INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL IIIV CicloInforme de Laboratorio No6CONTROLADOR DE VELOCIDAD

Integrantes del Equipo:LOAYZA MENDOZA, Renzo ngelMNDEZ GUTIRREZ, BryanROJAS DOMNGUEZ, Cristhian Hiplito

Profesor: Ernesto Godnez

Fecha de realizacin: 23 de abrilFecha de entrega: 07 de mayo

2014 1NDICE Pg.Control de velocidad................................................................................3Objetivos, materiales y equipos..............................................................4Fundamento terico..........................................5Resultados del laboratorio...........................................7- Medicin del voltaje del motor vs OUT.................................................7- Control P............................................................9- Control PI.............................................................................................12- Control PID...............................................14- Sintona del controlador......................................................................15Observaciones.......................................................................................16Conclusiones.........................................................................................16Recomendaciones.................................................................................16 Aplicaciones..........................................................................................17Bibliografa.............................................................................................20

Control de Velocidad En este laboratorio se va a medir en primera instancia el comportamiento del voltaje del motor al variar el OUT, luego se realizar el control de su velocidad utilizando tres tipos de control: el P, el PI y el PID; con los cuales se podrn determinar las diferentes ganancias que resulten ms adecuadas; es decir, la ganancia proporcional (cP), el tiempo integrativo (tn) y el tiempo derivativo (tu). Tambin se observar el comportamiento del PV cuando se aplica una perturbacin al OUT y finalmente se har la sintona para el mejor control con el mtodo del tanteo.

2. Objetivos: Determinar la curva caracterstica de un proceso de velocidad. Controlar la velocidad de un motor DC. Sintonizar un controlador de velocidad aplicando el mtodo del Tanteo. Probar el efecto de los cambios de carga sobre la variable controlada.3. Materiales y equipos: Controlador DR20 Mdulo de control de velocidad Multmetro PC y cables de comunicacin RS232 Fuente de tensin continua

4. Marco Terico:Control de Velocidad:Este estudio de control automtico de lazo cerrado permite controlar la velocidad de un motor DC, el cual, est formado por el controlador DR20 cuya salida OUT es una seal normalizada de 0 a 20 mA. Esta seal de control ingresa a un convertidor de seal, el cual tiene como salida una tensin de 0 a 20 VDC que es utilizada para alimentar el motor DC. Dicha velocidad del motor es medida por un dispositivo que da como respuesta una seal anloga normalizada de 0 a 20 mA, la cual representa a la variable del proceso PV.Para dicho control se emple un controlador Sipart DR20 el cual nos brindar las mediciones correspondientes en cuanto a la curva caracterstica de un proceso de velocidad.Figura 1. Esquema de control de velocidad de un motor DC

Controlador Sipart DR20:Dicho controlador nos brinda poder tener un sistema de control automtico, el cual tiene la funcin de llevar la variable de salida x de un proceso a un valor predeterminado y para mantener este valor en contra de la influencia de las perturbaciones z. Con el controlador digital, la variable controlada x se mide en funcin del ciclo y se compara con el variable de comando w. La desviacin negativa resultante xd = W - X se procesa en el controlador a formar la variable y manipulada que acta sobre el sistema controlado.

Figura 2. Controlador SIPART DR20

Figura 3. Conexiones para el control de velocidad

5. Resultados de Laboratorio:1) Medicin del voltaje del motor vs. OUT:a) Configure las estructuras y parmetros el controlador DR-20 para controlar la velocidad del motor DC y establecer la comunicacin con la computadora. Anotar los siguientes parmetros y estructuras en la tabla 1, luego introducirlas al controlador DR20. Parmetros: LA=0, LE=100, SE=100, SH=0, uu=5, A1=5, A2=5 Estructuras: S1=0, S3=1, S4=0, S28=1, S37=0 y S47=1Figura 4. Configuracin de los parmetros y estructuras del controlador DR20

b) Conectar los terminales de un multmetro a M1 y tierra. Con el controlador en manual aumente gradualmente la salida del controlador OUT y anote su correspondiente PV hasta que la tensin que recibe el motor sea de aproximadamente 20V. Anotar los resultados en la tabla 1.

Figura 5. Conexin del DR20 y medicin del voltaje del motor

Ahora se muestran los voltajes medidos debido al cambio de OUT:Tabla 1. Datos del proceso PV vs. OUTOUT (%)0102030405060708090100

PV (%)05,227,243576776,283,790,69696,1

M1(Voltios)01,023,415,67,910,112,414,716,919,119,2

c) Con los datos de la tabla 2, graficar la curva caractersticas del proceso PV vs OUT y analizar la linealidad de la curva.OUT

PV

Figura 6. Grfica PV vs. OUT

2) Modo Proporcional:a) Primero se va deshabilitar la accin integral con la estructura S28 = 1. Tambin se realizar el ajuste de los siguientes parmetros: tu = OFF cP = 1 Yo = 0%Se verificar que tf = OFF y se colocar el controlador en modo automtico con un set point SP = 20%. De no ser estable el PV se realizar el ajuste para tf. En este caso no era estable es por ello que se modific el parmetro anterior a: tf = 1,406b) Ahora se va ajustar el Reset Manual para eliminar el offset: PV = 19,9 OUT = 16,4 Yo = 16,4c) Despus se observar la respuesta con un escaln del SP de 20% a 30% y con distintos valores de cP. Luego se completar la siguiente tabla:Tabla 2. Pruebas con la constante proporcionalcP0,512510

ess (%)4,82,32,11,2-------

Overshoot-----------------------------------

t(s)-----------------------------------

(s)----------------------------22

d) Para obtener el escaln ms vertical se ajust el SP en modo remoto para lo cual se modificaron las siguientes estructuras: S1 = 5, Regulador con conmutacin local/remoto. S10 = 0, El calibrador FLUKE como fuente de corriente.e) Finalmente se va a cambiar la corriente generada por la fuente de 4mA a 6mA para obtener como respuesta un escaln del SP de 20% a 30%.Figura 7. Conexin de la fuente de corriente

- Cuando el cP es muy pequeo el error es ms grande, en este caso se ve el proceso con cP = 0,5.

Figura 8. Ganancia proporcional igual a 0,5

- Cuando el cP va creciendo el error disminuye hasta cierto punto, en este caso se ve el proceso con cP = 5.

Figura 9. Ganancia proporcional igual a 5

- Cuando el cP es muy grande el proceso se vuelve inestable oscilatorio, en este caso se ve el proceso con cP = 10.Figura 10. Ganancia proporcional igual a 10

3) Modo Proporcional Integral:a) Se va habilitar la accin integral con la estructura S28 = 0 y cambiar tu = OFF.b) Ahora se va a multiplicar el cP adecuado para el modo proporcional por 0,9 y se ajustar el nuevo valor al control PI.cPadecuado = 5cPnuevo = cPadecuado x 0.9 = 4,5

c) Despus se va a cambiar el SP con un escaln de 20% a 30% y con diferentes valores de tn para luego completar la siguiente tabla:Tabla 3. Pruebas para el tiempo integrativotn2010521

ess (%)2,61,41,10,52,6

Overshoot-----------------------------------

t(s)-----------------------------------

(s)-----------------------------------

- Lo que hizo el tiempo integrativo fue corregir ese pequeo error que se presentaba al utilizar el modo P. Con todos los valores se corrige el error en cierta medida, pero el tn que representa mayor correccin en el error es el tn = 2.Figura 11. Pruebas con el tiempo integrativo en el modo PI

d) Con la mejor constante integral; es decir, la de mejor performance y con un SP de 20% se introducir una perturbacin en la tensin del motor con Z1 = 0,5 durante un mnimo instante. Adems tambin se observar lo que sucede cuando la perturbacin es permanente. Estos ltimos procedimientos se repetirn para un tn mayor al elegido. tnelegido = 2tnmayor = 10

Tabla 4. Pruebas para la perturbacin de Z = 0,5VZ1 = 0,5 VpulsoZ1 = 0,5 Vpermanente

tn210210

ess (%)----------------------------

Overshoot(%)----------------------------

t(s)----------------------------

Figura 12. Perturbacin con Z = 0,5V

- Con la perturbacin debido al voltaje de la fuente el OUT de nuestro proceso aumenta segn el valor de dicha perturbacin y por ende tambin lo hace el PV. En este caso el voltaje de Z = 0,5V aumenta el OUT y el PV.4) Modo Proporcional Integral Derivativo:a) Primero ajustar el mismo cP que utiliz para el modo proporcional. Luego disminuir el tn con respecto al que fue adecuado en el modo PI, multiplicando por 0,6.cP = 4,5tn = 2 x 0,6 = 1,2

b) Ahora se observar la respuesta con un escaln del SP de 20% a 30% para distintos valores de tu y se anotarn luego en la siguiente tabla:Tabla 5.Pruebas con el tu en el modo PID tu (s)125

ts (s)---------------------

EstabilidadNoNoNo

- Se observa que con los tres tiempos derivativos se produce inestabilidad y oscilaciones en el proceso y es que generalmente el tiempo derivativo es pequeo.

Figura 13. Grficas del proceso para tiempos derivativos de 1, 2 y 5

5) Sintona del controlador: - Finalmente se va a sintonizar los mejores valores para las ganancias por el mtodo del tanteo:Tabla 6. Sintona del controladorPID

cP3

tn (s)2,438

tu (s)1

ts (s)-------

Overshoot (%)-------

Razn de decaimiento-------

(s)-------

- Debido a que el tiempo derivativo hacia inestable el proceso se redujeron los valores de las otras ganancias (cP y tn) por el mtodo del tanteo y ahora con un tu = 1 se realiz la sintona.Figura 14. Sintona del control de velocidad

6. Observaciones: De la figura6 se observa que el voltaje vara de forma lineal con el OUT. Se observan en las tablas que el ts (tiempo de establecimiento) se ha considerado casi nulo por la respuesta inmediata ante el escaln. Con respecto a la tabla3 se observa que el T (frecuencia del proceso) es nulo debido a que con el tn no se presentaron oscilaciones. Se observan en las tablas que el overshoot es nulo ya que este representa un sobreimpulso al inicio del proceso, lo que no ocurri en las pruebas. Con relacin a la figura12 se observa que la perturbacin se simular con una fuente de voltaje.7. Conclusiones: Con respecto a la tabla2 se concluye que con la ganancia proporcional el error o diferencia entre SP y PV disminuye. Teniendo en cuenta las figuras 8 y 9 se concluye que mientras ms grande la ganancia menos es el error. En relacin a la figura10 se concluye que con mucha ganancia proporcional el proceso se vuelve inestable oscilatorio. De la figura11 se concluye que con el tn se puede eliminar el error presente con la ganancia proporcional. De acuerdo a la tabla3 y la figura13 se concluye que con mucho tu el proceso se vuelve inestable oscilatorio. De acuerdo a los resultados de los tres controles se concluye que es necesario utilizar el mtodo del tanteo para optimizar el control.8. Recomendaciones: Se recomienda revisar las conexiones antes de comenzar a utilizar el controlador DR20. Se recomienda utilizar la fuente de corriente para que el escaln sea ms vertical. Se recomienda establecer el voltaje de la fuente de voltaje antes de conectarla al controlador. Se recomienda la captura de las grficas del Lockout para el posterior clculo de los errores. Se recomienda que al subir la corriente de la fuente se haga lo ms rpido posible para que el escaln sea preciso.9. Aplicaciones:1) Se utiliza en diversas maquinas industriales ya que el controlador DR-20 es el adecuado para un controlador de velocidad ya que es ms preciso, es decir, con este controlador podemos regular el giro del motor de una faja transportadora en una planta embotelladora, etc.Ejemplos de mquinas industriales. las Maquinas Herramientas Trenes delaminacin Para sonido De Aire Acondicionado Hornos rotativos o Lineales, Embotelladoras Norias FRIGORIFICAS MolinosFigura 15. Hornos rotativos o lineales

Figura 16. Fajas transportadoras

2) Control de velocidad del motor de desbaste:La mayora de las mquinas utilizadas en la industria modernarequieren velocidades variables, como por ejemplo: las mquinas herramientas, trenes de laminacin, equipos de aire acondicionado, hornos rotativos o lineales, embotelladoras, norias frigorficas, molinos, agitadores, etc. En dichas mquinas se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminacin del producto elaborado, evitar bruscas aceleraciones, diferentes productos a fabricar o garantizar la seguridad de personas y bienes.La variacin de lavelocidad puede realizarse por mtodos mecnicos, como poleas o engranajes, cajas de cambio, etc, o mediante mtodos elctricos o electrnicos.El uso de algn tipo de controlador debe elegirse de acuerdo a las caractersticas de los motores, por lo que se hace necesario conocer las particularidades de cada proceso.

En el proceso de laminacin en Adelca Acerias de ecuador se realiza en un tren de laminacin, los rodillos de salida del horno trasladan las palanquillas hasta la primera pasada de la caja devastadora. En la caja devastadora y con ayuda de una mesa fija con guas, dobladoras y una mesa basculante con guas y rodillos, se efecta siete pasos de desbastado.Figura 17. Desbastador

Una vez que la palanquilla ha sido desbastada entra en el arrastrador que lo lleva hasta la cizalla 1, en donde se despuntan la cabeza y cola de la palanquilla de (10 a 20 cm). A continuacin del despunte la palanquilla ingresa a la primera caja del tren continuo formado por 10 cajas laminadoras numeradas desde la C03 a la C12, para continuar con la laminacin, donde la palanquilla desbastada va reduciendo su seccin transversal por efecto de la presin ejercida por los rodillos.Figura 18. Caja laminadora

Bibliografa: CreusSol, Antonio (2006) Instrumentacin Industrial. Mxico D.F:Alfaomega. Smith, Carlos (1991). Control Automtico de Procesos: Teora y Prctica. Mxico D.F.Limusa(621.381/S61). Manual del Controlador SIPART DR20. Recuperado el 04 de mayo del 2014, de http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/589/1/CD-0983.pdf Gua del laboratorio, Instrumentacin Industrial II, TECSUP, Lab 13.

Instrumentacin Industrial II | Controlador de velocidad20