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Simulación de un Proceso de Control de Temperatura



Partes: 1, 2

    1. Proceso a
      simular
    2. Ecuaciones del
      modelo
    3. Elemento
      primario de medición
    4. Resultados
      con acción PID
    5. Análisis
      de resultados
    6. Referencias
      Bibliográficas

    Proceso a simular.

    El presente Trabajo
    está centrado en el análisis, diseño
    e implementación de un programa de
    simulación por computadora
    para estudiar el comportamiento
    dinámico de un sistema de
    intercambio energético, en el cual se controla la temperatura
    del proceso. Para
    controlar la variable del proceso se incluye un lazo
    retroalimentado con un controlador PID. La aplicación
    específica de esta simulación es para fines
    didácticos a nivel de educación
    superior.

    El sistema propuesto toma como referencia un proceso
    industrial de calentamiento de un producto
    dentro de un tanque, mediante el vapor que circula a
    través de un tanque encamisado. Los componentes
    considerados en el esquema propuesto, son: el tanque de almacenamiento
    del producto, el tanque encamisado del vapor, el transmisor de
    temperatura del producto, controlador PID y la válvula
    como elemento final de control.

    Se consideran un conjunto de hipótesis simplificativas en la
    aplicación de los principios
    físicos que rigen los modelos
    matemáticos de cada componente. La saturación de
    las variables de
    salida se considera en todos los casos. El programa para la
    simulación se desarrolla en
    SIMULINK-MATLAB6p5®.

    El programa tiene valores
    iniciales de referencia para facilitarle al usuario su
    utilización. Los resultados de la simulación se
    presentan en tablas y gráficas. La validación del programa
    se hace en forma analítica, mas no experimental. Los valores
    obtenidos se encuentran dentro de los resultados esperados de
    acuerdo a las hipótesis
    simplificativas asumidas.

    La técnica consiste en el planteamiento de un
    conjunto de modelos matemáticos que reflejan las
    características de los componentes del sistema, isomorfos
    a los componentes de un sistema real de control de procesos y
    él mismo; luego se combinan todos estos modelos, para
    así formar uno sólo, cuya solución, (la
    evolución de las señales
    de salida o intermedias) se consigue usando la herramienta
    SIMULINK-MATLAB6p5®, considerando las alinealidades en los
    diferentes componentes tanto del sistema como del proceso,
    obteniendo por resultado la magnitud y el comportamiento en el
    tiempo de la
    variable controlada, así como el comportamiento de las
    variables intermedias de salida y/o entrada, se escogieron: 1
    "Temp. Vapor", 2 "Temp. Proceso", 3 "Temp. Transmisor", 4
    "Posición de la Válvula", 5 "Variable del Proceso",
    6 "Señal Controlada", 7 "Error", 8 "Flujo Vapor", 9
    "Acción
    Integral, Derivada y proporcional", cualquiera que quiera
    visualizarse con el scope del SIMULINK.

    Metodología.

    a) Escoger, analizar y restringir el sistema
    físico a simular, (sistema real), b) establecer el
    modelo real
    supuesto, identificando los factores dominantes que controlan el
    comportamiento del sistema real. c) establecer el modelo
    matemático, d) solucionar el modelo matemático,
    probarlo y validarlo.

    Ecuaciones del modelo.

    Se listan las ecuaciones
    descriptivas de los componentes del modelo,

    Transmisor.

    Salida del transmisor

    Saturación. Si %VP > 100% Þ %VP = 100%. Si %VP < 0% Þ %VP = 0%.

    Controlador.

    Controlador. Error E = %PA – %VP

    Acción proporcional

    Ecuación de acción integral.

    Ecuación de acción integral y
    proporcional.

    Salida del controlador (dominio de
    Laplace).

    Saturación de la salida del
    controlador.

    Si %SC > 100% entonces %SC = 100%. Si
    %SC < 0% entonces %SC = 0%

    Válvula.

    Accionador.

    Caudal controlado.

    Caso de válvula con característica
    lineal.

    Proceso.

    Tanque del encamisado de vapor.

    Tanque del proceso.

    Montaje del modelo propuesto en
    SIMULINK®.

    Proceso Completo.

    Montaje en SIMULINK®.

    Partes: 1, 2

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