PRACTICA 01

LABORATORIO DE DINMICA Y CONTROL DE PROCESOS

DINMICA Y CONTROL DE DESCARGA DE TANQUES

OBJETIVOS: Generar saltos de prueba en un sistema en lazo abierto y aprender cmo analizarlos para modelar su comportamiento dinmico.

Observar la no linealidad de los procesos.

Disear y probar un controlador proporcional para analizar los cambios en el punto de ajuste (Set Point) y contrarrestar perturbaciones.

INTRODUCCINEn las ltimas dcadas, y debido fundamentalmente al gran avance de la tecnologa digital y de la computacin, junto con las mayores exigencias del mercado en cuanto a la calidad de los productos finales, los conceptos tericos asociados a la dinmica y control de procesos, el hardware, el software, y las aplicaciones acadmicas y/o industriales, han experimentado una notable evolucin. Hoy en da, saber control de procesos involucra una masa de conocimientos tan grande que es prcticamente imposible hablar de especialistas en este rea. Para enfatizar esto y a mero ttulo de ejemplo, enumeremos simplemente algunos de los temas ms frecuentemente encontrados en la literatura y relacionados solamente con los conceptos tericos asociados a la dinmica y control de procesos: modelado matemtico; modelos continuos o discretos, deterministicos o estocsticos; simulacin dinmica; identificacin; control ptimo; control adaptable; control robusto; estimacin de estados y parmetros; control no lineal; medicin; adquisicin y tratamiento de datos; deteccin y diagnosis de fallas; anlisis de seales y filtrado ptimo; control por computadora, control distribuido; control supervisor, control estadstico; etc., etc.El control manual surgi simultneamente con los primeros procesos industriales, con un papel preponderante por parte del operador, encargado usualmente del accionamiento manual de los dispositivos de control (por ej., apertura y cierre de vlvulas; mediciones fuera de lnea de variables del proceso; etc.). El segundo nivel tuvo su auge con el desarrollo de la tecnologa digital, los sensores en lnea, las comunicaciones digitales, etc. La aparicin de los PLC (a comienzos de la dcada del 70), permiti la implementacin de los primeros controladores digitales con efectos combinados (proporcional + integral + derivativo). El desarrollo de las comunicaciones, de mejores interfaces (grficas) con el usuario, y de pequeos sistemas de cmputo (PCs), junto a la paulatina reduccin de sus costos, posibilitaron implementar algoritmos de control avanzado, sistemas de control distribuido (DCS) y de control supervisor (SCADA). Con el advenimiento de sistemas de cmputo cada vez ms potentes y con mayor capacidad de soporte de datos, se posibilit la operacin del proceso (o de la planta) en forma interrelacionada con informacin proveniente de sectores diversos de la empresa, permitiendo integrar datos provenientes de los sectores de produccin, administrativo, de mantenimiento, de ventas, etc. As, la decisin sobre la operacin de toda la empresa (incluido el proceso especfico) puede ser comandada directamente desde los niveles gerenciales. Ms aun, las decisiones pueden ser tomadas no slo ya por una empresa aislada, sino por un conjunto de empresas con un inters o una poltica productiva comn. Por ltimo, la automatizacin total, prcticamente no existe hoy en da (excepto posiblemente para aplicaciones o proyectos de poca envergadura, y relativamente aislados de otros procedimientos). Sin embargo, la tendencia es alcanzar este mximo grado de automatizacin.

Ejercicio 1: Dinmica de Descarga de Tanques

1. Comenzar la simulacin de los tanques acoplados (Gravity Drained Tanks) haciendo click en Casos de Estudio de la pantalla principal. De la lista desplegable, elegir la opcin Gravity Drained Tanks para comenzar la simulacin.

2. Para obtener los datos sobre la dinmica del proceso es necesario cambiar la salida de seal del controlador. Para el primer escaln escribir el valor 15 en la caja controller output y presionar Enter. Esto provocar un cambio en el flujo de entrada del valor actual de 20 cm3/s a 15 cm3/s. Si se hace doble click se puede elegir entre cambiar el valor, hacer que oscile o que sea una rampa. Para que el cambio sea efectivo pulsar Done.

3. Ahora observar cmo responde el proceso. Cuando la variable de medida del proceso (nivel del lquido en el tanque 2) alcance un nuevo valor estacionario pulsar el icono de pausa en la barra de herramientas para parar la simulacin. Entonces seleccionar el icono de ver e imprimir la grfica para obtener una representacin esttica de la respuesta.

4. Obtener los parmetros del sistema de primer orden: ganancia del sistema Kp, tiempo de respuesta p y tiempo muerto p. La tabla anexa es para realizar los clculos.

5. Repetir el procedimiento anterior para un segundo salto en la salida del controlador desde 15 a 10 cm3/s.

6. Los dos saltos en la salida del controlador eran del mismo tamao. Son los parmetros del modelo iguales para los dos saltos? Por qu son diferentes?

7. Pon la salida del controlador a 5 cm3/s y esperar a alcanzar el estacionario. De nuevo cambiar la salida del controlador de 5 a 10 cm3/s. Cuando se alcance el estacionario hacer un salto a 15 cm3/s. Continua realizando saltos hasta 20 y 25 cm3/s. Deja que se complete la respuesta entre cada salto.

8. Observa la respuesta en todo el rango de operacin. El cambio en la salida del controlador ha sido siempre constante en cada salto. Fue la respuesta del nivel de lquido igual para cada salto? por qu?

Nota: tSTART = instante de tiempo en el que la variable medida comienza a responder al saltotSTEP = instante de tiempo en el que comienza el salto en la variable manipulada