SINTONIZACIÓN DE CONTROLADORES … · AJUSTE INICIAL DE CONTROLADORES PARA LAZOS DE CONTROL ......

CÁTEDRA: “SISTEMAS DE CONTROL (PLAN 2004)”DOCENTE: Prof. Ing. Mec. Marcos A. Golato

FACULTAD DE CIENCAS EXACTAS Y TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

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SINTONIZACIÓN DE CONTROLADORES INDUSTRIALES

Cátedra: “Sistemas de Control” – TEO-08/15

CRITERIOS DE ESTABILIDAD EN EL CONTROLCRITERIOS DE ESTABILIDAD EN EL CONTROL

La estabilidad del control es la característica del sistemaque hace que lavariable controlada vuelva al valor deseado después de unaperturbación.


Criterios de estabilidadLa relación de amplitudes entre las crestas de los

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El área de la curva de recuperación debe sermínima, para lograr que la desviación sea mínimaen el tiempo más corto. Para procesos con tiemposde retardos pequeños tal que T/L>>1.

Requiere una curva de recuperación no cíclica.Para procesos con correcciones rápidas y cíclicas.

La relación de amplitudes entre las crestas de losciclos sucesivos debe ser de 0,25. Para procesosdonde la duración de la desviación es tanimportante como el valor de la misma.

La amplitud de la desviación debe ser mínima. Paraprocesos con desviaciones momentáneas excesivas.


AJUSTE INICIAL DE CONTROLADORES PARA LAZOS DE CONTROL AJUSTE INICIAL DE CONTROLADORES PARA LAZOS DE CONTROL DE PROCEOS COMUNESDE PROCEOS COMUNES


3Cátedra: “Sistemas de Control” – TEO-08/15

ACOPLAMIENTO ENTRE EL CONTROLADOR Y EL PROCESOACOPLAMIENTO ENTRE EL CONTROLADOR Y EL PROCESO


El lazo de control (Controlador-EFC-Proceso-Sensor/Transmisor), debetrabajar adecuadamente de manera de compensar las perturbaciones,para obtener una curva de recuperación conforme a los criterios deestabilidad antemencionados.Sedebelograr un acoplamientooptimo entre el controlador y el proceso,

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Sedebelograr un acoplamientooptimo entre el controlador y el proceso,para ello se debe conocer las características estáticas y dinámicas delsistema controlado.

METODOS PARA LA DETERMINACION DE

LAS CARACTERISTICAS DE LA PLANTA

Método analítico: se basa en determinar la ecuación de la dinámica del proceso.

Método experimental: se basa endeterminar las características estáticas ydinámicas a partir de una serie demedidas realizadas al proceso real.


METODOS DE AJUSTE DE CONTROLADORESMETODOS DE AJUSTE DE CONTROLADORES


Para que la acción de control sea efectiva, se debe ajustar losparámetros PID. Existen métodos de ajuste empíricos basados enmediciones realizadas sobre la planta real.

Método de oscilación amortiguada

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AJUSTE DE PARAMETROS PID

Según la característica del lazo cerrado

Según la característica delproceso (lazo abierto).

amortiguada

Método por tanteo

Método de curva de reacción

Ajuste en base a las características de

frecuencia

Método de sensibilidad limite


METODO DE OSCILACION AMORTIGUADA (METODO DE OSCILACION AMORTIGUADA (HarriotHarriot))


Generar una oscilación amortiguada del 25% en lugar de una oscilaciónde amplitud constante. Obtener los tiempos integral y derivativo delperiodo de oscilación

Parámetros de ajuste del controlador:

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Tipo de Controlador

- -

-

cK iT dT

P

oK

PI

oK

oT

PID

oK

5.1oT

6oT

25.0=a

b

donde:Kc = ganancia proporcional crítica o última.Ko = ganancia proporcional para b/a=0,25.


METODO POR TANTEOMETODO POR TANTEO


CONTROLADOR “P”Ajuste de la ganancia proporcional Kp:1- Se inicia con ganancia baja (banda proporcional ancha).2- Se comienza a aumentar la ganancia (se estrecha la banda proporcional).3- Se observa el comportamiento del sistema hasta obtener la estabilidad deseada.



CONTROLADOR “P+I”Ajuste de la ganancia integral Ki = Kp/Ti1- Se inicia con ganancia integral cero (Ti = ∞).2- Se comienza a aumentar la ganancia Kp (se estrecha la banda proporcional).3- Se observa el comportamiento del sistema hasta obtener la estabilidad deseada.4- Se incrementa de a poco la acción integral (disminuyendo Ti) creando perturbaciones en SP y corrigiendo la ganancia Kp de modo de aumentar los ciclos.5- Se reduce ligeramente en este punto la Ki hasta obtener una respuesta óptima.

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5- Se reduce ligeramente en este punto la Ki hasta obtener una respuesta óptima.



CONTROLADOR “P+I+D”Ajuste de la ganancia derivativa Kd = Kp.Td1- Se inicia con ganancia integral y derivativa igual a cero (Ti = ∞ y Td = 0).2- Se comienza a aumentar la ganancia integral Ki hasta alcanzar la inestabilidad.3- Se aumenta la ganancia derivativa Kd mediante pequeños incrementos con pequeños desplazamientos del SP y hasta obtener un comportamiento cíclico.4- Se reduce en este punto la ganancia Kd y se ajusta la ganancia Kp (estrechando la banda proporcional) hasta alcanzar una respuesta óptima.

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banda proporcional) hasta alcanzar una respuesta óptima.


METODO DE SENSIBILIDAD LIMITE (METODO DE SENSIBILIDAD LIMITE (ZieglerZiegler--NicholsNichols))


También denominado de ganancia limite. Permite calcular los trestérminos PID a partir de datos obtenidos en una prueba de lascaracterísticas del lazo cerrado. El método se basa en estrechargradualmente la banda proporcional PB (aumentando Kp), conla acciónintegral y derivativa prácticamente anuladas, mientras se crean

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integral y derivativa prácticamente anuladas, mientras se creanpequeños cambios en el SP, hasta que el proceso comienza a oscilar demodo continuo.

Parámetros de ajuste del controlador para obtener una respuesta con una relación de amortiguamiento de 0,25:


METODO DE CURVA DE REACCIÓN (METODO DE CURVA DE REACCIÓN (ZieglerZiegler –– NicholsNichols))


Consiste en abrir el lazo cerrado antes de la válvula operando en controlmanual y crear una perturbación en la señal de entrada del proceso. Larespuesta obtenida se registra en una carta de banda y de allíse obtienelos parámetros ajuste.


Control “P” %BP = 100.R.L/∆P

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Control “P” %BP = 100.R.L/∆P

Control “P+I” %BP = 110.R.L/∆P

Ti = L/0,3

Control “P+I+D” %BP = 83.R.L / ∆P

Ti = L/0,5

TD = 0,5.Ldonde:%BP = banda proporcional.R= Pendiente de la recta tangente a la curva en el pto de inflexión.L= tiempo muerto.∆P = % de variación de posición de la válvula que ha producido el escalón.


SISTEMAS DE CONTROLSISTEMAS DE CONTROL

Ing. David Jorge Aguirre GrazioCátedra de Sistemas de ControlDepartamento de Ing. Mecánica

PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN INDUSTRIALESINDUSTRIALES

mayo de 2015

DEFINICIONDEFINICION

UN PROTOCOLO DE COMUNICACION ES UN CONJUNTO DE REGLAS

QUE PERMITEN LA TRANSFERENCIA E INTERCAMBIO DE DATOS

ENTRE DISTINTOS DISPOSITIVOS QUE CONFORMAN UNA RED

DIAGRAMA DE BLOQUES

CARACTERISTICO


PIRAMIDE DE AUTOMATIZACION

Nos enfocaremos en la parte inferior de la pirámide de automatización, donde se encuentran los llamados dispositivos de campo que actúan directamente sobre el proceso productivo

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ACTUADORESY

SENSORES


La llegada de microprocesadores al campo industrial posibilita la creación de una estructura de redes industriales

Red de FábricaRed de PlantaRed de CélulaBus de Campo


Nivel 1 - Red de Fábrica

Destinado a redes de oficina, contabilidad, administración, ventas, gestión de pedidos, almacén, etc. El volumen de

información es muy alto.

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Nivel 2 - Red de Planta

Para interconectar módulos y células de fabricación entre sí y con departamentos como diseño o planificación.


Nivel 3 - Red de Célula

Para interconectar dispositivos de fabricación como Robots, Maquinas de control numérico (CNC), Autómatas

programables (PLC), Vehículos de guiado automático (AVG).

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Nivel 4 – Bus de Campo

Para sustituir el cableado entre sensores y actuadores y los correspondientes elementos de control. Este tipo de bus

debe ser de tiempo real, con la capacidad de interconectar controladores con todo tipo de dispositivos de entrada –

salida.


Diferentes tipos de buses de campo

El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre el elemento de control y monitoreo y los elementos de campo a través del tradicional lazo de corriente de 4-20mA o 0-5V DC con sistemas de redes

digitales.

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HARTProfibus

Fieldbus FoundationModbus

DeviceNetASi

CAN BusLONworksCompoBus


Protocolo HART

El protocolo HART agrupa la información digital sobre la señal analógica típica de 4 a 20mA DC. La señal digital usa dos

frecuencias individuales de 1200 y 2200Hz.


Protocolo Profibus

Permite la conexión de controladores digitales desde el nivel de campo al nivel de control.Se distinguen dos tipos de dispositivos:

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Dispositivos maestros: controlan la comunicación de datos sobre el bus. Un maestro puede enviar mensajes sin una petición externa cuando posee el control de acceso al bus.

Dispositivos esclavos: son dispositivos de E/S, válvulas, actuadores y transmisores de señal que no tienen el control de acceso al bus y sólo pueden recibir o enviar mensajes al maestro cuando son autorizados para ello.


Protocolo Fieldbus Foundation

Permite la transmisión gestionada por un dispositivo que otorga el control del bus y también transferencias asincrónicas para mensajes con prioridad. Admite hasta 32 elementos en el bus y 1900m de longitud sin repetidores. Puede comunicar grandes volúmenes de información.


Protocolo Modbus

Protocolo de transmisión para sistemas de control y supervisión de procesos (SCADA) con control centralizado y puede comunicarse con Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad de obtener datos de campo para la supervisión y control de un proceso.

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y control de un proceso.Funciona mediante un sistema maestro/esclavo, y posee dos modos esenciales de funcionamiento: Modo ASCII y Modo RTU.Existe una versión MODBUS plus donde se emplea un puerto RS-485 para transmitir hasta 32 nodos y cubrir distancias de hasta 1500m.Actualmente se está impulsando el empleo de MODBUS sobre TCP/IP.


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