informe 6 nivel completo

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL IIINFORME N°6

“Control de Nivel”

Integrantes:Meneses quinto luis

Condor

Silva

Leo

Profesor: Ernesto Godinez de la Cruz

Grupo: C15- 04 – A

Fecha de realización: 3 de mayo

Fecha de entrega: 12 de mayo

2014- I

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL II

INTRODUCCIÓN

Un controlador es un dispositivo que tiene una salida que varía para regular una variable controlada de una manera específica y puede ser un dispositivo analógico o digital. Aunque los primeros reguladores digitales fueron realizados con ordenadores de proceso, actualmente se encuentran integrados, no solo en sistemas más complejos de mando y automatización, sino en la forma de ejecución de un regulador compacto.

Para esta experiencia se utiliza el controlador DR22 para el cual se realizará su sintonía para un proceso de control de nivel. Para esto se utilizará el método de ganancia límite, el cual consiste en encontrar una ganancia crítica para el proceso que mantenga oscilando la señal de PV indefinidamente.

Para lograr realizar la sintonía se debe tener en cuenta de que el controlador DR 22 a diferencia del DR 20 presente mayor cantidad de estructuras, por lo que se deben seguir correctamente los pasos de la guía de laboratorio.

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CONTROL DE NIVEL

I. FUNDAMENTO TEÓRICO

Regulador Industrial SIPART DR22

La principal diferencia entre este controlador y el DR 20 es que este presenta dos controladores internamente.

Fig1. Vista frontal del SIPART DR22

Fig2.funcionamiento del panel frontal.

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1. Led interno verde2. Tecla interna/ externa: Permite cambiar set point o salir de configuración3. C led verde4. Led de adaptación: OFF= Adaptación preparada ON: Adaptación terminada

Parpadeando= Adactación en progreso

5. Led de alarmas5.1 Led de alarma roja A15.2 Led de alarma roja A2

6. Teclas de ajuste de Ser point6.1 + w Set point6.2 - w Set point

7. Led de alarmas 7.1 Led de alarma A37.2 Led de alarma A4

8. Led amarilla Manual / Automático9. Tecla de conmutación Manual / Automático o como Enter para configuración.10. Led amarillo Externo o intervencion en configuración.11. Led verde

11.1 Controlador I 11.2 Controlador II

12. Botón de conmutación, permite ingresar a estructuras o parámetros 13. Teclas de ajuste de Out

13.1 +y Out 13.2 -y Out

14. Display para visualizar el valor de Out 15.16. Display digital rojo para mostrar el valor de la variable de PV17. Display analógico para la variable PV18. Display analógico verde para la variable de SP19. Display digital verde para mostrar la variable de SP20. Nombre del controlador

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II. RESULTADOS DEL LABORATORIO

Lo primero a realizar fue el conexionado entre el controlador, el sensor de nivel y la válvula electrónica.

Fig3. Diagrama de conexiones.

Fig4. Diagrama de conexiones.

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Luego se revisaron los parámetros y estructuras que se indican en la guía del laboratorio.Acceder a parámetro y estructuras- Pulsar el botón de conmutación plomo durante 6 segundos

aproximadamente. - Usando los botones de ajuste del SP seleccionar entre estructuras y

parámetros.- Una vez encontrada la opción deseada (onPa, ofPa, Struc) se presiona el

botón amarillo durante 4 segundos para ingresar.- Usando los botones de ajuste del out podremos cambiar entre las

diferentes estructuras o parámetros.- Para cambiar el valor de la estructura se debe de aumentar o disminuir con

los botones verticales de SP.- Para volver atrás usaremos la tecla verde mencionada en la figura 2

mostrada

Valores para las estructuras en el controlador (Aquellos que no se mencionan deben de colocarse a 0)

TABLA N°1 ajuste de las estructuras de controlador

S 1 2 3 5 7 15 24 25 26Valor 0 0 1 2 2 1 -1 2 3

S 27 57 69 73 76 77 78 79 80Valor 4 1 1 1 1 2 3 4 5

S 81 94 100 101 106 107Valor 6 1 1 2 1 0

Valores para los parámetros dentro del controlador.

Para onPa:

TABLA N°2 juego de parámetros I

Parámetro Tf1 Uu1 Cp1 tn1 tu1 AH1 YoI YAI YEIValor 1 5.00 0 0 0 100

Unidad s s s % % % %

Los parámetro que no tienen valor, se les asignará un valor que irá cambiándose de acuerdo a como se va sintonizando el controlador.

TABLA N°3 Constantes:

Parámetro dr Tf1 Tf3 C1 C2 C3Valor 0.9 1 1 0 0 0

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Unidad s s s

Para OFPa:

TABLA N°4 parámetros Off-line:

Parámetro

dpI dAI dEI SA SE tS

Valor 0 100 -5 100 OffUnidad s

Ahora como se cambió el valor de la constante de filtro para poder tener una mayor estabilidad en la señal del PV.

Tf = 1.5

Figura5. Sistema con un filtro de 1.5

Se debe encender la bomba, y la válvula mariposa de drenaje del tanque de agua debe estar semiabierta para que el nivel del tanque pueda descender.

Una vez configurado con las estructuras y parámetros para el controlador le dimos un set point de 40 % y colocamos el controlador en modo automático y proporcional puro. Para lograr esto se le dio los siguientes valores al tiempo integrativo y derivativo.

Cp = 1 tn = 500 tu = off

Se puede observar la gráfica siguiente:

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Figura6. Control proporcional puro con Cp=1

Una vez que el controlador empieza a actuar se observó que existía un error alto, por lo que se tuvo que ajustar el manual reset, dándole el valor de out hasta que el error entre PV y SP sea mínimo. Al final se obtuvo los siguientes valores:

PV = 39.93 OUT = 46.98 Yo = 47

Figura7. Ajuste del manual reset = 47.

MÉTODO DE LA GANANCIA PROPORCIONAL

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Una vez obtenido el valor de PV estable al 40 % se le da un escalón de SP de 40 a 50 % y a la vez se cambió el valor de la ganancia proporcional buscando que la señal de PV oscile constantemente. Esta ganancia sería Kcu o ganancia crítica.

Figura8. Grafica de oscilación para hallar el Kcu y Pu.

Luego de tantear el valor de la ganancia proporcional varias veces pudimos obtener un valor que permitió llevar el proceso a un estado críticamente estable. A partir de esta gráfica podemos obtener el valor de Kcu y el periodo Pu.

Kcu = 25 Pu= 15 seg

Modo proporcional

Luego se aplicó la siguiente fórmula para obtener el valor del Cp para el proceso.

cP= 0.5*Kcu = 12.5

Ahora se le dio un escalón de SP de 40 a 50 % y se obtuvieron los siguientes parámetros:

PcP 12.5

ees(%) 8.3

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Overshoot (%) 12.3ts(%) 42.5

Figura9. Sintonizacion en modo proporcional.

Mirando la gráfica podemos observar a simple vista de que el control proporcional puro no logra un control muy eficaz de la variable PV.

Modo Proporcional integral

Ahora se recalcularon los valores para el control PI usando las siguientes fórmulas:

cP= 0.45*Kcu= 11.25 Tn = Pu/1.2 = 12,5 seg

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Figura8.modo proporcional integral.

Con los nuevos parámetros se obtuvo que ahora el proceso a pesar de que aun presenta un overshoot elevado ahora el error es menor debido a que la acción integrativa está corrigiendo el error.

PIcP 11.25

Tn (seg) 12.5e% 3.2

Overshoot % 22.3ts(%) 42.1

Método Proporcional Integrativo derivativo

Usando ahora nuevas fórmulas se volvieron a realizar los cálculos para el modo PID. Se le dio nuevamente el escalón de 40 a 50 %.

cP= 0.6*Kcu= 15 Tn = Pu/2 = 7.5 seg Tu= Pu/8 =1.87

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Figura9. Control PID.

Ahora observamos que con la acción derivativa el overshoot del primer impulso se ha reducido lo cual permite un mejor control del de la variable PV y a la vez evita daños posibles a otros equipos debido a este sobre impulso.

PIDcP 15

Tn (seg) 7,5Tu (seg) 1.87

e% 1.9Overshoot % 16,2

ts(%) 35

Además de reducir el sobre impulso el proceso se estabiliza en un tiempo relativamente más corto lo que mejora el control.

Comparación de modos de control y ajuste final

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Al comparar los tres modos de control podemos ver que en el modo P el proceso se estabiliza en un tiempo corto, sin embargo presenta un overshoot que si bien para este caso no tiene consecuencias negativas, podría existir aplicaciones en las cuales este overshoot dañe a otros equipos.

Para el caso del modo PI el error ha disminuido pero a pesar de ello aun presenta un overshoot alto y su tiempo de establecimiento en comparación a los otros dos modos es mayor.

Finalmente, para el modo PID podemos observar que la respuesta del PV presenta un overshoot que ha disminuido considerablemente, a su vez el tiempo de establecimiento se ha hecho menor, sin embargo el error ha aumentado en comparación al modo PI.

Por lo tanto el modo seleccionado será el PID, pero se deberán realizar unos pequeños ajustes para obtener un mejor control. A continuación se mostrará el gráfico que se obtiene al modificar levemente los parámetros antes hallados.

PIDcP 11

Tn (seg) 9Tu (seg) 2.156

e% 0.9Overshoot % 19.9

ts(%) 40

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Figura10. Sintonía del control de nivel.

El overshoot es relativamente bajo así como el tiempo de establecimiento cuyo valor se encuentra dentro de los valores aceptables y el error es mucho menor.

III. OBSERVACIONES

Para poder colocar el controlador en modo Proporcional puro se debe colocar el tiempo integral a un valor muy alto (aproximadamente mayor a 200) y el tiempo derivativo en off.

Para que el software lookout pueda mostrar los valores de las variables del controlador se debe de tener abierto en paralelo el software sipart.

La gráfica de las variables a través del tiempo se puede registrar solo durante una hora, después de la cual se cerrará el software y tendremos que volverlo a abrir nuevamente, por lo que es recomendable realizar la sintonización en el menor tiempo posible.

IV. CONCLUSIONES

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El controlador DR22 posee en su interior dos controladores por lo que se puede seleccionar entre usar el controlador I o II.

Es importante poseer una constante de filtro para poder tener una señal de PV con mayor estabilidad, sin embargo su valor no debe ser muy alto ya que aletargaría demasiado la respuesta del proceso.

El método de sintonización de la ganancia crítica permite obtener valores para los parámetros del controlador, a partir de los cuales se pueden realizar pequeños ajustes para obtener una mejor respuesta.

Aplicación

Bibliográfica

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