CARACTERISTICAS DE LA FUNCION DE TRANSFERENCIA
3.7 Software del PLC, Variador e Interfaz Gráfica de usuario
3.7.4 Diseño de la interfaz grafica de Usuario.
La interfaz grafica se diseño con el mismo software con que se programo el PLC ya que este software cuenta con esta opción. El automatismo de control diseñado tiene 2 modos de operación: manual y automático. El modo de operación manual habilita el arranque y la parada del motor desde el panel de operación del variador de frecuencia a 60 Hz y deshabilita el modo de operación automático.
El modo de operación automático deshabilita el modo de operación manual y habilita el control PID de caudal. La interfaz grafica presenta la línea 4 del banco de pruebas con la cual se calcula el caudal con la diferencia de presión medida sobre el tubo venturi.
71 Con el selector en automático y sin fallas en el sistema, el caudal deseado es programado en la interfaz grafica antes de arrancar el motor; el motor se arranca y va a una velocidad inicial de 30 Hz mientras el sensor de flujo realimenta el lazo de control con el valor del caudal de la línea. En este momento el control PID comienza a trabajar variando la velocidad del motor para mantener el caudal de la línea en el valor programado.
Figura 37. Pantalla diseñada para el sistema de control (Scada de la Planta). Fuente: Autor
Descripción de los elementos que componen el automatismo de control: 1. Start del motor
2. Stop del motor 3. Set point de caudal
4. Tanque de agua (capacidad 120 Lts) 5. Sensor de caudal de paletas rotativas 6. Variador de frecuencia (VFD)
7. Motor – bomba ( 1 Hp, 220 V, 2.6 A, 3600 rpm) 8. Tubo venturi
9. Línea 4 Banco de pruebas 1 2 3 4 5 6 7 8 9
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4 Resultados
Banco de Pruebas
Antes Ahora
1. El banco de pruebas en las líneas 3 y 4 tiene instalados una placa de orificio y un tubo venturi para medir la caída de presión y a su vez calcular el caudal por medio de la formula: M ∗ "N2O1 O2 P⁄ 1 RS"S!T" Donde, MU5VUW XY Z'⁄[ M \]X^_\_XY7X VX VX[\U`aU 0.089 " `XU aU`aUY7U 0.000508 Z" ! `XU XY7`UVU 0.0014009 Z" O2 O`X[_]Y aU`aUY7U XY OU O1 O`X[_]Y XY7`UVU XY OU P VXY[_VUV Ua5U U 20°M 1000Ga Z⁄ '
El banco de pruebas tiene instalado a la entrada de las líneas 3 y 4 un sensor de flujo de paletas rotativas para medir el caudal en tiempo real. El funcionamiento del sensor consiste en entregar un número de pulsos de voltaje por cada Litro de agua (Pulsos/Litro) que pasa por la tubería. Con la siguiente formula se calcula la velocidad del fluido:
b Z e XW]\_VUV cZ [21.22⁄ d ∗ _V" cZZd
Donde,
_V V_UZX7`] _Y7X`Y] IXX XY OM
Adicionalmente fue necesario implementar un convertidor de Frecuencia/corriente (Hz/mA) para acondicionar la señal del sensor y poderla procesar en un controlador logico programable (PLC) con el fin de controlar el caudal del banco a través de la variación de la velocidad del motor acoplado a la bomba de agua.
73 cálculo del caudal es la precisión de
los manómetros y la exactitud de los usuarios, debido a que la pérdida es pequeña comparada con la resolución del instrumento (0,1 psi)
+/- 0.75 % y una repetibilidad de +/- 0.5 % de la escala total. El rango de medición del sensor es de 0.1 hasta 8 M/s.
3. La toma de mediciones debe ser entonces de alta observación por parte del practicante y realizar un proceso estadístico.
El caudal del banco podrá ser visualizado en tiempo real desde la interfaz grafica de usuario (HMI) diseñada e implementada.
4. En cuanto a los elementos deprimógenos el cálculo es acertado con una desviación del 20% en la placa orificio y 15% en el tubo venturi, teniendo en cuenta el valor de caudal medido a la salida del sistema contra el valor de cada elemento por separado.
El error en la medición del caudal con el sensor de flujo es aproximadamente del 10 %. Con la implementación de tecnología de punta se tiene mayor exactitud y precisión en la medición.
5. Las variaciones de caudal dependen de la apertura de las válvulas.
Las variaciones de caudal dependen de la variación de velocidad del motor. 6. Un solo modo de operación a
velocidad constante (60Hz)
Dos modos de operación: manual y automático.
El modo manual permite arrancar el motor a velocidad constante (60 Hz) desde el variador de velocidad. En este modo de control también es posible monitorear diferentes variables del motor desde el panel de operación del variador de velocidad.
74 y controlar el caudal del banco entre 25 y 50 L/m a través de la interfaz grafica de usuario. En este modo de control también es posible monitorear diferentes variables del motor desde el panel de operación del variador de velocidad.
7. Todas las practicas en el banco de
pruebas son a velocidad constante (60Hz)
Es posible hacer las practicas a diferentes velocidades, desde 30 hasta 60 Hz.
En la figura 38 se observa imagen de planta didáctica Banco de Pruebas Modular para la evaluación de las pérdidas de presión por fricción, en tuberías y accesorios antes de las modificaciones y en la figura 39 se observa imagen de la planta con las modificaciones realizadas:
75 Figura 39. Planta Didáctica después de las modificaciones. Fuente: Autor
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5 Conclusiones y Recomendaciones
Se diseñó e implemento un lazo de control de flujo, realizando modificaciones eléctricas e hidráulicas al banco de pruebas modular existente por medio de la implementación de un sensor de flujo, un convertidor de frecuencia, un PLC, motor trifásico y un variador de velocidad.
El éxito en la determinación del modelo de la planta radica en la adecuada selección de las señales de prueba para la identificación y validación, estas dependen de la naturaleza del sistema como la constante de tiempo y el retardo que influyen en el periodo de muestreo y por lo tanto en el modelo final.
El control PID presenta un mejor desempeño en comparación a otros controles sintonizados debido a que su diseño parte de un modelo confiable.
Realizar le identificación de la planta en el intervalo de operación mejora notablemente la exactitud del modelo permitiendo un diseño optimo del controlador.
El software de diseño del Scada , permite el desarrollo completo de sistemas de automatización de forma fácil y rápida, la programación, interconexión de dispositivos y diseño de entornos gráficos permitiendo al Usuario de Practicas operar fácilmente la planta para monitorear y ajustar la variable de caudal desde un PC.
Para proyectos que pueden implementarse posteriormente se recomienda tener en cuenta el modelo matemático para realizar validaciones y controladores utilizando alguna estrategia de control.
Con los equipos implementados en el banco de pruebas quedan disponibles entradas y salidas digitales y análogas para la integración de nuevas variables de proceso como presión, temperatura, nivel, etc, con las cuales se podrán desarrollar nuevos automatismos e interfaces graficas que permitirán al estudiante aplicar sus conocimientos en automatización industrial, instrumentación y control.
77 A continuación se relaciona un listado de señales disponibles del PLC instalado:
11 entradas digitales disponibles 8 salidas digitales disponibles 1 entrada análoga disponible
6 Contadores rápidos, 3@80 KHz y 3@30 KHz 4 Salidas de pulsos @100 KHz
1 puerto Ethernet integrado
Adicionalmente a lo anterior este PLC tiene la posibilidad de expandirse, a continuación se relaciona un listado de módulos:
Posibilidad de expansión hasta 8 módulos de señales: Máximo 284 entradas/salidas digitales
Máximo 67 entradas/salidas análogas
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6. Referencias
[1] José Acevedo Sánchez, 2003. Control Avanzado de Procesos. Madrid : Ediciones Diaz de Santos, S.A.
[2] Banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de presión por fricción, en tuberias y accesorios, Tesis Proyecto de grado Ingeniería Mecánica, Ricardo Bautista, Fernando Delgado, Mauricio Naranjo, UDFJC Facultad Tecnológica.
[3] (Handbook of chemistry and physics, 40ª.ed., CRC Press, Boca Raton, Florida.) [4] Real Time Flow Measurement in the River Guadiana Estuary using Acoustic Doppler Technology // IEEE/OES/CMTC, Southampton Oceanography Center, Southampton, June 2005
[5] The Orellana Canal Project: Using Multiple Acoustic Doppler Instruments to Precisely Monitor Flow in Shallow Irrigation Channels.
[6] N.S. Nise. “Sistemas de Control para Ingeniería”. Ed. CECSA, México 2002
[7] Spitzer, David W. Variable Speed Drives. Instrument Society of America (1990) [8] Warchol, E. J. et al. (1971) Alinement and modeling of hanford excitation control for system damping. In: Power apparatus and systems, IEEE Transactions on.
[9] Manual del sistema de automatización Simatic S7 1200
[10] Bernabeu. Hacia la siguiente generación de buses industriales. Automática e Instrumentación, n. 378, pág. 64-68, Octubre de 2006. [15] D. Dzung, M. Mandala, Von Hoff y M. Crevatin. Security for industrial communication systems. Proceedings of the IEEE, vol. 93, nº 6, Junio de 2005
[11] Diestefano Joseph J, Retroalimentación y Sistemas de Control. Los Ángeles: McGraw – Hill, 1972.
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