Instrumentación

Lopez Lopez Eduardo Mihael turno: vespertino 6to semestre

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA

Practica 1

Materia:

Instrumentación

Asesor:

ing. Floriberto Canseco de la rosa

Alumno:

Lopez lopez Eduardo Mihael

Practica 1: giro de un motor

Introducción:

En esta práctica se ha requerido de los conceptos acerca de los motores para finalizar clasificando los tipos de averías que pueden presentar y la forma como debemos identificarlas.

En ocasiones, la rutina no aleja del rigor técnico, por eso, es necesario volver, de vez en cuando, al concepto teórico; fuente segura de conocimientos básicos para la manipulación de los equipos, cuyo mejor aprovechamiento debemos garantizar.

Hablemos pues de motores trifásicos, síncronos y asíncronos, principio de funcionamiento. el motor mismo es el fundamento de toda industria y sus principios básicos nos acercan al origen de todo movimiento, fuerza y velocidad.

Si a una red trifásica r-s-t, le conectamos un bobinado estatórico en triángulo y bobinamos todos los polos siguientes en el mismo sentido las polaridades serán distintas en cada par de polos diametralmente opuestos.

Esto es igualmente válido para una conexión en estrella. la intensidad del campo de cada una de las bobinas depende de la corriente que circula por ella y en consecuencia por la fase que le corresponde el campo de cada bobina aumenta o disminuye siguiendo la fluctuación de la curva (perfectamente sinodal) de la corriente que circula por su fase como sea que las corrientes de una red trifásica están desfasadas 120° entre sí, es natural que las bobinas actúen también con un desfasaje de 120° la acción simultánea de las corrientes de cada fase al actuar sobre las bobinas produce un campo magnético giratorio y allí tenemos el principio de un motor de c.a.

objetivo:

Observar el giro de un motor después de una señal de impulso.

marco teórico:

motor eléctrico trifásico

es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica. la energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator (o parte fija del motor).los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (hp), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc.

principio de funcionalidad

cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce corriente en las barras del rotor.dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un par motor que pondrá en movimiento al rotor dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica.

solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa a este fenómeno se le llama deslizamiento.después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento, y así sucesivamente de esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio.es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico el deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor.

los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.el conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que

provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor..

partes y funcionamiento

Independientemente del tipo de motor trifásico del que se trate, todos los motores trifásicos convierten la energía eléctrica en energía mecánica.

el estator: está constituido por un enchapado de hierro al silicio, introducido generalmente a presión, entre una carcasa de hierro colado. el enchapado es ranurado, lo cual sirve para insertar allí las bobinas, que a su vez se construyen con alambre de cobre, de diferentes diámetros.

el rotor: es la parte móvil del motor. está formado por el eje, el enchapado y unas barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. a este tipo de rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las barras que son de aluminio, forman en realidad una jaula.

los escudos: están hechos con hierro colado (la mayoría de veces). en el centro tienen cavidades donde se incrustan cojinetes de bolas sobre los cuales descansa el eje del rotor. los escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator, porque de ello depende que el rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o "fricciones".

Desarrollo de la práctica

materiales:

un motor una computadora conectores (los requeridos para el sistema) protección sistema de arranque

1.- en el primer paso se conectaron las líneas para poder arrancar el motor como se ve en la imagen.

2. después se coloca una protección para el motor ya que sin ella se puede dañar el motor.

3. en la siguiente imagen se muestra ya el circuito completamente montado y el motor en función.

conclusión

Podemos concluir que con el circuito preciso podemos llegar a efectuar el giro del motor, con una debida protección, a causa de un voltaje no requerido en sistema eléctrico, y con ello lograr nuestro objetivo, analizando por fase para evitar una mala conexión.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA

Practica 2

Materia:

Instrumentación

Asesor:

ing. Floriberto Canseco de la rosa

Alumno:

Lopez lopez Eduardo Mihael

Practica 2:

Inversión de giro de un motor

Introducción:

en esta práctica se pretende mostrar el giro de un motor tanto a la derecha como a la izquierda.

un motores trifásicos, síncronos y asíncronos, principio de funcionamiento. el motor mismo es el fundamento de toda industria y sus principios básicos nos acercan al origen de todo movimiento, fuerza y velocidad.

si a una red trifásica r-s-t, le conectamos un bobinado estatórico en triángulo y bobinamos todos los polos siguientes en el mismo sentido las polaridades serán distintas en cada par de polos diametralmente opuestos.

esto es igualmente válido para una conexión en estrella. la intensidad del campo de cada una de las bobinas depende de la corriente que circula por ella y en consecuencia por la fase que le corresponde el campo de cada bobina aumenta o disminuye siguiendo la fluctuación de la curva (perfectamente sinodal) de la corriente que circula por su fase como sea que las corrientes de una red trifásica están desfasadas 120° entre sí, es natural que las bobinas actúen también con un desfasaje de 120° la acción simultánea de las corrientes de cada fase al actuar sobre las bobinas produce un campo magnético giratorio y allí tenemos el principio de un motor de c.a.

objetivo:

visualizar la inversión de giro de un motor en el laboratorio de eléctrica.

marco teórico:

motor eléctrico trifásico

es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica la energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator (o parte fija del motor).los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (hp), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 hz) normalizadas y

muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc.

principio de funcionamiento

cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce corriente en las barras del rotor.dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un par motor que pondrá en movimiento al rotor dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica.

solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa a este fenómeno se le llama deslizamiento.después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento, y así sucesivamente de esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio.es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico el deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor.

los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.el conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

partes y funcionamiento

independientemente del tipo de motor trifásico del que se trate, todos los motores trifásicos convierten la energía eléctrica en energía mecánica.

el estator: está constituido por un enchapado de hierro al silicio, introducido generalmente a presión, entre una carcasa de hierro colado. el enchapado es ranurado, lo cual sirve para insertar allí las bobinas, que a su vez se construyen con alambre de cobre, de diferentes diámetros.

el rotor: es la parte móvil del motor. está formado por el eje, el enchapado y unas barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. a este tipo de rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las barras que son de aluminio, forman en realidad una jaula.

los escudos: están hechos con hierro colado (la mayoría de veces). en el centro tienen cavidades donde se incrustan cojinetes de bolas sobre los cuales descansa el eje del rotor. los escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator, porque de ello depende que el rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o "fricciones".

desarrollo de la práctica

materiales:

un motor una computadora conectores (los requeridos para el sistema) protección dos sistema de arranque

1.- en el primer paso se conectaron las líneas para poder arrancar el motor como se ve en la imagen.

2. después se coloca una protección para el motor ya que sin ella se puede dañar el motor.

3. en la siguiente imagen se muestra ya el circuito completamente montado y el motor en función invirtiendo el giro.

conclusión

podemos concluir que con el circuito preciso podemos llegar a efectuar la inversión del giro del motor, con una debida protección, a causa de un voltaje no requerido en sistema eléctrico, y con ello lograr nuestro objetivo, analizando por fase para evitar una mala conexión.

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Practica 3

Materia:

Instrumentación

Asesor:

ing. Floriberto Canseco de la rosa

Alumno:

Lopez lopez Eduardo Mihael

sistemas de presión

presión atmosferica:

la presión atmosférica es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire sobre

la superficie terrestre.

la presión atmosférica en un punto coincide numéricamente con el peso de una

columna estática de aire de sección recta unitaria que se extiende desde ese punto

hasta el límite superior de la atmósfera como la densidad del aire disminuye conforme

aumenta la altura, no se puede calcular ese peso a menos que seamos capaces de

expresar la variación de la densidad del aire ρ en función de la altitud z o de la

presión p.

la presión atmosférica en un lugar determinado experimenta variaciones asociadas

con los cambios meteorológicos por otra parte, en un lugar determinado, la presión

atmosférica disminuye con la altitud, como se ha dicho. la presión atmosférica decrece

a razón de 1 mmhg o torr por cada 10 m de elevación en los niveles próximos al del

mar en la práctica se utilizan unos instrumentos, llamados altímetros, que son

simples barómetros aneroides calibrados en alturas

la presión atmosférica también varía según la latitud la menor presión atmosférica al

nivel del mar se alcanza en las latitudes ecuatoriales. ello se debe al abombamiento

ecuatorial de la tierra: la litósfera está abultada en el ecuador terrestre, mientras que la

hidrósfera está aún más abultada por lo que las costas de la zona ecuatorial se

encuentran varios km más alejadas del centro de la tierra que en las zonas templadas

y, especialmente, en las zonas polares y, debido a su menor densidad, la atmósfera

está mucho más abultada en el ecuador terrestre que la hidrósfera, por lo que su

espesor es mucho mayor que el que tiene en las zonas templadas y polares

presion absoluta:

en determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino

como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión

relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica.

consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica (pa) más la presión

manométrica (pm) (presión que se mide con el manómetro).

unidades de medida, y presion

la presión atmosférica media es de 101 325 pascales (101,3 kpa), a nivel del mar, donde 1 atm = 1,01325 bar = 101325 pa = 1,033 kgf/cm² y 1 m.c.a = 9,81 kpa.

Medidores de presión

Instrumento para medir la presión atmosférica, es decir, la fuerza por unidad de

superficie ejercida por el peso de la atmósfera como en cualquier fluido esta fuerza se

transmite por igual en todas las direcciones la forma más fácil de medir la presión

atmosférica es observar la altura de una columna de líquido cuyo peso compense

exactamente el peso de la atmósfera un barómetro de agua sería demasiado alto para

resultar cómodo el mercurio, sin embargo, es 13,6 veces más denso que el agua, y la

columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica normal tiene una altura de

sólo 760 milímetros.

Evidencia de laboratorio:

en el laboratorio de ingeniería química se encuentran diferentes sistemas de presión

los cuales son medidos con los diferentes manómetros los cuales toman distintas

medidas de la presión que existe en el sistema.

manometro:

este medidor de presion nos da resultados de kilogramos/centimetro cuadrado de presion.

manometro:

este medidor de presion nos da resultados de libras /pulgada cuadrada de presión.

Sistema de presión de gas el cual emplea medidores de presión de diferentes lecturas de su sistema así como medidores de temperatura.

Ubicado en el laboratorio de ingenieria quimica y usado para prácticas de alto nivel de exigencia de precisión

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Practica 4

Materia:

Instrumentación

Asesor:

ing. Floriberto Canseco de la rosa

Alumno:

Lopez lopez Eduardo Mihael

PRACTICA 4: CONTROLADOR EN CASCADA

En éste informe se tiene como objetivo presentar una de las técnicas que se han desarrollado, y frecuentemente utilizado, con el fin de mejorar el desempeño del control que se logra por medio del control por retroalimentación, el cual es válido en un gran número de aplicaciones, sin embargo en muchas de ellas la sintonización del regulador se hace complicada, y los resultados que se pueden llegar a obtener no son enteramente satisfactorios.

1. Concepto de control en cascada:

Se define como la configuración donde la salida de un controlador de realimentación es el punto de ajuste para otro controlador de realimentación, por lo menos. Más exactamente, el control de cascada involucra sistemas de control de realimentación o circuitos que estén ordenados uno dentro del otro.

Existen dos propósitos para usar control cascada:

1. Eliminar el efecto de algunas perturbaciones haciendo la respuesta de regulación del sistema más estable y más rápida.

2. Mejorar la dinámica del lazo de control.

2. Estructura

La estructura de control en cascada tiene dos lazos un lazo primario con un

controlador

primario también llamado “maestro” K1(s) y un lazo secundario con un controlador secundario también denominado “esclavo”K2(s), siendo la salida del primario el punto de consigna del controlador secundario La salida del controlador secundario es la que actúa sobre el proceso

Figura2. Estructura del controlador en cascada.

3. Ventajas del control en cascada

a) Produce estabilidad en la operación

b) Las perturbaciones en el lazo interno o secundario son corregidas por el controlador secundario, antes de que ellas puedan afectar a la variable primaria.

c) Cualquier variación en la ganancia estática de la parte secundaria del proceso es compensada por su propio lazo.

d) Las constantes de tiempo asociadas al proceso secundario son reducidas drásticamente por el lazo secundario.

e) El controlador primario recibe ayuda del controlador secundario para lograr una gran reducción en la variación de la variable primaria.

f) Es menos sensible a errores de modelado.

g) Incremento de la capacidad de producción.

4. Limitaciones de aplicación del control en cascada

a) Es aplicable solo cuando pueden obtenerse mediciones de variables adicionales de proceso.

b) Requiere medir las perturbaciones en forma explícita, y además es necesario un modelo para calcular la salida del controlador.

c) En algunas aplicaciones la variable controlada no puede medirse y la realimentación no puede realizarse.

5. Diseño de Control en Cascada

Los criterios para el diseño de control en cascada son:

Puede ser considerado:

1. Cuando el control realimentado simple no provee un desempeño satisfactorio a lazo cerrado.

2. La medida de la variable es disponible.

La variable secundaria debe satisfacer los siguientes criterios:

1. Debe indicar la ocurrencia de una importante perturbación.

2. Debe haber una relación causal entre la variable manipulada y la segunda variable. La variable secundaria debe tener una dinámica más rápida que la variable primaria. Típicamente tp (tiempo pico) debe ser mayor que 3ts (constante de tiempo del proceso secundario).

6. Implementación de Controlador en Cascada

Consideraciones Principales para la Implementación de Control en Cascada.

Una cuestión importante en la implementación de control en cascada es cómo encontrar la variable secundaria controlada más ventajosa, es decir, determinar cómo el proceso puede ser mejor dividido. La selección de la variable controlada secundaria es tan importante en un sistema de control en cascada que es muy útil formalizar algunas reglas que ayuden a la selección.

Regla 1.- Diseñar el lazo secundario de manera que contenga las perturbaciones más serias.

Regla 2.- Hacer el lazo secundario tan rápido como sea posible incluyendo solamente los menores retrasos del sistema completo de control.

Regla 3.- Seleccionar una variable secundaria cuyos valores estén definidamente y fácilmente relacionados a los valores de la variable primaria.

Regla 4.- Incluir en el lazo secundario tantas perturbaciones como sea posible, manteniéndolo al mismo tiempo, relativamente rápido.

Regla 5.- Escoger una variable secundaria de control que permita al controlador secundario operar a la ganancia más alta posible (la más baja banda proporcional). Esto es difícil de predecir.

Implementación del sistema de cascada.

PRACTICA 5: CONTROLADOR DE NIVEL DE AGUA CON PID

Implementación del controlador de nivel de agua mediante PID.

Un controlador PID es un mecanismo de control por realimentación ampliamente usado en sistemas de control industrial. Este calcula la desviación o error entre un valor medido y un valor deseado.

El algoritmo del control PID consiste de tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional depende del error actual. El Integral depende de los errores pasados y el

Derivativo es una predicción de los errores futuros. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso por medio de un elemento de control como la posición de una válvula de control o la potencia suministrada a un calentador.

Cuando no se tiene conocimiento del proceso, históricamente se ha considerado que el controlador PID es el controlador más adecuado. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer una acción de control diseñado para los requerimientos del proceso en específico. La respuesta del controlador puede describirse en términos de la respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador sobrepasa el punto de ajuste, y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo.

Algunas aplicaciones pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado también PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control.

Los primeros controladores PID empezaron con el diseño de los limitadores de velocidad. Posteriormente los controladores PID fueron usados para la dirección automática de barcos. Uno de los ejemplos más antiguos de un controlador PID fue desarrollado por Elmer Sperry en 1911, mientras que el primer análisis teórico de un controlador PID fue publicado por el ingeniero ruso americano Nicolas Minorsky en 1922. Minorsky estaba diseñando sistemas de dirección automática para la Armada de los Estados Unidos, y basó sus análisis observando al timonel, notando así que el timonel controlaba la nave no solo por el error actual, sino también en los errores pasados así como en la tasa actual de cambio, logrando así que Minorsky desarrollara un modelo matemático para esto. Su objetivo era lograr estabilidad, y no control general, lo cual simplificó

el problema significativamente. Mientras que el control proporcional brinda estabilidad frente a pequeñas perturbaciones, era insuficiente para tratar perturbaciones constantes, como un vendaval fuerte el cual requería un término integral. Finalmente, el término derivativo se agregó para mejorar el control.

Se realizaron pruebas del controlador en el USS New México, donde este se encargaba de controlar la velocidad angular del timón. El control PI se mantuvo virando con un error de ±2°. Al agregar el elemento D se logró un error del ±1/6°, mucho mejor que lo que un timonel podría lograr.

Finalmente, Debido a la resistencia del personal, la Armada no adopto este sistema. Trabajos similares se llevaron a cabo y se publicaron en la década de 1930.

Por tener una exactitud mayor a los controladores proporcional, proporcional derivativo y proporcional integral se utiliza en aplicaciones más cruciales tales como control depresión, flujo, fuerza, velocidad, en muchas aplicaciones química, y otras variables. Además es utilizado en reguladores de velocidad de automóviles (control de crucero o cruise control), control de ozono residual en tanques de contacto.

Un ejemplo muy sencillo que ilustra la funcionalidad básica de un PID es cuando una persona entra a una ducha. Inicialmente abre la llave de agua caliente para aumentar la temperatura hasta un valor aceptable (también llamado "Setpoint"). El problema es que puede llegar el momento en que la temperatura del agua sobrepase este valor así que la persona tiene que abrir un poco la llave de agua fría para contrarrestar el calor y mantener el balance. El agua fría es ajustada hasta llegar a la temperatura deseada. En este caso, el humano es el que está ejerciendo el control sobre el lazo de control, y es el que toma las decisiones de abrir o cerrar alguna de las llaves; pero no sería ideal si en lugar de nosotros, fuera una máquina la que tomara las decisiones y mantuviera la temperatura que deseamos?

Esta es la razón por la cual los lazos PID fueron inventados. Para simplificar las labores de los operadores y ejercer un mejor control sobre las operaciones. Algunas de las aplicaciones más comunes son:

Lazos de Temperatura (Aire acondicionado, Calentadores,

Refrigeradores, etc.)

Lazos de Nivel (Nivel en tanques de líquidos como agua, lácteos,

mezclas, crudo, etc.)

Lazos de Presión (para mantener una presión predeterminada en

tanques, tubos, recipientes, etc.)

Lazos de Flujo (mantienen la cantidad de flujo dentro de una línea o

tubo)1

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso o sistema se necesita, al menos:

1. Un sensor, que determine el estado del sistema

(termómetro, caudalímetro, manómetro, etc.).

2. Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador.

3. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada

(resistencia eléctrica, motor, válvula, bomba, etc.).

El sensor proporciona una señal analógica o digital al controlador, la cual representa el punto actual en el que se encuentra el proceso o sistema. La señal puede representar ese valor en tensión eléctrica, intensidad de corriente eléctrica o frecuencia. En este último caso la señal es de corriente alterna, a diferencia de los dos anteriores, que también pueden ser con corriente continua.

El controlador lee una señal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la señal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano, habrá que establecer algún tipo de interfaz (HMI-Human Machine Interface), son pantallas de gran valor visual y fácil manejo que se usan para hacer más intuitivo el control de un proceso.

El controlador resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna, obteniendo así la señal de error, que determina en cada instante la diferencia que hay entre el valor deseado (consigna) y el valor medido. La señal de error es utilizada por cada uno de los 3 componentes del controlador PID. Las 3 señales sumadas, componen la señal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable

manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, sino que debe ser transformada para ser compatible con el actuador utilizado.

Las tres componentes de un controlador PID son: parte Proporcional, acción Integral y acción Derivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final, viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente. Se pretenderá lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo posible los efectos de las perturbaciones.

Figura1. Diagrama de bloques de un controlador PID en un lazo realimentado.

El objetivo de los ajustes de los parámetros PID es lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo los efectos de las perturbaciones; se tiene que lograr la mínima integral de error. Si los parámetros del controlador PID (la ganancia del proporcional, integral y derivativo) se eligen incorrectamente, el proceso a controlar puede ser inestable, por ejemplo, que la salida de este varíe, con o sin oscilación, y está limitada solo por saturación o rotura mecánica. Ajustar un lazo de control significa ajustar los parámetros del sistema de control a los valores óptimos para la respuesta del sistema de control deseada. El comportamiento óptimo ante un cambio del proceso o cambio del "setpoint" varía dependiendo de la aplicación. Generalmente, se requiere estabilidad ante la respuesta dada por el controlador, y este no debe oscilar ante ninguna combinación de las condiciones del proceso y cambio de "setpoints". Algunos procesos tienen un grado de no

linealidad y algunos parámetros que funcionan bien en condiciones de carga máxima no funcionan cuando el proceso está en estado de "sin carga". Hay varios métodos para ajustar un lazo de PID. El método más efectivo generalmente requiere del desarrollo de alguna forma del modelo del proceso, luego elegir P, I y D basándose en los parámetros del modelo dinámico. Los métodos de ajuste manual pueden ser muy ineficientes. La elección de un método dependerá de si el lazo puede ser "desconectado" para ajustarlo, y del tiempo de respuesta del sistema. Si el sistema puede desconectarse, el mejor método de ajuste a menudo es el de ajustar la entrada, midiendo la salida en función del tiempo, y usando esta respuesta para determinar los parámetros de control. Ahora describimos como realizar un ajuste manual.

Si el sistema debe mantenerse online, un método de ajuste consiste en establecer primero los valores de I y D a cero. A continuación, incremente P hasta que la salida del lazo oscile. Luego establezca P a aproximadamente la mitad del valor configurado previamente. Después incremente I hasta que el proceso se ajuste en el tiempo requerido (aunque subir mucho I puede causar inestabilidad). Finalmente, incremente D, si se necesita, hasta que el lazo sea lo suficientemente rápido para alcanzar su referencia tras una variación brusca de la carga.

Un lazo de PID muy rápido alcanza su setpoint de manera veloz, un lazo de PID no tan rápido alcanza su setpoint de manera no tan veloz. Algunos sistemas no son capaces de aceptar este disparo brusco; en estos casos se requiere de otro lazo con un P menor a la mitad del P del sistema de control anterior.

PRACTICA 6: CONTROLADOR EN CASCADA

En éste informe se tiene como objetivo presentar una de las técnicas que se han desarrollado, y frecuentemente utilizado, con el fin de mejorar el desempeño del control que se logra por medio del control por retroalimentación, el cual es válido en un gran número de aplicaciones, sin embargo en muchas de ellas la sintonización del regulador se hace complicada, y los resultados que se pueden llegar a obtener no son enteramente satisfactorios.

1. Concepto de control en cascada:

Se define como la configuración donde la salida de un controlador de realimentación es el punto de ajuste para otro controlador de realimentación, por lo menos. Más exactamente, el control de cascada involucra sistemas de control de realimentación o circuitos que estén ordenados uno dentro del otro.

Existen dos propósitos para usar control cascada:

1. Eliminar el efecto de algunas perturbaciones haciendo la respuesta de regulación del sistema más estable y más rápida.

2. Mejorar la dinámica del lazo de control.

2. Estructura

La estructura de control en cascada tiene dos lazos un lazo primario con un controlador primario también llamado “maestro” K1(s) y un lazo secundario con un controlador secundario también denominado “esclavo”K2(s), siendo la salida del primario el punto de consigna del controlador secundario La salida del controlador secundario es la que actúa sobre el proceso

Figura2. Estructura del controlador en cascada.

3. Ventajas del control en cascada

a) Produce estabilidad en la operación

b) Las perturbaciones en el lazo interno o secundario son corregidas por el controlador secundario, antes de que ellas puedan afectar a la variable primaria.

c) Cualquier variación en la ganancia estática de la parte secundaria del proceso es compensada por su propio lazo.

d) Las constantes de tiempo asociadas al proceso secundario son reducidas drásticamente por el lazo secundario.

e) El controlador primario recibe ayuda del controlador secundario para lograr una gran reducción en la variación de la variable primaria.

f) Es menos sensible a errores de modelado.

g) Incremento de la capacidad de producción.

4. Limitaciones de aplicación del control en cascada

a) Es aplicable solo cuando pueden obtenerse mediciones de variables adicionales de proceso.

b) Requiere medir las perturbaciones en forma explícita, y además es necesario un modelo para calcular la salida del controlador.

c) En algunas aplicaciones

la variable controlada no puede medirse y la realimentación no puede realizarse.

5. Diseño de Control en Cascada

Los criterios para el diseño de control en cascada son:

Puede ser considerado:

1. Cuando el control realimentado simple no provee un desempeño satisfactorio a lazo cerrado.

2. La medida de la variable es disponible.

La variable secundaria debe satisfacer los siguientes criterios:

1. Debe indicar la ocurrencia de una importante perturbación.

2. Debe haber una relación causal entre la variable manipulada y la segunda variable. La variable secundaria debe tener una dinámica más rápida que la variable primaria. Típicamente tp (tiempo pico) debe ser mayor que 3ts (constante de tiempo del proceso secundario).

6. Implementación de Controlador en Cascada

Consideraciones Principales para la Implementación de Control en Cascada.

Una cuestión importante en la implementación de control en cascada es cómo encontrar la variable secundaria controlada más ventajosa, es decir, determinar cómo el proceso puede ser mejor dividido. La selección de la variable controlada secundaria es tan importante en un sistema de control en cascada que es muy útil formalizar algunas reglas que ayuden a la selección.

Regla 1.- Diseñar el lazo secundario de manera que contenga las perturbaciones más serias.

Regla 2.- Hacer el lazo secundario tan rápido como sea posible incluyendo solamente los menores retrasos del sistema completo de control.

Regla 3.- Seleccionar una variable secundaria cuyos valores estén definidamente y fácilmente relacionados a los valores de la variable primaria.

Regla 4.- Incluir en el lazo secundario tantas perturbaciones como sea posible, manteniéndolo al mismo tiempo, relativamente rápido.

Regla 5.- Escoger una variable secundaria de control que permita al controlador secundario operar a la ganancia más alta posible (la más baja banda proporcional). Esto es difícil de predecir.

Implementación del sistema de cascada.

PRACTICA 7: CONTROL DE VELOCIDAD A DOS MOTORES TRIFÁSICOS

Figura 3. Diagrama de bloques para el control de velocidad de un motor trifásico.

Un ACTUADOR es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo del origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico” o “eléctrico”. El actuador en esta práctica usado es un variador de velocidad.

Actuador.

El objetivo principal de esta práctica fue variar tanto la velocidad como la frecuencia de dos motores trifásicos, y para esto se empleó el uso del actuador, que ya vimos anteriormente su funcionamiento, así que la variación de la velocidad de los motores se realizó cambiando las frecuencias y también la dirección de giro de los motores.

PRACTICA 6: MANEJO DEL TACÓMETRO

Un tacómetro (del griego τάχος, tachos, ‘velocidad’ y μέτρον, metron, ‘medida’) es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro de

un motor. Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su mayor precisión.

Los primeros tacómetros mecánicos se basaron en la medición de la fuerza centrífuga. Se cree que el inventor fue el ingeniero alemán Diedrich Uhlhorn, quien lo utilizó para medir la velocidad de las máquinas en 1817. Desde 1840, se utilizó para medir la velocidad de las locomotoras.

Figura 5. Uso del tacómetro en práctica.

En esta

práctica, lo que se realizo fue la medición de las revoluciones por minuto del motor que teníamos enfrente, conforme varía la velocidad, variaba la medición en nuestro tacómetro.