PRÁCTICAS VÍA INTERNET Maqueta industrial de 4...

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(Supervisión, Control y Automatización)

Universidad de León

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PRÁCTICAS VÍA INTERNET

Maqueta industrial de 4 tanques

Manejo de la Interfaz

Laboratorio Remoto de Automática de la Universidad de León. http://lra.unileon.es

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0. INTRODUCCIÓN

En este documento se describe el entorno desarrollado con EJS para la Maqueta Industrial de 4

tanques. La aplicación tiene tres partes bien diferenciadas (Figura 1). En la parte de la izquierda

(que se denominará a partir de ahora ventana de representación) se puede observar el sinóptico de la

maqueta. En la parte de la derecha (que se denominará ventana de evolución) se muestran las

gráficas de evolución de las principales variables de la maqueta, así como la información de tipo

numérico. En la parte superior (que se denominará a partir de ahora barra de menús) aparecen

botones para diferentes controles sobre la simulación.

Fig. 1 Aplicación EJS de la Maqueta Industrial de 4 tanques


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1. VENTANA DE REPRESENTACIÓN DEL SISTEMA

En la parte superior de esta ventana se puede observar un esquema de la Maqueta Industrial de 4

Tanques. Algunos de los elementos que forman este esquema son dinámicos y muestran la

variación de la variable a la que hacen referencia de acuerdo con la simulación que se esté llevando

a cabo. Por ejemplo, el nivel de los tanques se representa por unos rectángulos de altura variable.

Para aclarar cuáles son los distintos tanques, se explican a continuación:

• Tanque 1 à Tanque inferior izquierdo • Tanque 2 à Tanque inferior derecho • Tanque 3 à Tanque superior izquierdo • Tanque 4 à Tanque superior derecho

En la parte inferior hay un panel con una serie de botones (CONTROL, PID_SISO y PID_MIMO)

que se van a utilizar para actuar sobre el sistema, y que serán descritos con más detalle a

continuación.

1.1 Pestaña de Control

En la pestaña CONTROL se proporciona un conjunto de sliders, o barras de desplazamiento, así

como una serie de botones que permiten definir diversas situaciones en la dinámica del proceso (por

ejemplo, parar la simulación o actuar sobre las electroválvulas de los desagües de los depósitos).

A continuación se describen las barras de deslizamiento existentes:

• Variador de frecuencia bomba izquierda → Varía la consigna del variador de frecuencia

de la bomba situada a la izquierda del circuito del proceso de 0% a 100%. De esta forma se

puede variar el caudal que llega a la válvula.

• Variador de frecuencia bomba derecha → Varía la consigna del variador de frecuencia de

la bomba situada a la derecha del circuito del proceso de 0% a 100%. De esta forma se

puede variar el caudal que llega a la válvula.


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• Válvula izquierda → Esta válvula neumática de 3 vías tiene una característica lineal e

isoporcentual y permite repartir el agua que le llega de la bomba izquierda hacia los tanques

1 y 4, dependiendo del valor que tome entre 0% y 100%. El 0% representa que todo el agua

va hacia el tanque 1 y el 100% todo hacia el tanque 4. Los valores intermedios reparten agua

a los dos tanques.

• Válvula derecha → Esta válvula neumática de 3 vías tiene una característica lineal e

isoporcentual y permite repartir el agua que le llega de la bomba izquierda hacia los tanques

2 y 3, dependiendo del valor que tome entre 0% y 100%. El 0% representa que todo el agua

va hacia el tanque 2 y el 100% todo hacia el tanque 4. Los valores intermedios reparten agua

a los dos tanques.

• Pulsadores electroválvulas → Son pulsadores de accionamiento de las electroválvulas

Todo-Nada que están situadas en la parte inferior de cada tanque. Al pulsar se abren las

válvulas, aumentando el caudal de evacuación de cada tanque.

Fig. 2 Pestaña CONTROL de la Interfaz

Debajo de los pulsadores de las electroválvulas existe una nueva línea de botones, que es común a

todas las pestañas que permiten al usuario controlar las principales operaciones relativas a la

evolución del sistema. En concreto se pueden realizar las siguientes acciones:

• Iniciar → Inicia la simulación.

• Parar → Detiene la simulación.

• Reiniciar → Reinicia la simulación.


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1.2 Pestaña PID_SISO

En esta pestaña se realiza el control SISO (Single Input Single Output), que actúa sobre el nivel del

tanque 1. Este modo deshabilita el poder actuar sobre el deslizador del variador de frecuencia de la

bomba izquierda, ya que esto lo hace el PID.

En la pestaña PID_SISO (Figura 3) se proporcionan tres campos numéricos que permiten variar los

parámetros del controlador PID del lazo de nivel y otro para introducir una consigna (Setpoint) para

el nivel del tanque 1. Se puede, por tanto, variar el valor de la ganancia proporcional (Kp), el tiempo

integral (Ti) y el tiempo derivativo (Td). Inicialmente tendrán asignados los valores de cero.

Fig. 3 Pestaña PID_SISO de la Interfaz

1.3 Pestaña PID_MIMO

En esta pestaña se realiza el control MIMO (Multiple Input Multiple Output), que actúa sobre el

nivel de los tanques 1 y 2. En este modo se deshabilitan los dos deslizadores de las bombas, que se

controlan con los dos PID implementados.

En la pestaña PID_MIMO (Figura 4) se proporcionan cuatro campos numéricos para cada uno de

los dos PID implementados. Tres campos numéricos que permiten variar los parámetros del

controlador PID y otro para introducir una consigna (Setpoint) para el nivel. Se puede, por tanto,

variar el valor de la ganancia proporcional (Kp), el tiempo integral (Ti) y el tiempo derivativo (Td).

Inicialmente tendrán asignados los valores de cero.


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También aparece un botón para cruzar las señales de los PID. Este botón se deberá usar en el caso

de que las válvulas estén abiertas con un valor alto (superior al 60%) para que el control sea eficaz.

Fig. 4 Pestaña PID_MIMO de la Interfaz

2. VENTANA DE EVOLUCIÓN DEL SISTEMA

A la derecha de la ventana de representación aparece lo que se conoce como ventana de evolución

del sistema en la que se muestra como su propio nombre indica la evolución de las principales

variables del proceso (Figura 1).

2.1 Gráficas de la ventana de evolución

En esta ventana se encuentran dos pestañas con dos gráficas cada una, en las que se recoge la

evolución de las variables más importantes del proceso: Consigna de la bomba y de la válvula y los

niveles de los tanques.

En una de las pestañas, la que tiene la etiqueta de: “Nivel Tanques 1 y 4”, podemos ver

representadas a lo largo del tiempo las variables implicadas en el lazo que está afectado por la

bomba izquierda. Éstas son los niveles de los tanques 1 (azul) y 4 (rojo) en la gráfica superior y la

consigna de la bomba (azul) y la válvula (rojo) izquierdas en la inferior.


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Fig. 5 Gráficas para el control de nivel de los tanque 1 y 4

En la otra pestaña, la de la etiqueta “Niveles Tanques 2 y 3”, se representan las variables

correspondientes al lazo controlado por la bomba derecha. En la gráfica superior se representan los

niveles de los tanques 2 (azul) y 3 (rojo) y en la inferior la consigna de la bomba (azul) y válvula

(rojo) de la parte derecha.


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Fig. 6 Gráficas para el control de nivel de los tanque 1 y 4

Debajo de las pestañas se muestran un conjunto de campos numéricos que indican el valor de las

distintas variables de interés de la maqueta industrial de 4 tanques.

En concreto están disponibles los siguientes campos:

• Nivel Tanque (1, 2, 3 ó 4) → Muestra el valor en cada instante del nivel del tanque

expresado en porcentaje (%).


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• Bomba (Izquierda o Derecha) → Muestra el valor en cada instante de la velocidad cada

bomba expresada en porcentaje (%).

• Válvula (Izquierda o Derecha) → Muestra el valor en cada instante de la apertura de la

válvula expresada en porcentaje (%).

Fig. 7 Variables de interés del Sistema

3. Barra de Menús

3.1 Idiomas

En la parte izquierda de la barra de menús, aparece el panel desplegable para seleccionar el idioma

en el que quieres que aparezcan los textos de la simulación. (Figura 8).

Por defecto todos los textos aparecen en español, pero pulsando en el botón de inglés se cambian.

Fig. 8 Panel de selección de idioma

3.2 Control

En la misma barra de menús la que se encuentra la opción de idiomas pero a la derecha de ésta, se

encuentra la opción Control (Figura 9), cuyo menú desplegable permite realizar tres posibles

acciones sobre el sistema. Dichas acciones son las siguientes:


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• Control Manual → Permite que el sistema trabaje en modo manual, es decir, el usuario

puede ajustar los valores de los diferentes actuadores que existen en la maqueta. Para ello se

disponen los sliders y pulsadores en la pestaña CONTROL antes comentados

• Control PID_SISO → Permite que el sistema pase a estar gobernado por el controlador PID

de nivel del tanque 1, el cual manipula el variador de frecuencia que acciona la bomba

izquierda. Notar que al seleccionar esta opción, queda deshabilitados el slider de la pestaña

CONTROL correspondiente a la bomba izquierda. También destacar que solamente puede

estar activo un modo de control (Control Manual, Control PID_SISO o Control

PID_MIMO) a la vez.

• Control PID_MIMO → Permite que el sistema pase a estar gobernado por los controladores

PID de los niveles de los tanques 1 y 2, los cuales manipulan los variadores de las dos

bombas. Notar que al seleccionar esta opción, quedan deshabilitados todos los sliders de

control de las bombas de la pestaña CONTROL. También destacar que solamente puede

estar activo un modo de control (Control Manual, Control PID_SISO o Control

PID_MIMO) a la vez.

Fig. 9 Panel de selección del modo de control

3.3 Descargar

En el menú desplegable de “Descargar” aparece el botón de “Descargar Datos” (Figura 10). Al

pulsarlo se muestra un cuadro de guardado como el de la figura 11. En este cuadro seleccionas

donde quieres guardar los datos que se descargan. Estos datos son:

• Tiempo • Valor de los variadores de las dos bombas • Valor de apertura de las dos válvulas • Valor de todos los niveles


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Fig. 10 Descarga de datos

Fig. 11 Cuadro de diálogo para guardar

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