universidad nacional autonoma de mÉxico facultad de ingenierÍa

UNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO AUTONOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA

¨ ESQUEMAS DE CONTROL ¨ ESQUEMAS DE CONTROL COMPUESTO COMPUESTO BASADOS EN BASADOS EN

INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL ¨̈

ESQUEMAS DE ESQUEMAS DE CONTROL EN LABVIEW CONTROL EN LABVIEW

Y SU APLICACIÓNY SU APLICACIÓN

ESQUEMAS DE CONTROL EN LABVIEW Y SU APLICACIÓNESQUEMAS DE CONTROL EN LABVIEW Y SU APLICACIÓN

ICONO PID EN LABVIEWICONO PID EN LABVIEWLa figura muestra al icono PID y los elementos que lo La figura muestra al icono PID y los elementos que lo

conforman:conforman:

CONTROL EN CASCADACONTROL EN CASCADAEl control de realimentación simple es el más usado El control de realimentación simple es el más usado

en los procesos automáticos de control. Sin en los procesos automáticos de control. Sin embargo, la desventaja de este tipo de control es embargo, la desventaja de este tipo de control es que reacciona después de que el proceso alcanzó que reacciona después de que el proceso alcanzó un estado inestable.un estado inestable.

Es por eso que es necesario usar otras estrategias de Es por eso que es necesario usar otras estrategias de control de realimentación, el control en cascada es control de realimentación, el control en cascada es una estrategia que mejora, en algunas aplicaciones una estrategia que mejora, en algunas aplicaciones significativamente el control de realimentación significativamente el control de realimentación simple.simple.

ESQUEMAS DE CONTROL EN LABVIEW Y SU ESQUEMAS DE CONTROL EN LABVIEW Y SU APLICACIÓNAPLICACIÓN


El esquema de control en cascada está formado por dos El esquema de control en cascada está formado por dos lazos, uno interno o secundario y un externo o lazos, uno interno o secundario y un externo o primario. L a entrada de referencia del lazo interno primario. L a entrada de referencia del lazo interno es ajustada mediante la salida producida por el lazo es ajustada mediante la salida producida por el lazo externo, a este tipo de control también se le conoce externo, a este tipo de control también se le conoce con el nombre controlador maestro y controlador con el nombre controlador maestro y controlador esclavo.esclavo.

Controladormaestro

Planta oproceso

Controlador

esclavo

Planta oproceso

Referencia

Perturbación

Salida+

-

++

+

-

PID VIPID VI


CASOS DE APLICACIÓNCASOS DE APLICACIÓN

SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL DE LÍQUIDOSISTEMA DE CONTROL DE NIVEL DE LÍQUIDOLa figura muestra el diagrama esquemático de un La figura muestra el diagrama esquemático de un

sistema de control de nivel de líquido. Aquí el control sistema de control de nivel de líquido. Aquí el control automático mantiene el nivel de líquido comparando automático mantiene el nivel de líquido comparando el nivel efectivo con el deseado, y corrigiendo el nivel efectivo con el deseado, y corrigiendo cualquier error por medio del ajuste de la apertura cualquier error por medio del ajuste de la apertura de la válvula.de la válvula.


El diagrama de bloques del sistema de control de nivel El diagrama de bloques del sistema de control de nivel de líquido queda de la siguiente manera: de líquido queda de la siguiente manera:

Control Válvulaneumática

Tanquede agua

Flotador

NivelactualNivel

deseado


INSTRUMENTO VIRTUAL DE INSTRUMENTO VIRTUAL DE CONTROL DE NIVEL DE CONTROL DE NIVEL DE LÍQUIDOLÍQUIDO

El VI muestra una El VI muestra una representación en línea.representación en línea.

En este sistema se desea En este sistema se desea mantener el nivel de mantener el nivel de líquido a un valor líquido a un valor constante, con la constante, con la independencia de la independencia de la variación en la apertura de variación en la apertura de la válvula de la la válvula de la perturbación HV-102.perturbación HV-102.

LT-101 es el elemento LT-101 es el elemento transductor de detención transductor de detención de nivel, el cual a su vez de nivel, el cual a su vez envía la señal al envía la señal al controlador LIC-101 para controlador LIC-101 para la apertura o cierre de la la apertura o cierre de la válvula del flujo de entrada. válvula del flujo de entrada.


La figura muestra el diagrama de bloques con la funciones principales La figura muestra el diagrama de bloques con la funciones principales del instrumento virtual. del instrumento virtual.

• La parte de las zonas punteadas corresponde al VI desarrollado por La parte de las zonas punteadas corresponde al VI desarrollado por el software de la computadora.el software de la computadora.

• El proceso bajo control es realizado en el simulador de procesos El proceso bajo control es realizado en el simulador de procesos Feedback PCS327Feedback PCS327

Sobre la base del proceso del VI del diagrama de bloques y con el Sobre la base del proceso del VI del diagrama de bloques y con el software de LabVIEW se desarrollaron los siguientes elementos:software de LabVIEW se desarrollaron los siguientes elementos:

U1=1/4U+2.5

Cálculo

-10 v 10 v

.. .

.Manual

Automático

Setpoint

+ +

-

.. Perturbación ofuga

SalidaD/A

A/D

+

3)1()(

s

sesGpLIC-101

ControladorPID

Proceso

0

2.5

C N V

HV-102


PANEL FRONTAL DEL CONTROL DE NIVEL LÍQUIDOPANEL FRONTAL DEL CONTROL DE NIVEL LÍQUIDO

auto (T)

hold (F)

1.00beta

reverse acting (T)

pro. band (F)

10.00out high-10.00out low

10.00sp high-10.00sp low

SP & PV range:

Output range:

1.00linearity

-1.00dt (s) -1: default,using

system clock

options


DIAGRAMA DE FUNCIONES DEL CONTROL DE NIVEL DIAGRAMA DE FUNCIONES DEL CONTROL DE NIVEL DE LÍQUIDODE LÍQUIDO


RESULTADOS RESULTADOS EXPERIMENTALESEXPERIMENTALES

• CONTROL AUTOMÁTICOCONTROL AUTOMÁTICO

10.0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

18961844

N ivel

S etpo int

lL C V -101

5.24

5.25

4.83

1.2000K c

0.0800T i (min)

0.0200T d (min)

P ID para meters


CONTROL MANUALCONTROL MANUAL

10.0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

20552003

N ive l

S etpo int

lL C V -101

8.42

5.25

7.83

1.2000K c

0.0800T i (min)

0.0200T d (min)

P ID parameters


CONTROL AUTOMÁTICO CON CONTROL AUTOMÁTICO CON PERTURBACIÓN ACTIVADAPERTURBACIÓN ACTIVADA

10.0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

26982646

N ive l

S etpo int

lL C V -101

5.46

5.25

-4.40

1.2000K c

0.0800T i (min)

0.0200T d (min)

P ID parameters


La siguiente figura muestra La siguiente figura muestra el diagrama esquemático el diagrama esquemático de un sistema de control de un sistema de control de temperatura de un de temperatura de un reactor utilizando el reactor utilizando el control de realimentación control de realimentación simple. simple.

En este proceso, la En este proceso, la temperatura del reactor temperatura del reactor esta determinada por el esta determinada por el medidor TT-101, el cual medidor TT-101, el cual manda la señal al manda la señal al controlador TC-101, este controlador TC-101, este controlador ajusta la controlador ajusta la apertura de la válvula de apertura de la válvula de combustible, pero esto no combustible, pero esto no determina la temperatura determina la temperatura del vapor con el cual se del vapor con el cual se alimenta al reactor. alimenta al reactor.

SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURASISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA


La siguiente figura es el mismo diagrama esquemático de control de La siguiente figura es el mismo diagrama esquemático de control de temperatura pero con sistema de control en cascada. temperatura pero con sistema de control en cascada.

Como se pude notar en este sistema se le agregaron elementos de Como se pude notar en este sistema se le agregaron elementos de medición a la salida del flujo del vapor .medición a la salida del flujo del vapor .


La siguiente gráfica muestra el comparativo de un sistema de La siguiente gráfica muestra el comparativo de un sistema de control de temperatura en cascada y un sistema de control control de temperatura en cascada y un sistema de control con realimentación simple.con realimentación simple.

Como se muestra es más rápida la estabilización en el control Como se muestra es más rápida la estabilización en el control en cascada.en cascada.


La siguiente figura muestra el diagrama de bloques con las funciones La siguiente figura muestra el diagrama de bloques con las funciones principales del VI de control de temperatura en cascada.principales del VI de control de temperatura en cascada.

• La zona punteada de rojo corresponde al proceso bajo control La zona punteada de rojo corresponde al proceso bajo control (reactor-caldera).(reactor-caldera).

Considerando el diagrama de bloques y las funciones principales del Considerando el diagrama de bloques y las funciones principales del VI de control en cascada y con la ayuda del software de LabVIEW VI de control en cascada y con la ayuda del software de LabVIEW se construyo lo siguiente:se construyo lo siguiente:

U1=1/4U+2.5

Cálculo

-10 v 10 v

.. .

.Manual

Automático

Setpoint

+ +

-

.. Perturbación ofuga

SalidaD/A

A1/D

+

2)1()(2

s

sesGp

TC101

TC102

Controlador Controlador

+

- 11)(1

s

sGp

Caldera Reactor

A2/D

0

2.5 HV-103

CNV

PROCESO 1 PROCESO 2

ESQUEMAS DE CONTROL EN LABVIEW Y SU APLICACIÓNESQUEMAS DE CONTROL EN LABVIEW Y SU APLICACIÓNPANEL FRONTAL DEL CONTROL PANEL FRONTAL DEL CONTROL

DE TEMPERATURA EN DE TEMPERATURA EN CASCADACASCADA


DIAGRAMA DE FUNCIONES DEL CONTROL DE TEMPERATURA EN DIAGRAMA DE FUNCIONES DEL CONTROL DE TEMPERATURA EN CASCADACASCADA


RESULTADOS RESULTADOS EXPARIMENTALESEXPARIMENTALES

• CONTROL AUTOMÁTICOCONTROL AUTOMÁTICO

10.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

1889418841

T . R eac tor

S eñal c ont.

7.04

6.43

10

-10

-5

0

5

7S et po int ma estro

10.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

1889118838

T . V apor

S eñal c ont.

6.45

6.42


CONTROL MANUALCONTROL MANUAL

10.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

1968119628

T . R eac tor

S eña l c ont.

8.06

0.81

10

-10

-5

0

5

5S e t point maestro

10.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

1967819625

T . V apor

S eña l c ont.

7 .43

7.48

A uto

10-10

-50

5

1.00

T C -101 M anual

10-10

-50

5

9.00

T C -102 M anual

AUTO

Manual

Manual


CONTROL AUTOMÁTICO CON CONTROL AUTOMÁTICO CON PERTURBACIÓN ACTIVADAPERTURBACIÓN ACTIVADA

10.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

2049320440

T . R eac tor

S eñal c ont.

7.05

-2.93

10

-10

-5

0

5

7S et po int maestro

10.0

-10.0

-5.0

0.0

5.0

2049020437

T . V apor

S eñal c ont.

-2.88

-2.86

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Se cumplió con el objetivo de desarrollar hardware y Se cumplió con el objetivo de desarrollar hardware y software de instrumentos de control en tiempo real software de instrumentos de control en tiempo real aplicados a procesos físicos, los cuales sirvan de apoyo en aplicados a procesos físicos, los cuales sirvan de apoyo en los Laboratorios de la División de Ingeniería de Control.los Laboratorios de la División de Ingeniería de Control.

La sintonización de los controladores se realizo por medio La sintonización de los controladores se realizo por medio de ensayo y error, esto debido que el alcance del trabajo de ensayo y error, esto debido que el alcance del trabajo era la construcción de los instrumentos virtuales y su era la construcción de los instrumentos virtuales y su aplicación a sistemas físicos reales. Los sistemas físicos aplicación a sistemas físicos reales. Los sistemas físicos fueron simulados en el PCS-327 ( Simulador de Control fueron simulados en el PCS-327 ( Simulador de Control de Procesos Feedback ), que incluye bloques dinámicos de Procesos Feedback ), que incluye bloques dinámicos intercambiables con funciones de transferencia de primer intercambiables con funciones de transferencia de primer orden conocidas; las cuales no incluyen su análisis orden conocidas; las cuales no incluyen su análisis matemático en esté trabajo de los sistemas de control matemático en esté trabajo de los sistemas de control realizados, por qué el propósito fundamental fue realizar realizados, por qué el propósito fundamental fue realizar y probar los instrumentos virtuales. y probar los instrumentos virtuales.

universidad nacional autonoma de mÉxico facultad de ingenierÍa

Documents