INTRODUCCION

Una de las principales necesidades en la gran mayoría de las industrias es el control de la temperatura en sus diferentes procesos. por ejemplo la temperatura de un motor ,de una caldera ,o de un proceso de secador en nuestro caso la temperatura de la leche .a continuación se mostrara una posible solución al control automático de la temperatura de la leche por medio de control PID en el proceso de pasterización de la misma. Este Control es (proporcional, integral, derivativo) la acción integral permite reducir a cero el error de régimen permanente: siendo la respuesta del sistema controlado más rápida, la temperatura podrá llegar de régimen con mayor rapidez. La acción integral sirve con particular eficacia para compensar variaciones bruscas (de escalón) de la temperatura que hay que controlar.

CONTROL DE TEMPERATURA EN EL PROCESO DE PASTEURIZACION DE LA LECHE

PROBLEMA.En una empresa de lácteos es necesario implementar un sistema para el mejoramiento en la calidad de sus productos. Los ingenieros de alimentos optaron por la pasteurización de la leche para posteriormente sacar sus derribados ya que este proceso le da más tiempo a sus productos sin que se dañen. Para este proceso es necesario controlar la temperatura del producto a pasteurizar .esto podría hacerse con la ayuda de un obrero .pero el gerente requiere que no se contrate mas personal por esta razón se nos pide en calidad de ingenieros electrónicos un diseño para controlar la temperatura de este proceso de manera automática. además el control de la temperatura no es estable por las perturbaciones como la temperatura del medio ambiente, la humedad, el aumento de flujo del combustible que afectan este proceso, queremos que se estabilice para que se den los resultados esperados, que requiere el gerente.En el control de magnitudes físicas como presión, humedad, fuerza y en este caso temperatura la implementación de control PID permite disminuir el efecto que causan las perturbaciones en evitar una estabilidad en este sistema y mas adelante un colapso en la planta.

Diseño del control de temperatura (a pequeña escala).

Para este proceso utilizaremos un transductor de temperatura que por razones limitantes es el lm35

Tambien se utilizaran los operacionales lm358 por razones de economia y confiabilidad

El lm 35 proporciona un voltaje directamente proporcional a la temperatura en la que este.el voltaje que proporciona este integrado es de 1mv por grado Celsius la temperatura de este es de 65 a 68 grados Celsius y en nuestra escala simularemos que esta temperatura es de 25 a 28 grados Celsius.

Etapas del diseño del laboratorio

ETAPA DE AISLAMIENTO Y DETECCION DE CRUCE POR CEROEsta etapa es la encargada de bajar la tensión de la red eléctrica, generalmente de 120 V, 60 Hz, a un valorseguro para el circuito detector de cruce por cero. A continuación se presenta un circuito típico, el cual se basaen un transformador de bajada recomendado a 12Vrms como elemento de aislamiento y de un opto acopladorpara la tarea de detección de cruce por cero.

ETAPA DE CONTROL Y GENERACION DE DISPAROSe implementará bajo un amplificador operacional como integrador y otro como comparador. El primero servirá para la generación de la rampa lineal mientras que el segundo servirá para variar el ángulo de disparo.

.

La siguiente etapa consiste en un comparador de nivel, el objetivo es generar el ángulo de disparo a partir de la comparación de la señal rampa lineal con una tensión de referencia:

Diseño esquematico

3

26

74

15

U1

LM741

U1(V-)

U1(V+)

R1

270k

R3

270k

R4270k

+88.8

Volts

V1400m

3

26

74

15

U2

LM741

R5

39k

R6

39k

U2(V-)

U2(V+)

R2

270k

3

26

74

15

U3

LM741

3

26

74

15

U4

LM741

3

26

74

15

U5

LM741

R71k

R8

10

RV2100k

RV3100k

R9

1k

R10

100k

C1

0.01u

R11

1k

R12

10

C2

0.01u

R13

10

RV4100k

R14

1k

U5(V-)

U5(V+)

U4(V+)

U4(V-)

U3(V+)

U3(V-)

+88.8

Volts

+88.8

Volts

3

26

74

15

U6

LM741

R15

1k

R16

1kU6(V+)

U6(V-)

RV1100k

RV1(3)

+88.8

Volts

R2568k

RV5

100k

3

26

74

15

U7

LM741

3

26

74

15

U8

LM741

C3

0.1uf

C4

0.1uf

R171k

U7(V+)

U7(

V-)

D1

1N4148

D2

1N4148

U7(+IP)

A

B

C

D

R181k

U8(V+)

U8(V-)

R20

1k

Q22N3904

3

26

74

15

U9

LM741

R21

100k

R21

(1)

C5

100nf

U9(V+)

U9(V-)

3

26

74

15

U10

LM741

U10(V+)

U10(V-)

R4

DC 7

Q 3

GN

D1

VC

C8

TR2 TH 6

CV5

U11

555

R19

5.6k

R223.3k

C60.01u

Sistema del control del pid

Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación que se utiliza en sistemas de control industriales. Un controlador PID corrige el error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener calculándolo y luego sacando una acción correctora que puede ajustar al proceso acorde. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral determina la reacción basada en la suma de errores recientes y el Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres constantes en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo. Algunas aplicaciones pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado también

PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control.

Diagrama de bloques del sistema pid

Funcionamiento

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso o sistema se necesita, al menos:

1. Un sensor, que determine el estado del sistema (termómetro, caudalímetro,etc).

2. Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador. 3. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada

(resistencia eléctrica, motor, válvula, bomba, etc).

El sensor proporciona una señal analógica o digital al controlador, la cual representa el punto actual en el que se encuentra el proceso o sistema. La señal puede representar ese valor en tensión eléctrica, intensidad de corriente eléctrica o frecuencia. En este último caso la señal es de corriente alterna, a diferencia de los dos anteriores, que son con corriente continua.

El controlador lee una señal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna(o punto de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la señal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano, habrá que establecer algún tipo de interfaz.

El controlador resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna, obteniendo así la señal de error, que determina en cada instante la diferencia

que hay entre el valor deseado y el valor medido. La señal de error es utilizada por cada una de las 3 componentes de un controlador PID propiamente dicho para generar las 3 señales que, sumadas, componen la señal que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la suma de estas tres señales, que posteriormente explicaremos, se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, si no que debe ser transformada para ser compatible con el actuador que usemos.

Las tres componentes de un controlador PID son: parte Proporcional, acción Integral y acción Derivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final, viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente.

Proporcional

Artículo principal: Control proporcional

La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y la constante proporcional como para que hagan que el error en estado estacionario sea casi nulo, pero en la mayoría de los casos, estos valores solo serán óptimos en una determinada porción del rango total de control, siendo distintos los valores óptimos para cada porción del rango. Sin embargo, existe también un valor límite en la constante proporcional a partir del cual, en algunos casos, el sistema alcanza valores superiores a los deseados. Este fenómeno se llama sobre oscilación y, por razones de seguridad, no debe sobrepasar el 30%, aunque es conveniente que la parte proporcional ni siquiera produzca sobre oscilación.

La partes proporcional no considera el tiempo, por tanto la mejor manera de solucionar el error permanente y hacer que el sistema contenga alguna componente que tenga en cuenta la variación con respecto al tiempo es incluyendo y configurando las acciones integral y derivativa.

La fórmula del proporcional esta dada por:

Integral

El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional.

El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un periodo de tiempo determinado; Luego es multiplicado por una constante I. I representa la constante de integración. Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo Proporcional para formar el control P + I con el propósito de obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.

El modo integral presenta un desfasamiento en la respuesta de 90º que sumados a los 180º de la retroalimentación ( negativa ) acercan al proceso a tener un retraso de 270º, luego entonces solo será necesario que el tiempo muerto contribuya con 90º de retardo para provocar la oscilación del proceso. <<< la ganancia total del lazo de control debe ser menor a 1, y así inducir una atenuación en la salida del controlador para conducir el proceso a estabilidad del mismo. >>>

La formula del integral esta dada por: Isal

Derivativo

La acción derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e integral).

El error es la desviación existente entre el punto de medida y el valor consigna, o "Set Point".

La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo corrigiéndolo proporcionalmente con la velocidad misma que se produce; de esta manera evita que el error se incremente.

Se deriva con respecto al tiempo y se multiplica por una constante D y luego se suma a las señales anteriores ( P+I ). Gobernar la respuesta de control a los cambios en el sistema ya que una mayor derivativa corresponde a un cambio más rápido y el controlador puede responder acordemente.

La fórmula del derivativo esta dada por:

DISEÑO INDUSTRIALPara nuestro diseño industrial hemos decidido utilizar un sensor (NTC DE 10 K).

CARACTERÍSTICAS DEL SENSOR DE TEMPERATURA

CARACTERÍSTICAS:

La resistencia ajustable sirve para controlar manualmente el límite de temperatura o umbral de disparo del sensor, es decir podemos ajustar la sensibilidad del dispositivo, actuando sobre esta resistencia.

Con el jumper podemos variar la configuración del sensor y así decidir su forma de funcionamiento. Que se active por exceso o por defecto de temperatura.

a) Con la cápsula del jumper quitada, cuando el grado de temperatura no llegue al ajustado, el diodo bicolor tendrá un color rojo y el monocolor estará apagado. No emitirá ninguna señal de salida a la placa.

SENSOR

+ 5V

ResistenciaAjustable

+ 5V De E1 a E8

Configuración (Jumper)

Diodobicolor

Cuando se supere el umbral de temperatura el diodo bicolor se iluminará de color verde y el monocolor de naranja. Estará emitiendo señal a la placa.

b) Con la cápsula del jumper puesta, si el grado de temperatura no llega a la del umbral determinado, el diodo bicolor se iluminará de color rojo y el monocolor de naranja. El sensor dará señal a la placa.En el momento que el grado de temperatura sea superior al ajustado en la resistencia variable, el diodo bicolor se iluminará de color verde y el monocolor se apagará dejando de enviar señal alguna a la placa.

CONTROL POR PLC(CONTROLADRES LOGICOS PROGRAMABLES)

Los PLC (Programmable Logic Controlle) son dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial.

Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener. Un lenguaje más reciente, preferido por los informaticos y electronicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram)que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre si.

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocolos que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

PLC (MODERNO 2008)

CONCLUSIONES

Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación que se utiliza en sistemas de control industriales. Un controlador PID corrige el error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener calculándolo y luego sacando una acción correctora que puede ajustar al proceso acorde.

El control PID permite estabilizar un sistema cuando esta afectado por perturbaciones, en este caso en el proceso de la pasteurización de la leche el aumento de flujo de combustible puede es una perturbación que afecta el proceso como tal.

. Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control.

SISTEMAS DE CONTROL I

LABORATORIO PID

LUIS ARMANMDO BRAVO PINZONCOD:87080159844

ARMANDO JAVIER CANCHILA P.COD:88010573500

CARLOS MAURICIO LASTRE D.COD:87101968047

ING JOSE LUIS LOPEZ PRADO

UNIVERSIDAD DE PAMPLONANOVIEMBRE 2008-11-15

PAMPLONA