Reporte Practica 6

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Universidad Autónoma de Nuevo León Ingeniería Química Laboratorio de Control de Procesos Asesor: Dr. Oscar Huerta “Practica 6. Control ON-OFF” EQUIPO # 5 Grupo: 02 María Angelina Cerda Gámez 1431682 Lizbeth Guadalupe López Oviedo 1418165 María Elena Olivo Flores 1334970 San Nicolás de los Garza, Nuevo León, a 23 de mayo 2013.

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practica quimica.

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Practica 5 Identificacin en Sistemas de Segundo Orden sobre amortiguados.

Universidad Autnoma deNuevo Len

Ingeniera Qumica

Laboratorio de Control de ProcesosAsesor: Dr. Oscar Huerta

Practica 6. Control ON-OFF

EQUIPO # 5Grupo: 02Mara Angelina Cerda Gmez 1431682 Lizbeth Guadalupe Lpez Oviedo 1418165Mara Elena Olivo Flores 1334970

San Nicols de los Garza, Nuevo Len, a 23 de mayo 2013.

Resumen

En esta prctica se realiz un controlador de procesos ON-OFF, con ayuda del software LABVIEW, con el objetivo de comprar un valor para una variable medida (seal de entrada) contra el valor deseado (set point) a de manera producir una seal de salida.Para la realizacin de este ON-OFF , se controlo el encendido y el apagado de la bomba, una vez que se llegar a la altura deseada, dndole adems cierto porcentaje de error por encima y por debajo del valor del set point, esto para que el controlador tuviera un rango de valores en los que el nivel del tanque poda oscilar. Por ultimo se le agrego una alarma tipo LED, la cual tuviera la funcin de indicar los errores que el controlador pudiese presentar. Objetivo

Analizar y realizar un controlador de procesos ON-OFF para un sistema de llenado de un tanque, en donde el equipo funcione dentro de determinado rango.

Teora

Los mtodos de control clsico son aquellos que esperan a que se produzca un error para luego realizar una accin correctiva. El error se presenta a causa de la diferencia de lectura entre la variable de salida sensada y la seal de referencia, este error est presente en todo momento, y la finalidad es minimizarlo. En algunos casos suele generarse un comportamiento oscilatorio alrededor del valor de referencia. [2]Un controlador de procesos, puede ser definido como un dispositivo que compara el valor de una variable medida (seal de entrada) al valor deseado (set point) para producir una seal de salida que mantenga el valor deseada de la variable y usa esa diferencia para manipular la variable controlada. [1]Control On- Off.El control ON-OFF, tambin llamado todo o nada o abierto-cerrado, es la forma ms simple de control por retroalimentacin, es un control de dos posiciones en el que el elemento final de control solo ocupa una de las dos posibles posiciones, en el cual la salida del controlador va de un extremo a otro cuando el valor de la variable controlada se desva del valor deseado. [1]Este mtodo Este mtodo solo acepta dos posiciones para el actuador: encendido (100%) y apagado (0%). La lgica de funcionamiento es tener un punto de referencia, si la variable es mayor el actuador a sume una posicin, y si la variable es menor el actuador a sume la otra posicin. Por ejemplo tenemos los sistema s de seguridad contra robos, las refrigeradoras domsticas, sistema s de aire a condicionado, etc. A continuacin se muestra su funcin en el tiempo: [2]

Figura 1. Grfica del funcionamiento de un controlador ON-OFF con respecto al tiempo.La salida del controlador ON-OFF, o de dos posiciones, solo puede cambiar entre dos valores al igual que dos estados de un interruptor. El controlador no tiene la capacidad para producir un valor exacto en la variable controlada para un valor de referencia dado pues el controlador produce una continua desviacin del valor de referencia. [3]

Presenta las siguientes caractersticas: [1] Variacin cclica contina de la variable controlada. El controlador no tiene la capacidad para producir un valor exacto en la variable controlada para un valor de referencia. Funcionamiento optimo en procesos con tiempo de retardo mnimo y velocidad de relacin lenta. Tiene un simple mecanismo de construccin, por eso este tipo de controladores es de amplio uso, y mayormente son utilizados en sistemas de regulacin de temperatura.Ventajas del sistema ON-OFF [1] Es la forma ms simple de control. Bajo precio de instalacin. Fcil instalacin y mantenimiento. Amplia utilizacin en procesos de poca precisin.Desventajas del sistema ON-OFF [1] Mnima precisin. No recomendable para procesos de alto riesgo.Los controladores mecnicos de dos posiciones normalmente posee algo de histresis, por el contrario los controladores electrnicos usualmente funcionan sin histresis.La histresis est definida como la diferencia entre los tiempos de apagado y encendido del controlador.El usar un controlador de accin de dos posiciones da como resultado una oscilacin de la variable controlada, x.Para determinar la regulacin del controlador, son importantes los parmetros amplitud y perodo de tiempo de la oscilacin. La oscilacin depende de muchos factores, el perodo de tiempo est en funcin del tiempo muerto del sistema y la posible histresis del controlador. La histresis tambin est directamente influenciada por la amplitud de la oscilacin la cual es adicionalmente dependiente de los valores del factor de histresis Kis y la magnitud del escaln en la variable de entrada.

Figura 2. Planta integral con controlador ON-OFF sin histresisDonde:

TU = Tiempo muerto del sistemaw = Valor de referenciaT = Perodo de la oscilacinXM = Ancho de sobre impulso de la oscilacin

Figura 3. Planta integral con controlador ON-OFF con histresis xd.

Muestra las caractersticas dinmicas de un sistema de regulacin, usando un controlador de dos posiciones en una planta integral sin compensacin como un resultado del tiempo de retardo en la planta y con histresis igual a cero, la oscilacin se produce con un perodo de tiempo de: T = 4Tu (1)

La amplitud de oscilacin est principalmente determinada por los valores caractersticos del factor de histresis (Kis) y la magnitud de cambio de la variable de entrada, y:

Donde:

Si el controlador de dos posiciones posee histresis, entonces la amplitud y perodo de lasoscilaciones estn definidos por:T = 4Tu + 4t1 (5)y relacionando otras variables:

Donde xd es la banda de histresis del controlador.

La variable xd debe ser sumada a la amplitud de la oscilacin, y est dada por:

Las frmulas dadas solo son vlidas para plantas que poseen idnticos tiempos de cada y subida de la variable controlada.Para un sistema de orden superior con un controlador de dos posiciones y considerando una histresis de cero, se puede aproximar la respuesta con las siguientes ecuaciones:

Figura 4.Sistema de orden superior con controlador ON-OFF sin histresis.

El periodo de la oscilacin ser:

T = 4Tu (8)Al mismo tiempo XM est dado por:

Donde xh es el mximo valor que toma la salida, en los mdulos del laboratorio es 10V.Sin embargo los sistemas de primer orden presentan un crecimiento exponencial, por lo que se presenta el siguiente mtodo de clculo para la amplitud:

Si el controlador tiene histresis, la amplitud de la oscilacin ser:

La accin del controlador de dos posiciones tiene un simple mecanismo de construccin, por esa razn este tipo de controladores es de los de ms amplio uso, y son comnmente utilizados en sistemas de regulacin de temperatura. [3]Procedimiento experimental

1. Se conectaron los cables de la entrada en los canales 26 y 28, positivo y negativo respectivamente.2. Se tomaron lecturas de altura contra voltaje del llenado del tanque, para obtener una ecuacin lineal, y as obtener una relacin de cuanto voltaje equivale a cierta altura.3. Se dio de alta una salida correspondiente a la bomba en el programa (Measurement & Automation) escogiendo los canales 13 y 14, entrada positiva y entrada negativa respectivamente donde se conectaron los cables. 4. Se encendi la fuente de voltaje. 5. Dentro del programa de (Measurement & Automation ) se escogi un valor mximo y mnimo de voltaje, 5 y 0 respectivamente. 6. Se prob que la bomba encendiera con un voltaje 0 y se apagara con un voltaje de 7. Se abri el programa de Labview donde se introdujo la regresin lineal y se realiz una programacin para controlar el encendido y el apagado del llenado del tanque a una altura dada. 8. Se agrego una alarma de luz, que se encendiera cada vez que se que se produjera un error en el sistema.9. Se verifico que el programa funcionara correctamente.10. Se le dio valores de set point y valores de cierto porcentaje error, es decir % de tolerancia que tendr por arriba y por abajo del valor que estamos buscando.11. . Y por ltimo se grabo la grfica obtenida.12. Se repito el paso 10 y 11 para distintos valores de set point y porcentaje de error.Resultados y discusiones

Inicialmente se calibro el equipo tomando voltajes a diferentes alturas como se mencion en la experimentacin, obteniendo los siguientes resultados:Tabla 1.Valores obtenidos para la calibracin del equipo (voltaje y altura)

Voltaje (Volts)Altura (cm)

10

1.695

2.210

2.7615

3.2120

3.7725

4.2930

4.8235

Figura 5.Grafica de los valores obtenidos en la calibracin (Valores obtenidos para la calibracin del equipo (voltaje y altura)

Se obtiene entonces la ecuacin:Una vez hecho esto, se realiz el programa en LABVIEW, y se procedi a probar con distinto s valores de set poin y % de tolerancia.

Figura 6. Diagrama elaborado en LABVIEW

Corrida 1.Sp: 20% Tolerancia :10

Figura 7 . Grfica para un SP=20 y %tolerancia =10..

En la Figura 7 se observa la oscilacion de la altura dentro de los rangos de tolerancia, establecidos al inicio de la corrida, mostrando asi que el controlador trabajaba de manera correcta.Para esta misma corrida, se procedio a abrir completmente la valvula para simular una fuga, para producir un error que encendiera la alarma, lo siguiente se muestra en la Figura 8.

Figura 8. Grfica para un SP=20 y %tolerancia =10, con la alarma encendida.

Una vez que valor de la altura decae, debido a la abertura total de la vlvula, podemos observar como la alarma se enciende indicando que la altura del tanque esta por debajo del valor deseado.Se realiz una segunda corrida Corrida 2. Sp: 25 % Tolerancia: 15

Figura 9. Grfica para un SP=25 y %tolerancia =15

Figura 10. Grfica para un SP=25 y %tolerancia =15, con la alarma encendida.

La Figura 10 muestra el encendido de la alarma, pues de nuevo el valor de la altura del tanque esta por encima del limite mximo permitido. Conclusiones

Se logr el objetivo de la prctica analizar y realizar un controlador de procesos ON-OFF para un sistema de llenado de un tanque, tomando en cuenta el rango de error permitido.Se cumpli correctamente el funcionamiento de la alarma, la cual solo deba encender cuando se generar un error debido a una fuga, ya que esto no permite que la altura llegue al set point, y un error debido a una obstruccin dentro de la vlvula de salida que no permita que el flujo de agua salga del tanque de modo que el nivel del agua no disminuya y llegue al set point deseado.Bibliografahttp://www.slideshare.net/shuaranca/sistema-control-onoff [1] (Informacin referente a un controlador ON-OFF)http://www.galeon.com/hamd/pdf/1libro1.pdf [2] (Informacin referente a un controlador ON-OFF)http://rd.udb.edu.sv:8080/jspui/bitstream/123456789/830/1/SISCONAUT_G04.pdf [3] (Informacin referente a un controlador ON-OFF)}

Anexos

Figura 10. Imagen para la grficapara un SP=20 y %tolerancia =10