proyecto

Mayra Macías Macías y Víctor Arce Arce Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación Termocuna V 2.0

Termocuna V 2.0 "Control PID y sistema de renovación de aire por saturación de Co 2" Contenido 1.

Introducción.......... Introducción.................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................................. ....................... IV 1.1

Objetivo Objetivos... s....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... .............. ............... .............. ..............IV .......IV

1.1.1 1.1.1

Objetivo Objetivo de Desem Desempeño. peño..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........... ............... .............IV .....IV

1.1.2 1.1.2

Objetivo Objetivo de Específco Específcos... s....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............. ............... ............... ..............IV .......IV

1.2

Propó Propósito. sito..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ...V V

2.

Anáisis !eórico............... eórico.......................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ............... .... "

#.

$ácuo %um&rico............ %um&rico....................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................................... ........................ ' #.1 !ermost(to...... ermost(to................. ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................................. ...................... '

).

D(tos E*periment(es.......... E*periment(es.................... ..................... ..................... ..................... ..................... .............................. .................... + ).1 !ermost(to....... ermost(to................. ..................... ..................... ..................... ..................... ............................................... ..................................... +

".

$ácuo de Errores... Errores.............. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................................ ...................... + ".1 !ermost(to....... ermost(to................. ..................... ..................... ..................... ..................... ............................................... ..................................... +

'. ,imu(ció ,imu(ción... n....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........... .............. .............. ............... ........... ...+ + '.1 $ircuito $ontro $ontro de !emper(tur(............. emper(tur(....................... ................................................. ....................................... + +.

!(b( de $omponentes......... $omponentes.................... ..................... ..................... ...................... ..................... ...........................1.................1+.1 $ircuito $ontro de !emper(tur(............ emper(tur(...................... ................................................. ....................................... 1+.2............... +.2......................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ......................... .............. 11 +.# uente de vot(je................ vot(je.......................... ..................... ..................... ............................................... ..................................... 11 +.) !ot(................. ot(............................ ..................... ..................... ..................... ..................... ............................................. .................................. 11

/.

Impreso de P$0.................. P$0............................ ..................... ..................... ..................... ..................... ............................. ................... 12

. oj(s oj(s de Especifc(cio Especifc(ciones nes de $omponent $omponentes... es....... ........ ........ ........... .............. .............. ............... ..........12 ..12 1-.

$oncusio $oncusiones.. nes...... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ............ .......... 1#

11. 3ecomend(cion 3ecomend(ciones.......... es.................... ..................... ..................... ..................... ...................... .................................. ....................... 1# 12.

3e4erenci( e4erenci(s s 0ibio5ráfc 0ibio5ráfc(s (s 6 Eectrón Eectrónic(s. ic(s..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........... .............. ............1) .....1)

1#.

Ane*o Ane*os... s....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......... ............. ............... ............1" .....1"

Proyecto de a!oratorio a!oratorio de Electrónica Electrónica "# Paralelo $0

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Mayra Macías y Víctor Arce Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación Termocuna V 2.0

1. Introducción En ( (ctu(id(d se necesit( de sistem(s (utónomos 7ue 4(ciiten ( (bor de oper(rios 6 demás person( enc(r5(do de determin(d( (ctivid(d8 en e c(so p(rticu(r de en4ermer(s 6 doctores de áre( de %eon(too5í(8 es import(nte ( independenci( de os sistem(s de c(e4(cción 6 venti(ción en (s termocun(s. Por o 7ue e sistem( competo const( de dos p(rtes9 •

•

,istem( de contro Proporcion( Inte5r( Deriv(tivo temper(tur(. ,istem( de renov(ción de (ire por s(tur(ción de $O 2.

:PID;

p(r(

E sistem( se b(s( en m(ntener un( temper(tur( const(nte 6 (decu(d( p(r( un neon(to8 por medio de un sistem( de contro con retro(iment(ción8 c(p(< de re(i<(r (justes (decu(dos ( ( 4uente de c(or8 se5=n os c(mbios 7ue se presenten por e (mbiente o demás 4(ctores. E sistem( de renov(ción de (ire consiste en un sensor e cu( mide os nivees de $O2 en e (ire8 7ue ( e5(r ( nivees de to*icid(d (ctiv( (utomátic(mente ( venti(ción p(r( impi(r e (ire de ( c(m(r(.

1.1 Obetivos

1.1.1 Obetivo de Desempe!o A fn(i<(r ( e(bor(ción de pro6ecto se podrá9 -

3e(i<(r un( present(ción fn( de tr(b(jo re(i<(do dur(nte e semestre8 e cu( constó de tres et(p(s> ( eección de pro6ecto8 present(ción de circuito 4uncion(ndo en Protobo(rd 6 present(ción de circuito 4uncion(ndo en P$0. ?( present(ción será en p(rej(s8 de (cuerdo ( @or(rio d(do por e pro4esor 6 ( (s p(ut(s indic(d(s8 se re(i<(rá en un tiempo de 1" min.

1.1.2 Obetivo de spec#$cos

Proyecto de a!oratorio de Electrónica "# Paralelo $0

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-

Impement(r un circuito en e cu( se pon5( en práctic( os conocimientos (d7uiridos dur(nte (s m(teri(s de Eectrónic( # 6 ?(bor(torio de Eectrónic( 0. $(cu(r 6 verifc(r os d(tos teóricos con os d(tos e*periment(es. (mii(ri<(rse con os sistem(s de contro con retro(iment(ción. Est(becer ( correct( c(ibr(ción de (s et(p(s de sistem( de contro. Ens(mb(r (decu(d(mente c(d( et(p( de os sistem(s correspondientes.

1.2 Propósito E propósito de presente tr(b(jo es poner en práctic( os conocimientos teóricos (d7uiridos esenci(mente de (s m(teri(s de Eectrónic( # 6 ?(bor(torio de Eectrónic( 08 (demás de 7ue e estudi(nte se introdu
2. Fundamento Teórico


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Controlador PID n PID :Proporcion( Inte5r( Deriv(tivo; es un mec(nismo de contro por re(iment(ción 7ue c(cu( ( desvi(ción o error entre un v(or medido 6 e v(or 7ue se 7uiere obtener8 p(r( (pic(r un( (cción corrector( 7ue (juste e proceso. E (5oritmo de cácuo de contro PID se d( en tres p(rámetros distintos9 e proporcion(8 e inte5r(8 6 e deriv(tivo. E v(or Proporcion( determin( ( re(cción de error (ctu(. E Inte5r( 5ener( un( corrección proporcion( ( ( inte5r( de error8 esto nos (se5ur( 7ue (pic(ndo un es4uer
est(do de

sistem( :termómetro8

2. n contro(dor8 7ue 5enere ( señ( 7ue 5obiern( ( (ctu(dor. #. n (ctu(dor8 7ue modif7ue ( sistem( de m(ner( :resistenci( e&ctric(8 motor8 vávu(8 bomb(8 etc.;.

contro(d(

E sensor proporcion( un( señ( (n(ó5ic( o di5it( ( contro(dor8 ( cu( represent( e punto actual en e 7ue se encuentr( e proceso o sistem(. ?( señ( puede represent(r ese v(or en tensión e&ctric(8 intensid(d de corriente e&ctric( o 4recuenci(. En este =timo c(so ( señ( es de corriente (tern(8 ( di4erenci( de os dos (nteriores8 7ue son con corriente continu(.

E contro(dor ee un( señ( e*tern( 7ue represent( e v(or 7ue se dese( (c(n<(r. Est( señ( recibe e nombre de punto de consi5n( :o punto de re4erenci(;8 ( cu( es de ( mism( n(tur(e<( 6 tiene e mismo r(n5o de v(ores 7ue ( señ( 7ue proporcion( e sensor. P(r( @(cer posibe est( Proyecto de a!oratorio de Electrónica "# Paralelo $0

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comp(tibiid(d 6 7ue8 ( su ve<8 ( señ( pued( ser entendid( por un @um(no8 @(brá 7ue est(becer (5=n tipo de inter4(<:CIum(n C(c@ine Inter4(ce;8 son p(nt((s de 5r(n v(or visu( 6 4áci m(nejo 7ue se us(n p(r( @(cer más intuitivo e contro de un proceso.

E contro(dor rest( ( señ( de punto (ctu( ( ( señ( de punto de consi5n(8 obteniendo (sí ( señ( de error8 7ue determin( en c(d( inst(nte ( di4erenci( 7ue @(6 entre e v(or dese(do :consi5n(; 6 e v(or medido. ?( señ( de error es utii<(d( por c(d( uno de os # componentes de contro(dor PID. ?(s # señ(es sum(d(s8 componen ( señ( de s(id( 7ue e contro(dor v( ( utii<(r p(r( 5obern(r ( (ctu(dor. ?( señ( resut(nte de ( sum( de est(s tres se (m( variable manipulada 6 no se (pic( direct(mente sobre e (ctu(dor8 sino 7ue debe ser tr(ns4orm(d( p(r( ser comp(tibe con e (ctu(dor utii<(do.

?(s tres componentes de un contro(dor PID son9 p(rte Proporcion(8 (cción Inte5r( 6 (cción Deriv(tiv(. E peso de ( inuenci( 7ue c(d( un( de est(s p(rtes tiene en ( sum( fn(8 viene d(do por ( const(nte proporcion(8 e tiempo inte5r( 6 e tiempo deriv(tivo8 respectiv(mente. ,e pretenderá o5r(r 7ue e buce de contro corrij( efc(
Proporcional ?( p(rte proporcion( consiste en e producto entre ( señ( de error 6 ( const(nte proporcion( como p(r( 7ue @(5(n 7ue e error en est(do est(cion(rio se( c(si nuo8 pero en ( m(6orí( de os c(sos8 estos v(ores soo serán óptimos en un( determin(d( porción de r(n5o tot( de contro8 siendo distintos os v(ores óptimos p(r( c(d( porción de r(n5o. ,in emb(r5o8 e*iste t(mbi&n un v(or ímite en ( const(nte proporcion( ( p(rtir de cu(8 en (5unos c(sos8 e sistem( (c(n<( v(ores superiores ( os dese(dos. Este 4enómeno se (m( sobre osci(ción 68 por r(
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proporcion( no consider( e tiempo8 por o t(nto8 ( mejor m(ner( de soucion(r e error perm(nente 6 @(cer 7ue e sistem( conten5( (5un( componente 7ue ten5( en cuent( ( v(ri(ción respecto ( tiempo8 es incu6endo 6 conf5ur(ndo (s (cciones inte5r( 6 deriv(tiv(. ?( 4órmu( de proporcion( está d(d( por9

Inte%ral E modo de contro Inte5r( tiene como propósito disminuir 6 eimin(r e error en est(do est(cion(rio8 provoc(do por e modo proporcion(. E contro inte5r( (ct=( cu(ndo @(6 un( desvi(ción entre ( v(ri(be 6 e punto de consi5n(8 inte5r(ndo est( desvi(ción en e tiempo 6 sumándo( ( ( (cción proporcion(. E error es inte5r(do8 o cu( tiene ( 4unción de promedi(ro o sum(ro por un período determin(do> ?ue5o es mutipic(do por un( const(nte I. Posteriormente8 ( respuest( inte5r( es (dicion(d( ( modo Proporcion( p(r( 4orm(r e contro P G I con e propósito de obtener un( respuest( est(be de sistem( sin error est(cion(rio. E modo inte5r( present( un des4(s(miento en ( respuest( de -H 7ue sum(dos ( os 1/-H de ( retro(iment(ción : ne5(tiv( ; (cerc(n ( proceso ( tener un retr(so de 2+-H8 ue5o entonces soo será neces(rio 7ue e tiempo muerto contribu6( con -H de ret(rdo p(r( provoc(r ( osci(ción de proceso. ( 5(n(nci( tot( de (
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E contro inte5r( se utii<( p(r( obvi(r e inconveniente de oKset :desvi(ción perm(nente de ( v(ri(be con respecto ( punto de consi5n(; de ( b(nd( proporcion(.

?( 4órmu( de inte5r( está d(d( por9

Derivativo.& ?( (cción deriv(tiv( se m(nifest( cu(ndo @(6 un c(mbio en e v(or (bsouto de error> :si e error es const(nte8 so(mente (ct=(n os modos proporcion( e inte5r(;. E error es ( desvi(ción e*istente entre e punto de medid( 6 e v(or consi5n(8 o BSet Point B. ?( 4unción de ( (cción deriv(tiv( es m(ntener e error ( mínimo corri5i&ndoo proporcion(mente con ( mism( veocid(d 7ue se produce> de est( m(ner( evit( 7ue e error se incremente. ,e deriv( con respecto ( tiempo 6 se mutipic( por un( const(nte D 6 ue5o se sum( ( (s señ(es (nteriores :PGI;. Es import(nte (d(pt(r ( respuest( de contro ( os c(mbios en e sistem( 6( 7ue un( m(6or deriv(tiv( corresponde ( un c(mbio más rápido 6 e contro(dor puede responder (cordemente.

?( 4órmu( de deriv(tivo está d(d( por9 Proyecto de a!oratorio de Electrónica "# Paralelo $0

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E contro deriv(tivo se c(r(cteri<( por e tiempo de (cción deriv(d( en minutos de (nticipo. ?( (cción deriv(d( es (decu(d( cu(ndo @(6 retr(so entre e movimiento de ( vávu( de contro 6 su repercusión ( ( v(ri(be contro(d(. $u(ndo e tiempo de (cción deriv(d( es 5r(nde8 @(6 inest(biid(d en e proceso. $u(ndo e tiempo de (cción deriv(d( es pe7ueño ( v(ri(be osci( dem(si(do con re(ción ( punto de consi5n(. ,uee ser poco utii<(d( debido ( ( sensibiid(d ( ruido 7ue m(nifest( 6 ( (s compic(ciones 7ue eo conev(. E tiempo óptimo de (cción deriv(tiv( es e 7ue retorn( ( v(ri(be ( punto de consi5n( con (s mínim(s osci(ciones.


* de 2%


3. Circuitos Esquemáticos. '.1. '.1.1.

(istema de control de temperatura. PID)


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'.1.2.

Convertidor a pulsos y etapa de potencia)

'.1.'.

(istema de renovación de aire)


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4. Tabla de Componentes *.1 Circuito Control de Temperatura En ( !(b( 18 se observ( ( c(ntid(d de eementos utii<(dos en e circuito de contro de temper(tur( con su respectiv( descripción8 en donde se indic( e precio unit(rio de c(d( componente8 6 ( fn( e costo tot(. Proyecto de a!oratorio de Electrónica "# Paralelo $0

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Cantid ad  1 2 ' 2) # / 1 # #

Descripción ?C#2) ?C#" %E""" Potenciómetro 3esistenci( 0orner(s de 2 pines 0orner(s de # pines oco (ó5eno de 12M P0$ Impresión de Peícu(

Precio +nitario

Precio Total

L-.#L-.)L-.#L-.#L-.-# L-.1" L-.1" L)." L1.-TOT,-

L2.+L-.)L-.'L1./L-.+2 L-.)" L1.2L)."L2/.-L#.- /'.'*

Tabla 1“Circuito de Control de Temperatura”

*.2 Circuito de Ventilación En ( !(b( 28 se observ( ( c(ntid(d de eementos utii<(dos en e circuito de contro de temper(tur( con su respectiv( descripción8 en donde se indic( e precio unit(rio de c(d( componente8 6 ( fn( e costo tot(.

Cantid ad

Descripción

Precio +nitario

Precio Total

1 1 1 2 ' ) # 2

?C#2) CN+ PI$1'//+ Potenciómetro 3esistenci( 0orner(s de 2 pines 0orner(s de # pines Venti(dor D$ 12 V 2"-mA

L-.#L)".-L".-L-.#L-.-# L-.1" L-.1" L1.2TOT,-

L-.#L)".-L".-L-.'L-.1/ L-.'L-.#L2.) /.'

Tabla 2“Circuito de Ventilación"

*./ Total En ( !(b( )8 se observ( ( sum( tot( de os dos circuitos 6 de os m(teri(es e*tr(s utii<(dos.

Cantid ad 1

Descripción $ircuito de $ontro de !emper(tur(


Precio +nitario

Precio Total



 /'.'* $2 de 2%


1

$ircuito de Venti(ción TOT,-

 /.'  3*.*

Tabla /“Tabla de Gasto Total del Proyecto”

5. Impreso del PC


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$& de 2%



$' de 2%


!. "ista 3# de placas.


$( de 2%


$. Conclusiones -

-

-

E sistem( de contro 5(r(nti<( 7ue ( p(nt( se encuentre ( nive dese(do tom(ndo en cuent( tod(s (s v(ri(bes8 en e c(so p(rticu(r de temper(tur( (s v(ri(ciones (mbient(es de temper(tur( 6 demás. E sistem( de renov(ción de (ire 5(r(nti<( 7ue os nivees de to*icid(d por 5(s c(rbónico no e5uen ( v(ores críticos 7ue pued(n (4ect(r ( s(ud de neon(to. P(r( ( sintoni<(ción de (s v(ri(bes se debe tom(r en cuent( os nivees 6 v(ores de const(ntes de (mbiente en e 7ue v( ( tr(b(j(r e circuito p(r( 5(r(nti<(r su correcto 4uncion(miento 6 respuest(s oportun(s ( c(mbios de áre(.

%. &ecomendaciones -

En ( primer( p(rte de pro6ecto 7ue se tr(t( de (rm(r e circuito en P3O!O0OA3D8 verifc(r ( continuid(d (ntes de comen<(r ( ens(mb(r. 3evis(r e DA!A,EE! de c(d( eemento p(r( poderse d(r cuent( de ( m(ner( en 7ue se tiene 7ue conect(r c(d( pin. A momento de m(nd(r diseñ(r e P$0 se debe verifc(r ( correct( cone*ión de os eementos. Es un( buen( práctic( 7ue ( momento de ir sod(ndo os eemento en e P$08 ir verifc(ndo ( continuid(d en ( pist( continu( ( eemento ( ser sod(do.


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'. &e(erencias iblio)rá(icas * Electrónicas [1] Corripio, Armando B. Tuning of industrial control systems. Instrument Society of America. 1990. [2] Smith, Carlos A. Corripio, Armando B. Principles and practice of automatic process control. Second edition. !ohn "iley # Sons. 199$. [%] &arlin, 'homas (. Process control: designing processes and control systems for dynamic performance. &c )ra*+ill. 19$-. [] Astrom, /arl !. alund, 'ore. PID controllers: theory, design, and tuning. Second edition. Instrument Society of America. 199-. [-] &c&illan, )reory /. Tuning and control loop performance: a practitioners’s guide. 'hird edition. Instrument Society of America. 199. [] oots, "illiam /. Fundamentals of temperature control. Academic 3ress. 199. [$] Ba4uelos, &.A. &art5ne6, ". 37re6, !.8. An:lisis y dise4o de un controlador 3I; anal<ico=. eporte t7cnico '(S'(990-. Centro de Instrumentos, >?A&. [@] ayo, ).;. Ba4uelos, &.A. Castillo, !. 37re6, !.8. 37re6, !.S. Control de temperatura de un horno industrial de secado utili6ando un 3I; anal<ico=. (n memorias de S&I I Conreso de instrumentaci

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1+.

,ne-os


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