DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE CAUDAL E INTERFAZ GRÁFICA DE...
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1 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE CAUDAL E INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO EN PLANTA DIDÁCTICA DEL LABORATORIO DE MECÁNICA DE LA FACULTAD TECNOLÓGICA FABIÁN EUGENIO PEÑA DEVIA OSCAR JAVIER POVEDA RAMÍREZ Tesis de Ingeniería en Control Director: ING. ALFREDO CHACÓN GARCIA Universidad Distrital “Francisco José De Caldas” Facultad Tecnológica Programa de Ingeniería en Control Bogotá, Agosto de 2015.
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE
CAUDAL E INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO EN PLANTA
DIDÁCTICA DEL LABORATORIO DE MECÁNICA DE LA FACULTAD
TECNOLÓGICA
FABIÁN EUGENIO PEÑA DEVIA
OSCAR JAVIER POVEDA RAMÍREZ
Tesis de Ingeniería en Control
Director:
ING. ALFREDO CHACÓN GARCIA
Universidad Distrital “Francisco José De Caldas”
Facultad Tecnológica
Programa de Ingeniería en Control
Bogotá, Agosto de 2015.
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FABIÁN EUGENIO PEÑA DEVIA OSCAR JAVIER POVEDA RAMÍREZ
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE
CAUDAL E INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO EN PLANTA
DIDÁCTICA DEL LABORATORIO DE MECÁNICA DE LA FACULTAD
TECNOLÓGICA
Tesis presentada al Programa de Ingeniería en Contr ol de la Universidad
Distrital “Francisco José De Caldas” Facultad Tecn ológica, para obtener el
título de Ingeniero en Control
Programa:
Ingeniería en Control
Director:
ING. ALFREDO CHACÓN GARCIA
Bogotá, Agosto de 2015.
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HOJA DE ACEPTACIÓN
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE CAUDAL E
INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO EN PLANTA DIDÁCTICA DEL
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LA FACULTAD TECNOLÓGICA
Observaciones:
_______________________________
Director del Proyecto Ing. Alfredo Chacón
_______________________________ Evaluador del Proyecto
_______________________________
Evaluador del Proyecto Agosto de 2015
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7
AGRADECIMIENTOS
Queremos expresar nuestros agradecimientos a nuestras familias por el
acompañamiento y la fortaleza para alcanzar este logro ya que en el transcurso de
nuestro proceso de formación nos han brindado todo su apoyo y han sido
participes de nuestro desarrollo académico y profesional.
A la Universidad por brindarnos la oportunidad de ser parte de ésta y encontrar en
sus instalaciones una fuente de conocimiento y satisfacciones, de igual forma a
todos los profesores, por las facilidades y dificultades colocadas en nuestro
camino durante el recorrido en las aulas.
A nuestro Tutor y Evaluadores por facilitar la realización de este trabajo al
compartirnos sus conocimientos y experiencias.
A nuestros amigos y compañeros que nos acompañaron y aportaron sus
conocimientos a lo largo de la carrera para el crecimiento personal y profesional a
través de las vivencias y experiencias.
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Tabla de Contenido
1. Introducción 14
1.1 Planteamiento del Problema 15
1.2 Objetivos 16
1.2.1 Objetivo General 16
1.2.2 Objetivos Específicos 16
2. Capítulo 2 Marco de Referencia 17
2.1 Antecedentes 17
3. Capítulo 3 Metodología 18
3.1 Marco Teórico 18
3.1.1 Banco de Pruebas Modular para la evaluación de las pérdidas
de presión por fricción, en tuberías y accesorio 18
3.1.2 Especificaciones Técnicas del Banco de Pruebas 21
3.1.3 Conceptos básicos sobre Fluidos 25
3.1.4 Sensor de caudal 26
3.1.5 Variador de velocidad 27
3.1.6 Sistemas de Control 28
3.1.7 Identificación de Sistemas 30
3.1.8 Sistemas de Control en tiempo discreto 33
3.1.9 Control proporcional integral y derivativo PID 33
3.1.10 PID Siemens 34
3.1.11 Protocolos de Comunicación Industrial 35
3.2 Diseño del Sistema de Control 37
3.3 Linealización del Sensor de Caudal 41
3.3.1 Características Sensor y Convertidor 41
3.3.2 Procedimiento calibración sensor de caudal 42
3.3.3 Resultados Obtenidos 43
3.4 Identificación del Sistema 44
3.4.1 Experimento 44
3.4.2 Identificación 46
3.5 Estrategia de Control 52
3.5.1 Sintonización utilizando el método de Zieger Nichols 52 3.6 Diseño y Simulación del Control 54
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3.6.1 Control PID para el PLC S7-1200 56
3.7 Software del PLC, Variador e Interfaz Gráfica de usuario 57
3.7.1 Estrategia para el desarrollo de la aplicación del PLC 57 3.7.2 Simulación Petri Net 58 3.7.3 Programación del Variador de Velocidad 68 3.7.4 Diseño de la interfaz grafica de Usuario. 70
4. Capitulo 4 Resultados 72 5. Capítulo 5 Conclusiones y Recomendaciones 76 6. Capítulo 6 Referencias 78 7. Capitulo 7 Anexos 79
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Lista de Figuras
Figura 1. Banco de pruebas modular en Laboratorio de Mecánica 18
Figura 2. Diseño esquemático del sistema de tuberías del banco. 21
Figura 3. Diseño esquemático simplificado de la red de tuberías del banco 22
Figura 4. Curva de rendimiento Bomba C 205 Barnes 23
Figura.5. Sistema 28
Figura 6. Metodología de identificación 30
Figura 7.Formas de onda de un control PID 34
Figura.8. Niveles de Supervisión 36
Figura 9. Plano eléctrico del Sistema de Control 40
Figura 10. Pasos para la calibración del Sensor de Caudal. 42
Figura 11. Resultados Pruebas calibración 43
Figura 12. Conexión Experimento 44
Figura 13. Señal aplicada a la entrada 45
Figura 14. Señal de salida. 45
Figura 15. Gráficas de las leyes de afinidad 46
Figura 16. Función de transferencia en tiempo discreto 47
Figura 17. Polos y Ceros de la señal de caudal 48
Figura 18. Modelo obtenido con el método de espacio de estados 49
Figura 19: Polos y Ceros en espacios de estado 49
Figura 20. Simulación en lazo abierto 51
Figura 21. Curva de reacción 52
Figura 22. Curva utilizando Zieger Nichols. 53
Figura 23: Simulación modelo en lazo abierto sin PID aplicando un paso de 1 54
Figura 24. Simulación PID 55
Figura 25. Respuesta del control PID sintonizado 55
Figura 26. Constantes PID del PLC 56
Figura 27. Diagrama de flujo descriptivo del proceso secuencial 57
Figura 28. Grafcet con accionamientos y sensores 58
Figura 29. Diseño Petri net 59
Figura 30. VFD y el Motor están apagados 59
Figura 31. Señal de ready. 60
Figura 32. VFD Running 60
Figura 33.VFD y Motor Off 61
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Figura 34. Modo automático 61 Figura 35. VFD Running y PID ON 62
Figura 36. Diagrama de contactos (Ladder) 62 a 68
Figura 37. Pantalla diseñada para el sistema de control (Scada de la Planta) 71
Figura 38. Planta Didáctica antes de las modificaciones 74
Figura 39. Planta Didáctica después de las modificaciones. 75
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Lista de Tablas
Tabla 1. Especificaciones técnicas de la bomba 22
Tabla 2. Especificaciones del sistema de medición de presión 23
Tabla 3. Especificaciones Tubo Venturi 24
Tabla 4. Caudales estimados banco de prueba 24
Tabla 5. Funcionamiento de Sensores de Caudal. 26
Tabla 6. Ecuaciones según el modelo 32
Tabla 7. Entradas / Salidas Digitales y Análogas 39
Tabla 8. Datos Técnicos Sensor 41
Tabla 9. Datos Técnicos Convertidor 41
Tabla 10. Datos caracterización sensor 43
Tabla 11. Características del sistema identificado 48
Tabla 12. Tabla para calcular constates en Zieger Nichols 53 Tabla 13. Parámetros programación del variador de velocidad 68
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1 Introducción
La necesidad de los estudiantes de tener contacto con sistemas de control usados en la industria durante el proceso educativo, hace que se requieran sistemas didácticos de procesos industriales que involucren desde la instrumentación, el control, hasta el sistema de supervisión, para poder interactuar con un proceso real de ingeniería a través de prácticas de laboratorio que permitan hacer un control automático del caudal y hacer mediciones permitiendo al Usuario operar fácilmente la planta para monitorear y ajustar la variable de caudal desde un PC.
Es por esto que se ha decidido automatizar el sistema de control de caudal mediante la implementación de un controlador lógico programable (PLC) que permita hacer un control automático del caudal, un sensor de caudal para hacer la medición de la variable, un variador de velocidad para la motobomba y de esta forma regular el caudal y una interfaz grafica de usuario que permita operar fácilmente la planta para monitorear la variable de caudal desde un PC en la Planta didáctica del Laboratorio de Mecánica de la Facultad Tecnológica, con el fin de proporcionar a los estudiantes herramientas que permitan la comprensión de procesos industriales que involucren la regulación del flujo proporcionando a la planta mayor precisión, velocidad en el tiempo de respuesta y confiabilidad en los resultados de las practicas.
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1.1. Planteamiento del Problema
En la planta didáctica del laboratorio de mecánica hay una tubería que tiene instalado un tubo venturi para medir el caudal del agua que pasa a través de esta, para variar el caudal de agua de la tubería hay un registro de bola instalado para cerrar el paso de agua. El caudal de agua sobre el tubo venturi se calcula con la presión diferencial medida sobre este.
El sistema de control de caudal de la planta didáctica es un sistema manual de poca precisión que debe ser operado localmente.
La técnica de control de lazo abierto y la tecnología Electromecánica utilizada para controlar el caudal en la planta didáctica del laboratorio de mecánica, actualmente permiten hacer la medición y el control del caudal de una manera manual; lo que implica la realización de varios cálculos y el ajuste manual del registro de bola para obtener el caudal deseado.
De acuerdo a la descripción anterior se puede concluir que el tiempo de respuesta del lazo de control es largo, la precisión del sistema puede no ser la mejor, las posibilidades de error son altas si se realizan mal los cálculos o los ajustes del registro.
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1.2. Objetivos
1.2.1 Objetivo General
Diseñar e Implementar un Sistema de Control de caudal e interfaz gráfica de
usuario en Planta Didáctica del Laboratorio de Mecánica de la Facultad
Tecnológica.
1.2.2 Objetivos Específicos
• Obtener modelo experimental de la Planta a controlar.
• Programación de la lógica de control para Planta didáctica.
• Implementación del sistema de control y pruebas funcionales.
• Diseñar una aplicación de software Scada que permita monitorear variable de caudal desde un PC.
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2. Marco de Referencia
2.1. Antecedentes
La medición de fluidos en la industria es usada para contabilizar la transferencia de materia entre diferentes partes de un proceso o para controlar procesos productivos de forma automática [1]. Actualmente existen diferentes tipos de sensores para medir caudal.
A nivel mundial existen varias empresas que se dedican a la fabricación y comercialización local e internacional de actuadores y sensores utilizados en la medición y el control de caudal para la industria petrolera, química, alimenticia, energética, papelera, minera y del agua entre otras; algunas de las compañías más reconocidas en este mercado son: Flowserve, Endress+Hauser, Siemens, ABB y Weatherford, etc.
Actualmente en la industria encontramos cientos de procesos con aplicaciones de control de caudal, dentro de estas encontramos:
• En Pacific Rubiales Energy para los Pozos de Agua Dispuesta (PAD’S), se usan variadores de velocidad de media tensión para variar la velocidad de motores de inducción de media tensión, los cuales están acoplados a una bomba con la cual inyectan agua que ha sido retirada del crudo de nuevo al pozo. Para medir la cantidad de barrilles de agua por día que se inyectan al pozo, se usan medidores de caudal de presión dinámica y presión diferencial.
• En la fabricación de pisos en cerámica en la empresa Alfagres S.A. se usan medidores de caudal electromagnéticos para controlar la cantidad de agua que se le inyecta a la arcilla para humectarla.
• En las plantas de concreto de la empresa Astecnia S.A. se usan medidores de flujo de paletas para controlar la cantidad de agua que se inyecta a la mezcla de concreto.
18
3. Metodología
3.1 Marco Teórico
3.1.1 Banco de Pruebas Modular para la evaluación d e las pérdidas
de presión por fricción, en tuberías y accesorios [2]
Figura 1. Banco de pruebas modular en Laboratorio de Mecánica. Fuente: Autor
Es un sistema didáctico de líneas de tubería con secciones intercambiables, con
sus respectivos elementos de medición de variables.
El banco de pruebas para la evaluación de pérdidas de presión por fricción en
tuberías y accesorios se encuentra construido en las instalaciones del laboratorio
de Hidráulica de la Facultad Tecnológica de La Universidad Distrital Francisco
José de Caldas.
Está diseñado de tal forma que el usuario del banco no tenga complicaciones en
el momento de realizar mediciones o algún tipo de montaje. Técnicamente cuenta
con cantidad y variedad de accesorios hidráulicos, así como un caudal
moderadamente alto para apreciar más la pérdida debida a la fricción para que
los practicantes del banco puedan determinar todas las conclusiones posibles a
partir de la experimentación y de la deducción de sus resultados; el banco cuenta
con las guías de laboratorio pertinente, manual de funcionamiento y de
mantenimiento para su óptima utilización, manual de operación.
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El fluido que va a circular es agua, la temperatura es ambiente y la velocidad de
flujo se obtuvo partiendo de que se tiene un tanque de 120 Litros
aproximadamente y se requiere llenar en 5 minutos, además que produzca
velocidades máximas de 3m/s en el fluido, para que la pérdida de presión por
fricción sea más notoria
En el banco de pruebas se ubico una sección para la medición del caudal, con los
elementos deprimógenos Tubo Venturi y placa orificio.
El tanque recibira la descarga del fluido al terminar el recorrido por las tuberías, el
volumen total de fluido dentro de las tuberías es de 0.021m3, es igual a 21 litros,
por lo que el tanque debe tener como un mínimo de capacidad de 2 veces este
valor, 42 litros, para que la bomba tenga siempre fluido de reserva para bombear a
las líneas de flujo
Partiendo de que el fluido a bombear es agua a una temperatura máxima de 20
°C, el tipo de bomba a usar es de tipo centrífuga d e flujo radial, debido a que se
requiere una capacidad alrededor de 50 L/min y una moderada cabeza de
operación. La cabeza de la bomba suministrada (18 m - 26 psi) excede los
requerimientos del sistema, sin embargo el sistema de tuberías no se verá
afectado en cuanto su integridad debido a que las líneas de tubería son de alta
presión (150 psi); y como lo que genera pérdidas principalmente es la velocidad de
flujo, esta bomba cumple con el requerimiento inicialmente planteado (50 L/min).
En cuanto a la NPSH R (6 pies - 1.8 m), está por debajo de la NPSH A (7.8 m) el
cual indica que el fluido no presentará cambios de estado que permita la
cavitación.
La finalidad del banco de pruebas para la evaluación de pérdidas de presión por
fricción es obtener una lectura de presión en distintos puntos del sistema de
tuberías y de caudal para un tramo específico que permita conocer el verdadero
flujo de la bomba.
El número de puntos de medición de presión que determinaron para el sistema,
está basado en poder tener la capacidad de comprender el efecto que tiene
cualquier tipo de accesorio hidráulico, en total son 50 puntos colocados antes y
después de cada uno de los accesorios de interés y relevante a la diferencia de
presión que se pueda obtener.
El banco cuenta con manómetros de tubo bourdon que presentan precisión y
durabilidad media. Este sistema consiste en un tablero de manómetros de fácil
visibilidad para que se realicen operaciones de medición; la presión es llevada a
20
los instrumentos desde los puntos a medir, por medio de mangueras transparentes
de ¼ de pulgada conectadas a racores que se acoplan a los manómetros.
Como la máxima carga de la bomba es aproximadamente 26 psi, el rango de los
manómetros es de 0 – 30 psi, previniendo una presurización del sistema por el
cierre total de las válvulas y además con la idea de que funcione tanto con el
sistema de tuberías planteado como a las futuras modificaciones en las líneas de
tubería o en la bomba.
El rango de Presion varia desde 0 a 30 psi está en función de la máxima carga
que la bomba puede proporcionar y la mínima escala de resolución con la que
cuenta el banco.
Las mediciones de presión en el sistema de tuberías se comparan utilizando un
indicador del error relativo en porcentaje, otro factor determinante en estos
resultados 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), el rango escogido de 0-30 psi está en función de la máxima carga que la
bomba puede proporcionar y la mínima escala de resolución con que fue
diseñado.
La toma de mediciones debe ser entonces de alta observación por parte del
practicante y realizar un proceso estadístico.
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 y cada elemento por
separado, es decir todas las válvulas cerradas y completamente abierta la del
elemento a medir. La desviación del resultado en la placa orificio se debe a que el
punto de medición en la salida no esta en situado en la zona donde se crea la
mayor caída de presión, que es a 0.5 del diámetro de la entrada, debido a que
este punto corresponde a las uniones roscadas. El tubo venturi presenta menor
caída de presión ya que las líneas de flujo son mas uniformes, por consiguiente la
lectura en los manómetros es menos precisa debido a la resolución del
instrumento.
21
3.1.2 Especificaciones Técnicas del Banco de Prueb as [2]
El banco de pruebas modular es un sistema de tuberías en paralelo que tiene 5
líneas o circuitos para la medición de pérdidas de presión por fricción en tuberías y
accesorios. A continuación se muestra un diagrama esquemático de la planta:
Figura 2. Diseño esquemático del sistema de tuberías del banco. Fuente: [2] Tesis
Banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de presión por fricción, en
tuberías y accesorios.
22
El caudal en el sistema de tuberías del banco se distribuye en cada uno de los
circuitos así:
Figura 3. Diseño esquemático simplificado de la red de tuberías del banco. Fuente:
[2] Tesis Banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de presión por
fricción, en tuberías y accesorios.
Bomba del banco de pruebas: Partiendo de que el fluido a bombear es agua a temperatura ambiente (máximo 20°C) y el caudal requerido por la planta es de 50 L/min con una moderada cabeza de operación, el tipo de bomba usada en la planta es centrifuga de flujo radial. A continuación se muestran las características de la bomba: Tabla 1. Especificaciones técnicas de la bomba
Fuente: [2] Tesis Banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de
presión por fricción, en tuberías y accesorios.
FLUIDO AguaTemperatura 20 °C
Peso especifico 9780,00 N/m3
CAPACIDAD 0,00083333 m3/s50 L/mi n
13,2086 Gal/minDIA. SUCCION 1,25 pulgDIA. DESCARGA 1,25 pulgMOTOR 110 voltios
monofásico 4 polosVELOCIDAD OPERAC 3450 RPM
DATOS INICIALES DE LA BOMBA
FABRICANTE BarnesMOTOR SiemensLINEA CaracolMODELO C-205POTENCIA 0,5 HPDIA. SUCCION 1 PulgDIA. DESCARGA 1 PulgVELOCIDAD OPERACIÓN 3450 RPMCAPACIDAD 50 L/mCABEZA 20 mDIAMETRO IMPULSOR 4 Pulg
BOMBA SELECCIONADA
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Figura 4. Curva de rendimiento Bomba C 205 Barnes. Fuente: [2] Tesis Banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de presión por fricción, en tuberías y
accesorios.
Sistema de medición:
Para medir la presión la planta cuenta con manómetros de tubo bourdon que
presentan precisión y durabilidad media. Este sistema consiste en un tablero de
manómetros de fácil visibilidad para que se realicen operaciones de medición; la
presión es llevada a los instrumentos desde los puntos a medir, por medio de
mangueras transparentes de ¼ de pulgada conectadas a racores que se acoplan
a los manómetros.
Tabla 2. Especificaciones del sistema de medición de presión
Fuente: [2] Tesis Banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de
presión por fricción, en tuberías y accesorios.
ELEMENTO CANTIDAD ESPECIFICACION
Manómetro 50 u 0-30 psi
Racor 50 uRosca NPT 1/4 pulg -
manguera
Manguera trnasparente 200 m Cristar 60 psi c 1/4
Tubo Aluminio 50 u D = 6 mm - L = 30 mm
Amarres 100 u Plásticos
ESPECIFICAACIONES DEL SISTEMA DE MEDICION DE PRESION
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Diferencia de presión de Tubo Venturi
Para medir el caudal la planta utiliza la diferencia de presión presentada en un
tubo venturi instalado en la línea 5 del sistema de tuberías, a continuación se
muestran las especificaciones del tubo venturi:
Tabla 3. Especificaciones Tubo Venturi
Fuente: [2] Tesis Banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de
presión por fricción, en tuberías y accesorios.
Caudales Estimados
Tabla 4. Caudales estimados banco de prueba
Fuente: [2] Tesis Banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de
presión por fricción, en tuberías y accesorios.
FLUIDO AguaTEMPERATURA 20 °CDENSIDAD 1000 Kg/m3
PESO ESPECIFICO 9780,00 N/m3
CAUDAL 0,000833 m3/s50 L/mi n
DIAMETRO entrada 0,0381 mDIAMETRO 2 garganta 0,0254 mAREA entrada 0,0014009 m2
AREA garganta 0,000506 m2
VELOCIDAD DE ENTRADA 0,7309 m/sVELOCIDAD EN GARGANTA 1,644 m/sCOEFICIENTE DE RESISTENCIA K 0,19PERDIDA SECUNDARIA 0,026 mDIFERENCIA DE PRESION 1339 Pa
0,19 psi
DATOS CONOCIDOS DEL TUBO VENTURI
DATOS OBTENIDOS
Caudales % m3/s L/minQo 100 0,000833333 50
Q5 20 0,00017 10
Q34 40 0,00033 20Q12 40 0,00033 20
0,000833333 50Q5 Q5 100 0,000166667 10
Q4 70 0,000233333 14Q3 30 0,0001 6Q2 60 0,0002 12Q1 40 0,000133333 8Qo 0,000833333 50
Caudales estimados iniciales
Q34
Q12
25
3.1.3. Conceptos básicos sobre Fluidos
Un fluido es una sustancia que no tiene resistencia permanente a la deformación,
es decir, que su forma depende del objeto en el que se encuentre acumulado. Si al
fluido se le intenta variar la forma, se produce un deslizamiento de capas de fluido
sobre otras para alcanzar una nueva forma. Durante esta variación de capas se
producen una serie de esfuerzos cortantes cuya magnitud depende de la
viscosidad y velocidad del fluido, que solo desaparecen cuando este llegue a un
estado de equilibrio o alcance la forma final.
Los fluidos se clasifican en: newtonianos (hay una relación lineal entre la magnitud
del esfuerzo cortante aplicado y la rapidez de la deformación resultante τ = µ
du/dy) y no newtonianos (hay una relación no lineal entre la magnitud del esfuerzo
cortante aplicado y la rapidez de deformación angular). Las sustancias que
llamamos fluidos pueden ser del tipo líquido o gaseoso y se definirán a
continuación.
Líquido: “es un estado de la materia en el que las moléculas están relativamente
libres para cambiar de posición unas respecto a otras pero restringidas por fuerzas
de cohesión con el fin de mantener un volumen relativamente fijo.” [3] el Gas: “es
el estado de la materia en que las moléculas prácticamente no se hallan
restringidas por fuerzas de cohesión. El gas no tiene ni forma ni volumen
definidos.” [3]
Otra forma para clasificar los fluidos es por medio de las condiciones de presión y
temperatura en las que se encuentren. Es así que al variar las condiciones
(temperatura y presión) la densidad también lo hará; si el cambio es pequeño el
fluido se denomina NO COMPRESIBLE y si la densidad varía considerablemente,
el fluido recibe el nombre de COMPRESIBLE. Por lo general se adopta la
siguiente posición: los líquidos son fluidos no compresibles y los gases, fluidos
compresibles. Aunque este es un concepto relativo puesto que hay líquidos que al
incrementar la temperatura y la presión se comportan como fluidos compresibles;
así como los gases sometidos a pequeñas variaciones se pueden comportar como
fluidos no compresibles.
Algunas de las propiedades de los fluidos son: Densidad, Peso específico,
Volumen específico, Viscosidad, Presión, Compresibilidad, Dilatación térmica.
26
3.1.4. Sensor de caudal [4]
Es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas.
El caudal se determina mediante la medición de la velocidad del líquido. La velocidad depende de la presión diferencial que está obligando a que el líquido circule a través de un tubo o conducto. Debido a que la tubería de la sección transversal es conocida y se mantiene constante, el promedio de velocidad es una indicación de la velocidad de flujo.
La relación básica para la determinación del caudal del líquido en estos casos es: � � � � � (1)
Dónde:
Q= flujo de líquido a través de la tubería (m3 / s)
V = velocidad promedio del flujo (m / s)
A = sección transversal de la tubería (m2)
Los Sensores De Caudal, también llamados caudalímetros pueden en clasificarse: de presión diferencial, de desplazamiento positivo, de velocidad y medidores de masa.
Tabla 5. Funcionamiento de Sensores de Caudal.
Sensor de flujo Grafico Funcionamiento Aplicaciones
Rotámetro
Tiene un flotador (indicador) que se
mueve libremente dentro de un tubo
vertical ligeramente cónico, con el
extremo angosto hacia abajo. El
fluido entra por la parte inferior del
tubo y hace que el flotador suba hasta
que el área anular entre él y la pared
del tubo sea tal, que la caída de
presión de este estrechamiento sea lo
suficientemente para equilibrar el
peso del flotador. La posición del
flotador varía directamente con el
caudal
Utilizados para medir líquidos
limpios de bajos caudales en tuberías
de diámetros pequeños. Se los
encuentra en la industria química,
alimenticia, farmacéutica entre otras.
27
Paletas deslizante
Consta de un rotor con unas paletas,
dispuestas en parejas opuestas, que
se pueden deslizar libremente hacia
adentro y hacia afuera de su
alojamiento. Los miembros de las
paletas opuestas se conectan
rígidamente mediante varillas, y el
fluido circulando actúa sobre las
paletas sucesivamente, provocando el
giro del rotor. Mediante esta rotación
el líquido se transfiere desde la
entrada a la salida a través del
espacio entre las paletas. Como éste
es el único camino para el paso del
líquido, contando el número de
revoluciones del rotor, puede
determinarse la cantidad de líquido
que ha pasado.
Se usan para medir líquidos de
elevado coste, siendo instalados,
generalmente, en camiones cisternas
para la distribución de combustible
para la calefacción.
Fuente: http://www.omega.com/techref/flowcontrol.html, [6]-[5]
3.1.5. Variador de velocidad [7]
El Variador de Velocidad VSD (Variable Speed Drive) es un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores.
Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador especial que recibe el nombre de variador de velocidad. Los variadores de velocidad se emplean en una amplia gama de aplicaciones industriales, como en ventiladores y equipo de aire acondicionado, equipo de bombeo, bandas y transportadores industriales, elevadores, llenadoras, tornos y fresadoras, etc. Un variador de velocidad puede consistir en la combinación de un motor eléctrico y el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo.
Razones para emplear variadores de velocidad
El control de procesos y el ahorro de la energía son las dos de las principales razones para el empleo de variadores de velocidad. Históricamente, los variadores de velocidad fueron desarrollados originalmente para el control de procesos, pero el ahorro energético ha surgido como un objetivo tan importante como el primero.
28
La vida útil del sello de las bombas incrementa, se reduce la vibración y el ruido siempre y cuando el punto de trabajo se mantenga dentro del rango de operación permisible.
La mayoría de las bombas son impulsadas por motores eléctricos. Por tanto la forma más eficiente para un control de flujo es el uso de un variador de velocidad electrónico o VFD (variable Frequency Drive). La forma de control más común de los VFD es la modulación del ancho de pulso de la fuente de tensión de entrada. En su forma más simple el convertidor desarrolla un voltaje directamente proporcional a la frecuencia, que produce un flujo magnético constante en el motor. El control electrónico puede igualar la velocidad del motor a los requisitos de carga. Esto elimina una serie de elementos auxiliares costosos y poco eficientes como válvulas o sistemas de derivación bypass.
3.1.6. Sistemas de Control [6]
Un sistema puede definirse como un objeto que recibe acciones de o señales de
entrada y con base a esto refleja una salida la cual es reflejada en una variable
como muestra la figura.
Figura 5.: Sistema. Fuente: Autor
Un sistema de control se caracteriza por tener elementos que permiten tener
control sobre el sistema. La finalidad de un sistema de control es conseguir,
mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las
variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados o valor
de consigna.
Un sistema de control ideal debe ser capaz de conseguir su objetivo cumpliendo
requisitos específicos tales como: garantizar la estabilidad y no variar ante
perturbaciones externas que generen un error a la salida, ser tan eficiente como
ENTRADA Sistema SALIDA
SEÑAL
29
sea posible, según un criterio preestablecido, ser amigable a la hora de ser
desarrollado con ayuda de un computador.
Los elementos básicos que forman parte de un sistema de control y permiten su
manipulación son los siguientes: Sensores que permiten conocer los valores de
las variables medidas del sistema, Controlador el cual se da utilizando los valores
determinados por los sensores y la consigna impuesta, calcula la acción que debe
aplicarse para modificar las variables de control en base a cierta estrategia, y un
actuador que es el mecanismo que ejecuta la acción calculada por el controlador y
que modifica las variables de control.
Modelado de sistemas
Se refiere al reconocimiento y definición de problemas, su planteamiento o
modelamiento mediante la aplicación de principios científicos y el desarrollo de
procedimientos de solución con cuyos resultados se adquiera una total
comprensión de la situación [8].
Tipos de modelos [8]
Los modelos de sistemas físicos pueden ser de muy diversos tipos. Una
clasificación, en función del grado de formalismo matemático que poseen, es la
siguiente:
• Modelos mentales, intuitivos o verbales.
• Modelos no paramétricos.
• Modelos paramétricos o matemáticos.
• Determinísticos o estocásticos.
• Dinámicos o estáticos.
• Continuos o discretos.
Métodos de obtención de modelos
Existen dos métodos principales para obtener el modelo de un sistema:
• Modelado teórico. Se trata de un método analítico, en el que se recurre a
leyes básicas de la física para describir el comportamiento dinámico de un
fenómeno o proceso.
30
• Identificación del sistema. Se trata de un método experimental que permite
obtener el modelo de un sistema a partir de datos reales recogidos de la
planta bajo estudio.
3.1.7. Identificación de Sistemas
Cuando se desea hacer un control se acude a la identificación de sistemas con el
propósito de obtener el modelo matemático mediante mediciones realizadas en el
proceso, el modelo de la planta permite predecir el comportamiento de un sistema
evitando hacer los experimentos sobre él, esto es de gran ventaja cuando no se
puede acceder fácilmente al sistema o cuando el costo de los experimentos es
elevado, entonces “La identificación de sistemas consiste en la determinación de
un modelo que represente lo más fiel posible al sistema dinámico, a partir del
conocimiento previo de este y de los datos medidos” (Guillen,2005,4). En la figura
6 se observa la metodología general empleada para realizar el proceso de
identificación de sistemas.
Figura 6. Metodología de identificación. Fuente: (Díaz y Manrique, 2009, 6)
31
El proceso de identificación se lleva a cabo mediante los siguientes pasos:
1. Obtención de datos de entrada y salida: Se excita el sistema con una
señal de prueba y se registra su comportamiento, es importante
obtener los datos en la región de operación.
2. Estimación o selección de la complejidad del modelo: Se escoge la
estructura que representara el sistema y el grado de los polinomios
que lo componen.
3. Se realiza la estimación de los parámetros del modelo.
4. Se valida el modelo de acuerdo a la exactitud con respecto al
comportamiento real del sistema.
Técnicas de identificación paramétrica
Los modelos paramétricos, a diferencia de los anteriores, quedan descritos
mediante una estructura y un número finito de parámetros que relacionan las
señales de interés del sistema (entradas, salida y perturbaciones). En muchas
ocasiones es necesario realizar la identificación de un sistema del cual no se tiene
ningún tipo de conocimiento previo. En estos casos, se suele recurrir a modelos
estándar, cuya validez para un amplio rango de sistemas dinámicos ha sido
comprobada experimentalmente. Generalmente estos modelos permiten describir
el comportamiento de cualquier sistema lineal. La dificultad radica en la elección
del tipo de modelo (orden del mismo, número de parámetros, etc.) que se ajuste
satisfactoriamente a los datos de entrada - salida obtenidos experimentalmente.
Tipos de modelos paramétricos
Generalmente los modelos paramétricos se describen en el dominio discreto,
puesto que los datos que sirven de base para la identificación se obtienen por
muestreo. En el caso de que se requiera un modelo continuo, siempre es posible
realizar una transformación del dominio discreto al continuo.
La expresión más general de un modelo discreto es del tipo:
s(t) = h(t) + w(t) (2)
32
Donde w(t) es el término que modela la salida debida a las perturbaciones, h(t) la
salida debida a la entrada, y s(t) la salida medible del sistema. Cada uno de estos
términos puede desarrollarse de la siguiente forma:
h(t) = G(q , Ө) × u(t) (3)
w(t) = H(q , Ө) × e(t) (4)
s(t) = A(q , Ө) × y(t) (5)
Donde q^-1 es el operador retardo, Ө representa un vector de parámetros, u(t) y
e(t) son la entrada al sistema y el ruido de entrada al mismo respectivamente e y(t)
es la salida de interés del sistema (que puede no coincidir con la salida medible).
Para elegir la estructura de este tipo de modelos hay que determinar el orden de
cada uno de los polinomios anteriores, es decir na, nb, nc, nd, nf y el retardo entre
la entrada y la salida nk.
Una vez elegidos estos valores, sólo queda determinar el vector de coeficientes q
(ai, bi, ci, di y fi ) que hacen que el modelo se ajuste a los datos de entrada - salida
del sistema real.
En muchos casos, alguno de los polinomios anteriores no se incluye en la
descripción del modelo, dando lugar a los siguientes casos particulares, entre
otros: modelo, dando lugar a los siguientes casos particulares, entre otros:
Tabla 6. Ecuaciones según el modelo
Fuente: (Guillen, 2005,12), [10]
33
3.1.8. Sistemas de Control en tiempo discreto
Desde el punto de vista de la teoría de control, un sistema o proceso está formado
por un conjunto de elementos relacionados entre sí que ofrecen señales de salida
en función de señales o datos de entrada.
“El aspecto más importante de un sistema es el conocimiento de su dinámica, es
decir, cómo se comporta la señal de salida frente a una variación de la señal de
entrada. Un conocimiento preciso de la relación entrada/salida permite predecir la
respuesta del sistema y seleccionar la acción de control adecuada para mejorarla.
De esta manera, el diseñador, conociendo cuál es la dinámica deseada, ajustará
la acción de control para conseguir el objetivo final frente a perturbaciones
externas del sistema. En vista de todo lo expuesto, se puede definir un sistema de
control como el conjunto de elementos que interactúan para conseguir que la
salida de un proceso se comporte tal y como se desea, mediante una acción de
control” (Spartacus, Domingo y Reyes, 2000, 15).
3.1.9. Control proporcional integral y derivativo P ID
“Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por
realimentación que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor
que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso. El
algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el
proporcional, el integral, y el derivativo.
El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una
corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un
esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El
Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma
de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control
como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un
calentador.
La respuesta del controlador puede ser descrita en términos de respuesta del
control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado
de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza
control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo.
34
Figura 7: Formas de onda de un control PID. Fuente:
(http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller)
3.1.10. PID Siemens [9]
Teniendo en cuenta el proceso a controlar los PID siemens proveen las siguientes
instrucciones para el PLC S7-1200 Step 7
• La PID_ Compact instruction es usada para control de procesos
técnicos con variables de entrada y salida continuos.
• La PID_3Step instruction es usada para controlar dispositivos
accionados por motor, tales como válvulas que requieren señales
discretas para abrir y cerrar.
Ambas instrucciones pueden calcular los componentes P, I y D durante el
arranque (la opción pre-tuning debe estar configurada). Para optimizar parámetros
la opción de sintonización fina debe configurarse.
Los cambios realizados a la configuración del PID no tendrán efecto si la CPU se
encuentra en modo RUN, los cambios se realizaran cuando el estado de la CPU
cambie de STOP a RUN.
El tiempo de muestreo del algoritmo PID representa el tiempo entre 2 cálculos del
valor de salida. El tiempo de muestreo es calculado durante el auto tunning y es
redondeado a un múltiplo del ciclo de tiempo. Todas las otras instrucciones del
PID son ejecutadas cuando las llaman.
35
El valor de salida del controlador PID consta de tres componentes: Proporcional,
Integral y Derivativo.
• Proporcional (P): Cuando el algoritmo es calculado con el componente P, el
valor de salida es proporcional a la diferencia entre el Set Point y el valor de
proceso.
• Integral (I): Cuando el algoritmo es calculado con el componente I, el valor
de salida incrementa en proporción a la duración de la diferencia entre el Set Point
y el valor de proceso para finalmente corregir el error.
• Derivativo (D): Cuando el algoritmo es calculado con el componente D, el
valor de salida incrementa como una función del ritmo de cambio de la diferencia
entre el Set Point y el Valor de proceso.
3.1.11. Protocolos de Comunicación Industrial
Muchas veces escuchamos en la industria la palabra protocolos de comunicación
sin tener claro de que estamos hablando. En principio un protocolo de
comunicación es un conjunto de reglas que permiten la transferencia e intercambio
de datos entre los distintos dispositivos que conforman una red. Estos han tenido
un proceso de evolución gradual a medida que la tecnología
La irrupción de los microprocesadores en la industria ha posibilitado su integración
a redes de comunicación con importantes ventajas, entre las cuales figuran [10]:
• Mayor precisión derivada de la integración de tecnología digital en las
mediciones
• Mayor y mejor disponibilidad de información de los dispositivos de campo
• Diagnóstico remoto de componentes
La integración de las mencionadas islas automatizadas suele hacerse dividiendo
las tareas entre grupos de procesadores jerárquicamente anidados. Esto da lugar
a una estructura de redes Industriales, las cuales es posible agrupar en tres
categorías:
· Buses de campo
· Redes LAN
· Redes LAN-WAN
36
Los buses de datos que permiten la integración de equipos para la medición y
control de variables de proceso, reciben la denominación genérica de buses de
campo.
Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que
simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos
industriales utilizados en procesos de producción.
El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los
elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional lazo de
corriente de 4-20mA o 0 a 10V DC, según corresponda. Generalmente son redes
digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan
dispositivos de campo como PLC’s, transductores, actuadores, sensores y equipos
de supervisión (Ejemplo figura 8).
Los buses de campo con mayor presencia en el área de control y automatización
de procesos son:
• HART
• Profibus
• Fieldbus Foundation
Figura 8: Niveles de Supervisión. Fuente: [14] Bernabeu.
37
3.2. Diseño del Sistema de Control
Teniendo en cuenta las especificaciones técnicas del banco de pruebas modular, se encontró que la planta no poseía los instrumentos necesarios para realizar el control de caudal e interfaz grafica de Usuario, para esto se hace el diseño y selección de elementos para satisfacer los nuevos requisitos de la planta, el diseño del sistema de control se inicio con la siguiente selección:
Selección sensor de caudal
Las variables que se tuvieron en cuenta para la selección del sensor fueron: la velocidad del fluido, el tipo de fluido, el diámetro de la tubería y la señal de salida del sensor.
La velocidad del fluido la calculamos con el caudal del sistema así:
Q=A ×V (6)
Donde,
Q = Caudal
A = Área
V = Velocidad
Entonces despejando la velocidad y reemplazando en la formula tenemos:
V=Q/A (7)
El área de la tubería de 1.5” es igual a:
A= π ×r^2 (8)
A= π ×〖0.0245 m〗^2 (9)
A= 〖0.00188574 m〗^2 (10)
Por lo tanto,
V= (8.3333×〖10〗^(-4) m^3/s)/(18.8574 ×〖10〗^(-4) m^2 ) (11)
V=0.4419 m/s (12)
38
El diámetro de la tubería de PVC donde se va a instalar el sensor es de 1 ½” y la señal de salida del sensor puede ser digital o análoga puesto que el controlador a donde va a ser conectada tiene la capacidad de trabajar con los tipos de señales.
De acuerdo a las especificaciones dadas el sensor de flujo seleccionado es un sensor de paletas rotativas con un rango de medición de 0.1 a 8 m/s, para tuberías de 0.5 hasta 24” y la señal de salida son pulsos a 24 VDC con una frecuencia dada por m/s nominal.
Después de seleccionar el sensor de caudal, el siguiente paso fue la adecuación del motor eléctrico monofásico para la implementación de un variador de velocidad con el cual se va a variar la velocidad del fluido para regular el caudal de la planta.
Selección convertidor Hz/mA
Para acondicionar la señal del sensor de flujo seleccionado fue necesario adquirir un convertidor de pulsos a señal análoga para poder llevar la información del flujo al controlador. El convertidor seleccionado fue un Autonics de referencia CN 6400 C1.
Rebobinado del motor monofásico
Después de evaluar la mejor opción, se decidió rebobinar el motor monofásico de ½ Hp y 3450 rpm a trifásico con la misma potencia y velocidad. De esta manera no fue necesario modificar mecánicamente el banco de pruebas y la conexión eléctrica del motor trifásico al variador de velocidad se pudo realizar fácilmente.
Selección variador de velocidad (VFD)
Con la corriente y el voltaje del motor se procedió a seleccionar el variador de velocidad. Los criterios usados para seleccionar el variador de velocidad fueron:
La corriente del motor 2.6 A
El voltaje del motor 230 VAC
La altura y la temperatura ambiente del lugar donde va a trabajar el equipo, 2500 metros y 20 °C.
39
De acuerdo a los parámetros anteriores el variador de frecuencia seleccionado fue un Siemens Sinamics G110 referencia 6SL3211 – 0AB17 – 5UA0. El siguiente paso en la selección de materiales fue la consecución del controlador lógico programable (PLC) para integrar las señales del sensor de flujo con el variador de velocidad.
Selección del PLC
Los parámetros de selección del PLC fueron el número de entradas y salidas digitales y análogas que se tienen en el sistema de control planteado, a continuación se muestra el listado de señales:
Tabla 7. Entradas / Salidas Digitales y Análogas
Entradas Digitales Salidas Digitales
1. Operación en Manual 1. Hand/AutoVFD
2. Operación en Automático 2. On/Off
3. Falla VFD
Entradas Análogas Salidas Análogas
1. Caudal 1. Set Point
VFD
Fuente: (el Autor)
El PLC seleccionado fue un Siemens S7 1200, CPU 1214 AC/DC/RLY referencia 6ES7 214 – 1BE30 – 0XB0. Adicionalmente se selecciono un modulo de salida análogo Siemens 6ES7 232 – 4HA30 – 0XB0.
Implementación del sistema de control propuesto
Para la implementación del sistema de control de caudal fue necesario adquirir un tablero eléctrico para instalar el variador de velocidad, el PLC, las protecciones eléctricas y los elementos de maniobra. Adicionalmente fue necesario adecuar la tubería de PVC de 1 ½” para instalar el sensor de flujo.
40
Instalación, cableado y conexionado
Con las especificaciones técnicas y las dimensiones de los equipos seleccionados se realizaron los planos eléctricos del sistema de control y se dimensiono el tamaño del tablero eléctrico requerido para instalarlos. De igual forma el cableado y el conexionado del sistema se realizo con los planos eléctricos diseñados. A continuación se presentan los planos eléctricos del sistema.
Figura 9: Plano eléctrico del Sistema de Control. Fuente: Autor
41
3.3. Linealización del Sensor de Caudal
En el banco de pruebas modular para la evaluación de las pérdidas de presión por
fricción en tuberías y accesorios se instalo el sensor de paletas rotativas AXS400
SL, al cual se le realizó un proceso de linealización para obtener la ecuación
característica y poder mostrar la lectura en la interfaz gráfica de usuario
desarrollada para el PLC. Además de ello se realizó calibración y ajuste del
convertidor Hz/mA Autonics CN 6400 C1, para poder llevar la información del flujo
al controlador y obtener del instrumento las medidas de identificación en el
experimento con mayor precisión.
3.3.1. Características Sensor y Convertidor
En la siguiente tabla se describen las características técnicas del sensor y del convertidor utilizado:
Tabla 8. Datos Técnicos Sensor
Características Sensor de Caudal tensión de alimentación DC5V a 24V ± 5% (<5mA) Linealidad ± 0,75% of full scale Repetibilidad ± 0,5% of full scale Fuente: Hoja Técnica Sensor AXS400
Tabla 9. Datos Técnicos Convertidor
Características Convertidor
fuente de alimentación
AC 100-240 VAC 50 to 60 Hz DC 24 VDC
pulsos de entrada 0 to 50,00 kHz (input impedance 10kῼ) transmisión de salida
0-20 mA (adjustable output range) 0-10 VDC (adjustable output range)
Fuente: Hoja Técnica Convertidor Autonics CN 6400 C1
42
3.3.2. Procedimiento calibración sensor de c audal
Utilizando como guía la escala de un recipiente numerado en litros se verifico el
Flujo en el sensor de caudal en Cinco puntos de diferentes escalas para realizar la
linealización del sensor, el procedimiento se realizó según lo descrito en la
siguiente figura.
Figura 10. Pasos para la calibración del Sensor de Caudal. Fuente: Autor
43
3.3.3. Resultados Obtenidos
Se realizan pruebas con cronometro a 1 min (60 segundos) para las frecuencias
de 30, 45 y 60 Hz, se toman los valores visualizados en recipiente graduado en Lt.
Tabla 10. Datos caracterización sensor
Hz Q (Lt)
30 24
30 24,5
30 24
30 24,5
30 24
45 37
45 36,5
45 37
45 36,5
45 36,5
60 49,5
60 49
60 49
60 49
60 48,5
Figura 11. Resultados Pruebas calibración
Fuente: Autor
44
Regresión Lineal con los datos obtenidos:
Hz Promedio
Q(Lt)
30 24,2
45 36,7
60 49
� � � � (13) � � ��, ����� � �, ���� (14)
Correlación= 0,9999
3.4. Identificación del Sistema
3.4.1. Experimento
El experimento consiste en generar una señal pseudoaleatoria que permita la regulación en varios puntos durante un tiempo determinado, a su vez el sensor se conecta al convertidor de frecuencia a corriente y este a una tarjeta de adquisición (DAQ6221) el tiempo de muestreo fue de 809.11 uS durante un intervalo de 180 Seg.
Figura 12. Conexión Experimento. Fuente: Autor
La señal se generó realizando una interfaz con ayuda de herramientas de simulación para exportar los datos a Excel.
a -0,56666667
b 0,82666667
r 0,99998916
45
Figura 13. Señal aplicada a la entrada. Fuente: Autor
Figura 14: Señal de salida. Fuente: Autor
La señal se generó realizando experimento y se controló a través del variador de velocidad, donde los valores de salida varían en el rango de 0-10V, lo que quiere decir en el lazo de flujo que 0V corresponde a 0L/min y 10V corresponde a 49 L/Min.
46
Esta prueba es de gran importancia en el proceso de identificación de sistemas, ya que permite determinar la exactitud del modelo con respecto al comportamiento real del sistema, así se decide si el modelo y los parámetros calculados son los más adecuados para describir la dinámica del sistema.
3.4.2. Identificación
Para realizar la identificación y obtener una ecuación de caracterización del sistema se utilizó herramienta ofimática de simulación que permite el procesamiento de los datos obtenidos en formato Excel durante el experimento.
Existen varios criterios para la selección de la estructura y el orden del modelo, en cuanto a la estructura se busca una que permita flexibilidad en la descripción del sistema pero que mantenga cierta simplicidad, por lo tanto se inicia con la estructura más simple buscando cual cumple con las necesidades de la planta, en ciertas ocasiones se tiende a pensar que la estructura más compleja siempre es la mejor opción pero no necesariamente es así, una estructura muy compleja posee muchos parámetros los cuales algunos pueden ser innecesarios porque no mejoran el modelo final y el proceso de simulación y de diseño del control se hace igualmente complicado
Identificación lazo de Flujo
A partir del conocimiento de las leyes de afinidad de las bombas centrífugas Ilustradas en la figura 15, se tiene que el Flujo en una bomba centrífuga es directamente proporcional a la velocidad de rotación. De esta manera, al variar la velocidad en rpm de la centrífuga variamos su caudal de manera proporcional.
Figura 15. Gráficas de las leyes de afinidad. Fuente: (http://www.reliance.com/prodserv/standriv/appnotes/d7737.pdf)
47
Se importan los datos de los experimentos en el modulo de identificación y se escoge la opción de datos en domino del tiempo que describe el nombre de las variables de entrada y salida, donde dice entrada se coloca la variable donde se almaceno el tiempo para este caso es X, y en salida se coloca la respuesta del sistema en el tiempo para este caso la variable se llama salida, en el intervalo de muestreo se coloca los 809.11 uS, debido a que esta fue la frecuencia de muestreo con la que se realizo la adquisición de datos de los experimentos, además en la casilla de tiempo de inicio debe ir 0.
De allí según los datos de entrada se realiza el procedimiento para la edición de los datos.
Ahora se aplicó la aproximación mediante función de transferencia en tiempo discreto obteniendo una correlación del 2,3% como mejor resultado comparando los obtenidos entre tiempo continuo y discreto, además de haber probado con varios métodos de identificación y no lograr un nivel de confianza mayor al 40%. Como resultado aplicando el método de identificación “transfer function”, mediante el método discreto se obtuvo el siguiente resultado:
Figura 16. Función de transferencia en tiempo discreto. Fuente: Autor
Además de los datos registrados en la siguiente tabla:
48
Tabla 11. Características del sistema identificado
CARACTERISTICAS DE LA FUNCION DE TRANSFERENCIA NIVEL DE CONFIANZA 2.384 % NUMERO DE POLOS 3 NUMERO DE CEROS 2 TIEMPO DE MUESTREO 809.11 uS Fuente: (el Autor)
Como resultado se obtuvo la ecuación (15): ����� 0.04324�±0.01492�� ! � 0.04324�±0.01492�� "1 � 1.314�±0.5849�� ! � 0.3361�±1.158�� " � 0.6504�±0.5727�� ' �15�
Figura 17. Polos y Ceros de la señal de caudal. Fuente: Autor
Debido que el coeficiente de correlación obtenido en la identificación del lazo de flujo era muy bajo se optó por usar una estrategia más robusta donde se llegó a la conclusión de que el método de espacio de estados era el más indicado debido a que con este se alcanzó una correlación del 99,7% obteniendo una expresión que describe la señal original:
49
Figura 18. Modelo obtenido con el método de espacio de estados. Fuente: Autor
El modelo obtenido al identificar por el método de espacio de estados demuestra una correlación del 99.75 % cuya parametrización se describe por:
dx/dt � Ax�t� � Ke�t� (16)
y�t� � Cx�t� � e�t� (17)
Figura 19: Polos y Ceros en espacios de estado. Fuente: Autor.
50
Ecuación característica del sistema:
La herramienta de simulación entrega la siguiente ecuación característica, la cual obedece a la siguiente estructura: dx/dt � Ax�t� � Ke�t� (18) y�t� � Cx�t� � e�t� (19)
donde los valores de A, K y C se observan a continuación:
A =
x1 x2
x1 4.133e-07 +/- 1.628e+09 -0.0002128 +/- 1.827e+07 (20)
x2 6.335e-05 +/- 1.982e+11 -0.001006 +/- 7.149e+10 (21)
x3 -1.438e-08 +/- 7.307e+11 1.123e-06 +/- 2.29e+11 (22)
x4 3.736e-08 +/- 4.682e+12 -1.946e-05 +/- 4.491e+11 (23)
x3 x4
x1 0.0001124 +/- 7.098e+10 -3.047e-05 +/- 1.035e+11 (24)
x2 -0.02835 +/- 1.287e+14 -0.4799 +/- 2.779e+14 (25)
x3 0.1356 +/- 5.166e+14 -1.676 +/- 8.434e+14 (26)
x4 1.487 +/- 7.492e+14 -0.7311 +/- 5.167e+14 (27)
C =
x1 x2
y1 2792 +/- 1.442e+13 -0.09449 +/- 9.862e+10 (28)
51
x3 x4
y1 9.746e-06 +/- 1.547e+14 -1.437e-05 +/- 1.296e+14 (29)
K =
y1
x1 0.0003627 +/- 2.055e+06 (30)
x2 -0.06166 +/- 2.922e+09 (31)
x3 -2.623e-05 +/- 1.087e+10 (32)
x4 -6.462e-06 +/- 1.072e+10 (33)
Simulación del modelo obtenido de la planta:
Una vez encontrado el modelo característico de la planta, se procede a graficar el comportamiento de la misma en lazo abierto, el cual se observa en la siguiente figura.
Figura 20. Simulación en lazo abierto. Fuente: Autor.
52
3.5 Estrategia de Control
La estrategia de control utilizada para el control de la variable de proceso en el lazo de flujo fue PID debido a su versatilidad.
Para sintonizar el PID se escogió el método de Zieger Nichols [20], debido a su sencillez para ser explicado en el desarrollo de la práctica, el cálculo de cada constante de sintonización se mostrara en el desarrollo de este capítulo.
3.5.1. Sintonización utilizando el método de Zieger Nichols
Basados en los parámetros [11] de sintonización por el método de la curva de reacción se construyó utilizándola tabla 12 para calcular constantes teniendo en cuenta los siguientes pasos:
1. Llevar manualmente la planta a lazo abierto a un punto de operación normal manipulando u(t). Supongamos que la planta se estabiliza en y(t) = y0 para u(t) = u0.
2. En un instante inicial t0 aplicar un cambio escalón en la entrada, de u0 a u¥ (el salto debe estar entre un 10 a 20% del valor nominal.
3. Registrar la respuesta de la salida hasta que se estabilice en el nuevo punto de operación. La Figura 21 muestra una curva típica.
Figura 21: Curva de reacción. Fuente: [11]
53
4. Calcular los parámetros del modelo con las fórmulas 34, 35 y 36:
12 � 34 � 3254 � 52 �34�, 62 � 7! � 72�35�, 82 � 7" � 7!�36�
Por último los parámetros del controlador se determinan usando la tabla mostrada a continuación;
Tabla 12. Tabla para calcular constates en Zieger Nichols
Fuente: [11]
Las gráficas obtenidas para determinar las constantes y de donde se extrajeron los parámetros gráficamente son:
Figura 22: Curva utilizando Zieger Nichols. Fuente: Autor
54
Resultado sintonización:
Controlador PID Kp 4 Ki 10 Kd 01
3.6 Diseño y Simulación del Control Después de obtener un modelo adecuado del sistema el siguiente paso reside en el diseño y pruebas del controlador, para esto se utilizan las herramientas del aplicativo de simulación, primero se diseña el controlador para luego hacer simulaciones y observar el desempeño del controlador y evaluar si es adecuado para la implementación.
Figura 23: Simulación del modelo en lazo abierto sin PID aplicando un paso de 1. Fuente: Autor
Se realiza la simulación del control PID, integrando la ecuación de espacio-estado obtenida anteriormente en el bloque State-Space y adicionando el bloque del controlador PID, como se observa en la siguiente figura.
55
Figura 24. Simulación PID. Fuente: Autor
A continuación se observa la respuesta de la planta ante una entrada paso con valor en 10 y con el correspondiente controlador PID.
Figura 25: Respuesta del Control PID sintonizado. Fuente: Autor.
En base a las simulaciones en las cuales se uso señales de prueba muy similares a las reales se tiene un buen grado de certeza para implementar el controlador discreto y verificar su desempeño en el proceso de pruebas requeridas en el banco de pruebas modular, en cuanto al control implementado para caudal.
56
3.6.1 Control PID para el PLC S7-1200
El controlador PID usa la siguiente fórmula para calcular el valor de salida para la PID_ Compact instruction:
� � 9: ;� ∗ = � � � >?@ ∗ A �= � � � ?B ∗ A� ∗ ?B ∗ A � > �C ∗ = � �D�EF�
y Output value x Process value
w setpoint value s Laplace operator GH Proportional gain a Derivative delay coefficient IJ Integral action time b proportional action weighting IK Derivative action time c derivative action weighting
La instrucción empleada en el programa del PLC fue la PID_ Compact instruction por que cumplía con las características del proceso a controlar.
Figura 26: Constantes PID del PLC. Fuente: Autor
57
3.7 Software del PLC, Variador e Interfaz Gráfica
de usuario
3.7.1 Estrategia para el desarrollo de la aplicació n del PLC
La lógica de control del PLC se desarrollo a partir del diseño basado en Grafcet, método de descripción de procesos gráfico que no tiene en cuenta los componentes con que va a ser construido.
Los pasos para el diseño basado en grafcet son los siguientes:
• Diagrama de flujo descriptivo del proceso secuencial
• Grafcet de accionamientos y sensores
• Diseño del sistema de control y selección de tecnologías
Figura 27. Diagrama de flujo descriptivo del proceso secuencial. Fuente: Autor
Inicio del sistema
Falla en el sistema
Despejar la falla
No
Ajustar Caudal deseado y Arrancar la bomba
Si
Regulación de Caudal
Parada
Operación Manual Operación
Falla en el sistema
Despejar la falla
Si
No
Arrancar bomba a 60 Hz
Parada
58
VFD Off, Motor Off VFD Off, Motor Off
SF Off, S1 Local, VFD Ready, Start BOP SF Off, S1 Auto, Set Point Caudal, VFD
Ready, Start HMI
VFD On, Motor On VFD On, Motor On
VFD a 60 Hz VFD Speed Set Point
VFD Running VFD Running
Stop BOP Stop HMI
Figura 28. Grafcet con accionamientos y sensores. Fuente: Autor
3.7.2 Simulación Petri Net
Petri Net Modo de Operación Manual
La Petri Net es una herramienta de modelamiento y simulación de procesos similar a los diagramas Grafect. Está conformada por estados, transiciones, arcos y token, los estados son el resultado de una o varias acciones o transiciones y los arcos son las interconexiones entre estados y transiciones; para que funcione la Petri Net es necesario adicionar un token en el estado donde inicia el proceso para que se habilite la transición que precede al estado.
A continuación se presenta la Petri Net diseñada en el software WoPed versión 3.2 para el modo de operación manual del banco de pruebas:
0
1
2
0
1
2
59
Figura 29. Diseño Petri net. Fuente: Autor
El estado inicial del banco antes de iniciar la simulación del proceso, es cuando el VFD y el Motor están apagados.
Figura 30. VFD y el Motor están apagados. Fuente: Autor
Al iniciar la simulación el token que esta en el estado inicial habilita la transición S1 Local, VFD ready, entonces para que se cumpla la transición debe colocarse el selector en manual y el variador de frecuencia debe generar la señal de ready.
Transición
Token
Estado
60
Figura 31: Sseñal de ready. Fuente: Autor
Después de cumplirse la transicion S1 Local, VFD ready el Token pasa al siguiente estado donde se habilita la frecuencia de funcionamiento del variador de frecuencia a 60 Hz y a su vez se habilita la siguiente transición Start VFD desde BOP. Para que se cumpla esta transición es necesario pulsar el boton de Start en el panel de operación básico (BOP) del variador de frecuencia.
Figura 32. VFD Running. Fuente: (el Autor)
61
Una vez arrancado el motor el variador pasa al estado Running y se habilita la última transición para parar el motor cuando sea necesario. Después de parar el motor, el token pasa nuevamente al estado inicial VFD y Motor Off para iniciar nuevamente el proceso.
Petri Net Modo de Operación Automático
A continuación se presenta el diseño de la Petri Net para el modo de operación automático:
Figura 33. VFD y Motor Off. Fuente: Autor
El estado inicial del banco de pruebas en modo automático es cuando el variador de frecuencia y el motor están apagados.
Figura 34. Modo automático. Fuente: Autor
62
Al iniciar la simulación el estado inicial habilita la transición siguiente, para que esta transición se active el selector del banco de pruebas debe colocarse en posición automático, el variador no debe tener fallas para que active la señal de ready y se debe dar Start al motor desde el HMI.
Figura 35: VFD Running y PID ON. Fuente: Autor
En este momento el variador de frecuencia y el PID que controla el caudal del banco de pruebas comienzan a funcionar, habilitando de esta manera la transición siguiente para permitir la parada del motor cuando sea necesario. Después de parar el motor el token vuelve al estado inicial para comenzar de nuevo el proceso.
La programación del PLC se realizó con el software TIA PORTAL Versión 12.0 de Siemens con Licencia de prueba por 21 días No. 10411000559130466081. A continuación se presenta el programa:
63
64
65
66
67
68
Figura 36. Diagrama de contactos (Ladder). Fuente: Autor.
3.7.3 Programación del Variador de Velocidad
La programación del variador de velocidad se realizo con las especificaciones técnicas del motor, la lógica de control del sistema y el tipo de aplicación (Bombas).
Tabla 13. Parámetros utilizados en la programación del variador de velocidad
Ítem Parámetro Descripción Ajuste Unidades
1. P100 Europa/Norte
America
[1] Norte
America, [Hp]
motor, Frecuencia
[Hz]
-
2. P290
Reacción del
Inversor a la
Sobrecarga
[0] Reduce la
frecuencia de
salida
3. P304 Rango de voltaje
del motor 220 V
4. P305
Rango de
corriente del
motor
2.6 A
5. P307 Rango de 1 Hp
69
potencia del
motor
6. P308 Cos Phi motor 0.8 -
7. P309 Eficiencia del
motor 80 %
8. P310
Rango de
frecuencia del
motor
60 Hz
9. P311
Rango de
velocidad del
motor
3600 RPM
10. P335 Refrigeración
motor
[0] Auto-
ventilado -
11. P614
Nivel de Alarma
Sobrecarga del
Motor L"7 100 %
12. P640
Factor de
sobrecarga del
motor
100 %
13. P700 Selección de la
fuente de
comandos
[2] Terminal -
14. P701 Funcion entrada
digital 0
[21] Manual/Auto -
15. P702 Funcion entrada
digital 1
[1] On/Off1 -
16. P703 Funcion entrada
digital 2
[29] Disparo
Externo
-
17. P704 Funcion entrada
digital 3
[0] Deshabilitada -
18. P731 Funcion de la
salida digital 0
[5] Falla Drive
Activa
-
70
19. P810 Fuente de
Manual/Auto
[1] DIN -
20. P1000 Selección del Set
Point de
Frecuencia
[2] Set point
Analogo
-
21. P1040 Set point MOP 60 Hz
22. P1040 Set point MOP 60 Hz
23. P1080 Frecuencia Min. 30 Hz
24. P1082 Frecuencia Max. 60 Hz
25. P1120 Tiempo rampa
aceleracion
10 Seg
26. P1121 Tiempo rampa
desaceleracion
10 Seg
27. P1200 Rearranque al
vuelo
[0] Deshabilitado -
28. P1300 Modo de control [2] V/Hz con
caracteristica
parabolica
-
Fuente: (el Autor)
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
72
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 ∗ �"N2�O1 � O2� P⁄1 � RS"S!T"
Donde,
� � MU5VUWXYZ' [⁄ M � \]X^_\_XY7XVXVX[\U`aU � 0.089 �" � �`XUaU`aUY7U � 0.000508Z" �! � �`XUXY7`UVU � 0.0014009Z" O2 � O`X[_]YaU`aUY7UXYOU O1 � O`X[_]YXY7`UVUXYOU P � VXY[_VUVUa5UU20°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 � �XW]\_VUVcZ [⁄ d ∗ _V"cZZd21.22e
Donde, _V � V_UZX7`]_Y7X`Y]IXXXYO�M
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.
2. Otro factor determinante en el El sensor de flujo tiene una exactitud de
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.
El modo automático permite programar
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:
Figura 38. Planta Didáctica antes de las modificaciones. Fuente: Autor
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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.
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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
Posibilidad de instalar Modulo de comunicación RS232Y RS485
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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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7. Anexos
1. Carta de entrega del Banco de Pruebas del Laboratorio de Mecánica.
2. Manuales de los Instrumentos instalados.
3. Manual de Operación del Sistema de Control de Caudal e
Interfaz Gráfica de Usuario en Planta Didáctica.
4. Aplicación Scada diseñada.
