Control Station 3.7 para Windows
Software para Análisis y Entrenam Entrenamiento iento en Control de Procesos Procesos
Guía de Uso para Control de Procesos I Año 2008 2008
Introducción Al iniciar el software se presenta la pantalla principal tal como se observa en la figura 1. En la que se pueden distinguir tres módulos:
Estudio de Casos (“Case Studies”) Herramientas de Diseño (“Design tools”) Procesos a Medida (“Custom Process”)
Figura 1. Pantalla inicial del Control Station
A continuación se describirán las posibilidades que presentan cada uno de los módulos. Casos de estudio: Este módulo fue desarrollado para el entrenamiento y estudio de la dinámica de procesos clásicos de la industria como: Tanques en serie que drenan por gravedad. Tanque de bombeado. Intercambiador de calor. Reactor tanque agitado con camisa (uno o varios en serie). Procesos con varios tanques en serie y paralelo. Columna de destilación. En cada uno de estos procesos pueden manipularse las variables del proceso en lazo abierto mediante la aplicación de una función escalón, pulso, sinusoidal o rampa. La forma en que reaccionan otras variables del proceso, también llamada “respuesta del proceso”, puede almacenarse en un archivo o imprimirse. Estos datos pueden ser luego utilizados para estudios de modelado y ajuste de controladores haciendo uso del módulo Design tools. • • • •
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Procesos a medida: Este bloque permite implementar la arquitectura de un proceso y su controlador para una especificación dada. Pueden obtenerse simulaciones para lazos de control simple o múltiple. Las simulaciones para lazo de control simple utilizan una función de transferencia para el proceso y otra para la perturbación y admiten el uso de diferentes tipos de control que se verán oportunamente. Herramientas de diseño Este módulo ofrece herramientas para el diseño y análisis del controlador y permite el ajuste del modelo dinámico a los datos del proceso importados tanto del módulo de Casos de estudio, de los Procesos a medida, de otros paquetes de software. El ajuste puede realizarse con varios modelos existentes en la biblioteca del programa (primer orden con tiempo muerto, Segundo orden con tiempo muerto, etc.).
Paseo por el Control Station: Casos de estudio y herramientas de diseño en lazo abierto. Tomaremos como ejemplo el caso de de los tanques en serie con drenaje por gravedad. Cliquée en Casos de estudio, y luego en Gravity Drained Tanks, aparece la pantalla mostrada en la figura 2.
Figura 2. Pantalla de Case Studies/Gravity drained tanks.
Una vez que la simulación ha comenzado, notar que la pantalla está compuesta por un grafico del proceso, un gráfico de monitoreo de variables, un menú desplegable y una barra de herramientas. El gráfico de monitoreo superior registra la medida de la variable del proceso que para este caso es el nivel de líquido en el tanque inferior. El gráfico de monitoreo superior
registra la salida del controlador que en este caso manipula el caudal de entrada que alimenta al tanque superior. Mueva el mouse sobre los íconos de la barra de herramientas y lea las diferentes funciones disponibles. Estos permiten manejar las funciones del reloj para la simulación, redimensionar los ejes de los gráficos, ver e imprimir los resultados, grabar y editar los resultados, detener y comenzar la simulación, ir hacia modulo del Control Station. El gráfico del proceso también tiene algunos casilleros, distinguibles por su fondo blanco, que pueden ser activados y permiten cambiar valores. En el caso que estamos viendo estos son: la salida del controlador, la perturbación que puede tener el caudal bombeado y el valor impuesto al controlador de nivel LC. Por lo tanto, para realizar los ensayos de simulación se puede acceder por tres vías: el menú desplegable, cliqueando en los iconos o en las áreas blancas del gráfico del proceso y también, usando el botón derecho del Mouse sobre las variables a modificar. Para comenzar a guardar los datos en un archivo puede ir a File/Save data to file o al icono de la barra de herramientas, como lo indican los círculos de la figura 2. El primer paso en el diseño del controlador es generar y recopilar los datos de la dinámica del proceso. El mismo comando para guardar los datos de la simulación se usan para detener la adquisición de datos cuando se completa la experiencia. Se debe empezar guardando los datos desde el estado estacionario inicial en un archivo llamado “demo.dat”. Use las opciones de la velocidad de guardado (storage rate) y reinicie el reloj (Zero clock). Una vez que la recopilación de datos comenzó (note que en la parte inferior izquierda de la pantalla aparece en un rectángulo con fondo rojo el nombre del archivo), cambie la salida del controlador para forzar la dinámica del proceso. Puede cambiar el valor de la salida, por ej. De 70% a 75%, luego bajarlo a 65% y volverlo al 70%. Luego detenga el guardado de datos cuando se complete la experiencia para lo cual debe cliquear en “ Stop saving data” y pausar la simulación (cliquear en Pause). En el gráfico superior de la figura 3 se observa cómo se altera el nivel de líquido en el segundo tanque al realizar las modificaciones mencionadas.
Figura 3. Simulación del comportamiento del sist ema ante cambios en el caudal de alimentación.
Con los datos de la dinámica del proceso guardados en el archivo “demo.dat”, el próximo paso para diseñar el controlador es ajustar los datos a un modelo usando, en este caso, un modelo compuesto por un primer orden con una demora. Para ello deben ir a
Navigate y seleccionar Design tools como lo indica la figura 4. Aparecerá la pantalla de la figura 5.
Figura 4. Indicaciones para realizar la modelización de la dinámica del proceso.
Figura 5. Pantalla que aparece al seleccionar Design tools.
Para llevar a cabo el ajuste, debe abrir el archivo en el que se han guardado los datos de la simulación. Para eso se debe cliquear en el icono Open o ir a File/ Open Data File. Al abrir el archivo, los datos deben etiquetarse como se muestra en la figura 6. Se deben etiquetar tres variables para poder hacer un ajuste adecuado. En este caso la variable manipulada es la salida del controlador y el etiquetado está bien como se presenta pero podría haber sido la
variable de perturbación si se tratara de otro caso. En ese caso, se debería seleccionar la etiqueta y arrastrarla a la columna que corresponde. Una vez hecho el etiquetado dar OK.
Figura 6. Vista del archivo y etiquetado de variables.
Para obtener un ajuste adecuado es esencial que el proceso comience a recopilar datos estando en estado estacionario y que los primeros datos que estén en el archivo correspondan al estado estacionario inicial.
Figura 7. Selección del modelo de ajuste.
Al cerrar el archivo de datos, se vuelve a la pantalla de Design tools y entonces se debe seleccionar el modelo de ajuste como lo muestra la figura 7. Luego cliquear en Start fitting. Un contador muestra la suma del cuadrado de los errores que debe disminuir si el modelo ajusta bien. En caso contrario, debe detenerse el ajuste. Si el ajuste es adecuado se muestra éste en un gráfico junto con los datos. Un buen ajuste (en amarillo, figura 8) debería superponerse a los datos del proceso (en blanco). El operador debe decidir si éste es adecuado o no utilizando su criterio. Además se observan los parámetros de ajuste (en casilleros de fondo blanco). Estos pueden ser modificados y ver cómo influyen en el ajuste.
Figura 8. Grafico de los datos y su ajuste.
Al cerrar el archivo de datos, se vuelve a la pantalla de Design tools y entonces se debe seleccionar el modelo de ajuste como lo muestra la figura 7. Luego cliquear en Start fitting. Un contador muestra la suma del cuadrado de los errores que debe disminuir si el modelo ajusta bien. En caso contrario, debe detenerse el ajuste. Si el ajuste es adecuado se muestra éste en un gráfico junto con los datos. Un buen ajuste (en amarillo, figura 8) debería superponerse a los datos del proceso (en blanco). El operador debe decidir si éste es adecuado o no utilizando su criterio. Además se observan los parámetros de ajuste (en casilleros de fondo blanco). Estos pueden ser modificados y ver su influencia en el ajuste. Con Plot Options (figura 9) se puede imprimir el gráfico y realizar cambios como cambiar los títulos de los ejes, la escala de los ejes, las grillas etc. Al cerrar la pantalla de ajuste, se muestra una tabla (figura 10) en el que figuran los parámetros del modelo del proceso junto con los ajustes de los posibles controladores a ser usados.
Figura 9. Impresión y presentación de los resultados obtenidos después del ajuste.
Figura 10. Parámetros del modelo y ajuste de los controladores posibles a implementar.
