Inform Lab 14

LABORATORIO DE CONTROL AUTOMÁTICO II

CONTROL AUTOMÁTICO II

LABORATORIO Nº 14

CONTROL DE RAZON

INFORME

GRUPO 6:

CUADROS CUADROS, César Jesús

ÑAUPARI SANTIVAÑEZ, Juan Luis

PASCUAL CHAPILLIQUEN, Jhonatan Hairo

SALGADO BAZAN, Franco Armando

Grupo: C15 – 5 - B

Profesor: Rojas Moreno, Arturo

Semana XIV

Fecha de entrega: 24 de junio

2011 – I

ÍNDICE

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INTRODUCCIÓN........................................................................3

RESULTADOS............................................................................................4

INSTRUMENTOS UTILIZADOS.................................................................4

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO......................................................4

DIAGRAMA DEL PROCESO REAL.............................................................4

PRUEBA DEL FEEDBACK.........................................................................5

PRUEBA DEL CONTROL DE RAZÓN.........................................................6

CURVA CARACTERISTICA........................................................................7

FUNCIÓN DE TRANFERENCIA..................................................................9

VALORES DEL CONTROLADOR.............................................................10

SIMULACIÓN.........................................................................................11

SIMULACIÓN CON POST PROCESAMIENTO...........................................12

OBSERVACIONES....................................................................13

CONCLUSIONES......................................................................13

RECOMENDACIONES...............................................................14

APLICACIÓN...........................................................................15

REFERENCIAS.........................................................................16

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INTRODUCCIÓN

En el siguiente informe se plasmara lo realizado en el laboratorio. Primero veamos un pequeño concepto de lo que es la estrategia de razón, relación , proporción o ratio estos nombres nos dan la misma estrategia, esta estrategia nos sirve para controlar una variable secundaria en relación directa a otra variable llamada primaria, por ejemplo cuando se debe mezclar dos corrientes de líquidos, que pueden ser pintura para poder luego sacar un tono de color diferente, donde un líquido es de color rojo, el otro blanco y el producto final sea un tono de rosado. Aquí la relación es:

R=ROJO/BLANCO

En primer lugar existe una variable controlada y otra no controlada, esta última nos servirá como referencia, la cual será censada y transmitida por un transmisor de flujo hacia la estación de razón y posteriormente hacia el controlador, aquí le llegara como un SP , lo cual nos servirá como referencia para la variable controlada.

También aunque en este laboratorio no se trata de normas ISA-S5.4: diagramas de Lazo de Instrumentos.

“Es un estándar que establece el procedimiento a seguir para escribir los lazos de instrumentación de procesos. Para ello se definen los símbolos, formatos de conexión de borneras y diagramas de alimentación eléctrica y descripción de los planos donde se plasman estos diagramas.”1

1 http://cicunexpo-instrumentacion1.blogspot.com/2006/03/tema-i-normalizacion-industrial-en.html

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RESULTADOS

INSTRUMENTOS UTILIZADOS

Controlador SIPART DR20 Transmisor de Flujo YOKOGAWA MODELO AXF025G (0 - 10 l/min 4-

20 mA) Transmisor de Flujo OMEGA (0 - 11,25 l/min

4-20 mA) Válvula Electrónica BUSCHJOST (0%-100% abertura 0 - 20

mA) Bomba Centrifuga PEDROLLO

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

Fig. Diagrama del Proceso

DIAGRAMA DEL PROCESO REAL

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Fig. Diagrama del proceso real

PRUEBA DEL FEEDBACK

Tenemos que obtener la F.T del proceso para la simulación posterior en MATLAB. Para la realización de este paso, colocamos el controlador en realimentación.

S1=0 (Feedback) LA=0 %S3=1 (60 Hz) LE=100 %S4=1 (entrada AE1 de 4-20 mA) SA=0%

SE=100%Colocamos el controlador en manualy realizamos un escalón del

OUT (%) para crear un escalón del PV (%).

Proceso en lazo abierto. Escalón de OUT de 30 a 50%.

PV1: 50 % 5,08 l/min PV2: 71,5 % 7,29 l/min OUT1: 30 % 8,8 mA OUT2: 50 % 12 mA

El retardo del PV con respecto al OUT es pequeño, debido a que la válvula presenta dimensiones bajas.

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OJO: El software utilizado para la obtención de las gráficas de los parámetros del proceso (SP, PV y OUT) es el Lookout de National Instruments.

PRUEBA DEL CONTROL DE RAZÓN

Colocamos el controlador con los siguientes parámetros y estructuras:

S1:7 (Control de Razón) Uu:5S3:1 (60 Hz) Cp:1 (Ganancia Proporcional)S4:1 (AE1, 4-20 mA) tn:60 (Ganancia Integrativa)S5:1 (AE2, 4-20 mA) LA:0S10:-1 LE:1S21:-1 SA:0,5 (Límite inferior del SP - Factor de razón)S22:1 SE:1,5 (Límite superior del SP – Factor de Razón)S28:0S37:0S47:1

Luego de colocar las estructuras y parámetros, controlar el proceso poniendo el SP a 0,5. Esto me indicará el factor de razón del

proceso.

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En este gráfico se muestra el comportamiento de la PV cuando el factor de razón varía de 0,5 a 0,8. Además

En este caso hemos utilizado un control PI (teniendo en cuenta que el tipo de control más apropiado para el proceso de flujo es el I), utilizando:

Kc=1 (bajo) Ti=60(el cual se mejorará en el post-procesamiento)

Ki=0,017

Hay que tener en cuenta que la salida del controlador SIPART DR20 para realizar un modo de control de PI es:

yA=K p( xd+ 1T n∫0

t

xd . dx )+ yo (t )

Dónde:

yA=OUT (Salidadel controlador)

xd=SP(Valor deconsigna)−PV (Variable del Proceso)

T n=T i(Tiempo Integrativo)

yo (t )=Manual Reset

CURVA CARACTERISTICA

Realizamos este paso previamente a la sintonía para ver el comportamiento de nuestro PV con respecto a la salida (OUT). Esto nos ayuda en la identificación del modelo del proceso de flujo ya que mediante esto, podemos ver la parte lineal del proceso para realizar el escalón.

OUT (%) PV (%%)0 05 0

10 015 3.8520 20 (no constante)25 38.930 49.635 57.740 48.3

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45 60.550 71.755 81.660 92.470 10075 10080 10085 10090 10095 100

100 100

Tabla Datos de OUT y PV

Fig. Curva Característica del Proceso Real

Apreciamos que el PV tiene un comportamiento no correspondiente a una curva normal desde el valor de 35 hasta 40%. Esto puede deberse a un mal funcionamiento de la válvula (actuador) o del circuito electrónico de la misma. También puede deberse a que en ese punto, el tubo se llena completamente de agua por lo que el valor

del PV (flujo) se rectifica.

Fig. Posible Causa del comportamiento de la válvula.

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Para la simulación es preferible tener una curva característica lineal.

Fig. Curva Característica del proceso (corregido)

FUNCIÓN DE TRANFERENCIA

En la primera parte se realizó un escalón al OUT en estrategia de realimentación, de lo q se obtuvo estos datos:

OUT (%) PV (%) q (l/min) I (mA)30 50 5,08 650 71,5 7,29 10

Tabla. Escalón

Debido a que el proceso es de flujo, se sabe que su función de transferencia es una constante.

Proceso:

∆PV∆OUT

7,29−5,0810−6

=0,5525

K p=0,5525

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Kp


VALORES DEL CONTROLADOR

Primero realizaremos la experiencia con los valores reales puestos en el controlador:

Kc= 1 Ti= 60 seg (I=0,017)

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SIMULACIÓN

Fig. Diagrama Simulink

El escalón es debido a la variación del factor de razón de 0,5 a 0,8.

Colocamos una constante que representa el PV del flujo no controlado. En este caso utilizamos 10(l/min) para la posible comparación de los valores reales obtenidos en el laboratorio.

El proceso es representado mediante una constante debido a que es un control de flujo.

La función de transferencia de la válvula es indiferente para nosotros ya que sus dimensiones son muy pequeñas por lo que su retardo también es ignorado.

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SIMULACIÓN CON POST PROCESAMIENTO

Los valores de los parámetros del controlador son:

Modo de control: I

I= 1TiTi=0,02

Apreciamos que se cumple el valor del factor de razón aplicado al proceso en ambos casos (0,5 y 0,8). Además se cumple que el mejor modo de control para procesos de flujo es un I (puede ser PI).

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En MATLAB:

OUT=P(1+ I ( 1s )+Ds)Por lo tanto:

PI: P=Kc

I= 1T i

D=T D

Flujo no Controlado

Flujo Controlado

Factor de Razón


OBSERVACIONES

Tener en cuenta que solo se está controlando a uno de los flujos mientras el otro tan solo es medido, este flujo es conocido como “flujo salvaje”.

Logramos determinar la función de transferencia del proceso realizado durante el laboratorio.

Logramos implementar un control de razón utilizando al controlador SIPART DR20.

Optimizamos los valores de ganancia proporcional, acción integrativa y derivativa a fin de conseguir mejores valores de sintonía.

Debido a que el flujo no controlado máximo era de 11,25 l/min y el flujo controlado máximo era de 10 l/min, los valores esperados en el proceso presentaban errores (mínimos).

Si: FNC=10l/min

Entonces FC= 4,7 l/min (el valor esperado debería haber sido de 5 l/min).

CONCLUSIONES

Verificamos el funcionamiento de un proceso utilizando la técnica de control en razón utilizando al controlador SIPART DR20.

Verificamos que todas las estructuras y parámetros indicados en la guía de laboratorio estén configuradas en el controlador.

Utilizamos el control de razón para poder controlar la relación de dos flujos distintos en función del factor de razón seleccionado.

Comprobamos que al variar la razón entre ambos flujos, el flujo controlado intenta adecuarse rápidamente.

Obtuvimos la función de transferencia del proceso realizando un escalón en el SP y observando la variación producida en la salida del controlador.

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RECOMENDACIONES

Verificar la configuración del controlador antes de realizar los cambios de carga.

Se recomienda revisar constantemente los cables que conectan al controlador con los transmisores.

Revisar la clase de control en razón antes de realizar el laboratorio en clase.

Es preferible analizar la conexión del SIPART DR20, cuando se requiere que trabaje como un controlador de Razón (ver figura

siguiente).

Fig. Diagrama de Conexiones

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APLICACIÓN

El Control de razón lo podemos aplicar en la industria para la fabricación de pinturas, por ejemplo para obtener un color especifico “C”, se necesita combinar dos colores bases “A” y “B”, pero estos colores bases tienen una relación de 1 a 4 (R=1/4) para obtener dicho color “C”, en este caso se aprovecha el flujo para poder aplicar esta relación.

Podremos implementar esta estrategia de control usando un controlador DR20, dos transmisores e indicadores de flujo y una válvula de control. Así como lo visto y experimentado en el presente laboratorio de razón, el cual nos permitió tener en cuenta las diversas aplicaciones que se le puede dar a esta estrategia de control.

Fig. Proceso de fabricación de pintura

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REFERENCIAS

[1]Guía de Laboratorio 08 de Control Automático II, V ciclo, Otras

estrategias de control, control en cascada/ profesor Arturo Rojas.

[2]http://www.disa.bi.ehu.es/spanish/asignaturas/17212/T7%20Estructuras

%20Avanzadas%20Cascada.pdf

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