Lab Control 3

Control Automático II V Ciclo Sección A INFORME DE LABORATORIO N° 1 Y N°2SINTONIZACIÓN 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) 2) Curva característica del proceso .................................................................................................. 4 Proceso de Primer Orden............................................................................................................. 6 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 2 CONTROL AUTOMÁTICO II 1. Introducción: En el presente informe, se realiza la sintonización de diferentes procesos. Para 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. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 3 5 60 67. Estudiado de la referencia [2]. modificando la variable manipulada OUT (%) y midiendo la variable controlada PV (%) en estado estacionario.5 75 82.mld.5 90 97. Determinamos la curva característica del proceso Process/Select model/generic. Curva característica del proceso Generic Process. Anotamos sus resultados en la Tabla 1 y dibujamos la curva característica.5 100 Tabla 1. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 4 .5 30 37.CONTROL AUTOMÁTICO II 1. Resultados del laboratorio 1) Curva característica del proceso I. Salida del controlador (%) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Variable controlada (%) 22.5 45 52. CONTROL AUTOMÁTICO II Figura 1. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 5 . Curva característica del proceso Generic Process. CURVA CARACTERÍSTICA PROCESS 120 100 80 PV (%) 60 40 20 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 MV (%) "MV" vs "PV" Figura 2. PCCONTROLAB 2. 5 ΔPV 30% ΔOUT 20% Tabla 2. Al estabilizarse la señal PV detenga el gráfico „presionando PAUSE. Seleccionamos Process/Select Model/folpdt2. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 6 .5% 55% Tabla 1.Curva de reacción MV vs PV. Datos medidos.mld (proceso de primer orden). INICIAL PV OUT 52. Use ZOOM para ampliar el eje vertical.CONTROL AUTOMÁTICO II 2) Proceso de Primer Orden I. Cambiamos la salida del controlador OUT de 35% a 55%. Valores calculados.5% 35% FINAL 82. Figura 3. Esto equivale a generar un escalón del 20%. Kp 1. ( ) CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 7 . Estimamos la constante de tiempo T y el tiempo muerto τ utilizando el método del 63.2%.CONTROL AUTOMÁTICO II Estimamos las constantes de tiempo utilizando el método de la tangente. En la ventana que aparece con Process/ChangeParameters cambie los parámetros: Kp = 1 IV.2%: Página 8 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS . III. Process Gain (Kp) y Time Constant (T): Kp = 1.2%. En la ventana que aparece con Process/ChangeParameters anote: Dead time (τ). 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.CONTROL AUTOMÁTICO II II.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. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 9 . Datos calculados.CONTROL AUTOMÁTICO II Figura 8. ΔPV 20% ΔOUT 20% Tabla 4. Datos medidos. Curva de reacción MV vs PV. INICIAL PV OUT 35% 35% FINAL 55% 55% Tabla 3. MR tiene un valor igual a la salida del controlador OUT. seleccionar el proceso “Generic”. Ponga el controlador en MANUAL y en el menú control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly.CONTROL AUTOMÁTICO II ( ) 3) PROCESOS DE ORDEN SUPERIOR: I. Cuando e (t)=0. En el menú process elegir SelectModel. Ponga el controlador en Auto a) Seleccione TUNE y anote los valores de la ganancia del controlador (GAIN) y MainReset (MR). GAIN= 1 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS MR = 35. Este parámetro nos permite reducir el error e(t) entre el SP (Set Point) y la PV (Process Variable). Página 10 . 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). En View/Display Preformance Criteria seleccione IAE.1 Calcular el valor del error en estado estable ess= SP – PV = 0. después seleccione RUN u espere a que PV se estabilice. Luego seleccionamos View/Data Monitor y anote: PV = 39. c) Ajuste el valor de MR hasta obtener un error igual a cero.88 SP = 40 OUT = 35.CONTROL AUTOMÁTICO II b) Seleccione SP e ingrese el nuevo valor del Set Point en new SP = 40.12 Verificar que se cumple la siguiente relación: OUT = kc (SP – PV) + MR Donde Kc es igual a la ganancia del controlador. cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN a 1. luego presione en OK. se debe cumplir que MR = OUT. Cambiar SP de 40 a 50. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 11 . luego presione [Shift] + [F1]. Tener presente que para obtener un error igual a cero. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1. Esperar que PV se estabilice. Luego anote: PV = 39.1 d) Seleccionar PAUSE luego en TUNE.88 SP = 40 OUT = 35. 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) CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 12 . CONTROL AUTOMÁTICO II CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4 (Kc=4) CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 6 (Kc=6) CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 13 . 1% --- 2 49.CONTROL AUTOMÁTICO II CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4.34 50 2. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 14 .02% --- Tabla 1.45 50 0.25 50.1min 0% 1.4min 0.91 6.02 5.04% --- 4 49. Luego ponga el controlador en MANUAL y en el menú Control elegir Control Options y en el ControllerType seleccionar PID.25(Kc=4. Ponga el controlador en AUTO.4min 0.73 50 4.808 50 2.25) Kc PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%) 1 49.08% -- 6 50 5.9 23.748 50 10.9min 0.9min -0. ( ) ∫ ( ) Estando en el modo P cambie el Set Point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero.8% 4. Modo PI: En este modo la salida del controlador sigue en ley de control.96 11. Non-Intract. b) Seleccionar PAUSE. luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. En View Display Performance Criteria seleccione IAE. CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4. Anote los resultados obtenidos en la Tabla 2.CONTROL AUTOMÁTICO II a) Seleccione TUNE y verifique que el tiempo derivativo (DERIV) es igual a cero. Cambiar SP de 40 a 50. 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. considere la ganancia que en el modo P nos da una mejor respuesta y un tiempo integrativo (RESET) igual a 20. luego presione [Shift] + [F1].25 (Kc=4 y Ti=20) CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 15 . Anote los resultados obtenidos en la tabla 2. luego en TUNE. en resetaction seleccione on.27% --- 4.4 50 1. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 16 .19 6.25 (Kc=4 y Ti=15) Kc Ti PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%) 4.88 1. 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.2min 0. luego seleccione TUNE y en options habilite la acción integral.25 15 50.27 5 5.CONTROL AUTOMÁTICO II CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4.4min 0.19% --- Tabla 2.25 20 50. luego presione [Shift] + [F1]. luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. considere la ganancia que en el modo P da una razón de decaimiento igual a 0. En View/Display Performance Criteria seleccione IAE. Anote los resultados obtenidos en la tabla 4. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 17 . 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. Cambiar SP de 40 a 50.CONTROL AUTOMÁTICO II a) Seleccionar PAUSE luego en TUNE.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. Anote los resultados obtenidos en la tabla 3. 7min 0.25 0.07% - Tabla 3 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 18 .1 50 1.CONTROL AUTOMÁTICO II CONTROLADOR CON Kc=4.07 8.15 Kc Td Ti PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%) 4. Ti=15 y Td=0.15 15 50. Kc (minutos) (minutos) PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%) P 4. Ponga el controlador en MANUAL y en el menú control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly.217 50 3min 0. b) Ajuste el valor de MR hasta obtener un error igual a cero.9min -0.45 50 0. GAIN= 1 MR = 3.07 8.03% - PID 4. II. Este parámetro nos permite reducir el error e(t) entre el SP (Set Point) y la PV (Process Variable).07% --- Tabla 5. seleccionar el proceso “Generic”.15 50. Cuando e (t)=0.CONTROL AUTOMÁTICO II Comparación de los modos. MR es el denominado MAIN RESET (Manual Reset: Reset Manual).1 50 1.25 15 0.25 15 xxxxx 50. En el menú process elegir SelectModel.02 5. MR tiene un valor igual a la salida del controlador OUT. PROCESO DE FLUJO: Método de la oscilación critica Modo P: En este modo la salida del controlador.03 13. Ponga el controlador en Auto a) Seleccione TUNE y anote los valores de la ganancia del controlador (GAIN) y MainReset (MR). Luego anote: PV = 50 OUT = 30 MR = 31.19 6.25 xxxxx xxxxx 50. Tener presente que para obtener un error igual a cero.15 50.4 50 1.4min 0.7min 0. Completar en la tabla 5 los mejores resultados obtenidos en los diferentes modos de control.19% --- PD 4.02% PI 4.25 xxxxx 0. se debe cumplir que MR = OUT.38 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 19 . En View/Display Preformance Criteria seleccione IAE. Cambiar SP de 50 a 60.CONTROL AUTOMÁTICO II c) Seleccionar PAUSE luego en TUNE. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 20 . Anote los resultados obtenidos en la tabla 1. después seleccione RUN u espere a que PV se estabilice. cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN a 5. luego presione [Shift] + [F1]. Con una ganancia de Kc=1 Con una ganancia de Kc=2 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 21 .CONTROL AUTOMÁTICO II d) Repetir el procedimiento anterior (f) incrementándolo gradualmente el valor de la ganancia del controlador Kc hasta conseguir la oscilación critica. Ti y Td.CONTROL AUTOMÁTICO II Kcrit = 2 T0 = 2 segundos Método de la oscilación crítica de Ziegler y Nichols para determinar los parámetros Kc. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 22 . CONTROL AUTOMÁTICO II Modo “P” Kc = 0.5 = 1 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 23 .5*Tcrit = 2*0. 45*2 = 0.85*2 = 1.85*Tcrit = 0.CONTROL AUTOMÁTICO II Modo “PI” Kc = 0.9 Ti = 0.45*Kcrit = 0.7 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 24 . 5*2 =1 Td = 0.25 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 25 .6*2 = 1.6*Kcrit = 0.125*2 = 0.125*Tcrit = 0.CONTROL AUTOMÁTICO II Modo “PID” Kc = 0.2 Ti = 0.5*Tcrit = 0. 3. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 26 . Seleccionar PAUSE. seleccionar el proceso “temp2”. Luego ponga el controlador en MANUAL. PROCESO DE TEMPERATURA: Método de la Curva de Reacción 1. Figura 37. Cambie la salida del controlador OUT a 25 y espere que PV se estabilice. En el menú Process elegir SelectModel. luego cambie la salida del controlador OUT a 40 y en seguida presione RUN. 2.CONTROL AUTOMÁTICO II III. Espere que PV se estabilice. 38 ΔPV = PV2 – PV1 = 8.t28.4 Parámetros del proceso Constante de Tiempo = 1.2 Tiempo muerto t = t63.632 * ΔPV = 52. PV28.CONTROL AUTOMÁTICO II Figura 38. t63.24 OUT 2 = 40 ΔOUT = OUT2 – OUT1 = 15 PV2 = 55. 4. Anotar los valores de los siguientes parámetros: OUT 1 = 25 PV1 = 47. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 27 .5 minutos.2 minutos. t2 = 14.= 1.54 PV63.38 t28. t1 = 10.283 * ΔPV = 49.3% = t1 – t0 = 3.6minutos.2% = PV1 + 0.2% .3% = PV1 + 0.2% = t1 – t0 = 7.4 minutos.5*(t63.2%.7 minutos.14 t0= 7.3%) = 5. Ponga el controlador en MANUAL y en el menú Control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly (MODO P). CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 28 .CONTROL AUTOMÁTICO II MODO “P” 5. Ingrese a TUNE y ajuste MANUAL RESET hasta que el error de estado estable (SP . Figura 39. Luego cambiar SP a 40 y ponga el controlador en automático.PV) sea igual a cero. luego presione [Shift] + [F1]. luego en TUNE cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN. Modo “PI” 8. Cambiar SP de 40 a 50. Anote los resultados obtenidos en la tabla 6. Esperar que PV se estabilice. utilizando la siguiente formula. luego ponga el controlador en MANUAL y en el menú Control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar PID. Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAE. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 29 . Nonintract. Estando en el modo P cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero. verificar que el tiempo derivativo DERIV es igual a cero (MODO PI).01 7. Seleccionar PAUSE. luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. = 7.CONTROL AUTOMÁTICO II 6. Luego ponga el controlador en moto automático. Seleccione PAUSE. Figura 40. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 30 .CONTROL AUTOMÁTICO II 9. Cambiar SP de 40 a 50. utilizando las siguientes fórmulas: = 6. cambie los valores de la ganancia del controlador GAIN y el tiempo integrativo RESET. luego presione [Shift] + [F1]. luego en TUNE.995 minutos. luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAE.3 = 4. Anote los resultados en la tabla 6. 10. 42 3 minutos.75 minutos. 11. Modo “PID” 12. 0. Seleccione PAUSE.CONTROL AUTOMÁTICO II Figura 41. Estando en el modo PI cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 31 . cambie los valores de la ganancia del controlador GAIN y del tiempo integrativo RESET. luego en TUNE. utilizando las siguientes fórmulas: 8. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 32 . luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice.8 79.Cambiar SP de 40 a 50.023 PID 8.7 3.42 3 0.5% 141.3 4. P Kc (minutos) (minutos) ess(%) Ts (minutos) Overshoot (%) IAE 7 xxxxx xxxxx 1. L) Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAR.305 Tabla 1.995 xxxxx 0 41 8.CONTROL AUTOMÁTICO II Figura 42.75 0 44.28 PI 6.76% 38.7 2. luego presione [Shift] + [F1]. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.38% 55. CONTROL AUTOMÁTICO II PROCESO DE PRESION: Como es un proceso de cambios rápido se utilizó un modo de control PI. Figura 1 Figura 2 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 33 . CONTROL AUTOMÁTICO II Figura 3 Figura 4 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 34 . CONTROL AUTOMÁTICO II Figura 5 Figura 6 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 35 . 387 Kc= 10 Ti =34.  Con este laboratorio se pretende adquirir conocimientos básicos de sintonización que permitan entender. El único tipo de aplicación en la que el periodo de tiempo no es un problema. La acción de reajuste (reset). 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. los modelos de segundo orden tienen más tiempo muerto y son superiores a los de primer orden. no se tiene un impacto negativo en la estabilidad del proceso.1 Overshoot= 5% 3.  Las acciones proporcional e integral.  Las pruebas de simulación demostraron que en plantas de orden alto. porque el tiempo de respuesta es relativamente lento. Conclusiones  Cuanto mayor sea la constante de tiempo de la capacidad comparada con el tiempo muerto. es en el control de flujo. la proporción en que la acción integral es implementada.  Idealmente. mejor será el control del proceso.99 Ess=50-49.CONTROL AUTOMÁTICO II Luego de haber realizado la sintonía para este proceso obtenemos los siguientes valores para su control de este proceso: AEI= 0.35 Ts=8. analizar y diseñar sistemas de control automático en la industria de procesos. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 36 . pueden ser combinadas con la acción derivativa para compensar los procesos con una respuesta lenta.  La acción integral a menudo es llamada reajuste (reset) porque reajusta (resetea) la salida del controlador hasta que el set point sea alcanzado. presión del calentador. Un censor monitorea la temperatura de la salida del fluido del proceso y envía una señal al transmisor.  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. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 37 . Por ejemplo. El transmisor retransmite la señal de temperatura al controlador. 4.CONTROL AUTOMÁTICO II 5.  El control proporcional es usado a menudo en sistemas donde el valor de la variable controlada cambia constantemente en respuesta a los disturbios. Observaciones  Cuando la acción proporcional es excesiva. Aplicaciones El controlador responde a incrementos en la variable controlada. en este sistema. La acción de control proporcional puede tranquilizar mucho al control/ proceso y reducir oscilaciones. El controlador compara la señal de salida del transmisor con el set point y decide si es requerida una acción correctiva. pequeñas desviaciones desde el set point resultan en cambios significativos en la salida.  Una apropiada acción de control provee una rápida respuesta. Cuando el controlador proporcional recibe la señal del censor. Referencias [1] Rojas Moreno.pdf CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS Página 38 . [2] http://bibdigital. el controlador responde a cualquier desviación del set point en el elemento final de control. permite un mayor ajuste gradual del flujo de combustible como los cambios de presión del calentador. o en cualquier otra posición intermedia. El elemento final de control. una válvula de control de combustible puede estar en posición abierta. A..CONTROL AUTOMÁTICO II esta es la presión transmitida por el vapor caliente.edu. 2011. Control de procesos práctico y avanzado. En elaboración. El Tipo de sintonía que se puede utilizar en este caso puede ser por ganancia limite u oscilaciones críticas. cerrada. La capacidad de ajustar la posición de la válvula.ec/bitstream/15000/589/1/CD-0983. también será posicionada en proporción a la desviación. puesto que el proceso de es de cambios rápidos.epn. 6.