guías del laboratorio de control automático

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  • Universidad de Costa Rica

    Facultad de Ingeniera

    Escuela de Ingeniera Elctrica

    Departamento de Automtica

    Guas del Laboratorio de Control

    Automtico

    Elaborado por

    Kevin Araya Bonilla

    Carlos Reyes Cubero Alpzar

    Julio del 2004

  • Gua del Laboratorio de Control Automtico

    EHV-PLC 2004

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    INDICE GENERAL Introduccin .................................................................................................................................. 5

    1.0 Equipo didctico en control de procesos de Temperatura y Caudal Lab-Volt (modelo:

    3522) ............................................................................................................................................... 6

    2.0 Equipo didctico en control de procesos de Temperatura Lab-Volt (modelo: 3521)....... 8

    3.0 Programa de simulacin LVPROSIM de Lab-Volt........................................................... 10

    4.0 Guas de Laboratorio para el Equipo Didctico modelo 3522.......................................... 13

    Familiarizacin con el equipo, ajuste de Margen y Cero de los transmisores. ......................... 13 Familiarizacin, control de procesos de temperatura y caudal de lazo abierto y lazo cerrado. 19 Obtencin del modelo de primer orden ms tiempo muerto del proceso de temperatura y del proceso de caudal...................................................................................................................... 28 Control proporcional de un proceso de temperatura y de un proceso de caudal ...................... 36 Control proporcional e integral de un proceso de temperatura y caudal ................................. 44 Control proporcional ms integral ms derivativo.................................................................... 51 Curva de reaccin del proceso de temperatura en modo de enfriamiento ............................... 60 Sintonizacin del controlador con el mtodo de Ziegler & Nichols de lazo abierto ................ 66 Sintonizacin del controlador con el mtodo de Ziegler & Nichols de lazo cerrado para un proceso de caudal...................................................................................................................... 72 Sintonizacin del controlador con el mtodo de Ziegler & Nichols de lazo cerrado para un proceso de temperatura ............................................................................................................. 78 Sintonizacin del controlador PI y PID, para el proceso de temperatura en modo de enfriamiento .............................................................................................................................. 84 Controlador proporcional, integral y derivativo, sintonizacin con criterios de desempeo integral ...................................................................................................................................... 92

    5.0 Guas de Laboratorio para el Equipo Didctico modelo 3521.......................................... 96

    Control de procesos de lazo abierto, obtencin de la curva de reaccin .................................. 96 Control proporcional de un proceso de temperatura............................................................... 103 Control de procesos de lazo cerrado con control PI ............................................................... 109 Sintonizacin del controlador con el mtodo de Ziegler & Nichols de lazo cerrado para un proceso de temperatura ........................................................................................................... 121 Sintonizacin del controlador PID con el mtodo de Ziegler & Nichols de lazo abierto....... 129 Controlador proporcional, integral y derivativo, sintonizacin con criterios de desempeo integral .................................................................................................................................... 136

    Bibliografa ................................................................................................................................ 141

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    INDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Esquema de funcionamiento.......................................................................................... 6 Figura 2.1 Equipo didctico para el control de procesos Lab-Volt 3521 ....................................... 8 Figura 3.1 Pantalla principal del programa LVPROSIM.............................................................. 10 Figura 4.1 Conexin del equipo para calibracin del transmisor de caudal ................................. 14 Figura 4.2 Conexin del equipo para calibracin del transmisor de temperatura ........................ 16 Figura 4.3 Diagrama de bloques de un sistema de control de procesos de lazo-abierto............... 19 Figura 4.4 Control de lazo abierto del proceso de caudal del equipo didctico ........................... 20 Figura 4.5 Control de lazo abierto del proceso de temperatura del equipo didctico................... 20 Figura 4.6 Diagrama de bloques de un sistema de control de procesos de lazo cerrado .............. 21 Figura 4.7 Control de lazo cerrado del proceso de caudal del equipo didctico .......................... 22 Figura 4.8. Conexin de lazo abierto para el proceso de caudal................................................... 23 Figura 4.9. Conexin lazo abierto para el proceso de Temperatura. ............................................ 25 Figura 4.10 Mtodo de la tangente de Ziegler & Nichols............................................................. 30 Figura 4.11 Mtodo de 2 puntos de Alfaro ................................................................................... 31 Figura 4.12 Caracterstica del controlador proporcional .............................................................. 37 Figura 4.13 Conexin del equipo para el control de la temperatura en modo de enfriamiento.... 38 Figura 4.15 Respuesta al escaln de un controlador integral........................................................ 45 Figura 4.16 Efecto del aumento en la ganancia integral ............................................................... 46 Figura 4.17 Diagrama del controlador PI ..................................................................................... 46 Figura 4.18 Respuesta del sistema ante un cambio escaln con controlador P, I, PI. .................. 47 Figura 4.19 Seal de salida de la seccin del modo derivativo. ................................................... 52 Figura 4.20 Diagrama simplificado de un controlador operando en el modo PID ....................... 53 Figura 4.21 Respuesta al escaln en el punto de referencia con control P, PI y PID ................... 54 Figura 4.22 Diagrama de bloques de un controlador serial (interactuante) PID .......................... 55 Figura 4.23 Mtodo de la tangente de Ziegler & Nichols............................................................. 61 Figura 4.24 Mtodo de 2 puntos de Alfaro ................................................................................... 61 Figura 4.25 Control de temperatura en modo de enfriamiento. .................................................... 62 Figura 4.26 Respuesta con decaimiento de un cuarto de la amplitud........................................... 67 Figura 4.27 Mtodo de oscilacin mantenida de Ziegler & Nichols ............................................ 72 Figura 4.28 Respuesta estable....................................................................................................... 73 Figura 4.29 Respuesta inestable.................................................................................................... 73 Figura 4.30 Determinacin del perodo de una oscilacin sostenida............................................ 73 Figura 4.31 Mtodo de oscilacin mantenida de Ziegler & Nichols ............................................ 78 Figura 4.32 Respuesta estable....................................................................................................... 79 Figura 4.33 Respuesta inestable.................................................................................................... 79 Figura 4.34 Determinacin del perodo de una oscilacin sostenida............................................ 79 Figura 4.35 Mtodo de oscilacin mantenida de Ziegler & Nichols ............................................ 84 Figura 4.36 Respuesta estable....................................................................................................... 85 Figura 4.37 Respuesta inestable.................................................................................................... 85 Figura 4.38 Determinacin del perodo de una oscilacin sostenida............................................ 85 Figura 4.39 Control de temperatura en modo de enfriamiento. .................................................... 87

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    Figura 5.1 Mtodo de la tangente de Ziegler & Nichols............................................................... 97 Figura 5.2 Mtodo de 2 puntos de Alfaro ..................................................................................... 97 Figura 5.3 Conexin del Equipo Didctico para el control con el LVPROSIM........................... 99 Figura 5.4 Caracterstica del controlador proporcional .............................................................. 104 Figura 5.5 Conexin del Equipo Didctico para el control con el LVPROSIM......................... 105 Figura 5.6 Diagrama del controlador en modo integral .............................................................. 111 Figura 5.7 Respuesta al escaln de un controlador integral........................................................ 112 Figura 5.8 Efecto de

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