FACULTAD DE INGENIERÍA
INTRODUCCIÓN Según K. Ogata, un Sistema es “(…) una combinación de componentes que actúan juntos y realizan un objetivo determinado (…)”. Un Sistema de Control tiene la fina lidad de obtener
resultados deseados a través de la manipulación de las variables de control. La Empresa italiana “De Lorenzo S.p.A.” se encarga del diseño, desarrollo y producción de
equipos para la capacitación técnica y profesional en especialidades como Ingeniería Eléctrica, Electrónica Básica, Electrónica de Potencia, Electrónica Industrial, Telecomunicaciones, Neumática, Hidráulica, Automatización, etc., y para el presente Informe, se trabajó con el sistema de control DL 2314. El sistema de control de procesos DL 2314 está compuesto de: un panel didáctico, con un depósito presurizado y un juego de sensores y actuadores de nivel, presión, temperatura y flujo, y de un módulo de control, que contiene los circuitos de interface para los sensores y actuadores y circuitos de control ON/OFF, proporcional, integral y derivativo (PID). En el presente Informe se manifestará la experiencia de trabajo de la Unidad Didáctica 9 “Control Proporcional Del Nivel Con Anillo Cerrado” con el sistema de control según la guía utilizada (“Unidad Control de Proceso y Transductores DL 2314”, páginas 56 y 57).
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FACULTAD DE INGENIERÍA
MÉTODOS Y MATERIALES UTILIZADOS Metodología
La metodología para realizar cada actividad planteada en la guía será el “Descubrimiento Guiado”, con ayuda del Encargado del Laboratorio.
Materiales
Los materiales a utilizar son:
DL 2314
Multímetro Digital
Conjunto de Cables
Cronómetro
Entre los materiales no considerados están los que se requieren para el trabajo en laboratorio (esencialmente guardapolvo y guantes dieléctricos).
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PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES El procedimiento para obtener resultados está basado en el Manual (pp. 56 y 57): 1) Conectar, mediante los cables, el casquillo 19 del LINEAR DRIVER al casquillo 19 y el casquillo 20 al 20 (ficha 9.1 fig. 9.1). 2) Conectar el casquillo del SET POINT 1 al casquillo 18 del LINEAR DRIVER (ficha 9.1 fig. 9.1)
10) Conectar el casquillo del SET POINT 2 al casquillo 14 del regulador PID y el casquillo 13 d el interface de nivel al casquillo 13 del regulador PID (ficha 9.1 fig. 9.1). 11) Introducir un terminal del voltímetro digital, preparado en corriente
3) Cerrar ligeramente la válvula MAN VALVE (rotación horaria).
continua, en el casquillo del SET POINT 2 y el otro en el casquillo de
4) Apretar el interruptor general (ON).
masa.
5) Regular le válvula MAN VALVE de manera que se lea en el indicador de flujo una capacidad de aprox. 20 litros/h.
12) Regular la tensión en el SET POINT 2 a 2 V. 13) Cambiar el terminal del voltímetro digital del casquillo del SET POINT
6) Poner en OFF el interruptor general.
2 al casquillo 13 del regulador PID : el valor de tensión leído tendrá
7) Nivelar el agua del depósito a 8 cm.
que ser igual a 2 V; si la tensión tuviera un valor distinto, controlar
8) Quitar el cable del casquillo 18 del LINEAR DRIVER y del c asquillo del
que el nivel del agua en el depósito esté a 8 cm de altura, en caso
SET POINT 1 y poner en 0 V la manivela. 9) Conectar el casquillo 1 del Sensor de Nivel al casquillo 1 de la respectiva interface y el casquillo 2 al casquillo 2 (ficha 9.1 fig. 9.1).
contrario calibrar el sensor según los procedimientos indicados en la Unidad Didáctica 1. 14) Poner el terminal del voltímetro digital en el casquillo X5 del regulador PID : el valor de tensión leído tiene que ser igual a la
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diferencia entre la tensión aplicada en el casquillo 14 y la aplicada en el casquillo 13 es decir 0 V. 15) Conectar el casquillo del SET POINT 1 al casquillo EXT del regulador PID. 16) Introducir el terminal del voltímetro digital en el casquillo X5. 17) Regular la tensión del SET POINT 1 de manera que se pueda leer en el voltímetro digital una tensión de 3 V : esta tensión representa la
23) Anotar en la tabla 9.1 el valor de tensión relevado cada 15 segundos hasta el final del transitorio. 24) Poner el terminal del voltímetro digital en el casquillo X5 del regulador PID : el valor leído, que tiene que ser anotado, representa el error de régimen. 25) Quitar momentáneamente el cable del casquillo EXT del regulador PID.
amplitud del peldaño de referencia que corresponde a un aumento
26) Nivelar el agua en el depósito a 8 cm.
de 3 cm del nivel de agua.
27) Poner el terminal del voltímetro digital en el casquillo 13 del regulador
18) Quitar de momento el cable del casquillo EXT del regulador PID. 19) Regular la manivela PROPORTIONAL al 25 %. 20) Conectar el casquillo 15 del regulador PID al casquillo 15 y el casquillo 18 al 18 del LINEAR DRIVER. 21) Poner el terminal del voltímetro digital en el casquillo 13 del regulador PID : anotar en la tabla 9.1 el valor de tensión leído (2 V). 22) Volver a introducir el cable en el casquillo EXT del regulador PID y accionar contemporáneamente el cronómetro.
PID : anotar en la tabla 9.1 el valor de tensión leído (2 V). 28) Regular la manivela PROPORTIONAL al 50 % y repetir las operaciones a partir del punto 22. 29) Repetir
sucesivamente
las
operaciones
con
la
manivela
PROPORTIONAL al 75 % y al 100 %. 30) Poner en OFF el interruptor general. 31) Trazar las curvas de la respuesta dinámica d e anillo cerrado para cada valor de la posición de la manivela PROPORTIONAL.
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diferencia entre la tensión aplicada en el casquillo 14 y la aplicada en
23) Anotar en la tabla 9.1 el valor de tensión relevado cada 15 segundos
el casquillo 13 es decir 0 V.
hasta el final del transitorio.
15) Conectar el casquillo del SET POINT 1 al casquillo EXT del regulador
24) Poner el terminal del voltímetro digital en el casquillo X5 del
PID.
regulador PID : el valor leído, que tiene que ser anotado, representa
16) Introducir el terminal del voltímetro digital en el casquillo X5.
el error de régimen.
17) Regular la tensión del SET POINT 1 de manera que se pueda leer en
25) Quitar momentáneamente el cable del casquillo EXT del regulador
el voltímetro digital una tensión de 3 V : esta tensión representa la
PID.
amplitud del peldaño de referencia que corresponde a un aumento
26) Nivelar el agua en el depósito a 8 cm.
de 3 cm del nivel de agua.
27) Poner el terminal del voltímetro digital en el casquillo 13 del regulador
18) Quitar de momento el cable del casquillo EXT del regulador PID.
PID : anotar en la tabla 9.1 el valor de tensión leído (2 V).
19) Regular la manivela PROPORTIONAL al 25 %.
28) Regular la manivela PROPORTIONAL al 50 % y repetir las operaciones
20) Conectar el casquillo 15 del regulador PID al casquillo 15 y el casquillo
a partir del punto 22.
18 al 18 del LINEAR DRIVER.
29) Repetir
21) Poner el terminal del voltímetro digital en el casquillo 13 del regulador
sucesivamente
las
operaciones
con
la
manivela
PROPORTIONAL al 75 % y al 100 %.
PID : anotar en la tabla 9.1 el valor de tensión leído (2 V).
30) Poner en OFF el interruptor general.
22) Volver a introducir el cable en el casquillo EXT del regulador PID y
31) Trazar las curvas de la respuesta dinámica d e anillo cerrado para cada
accionar contemporáneamente el cronómetro.
valor de la posición de la manivela PROPORTIONAL.
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RESULTADOS Luego de haber realizado los procedimientos indicador por el M anual del Sistema de Control, se obtienen los siguientes registros:
PRIMER REGISTRO: TIEMPO
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210 225 240 255
270
285 300
315 330
345 360
KP=25%; KI=25%
2
4.4
4.92 5.04 5.09 5.11
5.07 5.08 5.09 5.09 5.08 5.11
5.11
5.1
5.11
5.1
5.1
5.1
5.09 5.07 5.08 5.08
ALTURA
8
9,7
10,3 10,5 10,5 10,5 10,5 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6
5.12
Gráfico N° 01 Voltaje vs. Tiempo 12
5
10
4
KP=25%; KI=25%
2
5.1
5.1
5.1
Gráfico N° 02 Altura vs. Tiempo
6
e j a t l 3 o V
5.11
375 390
e j a t l o V
8 6
ALTURA (CM)
4 2
1
0
0 0 45 90 135 180 225 27 2 70 315 360
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 5 8 3 6 9 1 4 7 0 3 6 9 1 1 2 2 2 3 3 3 3
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FACULTAD DE INGENIERÍA
RESULTADOS Luego de haber realizado los procedimientos indicador por el M anual del Sistema de Control, se obtienen los siguientes registros:
PRIMER REGISTRO: TIEMPO
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210 225 240 255
270
285 300
315 330
345 360
KP=25%; KI=25%
2
4.4
4.92 5.04 5.09 5.11
5.07 5.08 5.09 5.09 5.08 5.11
5.11
5.1
5.11
5.1
5.1
5.1
5.09 5.07 5.08 5.08
ALTURA
8
9,7
10,3 10,5 10,5 10,5 10,5 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6
5.12
Gráfico N° 01 Voltaje vs. Tiempo
5.11
5.1
5.1
5.1
375 390
Gráfico N° 02 Altura vs. Tiempo
6
12
5
10
4
e j a t l 3 o V
e j a t l o V
KP=25%; KI=25%
2
8 6
ALTURA (CM)
4
1
2
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 8 1 4 7 0 3 6 9 3 6 9 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3
0 45 90 135 180 225 27 2 70 315 360
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FACULTAD DE INGENIERÍA
SEGUNDO REGISTRO: TIEMPO
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135 150
165 180
195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390
KP=25%; KI=50%
2
4.32 4.73 4.83 4.88 4.89 4.92 4.94 4.99 4.87 4.98 4.98 4.99 5.01 5.01 5.01 5.02 5.02 5.02 5.04 5.03 5.03 5.04 5.05 5.05 5.05 5.06 5.05
ALTURA
8
9,7
10,1 10,2 10,3 10,3 10,3 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4
Gráfico N° 03 Voltaje vs. Tiempo
Gráfico N° 04 Altura vs. Tiempo
6
12
5
10
4
8
e j a t l 3 o V
KP=25%; KI=50%
2
e j a t l o V
6
ALTURA (CM)
4
1
2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 3 6 9 2 5 8 4 7 0 3 6 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3
0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 2 70 70 3 00 00 3 30 30 3 60 60 3 90 90
6
FACULTAD DE INGENIERÍA
SEGUNDO REGISTRO: TIEMPO
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135 150
165 180
195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390
KP=25%; KI=50%
2
4.32 4.73 4.83 4.88 4.89 4.92 4.94 4.99 4.87 4.98 4.98 4.99 5.01 5.01 5.01 5.02 5.02 5.02 5.04 5.03 5.03 5.04 5.05 5.05 5.05 5.06 5.05
ALTURA
8
9,7
10,1 10,2 10,3 10,3 10,3 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4
Gráfico N° 03 Voltaje vs. Tiempo
Gráfico N° 04 Altura vs. Tiempo
6
12
5
10
4
8
e j a t l 3 o V
e j a t l o V
KP=25%; KI=50%
2
6
ALTURA (CM)
4
1
2
0
0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 4 7 0 3 6 9 2 2 3 3 3 3
0 30 60 90 120 150 180 210 240 2 70 70 3 00 00 3 30 30 3 60 60 3 90 90
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FACULTAD DE INGENIERÍA
TERCER REGISTRO: TIEMPO
0
15
30
KP=25%; KI=75%
2
4.2 4.64 4.75 4.81 4.82 4.81 4.85 4.85 4.85 4.87 4.88 4.91 4.92 4.93 4.94 4.95 4.96 4.96 4.96 4.99 4.99 4.99 4.99 4.39 4.01 4.02
ALTURA
8
9,7
10
45
60
75
90
105
120
135 150
165 180
195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390
10,1 10,1 10,2 10,2 10,2 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4
Gráfico N° 05 Voltaje vs. Tiempo
Gráfico N° 06 Altura vs. Tiempo
6
12
5
10
4
8
e j a t l 3 o V
KP=25%; KI=75%
2
e j a t l o V
6
ALTURA (CM)
4
1
2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 3 6 9 2 5 8 4 7 0 3 6 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3
0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 2 70 70 3 00 00 3 30 30 3 60 60 3 90 90
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FACULTAD DE INGENIERÍA
TERCER REGISTRO: TIEMPO
0
15
30
KP=25%; KI=75%
2
4.2 4.64 4.75 4.81 4.82 4.81 4.85 4.85 4.85 4.87 4.88 4.91 4.92 4.93 4.94 4.95 4.96 4.96 4.96 4.99 4.99 4.99 4.99 4.39 4.01 4.02
ALTURA
8
9,7
10
45
60
75
90
105
120
135 150
165 180
195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390
10,1 10,1 10,2 10,2 10,2 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4
Gráfico N° 05 Voltaje vs. Tiempo
Gráfico N° 06 Altura vs. Tiempo
6
12
5
10
4
8
e j a t l 3 o V
e j a t l o V
KP=25%; KI=75%
2
6
ALTURA (CM)
4
1
2
0
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 3 6 9 2 5 8 4 7 0 3 6 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3
0 30 60 90 120 150 180 210 240 2 70 70 3 00 00 3 30 30 3 60 60 3 90 90
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FACULTAD DE INGENIERÍA
CUARTO REGISTRO: TIEMPO
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210 225 240 255 270 285 300
315
330 345 360 375 390
KP=25%; KI=100%
2
4.16 4.67 4.74 4.77 4.8 4.82 4.82 4.81 4.83 4.86 4.86 4.88 4.89 4.91 4.91 4.92 4.92 4.93 4.95 4.97 4.98 4.98 4.98 4.99 4.98 4.98 4.98
ALTURA
8
9,7
10,1 1 0,1 10,2 10,2 10,2 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4
Gráfico N° 07 Voltaje vs. Tiempo
Gráfico N° 08 Altura vs. Tiempo
6
12
5
10
4
8
e j a t l 3 o V
KP=25%; KI=100%
2
e j a t l o V
6
ALTURA (CM)
4
1
2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 3 6 9 2 5 8 4 7 0 3 6 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3
0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 2 70 70 3 00 00 3 30 30 3 60 60 3 90 90
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FACULTAD DE INGENIERÍA
CUARTO REGISTRO: TIEMPO
0
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30
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60
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330 345 360 375 390
KP=25%; KI=100%
2
4.16 4.67 4.74 4.77 4.8 4.82 4.82 4.81 4.83 4.86 4.86 4.88 4.89 4.91 4.91 4.92 4.92 4.93 4.95 4.97 4.98 4.98 4.98 4.99 4.98 4.98 4.98
ALTURA
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9,7
10,1 1 0,1 10,2 10,2 10,2 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,3 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4 10,4
Gráfico N° 07 Voltaje vs. Tiempo
Gráfico N° 08 Altura vs. Tiempo
6
12
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e j a t l 3 o V
KP=25%; KI=100%
2
e j a t l o V
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ALTURA (CM)
4
1
2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 3 6 9 2 5 8 4 7 0 3 6 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3
0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 2 70 70 3 00 00 3 30 30 3 60 60 3 90 90
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FACULTAD DE INGENIERÍA
DISCUSIÓN DE RESULTADOS En los diversos registros se evidenció la tendencia hacia la estabilidad. Inicialmente se calibró el sistema dejando el nivel del agua en 8 cm., así como activando en el PID., a los correctores PROPORTIONAL e INTEGRAL, que eran los encargados de estabilizar el flujo del agua hacia el tanque.
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISCUSIÓN DE RESULTADOS En los diversos registros se evidenció la tendencia hacia la estabilidad. Inicialmente se calibró el sistema dejando el nivel del agua en 8 cm., así como activando en el PID., a los correctores PROPORTIONAL e INTEGRAL, que eran los encargados de estabilizar el flujo del agua hacia el tanque.
Ilustración 1 Configuración del Sistema de Control
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FACULTAD DE INGENIERÍA
Ilustración 2 Nivel Inicial de Agua en el Tanque
Cuando se encendía el Sistema el nivel del agua empezó a aumentar pero cada vez más lentamente, y se observó a través del voltímetro que el voltaje del Sensor de Nivel del Agua tendía hacia determinado valor, generalmente muy cerca a los 5.00 V. La curvatura generada al plasmar los valores de voltaje y altura, cada uno con respecto al tiempo, muestra una línea creciente en el tiempo, con casi una expresión logarítmica o de raíz, es decir, inicialmente tienden rápidamente al crecimiento para luego estabilizarse alrededor de cierto valor. Para los cuatro casos fue muy similar el resultado, excepto en el tiempo en el que los l os valores empezaban a estabilizarse.
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FACULTAD DE INGENIERÍA
CONCLUSIONES Con el presente Informe se concluye en que:
Los Sistemas de Control tienen por objetivo desempeñar determinada tarea buscando la estabilidad en la misma.
Todo sistema eléctrico siempre presenta fluctuaciones con respecto al voltaje, por lo que es importante calibrar cada cierto periodo el sistema.
Se verificó los efectos de la ganancia del anillo sobre la respuesta dinámica del sistema.
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