Resumen de la experiencia de laboratorio con el uso de software de PC ControlLAB2

Electrónica y Automatización Industrial

IV Ciclo

Control Automático I

Características de los Procesos

Laboratorio N°2 y 3

INFORME

Integrantes del Equipo:

COARITA PALACIOS, Kenyi

NORIEGA LOPE, Jordan

MORENO MEDINA, Kevin

MUÑOZ FLORES, Dante

Profesor:

Armando Sarco Montiel

Sección:

C15 – 4 – B

Fecha de realización: 25 de Febrero

Fecha de entrega: 04 de Marzo

2014-I

TABLA DE CONTENIDO

1. Resumen 5

2. Introducción 6

3. Objetivos 7

3.1. Objetivo generales: 7

3.2. Objetivos específicos: 7

4. Marco Teórico 8

5. Resultados 9

5.1. Curva característica del proceso 9

5.2. Proceso de Primer Orden - Proceso FOLPDT2 10

.5.1.2 Método de la tangente 8

.5.2.2 Método del 63,2%: 8

.5.3.2 Process / Change Parameters: 8

.5.4.2 ¿Coinciden los valores con los anteriormente estimados? 8

.5.5.2 Cambio de parámetro: 8

.5.6.2 Representación de los procesos en bloques con variable de Laplace de los pasos posteriores: 9

.5.7.2 Simulacion en Simulink 10

5.3. PROCESO DE ORDEN SUPERIOR 11

.5.1.3 Método de la Tangente: 11

.5.2.3 Método del 28,3% y 63.2%: 11

.5.3.3 Escriba la función de transferencia que representa el proceso. 12

.5.4.3 Simulacion en Simulink 12

5.4. PROCESO INTEGRATIVO 13

.5.1.4 ¿PV es ruidosa? 13

.5.2.4 ¿Qué es un proceso integrativo? 13

5.5. FLUJO 15

.5.1.5 Observe que la variable PV es ruidosa 15

.5.2.5 ¿Ha variado el proceso? Explique: 16

.5.3.5 Reajuste el filtro de ruido a 0.01 min. Comente. 16

.5.4.5 Escriba la función de transferencia que representa el proceso. 16

.5.5.5 Simulacion en Simulink 16

5.6. TEMPERATURA 17

.5.1.6 ¿PV es muy ruidosa? 18

.5.2.6 El ruido observado es por el sensor de temperatura, puede ser despreciable 18

.5.3.6 Escriba la función de transferencia que representa el proceso. 18

.5.4.6 Simulacion en Simulink 18

5.7. PRESIÓN 19

.5.1.7 ¿PV es ruidosa? 20

.5.2.7 Escriba la función de transferencia que representa el proceso. 20

.5.3.7 Simulacion en Simulink 20

5.8. Comparación 21

6. Observaciones 22

7. Conclusiones 22

8. Recomendaciones 22

9. Aplicaciones 22

10. Referencias 22

LISTA DE FIGURAS

Tabla1: Curva característica del proceso Generic Process. 8

Figura1.Curva característica del proceso 8

Figura 3. Proceso con OUT a 55%

Figura 2. Proceso con OUT a 35%

Tabla 2: Valores iniciales y finales 9

Tabla 3: Valores iniciales y finales 10

Figura 5. Proceso con OUT a 55%

Figura 4. Proceso con OUT a 35%

Figura 5. Primera Función de transferencia 10

Figura 6. Segunda función de transferencia 11

Figura 7. Cuadro para la introduccion de los coeficientes en la transformada de Laplace 11

Figura 8. Representación en Simulick 11

Figura 9.Grafica obtenida en Simulick 12

Figura 10. Gráfica del método de la tangente 13

Figura 11. Cuadro para la introduccion de los coeficientes en la transformada de Laplace 13

Figura 12. Representación en Simulick 13

Figura 13. Grafica obtenida en Simulick 14

Figura 14. Gráfica de un proceso integrativo 15

Figura 15. Gráfica de un proceso tipo flujo 16

Figura 16. Cuadro para la introduccion de los coeficientes en la transformada de Laplace 17

Figura 17. Cuadro para la introduccion de los coeficientes en la transformada de Laplace 17

Figura 18. Cuadro para la introduccion de los coeficientes en la transformada de Laplace 18

Figura 19. Gráfica de un proceso tipo temperatura 19

Figura 20. Cuadro para la introduccion de los coeficientes en la transformada de Laplace 19

Figura 21. Representación en Simulick 20

Figura 22. Grafica obtenida en Simulick 20

Figura 23. Gráfica de un proceso tipo Presión 21

LISTA DE TABLAS

Tabla1: Curva característica del proceso Generic Process. 7

Tabla 2: Valores iniciales y finales 8

Tabla 3: Valores iniciales y finales 9

Resumen

En la siguiente experiencia del laboratorio se desarrollara mediante el uso del software PC ControlLAB2; diferentes características que pueda tener un proceso, al observar el comportamiento de la variable manipulada y la variable del proceso., incluyendo el identificar el tipo de orden al que pertenece y los parámetros principales que se utilizan en cada uno.

Introducción

El control automático es el mantenimiento de un valor deseado dentro de una cantidad o condición, midiendo el valor existente, comparándolo con el valor deseado, y utilizando la diferencia para proceder a reducirla. En consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de acción y reacción que funcione sin intervención humana. El elemento más importante de cualquier sistema de control automático es lazo de control realimentado básico. El concepto de la realimentación no es nuevo, el primer lazo de realimentación fue usado en 1774 por James Watt para el control de la velocidad de cualquier máquina de vapor. A pesar de conocerse el concepto del funcionamiento, los lazos se desarrollaron lentamente hasta que los primeros sistemas de transmisión neumática comenzaron a volverse comunes en los años 1940s, los años pasados han visto un extenso estudio y desarrollo en la teoría y aplicación de los lazos realimentados de control. En la actualidad los lazos de control son un elemento esencial para la manufactura económica y prospera de virtualmente cualquier producto, desde el acero hasta los productos alimenticios. A pesar de todo, este lazo de control que es tan importante para la industria está basado en algunos principios fácilmente entendibles y fáciles. Este artículo trata éste lazo de control, sus elementos básicos, y los principios básicos de su aplicación.

Objetivos

Objetivos Generales

Determinar la curva característica de un proceso.

Obtener la función de transferencia de un proceso.

Objetivos Específicos

Obtener la curva de reacción de un proceso al aplicarle una entrada escalón.

Determinar la ganancia, el tiempo muerto y la constante de tiempo de un proceso de primer orden y de orden superior.

MARCO TEÓRICO

Características de los Procesos

Para controlar un proceso es necesario caracterizarlo, es decir determinar su comportamiento estático y dinámico, para ello se mide se mide la variable controlada en función de la variable manipulada, en la Figura 1 se identifican estas variables. Para determinar el comportamiento estático se mide la variable controlada cuando alcanza el estado estable.

La ganancia del proceso se determina dividiendo la amplitud de la variación de la variable controlada sobre la amplitud del escalón en la variable manipulada, como se muestra en la Ecuación siguiente.

La constante de tiempo τ y el tiempo muerto tD del proceso se determinan a partir de los tiempos medidos desde el instante en que se produjo el escalón. Para determinar estas constantes, utilizaremos el método de la tangente y el método del 28,3 % y 63, 2%.

Método de la tangente

Los valores TD y τ del proceso se determinan directamente del gráfico como se muestra en las figuras 4 y 6.

Método de 28,3 % y 63,2%

Los valores TD y τ del proceso se determinan a partir de los tiempos que corresponde al 28,3 % y 63,2 % como se ve en las ecuaciones 2 y 3.

La función de transferencia del proceso está representada en la ecuación siguiente.

RESULTADOS

Curva Característica del Proceso.

Se determinó la curva característica del proceso Generic Process, modificando la variable manipulada OUT (%) y se midió la variable controlada PV(%) en estado estacionario.

Salida del controlador (%) Variable controlada (%)

0% 0.00

10% 15.07

20% 28.89

30% 45.03

40% 59.97

50% 74.95

60% 89.96

70% 100

80% 100

90% 100

100% 100

Tabla 1.Curva característica del proceso Generic Process.

Figura1.Curva característica del proceso Gereric Process.

El la figura 1 observamos que la curva obtenida de 0% a 60% es lineal y para le los demás valores de salida ya no se generara un cambio en la variable de control.

Proceso de primer orden

Se seleccionó el Proceso FOLPDT2 (proceso de primer orden).Se cambió la salida del controlador OUT de 35% a 55%.

Inicial: PV = 52.50 OUT = 35

Final: PV = 82.50 OUT = 55

∆PV = 30.00 ∆OUT = 20

Kp = 1.5

Estime las constantes de tiempo utilizando el método de la tangente.

TD = 6.10 τ = 5.1

Estime la constante de tiempo T y el tiempo muerto τ utilizando el método del 63.2 %.

PVΔPV = 63.2% = 71.44 T63.2% = 11.2

TD = 6.1 τ = 5.0

Figura 2. Proceso de primer orden (FOLPDT2).

3. En el menú Process/Change Parameters anote:

Kp = 1.5 TD = 6 τ = 5 min

¿Coinciden los valores con lo anteriores estimados? ¿Cuál de los métodos es el más exacto?

Si resultan los mismos valores con un error mínimo del 2%en el método de la tangente, pero el método del 63.2% es el más exacto.

4. En la ventana Process/Change Parameters cambie los parámetros a:

Kp = 1.0 TD = 2 τ = 3 min

Se cambió la salida del controlador OUT de 35% a 55% y estime la constante de tiempo T y el tiempo muerto Ƭ utilizando el método del 63.2%.

Inicial: PV = 35 OUT = 35

Final: PV = 55 OUT = 55

ΔPV = 20 ΔOUT = 20

PVΔPV = 63.2% = 47.64 t 63.2% = 14.1

Td = 2 min τ = 3 min

Figura 3. Proceso de primer orden

5. Escriba las funciones de transferencia que representan al proceso para los pasos 2 y 4.

Función de transferencia para el proceso del paso 2:

(ΔPV(s))/(ΔOUT(s))=1.5/(1+5s)×e^(-6s)

Función de transferencia para el proceso del paso 4:

(ΔPV(s))/(ΔOUT(s))=1/(1+3s)×e^(-2s)

Proceso de orden superior

Determinar los proceso del parametro “GENERIC”(Proceso de orden superior) usando el Escalon de 35% a 55%

Inicial: PV = 52.50 OUT= 35

Final: PV= 82.50 OUT= 55

∆PV= 30.00 ∆OUT= 20

Kp= 1.5

Tangente:

TD= 0.2 τ = 1.2

28.3% y 63.2% :

PVΔPV = 28,3% = 60.99 t28.3%= 4.5

PVΔPV = 63.2% = 71.46 t63.2%= 8.5

TD = 2.5 τ = 6.0

Figura 4. Proceso de orden superior

Escriba la función de transferencia que representa el proceso utilizando el último método.

(ΔPV(s))/(ΔOUT(s))=1.5/(1+6s)×e^(-2.5s)

Proceso Integrativo:

Para el proceso “LEVEL2” (Proceso naturalmente inestable: integrativo), observamos las características, variando el OUT a 40% y a 30%.

Inicial: PV=52.50 OUT=35%

Final: PV=100 OUT=40%

Final: PV=0 OUT=30%

Figura5. Proceso integrativo con la salida al 35%.

Figura6. Proceso integrativo con escalón de salida a 40%

Figura7. Proceso integrativo con escalón de salida de 30%

En este proceso se manipula el flujo de entrada a un tanque, donde el consumo es constante. Para observar cambios, se disminuye el consumo con StepDecr.

Figura8. Proceso integrativo con disminución del consumo de la carga.

¿PV es ruidosa?

El valor de la PV no es constante, por lo cual se deduce que presenta ruido.

¿Qué es un proceso integrativo?

Es un proceso en el cual existe un desbalance entre la entrada y la salida. Además, se caracterizan por un crecimiento sostenido de la variable de proceso como respuesta a un escalón en el elemento final de control.

Flujo:

Para el proceso “FLOWLP2” y con un escalón en OUT de 20% a 45%, se determinaron las siguientes constantes:

Inicial: PV=32.48 OUT=20%

Final: PV=70.55 OUT=45%

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