Control de Nivel de Tanque: Análisis y Simulación Usando Control Station, Guías, Proyectos, Investigaciones de Medición Electrónica e Instrumentación

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Instituto Tecnológico de Colima

INSTRUMENTACIÓN

Investigación y simulación

Título:

Control de nivel de un tanque

Equipo de investigación:

Sánchez Granada Briand Alfredo

Contenido

• Resumen............................................................................................................................
• Objetivo..............................................................................................................................
• Pumped Tank.....................................................................................................................
  • Ejecución y utilización de la aplicación Pumped Tank..................................................
  • Representación de los datos grabados.........................................................................
• Conclusión.........................................................................................................................

1. Barra menú: Sección donde se encuentran las opciones que controlan las principales funciones de todo el proceso de nivel del tanque, tales como ejecución y grabación de datos simulados.
2. Barra de herramientas: Sección en donde se encuentra los íconos de acceso directo a las principales herramientas para el control de nivel del tanque tales como ejecutar, paro simulación entre otros.
3. Gráfica de la variable medida del proceso: Sección en donde se presenta en forma instantánea el valor de la variable de salida del proceso, que en este caso es el nivel en metros del líquido del tanque.
4. Gráfica del porcentaje de salida del controlador: Sección en donde se presenta en forma instantánea el porcentaje de salida del controlador de la apertura de la válvula de desfogue de líquido del tanque.
5. Caudal de entrada al proceso: Cuadro de texto que indica la cantidad de litros por minuto de líquido que ingresa al tanque.
6. Caudal de perturbación (D): Cuadro de texto que indica la cantidad de litros por minuto de líquido que ingresa al tanque como perturbación.
7. Nivel del líquido del tanque (Pv): Cuadro de texto que indica el nivel en metros de líquido del tanque, es decir la variable del proceso.
8. Sensor de nivel y controlador (LC): Sección donde se podrá tener acceso al cuadro de diálogo de diseño de los controladores del proceso.
9. Porcentaje de salida del controlador (CO): Cuadro de texto que indica el porcentaje de salida del controlador sobre la señal que regula la válvula de desfogue de líquido del tanque.
10. Caudal de descarga: Cuadro de texto que indica la cantidad de litros por minuto de líquido que sale del tanque.
11. Barra de estado: Sección donde se presenta los diferentes estados de los procesos que se están ejecutando en un momento determinado, tales como el tipo de controlador utilizado o el estado de grabación.

Representación de los datos grabados

Hay una gran ventaja con este programa y es la parte de la simulación, si bien se puede obtener los valores mediante el análisis de la gráfica resulta un trabajo mayor para identificar nuestro kcr y pcr pero, mediante los parámetros del porcentaje de la salida del controlador podemos generar una lista de valores por los cuales nuestro sistema se desarrolló, mostrando la perturbación en la gráfica (figura 1.2).

Figura 1.2 Gráfica alterada por 70%, 65%, 75% y volver a 70% de la salida del controlador. Una vez realizado lo anterior, se nos muestran en el apartado de Design Tools una tabla con todos los valores que interfirieron en la perturbación de nuestra bomba para así poder realizar el análisis por medio del software y identificar la inestabilidad y la estabilidad de nuestro sistema. Con dichos valores iniciamos una operación llamada “start fitting” la cual grafica los valores arrojados en en el intervalo de tiempo que nuestro sistema se expuso a distintos porcentajes de salidas para así poder analizar mejor los parámetros de estabilidad (figura 1.3) Figura 1.3 Gráfica del comportamiento dinámico y ajustado del modelo de control de nuestro sistema.

Ya que se obtuvieron los valores de manera virtual, debemos sustituir (figura 1. y aplicar a nuestro sistema el controlador PID para así ver cómo es el nuevo comportamiento ya con los valores establecidos y verificar efectivamente se realizaron los procedimientos adecuados (figura 1.6). Figura 1.5 Configuración del controlador PID del proceso del nivel del tanque.

Figura 1.6 Desempeño del controlador PID El rudo exagerado en la gráfica del controlador de salida es debido a que la parte derivativa del controlador produce ruido que no afecta en nada a la variable medida del proceso que es el nivel del tanque. Para eliminar ese ruido se debe usar un filtro a una cierta frecuencia. El controlador PID ha logrado llevar el nivel del tanque al valor de 5 metros, tal como se muestra en el nivel del líquido del tanque (figura 1.5) el cual se tardó aproximadamente 45 segundos en pasar de 0 a 5 metros. Esto es debido a que el mismo controlador PID tarda un cierto tiempo en responder. Por último, para comprobar el desempeño del PID al rechazo a la perturbación, se cambió el valor del caudal de perturbación a 1, para observar los efecto que produce este en el tanque y como se ajusta automáticamente (figura 1.7, 1.8 y 1.9).

Figura1.9 Re nivelación después del cambio drástico. Después de un tiempo determinado vuelve al offset establecido.

Conclusión

Teniendo en cuenta lo antes analizado, lo estudiado y realizado en las materias de control e instrumentación, queda de más el comentar los distintos métodos para lograr controlar un sistema de lazo abierto o cerrado. La ventaja de todo esto resulta en la implementación que no requiera lograr. En el caso del Pumped tank, resultó de manera sencilla puesto que la realimentación se pudo controlar de manera sencilla por no ser un sistema complejo y no tratar con un sistema de temperaturas. Por otra parte la implementación de obtener los valores y las ganancias resulta más práctico cuando el software ya los brinda pero, es importante resaltar que la implementación de los métodos tanto el de Ziegler como el de por análisis mediante una señal escalón son útiles, aunque se lleguen a la misma conclusión resulta de gran utilidad conocer ambos métodos, puesto que ya en la práctica va haber ocasiones en las que no tendremos los valores requeridos y tengamos que optar por o una simulación de índole como el control Station, o realizar un análisis para generar una función de transferencia y de ahí simularlo en Matlab para identificar las constantes que se requieran, sustituir en los parámetros del método que estemos usando y así obtener los resultados de los controladores P, PI y PID.