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4.4 ANÁLISIS DEL SISTEMA
Para el análisis del sistema se prefirió adquirir los datos puros desde Lookout [8] y procesarlos en Matlab [11] para obtener una interpolación más suave que representara mejor los fenómenos que ocurrieron realmente. En la figura 4.14 se mostrará la comparación entre los datos crudos extraídos con el software Lookout y el resultado de una interpolación de tipo spline de estos mismos realizada con el software matlab [11].
Figura 4.14.
Comparación entre las gráficas de Lookout y Matlab.En la figura 4.14 se aprecia el aspecto poco suave de la señal de presión y la referencia en la gráfica superior, que contrasta con el aspecto suave y natural de la
La gráfica muestra el comportamiento del sistema ante tres eventos claros. Primero, un aumento de la presión de referencia de 3 a 7 mH2O aplicado a los 5
segundos de iniciada la adquisición de datos. Observando la figura se puede ver que el sistema tarda aproximadamente 10 segundos para establecerse, lo que podría parecer un tiempo excesivamente prolongado, pero el proceso en cuestión no es
crítico por lo que la velocidad del sistema no fue una prioridad.
Segundo, entre los 25 y los 30 segundos se aprecia una perturbación en el sistema, esto es un aumento en la demanda. Lo que en palabras sencillas significa que la llave se abrió más para aumentar el caudal. Obviamente el sistema se reciente y la presión baja, pero ésta es restituida rápidamente.
El tercer suceso observado es la disminución de la presión de referencia de 7
a 5 mH2O al rededor de los 44 segundos de iniciada la adquisición, observándose
que el sistema se estabiliza luego de transcurridos unos 7 segundos.
Es importante hacer notar que el tiempo de respuesta está relacionado con la demanda. Una manera clara de ver esto es analizando como disminuye la presión en el sistema. Supongamos, como en la situación mostrada en la figura 4.14, que se desea disminuir la presión de 7 a 5 mH2O. Si la llave está cerrada; es decir, si la
demanda es nula. La referencia de presión disminuirá de 7 a 5 mH 2O y la
Por
Por otra otra parte, parte, cuando cuando se se desea desea aumentar aumentar la la presión presión en en el el sistema, sistema, eses preferible que
preferible que la demanda la demanda sea mínima. sea mínima. Pues Pues así así con el con el mismo caudal mismo caudal suministradosuministrado por
por la la bomba, bomba, los los cambios cambios de de presión presión son son mayores, mayores, pues pues mayor mayor parte parte del del caudalcaudal contribuye a subir la presión en vez d
contribuye a subir la presión en vez de satisfacer la demanda.e satisfacer la demanda.
En la figura 4.15 se muestra un escalón de presión de 4 a 8 mH
En la figura 4.15 se muestra un escalón de presión de 4 a 8 mH22O. ElO. El
comportamiento del sistema es bastante similar a la figura anterior en cuanto a comportamiento del sistema es bastante similar a la figura anterior en cuanto a tiempo de establecimiento.
tiempo de establecimiento.
Figura 4.15.
Figura 4.15.
Escalón de presión de 4 Escalón de presión de 4 a 8 mH a 8 mH 22O.O.Se aprecia también que el error en estado estacionario, aunque mínimo, Se aprecia también que el error en estado estacionario, aunque mínimo,
fácilmente inferiores al 2,5% de la presión, lo que es bastante bueno para una fácilmente inferiores al 2,5% de la presión, lo que es bastante bueno para una aplicación de este tipo.
aplicación de este tipo.
En la figura 4.16 se muestra una serie de perturbaciones, sin variar la En la figura 4.16 se muestra una serie de perturbaciones, sin variar la referencia de presión. Para ver como funciona el sistema, exclusivamente ante referencia de presión. Para ver como funciona el sistema, exclusivamente ante perturbaciones.
perturbaciones.
Figura 4.16.
Figura 4.16.
Serie de perturbaciones a 10 mH Serie de perturbaciones a 10 mH 22O.O.El significado de los números que se ven sobre la gráfica en la figura 4.16 se El significado de los números que se ven sobre la gráfica en la figura 4.16 se explicará a continuación.
En (2), la segunda perturbación, se cerró la llave rápidamente, permitiendo En (2), la segunda perturbación, se cerró la llave rápidamente, permitiendo sin embargo, que fluya algo de agua. Nuevamente el
sin embargo, que fluya algo de agua. Nuevamente el sistema se recupera.sistema se recupera.
En (3) y (4) los caudales aumentan producto de aumentos en la demanda y el En (3) y (4) los caudales aumentan producto de aumentos en la demanda y el sistema se recupera.
sistema se recupera.
En (5) la demanda disminuye, baja el caudal y la presión sube. Luego de En (5) la demanda disminuye, baja el caudal y la presión sube. Luego de unos instantes la presión se restablece.
unos instantes la presión se restablece.
Figura 4.17.
Figura 4.17.
Serie de escalones de presión.Serie de escalones de presión.En la figura 4.17 se muestra una serie de escalones aplicados al sistema sin En la figura 4.17 se muestra una serie de escalones aplicados al sistema sin
Inicialmente se aplica un escalón de 6 a 10 mH2O, para el cual el sistema
tarda unos 19 segundos en establecerse. Luego se aplica un escalón de 10 a 13
mH2O, donde es posible observar que el controlador presenta más dificultades para
establecerse en comparación con el escalón anterior. Luego la presión de referencia baja hasta los 8 mH2O. La rápida disminución de la presión evidencia la magnitud de la demanda o el alto caudal de salida. Nuevamente la presión se restablece, luego de unos 8 segundos.
CONCLUSIONES
Se implementó una estrategia de control la presión de un hidrosistema, variando la velocidad una motobomba. Se utilizó un controlador PI de ganancia variable para ajustar la velocidad de rotación de la bomba, alimentada a través de un variador de velocidad. Debido a la complejidad y característica no lineal del sistema, el diseño del controlador se realizó utilizando el método empírico de la curva de reacción de Cohen y Coon.
Se desarrolló una interfaz hombre-máquina para monitoreo y cambio de set point del sistema, usando el software "Lookout", que permite leer y escribir datos en el PLC desde un computador personal con la ventaja que permite desarrollar ventanas más amigables y acerca el control a usuarios sin experiencia en el uso y programación de PLC.
Es importante destacar que el software Concept utilizado resultó una herramienta muy útil para programar PLC, pero sus capacidades para monitorear son limitadas y si bien resulta útil para algunas tareas, para corregir las ganancias y analizar la respuesta dinámica del sistema es necesario una herramienta que despliegue de manera gráfica lo que está ocurriendo a cada instante en la planta. Por lo anterior, la utilización del Lookout permitió desarrollar un diagrama que ilustraba el sistema completo y que hacía entendible el proceso para cualquier
En cuanto a la respuesta dinámica del sistema, ésta cumplió los desafíos propuestos. En todas las pruebas que se realizaron se observó un error en estado
estacionario menor al 2.5 % de la referencia. La estrategia desarrollada mostró además, una buena respuesta dinámica del sistema de control tanto para cambios en la referencia de tipo escalón como para rechazo de perturbaciones.
REFERENCIAS
[1]: http://www.jacuzzi.cl
[2]: http://www.zilmet.it
[3]: http://www.modicon.com
Manual de usuario del E984-265 disponible en:
http://download.telemecanique.com/C1257170003C801D/all/852566B70073220C8 5256AEE0042E6E6/$File/31000400_k04_000_04.pdf
[4]: http://www.eurotherm.com
Manual de usuario del 650 series disponible en:
http://www.eurotherm.com.au/drives/manuals/HA464828U002.pdf
[5]: http://gemssensors.com
Manual de usuario del 2200 series disponible en:
http://www.olagorta.com/2200-2600.pdf
[6]: http://ona.fi.umag.cl/~rcd/rcd/ZIP/Cohen.zip
[7]: http://ona.fi.umag.cl/~rcd/rcd/PDF/medio.pdf
[8]: http://www.ni.com
Manual de usuario de Lookout 5.0 disponible en: