1. ejemplos industriales 1

01 - Ejemplos Industriales.doc 1

1. Ejemplos Industriales 1. Ejemplos Industriales ____________________________________________1

1.1. Un ejemplo industrial: Proceso de Colada Continua________________________________________________________________________ 2 1.1.1. Especificaciones de diseño _____________________________________________________________________________________________________ 12 1.1.2. Modelo _____________________________________________________________________________________________________________________ 13 1.1.3. Realimentación y predicción ____________________________________________________________________________________________________ 16 1.1.4. Una primer indicación de compromisos de diseño____________________________________________________________________________________ 17

1.2. Horno de Arco Eléctrico ______________________________________________________________________________________________ 22 1.3. Objetivo ___________________________________________________________________________________________________________ 23


1.1. Un ejemplo industrial: Proceso de Colada Continua Presentamos un ejemplo de un problema de control industrial que, aunque simplifi-cado, es esencialmente un problema real. Este ejemplo, de un proceso de colada continua, pertenece a la industria siderúrgi-ca. Sin embargo, como veremos, los principales elementos en la especificación de un comportamiento deseado, el modelado, y la necesidad de dar soluciones de com-promiso, son comunes a los problemas de control en general.


Salida de las barras


Berthold Digital

Fuente

Perror_pos

PI

Setpoint_pos

Setpoint_Nivel

+ +

error_nivel

--LVDTNivel

Plc Quantum

Piston

Control de Posicion

Control de Nivel

Tapon

Tundish

Lingotera

Buza

Sensor de Nivel

LVDTSeñal_Servo


Berthold Digital

Fuente

Piston

Tapon

Tundish

Lingotera

Buza

Sensor de Nivel

LVDT

Señal_Servo Placa lectora del LVDT

MannesmannRexrot

Placa controladora de la servo valvula

MannesmannRexrot VT-SR2

Servo válvula Plc Quantum

4-20ma

0-10v

+-10v

Placa conformadora de pulsos

Control de Nivel CC


sp_nivel

+

+e_nivel

-

Nivel_real

Kp

1/Ti*s

sp_posición

+

e_posición

-Posición

DelTapónLVDT

Kp+

u_fuerza decontrol

Salida a laServo_valvula

Controlador de Posición del Tapón (P)Controlador de Nivel de Acero (PI)

K_Amp Ksv/(S*(Tsv*S+1)) K_tap Kc/S

K_LVDT

K_Med_niv

K_Vel

Servovalvula+Piston Actuador (Tapón) Molde

Velocidad deColado

Amp_Servo

Poscion deltapón

LVDT

PLC

PLANTA

Nivel deacero

+

-

Medidor de nivel

CONTROL AUTOMATICO DE NIVELCC3

Qo

QiQ

[m][m]

[cuentas]

[cuentas]

[m^3/s]

[m/s]

[I]

[m]

[cuentas]


1.1.1. Especificaciones de diseño Las metas a lograr en este diseño son: Seguridad: Claramente, el nivel del molde nunca debe correr riesgo de derramarse o vaciarse, ya que cualquiera de las dos situaciones implicaría derramamiento de me-tal fundido, con consecuencias desastrosas. Producción: Los aspectos relevantes incluyen: Calidad del producto Fácil Mantenimiento Rentabilidad de la inversión


1.1.2. Modelo Para seguir adelante con el diseño del sistema de control se necesita en primer lu-gar entender el proceso. Típicamente, el conocimiento del proceso se cristaliza en la forma de un modelo matemático. Variables relevantes del proceso:

*h : nivel de acero de referencia en el molde

( )h t : nivel real de acero en el molde

( )v t : posición de la válvula

( )tσ : velocidad de colado

( )inq t : caudal de material entrante al molde

( )outq t : caudal de material saliente del molde


Modelo simple como tanque

( ) ( ) ( )( )t

in outh t q q dτ τ τ−∞

= −∫ , [1.1]


Diagrama de bloques de la dinámica simplificada del proceso de colada continua, sensores y actuadores.


1.1.3. Realimentación y predicción Veremos más adelante que la idea central en control es la de inversión. Por otra par-te, convenientemente, la inversión puede lograrse a través de dos mecanismos bá-sicos: realimentación y predicción. Estrategia de control sugerida:

Este controlador combina una acción de realimentación con una acción predictiva.


1.1.4. Una primer indicación de compromisos de diseño Simulando la operación del control propuesto para nuestro modelo simplificado de la colada continua para valores de K=1 y K=5, vemos que cuanto más pequeña es la ganancia de control (K=1), más lenta resulta la respuesta del sistema a un cambio en el valor de referencia *h . Por otro lado, cuanto mayor es la ganancia de control (K=5), más rápida es la res-puesta obtenida, pero también son mayores los efectos del ruido de medición - evi-dente en oscilaciones mayores en la respuesta permanente y los movimientos más agresivos de la válvula de control.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

variación de nivel para K=1 y K=5


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

apertura de la válvula de control para K=1 y K=5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

variación de nivel y apertura de la válvula de control para un valor más elevado de K


Compromisos en diseño: mayor velocidad de respuesta a cambios en la referencia trae aparejados mayor sensibilidad al ruido de medición y mayor desgaste del ac-tuador.


Nivel

74

75

76

77

78

79

80

81

13:38

:0013

:38:13

13:38

:2613

:38:39

13:38

:5213

:39:05

13:39

:1813

:39:31

13:39

:4413

:39:57

13:40

:1013

:40:23

13:40

:3613

:40:49

13:41

:0213

:41:15

13:41

:2813

:41:41

13:41

:5413

:42:07

13:42

:2013

:42:33

13:42

:4613

:42:59

13:43

:1213

:43:25

13:43

:3813

:43:51

13:44

:0413

:44:17

13:44

:3013

:44:43

13:44

:5613

:45:09

13:45

:2213

:45:35

13:45

:48

Tiempo

Niv

el

control real de nivel en Siderca - Argentina


Pregunta ¿Será este compromiso inevitable?. . . o podrá mejorarse la situación, por ejemplo con

- un mejor modelado, o - un diseño de control más sofisticado ?

Este será un tema central en el resto de nuestra discusión. (Nota: de hecho, el compromiso de diseño es fundamental, como veremos más ade-lante.)


1.2. Horno de Arco Eléctrico


1.3. Objetivo Máxima transferencia de energía eléctrica al baño.

Se logra para un determinado valor de resistencia de arco. La resistencia de arco se puede pensar como lineal con la longitud del arco. La longitud del arco no se puede medir. Se calcula la impedancia de arco en forma indirecta midiendo tensión y corriente. Tampoco se puede medir tensión de arco; se mide tensión en bornes del transfor-mador. Por lo tanto se hace

mm r

m

vz zi

= = o 0mr

m

v zi

− = o m r mv z i= [1.2]

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