Lab Control 3

Control Automático II

V Ciclo Sección A

INFORME DE LABORATORIO LABORATORIO N° 1 Y N°2

SINTONIZACIÓN DE PROCESOS

Integrantes: GALLARDO ACHAMIZO, DEYVI JHONATAN HUMPIRI TURPO, WILAR VICENTE

PROFESOR: Sarco Montiel, Armando Fecha de realización: 16 de Marzo Fecha de entrega: 21 de Marzo

2012 – I

CONTROL AUTOMÁTICO II

TABLA DE CONTENIDO Control Automático II ................................................................................................................... 1

V Ciclo Sección A ........................................................................................................................... 1 1)

Curva característica del proceso .................................................................................................. 4

2)

Proceso de Primer Orden............................................................................................................. 6

CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS

Página 2


TABLA DE CONTENIDO Control Automático II ................................................................................................................... 1

V Ciclo Sección A ........................................................................................................................... 1 1)

Curva característica del proceso .................................................................................................. 4

2)

Proceso de Primer Orden............................................................................................................. 6


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1. Introducción: En el presente informe, se realiza la sintonización de diferentes procesos. Para el el procedimiento nos ayudaremos de la referencia [1]. Y por si hay mayores dificultades nos ayudaremos del libro de la referencia [2], del tema de sintonía. Los procesos se caracterizan por su curva, el cual se estudiará en este laboratorio con la ayuda del software de simulación PC-Control Lab2, para determinar su comportamiento dinámico del cual se medirán la variable a controlar (PV) en función de la variable manipulada (MV) También se evaluara el comportamiento de los procesos para determinar las curvas características de diferentes tipos de estos, y así diferenciar la curva de reacción que se produce cuando se le aplica un escalón y de esa manera obtener los datos necesarios y la ganancia, tiempo muerto, constante de tiempo mediante los métodos de, tanteo, oscilaciones críticas, ganancia limite, curva de reacción de orden superior.


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1. Resultados del laboratorio 1) Curva característica del proceso I.

Determinamos la curva característica del proceso Process/Select model/ generic.mld , modificando la variable manipulada OUT (%) y midiendo la variable controlada PV (%) en estado estacionario. Anotamos sus resultados en la Tabla 1 y dibujamos la curva característica. Estudiado de la referencia [2].

Salida del controlador (%)

Variable controlada (%)

15

22.5

20

30

25

37.5

30

45

35

52.5

40

60

45

67.5

50

75

55

82.5

60

90

65

97.5

70

100

Tabla 1. Curva característica del proceso


Generic Process .

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Figura 1. PCCONTROLAB 2.

CURVA CARACTERÍSTICA PROCESS 120 100 80

PV (%)

60 "MV" vs "PV"

40 20 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

MV (%)

Figura 2. Curva característica del proceso Generic Process.


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CONTROL AUTOMÁTICO II 2) Proceso de Primer Orden I. Seleccionamos Process/Select Model/folpdt2.mld (proceso de primer orden). Cambiamos la salida del controlador OUT de 35% a 55%. Esto equivale a generar un escalón del 20%. Al estabilizarse la señal PV detenga el gráfico „presionando PAUSE. Use ZOOM para ampliar el eje vertical.

Figura 3.Curva de reacción MV vs PV.

INICIAL

FINAL

PV

52.5%

82.5%

OUT

35%

55%

Tabla 1. Datos medidos.

Kp

ΔPV

ΔOUT

1.5

30%

20%

Tabla 2. Valores calculados.


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CONTROL AUTOMÁTICO II Estimamos las constantes de tiempo utilizando el método de la tangente.

  

   

Estimamos la constante de tiempo T y el tiempo muerto τ utilizando el método del 63.2%.

()      CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS

     Página 7

CONTROL AUTOMÁTICO II II.

En la ventana que aparece con Process/ChangeParameters anote: D ead time (τ), Process Gain (Kp) y Time Constant (T):

Kp = 1.5

T = 5 min

τ

= 6 min

¿Coinciden los valores con los anteriormente estimados? ¿Cuál de los métodos es el más exacto? Si, el más exacto es el método del 63.2%. III.

En la ventana que aparece con Process/ChangeParameters cambie los parámetros:

Kp = 1

IV.

T = 3 min

τ

= 2 min

Cambiamos la salida del controlador OUT de 35% a 55% y estimamos los parámetros utilizando el método del 63.2%:


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Figura 8. Curva de reacción MV vs PV.

INICIAL

FINAL

PV

35%

55%

OUT

35%

55%

Tabla 3. Datos medidos.

ΔPV

ΔOUT

20%

20%

Tabla 4. Datos calculados.


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()      3)

     

PROCESOS DE ORDEN SUPERIOR: I. PROCESO DE NIVEL: Método del Tanteo Modo P: En este modo la salida del controlador, MR es el denominado MAIN RESET (Manual Reset: Reset Manual). Este parámetro nos permite reducir el error e(t) entre el SP (Set Point) y la PV (Process Variable). Cuando e (t)=0, MR tiene un valor igual a la salida del controlador OUT.

En el menú process elegir SelectModel, seleccionar el proceso “Generic”. Ponga el controlador en MANUAL y en el menú control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly. Ponga el controlador en Auto

a) Seleccione TUNE y anote los valores de la ganancia del controlador (GAIN) y MainReset (MR). GAIN= 1


MR = 35.

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CONTROL AUTOMÁTICO II b) Seleccione SP e ingrese el nuevo valor del Set Point en new SP = 40, luego presione en OK. Esperar que PV se estabilice. Luego seleccionamos View/Data Monitor y anote:

PV = 39.88

SP = 40

OUT = 35.1

Calcular el valor del error en estado estable ess= SP – PV = 0.12

Verificar que se cumple la siguiente relación: OUT = kc (SP – PV) + MR Donde Kc es igual a la ganancia del controlador.

c) Ajuste el valor de MR hasta obtener un error igual a cero. Tener presente que para obtener un error igual a cero, se debe cumplir que MR = OUT. Luego anote: PV = 39.88

SP = 40

OUT = 35.1

d) Seleccionar PAUSE luego en TUNE, cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN a 1. En View/Display Preformance Criteria seleccione IAE ; luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, después seleccione RUN u espere a que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.


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CONTROL AUTOMÁTICO II e) Repetir el procedimiento anterior incrementándolo gradualmente el valor de la ganancia del controlador Kc hasta conseguir una buena respuesta.

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 1 (Kc=1):

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 2 (Kc=2)


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CONTROL AUTOMÁTICO II CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4 (Kc=4)

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 6 (Kc=6)


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CONTROL AUTOMÁTICO II CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4.25(Kc=4.25)

Kc PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%)

1

2

4

6

4.25

49.9 23.748 50 10.9min 0.1% ---

49.96 11.73 50 4.4min 0.04% ---

49.91 6.808 50 2.4min 0.08% --

50 5.34 50 2.1min 0% 1.8%

50.02 5.45 50 0.9min -0.02%

---

Tabla 1.

Modo PI: En este modo la salida del controlador sigue en ley de control.

   ()   ∫() Estando en el modo P cambie el Set Point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero. Luego ponga el controlador en MANUAL y en el menú Control elegir Control Options y en el ControllerType seleccionar PID. Non-Intract. Ponga el controlador en AUTO.


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CONTROL AUTOMÁTICO II a)

Seleccione TUNE y verifique que el tiempo derivativo (DERIV) es igual a cero.

b)

Seleccionar PAUSE; luego en TUNE, considere la ganancia que en el modo P nos da una mejor respuesta y un tiempo integrativo (RESET) igual a 20. En View Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la Tabla 2.

c)

Repetir el procedimiento anterior disminuyendo gradualmente los valores de la ganancia del controlador Kc y el tiempo integrativo hasta conseguir el menor tiempo de establecimiento. Anote los resultados obtenidos en la tabla 2.





CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4.25 (Kc=4 y Ti=20)


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CONTROL AUTOMÁTICO II CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4.25 (Kc=4 y Ti=15)

Kc Ti PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%)

4.25

4.25

20 50.27 5 5.88 1.2min 0.27% ---

15 50.19 6.4 50 1.4min 0.19% ---

Tabla 2.

Modo PID En este modo la salida del controlador sigue la siguiente ley de control

  ()   ∫()   ()   Estando en modo PD cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero, luego seleccione TUNE y en options habilite la acción integral, en resetaction seleccione on.


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CONTROL AUTOMÁTICO II a) Seleccionar PAUSE luego en TUNE, considere la ganancia que en el modo P da una razón de decaimiento igual a 0,25 y el tiempo integrativo (RESET) que en el modo PI nos dio el mejor resultado y el tiempo derivativo (DERIV) que el modo PD nos dio el mejor resultado. En View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 3.





b) Repetir el procedimiento anterior (b) aumentando gradualmente los valores de la ganancia del controlador Kc y el tiempo derivativo y disminuyendo gradualmente el tiempo integrativo hasta conseguir el menor tiempo de establecimiento. Anote los resultados obtenidos en la tabla 4.






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CONTROL AUTOMÁTICO II CONTROLADOR CON Kc=4, Ti=15 y Td=0.15

4.25

Kc Td Ti PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%)

0.15 15 50.07 8.1 50 1.7min 0.07% Tabla 3


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CONTROL AUTOMÁTICO II Comparación de los modos. Completar en la tabla 5 los mejores resultados obtenidos en los diferentes modos de control.

Kc  (minutos) (minutos) PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%)

P 4.25 xxxxx xxxxx 50.02 5.45 50 0.9min

 

PI 4.25 15 xxxxx 50.19 6.4 50 1.4min 0.19%

-0.02%

---

---

PD 4.25 xxxxx 0.15 50.03 13.217 50 3min 0.03% -

PID 4.25 15 0.15 50.07 8.1 50 1.7min 0.07% -

Tabla 5.

II.

PROCESO DE FLUJO: Método de la oscilación critica Modo P: En este modo la salida del controlador, MR es el denominado MAIN RESET (Manual Reset: Reset Manual). Este parámetro nos permite reducir el error e(t) entre el SP (Set Point) y la PV (Process Variable). Cuando e (t)=0, MR tiene un valor igual a la salida del controlador OUT. En el menú process elegir SelectModel, seleccionar el proceso “Generic”. Ponga el controlador en MANUAL y en el menú control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly. Ponga el controlador en Auto a) Seleccione TUNE y anote los valores de la ganancia del controlador (GAIN) y MainReset (MR). GAIN= 1

MR = 3.

b) Ajuste el valor de MR hasta obtener un error igual a cero. Tener presente que para obtener un error igual a cero, se debe cumplir que MR = OUT. Luego anote: PV = 50


OUT = 30

MR = 31,38

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c) Seleccionar PAUSE luego en TUNE, cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN a 5. En View/Display Preformance Criteria seleccione IAE; luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 50 a 60, después seleccione RUN u espere a que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.


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CONTROL AUTOMÁTICO II d) Repetir el procedimiento anterior (f) incrementándolo gradualmente el valor de la ganancia del controlador Kc hasta conseguir la oscilación critica.

Con una ganancia de Kc=1

Con una ganancia de Kc=2


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Kcrit = 2 T0 = 2 segundos

Método de la oscilación crítica de Ziegler y Nichols para determinar los parámetros Kc, Ti y Td.


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CONTROL AUTOMÁTICO II Modo “P”

Kc = 0.5*Tcrit = 2*0.5 = 1


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CONTROL AUTOMÁTICO II Modo “PI”

Kc = 0.45*Kcrit = 0.45*2 = 0.9 Ti = 0.85*Tcrit = 0.85*2 = 1.7


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CONTROL AUTOMÁTICO II Modo “PID”

Kc = 0.6*Kcrit = 0.6*2 = 1.2 Ti = 0.5*Tcrit = 0.5*2 =1 Td = 0.125*Tcrit = 0.125*2 = 0.25


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CONTROL AUTOMÁTICO II III. PROCESO DE TEMPERATURA:

Método de la Curva de Reacción 1. En el menú Process elegir SelectModel, seleccionar el proceso “temp2”. Luego ponga el controlador en MANUAL. 2. Cambie la salida del controlador OUT a 25 y espere que PV se estabilice.

Figura 37. 3. Seleccionar PAUSE, luego cambie la salida del controlador OUT a 40 y en seguida presione RUN. Espere que PV se estabilice.


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Figura 38. 4. Anotar los valores de los siguientes parámetros: OUT 1 = 25 PV1 = 47.24

OUT 2 = 40 ΔOUT = OUT2 – OUT1 = 15 PV2 = 55.38 ΔPV = PV2 – PV1 = 8.14

t0= 7.2 minutos. PV28.3% = PV1 + 0.283 * ΔPV = 49.54 PV63.2% = PV1 + 0.632 * ΔPV = 52.38 t28.3% = t1 – t0 = 3.4

t1 = 10.6minutos. t2 = 14.4 minutos. t63.2% = t1 – t0 = 7.2

      Constante de Tiempo  = 1,5*(t -t ) = 5.7 minutos. Tiempo muerto t = t -  = 1.5 minutos. Parámetros del proceso

63.2%

28.3%

63.2%


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MODO “P”

5. Ponga el controlador en MANUAL y en el menú Control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly (MODO P). Luego cambiar SP a 40 y ponga el controlador en automático. Ingrese a TUNE y ajuste MANUAL RESET hasta que el error de estado estable (SP - PV) sea igual a cero.

Figura 39.


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CONTROL AUTOMÁTICO II 6. Seleccionar PAUSE, luego en TUNE cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN, utilizando la siguiente formula.

  = 7.01 7. Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 6.

Modo “PI”

8. Estando en el modo P cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero, luego ponga el controlador en MANUAL y en el menú Control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar PID, Nonintract, verificar que el tiempo derivativo DERIV es igual a cero (MODO PI). Luego ponga el controlador en moto automático. Esperar que PV se estabilice.


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CONTROL AUTOMÁTICO II 9. Seleccione PAUSE, luego en TUNE, cambie los valores de la ganancia del controlador GAIN y el tiempo integrativo RESET, utilizando las siguientes fórmulas:

   = 6.3

  = 4.995

minutos.

Figura 40. 10. Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados en la tabla 6.


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Figura 41. 11. Estando en el modo PI cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero. Modo “PID”

12. Seleccione PAUSE, luego en TUNE, cambie los valores de la ganancia del controlador GAIN y del tiempo integrativo RESET, utilizando las siguientes fórmulas:

   8.42   3 minutos.  0.75 minutos. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS

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Figura 42. L) Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAR, luego presione [Shift] + [F1].Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.

Kc  (minutos) (minutos) ess(%) Ts (minutos) Overshoot (%) IAE

 

P

PI

PID

7

6.3 4.995 xxxxx 0 41 8.38% 55.023

8.42 3 0.75 0 44.7 3.76% 38.305

xxxxx xxxxx 1.8 79,7 2.5% 141.28 Tabla 1.


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PROCESO DE PRESION: Como es un proceso de cambios rápido se utilizó un modo de control PI.

Figura 1

Figura 2


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Figura 3

Figura 4


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Figura 5

Figura 6


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CONTROL AUTOMÁTICO II Luego de haber realizado la sintonía para este proceso obtenemos los siguientes valores para su control de este proceso: AEI= 0.387

Ess=50-49.35

Kc= 10

Ts=8.1

Ti =34.99

Overshoot= 5%

3. Conclusiones 

Cuanto mayor sea la constante de tiempo de la capacidad comparada con el tiempo muerto, mejor será el control del proceso.



Las pruebas de simulación demostraron que en plantas de orden alto, los modelos de segundo orden tienen más tiempo muerto y son superiores a los de primer orden.



Con este laboratorio se pretende adquirir conocimientos básicos de sintonización que permitan entender, analizar y diseñar sistemas de control automático en la industria de procesos.



Las acciones proporcional e integral, pueden ser combinadas con la acción derivativa para compensar los procesos con una respuesta lenta. La acción derivativa responde tan rápido como ocurre la desviación del set point.



Los controladores PID son comúnmente encontrados en procesos en donde la temperatura es la variable controlada, porque el tiempo de respuesta es relativamente lento.



La acción integral a menudo es llamada reajuste (reset) porque reajusta (resetea) la salida del controlador hasta que el set point sea alcanzado. La acción de reajuste (reset).



Idealmente, la proporción en que la acción integral es implementada, no se tiene un impacto negativo en la estabilidad del proceso. El único tipo de aplicación en la que el periodo de tiempo no es un problema, es en el control de flujo.


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5. Observaciones 

Cuando la acción proporcional es excesiva, pequeñas desviaciones desde el set point resultan en cambios significativos en la salida.



El control proporcional es usado a menudo en sistemas donde el valor de la variable controlada cambia constantemente en respuesta a los disturbios.



Una apropiada acción de control provee una rápida respuesta.



El programa PCCLAB2 no podía instalarse en Windows 7 por lo que tuvimos problemas para instalarlo.



Los controladores proporcionales son diseñados para mantener una continua relación entre la variable controlada y la posición del elemento final de control.

4. Aplicaciones El controlador responde a incrementos en la variable controlada, presión del calentador.

Por ejemplo, en este sistema, Un censor monitorea la temperatura de la salida del fluido del proceso y envía una señal al transmisor. El transmisor retransmite la señal de temperatura al controlador. El controlador compara la señal de salida del transmisor con el set point y decide si es requerida una acción correctiva. La acción de control proporcional puede tranquilizar mucho al control / proceso y reducir oscilaciones. Cuando el controlador proporcional recibe la señal del censor,


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Lab Control 3

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