocidad del motor en este momento?

D 12. Conecte el voltímetro cc a la salida 0-10 V del conversor f/E. Calibre esta salida de tal modo que esta entregue 10,0 V, utilizando el potenciómetro (S) de intervalo.

D 13. En el Controlador PID, disminuya el punto de referencia a 5,0 V en la salida PUNTO DE REFERENCIA 1 (utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 2). Mida el voltaje ahora presente en la salida 0-10 V del conversor f/E. ¿Este voltaje es todavía 10 V? ¿Porqué?

3-7


3-8

o 14. No apague la Fuente de alimentación hidráulica. Deje el sistema montado como está y continúe con la siguiente parte del ejercicio.


o 15. Simule una carga liviana en el motor girando la perilla de la válvula de control de flujo en sentido horario hasta que el manómetro B lea 2900 kPa (420 psi).

o 16. Mida el voltaje presente en la salida 0-10 V del conversor f/E y registrelo en la tabla 3-1 contiguo a "LIVIANO".

CARGA VOLTAJE DE SALIDA DEL CONVER-SOR f/E

LIVIANO

MEDIO

PESADO

Tabla 3-1. Voltaje de salida del conversor flE para diferentes cargas el motor con un punto de referencia V = 5,0 V

o 17. Repita los pasos 15 y 16 para una carga mediana de 3300 kPa (480 psi) y una carga pesada de 3700 kPa (540 psi). Registre sus mediciones en la tabla 3-1.

o 18. ¿Basado en los datos registrados en la tabla 3-1, qué tanto disminuye el voltaje de salida del conversos f/E cuando se aumenta la carga del motor de liviana a pesada?

o 19. ¿Este sistema de control de velocidad de lazo abierto es capaz del control de la precisión? Explique.

o 20. Reajuste la válvula de control de flujo con el fin de aplicar una carga mediana (3300 kPal480 psi) al motor.

o 21 . Con el voltímetro cc conectado a la salida 0-10 V del conversor f/E, aumente el punto de referencia (utilizando el potenciómetro PUNTO DE


REFERENCIA 2) hasta que usted obtenga el voltaje registrado en la tabla 3-1 para una carga liviana.

o 22. Mida el nuevo valor del punto de referencia en la salida PUNTO DE REFERENCIA 1 del Controlador PID. ¿Qué tanto se debe aumentar el punto de referencia 5-V para compensar la disminución en la velocidad del motor que ocurre cuando se aumenta la carga de liviana a mediana?

o 23. ¿Qué tipo de control logró usted en el paso 21 cuando aumentó el punto de referencia para iniciar la disminución de la velocidad del motor? Explique.



CONCLUSiÓN

En la primera parte de este ejercicio, usted aprendió como medir la velocidad del motor hidráulico del equipo didáctico con un interruptor fotoeléctrico y el conversor frecuencia a voltaje. Usted vio que el voltaje de salida del conversor fue directamente proporcional a la velocidad del motor.

En la segunda parte del ejercicio, usted realizó el control de lazo abierto de la velocidad del motor. Cuando usted aumentó la carga del motor, la caída de presión a lo largo de la válvula proporcional disminuyó lo cual hace que fluya menos aceite a través de la válvula proporcional y a su vez hace que disminuya la velocidad del motor. Ya que el sistema estaba operando en modo de lazo abierto, este no tuvo una realimentación eléctrica para medir y corregir esa disminución en la velocidad del motor.


1. ¿Qué es un sistema de control de velocidad de lazo abierto?

3-9


3-10

2. ¿Qué significa "perturbación"?

3. ¿En el ejercicio, porqué la velocidad del motor hidráulico disminuyó cuando se aumentó la carga del motor?

4. ¿El sistema de control de velocidad de lazo abierto fue capaz de medir y corregir la disminución en la velocidad del motor? Explique.

5. ¿Un sistema de control de velocidad de lazo abierto debe utilizarse en aplicaciones donde la carga del motor varía de vez en cuando y cuando es de gran importancia tener una buena regulación de la velocidad?

Ejercicio 4

Control proporcional (P) de la velocidad del motor


• Describir el modo de control proporcional. • Describir la ventaja y la desventaja del control proporcional. • Definir error residual , ganancia proporcional, banda proporcional, y oscilación. • Describir como se puede utilizar el método de reinicio manual para eliminar el

error residual.

DISCUSiÓN

Control de lazo cerrado de la velocidad del actuador

En el ejercicio anterior, usted controló la velocidad de un motor hidráulico con un sistema de lazo abierto. La velocidad del motor disminuía cuando aumentaba la carga debido a que el sistema estaba controlando la abertura de la válvula proporcional y no la velocidad del motor en ese momento.

La adición de un regulador o controlador y un lazo de realimentación al sistema de control de la velocidad reduce significativamente las variaciones en la velocidad del actuador. Este tipo de sistema, denominado sistema de control de lazo cerrado o servo sistema, se ilustra en la figura 4-1.

• El lazo de realimentación contiene un transductor de velocidad que mide la velocidad real del actuador y genera una señal proporcional la cual se envía de regreso al controlador o controlador.

• El controlador compara el punto de referencia con la velocidad medida y corrige para cualquier diferencia entre ambos modificando la abertura de la válvula proporcional hasta que el sistema alcanza un estado de equilibrio.

Elementos esenciales de un controlador

Cualquier controlador contiene dos partes esenciales, las cuales son un detector de error y una sección de modo (vea la figura 4-1):

• El detector de error compara el punto de referencia con la velocidad medida y produce una señal de error igual a la diferencia (error) entre los dos. Los errores ocurren cuando, por ejemplo, el punto de referencia se cambia o cuando cambia la carga del actuador.

4-1


PUNTO DE REFERENCIA

(VELOCIDAD DESEADA)

4-2

CONTROLADOR r------------------, : DETECTOR : DE ERROR I I

: +

I I I

I I L _________________ J


CARGA I PERTURBACiÓN

VELOCIDAD ACTUADOR

VELOCIDAD MEDIDA

TRANSDUCTOR DE ~------------------------------~--~ VELOCIDAD LAZO DE REALIMENTACiÓN

Figura 4-1. Control de lazo cerrado de la velocidad del actuador.

• La sección de modo realiza operaciones matemáticas para actuar sobre la señal de error. El tipo de operaciones realizadas depende del modo seleccionado del controlador, el cual puede ser ya sea el proporcional (P), el integral (1), el diferencial (D) o una combinación de estos. La señal de salida del controlador resultante se aplica a la válvula proporcional para cambiar la abertura de la válvula y por lo tanto el caudal del actuador.

Realimentación negativa y positiva

Dos tipos de realimentación son posibles en los sistemas de control de lazo cerrado control: realimentación positiva y realimentación negativa.

• La realimentación positiva aumenta la diferencia entre el punto de referencia y la velocidad medida, como lo muestra la figura 4-2 (a). La realimentación positiva puede resultar en oscilaciones violentas y sostenidas dentro del sistema. Por obvias razones, este tipo de of realimentación no se utiliza en sistemas de control de lazo cerrado.

• La realimentación negativa disminuye la diferencia entre el punto de referencia y la velocidad medida y actúa para recuperar el equilibrio, como lo muestra la figura 4-2 (b).

Si por ejemplo la velocidad del actuador se vuelve mayor que el punto de referencia, la realimentación negativa disminuirá la abertura de la válvula proporcional y por lo tanto el caudal del actuador para ayudar a restaurar la estabilidad. Con la realimentación positiva, sin embargo, la abertura de la válvula proporcional podría aumentarse haciendo peor la situación.


VELOCIDAD

CONDICiÓN INICIAL -

NO SE PUEDE ALCANZAR EL EQUILIBRIO

OSCILACiÓN

'-----------------------__ TIEMPO

VELOCIDAD

CONDICIÓN_ INICIAL

(a) Realimentación positiva

SE ALCANZA EL EQUILIBRIO

'------------------------- TIEMPO

(b) Realimentación negativa

Figura 4-2. Realimentación positiva y negativa.

Implementación de la realimentación negativa

La realimentación negativa normalmente se implementa en la sección del detector de error del controlador. En el sistema de la figura 4-1, por ejemplo, la realimentación negativa se obtiene aplicando la señal del punto de referencia señal a una entrada positiva (+) del detector de error y la señal de la velocidad del transductor (realimentación) a la entrada negativa (-) del detector de error. De esta manera, la salida del detector de error es igual al punto de referencia menos la velocidad medida, de tal modo que cuando aumenta la velocidad medida, la salida del detector de error disminuye causando que la salida del controlador disminuya (realimentación negativa).

Note, sin embargo, que si las señales del punto de referencia y del transductor de velocidad fuesen aplicadas ambas a la entrada positiva del detector de error, la salida del detector de error sería igual al punto de referencia más la velocidad medida, la cual causaría que aumentara la salida del controlador cuando aumenta la velocidad medida (realimentación positiva).

4-3


4-4

PUNTO DE REFERENCIA (VELOCIDAD DESEADA)

El modo proporcional (P) del controlador

Como se mencionó anteriormente, el modo de operación del controlador determina el tipo de operaciones matemáticas que se realizan con la señal de salida del detector de error con el fin de producir un cambio en la abertura de la válvula proporcional.

El modo más simple del controlador es el modo proporcional (P). la figura 4-3 muestra el diagrama de un controlador operando en este modo:

• El detector de error compara la velocidad medida con el punto de referencia y genera una señal de error, Ep , igual al la diferencia entre las dos;

• La sección de modo consiste de un amplificador proporcional, el cual amplifica el error por una ganancia Kp para generar la señal de salida del controlador.

CONTROLADOR PROPORCIONAL (P)

r ---- -- - -- ----- - --- - --- - -- ------- - - - ------- l : DETECTOR AMPLIFICADOR : : DE ERROR PROPORCIONAL: I I I + ERROR (EP) Ep· Kp I

Q-- -+----l ·Kp I I I I I I I I L __ __ ___ _ _ __ ___ _____ _ ___ _ _ _ ____ ___ __ __ ____ J

VELOCIDAD MEDIDA

SALIDA DEL CONTROLADOR (Co)

Figura 4-3. Diagrama de un controlador operando en el modo proporcional (P).

La señal de salida del controlador es proporcional a la señal de error en todo momento, de ahí el nombre de modo proporcional. Entre mayor sea el error, mayor será la salida del controlador. Esta relación se puede expresar matemáticamente:

donde Ca = salida del controlador; Kp = ganancia proporcional; Ep = error.

La magnitud de la señal de salida del controlador se limita a los niveles de saturación positivo y negativo del amplificador proporcional. Si, por ejemplo, esos niveles son 13 V Y -13 V, la señal de salida del controlador nunca excederá esos voltajes. Esto significa que una vez la señal de salida del controlador haya alcanzado cualquiera de los niveles de saturación, un aumento en la señal de error no generará más un aumento en la señal de salida del controlador.


Algunas veces es necesario limitar más allá la excursión de la señal de salida del controlador con el fin de adaptarla al rango la entrada de control de la válvula de control direccional proporcional. Esto se puede lograr utilizando un circuito limitador.

La figura 4-4 muestra el circuito LlMITADOR del Controlador PID del equipo didáctico. Este circuito limita la señal de salida del controlador a los niveles establecidos por los potenciómetros LíMITES INFERIOR Y SUPERIOR . El Potenciómetro LIMITE INFERIOR establece el nivel máximo para los voltajes negativos del controlador; este se puede ajustar entre O y -13,5 V. El potenciómetro LIMITE SUPERIOR establece el nivel máximo para los voltajes positivos del controlador; este se puede ajustar entre O y 13,5 V.

SALIDA DEL CONTROLADOR Of------I

lIMITADOR

~ I I I ' I I I I I

HH INFERIOffiUPERIOR

LíMITES

f--------O SALIDA DEL lIMITADOR

Figura 44. Limitando la excursión del voltaje de salida del controlador.

Ventaja y desventaja del modo de control proporcional

La principal ventaja del modo de control proporcional es que el controlador responde inmediatamente a cualquier cambio en la señal de error con el fin de devolver el sistema al equilibrio. Por ejemplo, la figura 4-5 muestra que sucede en el modo de control proporcional cuando el punto de referencia se cambia repentinamente. El error aumenta significativamente cuando el punto de referencia se cambia pero el controlador reacciona inmediatamente para corregir este error. Ya que no hay una demora en la respuesta del controlador, el error disminuye rápidamente hasta que el sistema alcance el estado de equilibrio.

la principal desventaja del modo de control proporcional es que una vez el sistema haya alcanzado el equilibrio, un error residual permanece entre el punto de referencia y la velocidad medida, como lo muestra la figura 4-5. Este error se requiere para mantener la velocidad medida cerca del punto de referencia. Además reducir el error a cero causaría que la salida del controlador se anule lo cual movería la válvula proporcional a la condición de to bloqueo central y detendría el actuador.

4-5


4-6

PUNTO DE REFERENCIA Y

VELOCIDAD MEDIDA

EQUILIBRIO

PUNTO DE REFERENCIA

L r-;-----"""""--""""7"---"""'=:::---......... --} ERROR RESIDUAL

TIEMPO

ERROR o ~========~-----+~~~----~~--------~

SEÑAL DE CONTROLLER

CONTROLADOR PROPORCIONAL

TIEMPO

o r------~---+_----~----_7------------~ TIEMPO

Figura 4-5. Ejemplo de lo que sucede en el modo de control proporcional cuando el punto de referencia se cambia repentinamente.

Entre mayor es la ganancia proporcional Kp , menor será el error residual. Esto significa que aumentando la ganancia proporcional disminuirá el error residual, como muestra la figura 4-6. Sin embargo, aumentar la ganancia también aumenta la tendencia del sistema hacia la inestabilidad. Es más, si la ganancia se vuelve demasiado alta, el sistema comenzará a oscilar siendo incapaz de volver al equilibrio. Así, aumentar la ganancia proporcional no es la solución ideal para eliminar el error residual.



VELOCIDAD MEDIDA

PUNTO DE REFERENCIA

Kp=1

VELOCIDAD MEDIDA

OSICLACIÓN

'-------------------------_'TIEMPO(s)

Figura 4-6. Efecto de aumentar la ganancia proporcional, Kp , sobre el error residual.

Reinicio manual

El reinicio manual consiste en eliminar el error residual para una condición de carga dada añadiendo una polarización (compensación) a la señal de salida del controlador proporcional, como lo muestra la figura 4-7. La compensación se ajusta manualmente, en la condición de carga deseada, hasta que la velocidad del actuador iguale el punto de referencia. Debido a que la compensación se ajusta manualmente, este método se conoce como reinicio manual.

CONTROLADOR PROPORCIONAL (P)

r----------------------------------------------, I I

I DETECTOR AMPLIFICADOR PUNTO DE : DE ERROR PROPORCIONAL ADICiÓN I I

PUNTD DE REFERENCIA O-----L-i~ )-E_R_RO_R_(E_P} -----i~ • Kp

VELOCIDAD MEDIDA

POLARIZACiÓN

SALIDA DEL CONTROLADOR (C o)

Figura 4-7. El reinicio manual consiste en añadir una polarización (compensación) a la señal de salida del controlador proporcional.

Con el reinicio manual , la ecuación de la salida del controlador proporcional es:

CD = Kp . Ep + polarización

La ventaja del reinicio manual es que este elimina el error residual si afectar la ganancia proporcional. Sin embargo, el error se elimina únicamente para una condición de carga. Para otras condiciones de cargas que requieran un ajuste distinto de la válvula proporcional, existirá un error residual para mantener la señal de salida del controlador en el nivel requerido. Por lo tanto, el reinicio manual se utiliza cuando la carga permanece realmente constante.

4-7


4-8

LíMITE SUPERIOR

a: o o <t: ...J o a: 1-z 8 ...J UJ o C§ ::J <t: (/)

LíMITE INFERIOR

Banda proporcional

La banda proporcional es un intervalo en el cual señal de error debe cambiar para causar que la señal de salida del controlador varíe sobre su intervalo completo. La banda proporcional varía en proporción inversa a la ganancia proporcional. En forma de ecuación:

P = _1_ x 100% B K

P

donde Pe = banda proporcional; Kp = ganancia proporcional.

Entre mayor es la ganancia proporcional , menor o "más angosta" es la banda proporcional y por tanto menor el error que se requiere para causar que cambie la señal de salida del controlador sobre todo su intervalo completo.

Por ejemplo, la figura 4-8 muestra la relación del error versus la salida del controlador para dos diferentes ganancias, Kp1 y Kp2, siendo Kp1 mayor que Kp2 .

Como muestra la figura, la banda más ancha corresponde a la ganancia más baja, Kp2•

~-'<-- GANANCIA K P2

G ANClA K p1 > GANANCIA K P2

/ SATURACiÓN AL LÍMITE INFERIOR

H

J o

l (+)

ERROR

BANDA ESTRECHA (K p1 )

BANDA ANCHA (K p2 )

Figura 4-8. La relación del error versus la salida del controlador para dos diferentes ganancias.


Usted notará en la figura 4-8 que cuando el error está dentro de la banda proporcional, la señal de salida del controlador es proporcional al error, y la ganancia determina la relación proporcional. Sin embargo, si el error excede la banda proporcional, la señal de salida del controlador se saturará en su límite inferior o superior, dependiendo de la pOlaridad del error.


En la primera parte de este ejercicio, usted se familiarizará con los componentes y la operación de un controlador proporcional.

En la segunda parte del ejercicio, usted estudiará el control de lazo cerrado de la velocidad del motor en el modo de control proporcional. Determinará el efecto que tiene aumentar la ganancia proporcional del controlador sobre el error residual. Luego usted utilizará el reinicio manual para eliminar el error residual.

EQUIPO REQUERIDO


PROCEDIMIENTO

Famlliarización con los componentes de un controlador proporcional

D 1. Obtenga el Motor hidráulico de su lugar de almacenaje. Asegúrese que el volante pesado está instalado en el eje del motor.

D 2. Conecte el sistema mostrado en la figura 4-9. En este sistema, el controlador proporcional está formado por el Detector de error, el amplificador proporcional [P), el PUNTO DE ADICiÓN Y la sección LlMIT ADOR del Controlador PID.

Nota: No conecte todavía la salida 0-10 V del conversor flE a la entrada de realimentación (-) del Detector de error. Esto se hará después en el ejercicio.

D 3. Realice los siguientes ajustes en el Controlador PI D:

Intervalo GANANCIA PROPORCIONAL [P) ............. BAJA GANANCIA PROPORCIONAL [P) ..................... MíN. LIMITE INFERIOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 112 del MÁX. LIMITE SUPERIOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 112 del MÁX.

4-9


ALIMENTACiÓN

4800 kPa (700 psi)

RETORNO

MANÓMETRO A

--,

T

I I ~VPR1

MANÓMETROB

A

B

VCDP1

VFC1




CONTROLADOR P.LO.


-{) GENERADOR DE RAMPA

t~& 2~V= ! ._. i

,O ~J~; ,:Oc 1 @,

FILTRO PASAB-'JAS

ALIMENTACION

GANANCIAS PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATlVA AHTIREINIClO

I~ I 111 ItI )

4-10

M:/fJiI'"

INFERIOR SUPERIOf'!

y-}~-FUENTE DE ALIMENTACiÓN DE 24·V CC


Figura 4-9. Control proporcional (P) de la velocidad del motor.


D 4. Encienda la 24-V Fuente de alimentación cc y el Controlador PID. No encienda todavía la Fuente de alimentación hidráulica.

o 5. En el Controlador PID, seleccione Punto de referencia 1 y ajustelo en 1,0 V a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1.

D 6. En el Controlador PID, mida el voltaje cc de error a la salida del Detector de error.

Con un voltaje del punto de referencia de 1,0 V en la entrada (+) del Detector de error y un voltaje de realimentación de O V en la entrada (-), el voltaje de error debe ser aproximadamente 1 V (punto de referencia menos voltaje de realimentación). ¿Es esta su observación?

D Sí D No

D 7. En el Controlador PID, mida los voltajes cc en la entrada y la salida del amplificador proporcional . Con el potenciómetro GANANCIA PROPORCIONAL colocado en MíN. , determine la ganancia de voltaje del amplificador proporcional. Registre sus resultados en la tabla 4-1 contigua a "BAJA, MíN."

INTERVALO GANANCIA AJUSTE DE LA GANANCIA GANANCIA (MEDIDA)

PROPORCIONAL PROPORCIONAL

BAJA MíN.

MÁX.

ALTA MíN .

MÁX.

Table 4-1. Ganancia de voltaje del amplificador proporcional [P] para varios ajustes de ganancia.

D 8. Coloque el potenciómetro GANANCIA PROPORCIONAL en MÁX. Determine la ganancia de voltaje del amplificador proporcional para este ajuste de ganancia. Registre sus resultados en la tabla 4-1 contiguo a "BAJA, MÁX.".

o 9. Saque la perilla del potenciómetro GANANCIA PROPORCIONAL para seleccionar el intervalo GANANCIA ALTA, luego coloque la GANANCIA PROPORCIONAL en MíN.

Determine la ganancia de voltaje del amplificador proporcional para este ajuste de ganancia y registre sus resultados en la tabla 4-1 contigua a "ALTA, MíN."

4-11


4-12

o 10. Mientras vigila el voltaje de salida del amplificador proporcional, aumente lentamente la GANANCIA PROPORCIONAL a MÁX.

Observe que más allá de cierto punto, el voltaje deja de aumentar debido a que este ha alcanzado el nivel de saturación positivo del amplificador proporcional (aproximadamente 13,5 V). ¿Es esta su observación?

D Sí O No

o 11. Utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1, disminuya el voltaje de entrada del amplificador proporcional a 0,2 V, el cual colocará el voltaje de salida del amplificador proporcional por debajo del nivel de saturación. Luego mida la ganancia de voltaje del amplificador proporcional y registre sus resultados en la tabla 4-1 contigua a "ALTA. MÁX."

o 12. En el Controlador PID, mida el voltaje cc a la salida del PUNTO DE ADICiÓN.

Este voltaje debe ser aproximadamente igual al voltaje de salida del amplificador proporcional de más o menos 11 V. El PUNTO DE ADICiÓN se utilizará para reiniciar manualmente el controlador proporcional más adelante en el ejercicio.

o 13. En el Controlador PI D, mida los voltajes cc a la entrada y a la salida del LlMITADOR. Observe que el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada debido a la acción limitadora del LlMITADOR.

o 14. Mientras vigila el voltaje de salida del LlMITADOR, gire lentamente la perilla del potenciómetro LIMITE SUPERIOR en sentido horario. ¿Qué sucede con el voltaje? Explique.

o 15. Utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1, vuelva a ajustar el voltaje de entrada amplificador proporcional en -0,2 V.

Ahora debe estar presente un voltaje negativo de aproximadamente -11 V en la entrada del LlMIT ADOR.

o 16. Mientras vigila el voltaje de salida del LlMIT ADOR, gire lentamente la perilla del potenciómetro LIMITE INFERIOR completamente en sentido horario. ¿Qué sucede con el voltaje? ¿Porqué?


o 17. Coloque el intervalo de GANANCIA PROPORCIONAL en BAJA y GANANCIA PROPORCIONAL en MíN .


Ajustes preliminares (modo de lazo abierto)

o 18. En el Controlador PI D, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 en 10,0 Y -0,10 V, respectivamente en la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. Luego Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1.

o 19. En el Controlador PI D, ajuste los límites inferior y superior del LI MIT ADOR en 0,0 y 10,0 V, respectivamente:

- Coloque el potenciómetro LIMITE INFERIOR en MíN. Esto establece el LIMITE INFERIOR en 0,0 V;

- Ajuste el potenciómetro GANANCIA PROPORCIONAL con el fin de obtener 12 V a la entrada del LlMIT ADOR;

- Ajuste el potenciómetro LIMITE SUPERIOR con el fin de obtener 10,0 V a la salida del LlMITADOR.

o 20. En el Controlador PID, vuelva a ajustar el potenciómetro GANANCIA PROPORCIONAL con el fin de obtener 10,0 V a la entrada del LlMITADOR.

o 21 . En la válvula direccional con control proporcional, coloque el interruptor de la gama de entrada de control en la posición -1 O V - + 1 O V.

o 22. Cierre completamente la válvula de control de flujo (gire la perilla completamente en sentido horario).

o 23. Encienda la Fuente de alimentación hidráulica. Ajuste la presión del sistema del manómetro A en 4800 kPa (700 psi) con la válvula de alivio.

o 24. Abra la válvula de control de flujo completamente para hacer que el motor gire al MÁXimo, velocidad sin carga.

o 25. En el módulo Acondicionadores de señal, ajuste el potenciómetro INTERVALO (S) del conversor f/E para obtener 10,0 V a la salida 0-10 V de este conversor.

4-13


4-14

o 26. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 para detener el motor.

Operación del sistema

o 27. Coloque el sistema en el modo de lazo cerrado. Para hacer esto, conecte un cable entre la salida 0-10 V del conversor f/E y la entrada de realimentación (-) del Detector de error, como lo indica la linea punteada en la figura 4-9 (b).

o 28. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 para que gire el motor.

o 29. En el Controlador PID, vuelva a ajustar el punto de referencia en 5,0 V a la entrada punto de referencia (+) del Detector de error (utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1).

o 30. Coloque una carga liviana en el motor ajustando la válvula de control de flujo hasta que el manómetro B indique 2900 kPa (420 psi).

o 31. Mida y registre el voltaje de realimentación generado por el conversor f/E a la entrada de realimentación (-) del Detector de error. Este voltaje corresponde a la velocidad en este momento del motor.

Voltaje de realimentación: V

o 32. Mida el voltaje a la salida del Detector de error. Este voltaje corresponde al error (diferencia) entre el punto de referencia 5-V y el voltaje de realimentación. ¿Este error es importante?

o 33. Mientras vigila el voltaje de salida del Detector de error, aumente muy lentamente la GANANCIA PROPORCIONAL al MÁX.

Observe que mientras aumenta la ganancia proporcional la velocidad del motor aumenta y como consecuencia el voltaje de error disminuye en la salida del Detector de error.

Sin embargo, más allá de cierta ganancia el sistema se vuelve inestable y comienza a oscilar debido a la ganancia excesiva. Esto se indica por medio de la operación del motor de encendido/apagado y por la variación continua de la presión del manómetro B. (Usted probablemente tiene que seleccionar el intervalo GANANCIA PROPORCIONAL ALTA para observar esta condición).


Registre a continuación sus observaciones.

Reinicio manual

D 34. Devuelva el sistema al equilibrio ajustando el intervalo GANANCIA PROPORCIONAL en BAJA y GANANCIA PROPORCIONAL en % del MÁX.

Mida y registre el voltaje de error para este ajuste de ganancia proporcional.

Voltaje de error: V

D 35. Conecte la salida PUNTO DE REFERENCIA 2 a cualquiera de las entradas sin utilizar del PUNTO DE ADICiÓN, como lo indica la linea punteada en la figura 4-10.

CONTROLADOR P.i.D.

CONECTE LA SALIDA PUNTO DE REFERENCIA 2 A CUALQUIERA

DE LAS ENTRADAS


-()

~

GENERAOOA DE RAMPA

SIN UTILIZAR DEL PUNTO DE ADICiÓN

'---~GAA~AN=OA~S ----' ~ '--Li~M>T=ES~' ~T'ONAt. IN~RAl OEAI~~nvA ""'TI R~INICIO

~:~()~ J)~ ":)~ ~ -

INFERIOR SUPERIOR

.o~ "o~ ~=dO

Figura 4-10. Implementación del reinicio manual en el PUNTO DE ADICiÓN.

D 36. Gire lentamente la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 2 en sentido horario hasta que el voltaje de salida del Detector de error se anule (0,0 V) .

4-15


4-16

o 37. Mida ahora el voltaje presente a la salida PUNTO DE REFERENCIA 2. Este voltaje de compensación adicionado a la salida del controlador para eliminar el error y hacer que la velocidad del motor gire a la velocidad deseada.

Compensación: V

o 38. Aumenta la carga del motor de liviana a pesada ajustando la válvula de control de flujo hasta que el manómetro B indique 3700 kPa (540 psi).

o 39. ¿Todavía el voltaje de error en la salida del Detector de error es nulo? ¿Porqué?

o 40. ¿El método de reinicio manual es apropiado para eliminar el error en sistemas donde la carga del motor varía?



CONCLUSiÓN

En este ejercicio, usted estudió el control de lazo cerrado de la velocidad del motor con el tipo de modo más simple de controlador: el modo proporcional. Usted aprendió que en este modo, la salida del controlador es igual al error multiplicado por la ganancia proporcional. La ganancia proporcional varía en proporción inversa a la banda proporcional.

También aprendió que la salida del controlador es proporcional al error siempre y cuando el error se mantenga dentro de la banda proporcional. Sin embargo, si el error excede la banda proporcional, la salida del controlador se saturará en su LIMITE INFERIOR o SUPERIOR, dependiendo de la polaridad del error.

Usted vio que la principal desventaja del modo de control proporcional es que el error residual permanece entre el punto de referencia y la velocidad medida en equilibrio. Al aumentar la ganancia del controlador se reduce el error residual, pero también aumenta la tendencia del sistema hacia la inestabilidad. Un método


llamado reinicio manual permite eliminar el error residual al adicionar un voltaje de compensación a la salida del controlador. Sin embargo, este método funciona para únicamente una condición de carga dada.


1. ¿Cuál es la diferencia entre un sistema de control de velocidad en lazo abierto y en lazo cerrado?

2. ¿Cuál es la diferencia entre la realimentación positiva ym la negativa?

3. ¿Qué función tiene el detector de error en un controlador?

4. Explique brevemente la operación de un controlador en el modo proporcional (P) .

5. ¿Cuál es la principal desventaja del modo de control proporcional?

6. ¿Qué significa "reinicio manual"?

7. ¿Cuál es la desventaja del reinicio manual?

4-17


4-18

8. ¿Para aumentar la estabilidad de la respuesta del sistema a un cambio en la señal de error, usted aumentaría o disminuiría la ganancia proporcional?

Control proporcional más integral (PI) de la velocidad del motor


• Describir el modo de control integral. • Definir los términos ganancia integral y sobreelongación. • Describir la ventaja y desventaja del control integral. • Describir el modo de control proporcional más integral.

Ejercicio 5

• Describir como un cambio en la ganancia proporcional y la ganancia integral afecta la velocidad controlada cuando se utiliza un control proporcional más integral.

DISCUSiÓN

El modo integral (1) del controlador

Mientras que el modo de control proporcional considera el valor presente del error del proceso, el modo integral (1) del controlador considera la historia pasada del error integrándolo continuamente hasta que se elimina. Así, el modo de control integral reduce automáticamente el error residual a cero para cualquier cambio de carga dentro de las limitaciones del diseño del sistema, y por tanto elimina la necesidad del reinicio manual asociado con el modo de control proporcional.

La figura 5-1 muestra un diagrama simplificado de un controlador operando en el modo integral:

• El detector de error compara la velocidad medida en el punto de referencia y produces una señal de error, Ep , igual a la diferencia entre las dos;

• La sección de modo integra consiste de un amplificador integral, que integra el error para generar la señal de salida del controlador.

5-1


5-2

CONTROLADOR INTEGRAL (1)

r------------------------------------------------, I I I I I I I

DETECTOR DE ERROR +

AMPLIFICADOR INTEGRAL

PUNTO DE REFERENCIA o-----¡.I-----II~ ERROR (Ep) J' r-----------~K

I 'o I I I I I L ______________________________________________ _

VELOCIDAD MEDIDA

SALIDA DEL CONTROLADOR (CD)

Figura 5-1. Diagrama simplificado de un controlador operando en el modo integral (1).

La salida del controlador en cualquier punto específico en el tiempo, está dada por:

Ca (t) = KI f Ep dt + Ca (to)

lo

donde Ca (t) K, Ep

Ca (lo)

= salida del controlador en un tiempo específico; = ganancia integral; = error en un tiempo específico; = salida del controlador al inicio del tiempo de observación (t = O).

De este modo la señal de salida del controlador es proporcional a la integral en el tiempo del error en todo momento, de ahí el nombre de modo integral.

La figura 5-2 muestra un ejemplo de lo que le ocurre a la señal a la salida de un controlador integral cuando el error es positivo, negativo y nulo. El controlador está en modo de lazo abierto. Como puede ver, cuando el error es positivo, la salida del controlador aumenta. Cuando el error es negativo, la salida del controlador disminuye. Cuando el error es nulo, la salida del controlador se mantiene constante en algún valor intermedio.


VOLTAJE

(+)

ERROR o

(-)

(+)

SALIDA DEL CONTROLADOR o

(-)

POSITIVO

NULO

I-----t-----I ..... ----------- TIEMPO

NEGATIVO

~----------------------------------------~~ TIEMPO

Figura 5-2. Ejemplo de lo que le ocurre a la señal a la salida de un controlador integral cuando el error es positivo, negativo y nulo.

Ganancia integral

La figura 5-3 muestra la señal de salida de un controlador integral para diferentes ajustes de ganancia integral cuando el error cambia repentinamente. El controlador está en modo de lazo abierto. La acción integral causa que la señal de error se transforme en una señal que cambia gradualmente a la salida del controlador. Entre mayor es la ganancia integral K

" mayor es la velocidad con que cambia a la salida

del controlador. Como muestra la figura 5-3, la ganancia integral se expresa en número de repeticiones por minuto (rpt/min); esto corresponde al número de veces que la magnitud del error se duplica a la salida del controlador en un período de 1 minuto:

• Con una ganancia de 5 rpt/min, la magnitud del error 1-V se duplica 5 veces en 1 minuto;

• Con una ganancia de 10 rpt/min, la magnitud del error 1-V se duplica 10 veces en 1 minuto;

• Con una ganancia de of 50 rpt/min, la magnitud del error 1-V se duplica 50 veces en 1 minuto.

5-3


SALIDA DEL CONTROLADOR

Y EL ERROR

5-4

VOLTAJE (V)

10

9

8

7

6

5

4

3

2

SALIDA DEL CONTROLADOR SALIDA DEL CONTROLADOR @ K I = 50 rpVmin @ K I = 10 rpVmin

SALIDA DEL CONTROLADOR @ K I = 5 rpVmin

~~~-------------------r----------------------~ ERROR

O~~~--~------------------r-----------------------~----~ TIEMPO (min)

2

Figura 5-3. Señal de salida de un controlador integral e modo de lazo abierto cuando el error cambia repentinamente.

Suponga ahora que el controlador integral se coloca en el modo de lazo cerrado con el fin de controlar la velocidad de un actuador. La figura 5-4 muestra el efecto que tiene aumentar la ganancia integral sobre la respuesta de la velocidad del actuador a un cambio repentino en el punto de referencia. Entre mayor sea la ganancia integral, más corto es el tiempo que se necesita para eliminar el error, pero mayor es el riesgo de la inestabil idad:

• Con una ganancia integral baja con en la forma de onda (a), la velocidad del actuador se devuelve al nuevo punto de referencia relativamente de manera lenta pero sin sobreelongación. La respuesta del sistema se dise que es "amortiguada". Una respuesta amortiguada puede ser deseable en algunas aplicaciones.

• Aumentar la ganancia integral como en la forma de onda (b) reduce el tiempo necesario para eliminar el error, pero también podía causar sobreelongación de la velocidad del actuador al nuevo punto de referencia antes que se estabilice. Sin embargo, pequeñas sobreelongaciones por lo general son toleradas en la mayoría de las aplicaciones.

• Un aumento mayor de la ganancia integral resulta en mayores sobreelongaciones, como en la forma de onda (c). Peor aún, el tiempo necesario para eliminar el error, en lugar de disminuir en realidad aumenta debido a que la velocidad del actuador realiza un número de oscilaciones alrededor del punto de referencia antes que se estabilice. Con ganancias integrales muy altas, el sistema podría oscilar continuamente sin ser capaz de volver al equilibrio, como la forma de onda (d).



VELOCIDAD MEDIDA

(a) AMORTIGUADO (b) CORRECTO (e) SUB AMORTIGUADO (d) OSCILATORIO

PUNTO DE

REFERENCIA

~--------~~~----------~ I SOBREELONGACIÓN \

VELOCIDAD MEDIDA I \

K¡ = 30 rptlmin K ¡ = 45 rptlmin K ¡ = 60 rptlmin K ¡ = 75 rptlmin K¡= 150 rptlmin K ¡ = 300 rptlmin

Figura 5-4. Efecto que tiene aumentar la ganancia integral sobre la respuesta escalón de la velocidad del actuador.

La habilidad para restablecer un error cero es una característica única del modo de control integral y no se encuentra en ningún otro modo. Sin embargo. el modo integral normalmente no se utiliza solo debido a que su respuesta es relativamente lenta con ganancias integrales bajas y debido a las sobreelongaciones y el aumento del riesgo de una inestabilidad con ganancias integrales altas. En cambio. el modo integral se combina con el modo proporcional para formar el modo "proporcional más integral" del controlador.

El modo de control proporcional más integral (PI)

El modo de control proporcional más integral combina la respuesta momentánea del control proporcional con un error residual cero característico del control integral. Este considera los valores del error presente y pasado para determinar qué tanta corrección aplicar y por cuanto tiempo.

La figura 5-5 muestra un diagrama de un controlador operando en el modo proporcional más integral. El error producido por el detector de error primero se amplifica por un factor Kp mediante el amplificador proporcional . El error amplificado proporcionalmente (Ep·Kp) luego se integra en el tiempo mediante el amplificador integral. Finalmente las señales de salid de los amplificadores proporcional e integral se suman entre sí en el PUNTO DE ADICiÓN para producir la señal de salida del controlador.

5-5


5-6

CONTROLADOR PROPORCIONAL MÁS INTEGRAL (PI)

r------------------------------------------- ------------ -------- -- ----, DETECTOR DE ERROR

AMPLIFICADOR PROPORCIONAL

PUNTO DE ADICiÓN

ERROR (E~ E p.K p +Kp.KIf.: Epdt+Co (to)

L ____ _

VELOCIDAD MEDIDA


Figura 5-5. Diagrama de un controlador operando en el modo proporcional más integral (PI).

La salida del controlador en cualquier tiempo específico está dada por: t

Co (t) = Ep . Kp + Kp . KI f Ep dt + Co (to)

lo donde Co (t) = salida del controlador en un tiempo específico;

Ep = error en un tiempo específico; Kp = ganancia proporcional; K, = ganancia integral;

SALIDA DEL CONTROLADOR (Co )

Co (to) = salida del controlador al comienzo del tiempo de observación (t = O).

En esta ecuación, el término Ep'Kp describe la acción proporcional del controlador mientras que el resto de la ecuación describe la acción integral del controlador, comenzando en el tiempo t = O. Así, la salida del controlador no solamente es proporcional al error sino que también lo es a la integral en del tiempo del error.

La figura 5-6 muestra que ocurre en un sistema de control proporcional más integral de velocidad cuando el error cambia repentinamente debido al aumento súbito del punto de referencia o de la carga del actuador. La acción proporcional responde rápidamente al cambio en el error mientras que la acción integral integra lentamente el error hasta que se vuelve nulo. Entre mayores son las ganancias integral y proporcionales, más rápido se eliminará el error. Sin embargo, estas ganancias deben mantenerse lo suficientemente bajas para evitar sobreelongaciones excesivas y asegurar la estabilidad del sistema.


+

ERROR o f--'-------'\.---+--~._____;¡,.,.c:.:......:::::""-"""'-----il~ TIEMPO

+

SALIDA DEL

SALIDA DEL

CONTROLADOR (Co)

ACCiÓN INTEGRAL

VALOR FINAL DE e o ]

ACCiÓN PROPORCIONAL

/' CONTROLADOR o 1--+-~'-------".r---+-----A".------:;;~~"'-"'i='O_-~o--iI~ TIEMPO

y ACCIONES PI!

Figura 5-6. Ejemplo de lo que ocurre en un sistema de control proporcional más integral de la velocidad cuando el error cambia repentinamente.

Un problema relacionado con la utilización del control integral es el reinicio a cuerda. El reinicio a cuerda ocurre cuando el error permanece grande durante un intervalo largo de tiempo, causando que la salida del controlador aumente a su límite superior de saturación (error positivo) o disminuya a su límite inferior de saturación (error negativo). Mucho después, el controlador no puede volver a la operación normal hasta que el error invierta la polaridad, resultando en sobreelongaciones grandes de la velocidad del actuador. Para minimizar estas sobreelongaciones, los controladores normalmente tienen una función anti reinicio que apaga la acción integral tan pronto como la salida del controlador alcanza el límite de saturación inferior o superior. La señal de salida del amplificador integral luego permanece constante en algún valor intermedio hasta que la salida del controlador haya diminuido por debajo del límite de saturación.

5-7


5-8

Comparación de los modos proporcional, integra, y proporcional más integral del controlador

La figura 5-7 muestra un ejemplo de la respuesta de la velocidad del actuador a un cambio repentino en el punto de referencia con los modos proporcional (P), integral (1) y proporcional más integral (PI) del controlador:

• El modo P reacciona más rápidamente que el modo I al cambio del punto de referencia; Sin embargo, el modo P resulta en un error residual entre el valor final de la velocidad del actuador y el punto de referencia;

• El modo I elimina el error residual pero este reacciona más lento que el modo P, y necesite mayor tiempo para alcanzar el valor final;

• El modo PI reacciona más raído que el modo 1, Y elimina el error residual del modo P. Sin embargo, la combinación de las acciones proporcional e integral puede aumentar las sobreelongaciones y el riesgo de la inestabilidad si la ganancia proporcional o integral es muy alta.


VELOCIDAD MEDIDA

PUNTO DE REFERENCIA

r MODO PI

L-_____________________ TIEMPO

Figura 5-7. Comparación de los modos proporcional, integral y proporcional más integral.


En la primera parte de este ejercicio, usted se familiarizará con los componentes y la operación del controlador de control proporcional más integral.

En la segunda parte del ejercicio, usted estudiará el control proporcional más integral de la velocidad del motor. Usted observará el efecto que tiene aumentar la ganancia integral y la ganancia proporcional sobre la respuesta de la velocidad del motor (voltaje de realimentación) a un cambio repentino en el punto de referencia.

EQUIPO REQUERIDO



PROCEDIMIENTO

Familiarización con el control proporcional más integral (PI)

o 1. Obtenga el Motor hidráulico de su lugar de almacenaje. Asegúrese que el volante pesado está instalado en el eje del motor.

o 2. Conecte el sistema mostrado en la figura 5-8. En este sistema, el controlador PI está constituido por el Detector de error, los amplificadores proporcional [P] e integral [1] , el PUNTO DE ADICiÓN Y la sección L1MITADOR del controlador PID.

Nota: No conecte todavía la salida 0-10 V del conversor flE a la entrada de realimentación (-) del Detector de error. Esto se hará después en el ejercicio.

o 3. Realice los siguientes ajustes en el Controlador PID:

PUNTO DE REFERENCIA 1 ... .. .. . ... .. . .. .. completamente en sentido antihorario

PUNTO DE REFERENCIA 2 ... .. .. . . .. . ...... completamente en sentido antihorario

Intervalo GANANCIA PROPORCIONAL [P] ........... . . BAJA GANANCIA PROPORCIONAL [P] ........... ... . ...... MíN. GANANCIA INTEGRAL [1] .................. . ......... MíN. INTEGRADOR ANTI INICIO ............................ O LIMITE INFERIOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. % del MÁX. LIMITE SUPERIOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. % del MÁX.


o 5. En el Controlador PID, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 a 0,25 y -0,25 V, respectivamente a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. Luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1.

o 6. En el Controlador PID, ajuste la ganancia proporcional para obtener 0,25 V en el voltaje de salida del amplificador proporcional. Esto colocará la ganancia del amplificador proporcional en acerca de 1 y aplicará un voltaje positivo de 0,25 V a la entrada del amplificador integral.

5-9



~ S1

~~~: _ i

1(0 ~J ~i o

2(o~ r I FILTRO PASABAJA$

AlIMENT A.clON

~:

5-10

ALIMENTACiÓN

4800 kPa (700 psi)

RETORNO

CONTROLADOR P.i.D.

MANÓMETRO A

--, I I

-' VPRl

T

A MANÓMETROB

B

VCDP1

VFCl

/ /

INTERRUPTOR FOTOELÉCTRICO PEl

/

=y /

/ /

(a) Sección hidráulica /

M:/I*'

/ MÓDULO ACONDICIONADORES DE SEÑAL /

/ ••••• /.-;f: ••••.•••••.•...•• ··············i~ó···¡ór············ ...

/ ~ , / . ~ : @ ............ .., ®-1XI @ :::, \ , . . '

GENERADOR DE RAMPA DETECTOR DE ERROR

~

••••• ~ ~@lM" • ~;·y(~e l ~ •

Itm:GR~ ANTI REINICIO

,

~ KIIFERIOfl SUPERIOR

,,~. ,. ;:=::;'-,

UU .... w.x.._ IM.IC.

¡¿_~J... ----f~ ... , I

.."""..

.."""..


Figura 5-8. Control proporcional más integral (PI) de la velocidad del motor.


D 7. En el Controlador PID, vigile el voltaje ce a la salida del amplificador integral. usted debe observar que el voltaje aumenta lentamente porque el voltaje a la entrada del amplificador integral es positivo.

Usted debe observar también que voltaje para de aumentar cuando este alcanza el nivel de saturación positivo del amplificador integral (alrededor de 14 V). ¿Es esta su observación?

D Sí D No

D 8. Coloque el interruptor INTEGRADOR ANTI REINICIO en 1. ¿El voltaje de salida del amplificador integral es todavía 14 V o ahora está limitado al ajuste del potenciómetro LIMITE SUPERIOR de aproximadamente 7 V?

D 9. Ajuste el potenciómetro LI MITE SUPERIOR para obtener un voltaje estable de 10,0 V a la salida del amplificador integral. Esto coloca el LIMITE SUPERIOR en 10,0 V.

D 10. Coloque el interruptor INTEGRADOR ANTI REINICIO en O.

D 11 . Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2, el cual aplicará un voltaje negativo de -0,25 V a la entrada del amplificador integral.

D 12. Vigile el voltaje a la salida del amplificador integral. Usted debe observar que el voltaje disminuye lentamente porque el voltaje a la entrada del amplificador integral es negativo.

Usted debe observar también que el voltaje para de disminuir cuando este alcanza el nivel de saturación negativo del amplificador integral (acerca de -14 V). ¿Es esta su observación?

D Sí D No

D 13. Coloque el interruptor INTEGRADOR ANTI REINICIO en 1. ¿El voltaje de salida del amplificador integral es todavía -14 V ahora está limitado al ajuste del potenciómetro LIMITE INFERIOR de aproximadamente 7 V?

D 14. Coloque el potenciómetro LIMITE INFERIOR en MíN. Esto coloca el LIMITE INFERIOR en 0,0 V.

5-11


5-12

o 15. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 Y vuelva a ajustar el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 para obtener un voltaje nulo (0,00 V) a la entrada del amplificador integral.

Ahora vigile el voltaje a la salida del amplificador integral. Usted debe observar que el voltaje es constante en algún valor intermedio. Esto muestra que el voltaje de salida de un amplificador integral es constante cuando el voltaje de entrada es nulo. ¿Es esta su observación?

o Sí O No

o 16. Vuelva a ajustar el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 para obtener 1,0 V a la entrada del amplificador integral.

o 17. Ahora pruebe el efecto que tiene incrementar la ganancia integral sobre la velocidad de cambio del voltaje de salida del amplificador integral:

- Coloque la ganancia integral a % del MÁX., luego a % del MÁX. y luego al MÁX.

- Alternadamente seleccione PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 después de cada nuevo ajuste y vigile el voltaje de salida del amplificador integral.

Usted debe observar que la velocidad da cambio del voltaje de salida del amplificador integral aumenta cuando aumenta la ganancia integral. ¿Es esta su observación?

o Sí O No

o 18. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 Y coloque la ganancia integral al MÁX.

o 19. Mida los voltajes de salida de los amplificadores proporcional e integral. Estos voltajes deben estar alrededor de 1 V, Y 10 V, respectivamente.

Ahora mida el voltaje a la salida del PUNTO DE ADICiÓN. ¿Este voltaje es alrededor de 11 V? Explique.

o 20. Mida el voltaje a la salida del LlMIT ADOA. Este voltaje debe estar limitado por el ajuste actual de 10 V del potenciómetro LIMITE SUPERIOR. ¿Es esta su observación?

o Sí O No


o 21. Coloque la ganancia integral a Y2 del MÁX. Deje el montaje del sistema como está y continúe con la siguiente parte del ejercicio.


Ajustes preliminares (en modo de lazo abierto)

o 22. En el Controlador PID, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 en -0.10 Y 10,0 V, respectivamente en la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. Luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2, el cual colocará la salida del controlador en 10 V.

o 23. En la válvula direccional con control proporcional, coloque el interruptor de la gama de entrada de control en la posición -10 V - + 10 V.

o 24. Cierre completamente la válvula de control de flujo.


o 26. Abra completamente la válvula de control de flujo para hacer que el motor gire al MÁXimo, velocidad sin carga.



o 28. Coloque el sistema en modo de lazo cerrado conectando la salida 0-10 V del conversor f/E a la entrada de realimentación (-) del Detector de error, como indica la linea punteada en la figura 5-8 (b).

o 29. En el Controlador PID, vuelva a ajustar el punto de referencia en 5,0 V a la entrada (+) del Detector de error (utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 2).

o 30. Mida el voltaje a la salida del Detector de error. ¿El voltaje es nulo, indicando que el motor gira a la velocidad deseada? Explique.

5-13


5-14

o 31. Coloque una carga liviana en el motor ajustando la válvula de control de flujo hasta que el manómetro B indique 2900 kPa (420 psi). ¿El error se elimina automáticamente en la salida del Detector de error?

o Sí O No

O 32. Repita el paso 31 para una carga mediana de 3300 kPa (480 psi) y una carga pesada de 3600 kPa (520 psi). Determine cuando se elimina automáticamente el error en la salida del Detector de error y cuando no, para cada condición de carga del motor.

Efecto que tiene aumentar la ganancia integral sobre la respuesta escalón de la velocidad del motor

O 33. Abra completamente la válvula de control de flujo.

O 34. Conecte el voltímetro cc a la entrada realimentación (-) del Detector de error.

O 35. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 para detener el motor.

O 36. Coloque la ganancia integral en MíN.

Con un cronómetro en la mano, seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 Y mida el tiempo que toma el voltaje de realimentación para estabilizarse en el punto de referencia 5-V. Registre sus mediciones en la tabla 5-1 contiguo a "MíN."

También registre cuando y cuando no el voltaje de realimentación presenta sobreelongaciones (se excede), en el punto de referencia antes de que este se estabilice.


¿El voltaje de realimentación Tiempo de estabilización

Ajuste del potenciómetro del voltaje de

presenta sobreelongación en el GANANCIA INTEGRAL

realimentación punto de referencia 5-V antes que

este se estabilice?

MíN.

~ del MÁX.

Y2 del MÁX.

% del MÁX.

% del MÁX.

MÁX.

Tabla 5-1. Respuesta del voltaje de realimentación (la velocidad del motor) para diferentes ajustes de la ganancia integral (con una ganancia proporcional colocada en 1).

o 37. Repita los pasos 35 y 36 para otros ajustes de la ganancia integral listados en la tabla 5-1 y registre sus mediciones.

o 38. ¿Teniendo como base la información registrada en la tabla 5-1 , qué efecto tiene aumentar la ganancia integral sobre el tiempo de estabilización y la sobreelongación del voltaje de realimentación? Explique.

Efecto que tiene aumentar la ganancia proporcional sobre la respuesta escalón de la velocidad del motor

o 39. Coloque la ganancia integral a Y2 del MÁX.

o 40. Detenga el motor seleccionando PUNTO DE REFERENCIA 1.

o 41. Coloque la ganancia proporcional a 14 del MÁX.

Con un cronómetro en la mano, seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 Y mida el tiempo que toma el voltaje de realimentación para estabilizarse en el punto de referencia 5-V. Registre sus mediciones en la tabla 5-2 contiguo a "MíN."

También registre cuando y cuando no el voltaje de realimentación presenta sobreelongaciones, en el punto de referencia antes de que este se estabilice.

5-15


5-16

Ajuste del potenciómetro Tiempo de estabilización ¿El voltaje de realimentación

GANANCIA del voltaje presenta sobreelongación en el

PROPORCIONAL de realimentación punto de referencia S-V antes que

este se estabilice?

14 del MÁX.

%del MÁX.

% del MÁX.

3,4 del MÁX.

MÁX.

Table 5-2. Respuesta del voltaje de realimentación (la velocidad del motor) para diferentes ajustes de la ganancia proporcional (con la ganancia integral colocada e 1f.z del MÁX.)

o 42. Repita los pasos 40 y 41 par otros ajustes de la ganancia proporcional listados en la tabla 5-2 y registre sus mediciones.

o 43. ¿Teniendo como base la información registrada en la tabla 5-2, qué efecto tiene aumentar la ganancia proporcional sobre el tiempo de estabilización y la sobreelongación del voltaje de realimentación? Explique.

o 44. Ahora continúe experimentando con el control proporcional más integral haciendo una sintonización fina de las ganancias proporcional e integral de tal modo que se reduzca el tiempo de estabilización y la sobreelongación del voltaje de realimentación a un mínimo siguiendo un cambio de escalón de 5-V en el punto de referencia.


o 46. Desconecte todas las mangueras y los cables eléctricos. COloque todas las mangueras, los cables y los componentes en su lugar de almacenaje.

CONCLUSiÓN

En este ejercicio, usted estudió el control proporcional más integral de la velocidad del motor. Usted vio que a diferencia del control proporcional , el control proporcional más integral elimina automáticamente el error entre el punto de referencia y voltaje de realimentación (velocidad medida) debido a la acción integral del controlador.


Usted observó el efecto que tiene aumentar las ganancias integral y proporcional sobre la respuesta de la velocidad del motor (voltaje de realimentación) a un cambio repentino en el punto de referencia. Usted vio que cuando se aumenta la ganancia integral o la proporcional, el tiempo de estabilización disminuye, pero la magnitud de las sobreelongaciones aumenta. Con ganancias integral o proporcional excesivas, el sistema puede eventualmente comenzar a oscilar siendo incapaz de volver al equilibro.


1. ¿Qué significa "ganancia integral"?

2. ¿Cuál es la ventaja y la desventaja del modo de control integral?

3. Describa brevemente la operación del controlador en el modo proporcional más integral.

4. ¿En un sistema de control proporcional más integral , qué efecto tiene aumentar la ganancia integral sobre la respuesta de la velocidad del actuador a un cambio repentino en el error?

5. ¿Cuál es el propósito de la función anti reinicio?

5-17

Ejercicio 6

Control proporcional más integral más derivativo (PID) de la velocidad del motor


• Describir el modo de control derivativo. • Describir el ventaja y desventaja del control derivativo. • Describir el modo de control proporcional más integral más derivativo. • Definir los términos tiempo derivativo, configuración ideal y configuración

paralela. • Describir como un cambio en el tiempo derivativo afecta la velocidad controlada

cuando se utiliza el control proporcional más integral.

DISCUSiÓN

El modo derivativo (O) del controlador

A diferencia del modo de control proporcional que considera el valor presente del error, o el modo de control integral que considera el valor pasado del error, el modo de control derivativo anticipa el valor futuro del error basado en la velocidad a la cual este cambia. El modo de control derivativo se opone a los cambios en la velocidad del actuador produciendo inmediatamente una corrección significativa del error, y así reduciendo las sobreelongaciones de la velocidad del actuador.

La acción derivativa se alcanza utilizando un amplificador derivativo. Este tipo de amplificador produce una señal proporcional a la velocidad de cambio (pendiente o derivada) de su señal de entrada. La figura 6-1, por ejemplo, muestra la señal producida a la salida de un amplificador derivativo cuando la señal en su entrada cambia gradualmente. Cuando la señal de entrada aumenta, la señal de salida es positiva y proporcional a la velocidad de cambio de la señal de entrada. Cuando la señal de entrada disminuye, la señal de salida es negativa y proporcional a la velocidad de cambio de la señal de entrada. Cuando la señal de entrada es constante, la señal de salida es cero.

6-1


I ' 6-2

+

SEÑAL DE o ENTRADA

+

SEÑAL DE SALIDA

o

AMPLIFICADOR DERIVATIVO

ENTRADA (}-----j Ko %

I I I I I I I I I I I

I

SALIDA

TIEMPO

TIEMPO

Figura 6-1. Señal de salida de un amplificador derivativo cuando la señal de entrada cambia gradualmente.

La ecuación que describe la acción de un amplificador derivativo es

D (t) = K . ~ o D dt

donde Do (t) = señal de salida en un tiempo específico; Ko = ganancia derivativa;

di/dt = velocidad de cambio (pendiente o derivada) de la señal de entrada.

La ecuación muestra que la acción derivativa no es únicamente proporcional a la velocidad de cambio de la señal de entrada, sino que también lo es a la ganancia derivativa, Ko. La ganancia derivativa, en segundos, es la longitud de tiempo durante el cual el modo derivativo anticipa el valor futuro de la señal de entrada. Entre mayor sea la ganancia derivativa, mayor es la acción derivativa y por lo tanto menor es la velocidad de cambio de la entrada que se requiere para generar cualquier salida dada.

La figura 6-2, por ejemplo, muestra la señal de salida de un amplificador derivativo para dos diferentes ganancias derivativas. Durante el primer segmento de la señal de entrada, el cual dura 5 segundos, la señal aumenta por 1,5 V, lo cual corresponde a una velocidad de cambio de 0,3 Vis. Por lo tanto, la señal de salida durante


este intervalo es 0,6 V con una ganancia derivativa de 2 segundos, mientras esta es 1 ,2 V con una ganancia derivativa de 4 segundos.

SEÑAL DE ENTRADA

SEÑAL DE SALIDA

CON TD = 2 5

SEÑAL DE SALIDA

CON TD=4 5

VOLTAJE (V)

2.0

1.0

o ~----------.-----------"-----r--~.-------"

·1 .0

-2.0

2.0

I I I I I I I I I

1 ~ J 0.6 +--------1,

5

I lO

-1 .0 -1,4 - - - -- -f- - - -1------1

-2.0

2.0

1.2 1.0

-1.0

-2.0

-2.8

I I I I I I I

5

- - - -- -- -- -

I I I

I I I I

I I

I I I I

10

15 TIEMPO (5)

15 TIEMPO (5)

15 TIE MPO (5)

Figura 6-2. Señal de salida de un amplificador derivativo para dos diferentes ganancias derivativas

Ko'

Una característica importante del modo de control derivativo es que este no se puede utilizar solo en un sistema de control. Esto se debe a que un error cero o constante produciría una señal cero a la salida del controlador, lo cual podría correr la válvula proporcional a la condición central de bloqueo y detendría el actuador. En lugar de esto el modo derivativo se combina con los modos proporcional e integral para reducir la sobreelongación de la velocidad del actuador y amortiguar la tendencia hacia la inestabilidad.

6-3


El modo de control proporcional más integral más derivativo (PID)

El modo de control proporcional más integral más derivativo combina las ventajas de cada modo individual:

• La acción proporcional es para la velocidad de la respuesta;

• La acción integral proporciona un error residual cero;

• La acción derivativa proporciona estabilidad y amortiguamiento.

La figura 6-3 muestra un diagrama de un controlador que opera en el modo PID. El error producido por el detector de error primero se amplifica por un factor Kp por medio del amplificador proporcional. La señal resultante luego se pasa a través de los amplificadores integral y derivativo. Finalmente las señales de salida de los tres amplificadores se suman en el PUNTO DE ADICiÓN para generar la señal de salida del controlador.

CONTROLADOR PROPORCIONAL MÁS INTEGRAL MÁS DERIVATIVO (PID)

r-----------------------------------------------------------------------------, I AMPLIFICADOR : DERIVATIVO I I I I I I I I

DETECTOR DE ERROR

+ ERROR (EP)


+ +

O----+---t~ PUNTO DE

REFERENCIA

6-4

I I I I I I I I I I I I I L ___ _

VELOCIDAD MEDIDA


K J.' Kp' K,f.: Ep dI + Ca (lo) , 'o

+

SALIDA DEL CONTROLADOR (Ca) ,

I

Figura 6-3. Diagrama simplificado de un controlador operando en el modo de control proporcional más integral más derivativo (PI O).


La salida del controlador en cualquier tiempo específico, t , está dado por:

donde Co (t) Ep

Kp

K, KD

Co (to)

= = = = = =

salida del controlador en un tiempo específico; error en un tiempo específico; ganancia proporcional; ganancia integral; ganancia derivativa; salida del controlador al comienzo del tiempo de observación (t = O).

En esta ecuación, el primer término corresponde a la acción proporcional , el segundo término corresponde a la acción integral y el tercer término corresponde a la acción derivativa. Así, el controlador mira el valor actual del error, la integral del error sobre un tiempo reciente y la derivada actual del error para determinar no solamente que tanta corrección aplicar sino que por cuánto tiempo.

La figura 6-4, por ejemplo, muestra que ocurre en un sistema de control PI D cuando el error cambia repentinamente. Ambas acciones proporcional y derivativa reaccionan inmediatamente cuando el error cambia alcanzando un pico en un valor positivo alto. Sin embargo, después del pico inicial la acción derivativa, la cual se relaciona directamente a la velocidad de cambio de la acción proporcional, se vuelve negativa debido a la disminución de la acción proporcional. Debido a esto la acción derivativa actúa de forma que se opone a la acción proporcional, la cual a su vez reduce la sobreelongación de la velocidad del actuador y causa que esta se estabilice rápidamente.

Es importante tener en cuenta que el modo PID se debe utilizar con cuidado en sistemas donde está presente ruido excesivo. Esto se debe a que la acción derivativa tiende a amplificar el ruido el cual puede causar que la señal de salida del controlador se vuelva ruidosa y pueda resultar en la inestabilidad del sistema. La acción derivativa puede también reaccionar de forma exagerada a un cambio repentino en el error dando como resultado un aumento en la sobreelongación de la velocidad del actuador. Tales problemas se pueden vencer adicionando un filtro pasabajas a la entrada de la sección del modo derivativo del controlador. El propósito del filtro es restaurar la estabilidad del sistema eliminando cualquier cambio en la señal de error que es más rápida que la respuesta del sistema.

6-5


6-6

+

ERROR o r---JI---""""';;:::::;::;;;;;=_-----------_~ TIEMPO

+ ~ Co (lo) SALIDA DEL

/' CONTROLADOR . VALOR FINAL DE C o J / /' ACCION INTEGRAL

~~--~:::;:;

SALIDA DEL CONTROLADOR o r---I~---=~;;;::;;:::!;::I:o ..... ------------~ TIEMPO

y ACCIONES P,I, D

Figura 6-4. Ejemplo de lo que ocurre en un sistema proporcional más integral más derivativo cuando el error cambia repentinamente.

Comparación de los modos de control proporcional, proporcional más integral y proporcional más integral más derivativo

La figura 6-5 es una comparación de la respuesta de la velocidad del actuador a un cambio repentino en el punto de referencia con los modos proporcional (P) , proporcional más integral (PI) y proporcional más integral más derivativo (PID) del controlador.

• Ambos modos PI y PID eliminan el error residual inherente al modo P;

• Con el modo PID, sin embargo, la acción derivativa reduce la sobreelongación de la velocidad del actuador y ayuda a estabilizar el sistema más pronto que con el modo PI. Entre mayor sea el tiempo derivativo, más pequeña es la sobreelongación y menor es el tiempo de estabilización. Sin embargo, el tiempo derivativo no puede ser muy largo. En realidad existe un punto más allá en el cual se aumenta el tiempo derivativo y resultará en un sistema nervioso y oscilatorio.



VELOCIDAD MEDIDA

L-_______________________ TIEMPO

Figura 6-5. Comparación de los modos proporcional, proporcional más integral y proporcional más integral más derivativo del controlador.

Configuración PIO del controlador

Los controladores PID se pueden configurar de diferentes maneras. Los dos tipos más comunes de configuraciones son la ideal y la paralela:

• Con la configuración ideal , el amplificador proporcional está conectado en serie con los amplificadores integral y derivativo, los cual están conectados en paralelo entre sí, como en la figura 6-3. Con esta configuración , el amplificador proporcional inter actúa con los amplificadores integral y derivativo. Como resultado, aumentar la ganancia proporcional aumentará al mismo tiempo las acciones integral y derivativa.

• Con la configuración paralela, los amplificadores proporcional, integral y derivativo están conectados en paralelo, resultando en una interacción mínima entre estos amplificadores, como muestra la figura 6-6. De ahí, aumentar la ganancia proporcional no afectará las acciones integral y derivativa.

6-7


PUNTO DE REFERENCIA

6-8

CONTROLADOR PROPORCIONAL MÁS INTEGRAL MÁS DERIVATIVO (PID)

¡---------------------------------------------------------------------------, I I I AMPLIFICADOR I : DETECTOR PROPORCIONAL :

: DE ERROR E . K + K J.I I I + ERROR (Ep) • K p P PI ,. Ep dI + Kod Ep/dt +C

o (lo)


K J. ' +----.l 1,.

AMPLIFICADOR DERIVATIVO

---------- ----------------------------------------------------------------~

VELOCIDAD MEDIDA

Figura 6-6. Diagrama simplificado de un controlador PID en paralelo.


En la primera parte de este ejercicio, usted se familiarizará con los componentes y la operación de un controlador de control proporcional más integral más derivativo.

En la segunda parte del ejercicio, usted estudiará el control proporcional más integral más derivativo de la velocidad del motor. Usted observará el efecto que tiene aumentar la ganancia integral y la ganancia derivativa sobre la respuesta de la velocidad del motor (voltaje de realimentación) a un cambio repentino en el punto de referencia.

EQUIPO REQUERIDO



PROCEDIMIENTO

Famlliarización con el control proporcional más integral más derivativo (PID)

o 1. Obtenga el Motor hidráulico de su lugar de almacenaje. Asegúrese que el volante pesado está instalado en el eje del motor.

o 2. Conecte el sistema mostrado en la figura 6-7. En este sistema, un controlador PIO ideal consta de un Detector de error, amplificadores proporcional [P], integral [1], y derivativo [O], el PUNTO DE ADICiÓN Y la sección LlMITAOOR del controlador PIO. El Generador de rampase utiliza para estudiar la operación del amplificador derivativo.

Nota: No conecte todavía la salida 0-10 V del conversor 'lE a la entrada de realimentación (-) del Detector de error. Esto se hará después en el ejercicio.

o 3. Realice los siguientes ajustes en el Controlador PIO:

RAMPA 1 ........ . . . ... ... . . .. . ...... .... . . . .. .. MÁX. Intervalo GANANCIA PROPORCIONAL [P] ... ... ... . . . . BAJA GANANCIA PROPORCIONAL [P] .... . ... . . . . . . ... ... . MíN. GANANCIA INTEGRAL [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Y2 of MÁX. GANANCIA DERIVATIVA [O] ........................ MÁX. INTEGRADOR ANTI REINICIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. O LIMITE INFERIOR . . . ....... .... . ................... MíN. LIMITE SUPERIOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Y2 del MÁX.

o 4. Encienda la 24-V Fuente de alimentación cc y el Controlador PIO. No encienda todavía la Fuente de alimentación hidráulica.

o 5. En el Controlador PIO, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 a 0,0 y 0,25 V, respectivamente a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. Luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2.

6-9


6-10

SUPPLY

4800 kPa (700 psi)

RETORNO

CONTROLADOR P.I.D.

MANÓMETRO A

--, , , -' VPR1

T

GENERADOR DE RAMPA

,,"'''''''''''' AN'TI REINICIO INFEAIOR SUPERIOR

00 ~I,,_ W« . ... I<I w.x

A MANÓMETROB

B

VCDP1

VFC1

/ /


/

=9 /

/ /

(a) Sección hidráulica / /

,/ MÓDULO ACONDICIONADORES DE SEÑAL

/ .. , ............................ . ....... /.............. 1<0 <Or·············

•••• / Go •• ,.' , -tl: ~ '

•••• ~E I @" "" ••••• o-5Y~~E • .::::::/ \

•••• @ (l.10\' •

~ . ~ .

..... ~ ~~"" .; .. , (i E El. _. @1Cl-1CV

,

.IJIt:IM"

FUENTE DE ALIMENTACiÓN 24-V CC


Figura 6-7. Control proporcional más integral más derivativo (PID) de la velocidad del motor.


o 6. En el Controlador PI D, ajuste la ganancia proporcional para obtener 0,25 V a la salida del amplificador proporcional . Esto colocará la ganancia del amplificador proporcional en 1.

o 7. En el Controlador PID, vigile el voltaje a la salida del amplificador integral. una vez este voltaje haya alcanzado el nivel de saturación positivo de acerca de 14 V, coloque el interruptor INTEGRADOR ANTI REINICIO en I y vuelva a ajustarlo en 10,0 V con el potenciómetro LIMITE SUPERIOR.

o 8. En el Controlador PID, Mida el voltaje a la entrada del amplificador derivativo. Este voltaje debe corresponder al voltaje de salida del amplificador proporcional de 0,25 V.

Ahora mida el voltaje a la salida del amplificador derivativo. ¿Este voltaje es nulo (O V)? ¿Porqué?

o 9. Vuelva a ajustar el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 2 para obtener 10,0 V a la entrada del amplificador derivativo.

o 10. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1, lo cual causará que disminuya el voltaje a la entrada del amplificador derivativo de 1 O a O V a una velocidad de 3,33 V/s, como se estableció por medio de la RAMPA del potenciómetro 1 . Mientras hace esto, vigile el voltaje a la salida del amplificador derivativo.

Usted debe observar que el voltaje permanece alrededor de -3 V por 3 segundos antes de volver a O V. Esto muestra que el voltaje a la salida de un amplificador derivativo es negativo cuando el voltaje disminuye en su entrada.

o 11 . Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2, lo cual causará que aumente el voltaje a la entrada del amplificador derivativo de O a 10 V a una velocidad de 3,33 V/s. Mientras hace esto, vigile el voltaje a la salida del amplificador derivativo.

Usted debe observar que el voltaje permanece alrededor de 3 V por 3 segundos antes de volver a O V. Esto muestra que el voltaje a la salida de un amplificador derivativo es positivo cuando el voltaje aumenta en su entrada.

6·11


6-12

o 12. De las observaciones que hizo en los pasos 10 Y 11, determine el . actual de la ganancia del amplificador derivativo en segundos. ajuste

o 13. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 Y vuelva a ajustarlo en 1,0 V a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1.

o 14. Mida los voltajes presentes en las tres entradas del PUNTO DE ADICiÓN. Estos voltajes corresponden a los voltajes de salida de los amplificadores proporcional, integral y derivativo y deben ser acerca de 1 V, 10 V Y O V, respectivamente.

Ahora mida el voltaje a la salida del PUNTO DE ADICiÓN. ¿Este voltaje está alrededor de11 V? Explique.

o 15. En el Controlador PID, mida el voltaje a la salida del LlMITADOR. ¿Este I voltaje es aproximadamente 10 V? Explique. .,

o 16. En el Controlador PID, desconecte el extremo del cable conectado a la salida del Generador de rampa y conectelo directamente a la entrada del Generador de rampa. Esto retirará el Generador de rampa del circuito de entrada del controlador.

o 17. Coloque la ganancia integral en % del MÁX. y la ganancia derivativa en MíN. Deje la ganancia proporcional colocada en 1.

Control proporcional más integral más derivativo (PIO) de la velocidad del motor

Ajustes preliminares

o 18. En el Controlador PID, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y ~~ - 0,10 Y 10,0 V, respectivamente en la salida PUNTO DE REFERENCI ~ . Luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2.

o 19. En la válvula direccional con control proporcional , coloque el interruptor la gama de entrada de control en la posición -10 V - + 10 V.


o 20. Cierre completamente la válvula de control de flujo.

o 21 . Encienda la Fuente de alimentación hidráulica. Ajuste la presión del sistema en el manómetro A en 4800 kPa (700 psi) con la válvula de alivio.

o 22. Abra completamente la válvula de control de flujo para hacer que el motor gire al MÁXimo, velocidad sin carga.



o 24. Coloque el sistema en el modo de lazo cerrado conectando la salida 0-1 O V del conversor f/E a la entrada de realimentación (-) del Detector de error, como lo indica la linea punteada en la figura 6-7 (b).

o 25. En el Controlador PID, vuelva a ajustar el punto de referencia en 5,0 V a la entrada (+) del punto de referencia entrada del Detector de error (utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 2).

o 26. Mida el voltaje a la salida del Detector de error. ¿El error entre el punto de referencia y el voltaje de realimentación es nulo? Explique.

o 27. Conecte el voltímetro cc to a la entrada de realimentación (-) del Detector de error.


o 29. Cree un cambio de escalón en el punto de referencia seleccionando PUNTO DE REFERENCIA 2 Y observe que ocurre con el voltaje de realimentación en términos de tiempo de estabilización y sobreelongación. Registre sus observaciones.

6-13


6-14

Usted deben observar que el voltaje de realimentación se estabiliza bastante lento en punto de referencia 5-V, pero no hay sobreelongación e el punto de referencia antes de que este se estabilice. n


o 31 . Trate de disminuir el tiempo de estabilización del voltaje de realimentación. Pa!a hacer esto, aumente la ganancia proporcional del controlador a % del MAX., luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2. Observe que OCurre con el voltaje de realimentación y registre sus observaciones.

Usted deben observar que el voltaje de realimentación se estabiliza más rápido en el punto de referencia 5-V, pero ahora se presentan sobreelongaciones en el punto de referencia 5-V antes que se estabilice. Aumentar más allá la ganancia proporcional resultaría en mayores sobreelongaciones y peor aún aumentaría los riesgos de la inestabilidad.


o 33. Ahora añada la acción derivativa al controlador ajustando la ganancia derivativa en Va del MÁX.

o 34. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 Y observe que le ocurre al voltaje de realimentación. Escriba a continuación.

Usted debe observar que la adición de la acción derivativa al controlador reduce el tiempo de estabilización y las sobreelongaciones del voltaje de realimentación. Esto muestra que la acción derivativa puede amortiguar la tendencia hacia la inestabilidad.


o 36. Aumente la ganancia derivativa a % del MÁX.


o 37. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 Y observe que ocurre con el voltaje de realimentación. ¿La excesiva acción derivativa tiende a amplificar el ruido del sistema, y por tanto conduce a la inestabilidad del sistema?

o Sí O No

o 38. Coloque la ganancia derivativa en MíN.

o 39. Continúe experimentando con el control proporcional más integral más derivativo haciendo una sintonización fina de las ganancias proporcional, integral y derivativa de tal modo que se reduzca el tiempo de estabilización y la sobreelongación del voltaje de realimentación a un mínimo después de un cambio de escalón de 5-V en el punto de referencia.

o 40. Cuando el sistema esté bien sintonizado, seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 para hacer que gire el motor.

o 41. Mientras vigila el voltaje de la salida del Detector de error, aumente lentamente la carga del motor ajustando la válvula de control de flujo hasta que el manómetro B indique 3600 kPa (520 psi). ¿El error se elimina automáticamente en la salida del Detector de error? Explique.



CONCLUSiÓN

En este ejercicio, usted estudió el control proporcional más integral más derivativo de la velocidad del motor. Con una ganancia derivativa mínima, usted aumentó la ganancia integral con el fin de reducir el tiempo de estabilización. Usted vio que la ganancia integral no pudo aumentar más allá de cierto límite mientras esto aumente la sobreelongación. Luego usted aumentó la ganancia derivativa, lo cual le permitió disminuir aún más el tiempo de estabilización y eliminar la sobreelongación. Sin embargo, usted vio que una excesiva ganancia derivativa puede en realidad aumentar en lugar de reducir las sobreelongaciones y el tiempo de estabilización y puede aún causar que el sistema oscile continuamente.

6-15


6-16


1. ¿Qué significa "ganancia derivativa"?

2. ¿ Qué le ocurre a la señal de salida del amplificador derivativo cuando aumenta gradualmente la señal a su entrada?

3. ¿Cuándo la señal de salida del amplificador derivativo es igual a cero?

4. Verdadero o falso: entre mayor es la ganancia derivativa, menor es la velocidad de cambio de la entrada que se requiere para genera una salida dada.

5. ¿Cuál es la ventaja y la desventaja del control derivativo?

6. ¿Cuál es la diferencia entre los controladores PID ideal y paralelo?

Control de lazo abierto de la posición de la barra del cilindro


• Entender qué es el control de la posición en lazo abierto.

Ejercicio 7

• Aprender como medir la posición de la barra del cilindro. del equipo didáctico. • Controlar la posición de la barra del cilindro en el modo de lazo abierto. • Describir el efecto que tiene la fuga de la válvula proporcional en sobre la

posición de la barra manteniendose en modo de lazo abierto.

DISCUSiÓN

Control de la posición de la barra del cilindro

El control de la posición de la barra del cilindro consiste en mover y detener una barra en una posición designada. El control de la posición de la barra del cilindro se puede lograr utilizando una válvula de control direccional proporcional. Para hacer esto, primero de abre la válvula para mover la barra hasta que se alcance la posición deseada y luego se cierra la válvula para detener la barra.

Como con el control de la velocidad, los sistemas para controlar la posición de la barra del cilindro con una válvula proporcional se clasifican en dos grupos: sistemas de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. Con los sistemas de lazo abierto la posición de la barra la controla un operario humano. Con los sistemas de lazo cerrado la posición de la barra se controla utilizando un controlador y un lazo de realimentación. Este ejercicio se centrará en los sistemas de c control de la posición en lazo abierto.

Sistemas de control de la posición de lazo abierto

Con este tipo de sistema, un operario controla la posición de la barra del cilindro midiendo visualmente la velocidad y la distancia al punto deseado y luego disminuyendo su velocidad y deteniendo la barra en el instante correcto.

Un buen ejemplo de este sistema de control sistema es una excavadora hidráulica. La posición balde se mide con el ojo humano. El cerebro procesa y ajusta el punto de referencia para la mano para controlar la abertura de la válvula proporcional. Los factores limitadores son lo que puede ver el ojo, que tan pequeño es el movimiento que puede hacer la mano y que tan rápido el ojo y la mano pueden responder a un cambio en la posición de la barra.

Una desventaja del sistema de control de la posición en lazo abierto es que este tiene una resolución grande debido a las limitaciones del operador. La exactitud de este sistema de control mejorará con la habilidad del operador.

7-1


7-2

Otra desventaja del sistema de control de la posición en lazo abierto es que la ba tiende a moverse después que se ha detenido en una posición específica debi~a a la fuga interna a través de la válvula proporcional en la condición de bloqu o central. El líquido se fuga desde el puerto P de la válvula proporcional a lo largo ~~ los extremos del carrete en los puertos A y B Y en el puerto T. Después de unos pocos minutos, este crea una fuerza desbalanceada en ambos extremos del cilindro el cual tiende a mover la barra, particularmente si una carga liviana está sujeta a éste.

Midiendo la posición de la barra del cilindro del equipo didáctico

Su equipo didáctico viene con un Transductor de posición, modelo 6395, que proporciona un voltaje correspondiente a la posición de la barra del cilindro del equipo didáctico. El Transductor de posición es del tipo de cable de extensión, con muestra la figura 7-1. Este consiste de un cable flexible enrollado en un carrete cilíndrico. El carrete se acopla al eje del potenciómetro giratorio. Un resorte de torsión interno mantiene la tensión en el cable y sirve como mecanismo de retracción.

El pin en el extremo del cable transductor se tiene que insertar en el agujero en la o

punta de la barra del cilindro del equipo didáctico, como muestra la figura 7-1. También, un voltaje de 24-V cc se tiene que aplicar a lo largo del elemento resistivo (terminales 2 y 3) del potenciómetro transductor para crear un voltaje divisor en la escobilla (terminal 1) del potenciómetro.

La operación del transductor es de la siguiente: cuando la barra se mueve, el cable transductor se enrolla alrededor del carrete o se desenrolla de este, lo cual hace girar el carrete del transductor y el eje del potenciómetro. El eje giratorio mueve la escobilla del potenciómetro a lo largo del elemento resistivo, variando la resistencia y por tanto el voltaje visto en el terminal escobilla en relación a la fuente de alimentación común. Una variación de 0-24 V del voltaje de la escobilla corresponde a un golpe completo de la barra. Así, cualquier voltaje de la escobilla dado corresponde a una posición específica de la barra.

El voltaje de la escobilla de 0-24 V se puede convertir en un voltaje estándar de 0-10 V voltaje para la utilización del Controlador PI D del equipo didáctico. Para hacer esto, el voltaje de la escobilla se debe aplicar a la entrada 0-24 V del conversor 24-V en el módulo Acondicionadores de señal, y el voltaje convertido se debe llevar a la salida 0-10 V del conversor 24-V.



CILINDRO ilORAuuco

V VOLTAJE DE

24vk?J. d

o DISTANCIA

RECORRIDA

CONVERSOR 24-V

PUNTA

•

PIN DEL CABLE

CABLE

1IáIM"'

Vg~T:;E 17: 1 ESCOBILLA

I

I TERMINALES : DEL ELEMENTO I RESISTIVO I (A LA FUENTE I DE ALIMENTACiÓN I 24-VCC)

TERMINAL ESCOBILLA

I I I I I

POTENCiÓMETRO ,---l.,.,.L--'.,.,.L--'.,.,.L~

EJE

CARRETE

TRANSDUCTOR DE POSICiÓN, MODELO 6395

Figura 7-1. Midiendo la posición de la barra del cilindro del equipo didáctico.

7-3

, 1 "


7-4


En la primera parte de este ejercicio, usted aprenderá como medir la posición de la barra del cilindro del equipo didáctico utilizando un transductor de posición de cable de extensión.

En la segunda parte del ejercicio, usted realizará el control de la posición de la barra en lazo abierto para ver el efecto que tiene la fuga de la válvula proporcional en el mantenimiento de la posición de la barra.

EQUIPO REQUERIDO


PROCEDIMIENTO

Midiendo la posición de la barra del cilindro del equipo didáctico

o 1. Obtenga un cilindro de calibre 3,8-cm (1,S-in) de su lugar de almacenamiento. Asegúrese que la barra del cilindro esté completamente retraída.

Nota: Si la barra del cilindro de calibre 3,B-cm (1,5-in) no está completamente retraída, retraigala utilizando un circuito simple de reprocicidad de cilindro con una válvula direccional operada manualmente (P/N 6320). Luego apague la unidad de alimentación, desconecte el circuito y continúe con el ejercicio.

o 2. Atornille la punta del cilindro (bala) en el extremo de la barra del cilindro, luego sujete el cilindro a la superficie de trabajo, como muestra la figura 7-2.

o 3. Mirando todavía la figura 7-2, coloque el transductor de posición en 5 filas de perforaciones (2S cm/10 in) del cilindro, asegurandose de alinear la salida del cable transductor con el eje de movimiento de la barra del cilindro.

Quite el pin al extremo del cable transductor para desenrollar completamente el cable, luego insertelo en el agujero de la punta del cilindro, como lo muestra la figura 7-2.


o o o o o o o o o o

o o o o o

o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o o o o

o o o o o PUNTO DEL o SALIDA DEL CABLEo o CILINDRO CABo LE TRANSDUCTOR


o o o o

CILINDRO DE CALIBRE iTRANSDUCTOR DEo 3,8 cm (1 ,5 in) POSISICÓN

o (MODELO 6395) o , , o, o o o 'o o o o o o , ,

o o o o ,

o, o o o , ,o o o o o , , ,

PIN DEL , , , , CABLE ,

, , ,

5 FILAS , -.J DE ~ , ,

'PERFORACIONES'

Figura 7-2. Posicionamiento del cilindro y del transductor en la superficie de trabajo.

o 4. Conecte el sistema mostrado en la figura 7-3.

o 5. En la válvula direccional con control proporcional , coloque el interruptor de la gama de entrada de control en la posición -1 O V - +10 V.

o 6. Encienda la 24-V Fuente de alimentación cc y el Controlador PID. No encienda todavía la Fuente de alimentación hidráulica,

o 7. En el Controlador PID, ajuste el PUNTO DE REFERENCIA 1 en - 1,0 V a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. Luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1.

o 8. Encienda la Fuente de al imentación hidráulica. Ajuste la preslon del sistema en el manómetro A en 3450 kPa (500 psi) con la válvula de alivio.

7-5


ALIMENTACiÓN

4800 kPa (700 psi)

RETORNO

MANÓMETRO A

--, : VPR1

...J

T

A

B

VCDP1 CILINDRO DE CALIBRE 3,8-cm (1 ,S-in)


/ /

/

TRANSDUCTOR DE POSICiÓN

(MODELO 6395)

/ /

/

TRANSDUCTOR DE POSICIóN'

'/~ÓDULO ACONDICIONADORES DE SEÑAL

CONTROLADOR P.I.D.

PUNTOS DE REFERENCIA GENERADOR DE RAMPA

-() s,

'~~: !

' O---*"1~': o----tlE

FILTRO PASABAJAS AMPLIFICADORES PJ.O. PUNTO DE ADICIÓN

-() c¡. -()

O ~ ( ~. P ~ " ~

~ c¡. '=' . - • c¡. ~ooz "". ~ ""

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I~l GANANACIAS .m",,,,,,,,,,,

PAOPORClONAl INTEGAAl OERIYAnVA ANTlREINtClO ,., ", '01 ~-O r-. O ~ ALlA "'U~~~ y~ ... ~

TERMINAL ESCOBILLA

M4fW' DETECTOR DE ERROR -()

LIMITAOOR

-() c¡.

@-0-@'

I

"" '" U U - -- "'"


c¡.

m @,----_----¡r-:-''7I---f~ ... 1L.....:J.----t~I . • " .

(~~ ... ~...:..J.---t¡~; .".

M4fW'

VCDP1

Figura 7-3. Control de lazo abierto de la posición de la barra del cilindro.

7-6


o 9. Conecte un voltímetro cc en el terminal escobilla (marcado "1") del transductor de posición. Con la barra del cilindro retraída, el cable transductor está completamente desenrollado. Como consecuencia, el voltaje en el terminal escobilla debe ser nulo (O V). ¿Es esta su observación?

o Sí O No

Nota: Si el voltaje de la escobilla es 24 V en lugar de O V. intercambie los cables conectados en los terminales del · elemento resistivo (marcados "2" y "3'J del potenciómetro transductor.

o 10. Mientras vigila el voltaje de la escobilla, gire lentamente la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 en sentido horario hasta que la barra comience a extenderse ¿Qué le ocurre al voltaje de la escobilla cuando se extiende la barra? Explique.

o 11. ¿ Cuál es el voltaje de la escobilla cuando la barra está completamente extendida?

o 12. Ahora gire lentamente la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1 en sentido antihorario hasta que la barra comience a retraerse. ¿ Qué le ocurre al voltaje de la escobilla cuando se retrae la barra?

o 13. Repita los pasos 10 a 12 pero esta vez vigile el voltaje a la salida 0-10 V del conversor 24-V en el módulo Acondicionadores de señal. Registre sus observaciones.

o 14. No apague la Fuente de alimentación hidráulica. Deje el montaje del sistema como está y continúe con la siguiente parte del ejercicio.

7-7


7-8


o 15. Utilizando. ~I potenciómetro PU,NTO DE REFERENCIA 2, posicione la barra del cIlindro en el golpe medio para obtener un voltaje estable de 5 O V a la salida 0-10 V del conversor 24-V. '

¿ Cuántos intentos realizó para alcanzar la posición deseada? ¿La barra se controla fácilmente?

o 16. Deje que funcione el sistema por 10 minutos. Luego mida el voltaje a la salida 0-10 V del conversor 24-V. ¿Este voltaje todavía es 5,0 V? ¿Porqué?

o 17. ¿Este sistema de control de la posición en lazo abierto es capaz de controlar con precisión? Explique.

o 18. Deje la barra del cilindro completamente retraída y apague la Fuente de alimentación hidráulica. Luego apague el Controlador PID y la Fuente de alimentación cc de 24-V.


CONCLUSiÓN

En este ejercicio, usted controló la posición de la barra del cilindro utilizando un sistema de lazo abierto con un operador actuando como el lazo de realimentación. Usted observó la dificultad que se presenta posicionar la barra de manera rápida y exacta con este tipo de sistema. También, usted vio que la barra tiende a moverse después que ha sedo detenido en una posición específica debido a la fuga interna a través de la válvula proporcional en la condición de bloqueo central .. Ya que el sistema estaba en modo de lazo abierto, este no tenía realimentaCión eléctrica para medir y corregir esta variación de la posición de la barra.



1. ¿Cómo se puede controlar la posición de la barra del cilindro con una válvula de control direccional proporcional?

2. ¿Cuál es la diferencia entre los sistemas de control de lazo abierto y de lazo cerrado?

3. Nombre y describa un ejemplo de un sistema de control de la posición en lazo abierto.

4. ¿Cuáles son las desventajas de un sistema de control de la posición en lazo abierto?

5. Describa brevemente la operación del Transductor de posición del equipo didáctico.

7-9

Control de lazo cerrado de la posición de la barra del cilindro


• Entender que es el control de la posición en lazo cerrado.

Ejercicio 8

• Controlar la posición de la barra del cilindro en el modo de lazo cerrado. • Comparar el funcionamiento de los sistemas de control en lazo abierto y lazo

cerrado.

DISCUSiÓN

En el ejercicio anterior usted controló la posición de la barra del cilindro con un sistema de lazo abierto. Usted observó la dificultad de mover y detener la barra en una posición designada de manera rápida y exacta con este tipo de sistema. También vio que la barra tiende a moverse después de que se ha detenido en la posición específica debido a la fuga interna de la válvula proporcional en la condición de bloqueo central.

Estos problemas se pueden resolver utilizando un sistema de control de la posición en lazo cerrado. Como muestra la figura 8-1 , este sistema utiliza un controlador que opera en el modo proporcional (P). Un transductor de posición mide la posición de la barra y genera un voltaje proporcional que se realimenta al controlador. El punto de referencia es un voltaje que corresponde a la posición deseada de la barra.

La operación detallada del sistema es la siguiente: el detector de error del controlador compara continuamente el punto de referencia con la posición medida. Cuando hay una diferencia entre estos dos, el detector de error genera una señal de error la cual se amplifica por un factor Kp para abrir la válvula proporcional. Esto causa que la barra del cilindro se mueva más cerca de la posición deseada que as su vez reduce la diferencia entre el punto de referencia y la posición medida. Al transcurrir el tiempo, esta diferencia se vuelve más pequeña hasta que finalmente el punto de referencia y la posición medida se vuelven exactamente iguales, el error se vuelve nulo, la señal de salida del controlador se vuelve nula, la válvula proporcional se cierra y la barra del cilindro se detiene.

8-1


CONTROLADOR

PROPORCIONAL (P) r -- - - - - -- -- - ------- - - ----- --- -- , I I I I

: DETECTOR AMPLIFICADOR : : DE ERROR PROPORCIONAL :

R~~~~~NDC~A : + ERROR (E p) Ep· Kp : C~~~~;~~R (POSICiÓN DESEADA) I

I I I L __ _

)-----'---.¡ ·Kp >---"--"--t----~ I I I I

------ --------------------~

POSICiÓN


CAUDAL

CILINDRO POSICIÓN

DE LA BAllRA

I....-M_E_DI_DA _________ -! TRANSDUCTOR f.4---------------___ -.J DE POSICiÓN I

Figura 8-1. Control de la posición en lazo cerrado de la barra del cilindro.

Entre mayor sea la ganancia proporcional Kp , la barra del cilindro alcanza más rápido la posición deseada, pero también mayores son los picos de presión cuando la válvula proporcional se cierra para detener la barra del cilindro. Si la ganancia Kp

es muy alta, el sistema podría comenzar a oscilar.

Los sistemas de control de la posición de lazo cerrado tiene varias ventajas cuando se comparan con los sistemas de control de posición en lazo abierto. Los sistemas en lazo cerrado reducen sustancialmente el tiempo necesario para posicionar la barra. Estos pueden mantener la barra del cilindro en una posición especffica indefinidamente. Estos pueden proporcionar una mejor exactitud posicional. Finalmente, estos mejoran la repetitividad-Ia habilidad de llegar a la misma posición durante ciclos sucesivos de operación, utilizando el mismo voltaje de punto de referencia.

Aplicaciones

El control de la posición en lazo cerrado de la barra del cilindro se utiliza en la industria de herramientas de maquinaria para controlar características de la maquinaria, en la industria de manufactura para controlar máquinas de ensamblaje automático, en la tecnología de automatización para controlar robots industriales y en muchas otras aplicaciones.

El control de la posición en lazo cerrado de la barra del cilindro le brinda al operador beneficios que normalmente no podría alcanzar con los movimientos humanos. ¿Cuántas personas podrían levantar repetidamente una pieza, colocarla exactamente a 10 cm de separación, durante todo el día? Este tipo de control se alcanza fácilmente con un control de la posición en lazo cerrado.

I I 8-2 . 11



En este ejercicio, usted realizará el control de la posición en lazo cerrado de la barra del cilindro. Usted verá el efecto que tiene aumentar la ganancia proporcional sobre la velocidad de posicionamiento de la barra. Usted determinará cuando y cuando no el sistema en lazo cerrado es capaz de mantener la barra en una posición específica durante períodos de tiempo prolongados.

EQUIPO REQUERIDO


PROCEDIMIENTO

Control de la posición en lazo cerrado de la barra del cilindro

Ajustes preliminares

D 1. Obtenga un cilindro de calibre 3,8-cm (1 ,5-in) de su lugar de almacenamiento. Asegúrese que la barra del cilindro esté completamente retraída.

D 2. Atornille la punta del cilindro (bala) en el extremo de la barra del cilindro, luego sujete el cilindro a la superficie de trabajo.

D 3. Coloque el transductor de posición en 5 filas de perforaciones (25 cm/10 in) del cilindro, asegurandose de alinear la salida del cable transductor con el eje de movimiento de la barra del cilindro. (Consulte la figura 7-2 en el ejercicio 8 si es necesario).

Quite el pin al extremo del cable transductor para desenrollar completamente el cable, luego insertelo en el agujero de la punta del cilindro.

D 4. Conecte el sistema mostrado en la figura 8-2.

8-3


ALIMENTACiÓN

4BOO kPa (700 psi)

RETORNO

MANÓMETRO A

--, I

/'

JVPR1

T

A

B MANÓMETROB

VCDP1


CILINDRO DE CALIBRE 3,B-cm (1 ,S-in)

/' /'

/ '

/' /'

TRANSDUCTOR DE POSICiÓN

(MODELO 639S)

/ /'


TRQANSDUCTOR DE POSICIm:í '

CONTROLADOR P.I.D.

PUNTOS CE REFERENCIA -€) .,

I,~~: , .-- c.. J '10 ~J ~' o ,(OC 1

FILTRO PASA8A.)AS

8-4

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INTEQAAOOA ANTIAEtNtClO

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Figura 8-2. Control de la posición en lazo cerrado de la barra del cilindro.



Intervalo GANANCIA PROPORCIONAL [P] ............. BAJA GANANCIA PROPORCIONAL [P] .... . ............... MÁX.


o 7. En el Controlador PID, ajuste PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 en 5,0 V Y -5,0 V, respectivamente a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1 luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 .

o 8. En el Controlador PID, mida el voltaje de error a la salida del Detector de error.

Ya que la barra del cilindro está completamente retraída, el voltaje de realimentación generado por el transductor de posición a la entrada (-) del Detector de error deber ser nulo. Por lo tanto, el voltaje de error debe ser aproximadamente igual a PUNTO DE REFERENCIA actual de 5 V. ¿Es esta su observación?

o Sí O No

o 9. En el Controlador PID, mida el voltaje cc a la salida del amplificador proporcional. Con la ganancia proporcional colocada al MÁX. , este voltaje debe ser MÁXimo (alrededor de 13,5 V).

o 10. Ajuste el potenciómetro LIMITE SUPERIOR para obtener 1 0,0 Va la salida del LlMIT ADOR.

o 11 . Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2. El voltaje de error ahora debe ser alrededor de -5 V, de tal modo que el voltaje de salida del amplificador proporcional debe ser alrededor de -13,5 V.

o 12. Ajuste el potenciómetro LIMITE INFERIOR para obtener -10,0 V a la salida del LlMIT ADOR.

o 13. Coloque la ganancia proporcional en % del MÁX.

8- 5


8-6


D 14. En el Controlador PID, ajuste PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 en 0,0 y 7,0 V respectivamente a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1.Luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1.

o 15. En la válvula direccional con control proporcional, coloque el interruptor de la gama de entrada de control en la posición -1 O V - + 1 O V.


o 17. Mientras vigila el voltaje del punto de referencia a la entrada (+) del Detector de error, gire lentamente la perilla del potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA potenciómetro 1 en sentido horario hasta que el voltaje del punto de referencia sea 3,0.

o 18. Ahora mida el voltaje de realimentación a la entrada (-) del Detector de error. Este voltaje es exactamente igual a punto de referencia actual de 3,0 V?

o Sí O No

D 19. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 Y observe que le ocurre a la barra del cilindro y al voltaje de realimentación.

Usted debe observar que la barra se mueve lentamente al nuevo punto de referencia automáticamente, como se indica por medio del voltaje de realimentación que aumente de 3,0 a 7,0 V. ¿Es esta su observación?

o Sí O No

o 20. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 Y observe que le ocurre a la barra y al voltaje de realimentación. ¿La barra se mueve automáticamente hacia el nuevo punto de referencia (3,0 V)? Explique.


o 21. Ahora aumente la ganancia proporcional al MÁX., luego seleccione los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 alternadamente. ¿Cuál es el efecto de un ajuste de ganancia proporcional más alto en la velocidad de posicionamiento de la barra?

o 22. Vuelva a aumentar la ganancia proporcional ajustando el INTERVALO ganancia proporcional en ALTA.

Seleccione los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 alternadamente y observe el movimiento de la barra y la presión del manómetro A. ¿ La barra se mueve abruptamente? ¿Ocurre un choque de presión en el manómetro A cuando la barra se detiene? ¿Porqué?

o 23. Coloque el INTERVALO ganancia proporcional en BAJA.

o 24. Continúe experimentando con el posicionamiento de la barra en lazo cerrado tratando con diferentes ajustes para los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2.

¿Se puede lograr un posicionamiento rápido y preciso en el modo de lazo cerrado? Explique.

o 25. Posicione la barra en el golpe medio para obtener un voltaje de realimentación de 5,0 V. Deje funcionar el sistema por 10 minutos.

o 26. Mida el voltaje de realimentación para ver si este ha permanecido en 5,0 V.

¿Según sus observaciones, la barra se puede mantener en una posición específica por períodos de tiempo prolongados con un sistema de control de la posición en lazo cerrado? Explique.


8-8

o 27. Deje la barra del cilindro completamente retraída y apague la Fuente de alimentación hidráulica. Luego apague el Controlador PID y la Fuente de alimentación cc de 24-V.


CONCLUSiÓN

En este ejercicio, usted controló la posición de la barra del cilindro con un sistema de lazo cerrado. Usted vio que este sistema reduce sustancialmente el tiempo necesario para posicionar la barra cuando se compara con el sistema de lazo abierto. Además, usted vio que un sistema de lazo cerrado puede mantener la barra del cilindro en una posición específica durante períodos de tiempo prolongados, lo cual el sistema de lazo abierto es incapaz de hacer.

Este funcionamiento mejorado se debe a que se cierra el lazo. El sistema de control de lazo cerrado puede posicionar la barra y corregir la variación de la posición mucho más fácilmente que el cerebro humano. Este hace lo que hace el operador en el modo de lazo abierto pero mucho más rápido y con mayor exactitud.

PREGUNT AS DE REVISiÓN

1 . ¿ En cuál modo debe operar el controlador cuando se utiliza para controlar la posición de la barra del cilindro en modo de lazo cerrado?

2. Describa qué ocurre en un sistema de control de la posición en lazo cerrado cuando existe una diferencia entre el punto de referencia y la posición medida.

3. ¿Qué efecto tiene aumentar la ganancia proporcional del controlador en la velocidad de posicionamiento de la barra?


4. ¿El sistema de control de lazo cerrado es capaz de mantener la barra del cilindro en una posición específica durante períodos de tiempo prolongados? Explique.

5. ¿Qué ventajas tienen los sistemas de control en lazo cerrado comparado con los sistemas de control de la posición en lazo abierto?

8-9

Ejercicio 9

Control de lazo cerrado de la presión del cilindro


• Entender que es el control en lazo cerrado de la presión del cilindro. • Aprender como medir la presión aplicada al cilindro del equipo didáctico. • Controlar la presión del pistón de un cilindro en el modo de lazo cerrado.

DISCUSiÓN

Control de la presión del cilindro

El control de la presión del cilindro se utiliza normalmente ya sea para limitar la presión aplicada al pistón del cilindro o para mantener esta presión en un nivel uniforme mientras se está moviendo la barra o cuando esta está atascada.

• En algunas aplicaciones, por ejemplo, es necesario limitar la presión aplicada al pistón del cilindro para evitar la deformación o el aplastamiento de las piezas de trabajo;

• En otras aplicaciones, es necesario mantener la presión aplicada al pistón del cilindro en un nivel uniforme en ciclos sucesivos del cilindro para ejercer una fuerza precisa contra las piezas de trabajo.

El control de la presión del cilindro se puede hacer ya sea con una válvula de control de presión convencional tal como la válvula de alivio, la válvula de secuencia, la válvula de reducción o la válvula de contrapeso o con una válvula proporcional. El control de la presión del cilindro es más costoso su se utiliza una válvula proporcional. Sin embargo, la válvula proporcional se puede controlar remotamente con un potenciómetro en el tablero del operador. Más aún, la válvula proporcional proporciona un control más preciso y fino del nivel de presión. Además, el corrimiento de la válvula proporcional se puede retardar (volverse rampa) para reducir los choques causador por el acumulamiento repentino de presión o por el deterioro.

Como con el control de la velocidad y la posición, el control de la presión con una válvula proporcional se puede lograr utilizando un sistema ya sea en lazo abierto o en lazo cerrado. Con un sistema de lazo abierto, la presión del cilindro se controla únicamente por medio de un punto de referencia y la presión real no se tiene en cuenta. Este tipo de sistema se utiliza rara vez debido a que este no puede proporcionar y mantener un control exacto de la presión del cilindro.

Con un sistema de lazo cerrado, la presión del cilindro se controla por medio de un controlador y el lazo de realimentación. La mayoría de los sistemas de control de la presión son de lazo cerrado debido a que proporciona un control de la presión

9 -1


exacto y estos mejoran la repetitividad-Ia habilidad de llegar al mismo nivel de presión en ciclos sucesivos del cilindro, para un voltaje de punto de referencia dado. Por esta razón, este ejercicio se centrará en los sistemas de control de la presión en lazo cerrado.

Sistemas de control de la presión en lazo cerrado

La figura 9-1 muestra el diagrama en bloques del sistema de lazo cerrado sistema utilizado para controlar la presión aplicada al pistón de un cilindro. EL punto de referencia es un voltaje que corresponde al nivel de presión deseado. El controlador opera en el modo proporcional (P). Un transductor de presión mide la presión del pistón y genera un voltaje proporcional el cual se realimenta al controlador.

CONTROLADOR PROPORCIONAL (P) r-----------------------------, I I

: DETECTOR I DE ERROR I


PUNTO DE REFERENCIA: + )--_ER_R_OR_{E...:.p_) _-..j. Kp

SAUDADEL CONTROLADOR VÁLVULA

PROPORCIONAL

CAUDAL PRESiÓN

DEL PISTóN

(PRESiÓN DESEADA) I

I I I

CILINDRO

~____ _ _______________________ J

9-2

PRESiÓN

'--M_E_DID_A ________ -1 TRANSDUCTOR 14------------------ ---' DE PRESiÓN

Figura 9-1. Control en lazo cerrado de la presión del pistón del cilindro.

La operación del sistema es la siguiente: el detector de error del controlador compara continuamente el punto de referencia con la presión medida. Cuando hay una diferencia entre estos dos, el detector de error genera una señal de error la cual se amplifica por un factor Kp • Si el error es positivo (la presión medida es menor que el punto de referencia), un voltaje de control positivo voltaje se aplica a la válvula proporcional para extender la barra y hacer que la presión del pistón aumente. Si el error es negativo (la presión medida es mayor que el punto de referencia) un vOltaje de control negativo se aplica a la válvula proporcional para retraer la barra y hacer que la presión del pistón disminuya.

Cuando la barra se extiende o e retrae, la diferencia entre el punto de referencia y la presión medida se vuelve más pequeña hasta que finalmente, el error se vuelve nulo, la señal de salida del controlador se vuelve nula, la válvula proporcional se cierra y la barra del cilindro se detiene. El exceso de aceite luego se desecha a través del sistema de la válvula de alivio.

Entre mayor sea la ganancia proporcional Kp , la presión del pistón alcanzará más rápido el nivel deseado pero también serán más altos los picos de presión cuando la válvula proporcional se cierra para detener la barra del cilindro. Si la ganancia Kp es muy alta, el sistema puede aún comenzar a oscilar.


Es importante que la presión en el puerto de presión (P) de la válvula proporcional se mantenga por encima de la presión denominada para el punto de referencia en todo momento mientras esté funcionando el sistema. Oe otro modo, la válvula proporcional no podrá llevar o mantener la presión del cilindro en el punto de referencia.

Midiendo la presión aplicada a los cilindros del equipo didáctico

Su equipo didáctico viene con un Transductor de presión, modelo 6379, que proporciona un voltaje proporcional a la presión de aceite El transductor de presión es de tipo capacitivo, como muestra la figura 9-2. Este consiste de un diafragma de medición capaz de desviarse mecánicamente bajo la presión aplicada. En cada lado del diafragma hay dos placas capacitoras conectadas a un medidor de capacitancia interno. El medidor de capacitancia genera un voltaje proporcional a la capacitancia de las placas. Este voltaje, el cual en realidad es el voltaje de salida del transductor, está disponible en el terminal de salida del transductor denominado "0,5-4,5 V".

Un voltaje de 24-V cc se debe aplicar a los terminales de alimentación del transductor para que funciones éste. La presión que se va a medir se aplica al puerto hidráulico del transductor.

La operación del transductor es la siguiente: la presión aplicada al puerto hidráulico del transductor se transmite al diafragma de medición causando que se desvíe el diafragma. Esto resulta en un cambio en la capacitancia de la placa y en un aumente en el voltaje generado por el medidor de capacitancia a la salida del transductor. Entre mayor sea la presión aplicada, mayor es el cambio en la capacitancia y por tanto mayor es el voltaje de salida del transductor.

El voltaje de salida del transductor aumentará de 0,5 a 4,5 V si la presión aplicada aumenta deO a 5200 kPa (O a 750 psi). El voltaje de salida del transductor se puede convertir en un voltaje estándar de 0-1 O V para la utilización del Controlador PIO del equipo didáctico. Para hacer esto, el voltaje de salida del transductor debe aplicarse a la entrada 0-5 V de conversor 5-V en el módulo Acondicionadores de señal y el voltaje convertido se debe llevar a la salida 0-10 V de este conversor (vea la figura 9-2).

Usted notará que el conversor 5-V del módulo Acondicionadores de señal tiene dos potenciómetros, denominados "z" (cero) y "S" (intervalo). Estos potenciómetros se utilizan para establecer el intervalo del voltaje de entrada del conversor para el cual voltaje de salida del conversor pasará de si mínimo al MÁXimo:

• El potenciómetro cero establece el voltaje de entrada del conversor para el cual el voltaje de salida del mismo será el mínimo;

• El potenciómetro intervalo establece el voltaje de entrada del conversor para el cual el voltaje de salida del mismo será el MÁXimo.

9-3


9-4

V CONVERSOR 5· V

TERMINAL DE t------/'i r ___ TR_S_:N_U~_o"U-'I,~,~~_R_--,~ : ~ I

V

k::--.::..}-_~~G-""-+_---I~10 vo 0:,' ~ t r;T7!-----f~ . ..

TRANSDUCTOR DE PRESiÓN

MODELO 6379

I VOLTAJE DE SALIDA DEL

TRANSDUCTOR

PUERTO HIDRÁULICO

"'"


MEDIDOR DE CAPACITANCIA

ACEITE BOMBEADO

VOLTAJE DE SALIDA DEL

CONVERSOR

Figura 9-2. Midiendo la presión aplicada al pistón del cilindro del equipo didáctico.

Por ejemplo, los potenciómetros cero e intervalo podrían ajustarse de tal manera que cuando el voltaje de entrada del conversor varíe entre 1 y 3,5 V, el voltaje varíe entre O y 5 V a la salida 0-5 V del conversor, o entre O y 10 V a la salida 0-10 V del conversor.


Cuando utiliza el conversor S-V para convertir el voltaje de salida del transductor de presión a un voltaje 0-10 V, los potenciómetros cero e intervalo se deben aplicar de la siguiente manera:

• Con la operación mínimo de la presión aplicada al puerto hidráulico del transductor de presión, el potenciómetro cero se ajusta de tal modo que el voltaje a la salida 0-1 O V del conversor S-V sea O V;

• Con la operación MÁXimo de la presión aplicada al puerto hidráulico del transductor de presión, el potenciómetro intervalo se ajusta de tal modo que el voltaje a la salida 0-10 V del conversor s-V sea 10 V~


En la primera parte de este ejercicio, usted montará el sistema para el control del pistón del cilindro presión en lazo cerrado.

En la segunda parte del ejercicio, usted aprenderá como medir la presión aplicada a un pistón de un cilindro utilizando un transductor presión.

En la tercera parte del ejercicio, usted realizará el control de la presión del cilindro en lazo cerrado. Usted determinará cuando el sistema de lazo cerrado es capaz de llegar al mismo nivel de presión en ciclos sucesivos del cilindro y cuando no, para un voltaje del punto de referencia dado sin importar las variaciones en la presión del sistema.

EQUIPO REQUERIDO


PROCEDIMIENTO

Montaje del sistema

o 1. Obtenga un cilindro de calibre 3,8-cm (1 ,S-in) y el dispositivo de carga de resorte de su lugar de almacenamiento.

o 2. Asegúrese que la barra del cilindro está completamente retraída.

o 3. Retire el cilindro de calibre 3,8-cm (1 ,S-in) de su adaptador desatornillando si anillo de contención. Asegúrese que la punta del cilindro (bala) esté retirado de el extremo de la barra del cilindro.

o 4. Atornille el cilindro de calibre 3,8-cm (1 ,S-in) en el dispositivo de carga de resorte hasta que la carga del pistón adentro del resorte de carga

9 -5


9-6

comience a empujar el resorte y las instalaciones del cilindro apunten hacia arriba. No utilice una herramienta para girar el cilindro.

o 5. Conecte el sistema mostrado den la figura 9-3.

Nota: No conecte todavía la salida 0-10 del conversor 5-V del módulo Acondicionadores de señal a la entrada de realimentación (-) del Detector de error. Esto se hará más adelante en el ejercicio.


Rampa 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y2 del MÁX. Rampa 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y2 del MÁX. Intervalo GANANCIA PROPORCIONAL [P] .............. BAJA GANANCIA PROPORCIONAL [P] ....... . ............. MíN. LIMITE INFERIOR .................. .... .. . ... Y2 del MÁX. LIMITE SUPERIOR ......... . . ........ .. .. . ... Y2 del MÁX.


o 8. En el Controlador PID, ajuste los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 en -10,0 Y 10,0 V, respectivamente en la salida PUNTO DE REFERENCIA 1. Luego seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2.

o 9. En el Controlador PID, ajuste la ganancia proporcional para obtener 12 V a la entrada del LlMIT ADOR.

o 10. Ajuste el potenciómetro LIMITE SUPERIOR para obtener 10,0 V a la salida del LlMIT ADOR.

o 11 . Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1. El voltaje de entrada del LlMITADOR ahora debe ser aproximadamente -12 V. Ajuste el potenciómetro LIMITE INFERIOR paraobtener-10,OValasalidadel LlMITADOR.

o 12. Coloque la ganancia proporcional en % del MÁX.


ALIMENTACiÓN

4800 kPa (700 psi)

RETORNO

MANÓMETRO A

--, I

JVPR1

T

VCDP1

DISPOSITIVO CILINDRO DE CALIBRE DE CARGA

MANÓMETRO B 3,8-cm (1,5-in) (MODELO 6380)

TRASNDUCTOR DEPRESiÓN

(MODELO 6379)

(a) Sección hidráulica \ TRANS~UCTOR MÓDULO ACONDI910NADORES

DE PF\E§LÓW.·····························~..s&.NAL --:;;-.... .. ... .

........ c;¡. .... . •••• (I.~. f"P"/7l_----'I'-... • •••

•••• (I.'nIO~~;:._! y •••

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CONTROLADOR P.I.D. M:If/IIt DETECTOR DE EAAC#f.·

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-() ., GENERADOR OE RAMPA

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PROPORCIONAL INTEGRAL OERII~~T1VA ANTI RE INICIO ,., '" INFeRIOR SUPERIOR

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Figura 9-3. Control en lazo cerrado de la presión del pistón del cilindro_

9-7


9-8

Midiendo la presión aplicada al pistón del cilindro del equipo didáctico

D 13. En la válvula direccional con control proporcional, coloque el interruptor de la gama de entrada de control en la posición -10 V - + 10 V.

D 14. En el módulo Acondicionadores de señal, ajuste los potenciómetros cero (Z) e intervalo (S) del conversor 5-V de la siguiente manera:

Cero (Z) ... ......... . ...... completamente en sentido horario Intervalo (S) ......... .. .... completamente sentido antihorario

D 15. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 para aplicar un voltaje de 10,0 V a lIa válvula direccional con control proporcional.

D 16. Encienda la Fuente de alimentación hidráulica.

D 17. Conecte un voltímetro cc a la salida 0,5-4,5 V del transductor de presión. Con la válvula direccional con control proporcional y la válvula de alivio en condición abierta completamente, la operación de mínima presión de acerca de 400 kPa (50 psi) se aplica al pistón del cilindro, como lo indica el manómetro B.

Registre el voltaje generado por el transductor de presión para esta presión.

D 18. Conecte el voltímetro cc a la salida 0-10 V del conversor 5-V en el módulo Acondicionadores de señal. Mientras observa la lectura del voltímetro, gire lentamente la perilla del potenciómetro cero (Z) del conversor 5-V en sentido antihorario y detengalo tan pronto cuando el voltaje alcance 0,0 V.

D 19. Aumente lentamente la presión del sistema en el manómetro A a 41 00 kPa (600 psi). Observe que eto causa que el voltaje en la salida 0,5-4,5 V del transductor de presión aumente y la barra del cilindro se extienda y comprima el resorte.

D 20. La operación de máxima presión de acerca de 4150 kPa (600 psi) ahora se aplica a la pistón del cilindro, como lo indica el manómetro B. Registre a continuación el voltaje generado en la salida 0,5-4,5 V del transductor de presión para esta presión.


o 21. Con el voltímetro cc conectado a la salida 0-10 V del conversor 5-V en el módulo Acondicionadores de señal, ajuste el potenciómetro intervalo (S) de este conversor hasta que el voltímetro indique 10,0 V.

o 22. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1, lo cual causará que la barra se retraiga completamente, el resorte se someta a descompresión, la presión del manómetro B disminuya al mínimo y el voltaje del transductor de presión en la salida 0-10 V del conversor 5-V se retorne a O V.

o 23. Vuelva a ajustar PUNTO DE REFERENCIA 1 en 0,0 V a la salida PUNTO DE REFERENCIA 1 (utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 1).

Control en lazo cerrado de la presión del pistón del cilindro

o 24. Coloque el sistema en el modo de lazo cerrado. Para hacer esto, conecte la salida 0-1 O V del conversor 5-Ven el módulo Acondicionadores de señal a la entrada de realimentación (-) del Detector de error, como lo indica la linea punteada en la figura 9-3 (b).

o 25. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 2 Y observe que sucede con la presión del manómetro B y el voltaje de realimentación a la entrada (-) del Detector de error.

Usted debe observar que la presión del manómetro B aumenta a la presión de MÁXima operación de acerca de 4150 kPa (600 psi), causando que aumente el voltaje de realimentación al punto de referencia en ese momento de 10 V. ¿Es esta su observación?

o Sí O No

o 26. Disminuya lentamente el punto de referencia a 7,0 V a la entrada (+) del Detector de error (utilizando el potenciómetro PUNTO DE REFERENCIA 2).

o 27. Mida el voltaje de realimentación a la entrada (- ) del Detector de error. ¿Este voltaje es igual al punto de referencia en ese momento de 7 V?

o Sí O No

9-9


9-10

o 28. Registre a continuación la presión en ese momento que indica el manómetro B. Esta es la presión del pistón para un punto de referencia de 7V.

o 29. Ahora pruebe la repetitividad del sistema seleccionando los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 alternadamente y observando la presión del manómetro B cuando el cilindro para de extenderse. ¿El sistema es capaz de llegar a la misma presión (registrada en el paso 28) durante ciclos sucesivos del cilindro? Explique.

o 30. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 para retraer completamente el cilindro y disminuir la presión del pistón al mínimo.

o 31. Simule una disminución en la presión del sistema volviendo a ajustar la válvula de alivio de tal modo que la presión en el manómetro A sea de 3450 kPa (500 psi).

o 32. Alternadamente seleccione los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2 mientras observa la presión del manómetro B. ¿El sistema es capaz de llegar a la presión del pistón registrada en el paso 28 a pesar de la disminución en la presión del sistema?

o Sí O No

o 33. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 para retraer completamente el cilindro.

o 34. Disminuya aún más la presión del sistema en el manómetro A a 2500 kPa (360 psi) .

o 35. Alternadamente seleccione los PUNTOS DE REFERENCIA 1 Y 2. ¿El sistema es capaz de llegar a la presión del pistón registrada en el paso 28? Explique.


o 36. Seleccione PUNTO DE REFERENCIA 1 para retraer completamente el cilindro.



CONCLUSiÓN

En este ejercicio, usted controló la presión aplicada al pistón de un cilindro con un sistema de lazo cerrado. usted vio que este tipo de sistema puede proporcionar y mantener un control exacto de la presión del pistón. Usted vio también que el sistema es capaz de llegar a la misma presión durante ciclos sucesivos del cilindro siempre y cuando la presión en el puerto P de la válvula proporcional se mantenga por encima de la presión demarcada por el punto de referencia.

PREGUNT AS DE REVISiÓN

1. ¿Cuáles son las ventajas de utilizar una válvula proporcional para controlar la presión aplicada a un cilindro?

2. ¿En cuál modo debe operar el controlador cuando se utiliza para controlar la presión aplicada al pistón de un cilindro?

3. ¿Qué ocurre en un sistema de control de la presión en lazo cerrado cuando ocurre un error positivo entre el punto de referencia y la presión del pistón medida?

9·· 11


9-12

4. ¿Es importante que la presión en el puerto (P) de la válvula proporcional se mantenga por encima de la presión demarcada por el punto de referencia en todo momento mientas está funcionando el sistema? Explique.

5. Describa brevemente la operación del transductor de presión del equipo didáctico.

MODELO

6310

6321

6322

6329

6341

6342

6350

6351

6360

6361

6363

6366

6367

6371

6372

6379

6380

6390

6392

6393

6395

Apéndice A

Tabla de utilización del equipo

El siguiente equipo de Lab-Volt se necesita para realizar los ejercicios en este manual.

EQUIPO EJERCICIO

DESCRIPCiÓN 1 2 3 4 5 6 7

Fuente de alimentación hidráulica 1 1 1 1 1 1 1

Válvula de control de flujo 1 1 1 1

Válvula de alivio 1 1 1 1 1 1 1

Válvula direccional con control proporcional 1 1 1 1 1 1 1

Cilindro de doble acción, diámetro interior de 1 1

Motor bidireccional y volante de inercias 1 1 1 1 1

Manómetro 2 2 2 2 2 2 1

Caudalímetro 1

Fuente de alimentación de 24-V cc 1 1 1 1 1 1 1

Puesto con pulsadores 2

Relé 2

Módulo acondicionadores de señal 1 1 1 1 1

Controlador PID 1 1 1 1 1 1 1

Interruptor magnético de proximidad 2

Interruptor fotoeléctrico con reflexión difusa 1 1 1 1

Transductor de presión

Dispositivo de carga

Colector fijo de cinco orificios 2 2 2 2 2 2 2

Juego de mangueras 1 1 1 1 1 1 1

Cables eléctricos y mangueras adicionales 1 1 1 1 1 1 1

Transductor de posición 1

COMPONENTES ADICIONALES

Voltímetro ce

8

1

1

1

1

2

1

1

1

2

1

1

1

9-13

Apéndice B

Factores de conversión

Utilice los siguientes factores de conversión para convertir medidas S.1. a medidas inglesas y vice versa.

Longitud (distancia)

Centímetros (cm)

Metros (m)

Volumen (capacidad)

x 0.394 = pulgadas (in)

x 3.281 = Pies (ft)

x 2.54 = Centímetros (cm)

x 0.305 = Metros (m)

Centímetros cúbicos (cc; cm3) x 0.061 = Pulgadas cúbicas (in3

) x 16.387 = Centímetros cúbicos (cc; I

Litros (1)

Masa (peso)

Kilogramos (kg)

Fuerza

Néwtones (N)

Presión

Bares (bar)

Kilo pascal es (kpa)

Área

x 0.264 = US galones (US gal) x 3.785 = Litros (1)

x 2.205 = Libras (lb) x 0.454 = Kilogramos (kg)

x 0.225 = libras-fuerza (lb; Ibf) x 4.448 = Néwtones (N)

x 14.5 = Libras-fuerza por pulgada cuadrada x 0.069 = Bares (bar) (psi; Ib/ín2

)

x 0.145 = Libras-fuerza por pulgada cuadrada x 6.895 = Kilo pascales (kPa) (psi; Ib/ín2

)

Centímetros cuadrados (cm2) x 0.155 = Pulgadas cuadradas (in2

) x 6.45 = Centímetros cuadrados (CrT

Caudal

Litros por minuto (I/min) x 0.264 = Galones (US) por minute [gal(US)/min]

x 3.79 = litros por minuto (I/min)

8-1

8-2

Factores de conversión

Velocidad

Centímetro por minuto (cm/min) x 0.394 = Pulgadas por minuto (in/min) x 2.54 = Centímetro por minuto (cm/min)

Trabajo

Julios (J) x 0.738 = Pie-libras (ft·lb) x 1.355 = Julios (J)

Potencia

Vatios (W) x 0.0013 = Caballo de fuerza (HP) x 745.7 = Vatios (W)

Apéndice e Símbolos gráficos hidráulicos y neumáticos

LÍNEAS Y FUNCIONES CONDICIONADORES VÁLVULAS DE CONTROL DIRECCIONAL

LÍNEA PRINCIPAL

-<V- 1 ~ 1 ! I 2 VíAS I 2 POSICIO FILTRO O MALLA ------ - LíNEA PILOTO

.------------- LíNEA DE EXPULSiÓN -y- 11 II~I o DRENAJE SEPARADOR CON 3 VíAS I 2 POSICIO

--- CONTORNO DRENADO MANUAL

~) LÍNEA FLEXIBLE -y- I! ¡I X I 4 VíAS I 2 POSICIOI SEPARADOR CON DRENADO AUTOMÁTICO

+ + CRUCE DE LÍNEAS

I!II~~IXI 4 VíAS I 3 POSICIOI

+J--l¡ UNiÓN DE LÍNEAS

T FILTRO SEPARADOR J- ~ UNiÓN DE LÍNEAS CON DRENADO MANUAL

ACTUADORES DE VÁLVULA

-1>- DIRECCiÓN DE FLUJO

~ NEUMÁTICO -y FILTRO SEPARADOR MANUAL CON DRENADO

• DIRECCiÓN DE FLUJO AUTOMÁTICO HIDRÁULICO a=[ PULSADOR

J> ORIFICIO NO

T k CONECTABLE SECADOR PALANCA

} -r>-- ORIFICIO CONECTABLE

k ---y-- PEDAL LUBRICADOR

ACOPLAMIENTOS DE DESCONEXiÓN RÁPIDA

ü=( MECÁNICO

11~ SIN VÁLVULA DE RETENCiÓN

---<)+Q-CON DOS VÁLVULAS ALMACENAMIENTO DE ENERGíA Y DE FLUíDO ~ SEGURO DE RETENCiÓN

---<)-t+- CON UNA VÁLVULA LJ DEPÓSITO ABIERTO DE RETENCiÓN rv[ RESORTE

D DEPÓSITO PRESURIZADO

MOTORES Y BOMBAS cz[ 6 ACUMULADOR SOLENOIDE

O O BOMBAS HIDRÁULICA CARGADO POR GAS

Y NEUMÁTICA ~ PILOTO HIDRÁULICO

O O MOTORES HIDRÁULICO ~ ACUMULADOR Y NEUMÁTICO CARGADO POR ~ PILOTO NEUMÁTICO UNIDIRECCIONALES RESORTE

O O MOTORES HIDRÁULICO

8 ~ SOLENOIDE Y NEUMÁTICO ACUMULADOR

O PILOTO NEUMÁTICO BIDIRECCIONALES CARGADO POR PESO

0 ~ SOLENOIDE MOTOR ELÉCTRICO -CJ DEPÓSITO Y PILOTO NEUMÁTICO

Figura C-1. Símbolos gráficos hidráulicos y neumáticos.

C-2

Símbolos gráficos hidráulicos y neumáticos

VÁLVULAS DE CONTROL

SíMBOLO SIMPLIFICADO DE LA VÁLVULA DE INTERRUPCiÓN

VÁLVULA DE RETENCiÓN

VÁLVULA DE LÓGICA O

VÁLVULA DE LÓGICA Y

VÁLVULA DE ESCAPE RÁPIDO

INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS

MANÓMETRO

TERMÓMETRO

CAUDALÍMETRO

PRESOSTATO

SILENCIADOR

GENERADOR DE VAcío

COLCHÓN DE AIRE

VÁLVULAS DE CONTROL DE FLUJO CILINDROS

)¡I(

~ ~

~J w

~.., : I : I W ---'

~J

I I

~ll ll ll~ VÁLVULA DE AGUJA RESORTE DE íJ'VVV RETROCESO

DE SIMPLE ACCiÓN

VÁLVULA DE CONTROL I

I I

I DE FLUJO I LADO SIMPLE DEL VÁSTAGO DE DOBLE ACCiÓN

VÁLVULA DE CONTROL I I LADO DOBLE

DE FLUJO

I I I DEL VÁSTAGO COMPENSADA DE DOBLE ACCiÓN POR PRESiÓN

VÁLVULAS DE CONTROL DE PRESiÓN

VÁLVULA SECUENCIAL HIDRÁULICA

VÁLVULA REDUCTORA DE PRESiÓN HIDRÁULICA

VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESiÓN HIDRÁULICA

ACCESORIOS DE LÍNEA

VÁLVULA SECUENCIAL NEUMÁTICA

VÁLVULA REDUCTORA DE PRESiÓN NEUMÁTICA

VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESiÓN NEUMÁTICA

VÁLVULA DE DE DESCOMPRESiÓN DE AIRE NEUMÁTICA

SíMBOLO COMPUESTO DEL FILTRO, MANÓMETRO, REGULADOR Y LUBRICADOR

SíMBOLO SIMPLIFICADO DEL FILTRO, MANÓMETRO, REGULADOR Y LUBRICADOR

Figura C-2. Símbolos gráficos hidráulicos y neumáticos (continuación).

Bibliografía

Hedges, Charles S. , Electrical Control of Fluid Power, tercera edición, Dalias, Texas: Womaek Edueational Publieations, Department of Womaek Maehine Supply Company, 1987.

ISBN 0-9605644-9-7

Johnson, Jaek L., Basic Electronics for Hydraulic Motion Control, Cniveland, Ohio: Penton Publishing Ine., 1992.

ISBN 0-932905-07-2

Liptak, Bela G., Instrument Engineers' Handbook: Process Control, tercera edición, Pennsylvania: Chilton Book Company, 1995.

Shinskey, Greg F., Process Control $ystems, tercera edición, New York: MeGrawHill Ine., 1988.

FLUIDOS APLICACIONES DE HIDRÁULICA CONTROL SERVO PROPORCIONAL 31745-02 Primera edición: Mayo de 2002 Impreso: Febrero de 2004

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