Diseño e Implementación de un Controlador Mediante Técnicas Predictivas para un Prototipo de Temperatura y Humedad Edición Única

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR MEDIANTE TÉCNICAS PREDICTIVAS PARA UN PROTOTIPO DE TEMPERATURA Y HUMEDAD. TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA PRESENTA. CARLOS ISAAC RAMÍREZ ESPAÑA FUENTES. Asesor:. Dr. JESUS ULISES LICEAGA CASTRO. Comité de tesis:. Dr. Dr. Dr. Dr.. ALEJANDRO ACEVES LOPEZ MARCO IVAN RAMÍREZ SOSA MORÁN VIRGILIO VASQUEZ LOPEZ EDUARDO LICEAGA CASTRO. Jurado:. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr.. ALEJANDRO ACEVES LOPEZ MARCO IVAN RAMÍREZ SOSA MORÁN VIRGILIO VASQUEZ LOPEZ EDUARDO LICEAGA CASTRO JESUS ULISES LICEAGA CASTRO. Atizapán de Zaragoza, Estado de México. Julio 2005. Presidente Secretario Vocal Vocal Vocal.

(2) Resumen En la presente tesis se muestra la implementación de un controlador predictivo generalizado (GPC, por sus siglas en ingles) para el prototipo de acondicionamiento de aire ET605 de Gunt. Primeramente, se analizaron las propiedades y características del prototipo requiriéndose el diseño e implementación de moduladores de ancho de pulso (PWM, por sus siglas en ingles) como elementos actuadores y el filtrado de las señales provenientes de los sensores. A partir de estas adaptaciones, y con base a respuestas a señales tipo escalón, se obtuvo el modelo en Matriz Función de Transferencia de dos entradas y dos salidas que relaciona las variables de salida: humedad relativa y temperatura en grados Celsius, con las señales de comando del calentador y humidificador. A partir del uso de la Función de Estructura Multivariable se encontró que el proceso es de fase mínima, "poco" acoplado, estable y estructuralmente robusto. Debido a lo anterior fue factible diseñar el controlador multivariable con base, únicamente, a los elementos de la diagonal principal de la matriz función de transferencia del proceso. Una vez diseñado el controlador se demostraron condiciones de robustez estructural, estabilidad robusta y desempeño mediante el marco de análisis de sistemas multivariables Diseño por Canal Individual (ICD, por sus siglas en ingles). Finalmente, se presentan pruebas en tiempo real en las cuales se muestra que el sistema de control es capaz de satisfacer especificaciones o requerimientos de acondicionamiento de aire típicos de un laboratorio de metrología industrial..

(3) Summary This thesis shows the implementation of the Generalized Predictive Controller (GPC) for the air conditioning prototype Gunt ET605. First the prototype properties and characteristics were analyzed requiring the design and implementation of pulse width modulators (PWM) as actuators, and filters for the sensors output signals. After these implementations, and based on step responses, a 2x2 Matrix Transfer Function model were obtained with outputs signals given by the temperature and relative humidity, and input signals the commands to the heating system and humidifier. From the use of the Multivariable Structure Function it was found that the system is "low" couple, minimum phase, stable, and structurally robust. Thus, it was feasible to design a multivariable controller based on the main diagonal elements of the Matrix Transfer Function model. Also, structural robustness, robust stability and performance are satisfied within the frame of analysis for multivariable systems Individual Channel Design (ICD). Finally, real time responses are presented showing that the control system is capable of satisfying specifications and requirements of a typical air conditioning system for industrial metrology laboratories..

(4) DEDICATORIAS. Dedico con cariño este trabajo:. A mis padres: Carlos Ramírez España y María del Carmen Fuentes A mis hermanos: Fabiola y Josué A mi tía Marina Ramírez España A mis familiares y amigos..

(5) AGRADECIMIENTOS. Al ITESM-CEM por el financiamiento para estudiar el postgrado. Al Dr. Jesús Liceaga por su paciencia y gran don de enseñanza. A los miembros del jurado que me han evaluado.

(6) Índice general 1. Introducción. 1. 2. Descripción de la unidad 2.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Estructura de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Diagrama del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Sistema de aire acondicionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1. Ventilador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2. Enfriador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3. Humidificador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4. Calefactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.5. Cámara climatizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.6. Actuador de compuertas . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Procesador de control Multi-circuit . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1. Estructura y operación del procesador de control a lazo 2.5.2. Procesador SP de control en lazo abierto . . . . . . . . 2.5.3. Operación manual del PLC . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.4. Comprobación rápida el PLC . . . . . . . . . . . . . . 2.5.5. Salvando Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Sistema de enfriamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.1. Compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2. Condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.3. Válvula de expansión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7. Grabación del valor medido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8. Puesta en operación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9. Instrucciones de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9.1. Peligros para la vida y seguridad . . . . . . . . . . . . 2.9.2. Peligros a la unidad y funcionamiento . . . . . . . . . . 2.10. Diagramas Eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.1. Interruptor principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.2. Humidificador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.3. Enfriador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.4. Calefactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.5. Válvula de llenado de agua del humidificador . . . . . . i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3 3 3 4 4 6 6 6 6 7 7 8 8 10 12 12 13 14 15 15 15 15 16 18 18 18 18 19 19 20 20 20.

(7) ii 2.10.6. Ventilador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.7. Generador de calor latente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.8. Generador de calor sensible . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.9. Motor para compuertas de ventilación . . . . . . . . . . . 2.11. Implementación y diagramas eléctricos de interfases a actuadores . 2.11.1. Temporizador-Oscilador 555 . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11.2. Modo Oscilador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11.3. Sincronización con línea eléctrica . . . . . . . . . . . . . . 2.11.4. Interfase de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11.5. Diagramas eléctricos de interfases a actuadores . . . . . . . 2.12. Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.13. Tarjeta AD512 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Pruebas de lazo abierto y análisis del sistema 3.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Pruebas de Lazo abierto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1. Señales sin Filtro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2. Filtrado analógico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3. Filtrado digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4. Enfriador en lazo abierto . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.5. Calefactor en lazo abierto . . . . . . . . . . . . . . 3.2.6. Humidificador en lazo abierto . . . . . . . . . . . . 3.2.7. Obtención de la matriz de función de transferencia 3.3. Análisis del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1. Función de estructura Multivariable (γ) . . . . . . . 3.3.2. Polos del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. 21 22 22 25 25 25 26 27 27 29 29 30 30. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. 32 32 32 32 34 34 35 37 37 37 43 43 51 51. 4. Control Predictivo Generalizado (GPC). El algoritmo básico, diseño, análisis de robustez y simulación. 4.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Control Predictivo Generalizado (GPC), el Algoritmo básico. . . . . . . . . . 4.2.1. El modelo de la planta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2. Predictor a j-pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3. Recursión de la ecuación de Diofanto . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4. Control lineal cuadrático Gaussiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.5. Formulación de la ley de control predictivo . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.6. Control Predictivo Generalizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1. Diseño de control para temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2. Diseño de control para humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Análisis de robustez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1. Planteamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2. Modo GON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53 53 53 53 55 56 57 58 59 61 61 63 64 64 68.

(8) iii 4.4.3. Modo GON_OF F . . . . . . . . . . . . . 4.4.4. Modo GOF F _ON . . . . . . . . . . . . . 4.4.5. Modo GOF F . . . . . . . . . . . . . . . 4.5. Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.1. Planta en modo de operación GON . . 4.5.2. Planta en modo de operación GON_OF F 4.5.3. Planta en modo de operación GOF F _ON 4.5.4. Planta en modo de operación GOF F . . 4.6. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Pruebas en tiempo real 5.1. Introducción . . . . . . . . 5.2. Procedimiento . . . . . . . 5.3. Pruebas sin perturbación . 5.4. Pruebas con perturbación 5.5. Conclusiones . . . . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. 77 77 85 85 90 90 92 97 97. . . . . .. 100 100 100 100 100 102. 6. Conclusiones. 104. 7. Trabajo futuro. 106. A. Carta Psicrométrica 107 A.1. Etapa de enfriamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 A.2. Etapa de calentamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 A.3. Etapa de humidificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 B. Recursión de la ecuación de Diofanto. 110. C. Programa para resolver la ecuación de Diofanto. 112. D. Recomendación al CENAM. 114.

(9) Índice de figuras 2.1. Estructura de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Diagrama del sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Sistema de aire acondicionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Pantallas y potenciometros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Difusor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Manejador de las compuertas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7. Procesador de control a lazo cerrado MRP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8. Procesador de control a lazo abierto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9. Diagrama del sistema del ciclo de enfriamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10. Sección transversal de una válvula de termostato. . . . . . . . . . . . . . . . 2.11. Pantallas digitales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.12. Indicadores de presión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.13. Medidor de flujo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14. Unidad de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.15. Interruptor principal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.16. Humidificador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.17. Enfriador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.18. Calefactor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.19. Válvula de llenado del humidificador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.20. Ventilador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.21. Calor Latente. a) Bobina, b) Potenciómetro de potencia, c) Potenciómetro regulador, d) Resistencia eléctrica e indicador. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.22. Calor Sensible. a) Potenciómetro de potencia, b) Potenciómetro regulador, c) Resistencia eléctrica e indicador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.23. Motor para compuertas de ventilación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.24. Diagrama del Oscilador LM555. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.25. Circuito de interface a actuador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.26. Diagramas eléctricos de sistemas modificados a) Calefactor, b) Enfriador, c) Humidificador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.27. a) Pulso mínimo, b) Pulso máximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.28. Sensor de temperatura y humedad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.29. Diagrama general de entradas-salidas del prototipo ET605. . . . . . . . . . . 2.30. Diagrama reducido de entradas-salidas del prototipo ET605. . . . . . . . . .. 28 29 30 31 31. 3.1. Señales de temperatura y humedad directas del sensor . . . . . . . . . . . . .. 33. iv. 4 5 5 7 7 8 9 11 15 16 16 16 17 17 19 19 20 21 21 22 23 24 25 26 27.

(10) v 3.2. Señales de temperatura y humedad directas del sensor, con acercamiento. . . 3.3. Señales de Temperatura y Humedad con filtro externo. . . . . . . . . . . . . 3.4. Señales de temperatura y Humedad con filtro externo, con acercamiento. . . 3.5. Temperatura y humedad al encender el enfriador. . . . . . . . . . . . . . . . 3.6. Temperatura y humedad al apagar el enfriador. . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7. Diagrama final del sistema a controlar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8. Comportamiento de la temperatura y humedad al encender el calefactor. . . 3.9. Comportamiento de la temperatura y humedad al apagar el calefactor. . . . 3.10. Comportamiento de la temperatura y humedad al encender el humidificador. 3.11. Comportamiento de la temperatura y humedad al apagar el humidificador. . 3.12. Comparación de comportamiento real y comportamiento con la función de transferencia calculada al encenderse el calefactor. . . . . . . . . . . . . . . . 3.13. Comparación de comportamiento real y comportamiento con la función de transferencia calculada al apagarse el calefactor. . . . . . . . . . . . . . . . . 3.14. Comparación de comportamiento real y comportamiento con la función de transferencia calculada al encenderse el humidificador. . . . . . . . . . . . . . 3.15. Comparación de comportamiento real y comportamiento con la función de transferencia calculada al apagarse el humidificador. . . . . . . . . . . . . . . 3.16. Diagrama de Bode para γ ON (s). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.17. Diagrama de Nyquist para γ ON (s). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.18. Diagrama de Bode para γ ON _OF F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.19. Diagrama de Nyquist para γ ON_OF F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.20. Diagrama de Bode para γ OF F _ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.21. Diagrama de Nyquist para γ OF F _ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.22. Diagrama de Bode para γ OF F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.23. Diagrama de Nyquist para γ OF F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33 34 35 36 36 37 38 38 39 39. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.. 54 65 66 66. Referencia, salida y control en GPC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diagrama de bloques para el controlador de canal 1. . . . . . . . . . . . . . . Diagrama de bloques para el controlador de canal 2. . . . . . . . . . . . . . . Diagrama de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparación de las fuciones de estructura multivariale gamma para cada modo de operación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Robustez para k2 g22 modo GON . Diagrama de bode en modo discreto. . . . . 4.7. Robustez para k1 g11 modo GON . Diagrama de bode en modo discreto. . . . . 4.8. Diagrama de Nyquist para γ h̄2 modo GON . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9. Diagrama de Nyquist para γ h̄1 modo GON . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.10. Canal 1 en lazo abierto modo GON . Diagrama de bode en modo discreto. . . 4.11. Canal 2 en lazo abierto modo GON . Diagrama de bode en modo discreto. . . 4.12. Canal 1 en lazo cerrado modo GON . Diagrama de bode en modo discreto. . . 4.13. Canal 2 en lazo cerrado modo GON . Diagrama de bode en modo discreto. . . 4.14. Diagrama a bloques de las relaciones RYij . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40 41 41 42 44 45 46 47 48 49 50 50. 69 69 70 70 71 72 72 73 73 74.

(11) vi 4.15. Acoplamientos para el canal 1 y el canal 2 en modo GON . Diagrama de bode en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.16. Robustez para k2 g22 modo GON_OF F . Diagrama de bode en modo discreto. . 4.17. Robustez para k1 g11 modo GON_OF F . Diagrama de bode en modo discreto. . 4.18. Diagrama de Nyquist para γ h̄2 modo GON_OF F . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.19. Diagrama de Nyquist para γ h̄1 modo GON_OF F . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.20. Canal 1 en lazo abierto modo GON_OF F . Diagrama de bode en modo discreto. 4.21. Canal 2 en lazo abierto modo GON_OF F . Diagrama de bode en modo discreto. 4.22. Canal 1 en lazo cerrado modo GON_OF F . Diagrama de bode en modo discreto. 4.23. Canal 2 en lazo cerrado modo GON_OF F . Diagrama de bode en modo discreto. 4.24. Acoplamientos para el canal 1 y el canal 2 en modo GON_OF F . Diagrama de bode en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.25. Robustez para k2 g22 modo GOF F _ON . Diagrama de bode en modo discreto. . 4.26. Robustez para k1 g11 modo GOF F _ON . Diagrama de bode en modo discreto. . 4.27. Diagrama de Nyquist para γ h̄2 modo GOF F _ON . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.28. Diagrama de Nyquist para γ h̄1 modo GOF F _ON . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.29. Canal 1 en lazo abierto modo GOF F _ON . Diagrama de bode en modo discreto. 4.30. Canal 2 en lazo abierto modo GOF F _ON . Diagrama de bode en modo discreto. 4.31. Canal 1 en lazo cerrado modo GOF F _ON . Diagrama de bode en modo discreto. 4.32. Canal 2 en lazo cerrado modo GOF F _ON . Diagrama de bode en modo discreto. 4.33. Acoplamientos para el canal 1 y el canal 2 en modo GOF F −ON . Diagrama de bode en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.34. Robustez para k2 g22 modo GOF F . Diagrama de bode en modo discreto. . . . 4.35. Robustez para k1 g11 modo GOF F . Diagrama de bode en modo discreto. . . . 4.36. Diagrama de Nyquist para γ h̄2 modo GOF F . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.37. Diagrama de Nyquist para γ h̄1 modo GOF F . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.38. Diagrama de Nyquist para γ h̄1 modo GOF F . Diagrama de Nyquist en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.39. Canal 2 en lazo abierto modo GOF F . Diagrama de bode en modo discreto. . 4.40. Canal 1 en lazo cerrado modo GOF F . Diagrama de bode en modo discreto. . 4.41. Canal 2 en lazo cerrado modo GOF F . Diagrama de bode en modo discreto. . 4.42. Acoplamientos para el canal 1 y el canal 2 en modo GOF F . Diagrama de bode en modo discreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.43. Comportamiento y esfuerzos de control para la temperatura modo GON . . . 4.44. Comportamiento y esfuerzos de control para la humedad modo GON . . . . . 4.45. Temperatura con perturbación random en modo de operación GON (s). . . . 4.46. Humedad con perturbación random en modo de operación GON (s). . . . . . 4.47. Comportamiento y esfuerzos de control para la temperatura modo GON_OF F . 4.48. Comportamiento y esfuerzos de control para la humedad modo GON_OF F . .. 75 75 76 76 77 78 78 79 79 80 80 81 81 82 82 83 83 84 84 85 86 86 87 87 88 88 89 89 90 91 91 92 93 93.

(12) vii 4.49. Temperatura con perturbación random en modo de operación GON_OF F (s). . 4.50. Humedad con perturbación random en modo de operación GON_OF F (s). . . 4.51. Comportamiento y esfuerzos de control para la temperatura modo GOF F _ON . 4.52. Comportamiento y esfuerzos de control para la humedad modo GOF F _ON . . 4.53. Temperatura con perturbación random en modo de operación GOF F _ON (s). . 4.54. Humedad con perturbación random en modo de operación GOF F _ON (s). . . 4.55. Comportamiento y esfuerzos de control para la temperatura modo GOF F . . . 4.56. Comportamiento y esfuerzos de control para la humedad modo GOF F . . . . . 4.57. Temperatura con perturbación random en modo de operación GOF F (s). . . . 4.58. Humedad con perturbación randomen modo de operación GOF F (s). . . . . .. 94 94 95 95 96 96 97 98 98 99. 5.1. Prueba en tiempo real sin perturbación, temperatura. . . . . . . . . . . . . . 5.2. Prueba en tiempo real sin perturbación, humedad. . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Prueba en tiempo real de la temperatura, encendiendo la perturbación y apagando la perturbación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Prueba en tiempo real de la humedad relativa, encendiendo la perturbación y apagando la perturbación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 101 101. A.1. A.2. A.3. A.4.. 107 108 109 109. Sección de enfriamiento. . Carta psicrométrica. . . . Sección de caletamiento. . Sección de humidificación.. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. 102 103.

(13) Capítulo 1 Introducción Dentro del contexto de la investigación y desarrollo tecnológico que se lleva a cabo en el ITESM-CEM, se ha mantenido una línea abierta hacia el estudio de los sistemas de control Multi-variable; esto a través de los diferentes proyectos de investigación relacionados con el diseño y la aplicación de dichos sistemas a distintas problemáticas y áreas de conocimiento. Un área de oportunidad para este caso es el considerar el acondicionamiento de un cuarto el cual puede ser: una nave industrial, un laboratorio, un centro de cómputo, una incubadora, en el cual se desean controlar la temperatura y la humedad. Durante la presente investigación se diseñó un control para temperatura y humedad de un prototipo utilizando el algoritmo de Control Predictivo Generalizado para lograr los requerimientos de operación del laboratorio de patrones de masa del CENAM. Se pretenden probar las cualidades del Control Predictivo Generalizado en un contexto multivariable para este problema en específico. Basado en los resultados que se obtengan, como trabajo a futuro se propondrá la implantación del esquema resultante en el laboratorio del CENAM. El desarrollo de un sistema de control multivariable adecuado a este proceso de acondicionamiento de temperatura y humedad, se hace necesario para cubrir los requerimientos del mercado. Actualmente la implementación de este tipo de sistemas de control se realiza de forma no adecuada debido a la falta de interés en llevar a cabo una investigación. Para este proceso se dispone de un prototipo para las pruebas de implantación en tiempo real, por lo que se requiere la adaptación de este. A grandes rasgos los pasos para la realización del proyecto son: 1.- Analizar el funcionamiento actual del prototipo. 2.- Determinar las características de los sensores y actuadores e intervenir en sus señales. 3.- Posteriormente, determinar los requerimientos de control digital. Esto es, la estructura del control multivariable qué satisfaga las condiciones de operación requeridas. En principio, por reportes investigados [8], [6], [20], [21], [22], y [23], se implementará la versión multivariable del controlador GPC (Control Predictivo Generalizado). Los requerimientos de control estalecidos por el CENAM son: 1.

(14) 2 1.- Temperatura de 20 o C, ± 0.3 o C en una hora (regulación) y ± 0.5 o C en 12 horas (regulación). 2.- Humedad de 40 a 50 %, ± 5 % en 4 horas. 3.- Presión positiva 10 Pascales. Velocidad de descarga del aire constante. 4.- Periodo de operación las 24 horas del día, los 365 días del año. 5.- Máximo número de personas en el interior: 2. En resumen, se requiere diseñar un controlador para la temperatura y humedad especificadas. Sin embargo, se tiene una variable adicional que en determinado momento podría afectar la dinámica del sistema de control: la velocidad de descarga del aire (Presión en zona acondicionada). Para este caso y debido a que una variación de esta variable afecta significativamente los procesos de medición que se realizan en el laboratorio -se requiere que la velocidad de descarga del aire sea constante en 0.1 m/seg.- se mantendrá un flujo constante a lo largo del proyecto. El desarrollo del proyecto se presenta siguiendo los siguientes puntos. En el capítulo 2, se presenta una descripción del prototipo, sus diagramas eléctricos y las modificaciones que se introdujeron en los actuadores y sensores. En capítulo 3 se muestran pruebas de lazo abierto, la implementación de filtros y el análisis del sistema a partir de la Función de Estructura Multivariale. En Capitulo 4 se introduce al algoritmo GPC, se presenta el diseño, analisis de robustez y simulaciones digitales. En Capitulo 5 se muestran las pruebas en tiempo real. En Capitulo 6 se presentan las conclusiones. Durante el capítulo 7 se presenta el trabajo futuro. Finalmene en los apéndices se incluyen las recomendaciones al CENAM para la implementación del control obtenido y una copia del artículo sometído a la conferencia..

(15) Capítulo 3 Pruebas de lazo abierto y análisis del sistema 3.1.. Introducción. Una vez diseñados y conectados los actuadores, se procedió a realizar las pruebas de lazo abierto para obtener la matriz función de transferencia y realizar un análisis del sistema. Durante este capitulo se presentarán las pruebas de lazo abierto, la obtención de la función de transferencia y el análisis del sistema.. 3.2.. Pruebas de Lazo abierto. Para las pruebas se aplicó el máximo escalón posible, es decir se encendió cada etapa (Humidificación, Calefacción y Enfriamiento) al 100 %. Esto es posible ya que se tiene un proceso dinámicamente muy lento, esto significa que la variación de las dinámicas no lineales es mínima. A partir de los resultados de las respuestas del proceso se estimaron modelos SISO (Single Input Single Output) entre las distintas variables de entrada y de salida. Esta estimación, se realizó aplicando el método de Strej junto con un ajuste “manual”.. 3.2.1.. Señales sin Filtro. Al realizar las primeras pruebas en tiempo real se detectó que los sensores presentan nivel de ruido cuya magnitud se encuentra muy cerca de las variaciones máximas permitidas para objetivos de control. El ruido, además, es de muy alta frecuencia (250 rad/seg) y por lo tanto no corresponde a las dinámicas del proceso. En la figura 3.1 se muestran las señales de temperatura y humedad en donde se ve claramente el ruido de alta frecuencia afectando a las señales. Para observar claramente que está sucediendo en esta adquisición se puede observar en la figura 3.2 un acercamiento de dichas señales. En la parte superior se tiene la temperatura y en la parte inferior la humedad.. 32.

(16) 33. Figura 3.1: Señales de temperatura y humedad directas del sensor. Figura 3.2: Señales de temperatura y humedad directas del sensor, con acercamiento..

(17) 34. Figura 3.3: Señales de Temperatura y Humedad con filtro externo.. 3.2.2.. Filtrado analógico. Para filtrar este ruido en principio se insertaron filtros externos tipo RC, se realizaron varias pruebas modificando la constante RC, no se lograron resultados significativos. Para mostrar estas pruebas se puede observar en la figura 3.3 el mejor resultado obtenido, este corresponde a un filtro con un capacitor de 100 µF y una resistencia de 10 kΩ. Para observar mejor este comportamiento se puede ver la figura 3.4 en la cual se realiza un acercamiento a esta prueba. Puede observarse que hubo una ligera mejoría pero sigue sin satisfacer una adecuada adquisición para la aplicación requerida. No se tuvo el filtrado esperado debido a que desconocemos que tiene internamente el sensor, y suponemos que esto se debe a un acoplamiento de impedancias, por lo que se decide no implementar el filtrado externo.. 3.2.3.. Filtrado digital. Por lo anterior se decide trabajar con filtros digitales, por lo que se decide en base a las frecuencias observadas en las graficas anteriores (frecuencias altas) que los filtros deben tener frecuencia de corte bajas. Una observación directa a las señales que los sensores entregan muestran un ruido de muy alta frecuencia, muy por encima de los anchos de banda requerido para control (0.2 rad/seg). Por otro lado es obvio que el proceso no puede responder a esas frecuencias por lo que un simple filtro de primer orden a frecuencia de corte de 1 rad/seg es suficiente, este al.

(18) 35. Figura 3.4: Señales de temperatura y Humedad con filtro externo, con acercamiento. mismo tiempo de garantizar un filtraje de ruido no introduce atrasos significativos en fase que comprometan el diseño de los controlaores. El filtro utilizado es entonces: filtro1,2 =. 3.2.4.. 1 s+1. Enfriador en lazo abierto. Una vez determinado los filtros a utilizar se realizaron las pruebas de lazo abierto, primero se operó el enfriamiento, tanto encendido como apagado. En la figura se puede observar en comportamiento del sistema cuando el enfriaddor es enciendido. En la figura 3.6 se puede observar el comportamiento del sistema cuando el enfriaddor es apagado.Se puede observar tanto en la figura 3.5 como en la figura 3.6 que al inicio de la prueba se tienen comportamientos no adecuados -para una descripión de las etapas del proceso véase el apéndice A-, diferentes a los esperados. Es decir al encender el enfriador se espera que la temperatura disminuya exponencialmente. Al apagar el enfriador se espera que siga la trayectoria contraria es decirse incremete exponencialmente. Para ambos casos se esperaría que la temperatura disminuya o se incremente pero nunca ambos. Para el caso de la humedad se espera un comportamiento similar, al encenderse el enfriador se espera que la humedad aumente exponencialmente y al apagarlo que disminuya de la misma forma, pero nunca ambos. Se realizó una nueva prueba disminuyendo el tamaño del escalón, al hacerlo se detectó un incremento en el comportamiento anómalo. Esto es, no.

(19) 36. Figura 3.5: Temperatura y humedad al encender el enfriador.. Figura 3.6: Temperatura y humedad al apagar el enfriador..

(20) 37. Figura 3.7: Diagrama final del sistema a controlar. se puede regular el enfriador a un porcentaje diferente al 100 % ya su funcionamiento es de tipo on/off. Por estas razones se decide dejar permanentemente encendido el enfriador -asumiendo los costos que esto implica- y así realizar las pruebas para el calefactor y para el humidificador. Es decir el diagrama mostrado en la figura 2.30 se transforma ahora en el sistema de dos entradas y dos salidas mostrado en la figura 3.7.. 3.2.5.. Calefactor en lazo abierto. Se procedió a encender el calefactor, el comportamiento del sistema se puede observar el la figura 3.8. En donde puede observarse que el comportamiento de la temperatura y humedad es el esperado. Se procedió a apagar el calefactor, el comportamiento del sistema se puede observar el la figura 3.9. En donde puede observarse que el comportamiento de la temperatura y humedad es el esperado.. 3.2.6.. Humidificador en lazo abierto. Se procedió a encender el humidificador, el comportamiento del sistema se puede observar en la figura 3.10. En donde puede observarse que el comportamiento de la temperatura y humedad es el esperado. Se procedió a apagar el humidificador, el comportamiento del sistema se puede observar el la figura 3.11.En donde puede observarse que el comportamiento de la temperatura y humedad es el esperado.. 3.2.7.. Obtención de la matriz de función de transferencia. Una vez teniendo estas pruebas se procedió a obtener la matriz de función de transferencia para los cuatro modos de operación. Primero tenemos que al encender la calefacción (calefacción On), en la figura 3.12 podemos observar el comportamiento del sistema y el comportamiento con la función de transferencia calculada..

(21) 38. Figura 3.8: Comportamiento de la temperatura y humedad al encender el calefactor.. Figura 3.9: Comportamiento de la temperatura y humedad al apagar el calefactor..

(22) 39. Figura 3.10: Comportamiento de la temperatura y humedad al encender el humidificador.. Figura 3.11: Comportamiento de la temperatura y humedad al apagar el humidificador..

(23) 40. Figura 3.12: Comparación de comportamiento real y comportamiento con la función de transferencia calculada al encenderse el calefactor. Después tenemos que al apagar la calefacción (calefacción Off), en la figura 3.13 podemos observar el comportamiento del sistema y el comportamiento con la función de transferencia calculada. Para este caso tenemos dos vectores columna para la Matriz de función de transferencia que corresponden a modo Calefacción On y Calefacción Off a los cuales llamaremos g1ON (s) y g1OF F (s), estos son: ¸ " 0,55898702903027 # ∙ g11ON 2 +14,8301s+1 g1ON (s) = = 20,5888s −0,7390265709704 g21ON 14,9298s2 +11,6229s+1 ¸ " 0,60432309442548 # ∙ g11OF F 2 +14,3322s+1 = 22,7531s g1OF F (s) = −0,7951963648162 g21OF F 10,8190s2 +14,8328s+1 Al encender el humidificador (humidificador On), en la figura 3.14 se observa el comportamiento del sistema y el comportamiento con la función de transferencia calculada. Al apagar el humidificador (humidificador Off), en la figura 3.15 podemos observar el comportamiento del sistema y el comportamiento con la función de transferencia calculada. Para este caso tenemos dos vectores columna para la Matriz de función de transferencia que corresponden a modo Humidificación On y Humidificación Off a los cuales llamaremos g2ON (s) y g2OF F (s) , estos son:.

(24) 41. Figura 3.13: Comparación de comportamiento real y comportamiento con la función de transferencia calculada al apagarse el calefactor.. Figura 3.14: Comparación de comportamiento real y comportamiento con la función de transferencia calculada al encenderse el humidificador..

(25) 42. Figura 3.15: Comparación de comportamiento real y comportamiento con la función de transferencia calculada al apagarse el humidificador.. g2ON (s) =. ∙. g12ON g22ON. g2OF F (s) =. ∙. ¸. =. g12OF F g22OF F. " ¸. 0,47873799725652 274,3484s2 +40,2195s+1 0,5497(53,8475s+1) 601,1s2 +49,12s+1. =. ". 0,466 183s2 +36,5s+1 1,14(0,3s+1) 4,8s2 +6,8s+1. #. #. Con estos vectores se construyen las matrices de función de transferencia; una para cada modo de operación On y Off y sus combinaciones, esto es, mientras la calefacción esta ON la humidificación puede estar en OFF, de una manera similar mientras la calefacción esta OFF la humidificación puede estar ON, con lo cual tenemos cuatro modos de operación, los cuales se definirán de la siguiente forma. 1. Calefacción y humidificación ON, la cual llamaremos GON (s) # " 0,55898702903027 0,47873799725652 £ ¤ 2 +14,8301s+1 274,3484s2 +40,2195s+1 GON (s) = g1ON g2ON = 20,5888s 0,5497(53,8475s+1) −0,7390265709704 14,9298s2 +11,6229s+1. (3.1). 601,1s2 +49,12s+1. 2. Calefacción ON y humidificación OFF, a la cual llamaremos GON_OF F (s) # " 0,55898702903027 0,466 £ ¤ 2 2 +14,8301s+1 183s +36,5s+1 GON_OF F (s) = g1ON g2OF F = 20,5888s 1,14(0,3s+1) −0,7390265709704 14,9298s2 +11,6229s+1. 4,8s2 +6,8s+1. 3. Calefacción OFF y humidificación ON, a la cual llamaremos GOF F _ON (s). (3.2).

(26) 43. GOF F _ON (s) =. £. g1OF F g2ON. ¤. =. ". 0,60432309442548 22,7531s2 +14,3322s+1 −0,7951963648162 10,8190s2 +14,8328s+1. 0,47873799725652 274,3484s2 +40,2195s+1 0,5497(53,8475s+1) 601,1s2 +49,12s+1. 4. Calefacción OFF y humidificación OFF, a la cual llamaremos GOF F (s) # " 0,60432309442548 0,466 £ ¤ 2 2 +14,3322s+1 183s +36,5s+1 GOF F (s) = g1OF F g2OF F = 22,7531s 1,14(0,3s+1) −0,7951963648162 10,8190s2 +14,8328s+1. 3.3.. Análisis del sistema. 3.3.1.. Función de estructura Multivariable (γ). #. (3.3). (3.4). 4,8s2 +6,8s+1. El análisis y diseño de sistemas de control multivariable —en un enfoque lineal- requiere el poder dilucidar a priori las posibilidades de satisfacer las condiciones de diseño impuestas —requerimientos del cliente-. Estas generalmente se ven limitadas por las características dinámicas del proceso mismo, i.e., grado de acoplamiento, ceros de fase no-mínima y características de estabilidad. El marco de análisis y diseño para sistemas de control multivariable ICD [2] (Diseño por Canal Individual por sus siglas en inglés) a través de la denominada Función de estructura Multivariable γ (s) permite realizar este análisis para cualquier esquema de control lineal, es decir, para controles diseñados bajo un enfoque clásico (Bode, Nyquist) o robusto como H∞ , LQG, etc. Cabe mencionar que el controlador GPC es en si un controlador de Varianza Mínima Generalizado, por lo que es una variante del control LQG. Es a través del análisis de la función γ (s) que se analizará la robustez del controlador GPC, así como la posibilidad de diseñarlo en base a los elementos de la diagonal del modelo del proceso. Una propuesta para resolver un problema multivariable es Diseño por Canal Individual -Individual Channel Design- (ICD), presentado en [2] comienza de la premisa que el diseño de control por feedback es interactivo; involucra un inter juego entre especificaciones, incertidumbre de la planta y el proceso mismo de diseño. ICD no es un método de diseño, es un marco de estructura global donde las posibilidades y limitaciones para dar forma al diseño de un lazo (Bode, Nyquist) de una planta son hechas desde el inicio. Tenemos que el canal individual 1 está dado por: C1 (s) = k1 g11 (1 − γ (s) h2 (s)) donde: γ (s) = h2 =. g12 g21 g11 g22. k2 g22 1 + k2 g22.

(27) 44. Figura 3.16: Diagrama de Bode para γ ON (s). De manera similar, el canal individual 2 está dado por: C2 (s) = k2 g22 (1 − γ (s) h1 (s)) donde: γ (s) = h1 =. g12 g21 g11 g22. k1 g11 1 + k1 g11. Para detalles de esta deducción véase [2]. Gamma ON Analizando la matriz función de transferencia GON (s), la función de estructura multivariable γ ON (s) está dada por: γ ON (s) =. −4379s4 − 3512s3 − 477,7s2 − 22,63s − 0,3538 67770s5 + 63950s4 + 13690s3 + 1090s2 + 32,48s + 0,3073. En la figura 3.16 tenemos el diagrama de Bode para γ ON (s), en donde se puede observar que el sistema en este caso se encuentra poco acoplado para frecuencias bajas y desacoplado para frecuencias altas. En la figura 3.17 tenemos el diagrama de Nyquist para γ ON (s), en donde se puede observar que γ ON (s) no rodea al punto (1, 0), por lo tanto N = 0..

(28) 45. Figura 3.17: Diagrama de Nyquist para γ ON (s). Tras analizar los diagramas de Bode y Nyquist para γ ON (s) se puede observar que su magnitud no es cercana a uno por lo cual podemos determinar que la matriz GON (s) es invertible. Así mismo podemos determinar que el sistema esta poco acoplado para frecuencias bajas y que tiene cero rodeos al punto (1, 0), N = 0. Al obtenerse los polos de γ ON (s) se tiene: P1γON P2γON P3γON P4γON P5γON. = −0,68000374120972 = −0,11486801636154 = −0,09849965468306 = −0,03173207315966 = −0,01857094594624. Se puede ver que estos se encuentran en el semiplano complejo izquierdo (LHP) por lo que γ ON (s) no tiene polos inestables, P = 0. Esto quiere decir que Z = P + N = 0, no tiene ceros de transmisión en el semiplano complejo dereho (RHP). Al obtener los ceros de 1 − γ (s) se obtienen los ceros de transmisión, estos son:. Z3γON Z4γON. Z1γON = −0,68443601822335 Z2γON = −0,17751369181261 = −0,03016834446497 + 0,00484411289021i = −0,03016834446497 − 0,00484411289021i Z5γON = −0,08599596645862. Lo cual coincide con el resultado anterior, todos los ceros de transmisión de γ ON (s) se encuentran en el LHP, Z = 0. Por lo cual tenemos que GON (s) es de fase mínima..

(29) 46. Figura 3.18: Diagrama de Bode para γ ON_OF F . Gamma ON-OFF Analizando la matriz función de transferencia GON _OF F (s), la función de estructura multivariable γ ON_OF F (s) está dada por: −34,03s4 − 72,73s3 − 43,47s2 − 7,449s − 0,3444 522,3s5 + 2252s4 + 1822s3 + 405,7s2 + 30,86s + 0,6372 En la figura 3.18 podemos observar el diagrama de Bode para γ ON _OF F (s), en donde se puede observar que el sistema en este caso se encuentra poco acoplado para frecuencias bajas y desacoplado para frecuencias altas. γ ON _OF F (s) =. En la figura 3.19 podemos observar el diagrama de Nyquist para γ ON_OF F (s), en donde se puede observar que γ ON_OF F (s) no rodea al punto (1, 0), por lo tanto N = 0. Tras analizar los diagramas de Bode y Nyquist para γ ON_OF F (s) se puede observar que su magnitud no es cercana a uno por lo cual podemos determinar que la matriz GON_OF F (s) es invertible. Así mismo podemos determinar que el sistema esta poco acoplado para frecuencias bajas y que tiene cero rodeos al punto (1, 0), N = 0. Al obtenerse los polos de γ ON_OF F (s) se tiene: P1γON _ OF F P2γON _ OF F P3γON _ OF F P4γON _ OF F P5γON _ OF F. = −3,33333333333334 = −0,68000374120972 = −0,16666666666667 = −0,09849965468306 = −0,03278688524590.

(30) 47. Figura 3.19: Diagrama de Nyquist para γ ON_OF F . Se puede ver que estos se encuentran en el LHP por lo que no tiene polos inestables, P = 0. Esto quiere decir que Z = P + N = 0,γ ON_OF F (s) no tiene ceros de transmisión en el RHP. Al obtener los ceros de 1 − γ ON_OF F (s) se obtienen los ceros de transmisión, estos son: Z1γON _ OF F Z2γON _ OF F Z3γON _ OF F Z4γON _ OF F Z5γON _ OF F. = −3,37560233952129 = −0,68080721969087 = −0,16666666666667 = −0,10789996240684 = −0,04547473094055. Lo cual coincide con el resultado anterior, todos los ceros de transmisión de γ ON_OF F (s) se encuentran en el LHP, Z = 0. Por lo cual tenemos que GON_OF F (s) es de fase mínima. Gamma OFF-ON Analizando la matriz función de transferencia GOF F _ON (s), la función de estructura multivariable γ OF F _ON (s) está dada por: −5207s4 − 3705s3 − 505,5s2 − 24,16s − 0,3807 53090s5 + 81560s4 + 1727s3 + 1278s2 + 36,18s + 0,3322 En la figura 3.20 podemos observar el diagrama de Bode para γ OF F _ON , en donde se puede observar que el sistema en este caso se encuentra poco acoplado para frecuencias bajas y desacoplado para frecuencias altas. γ ON_OF F (s) =.

(31) 48. Figura 3.20: Diagrama de Bode para γ OF F _ON . En la figura 3.21 podemos observar el diagrama de Nyquist para γ OF F _ON (s) en donde podemos observar que γ OF F _ON (s), no rodea al punto (1, 0), por lo tanto N = 0. Tras analizar los diagramas de Bode y Nyquist para γ OF F _ON se puede observar que su magnitud no es cercana a uno por lo cual podemos determinar que la matriz GOF F _ON (s) es invertible. Así mismo podemos determinar que el sistema esta poco acoplado para frecuencias bajas y que tiene cero rodeos al punto (1, 0), N = 0. Al obtenerse los polos de γ OF F _ON (s) se tiene: P1γOF F _ ON P2γOF F _ ON P3γOF F _ ON P4γOF F _ ON P5γOF F _ ON. = −1,29989421409272 = −0,11486801636154 = −0,07110578615129 = −0,03173207315966 = −0,01857094594624. Se puede ver que estos se encuentran en el LHP por lo que no tiene polos inestables, P = 0. Esto quiere decir que Z = P + N = 0,γ OF F _ON (s) no tiene ceros de transmisión en el RHP. Al obtener los ceros de 1-γ OF F _ON (s)se obtienen los ceros de transmisión, estos son: Z1γOF F _ ON = −1,36182324384264 Z2γOF F _ ON = −1,36182324384264 Z3γOF F _ ON = −0,07375330731089.

(32) 49. Figura 3.21: Diagrama de Nyquist para γ OF F _ON . Z3γOF F _ ON = −0,03070674719791 + 0,00557895752217i Z4γOF F _ ON = −0,03070674719791 − 0,00557895752217i Lo cual coincide con el resultado anterior, todos los ceros de transmisión de γ OF F _ON (s) se encuentran en el LHP, Z = 0. Por lo cual tenemos que GOF F _ON (s) es de fase mínima. Gamma OFF Analizando la matriz función de transferencia GOF F (s), la función de estructura multivariable γ OF F (s) está dada por: −40,47s4 − 82,83s3 − 46,32s2 − 7,831s − 0,3706 409,2s5 + 2007s4 + 2294s3 + 517,1s2 + 35,57s + 0,6889 En la figura 3.22 podemos observar el diagrama de Bode para γ OF F (s), en donde se puede observar que el sistema en este caso se encuentra poco acoplado para frecuencias bajas y desacoplado para frecuencias altas. γ ON _OF F (s) =. En la figura 3.23 podemos observar el diagrama de Nyquist para γ OF F , en donde se puede observar que γ OF F no rodea al punto (1, 0), por lo tanto N = 0. Tras analizar los diagramas de Bode y Nyquist para γ OF F se puede observar que su magnitud no es cercana a uno por lo cual podemos determinar que la matriz GOF F (s) es invertible. Así mismo podemos determinar que el sistema esta poco acoplado para frecuencias bajas y que tiene cero rodeos al punto (1, 0), N = 0. Al obtenerse los polos de γ OF F se tiene:.

(33) 50. Figura 3.22: Diagrama de Bode para γ OF F .. Figura 3.23: Diagrama de Nyquist para γ OF F ..

(34) 51 P1γOF F P2γOF F P3γOF F P4γOF F P5γOF F. = −1,29989421409272 = −0,11486801636154 = −0,07110578615129 = −0,03173207315966 = −0,01857094594624. Se puede ver que estos se encuentran en el LHP por lo que no tiene polos inestables, P = 0. Esto quiere decir que Z = P + N = 0, no tiene ceros de transmisión en el RHP. Al obtener los ceros de 1 − γ OF F se obtienen los ceros de transmisión, estos son:. Z1γOF F Z1γ OF F. Z1γOF F = −1,36182324384264 Z1γOF F = −1,36182324384264 Z1γOF F = −0,07375330731089 = −0,03070674719791 + 0,00557895752217i = −0,03070674719791 − 0,00557895752217i. Lo cual coincide con el resultado anterior, todos los ceros de transmisión de γ OF F se encuentran en el LHP, Z = 0. Por lo cual tenemos que GOF F (s) es de fase mínima.. 3.3.2.. Polos del sistema. Los polos del sistema se pueden ver en la tabla 3.1: GON _OF F (s) GOF F _ON (s) GON (s) P1 -0.644997 -0.644997 -0.549990 P2 -0.075303 -0.075303 -0.079911 P3 -0.680004 -0.680004 -1.299894 P4 -0.098500 -0.098500 -0.071106 P5 -0.114868 -0.166667 -0.114868 P6 -0.031732 -0.032787 -0.031732 P7 -0.0432656 -1.25 -0.043266 P8 -0.0384513 -0.166667 -0.038451 Resultado 8 polos en LHP 8 polos en LHP 8 polos en LHP 8 Tabla 3.1. Polos de G(s) para cada modo de operación. GOF F (s) -0.549990 -0.079910 -1.29989 -0.071106 -0.166667 -0.032787 -1.25 -0.166667 polos en LHP. Podemos ver que todos los polos para los cuatro modos de operación están en el semi plano complejo izquierdo (parte real negativa). Por lo que el sistema es estable.. 3.4.. Conclusiones. Al realizar la adquisición de datos pudimos se observa que la señal proveniente de los sensores contenía una gran cantidad de ruido. En principio se diseñaron filtros externos sin obtener resultados favorables, en este punto se concluyó que se tiene un problema de acoplamientos de impedancias, por lo que se optó por realizar el filtrado de forma digital, obteniéndose mejores resultados..

(35) 52 Con el extraño comportamiento observado en el enfriador se decide dejarle encendido permanentemente durante cada prueba de la investigación, lo que convierte a nuestro prototipo en un sistema cuadrado 2 × 2. Se puede observar que tras la obtención de la matriz función de transferencia tenemos un sistema lento. Con el análisis de la función de estructura multivariable se determinó que el sistema está poco acoplado y resulta adecuado el implementar dos controladores SISO, uno para cada elemento de la diagonal. Todos los ceros de transmisión para cada modo de operación del sistema se encuentran en el LHP por lo que tenemos un sistema estable de fase mínima. De forma similar los polos del sistema para cada modo de operación se encuentran en el LHP, por lo que tenemos un sistema estable..

(36) Capítulo 2 Descripción de la unidad 2.1.. Introducción. Este capítulo comprende la descripción general del prototipo marca Gunt modelo ET 605, indicando componentes del cual consta, procedimientos de operación y las modificaciones que se realizaron para implementar el sistema de control propuesto. El lector puede omitir este capítulo sin pérdia importante de información, salvo que busque detalles técnicos específicos de operación del prototipo; así como de los actuadores que se tuvieron que implementar. La unidad de aire acondicionado sobre el cual se diseñará el sistema de control se encuentra disponible en el laboratorio de térmica del ITESM-CEM. La descripción se dividirá en esquemas sistema por sistema secciones 2.2 a 2.9, diagramas eléctricos (configuración de fábrica) sección 2.10 y finalmente en el siguiente capitulo las modificaciones requeridas para introducir las variables de control (configuración modificada).. 2.2.. Estructura de la unidad. El dispositivo consta de los siguientes componetes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.. Mesa movible Unidad de enfriamiento Medidor de flujo (refrigerante) Compuertas de ventilación Diagrama del sistema Medidor de factor de potencia del compresor 7. Pantallas digitales (Temperatura y Humedad relativa). 12. 13. 14. 15. 16.. Cámara climatizada Motor actuador Evaporador de refrigerante Humidificador Calefactor. 17. Ventilador 18. Ducto de ventilación transparente 19. Sensores de temperatura y humedad relativa 20. Indicador de presión 21. Presostato. 8. Procesador de control ‘Multi-circuit’ 9. Interruptor principal 10. Generador de calor sensible 11. Generador de calor latente 3.

(37) 4. Figura 2.1: Estructura de la unidad Estos componentes permiten utilizar el dispositivo con diferentes fines de apliación y/o control. En la figura 2.1 podemos observar la estructura de la unidad.. 2.3.. Diagrama del sistema. La figura 2.2 muestra el diagrama del sistema el cual se localiza del lado superior izquierdo de la mesa móvil. No solo se observa la simbología técnica de los componentes instalados, sino también el estado del interruptor (On/Off) de los componentes (ventilador, calefactor, etc) así como las lámparas indicadoras (1). El encendido de estas lámparas indica que cada componente se encuentra encendido. La dirección del aire esta indicada con las flechas (2). Los puntos de medida T1 a T6 (3) para temperatura y humedad relativa del aire también se muestran. 1. Lámpara que indica el estado del Calefactor (On/Off) 2. Dirección del aire 3. Puntos a medir temperatura y humedad relativa. 2.4.. Sistema de aire acondicionado. En la sección 2.2 se mostraron todos los componentes de que consta el prototipo ET605. Es esta sección se desribirán los elementos que se utilizarán en el desarrollo del proyecto. La.

(38) 5. Figura 2.2: Diagrama del sistema.. Figura 2.3: Sistema de aire acondicionado.

(39) 6 figura 2.3 muestra los componentes más importantes de un sistema de aire acondicionado los cuales: 1. Ventilador 2. Enfriador 3. Humidificador 4. Calefactor. 2.4.1.. Ventilador. El aire es succionado por un ventilador axial que está instalado en el ducto de ventilación después del calefactor. La salida máxima del ventilador es 325 m3/s que no se logra alanzar en el sistema debido a que existe una gran resistencia.. 2.4.2.. Enfriador. El enfriador está diseñado en el sistema como un evaporador directo de un sistema de enfriamiento. Está instalado directamente en el ducto de ventilación. Las tuberías que corren transversalmente a la dirección del flujo están conectadas una con otra mediante delgadas láminas con el fin de incrementar el área del intercambiador de calor. El enfriador también es utilizado para deshumidificar (secar) el aire. Hay una bandeja debajo del enfriador que colecta el agua resultante de la condensación que ocurre cuando se baja del punto de saturación.. 2.4.3.. Humidificador. Un evaporador eléctricamente calentado es usado para humidificar el aire. El evaporador está en una bandeja instalada debajo del ducto de ventilación. Un interruptor flotante está colocado en la bandeja para seguridad. Esto permite que sea encendido el calentador si está completamente cubierto de agua. Al mismo tiempo, si el agua baja de este nivel flotante libera la entrada tras abrir la válvula solenoide. La conexión para el suministro de agua fresca del humidificador se localiza detrás de la cámara climatizada del lado derecho del sistema.. 2.4.4.. Calefactor. El calefactor consiste en seis cartuchos que están instalados en el ducto de aire en dos hileras para compensar una con la otra. El arreglo fue seleccionado de tal manera que el aire es calentado en toda la sección transversal del ducto. La capacidad total de calentamiento es de 460 W..

(40) 7. Figura 2.4: Pantallas y potenciometros. Figura 2.5: Difusor.. 2.4.5.. Cámara climatizada. La cámara climatizada forma el espacio (cuarto particular) en el modelo en el que se deben mantener las condiciones véase figura 2.1. En la cámara climatizada hay dos calentadores que sirven como fuentes de calor en la cámara para simular iluminación (calor sensible) y trabajadores activos (calor latente). El generador de calor sensible (izquierda) es de diseño tubular Véase la figura 2.4. En el caso del generador de calor latente (derecha) hay una barra calentadora en un baño de agua. Ambos calentadores son fácilmente ajustables en su capacidad calefactora. El ajuste se realiza vía potenciómetros giratorios (4) después de que el calefactor correspondiente ha sido encendido mediante el interruptor (5). El estado de las capacidades de calentamiento son mostradas en las pantallas digitales (3).. El aire es alimentado a la cámara climatizada mediante un difusor en el cual el flujo volumétrico de aire puede ser regulado (véase la figura 2.5). Entre más abierto se encuentre el difusor habrá una menor resistencia para el aire, lo que equivale a un mayor flujo volumétrico.. 2.4.6.. Actuador de compuertas. El modelo de acondicionamiento de aire está diseñado de tal forma que la recirculación de aire es posible. Esto significa que parte o todo el aire que proviene de la cámara climatizada puede ser regresado a la cámara como aire nuevo..

(41) 8. Figura 2.6: Manejador de las compuertas. La figura 2.6 muestra las compuertas de mezclado (1) que están conectadas entre sí mediante bandas de tal manera que los ductos de aire fresco y de salida están abiertos sí el ducto de aire de re-circulamiento está cerrado. Las compuertas son comandadas mediante un motor de posicionamiento (2) que las mueve a la posición requerida dependiendo de su señal (2- 10 VDC). La recirculación parcial es apropiada sí la diferencia de temperatura entre el aire fresco y el cuarto es muy grande. En éste caso, el aire de salida es mezclado con el aire fresco con el objetivo de minimizar la energía usada para acondicionar el aire.. 2.5.. Procesador de control Multi-circuit. 2.5.1.. Estructura y operación del procesador de control a lazo cerrado. Una pantalla LCD está disponible para desplegar todos los datos del Procesador de control Multi-circuito lazo cerrado. El teclado del Procesador de control Multi-circuito consiste de 28 teclas individuales. Hay una lámpara indicadora para cada una de las teclas (9). Véase la figura 2.7. Si bien esta parte del proeso no seutiliza en el esquema de control final, se requiere para operar válvulas y comandos manuales del enfriador, humidificador, calefactor y actuador e compuertas. Es decir, hay que programarlos al inicio de la operación del dispositivo 1 Pantalla. La pantalla consiste de un display alfanumérico con dos líneas cada una de 20 caracteres. 2 Teclas <, >. Estas teclas permiten avanzar y retroceder en la pantalla. 3 La tecla Param. Cualquier dato puede ser llamado como parámetro. Cada parámetro individual del MRP tiene un número paramétrico de cuatro dígitos. La tecla Param.

(42) 9. Figura 2.7: Procesador de control a lazo cerrado MRP. es usada entre otras cosas, para una selección directa del parámetro. Presionando esta tecla, e introduciendo el parámetro de cuatro dígitos mediante el teclado numérico (11) y presionando la tecla SET habilita la selección directa de un parámetro.Después de que la tecla Param ha sido presionada, un grupo de parámetros son ofrecidos en orden con las teclas <, > (2). Estos son confirmados y llamados con SET (14) . Presionando la tecla Param primero habilita a los valores actuales y a los mensajes de errores a ser llamados. Un código de nivel mas elevado es requerido para otros parámetros. 4 Tecla ESC. Pasos previos de operación son desplegados nuevamente con ésta tecla. Esto permite al usuario regresar a la pantalla requerida en el evento de una operación incorrecta al presionar ESC una o mas veces. 5 La tecla Menú. Esta tecla habilita que el software de menús del MRP sea primero llamado. Después de < ó > es presionada (2), todos los ya activados y el software de menús son mostrados en la pantalla. Después de que la tecla SET sea presionada todos los menús disponibles son desplegados en la pantalla. 6 La tecla Code. Con esta tecla se inicia la entrada de un código de cuatro dígitos que tiene cuatro niveles de operación y parametrización. Hay un total de cinco niveles incluyendo el nivel cero. Estos niveles son:. Nivel de Código. Número de Código. Desplegado y Posibles Cambios. 0. Sin. 1. 4712. 2. 2359. 3. 2460. 4. 6180. Todos los valores actuales son desplegados Parámetros MRP de nivel 0, referencias, tiempos, fechas Parámetros de nivel 0 y 1,Parámetros de control de lazo cerrado, Menús del MRP, Definición de mensajes de error Parámetros de nivel 0-2, operaciones lógicas, parámetros de control de lazo abierto, modo de operación Parámetros 0-3, números macro, parámetros especiales para el MRP../BUS.

(43) 10. El código de nivel cero entra automáticamente al presionar Code y SET o cuando no se ha presionado ninguna tecla en 15 minutos. 7 La tecla Time. Esta tecla habilita al usuario a llamar estados de programas semanales individuales y la fecha de puntos en el nivel cero. - 0 Permanece fuera de operación o expiró (OFF) - 1 Permanece activo (ON) Del código uno en adelante cualquier bloque de interruptor de tiempo puede ser parametrizado en un programa semanal y anual. 8 La tecla Time. Cuando esta tecla es presionada se despliegan la fecha y hora actual. Con código uno estos parámetros pueden ser cambiados. 9 Las teclas Cycle 1, Cycle 2, y Cycle 3. Hay tres chequeos rápidos disponibles para el usuario. Cuando la teclas Cycle 1, Cycle 2, o Cycle 3 son presionadas el primer parámetro del chaqueo rápido aparece en cada caso. Pueden ser llamados otros parámetros presionando < y >. Después de aparecer el último parámetro se regresa al primero. 10 Las teclas Manual 1, Manual 2, y Manual 3. Teclas especiales para cambiar ciertas salidas analógicas a modo manual. El modo manual se indica por la linterna próxima a la tecla. 11 Teclas numéricas 0..9. Se utilizan para introducir parámetros numéricos, referencias, tiempos, etc. 12 Tecla +/-.Signo negativo / tecla de intercambio. Durante la parametrización esta tecla también se selecciona como el sensor requerido. En algunos casos es intermitente en la esquina inferior derecha de la pantalla “±”. 13 Tecla CE. Habilita borrar entrada de datos. 14 La tecla SET. Tecla para confirmar y salvar entradas. 15 Tecla “·”. Usado para introducir punto decimal. También se usa para terminar la entrada de un texto.. 2.5.2.. Procesador SP de control en lazo abierto. Con la ayuda del procesador de control de lazo abierto SP, el usuario tiene la posibilidad de señalizar estados del sistema o cambiar el estado del sistema mediante la libre asignación del teclado SP(véase figura 2.8). La asignación de las teclas y led´s es de libre programación. La siguiente asignación es requerida para el caso especial de la unidad de entrenamiento de aire acondicionado:.

(44) 11. Figura 2.8: Procesador de control a lazo abierto. 1. Interruptor para intercambio de lazo cerrado (Auto) a manual (hand). La lámpara encienden modo manual.. 2. Interruptor ON/OFF para la unidad de enfriamiento. La lámpara encenderá cuando la unidad se encuentre encendida.. 3. Interruptor ON/OFF para el humidificador. La lámpara encenderá cuando la unidad se encuentre encendida.. 4. Interruptor ON/OFF para el Calefactor. La lámpara encenderá cuando la unidad se encuentre encendida.. 5-15 16 17-21. No son utilizadas. Prueba de lámparas. Todas las lámparas encienden con presionar esta tecla. Muestran el estado actual de operación en modo manual y automático.. 17. Lámpara encendida indica unidad de enfriamiento encendida.. 18. Lámpara encendida indica humidificador encendido.. 19. Lámpara encendida indica unidad de Calefacción encendida.. 20. Lámpara encendida indica nivel de llenado alcanzado en el humidificador.. 21. Lámpara encendida indica válvula solenoide para el humidificador abierta.. No hay función asignada para las lámparas restantes (22 a 32) en el programa. Sin embargo los componentes individuales no pueden cambiar su estado en el Procesador SP de control a lazo abierto. La operación manual también es posible en el procesador MRP de control a lazo cerrado..

(45) 12. 2.5.3.. Operación manual del PLC. Cada menú básico tiene su propia tecla de control manual. Cuando Manual 1 o Manual 2 son presionados (Manual 3 no está activo) el ciclo correspondiente es cambiado a modo manual. El modo manual es señalizado con una lámpara del lado izquierdo de la tecla. Al mismo tiempo, los parámetros para ajustar las salidas-Y son desplegadas en la pantalla en modo manual. Los Valores de las salidas-Y del circuito de control están asignadas a las siguientes funciones: Circuito manual 1: • • •. Y1 Para Calentamiento (Calefacción) Y2 Para Posición de las compuertas Y3 Para enfriamiento. Circuito manual 2: • •. Y4 Para humidificar Y5 Para deshumidificar. En modo manual, los valores de salida-Y del circuito de control correspondiente están definidos al último valor y pueden ser cambiadas como se requiera. El ajuste de valores es posible con nivel de código 1. El procedimiento para cambiar una salida-Y en el modo de operación manual se muestra a continuación: Presionar la tecla code e introducir el código 4712 y aceptar con SET. Presionar la tecla Manual 1. El cursor está en el valor de la primer salida-Y. Se introduce el nuevo valor requerido, se acepta el cambio con SET. Al presionar nuevamente las teclas Manual 1. . . 3 se sale del modo manual. El sistema opera de modo automático.. 2.5.4.. Comprobación rápida el PLC. Con la comprobación rápida, el usuario puede inmediatamente comprobar los valores mas importantes del sistema. Ésta comprobación es llamada presionando las teclas Cycle 1, Cycle 2, Cycle 3. Los siguientes parámetros pueden ser comprobados utilizando las teclas < y >. -. Ciclo 1:.

(46) 13 Desviación de la referencia, temperatura del cuarto (XW1) Valor de referencia de la temperatura de cuarto (XS1.1) Ajuste de señal del calefactor (Y1 actual) Ajuste de señal de las compuertas de mezcla (Y2 actual) Ajuste de señal de la unidad de enfriamiento (Y3 actual) Factor proporcional para calefactor (XPY1) Factor proporcional para compuertas de mezcla (XPY2) Factor proporcional para unidad de enfriamiento (XPY3) Reinicio de tiempo, Temperatura (tN1) Tarifa de tiempo, Temperatura (Rate 1) -. Ciclo 2:. Desviación de la referencia, humedad del cuarto (XW2) Ajuste de señal del humidificador (Y4 actual) Ajuste de señal del deshumidificador (Y5 actual) Ajuste de señal del deshumidificador (Y5a actual) Valor de referencia, humedad de cuarto (XS2.1) Factor proporcional para humidificador (XPY1) Factor proporcional para deshumidificador (XPY1) Reinicio de tiempo, humedad (tN1) Tarifa de tiempo, humedad (Rate 1) -. Clclo 3:. Entalpia a la entrada del cuarto (Enth1) Entalpia a la salida del cuarto (Enth1) Humedad absoluta a la entrada del cuarto (AbsF 1) Humedad absoluta a la salida del cuarto (AbsF 2) Punto de rocío a la entrada del cuarto (Taupkt1) Punto de rocío a la salida del cuarto (Taupkt2) Sí un valor de referencia es cambiado en la comprobación rápida, el código correspondiente a nivel 1 debe introducirse antes de entrar a la comprobación rápida.. 2.5.5.. Salvando Datos. En el disco suministrado por el proveedor hay dos programas que permiten salvar datos y programar mediante una PC. El software puede ser instalado bajo windows (3.1 o mas reciente) (a:\setup.exe) y es controlado por el usuario. Con la ayuda de salvar datos y los programas back-saving, resulta posible salvar datos de la PC al controlador de proceso de lazo cerrado. Para hacer esto, se debe usar el conector de 9 pins del modelo de sistema a la interfase serial COM1 de la PC mediante un cable RS232..

(47) 14 Si no está disponible el puerto COM1 el comando de línea del programa de comunicación “MRP-PC data saving” y “PC-MRP data saving” debe ser modificado. Si se quiere usar el puerto COM2 cambie la expresión —C1 por —C2.. Salvando datos del PLC a la PC El PLC y la PC están listos para operación. En el PLC, seleccionar el nivel de código 3 con el código 2460. Insertar in disco en blanco en el drive A. Llamar y comenzar “PLC-PC data saving (4800 baud)” en el menú de la PC. Asegúrese del baud rate en el PLC. Inserte en el PLC el código 600.. Re-salvando datos de la PC al PLC -. El PLC y la PC están listos para operación. En el PLC seleccionar el código 3 con el código 2460. Insertar el disco donde están los datos a salvar en el drive A. Entrar el código 700. Llamar y comenzar “PC-PLC data saving (4800 baud)” en el menú de la PC.. Los parámetros ya salvados son desplegados en la pantalla de la PC. Importante: Es esencial comenzar primero “data-resaving” con el PLC con código 700 y solo entonces se puede llamar el programa “data-resaving”.. 2.6.. Sistema de enfriamiento. La figura 2.9 muestra el sistema de enfriamiento. El enfriador (4) forma la interfase entre el sistema de aire acondicionado y el sistema de enfriamiento. Otros componentes del circuito de enfriamiento son: -. Compresor del refrigerante (1) Condensador del refrigerante con receptor enfriado por aire (2) Válvula de expansión(3).

(48) 15. Figura 2.9: Diagrama del sistema del ciclo de enfriamiento.. 2.6.1.. Compresor. El compresor es un pistón de golpe totalmente encapsulado especialmente diseñado para el refrigerante R134a. Esto significa que el compresor no debe ser usado con otro refrigerante. Tiene un protector de sobre carga que es disparado en el evento de sobrecalentamiento. Sí es necesario vaciar o rellenar el sistema con el refrigerante, debe hacerse correctamente mediante la válvula de llenado en lado de succión del compresor. El refrigerante es dañino para el medio ambiente y no debe ser drenado a la atmósfera.. 2.6.2.. Condensador. El diseño del condensador es tubular con una gran superficie. El medio fluye a través del condensador y disipa su energía térmica mediante la gran superficie a el medio ambiente. El calor transferido es impulsado por un ventilador que sopla el aire de enfriamiento a través del serpentín.. 2.6.3.. Válvula de expansión. El refrigerante es expandido en esta válvula. Durante este proceso, la temperatura del refrigerante disminuye. La figura 2.10 muestra la válvula. Mientras el refrigerante sale del evaporador ligeramente recalentado, la temperatura de la salida del evaporador es determinada por un sensor de temperatura (1) y la válvula de expansión entonces regula el flujo de refrigerante. El rango de operación de la válvula de expansión (el sobrecalentamiento del refrigerante) es fijado en la fábrica al máximo sobrecalentamiento. Sin embargo puede ser ajustado después de remover la tapa (2) tras girar el tornillo (3).. 2.7.. Grabación del valor medido. Las temperaturas y humedades relativas en el sistema de aire acondicionado son grabadas por sensores de medida electrónicos. Los valores medidos son mostrados en las pantallas digitales (1). Véase figura 2.11. El punto es seleccionado mediante un interruptor giratorio de seis etapas (2)..