IDENTIFICACION DE LA PLANTA DE TEMPERATURA
PRESENTADO POR: SEBASTIAN VIVAS JUAN DAVID PAREDES
PRESENTADO A: JAIME DIAZ
Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Programa de Ingeniería en Automática Industrial Laboratorio de Control de Procesos Popayán, Octubre de 2011
IDENTIFICACION DE UN MODELO POR CURVA DE RE ACCION – PLANTA DE TEMPERATURA
1. RESUMEN Realizada ya la primera práctica sobre la planta de temperatura con la cual se logro su reconocimiento, se sigue con la segunda practica la cual corresponde a la identificación de un modelo por el método curva de reacción, se ha realizado bajo el escenario de automatización basado en PLC, y supervisión en PC, con ayuda del Software RSLogix. El control de la planta de la planta se hace por medio de un PLC Micrologix 1500 de Allen Bradley, el cual esta comunicado a un PC con sistema operativo Windows, en donde se tiene un supervisorio en RSview de Factory Talk de Rockwell Automation, para el seguimiento y manipulación de parámetros que optimicen el control de la planta. Con la ayuda de MATLAB en Simulink se realizaran la simulación de las diferentes variantes del modelo de los dos puntos, para así obtener una grafica que incluya la respuesta de todos ante un cambio de consigna (entrada tipo escalón).
Introducción: En el laboratorio de control de procesos, se cuenta con la planta de temperatura constituida por un conducto cilíndrico metálico, por el cual viaja aire impulsado desde una cámara calefactora compuesta por un juego de resistencias y un extractor de aire, la cámara está construida en el mismo material del cilindro; adicionalmente la cámara tiene una persiana para manipular el flujo de aire que le entra. El sistema cuenta con dos sensores de temperatura PT1000 ubicados en el cilindro a una distancia aproximada de 80 cm. Con estos dos sensores podemos obtener la temperatura instantánea en dos puntos diferentes del cilindro, el flujo de aire que entra al sistema por medio de la persiana es manipulable y es posible variar la potencia eléctrica en las resistencias por medio de una señal de PWM, podemos observar mejor esto en el DFP y P&ID realizados anteriormente (Fig.1 y Fig.2)
Fig.1. Diagrama de flujo de proceso de la planta de temperatura
Fig.2. P&ID planta de temperatura con escenario basado en PLC. El control se realiza por medio de un PLC Micrologix 1500 de Allen Bradley comunicado a un PC con sistema operativo Windows y basado en el software Rsview de Factory Talk de Rockwell Automation.
Procedimiento: Para identificar un modelo de la planta de temperatura por el método de la curva de reacción utilizamos el escenario basado en PLC, (ver la Fig.2. diagrama P&ID de la planta basado en este escenario), luego de seguir los pasos de encendido de la planta y puesta en marcha del código Ladder pre realizado al igual que el SCADA o supervisorio ya diseñado, expuestos en la guía P2_Temp, se busca estabilizar la planta en un punto de operación, para esto se genera un primer escalón en el esfuerzo de control (potencia eléctrica suministrada a las resistencia, variable manipulada), se registra la curva de dicho esfuerzo de control y la temperatura en el tiempo en que dura en estabilizarse, para este caso en particular se sigue la dinámica de la grafica (grafica dibujada en el SCADA)
asociada al sensor más cercano a la cámara de calefacción, luego se ejecuta on cambio de consigna y así una vez la planta nuevamente se estabilice, se toman los datos para proceder con la obtención del modelo por curva de reacción. Como anteriormente se enuncio, primero que todo se realiza el encendido de la planta y se verifica que el escenario corresponda al PlC y por consiguiente encender la potencia para las resistencias. Una vez hecho esto, se realiza la conexión del PLC con el PC, conjuntamente con los software, RSLinx classical (Crear el driver), se hace uso del ladder suministrado en el laboratorio, identificación temperatura (identificación de la planta), y por último se carga el supervisorio suministrado nuevamente por el laboratorio, sub_temp realizando todos los ajustes necesarios para lograr la correcta conexión entre PLC y PC. El supervisorio cuenta con un graficador en el cual están las siguientes señales:
Señal azul: indica el ciclo de trabajo para el PWM que permite controlar el flujo de potencia hacia las resistencias calefactoras, este se da en porcentaje. Señal roja: indica la temperatura dada por el sensor más cercano a la cámara calefactora. Señal verde: indica la temperatura dada por el sensor más alejado de la cámara calefactora.
La primera toma de datos se realiza fijando un ciclo de trabajo del PWM en un 30%, se espera por la estabilización de la planta, aproximadamente en 36 °C, en este momento, se realiza el cambio de ciclo de trabajo a un 70%, generando el cambio en la planta como se puede ver en la señal azul de la Fig.3. Para lo cual se espera que la planta nuevamente se estabilice, aproximadamente en 50%. En ese momento se pausa la imagen para tomar los respectivos datos de la tabla I, donde dy de trace 1 es igual a ∆ y, y dy de trace2 es igual a ∆u.
Fig.3. Curva de reacción de la planta de temperatura
2. ANALISIS DE RESULTADOS Tabla 1
Variables de la planta 30% Trace 1 (variable controlada) Dy
Trace 2 (variable Manipulada) 39.6
30
70%
Dy
Trace 1 (variable controlada) 57.7
Trace 2 (variable Manipulada) 70
PONER POR QUE SE USA % DE PWM
Con la curva obtenida (Fig. 4) se registraron los valores para cada uno de los seis métodos de dos puntos como se muestra en la Tabla II, para el tiempo se tomo en cuenta que se empezó a graficar a las 03:41:15 hrs, hasta las 03:54:27 tomando este como tiempo inicial en segundos (sin tener en cuenta hora), valor necesario para registrar los tiempos de la tabla II. Tabla 2
Registro de datos temporales variantes método de los dos puntos Variante de Método de dos puntos
Porcentaje 1 de dy Primer punto
Tiempo 1 (sg)
Porcentaje 2 de dy
Segundo punto
Tiempo 2 (sg)
Alfaro
T25
44.125
68
T 75
53.175
187
Broida
T 28
44.668
73
T4
46.84
94
Chen y yang
T 33
45.573
85
T 67
51.727
161
Ho et al
T 35
45.935
87
T 85
54.985
240
Smith
T 28
44.668
73
T 63
51.003
144
Viteckova et al
T 33
45.573
85
T 70
52.27
166
Una vez obtenidos estos parámetros resuelva las ecuaciones respectivas para obtener los valores de kp, t y tm, como se muestra en las siguientes expresiones para el método de Alfaro:
En donde dy de trace1 es igual a ∆y , y, dy de trace 2 es igual a ∆u. Con la obtención de estos parámetros se cuenta ya con un modelo FOPTD por el método de los dos puntos de Alfaro para la planta de nivel.
()
Un parámetro importante en los sistemas térmicos es el gradiente de temperatura, en el caso de la planta se tiene un gradiente de temperatura en el flujo de aire a través de su trayectoria a lo largo del tubo de salida. Para determinar este parámetro fije ciclo de trabajo en un 80% y espere a que la temperatura se estabilice, luego tome la lectura de los sensores en el tubo de salida y calcule el gradiente entre estos dos puntos. (dar el valor de gradiente en grados/cm) Toca resolverlo, te toca a vos con la foto paredes
Procesamiento de datos Realice las siguientes gráficas y cálculos a partir de los datos recogidos en el procedimiento en las secciones f), g) y h). Conjuntamente responda las preguntas y cuestionamientos planteados al final.
Nota: para mayor eficiencia en las gráficas y ecuaciones que se piden, utilizar herramientas matemáticas como Matlab y Excel a) Organice en una tabla de cuatro columnas los resultados de los seis modelos FOPTD hallados por el método de los dos puntos. No olvide colocar las unidades de ingeniería de cada parámetro calculado. Variante de Método de dos puntos
FOPTD
()
Alfaro
()
Broida
()
Chen y yang
()
Ho et al
()
Smith
() Viteckova et al
b) Para cada uno de los seis modelos FOPDT de la planta de temperatura implementar su modelo en simulink Matlab y excitarlo con una señalescalón con una variación el escalón de un 30% a 70% y graficar las seis res puestas en una sola figura.
PEGAR LA IMAGEN DE SIMULINK, Y CONTINUAR CON EL DESARROLLO DE LOS MODELO O LO QUE HAGA FALTA DE LA GUIA Y PREGUNTAS A CONTESTAR!!!!
Análisis de resultados y conclusiones Realice y Conteste según sea el caso:
c) Coloque en una tabla comparativa los valores de Ganancia, Constante de tiempo y tiempo muerto conseguido para los cuatro modelos FOPDT obtenidos para el proceso. Variante de Método de dos puntos GANANCIA Kp
Tao (sg)
Tiempo muerto tm (sg)
Alfaro
45.25
108.3138
36.822
Broida
45.25
19.1142
67.498
Chen y yang
45.25
69.1752
65.088
Ho et al
45.25
139.2606
46.914
Smith
45.25
64.6242
54.398
Viteckova et al
45.25
73.7262
63.778
En la tabla se evidencia que el mayor Tao se obtiene con el método de Ho Et Al el cual representa el mayor porcentaje 1 de dy correspondiente al 35% El menor tao se obtiene con el método de Broida, el cual posee la menor diferencia entre los porcentajes de dy tomados Las ecuaciones son diferentes para los distintos modelos, pero para el Kp es la misma, por tanto todos los modelos poseen la misma ganancia El menor tiempo muerto se da en el modelo de Alfaro y el mayor en el de Broida, esto se debe a la relación que se toma entre los porcentajes para el dy.
d) Según las respuestas obtenidas en simulink ¿Cuál es la principal diferencia entre los métodos DE DOS PUNTOS?
Con ayuda de simulink (Fig.5) y el script (ver ANEXOS) (hola pegar el escript en anexossss) se realizo la simulación de cada uno de los modelos con el fin de realizar una pequeña comparación entre los modelos obtenidos, (Fig.6). Como se puede ver en Fig.5 se hizo necesario la aplicación de dos entradas step, una simulando la aplicación del 30% en el PWM, en tiempo cero y al estabilizarse la aplicación del otro step del 70%. Cabe anotar que el step aplicado debe representar la potencia enviada a las resistencias (220 W = 100%). A continuación se muestra la imagen del modelo en Simulink con las diferentes funciones de transferencia que hemos hallado de los modelos de primer orden más tiempo muerto. También se muestra la grafica de respuesta de los diferentes modelos y así poder compararlos. e) Como puede explicarse la diferencia que se presenta en la lectura de la temperatura por los sensores, esto de acuerdo a lo que el supervisorio indica? ESTA TAMBIEN TE TOCA PAREDES POR Q ES SEUN EL PANTALLAZO
4. PROBLEMAS ENCONTRADOS EN LA PLANTA
Uno de los principales inconvenientes encontrados en la práctica fue una pequeña información omitida en la guía, ya que en esta no estaba un paso referente a cambiar a “ON” el switch para encender la planta, lo cual nos consumió bastante tiempo mientras descubríamos que ese paso debía realizarse El cambio del esfuerzo de control de la señal de PWM de 30% al 70% es mucho aquí poner por q fue q dijimos q era mucho si lo recordas sino ps no problema quitamos este punto
5. MEJORAS PROPUESTAS Como una mejora a la práctica proponemos el anexo a la guía del punto mencionado anteriormente ya que es una información fundamental que no se puede omitir
6. CONCLUSIONES
