Lazo cerrado

En cualquier sistema de control en lazo cerrado, la salida se compara con la entrada de referencia. Por tanto a cada entrada de referencia le corresponde una condición operativa fija, como resultado, la precisión del sistema depende de la calibración.

Ante la presencia de perturbaciones en la variable manipulada, un sistema de control en lazo cerrado, no realiza ninguna acción correctora. En la práctica, el control en lazo cerrado sólo se utiliza cuando no se conoce la relación entre la entrada y la salida y si no hay perturbaciones en la variable que estamos manipulando, en caso de que existan perturbaciones se tiene que recurrir otra estrategia de control.

Para corregir este problema se optó por establecer un control realimentado (feedback) o control en lazo cerrado con la finalidad de mejorar la respuesta del sistema. Una vez que la variable controlada es medida, el controlador reajusta el caudal, la variable manipulada, con los valores indicados para mantener la variable controlada en el punto requerido para la fundición.

En un principio se planteó un sistema retroalimentado compuesto por una tarjea de adquisición de datos NI USB 6212 para el monitoreo de las variables involucradas con nuestro proceso, una válvula solenoide como elemento final de control y un medidor de radiación como transductor de la variable controlada.

La parte de control se hace mediante la programación en LABVIEW. Cabe denotar que el objetivo principal es la simulación y control ante perturbaciones enla variable manipulada ocasionados por una falta de control de caudal en el contenedor de combustible, esta simulación será por medio de MATLAB.

Los retrasos dependen de las características físicas de los elementos ya antes mencionados. En el siguiente capítulo se describirá de forma más detallada la interacción actual de

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nuestro proceso. El intervalo entre el momento en que el disturbio entra al proceso y el tiempo que la temperatura empieza a responder se conoce como tiempo muerto, retardo de tiempo o retardo de transporte. El tiempo muerto es parte integral del proceso y se debe tomar en cuenta en las funciones de transferencia. En la mayoría de los procesos el tiempo muerto no se define fácilmente, generalmente es inherente y se distribuye a lo largo del proceso, es decir, la válvula de regulación de caudal, horno de fundición, transductor de temperatura.

En la figura 2.1 se muestra el diagrama de control manual del proceso de fundición en el horno de esmalte cerámico con un control manual de lazo cerrado. En un comienzo así era como se operaba nuestro horno de fundición, esto ocasionaba una gran pérdida ocasionada por el offset.

.

Como se mostró en la figura 2.1 podemos observar que el flujo de información que se efectúa en el control de este proceso circula cerrándose sobre sí mismo a través del flujo de señal que está siendo operada por un ser humano sin la aplicación de ningún algoritmo de control.

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La figura 2.2 muestra la válvula de control y operación con la que con anterioridad se modificaba el caudal del combustible de fundición, en este caso era de operación mecánica, el operador tenía que estar constantementesometido a condiciones extremas para su ajuste. Por otra parte, el ajuste del caudal no es el necesariopara alcanzar la consigna necesaria, por tal motivo la calidad del producto está en función de la experiencia generada por el tiempo de operación del horno de fundición.

Se tomaba la temperatura que estaba operando, después se tomaba por experiencia el tiempo necesario para que la fundición diera comienzo, después de esto se mantenía el caudal constante el tiempo requerido para que la fundición se diera por terminada.

En el comienzo, se detectó que la falta de disposición de un instrumento de control que nos bridara la oportunidad de mantener al sistema en la consigna deseada, provocaba que la temperatura, que es la variable que se está controlando, no alcanzara la temperatura deseada para la fundición y creerá al mismo tiempo un offset, este se manipulaba ajustando el caudal de aportación de combustible manualmente.

En este caso la temperatura de fundición para cada esmalte para cerámicos es la entrada y la temperatura del esmalte cerámico fundido es la salida a controlar, la función de transferencia del horno depende del diseño del propio horno, características del tipo de

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esmalte que se va a fundir, características del combustible entre otras, por otra parte tenemos que denotar que es la temperatura de fundición del horno lo que se desea controlar.

Alguien demuestro que el sistema mejora su respuesta si se introduce un control PID retroalimentado a efectos de mejorar la respuesta dinámica del sistema.

La figura 2.3 muestra el sistema retroalimentado con el que en un principio se estaba operando. El personal era el encargado de ajustar la válvula de control con el valor correcto para la fundición.

Figura 2. 3Diagrama de bloque del control en lazo cerrado sin PID.

La figura 2.4 muestra la gráfica del diagrama de bloques de la figura 2.3 simulada. Nótese que el sistema solo alcanza el 50% de la respuesta final deseada, por tal motivo, se requirió de un algoritmo de control PID para llevar al sistema al 100% de la respuesta final. La respuesta final, es decir, que la temperatura para la fundición llegue a la temperatura real deseada o la requerida para que el proceso de comienzo.

Figura 2. 4Grafico del control sin PID.

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1 SISTEMA SIN CONTROL

TIEMPO T E M P E R A T U R A D E E N T R A D A ( % )

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Se puede ver como la respuesta alcanza el 50% de la entrada a una señal escalón unitario sin control, con la que se simula la respuesta del sistema, nótese que esta con retroalimentación pero sin un controlador.