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CONTROL DE PROCESOS CODIGO: AE6010

LABORATORIO N° 11 “CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

CONTROL DE PROCESOS “CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

Tema:

Página 1 / 21 Grupo

INDICE 1.

OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 2

2.

MATERIA Y EQUIPO ..................................................................................................................... 2

2.1. SOFTWARE: ..................................................................................................................................... 2 2.2. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS: ......................................................................... 2 3.

SEGURIDAD ..................................................................................................................................... 2

3.1. SEGURIDAD EN LA EJECUCIÓN DEL LABORATORIO........................................................ 2 3.2. PRECAUSIONES DE SEGURIDAD ............................................................................................... 2 4.

ANALISIS DE TRABAJO SEGURO .............................................................................................. 3

5.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA.......................................................................................................... 4

5.1. Acciones Básicas de Control. ............................................................................................................ 4 5.2. Control Dos posiciones (Todo o nada, on-off, Bang-Bang) ............................................................ 4 6.

PROCEDIMIENTO .......................................................................................................................... 5

6.1. Control ON/OFF de temperatura: ................................................................................................... 5 7.

TIEMPO DE EJECUCIÓN .............................................................................................................. 9

8.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES .................................................................................... 10

8.1. OBSERVACIONES ......................................................................................................................... 10 8.2. CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 10 9.

ANEXOS........................................................................................................................................... 11

9.1. Comunicación con RSLogix 5000 ................................................................................................... 11 10. VIDEO .............................................................................................................................................. 21

A

CONTROL DE PROCESOS “CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

Tema: 1.

Grupo

OBJETIVOS     

2.

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Identificar las principales instrucciones de tratamiento analógico del PLC Comunicación del PLC Designación de los módulos en el software RSlogix 5000. Diseñar e implementar un controlador de temperatura de dos puntos. Identificar las características del modo de control de dos puntos.

MATERIALES Y EQUIPO 2.1. SOFTWARE: a)

Aplicación RSLogix 5000

2.2. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS: a) PC ATX Pentium 4. b) PLC CompactLogix L32E c) Módulo electrónico para control de temperatura con cámara térmica. 3.

SEGURIDAD 3.1. SEGURIDAD EN LA EJECUCIÓN DEL LABORATORIO Tener cuidado con el tipo y niveles de voltaje que suministran a los equipos Antes de utilizar los instrumentos cerciorarse si son de entrada o de salida, para no dañar los equipos, verificar presiones y conexiones de los instrumentos Tener cuidado en la conexión y en la desconexión de los equipos utilizados 3.2. PRECAUSIONES DE SEGURIDAD

Recuerde en todo momento que debe consultar las especificaciones técnicas de los dispositivos antes de energizarlos.

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Tema: 4.

ANALISIS DE TRABAJO SEGURO

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A

CONTROL DE PROCESOS

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“CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

Tema: 5.

Grupo

INTRODUCCIÓN TEÓRICA 5.1. Acciones Básicas de Control.

Un controlador automático, compara el valor real de la salida de una planta con la entrada de referencia (el valor deseado), determina la desviación y produce una señal de control que reducirá la desviación a cero ó a un valor pequeño. La manera en la cual el controlador automático produce la señal de control se denomina acción de control. Los controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de control:     

Todo o nada (2 posiciones, on-off ) Proporcional Proporcional + Integral Proporcional + Derivativo Proporcional + Integral + Derivativo (PID)

Configuración de un sistema de control automático en lazo cerrado. Controlador Set Point SP

error

+

Perturbación

Algoritmo de Control

Variable de Proceso

-

Variable de Control

Actuador

Proceso

+ +

CV

PV Sensor

5.2. Control Dos posiciones (Todo o nada, on-off, Bang-Bang) El dispositivo corrector final tiene solamente 2 posiciones o estados de operación. Si la señal de error es positiva, el controlador envía el dispositivo corrector final a una de las 2 posiciones. Si la señal de error es negativa, el controlador envía el dispositivo corrector final a la otra posición. 𝑢(𝑡) = {

𝑈1 , 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒(𝑡) ≥ 0 𝑈2 , 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒(𝑡) < 0

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Tema: 6.

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PROCEDIMIENTO 6.1. Control ON/OFF de temperatura: 1.

Se requiere implementar un sistema de control de temperatura de dos puntos (también denominado de dos posiciones)., que mantenga la temperatura interna de una cámara térmica lo más próxima posible a 35°C.

2.

Dibuje la gráfica obtenida de la varia

3.

Dibuje la gráfica obtenida de la variable de proceso “PV”. Incluya la variable de control “CV” e incluya la variable de consigna “SP”. Tenga en cuenta que la variable de control es discreta y opera asumiendo uno de los valores lógicos “OFF” u “ON”, que pueden ser representados por los valores numéricos “0” y “1”, respectivamente.

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“CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

Tema: 4.

Grupo

Diseñe un control de temperatura con histéresis de tal manera que la histéresis sea regulable y sea posible ajustar los valores de manera óptima, tal que las oscilaciones de la variable de proceso PV, sean mínimas. Dibuje la gráfica obtenida de la variable de proceso “PV”. Incluya la variable de control “CV” e incluya la variable de consigna “SP”.

Primero procesamos el voltaje de salida de la planta y de entrada al PLC, para ellos se usa un CPT en el escalamiento inicial, transfiriendo datos de entravas a valores de 0 – 100% a tarves de la siguiente expresion F(x)=x*0.003204511953; Donde X= los bits que se registran Y dará la siguiente gráfica: 120

Temperaura registrada (%)

100 100 80 50%

60 40 20 0 0

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

Bit´s de registro

Se requiere que la máxima temperatura para desactivar la cámara térmica es del 50% se usa un límite que registre valores inferiores de 50%; posteriormente se usa un CPT en el cual se inserta la siguiente expresión: F(x)=31207-(624.14*z), Donde Z=1, 2, 3, …, 49 De esta forma 60 50%

Nivel del tanque (%)

50 40

30 20 10 31207, 0 0

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

Bit´s de registro

Con los nuevos bits que se obtiene se usara un MOV para poder interpretarlo en voltaje de salida para cámara térmica, así se regula la temperatura al 50 %. La cámara térmica tendrá una variación de intensidad inversamente proporcional a la temperatura que registre el sensor considerando máximo el 50%.

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Tema: 5.

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¿Se logró controlar la temperatura, que sucede con la PV?

En el caso presentado de una regulación con histerias, se puede determinar que es posible controlar y determinar nuevos parámetros de la temperatura deseada, variando la constante de la primera y segunda expresión del CTP (0.003204511953 y 624.14 respectivamente) o determinar nuevo límite. 6.

¿Qué tipo de control Ud. implementaría como el más adecuado para tener un control más óptimo? Fundamente su respuesta.

El control con histéresis, se considera que en la cámara térmica se usa como una “Incubadora neonatal” la temperatura no debe de ser activada de manera violenta, se debe de activar gradualmente y tener la temperatura deseada sin cambios bruscos como es el caso del control ON-OFF.

7.

Programas Ladder IEC 61131-3 debidamente explicados.

Figura 1 Programación realizada en RS Logix 5000

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“CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

Figura 2 Escalamiento a 70|C

Figura 3 Apagado a 35°C

Figura 4 Apagado a 36°C

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“CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

Tema:

Grupo

A

Figura 5 Encendido a 34°C

Funcionamiento: En el primer bloque que s muestra “CPT” se realiza un escalamiento de la señal de entrada a través de un valor numérico “0.0032044”, a través de este valor se realiza el escalamiento de 0 a 100; posteriormente se usa los bloques “LESS” y “GRT” con los cuales se determina el punto máximo y mínimo de encendido del calefactor. A valores superiores a 35°C el calefactor debe de estar apagado (Figura 3 y 4), si el valor del señor de temperatura es menor a 35°C el calefactor se encenderá (Figura 5) PROYECTO REALIZADO POR: SEMESTRE

VI

CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS  Castillo Huamán Juan David  Lupo Cjuno Alexander Benancio  Puma Gonzales Michael Leo GRUPO A FECHA 06 06

17

LISTA DE MATERIALES ITEM

DESCRIPCION

UNIDAD

CANT.

1

Cámara termica

Pza.

1

2

PLC Compact Logix AB

Pza.

1

Pza.

1

LISTA DE HERRAMIENTAS Y EQUIPOS 1

PC COSTO DE MATERIALES

1

Pza.

Cámara térmica

1

150.00

150.00

2

Pza.

PLC Compact Logix AB

1

4029.20

4029.20

TOTAL S/.

4179.20

TIEMPO DE EJECUCIÓN

4 horas pedagógicas

CANT.

PRECIO TOTAL S/.

UNIDAD

7.

DESCRIPCION

PRECIO UNIT. S/.

ITEM

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Tema: 8.

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OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 8.1. OBSERVACIONES

    

Se puede observar que mantener el orden en el área de trabajo minimiza accidentes y mejora el desarrollo de la experiencia. Se puede observar que designar tareas por integrante agiliza la experiencia y optimiza resultados de laboratorio. Se puede observar que se debe realizar una inspección de materiales antes de montarlo para evitar retrasos. Se puede observar que para un mejor desarrollo del laboratorio se debe tener el manual de los instrumentos a usar. Antes de cargar la programación se debe de realizar una correcta comunicación de la PC con el PLC modular. 8.2. CONCLUSIONES

      

Se puede concluir que la entrada de datos al PLC será la salida del sistema calefactor, mientras que la salida de datos del PLC será la entrada del sistema calefactor. Se puede concluir que debe indicarse que las entradas analógicas y digitales debe ser de 0 a 10 v para el correcto funcionamiento del sistema. Se puede concluir que los datos analógicos de entrada deben ser digitales para lo cual usaremos un CPT en el cual se inserta una expresión matemática para el escalamiento y será nuestro indicador de temperatura. Se puede concluir que para realizar la lógica existen varias maneras, como usar limites, comparadores, en nuestro caso usamos los comandos LESS y GRT para designar nuestro SET POINT. El tipo de control con histéresis se adopta bien para el control de una incubadora, ya sea por la protección del equipo y la incubación interna a variaciones de temperatura no violenta como en el control ON.OFF Para el PLC modular se debe de considerar que el cable de entrada es de color blanco y el de salida de color negro En el control por histéresis se puede variar los parámetros que se desea variando la constante de la primera y segunda expresión del CTP (0.003204511953 y 624.14 respectivamente) o determinar nuevo límite según la aplicación requerida.

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Tema: 9.

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ANEXOS 9.1. Comunicación con RSLogix 5000

Primero abrir la ventana de WINDONS en la cual se selecciona y se entra a “Panel de Control”

Aparece esta nueva ventana en la cual se selecciona el icono “Conexión de Red”, posteriormente se seleccionará e ingresará a “Conexión de área local”

En la nueva ventana que aparece se selecciona “Protocolo internet (TCP / IP)” y se determina el IP que usa el equipo “192.168.50.25”

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“CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

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Posteriormente se abrirá el software “RS link Classic”

En esta ventana se configura la conexión, desplegar la lista de opciones en “Available Drive Types”, en esta se seleccionará “Ethernet Drive”, se realizará clic en “Add New”

Seleccionar el carácter correspondiente al equipo y que coincida los valores de la dirección IP revisada previamente.

Posteriormente se determinará si hay una correcta comunicación con el PLC modular, como se muestra en la figura se despliega la barra en la izquierda y se muestra 6 módulos reconocidos

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“CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS”

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Abrir el programa RSLogix 5000

Crear un nuevo proyecto y en la ventana que se muestra realizar la siguiente configuración: en “Type”, se debe de selccionar “1769-l32E CompactLogix5332E Controller” que corresponde al PLC modular; en “Revision se seleciona” en valor de “17”, determinar el nombre y dar clic en “OK”

En la barra de carpetas y opciones en el lado izquierdo buscar el icono de “CompacBusLocal” hacer clic izquierdo selecciona en la opción “New Module”.

En la sección “Digital” se carga cada módulo con el código que se muestra físicamente en el modulo del PLC, como se muestra, se selecciona “1769-IW16 16 Point AC / DC Relay Output” y “1769-IQ16 16 Point 24V DC Imput, Sink/Source”

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En la sección “Analogica” se carga cada módulo con el código que se muestra físicamente en el modulo del PLC, como se muestra, se selecciona “1769-IF4 4 Channel Current/Volatge Analog Imput” y “1769OF4 2 Channel Current/Volatge Analog Output”. Dar clic en “OK”.

En estas ventanas se muestra la configuración de los voltajes de entrada y de salida de los tags Analógicos cargados en el paso anterior 9.2. Diseño y simulación en PROTEOUS para un sistema de calefacción Se tiene un horno, el cual debe trabajar a una temperatura de 120ºC aproximadamente. Para lograr la estabilidad del sistema se usa un controlador PID. Además, se debe utilizar el simulador PROTEUS para analizar el comportamiento del sistema en general. Para diseñar este sistema de control se puede utilizar el método de Ziegler-Nichols de lazo abierto. Con este método lo que se pretende es obtener un 25% del sobrepaso máximo a la respuesta escalón. Este método solo se puede utilizar si la respuesta de una planta ante una entrada escalón se aproxima a la respuesta de un sistema de primer orden ante la misma entrada.

Por lo tanto, La función de transferencia de la planta se aproxima mediante un sistema de primer orden con un retardo de transporte.

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Donde L es el tiempo de retardo, T la constante de tiempo y K la ganancia estática de la planta. Estos parámetros vienen dados por las siguientes formulas:

Ziegler y Nichols sugirieron establecer los valores de Kp, Ti y Td de acuerdo con la fórmulaque aparece en la siguiente tabla.

Para el diseño, se debe verificar mediante PROTEUS, si el modelo matemático que describe el comportamiento del horno corresponde a la ecuación (1). En la categoría “transducers” existe un componente llamado “OVEN”

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OVEN es un horno o sistema de calefacción que posee un sensor de temperatura llamado T, además se le pueden variar sus características funcionales tales como:Temperatura Ambiente de trabajo, resistencia térmica, constante de tiempo deestablecimiento, constante de tiempo de calentamiento, coeficiente de temperatura yPotencia de calentamiento. Opciones del componente “OVEN”

El componente SWITCH permite introducir un retardo cualquiera a la respuesta del Horno ante una entrada escalón. El componente OVEN se configura de la siguiente manera:      

Temperature Ambient (°C)= 25 ThermalResistencetoAmbient (°C/W)= 0.7, Resistencia térmica del sistema. Oven Time Constant (sec)= 10 constante de tiempo del horno. Para evitar largas simulaciones su valor se ajusta a 10 segundos. Heater Time Constant (sec)= 1Para evitar largas simulaciones su valor se ajusta a 1 segundos. Temperaturecoefficient (V/°C)= 1 sensibilidad del sensor T. Es decir ante una temperatura de trabajo del horno de 100ºC, T debe marca 100ºV. HeatingPower (W)= 120

Debido a los valores anteriores, la grafica INTERACTIVE ANALYSIS debe poseer un valor en “stop time” de 100 y El cambio en la señal de entrada escalón es de 0 a 2. Al realizar la simulación es el resultado es el siguiente:

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Es claro que la anterior grafica se aproxima a un sistema de primer orden, por lo tanto la ecuación (1) puede describir el comportamiento del horno. Hallando los parámetro L, T, K, Kp, Ki, Kd. Analizando la gráfica anterior se obtienen los siguientes datos:

A

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Diagrama de bloques del sistema de control.

Topología del sistema de control. Una topología para el controlador PID electrónico puede ser el siguiente circuito:

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El sumador mediante amplificador operacional

El valor de la referencia se obtiene mediante una fuente de voltaje DC de 15v y una resistencia variable de un 1k. Para una temperatura de trabajo de 120ºC se tiene que El valor de referencia debería ser de 12V.

Con el valor máximo de la referencia corresponde a 15 V, es necesario cambiar la sensibilidad del sensor T de 1ºC/V a 0.1ºC/V, para ello se utiliza un atenuador. La configuración electrónica del atenuador puede ser un divisor de voltaje.

A

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Esquemas del sistema de control.

Para una referencia de 11.9 voltios se tienen los siguientes resultados:

Según la ecuación (9) ante una referencia de 11.9V, la temperatura de trabajo debería ser de 119ºC. Sin embargo, según los datos tomados, la temperatura de trabajo es de 124ºC, lo cual quiere decir que hay un error relativo del 4.2%. Por otra parte el sobrepaso máximo es de 44.3%, es decir con los valores calculados nose logro el objetivo del 25%, ya que el error relativo es de 77.4%. Para corregir esto se deben cambiar los valores de los capacitores. Por ejemplo C1=400uF y C2=1uF.

En esta ocasión el sobrepaso máximo es de 26.4%, dato aceptable ya que el error relativo seria del 5.6%.

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Según la ecuación (9) ante una referencia de 11.9V, la temperatura de trabajo debería ser de 119ºC. Sin embargo, según los datos tomados, la temperatura de trabajo es de 125ºC, lo cual quiere decir que la nueva relación entre entrada y salida es de:

Sobrepaso máximo=28.3% Con los nuevos valores de los capacitores Kp=401; Kd=40 y Ki=10; 10. VIDEO Link del video en YOU TUBE: https://www.youtube.com/watch?v=ImSeNfYeLlM&feature=youtu.be

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