INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEHUACAN

NOMBRE DE LA MATERIA: CONTROL II

REPORTE DE PRCTICA 01: DISEO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA DE CONTROL ON-OFF DE TEMPERATURA DE LAZO CERRADO

NOMBRE DEL CATEDRATICO: PEREZ CASTAEDA JESUS DANIEL

INTEGRANTES DE EQUIPO:LOPEZ GALLEGOS ISRAEL No. CONTROL: 08360447NAMIGTLE JIMENEZ JESUS No. CONTROL: 08360452

TEHUACAN, PUEBLA A 02 DE MAYO DEL 2011

Prctica 1 Diseo e implementacin de un sistema de control ON-OFF de temperatura de lazo cerrado.

CONTENIDO DEL REPORTE

1.0 Objetivo de la prctica2.0 Resumen3.0 Introduccin4.0 Desarrollo 4.1 Voltaje de entrada4.2 Circuito diferencial4.3 Comparador ON-OFF4.4Acondicionamiento de seal 4.5 Optoacoplador 4.6 Etapa de potencia 4.7 Circuito final del sistema de control de temperatura 4.8 Tabla de valores obtenidos en la practica5.0 Lista de materiales6.0 Conclusiones y observaciones.

REPORTE DE PRACTICA No. 1Diseo e implementacin de un sistema de control ON-OFF de temperatura de lazo cerrado

1.0 Objetivo: Disear un sistema de lazo cerrado que controle la temperatura de un lquido por medio de la accin de control ON-OFF.

2.0 Resumen: En esta prctica se presenta la aplicacin de conceptos tericos por medio de la funcionalidad de cada una de las etapas del sistema de control, considerando las caractersticas elctricas mximas de los componentes. Adems, se muestra el acondicionamiento de algunas seales, resultando en el diseo de diagramas electrnicos de todo el sistema. Por ltimo, se cuenta con datos experimentales del error, la salida, accin de control.

3.0 INTRODUCCIONEn esta prctica se presenta el diseo e implementacin de un sistema de control ON-OFF (encendido o apagado) de temperatura de lazo cerrado, cuyo funcionamiento es similar al de un interruptor, pues la respuesta que entrega tiene dos valores uno que es negativo o apagado; en este valor nuestro calentador de lquido est activo, porque nuestro controlador no ejerce ninguna accin sobre l. El segundo valor que puede tomar es positivo o encendido, presentando el controlador una accin en el calentador de lquido, cuya accin es la de apagado.El controlador enciende y apaga el calentador de lquido de acuerdo a la temperatura que propusimos, en este caso a 50 grados centgrados.Los controladores de este tipo son de mucha importancia, pues sus aplicaciones son diversas, un ejemplo de aplicacin est en nuestro hogar, en especfico en el calentador de agua con la que nos baamos, aqu podemos ajustar una temperatura a la cual queremos el agua, resolviendo el problema de tener la temperatura del agua muy caliente o muy fra.

4.0 DESARROLLOPara tener una buena comprensin del sistema de control ON-OFF de temperatura a continuacin se presenta el diagrama a bloques correspondiente, para despus deducir el circuito electrnico.

Ilustracin 1.DIAGRAMA DE BLOQUES FUNCIONAL DEL SISTEMA DE CONTROL

En el diagrama anterior se da a conocer las etapas que conforman nuestro sistema de control, se puede observar que este consta de 8 por lo que a continuacin se explicara cada una de estas. 4.1 Voltaje de entradaLa seal de entrada es el voltaje el cual nos permitir establecer la cantidad de centgrados deseados al que nuestro sistema de control se deber activar. Como este sistema se ha diseado para actuar cuando el liquido se encuentre menor a 50C entonces se ha decidido ocupar un numero mltiple por lo que la seal de entrada ser de un valor de 5 volts, es decir, por cada volt de la salida de nuestra seal amplificada del sensor este ser equivalente a 10C.A continuacin se presenta la forma en la que se ha configurado nuestro circuito.

Ilustracin 2.Circuito seal de entrada

4.2 Circuito diferencialEn esta etapa se pretende realizar la operacin de resta de la seal de salida del amplificador (acondicionamiento de seal) y del voltaje de referencia que determinara en este caso la temperatura en la cual el sistema de control se debe accionar.La seal de salida que se obtendr ser nuestra seal de error, cuando la seal de error sea menor que 0 es entonces donde la funcin del sistema ser efectuado consiguiendo as el incremento de temperatura hasta llegar a los 50C.

A continuacin se muestra el diagrama elctrico y las formulas que gobiernan la configuracin.

Ilustracin 3.CIRCUITO DIFERENCIAL

4.3 Comparador ON-OFFUn control ON-OFF tambin conocido como todo nada es bsicamente un comparador. Compara dos tensiones de entrada para as generar una de salida que ser relativa al estado de las dos seales de entrada, es decir, se espera que cuando la seal de entrada sea mayor que el voltaje de referencia la salida entregue el mximo valor de amplitud positiva.A continuacin se muestra el circuito y la grafica correspondiente a este comparador.

Ilustracin 4. CIRCUITO COMPARADOR ON-OFF

Ilustracin 5.COMPORTAMIENTO GRAFICO DEL COMPARADOR ON-OFF

4.4 Acondicionamiento de sealEn esta etapa se pretende acondicionar la seal de salida de nuestro sensor, buscando que los valores entregados por esta puedan ser interpretados sin complicacin alguna con respecto a nuestra seal de entrada, es decir se busca que por cada 10C entregue 1 volt. Para esto se utilizara un amplificador operacional el cual de acuerdo a su funcin se configur de tal forma que nos entregue una ganancia de 10. Enseguida se presentan los clculos y diagrama de esta etapa.

Ilustracin 6.CIRCUITO AMPLIFICADOR DE SEAL

Para esto proponemos un valor para la resistencia de entrada:

4.5 OptoacopladorSe cuenta con un dispositivo ptico el cual funciona como aislador. Este nos garantiza la proteccin del circuito comparador ON-OFF ya que para el circuito de potencia se requiere una corriente la cual no es nada adecuada para el circuito comparador.Las cargas inductivas como bobinas, relevadores y bocinas pueden generar rebotes de corriente muy grandes es entonces donde es necesaria la funcin del optoacoplador, es as como podemos garantizar que estos rebotes de corriente no lleguen a daar nuestro comparador ON-OFF.

Ilustracin 7.OPTOACOPLADORPara esta etapa se ha implementado el uso del opto acoplador 4N28, para tener un uso adecuado de este se ha revisado la hoja de datos en donde nos entrega las condiciones adecuadas en la que este realiza la funcin deseada.A continuacin se muestra las condiciones ptimas de trabajo y las formulas en las que estas intervienen.

4.6 Etapa de potenciaEn esta etapa se presenta el diseo y las formulas correspondientes para accionar la resistencia trmica. Para esta etapa se ha pensado utilizar un transistor NPN que servir como interruptor, se ha pensado como mejor opcin usar el transistor TIP120. Para poder utilizar a este como interruptor se debe accionar con una corriente de 120 mA en la base para as nos entregue una corriente de 5 mA en el colector, necesario para activar al relevador. A continuacin se presentan los clculos y el valor de resistencia adecuado.

Ilustracin 8.CIRCUITO DE POTENCIA

Suponiendo que a la salida se obtendrn 12 volts, entonces

Finalmente obtenemos el circuito, el cual se muestra en la siguiente figura. Este sistema de control se ha diseado para obtener el encendido cuando la temperatura del lquido sea menor a los 50C, se espera entonces que cuando la temperatura rebase este lmite consiga nuestro actuador (resistencia trmica) permanecer en estado OFF.

4.7 Circuito de un sistema de control ON-OFF de temperatura

ILUSTRACIN 9.DIAGRAMA ESQUEMTICO DEL SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO

4.8 Tabla de valores resultantes de la prcticaA continuacin se muestran los valores de amplitud de voltajes calculados y medidos:CalculadoMedido

Voltaje de referencia5.0 volts5.06 volts

Voltaje del sensor a temperatura ambiente 27 C.27 mV.275 mV

Voltaje salida del amplificador2.7 volts2.75 volts

Voltaje positivo del comparador.12 volts10.97

Voltaje negativo del comparador.-12 volts-10.97

Tabla1.VALORES DE VOLTAJE OBTENIDOS EN CLCULOS Y MEDICIONES

5.0 LISTA DE MATERIALES: Multmetro Fuente de voltaje Resistencias (100, 10, 1 y 2K) 3 Amplificadores Operacionales (LM741) 1 Opto acoplador (4N28) 1 Relay 1Sensor de temperatura (LM35) 1 Transistor (TIP120) 1 Cafetera

6.0 CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

La primera conclusin es que se logr satisfactoriamente el objetivo deseado, que es de controlar una temperatura determinada por nosotros mismos.

Podemos manipular el nivel de lquido con un potencimetro el cual mueve el punto de nivel.

Este diseo del circuito es bueno para aplicaciones que requieran de mucha precisin y exactitud, pues es sensible ante perturbaciones o ruidos, dichas perturbaciones son compensadas rpidamente por el sistema de control PID, logrando que nuestro error disminuya hasta un mnimo.

Al hacer esta prctica estamos aplicando los conocimientos tericos de clases, adems de que estamos adquiriendo experiencia en la prctica de sistemas de control.