231767607 Festo Mps Pa Manual de Trabajo

MPS®PA Manual de trabajo

548592 ES 12/06

Utilización prevista y convenida

Este software ha sido desarrollado y producido con el único propósito de la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de automatización de procesos continuos y de comunicación. La entidad de enseñanza y/o el estudiante deberán velar por el cumplimiento de las medidas de seguridad indicadas en el presente manual. Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por daños ocasionados a los estudiantes, a la entidad de enseñanza o a otros terceros debido a la utilización de los equipos sin fines exclusivos de enseñanza. Esta exclusión no se aplica si Festo Didactic ocasiona este tipo de daños de modo premeditado o gravemente culposo.

N° de artículo: Fecha de actualización: Autores: Redacción: Representación gráfica:

548592 12/2006 J. Helmich, ADIRO H. Kaufmann M. Linn V. Xhemajli, C. Green, T. Schwab, ADIRO

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Germany, 2007 Internet: www.festo-didactic.com e-mail: [email protected]

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Índice

Prólogo ___________________________________________________________ 7 Introducción _________________________________________________________ 8 Indicaciones de seguridad y de trabajo ____________________________________ 9 Sistema de estudio de la automatización de procesos continuos ______________ 10 Objetivos didácticos y trabajo en proyectos _______________________________ 12 Objetivos didácticos según tareas _______________________________________ 14 Componentes MPS® PA ________________________________________________ 22 Componentes según tareas ____________________________________________ 27 Sugerencias de métodos para el instructor ________________________________ 31 Estructura de los métodos para solucionar las tareas _______________________ 32 Denominación de los componentes ______________________________________ 33 Definición general ____________________________________________________ 33 Componentes eléctricos _______________________________________________ 33 Componentes neumáticos _____________________________________________ 35 Componentes de la técnica de procesos __________________________________ 36 Contenido del CD-ROM ________________________________________________ 40

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Índice

Nociones básicas de la técnica de regulación _____________________________ 1. ¿Qué es un sistema? ___________________________________________ 2. Técnica de control / Técnica de regulación _________________________ 3. Conceptos básicos de la técnica de regulación ______________________ 4. Tramos de regulación __________________________________________ 5. Identificación del tramo de regulación _____________________________ 5.1 Comportamiento dinámico ______________________________________ 6. Características del comportamiento de transmisión __________________ 6.1 Número ordinal _______________________________________________ 6.2 Constante del tiempo __________________________________________ 6.3 El modelo de tangentes de inflexión_______________________________ 7. Regulador____________________________________________________ 7.1 Comportamiento de regulación __________________________________ 7.2 Regulador de dos puntos _______________________________________ 7.3 Comportamiento de un regulador en función del tiempo ______________ 7.4 Ejecución técnica de reguladores _________________________________ 8. Funcionamiento de diversos tipos de reguladores ___________________ 8.1 Regulador P __________________________________________________ 8.2 Regulador I___________________________________________________ 8.3 Regulador PI__________________________________________________ 8.4 Regulador PD _________________________________________________ 8.5 Regulador PID ________________________________________________ 9. Optimización del ajuste de la regulación ___________________________ 9.1 Ajuste manual de los parámetros sin conocer el comportamiento del equipo ___________________________________________________ 9.2 Reglas de ajuste según Ziegler/Nichols ____________________________ 9.3 Reglas de ajuste según Chien/Hrones/Reswick _____________________ 9.4 Método según la velocidad del incremento _________________________ 10. Resumen ____________________________________________________

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41 43 44 46 48 49 50 51 52 52 53 55 55 56 58 60 61 61 62 63 64 65 66 68 69 70 71 73

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Índice

Parte A: Estación de filtración Tarea 1.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 1.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________A-5 Tarea 1.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________A-7 Tarea 1.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ________________A-9 Tarea 1.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ______________A-11 Tarea 1.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________A-13 Tarea 1.2: Medición y control Tarea 1.2.1: Línea característica del sistema válvula proporcional pres./filtro___A-17 Tarea 1.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________A-21 Tarea 1.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación______________A-29 Tarea 1.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________A-32 Tarea 1.2.5: Niveles de presión con rampa _______________________________A-36 Tarea 1.3: Regulación Tarea 1.3.1: Regulador de dos puntos___________________________________A-39 Tarea 1.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________A-41 Tarea 1.3.3: Método de optimización según Ziegler-Nichols _________________A-46

Parte B: Estación de mezcla Tarea 2.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 2.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________B-5 Tarea 2.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________B-7 Tarea 2.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ________________B-9 Tarea 2.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ B-11 Tarea 2.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones _______________________ B-13 Tarea 2.2: Medición y control Tarea 2.2.1: Línea característica del sistema de la bomba __________________ Tarea 2.2.2: Enlaces lógicos __________________________________________ Tarea 2.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ Tarea 2.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ Tarea 2.2.5: Mezclar en función de las cantidades ________________________

B-17 B-24 B-33 B-36 B-40

Tarea 2.3: Regulación Tarea 2.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ B-43 Tarea 2.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ B-45 Tarea 2.3.3: Ajuste manual de los parámetros de regulación _______________ B-50

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Índice

Parte C: Estación reactor Tarea 3.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 3.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________C-5 Tarea 3.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________C-7 Tarea 3.1.3: No procede: no hay componentes neumáticos Tarea 3.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _______________C-9 Tarea 3.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________C-11 Tarea 3.2: Medición y control Tarea 3.2.1: Línea característica del sistema calentador/fluido ______________C-15 Tarea 3.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________C-22 Tarea 3.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________C-29 Tarea 3.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________C-32 Tarea 3.3: Regulación Tarea 3.3.1: Regulador de dos puntos___________________________________C-35 Tarea 3.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________C-37 Tarea 3.3.3: Método de regulación según la velocidad del aumento __________C-43

Parte D: Estación de llenado Tarea 4.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 4.1.1: Denominación de los componentes del sistema ________________ D-5 Tarea 4.1.2: Completar el diagrama de flujo RI ____________________________ D-7 Tarea 4.1.3: Completar el esquema de distribución neumático _______________ D-9 Tarea 4.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ D-11 Tarea 4.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones _______________________ D-13 Tarea 4.2: Medición y control Tarea 4.2.1: Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba ____ Tarea 4.2.2: Enlaces lógicos __________________________________________ Tarea 4.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ Tarea 4.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ Tarea 4.2.5: Comportamiento al llenar y vaciar el depósito _________________

D-17 D-22 D-29 D-33 D-37

Tarea 4.3: Regulación Tarea 4.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ D-43 Tarea 4.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ D-45 Tarea 4.3.3: Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR)_____ D-50

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Prólogo

El sistema de enseñanza de la automatización de procesos continuos de Festo Didactic es apropiado para diversos niveles y varias actividades profesionales. Los equipos y las estaciones del sistema modular de producción mediante procesos continuos automatizados (MPS® PA) permiten estudiar aplicando los mismos criterios que se utilizan en la realidad industrial. El equipo está constituido de componentes industriales modificados con fines didácticos. La estación MPS® PA es el sistema apropiado para que sus alumnos puedan adquirir en la práctica cualificaciones profesionales fundamentales • Competencia en relaciones humanas • Competencia profesional técnica • Competencia en materia de métodos Además, los alumnos aprenderán a trabajar en equipo, estarán dispuestos a cooperar y serán capaces de organizar. En proyectos didácticos, podrán estudiar ejecutando fases reales de proyectos, entre ellas, las siguientes: • Planificación • Montaje • Programación • Puesta en funcionamiento • Funcionamiento • Optimización de parámetros de regulación • Mantenimiento • Localización de fallos

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Introducción

El presente manual es uno de los elementos que incluye el sistema de estudio de la automatización y la tecnología de procesos continuos de Festo Didactic GmbH & Co. KG. El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento profesional práctico y permite iniciarse rápidamente y de acuerdo con criterios prácticos en los trabajos de medición, control y regulación de parámetros de la técnica de procesos continuos. Cualificación práctica

En primer lugar se «aprende realizando trabajos prácticos», entendiendo los contextos válidos en un circuito de regulación. A continuación se adquieren los conocimientos necesarios para trabajar con fórmulas y efectuar los cálculos necesarios. Los circuitos de regulación y las funciones de control de las estaciones MPS® PA imitan procesos reales: mezclar, regular temperaturas, filtrar y rellenar. Se trata de procesos muy difundidos en el sector industrial. El sistema de estudio MPS® PA cubre materias de enseñanza válidas en los sectores industriales más diversos como, por ejemplo: • • • • • • •

Tendencias claras: Del control hacia la regulación

8

Abastecimiento de agua Sistemas de desagüe Industria alimentaria Industria de manipulación de productos a granel Industria química y petroquímica Industria biológica y farmacéutica Industria del papel

Reducción de los costos de los procesos, aumentar la fiabilidad de las instalaciones, cuidar de los componentes (por ejemplo, optimizando la utilización de las bombas), evaluar los datos de diagnóstico: esos son los temas importantes que pueden aprenderse de modo óptimo con el sistema de estudio MPS® PA. • Sistema modular: utilización de las estaciones de modo individual o combinándolas para obtener sistemas completos. • Sistema seguro: estudiar y trabajar en un entorno seguro. • Sistema versátil: modificación en segundos para obtener diversas variantes de accionamiento.

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Indicaciones de seguridad y de trabajo

Es imprescindible respetar las indicaciones de seguridad incluidas en los manuales de las estaciones MPS® PA. Indicaciones generales • Los aprendices y estudiantes deberán trabajar con las estaciones MPS® PA únicamente en presencia de un instructor. • Deberán respetarse las indicaciones hechas en las hojas de datos con respecto a cada uno de los componentes. Especialmente deberán considerarse todas las indicaciones de seguridad.

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Sistema de estudio de la automatización de procesos continuos

El sistema de estudio de la automatización de procesos continuos incluye una gran cantidad de medios didácticos y de cursos. Componentes principales MPS® PA

• Estación MPS® PA debidamente montada y ajustada • Sistemas de accionamiento – Caja de simulación digital/analógica con cables de conexión ® – Software Fluid Lab -PA con interface de PC EasyPort digital/analógica, cables de conexión y PC – Panel de PLC o EduTrainer con panel táctil • PC con software de programación de PLC • Unidad de alimentación eléctrica • Medios didácticos opcionales para el estudio • Herramientas • Instalación de laboratorio completa

Documentación para el estudio Manual de estudio

Bases de la técnica de control Mantenimiento de componentes y equipos neumáticos Controles lógicos programables, nivel básico

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Manuales de trabajo

Controles lógicos programables, nivel básico Regulación de temperatura, caudal y nivel de llenado

Software didáctico (Teachware) opcional

WBT (curso en la web) básico de electroneumática FluidSIM® 4.0 Neumática WBT (curso en la web) básico de control y regulación

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Sistema de estudio de la automatización de procesos continuos

Seminarios P111

Introducción a la Neumática Industrial

SP102

Neumática avanzada

E311

Introducción a controles programables

MCR

Nociones básicas de la técnica de regulación

En el plan de seminarios actualizado constan los lugares, las fechas y los precios de los seminarios. En los catálogos y en Internet constan otras ofertas didácticas. El sistema de estudio de la automatización de procesos continuos se actualiza y amplía constantemente. Los kits de transparencias, las películas, los CD-ROM y DVD, así como los libros de texto se ofrecen en varios idiomas.

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Objetivos didácticos y trabajo en proyectos

Contenidos didácticos

Los contenidos didácticos abarcan los siguientes temas: • Mecánica – Estructura mecánica de una estación • Técnica de procesos – Diagramas de flujo y documentación: lectura y redacción – Tendido de tubos para conectar componentes de la técnica de procesos continuos – Análisis de sistemas • Neumática – Tendido de tubos flexibles para conectar componentes neumáticos • Electrotécnica – Cableado correcto de componentes eléctricos • Detectores – Utilización correcta de detectores – Medición de magnitudes no eléctricas, magnitudes de las técnicas de procesos y de regulación • Técnica de regulación – Temas básicos de la técnica de regulación – Ampliación de cadenas de medición en circuitos de regulación cerrados – Análisis de tramos de regulación – Utilización de reguladores • PLC – Programación y utilización de un PLC – Estructura de un programa PLC • Puesta en funcionamiento – Puesta en funcionamiento de instalaciones de la técnica de procesos continuos – Puesta en funcionamiento de un circuito de regulación • Localización de fallos – Localización sistemática de fallos en una instalación de procesos continuos – Revisión, mantenimiento y reparación de instalaciones de procesos continuos

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Objetivos didácticos y trabajo en proyectos

Temas para el trabajo en proyectos

El sistema permite abordar los siguientes temas durante el trabajo en proyectos: • Técnica de regulación – Regulación de la presión según tramos de regulación – Regulación del caudal – Regulación de la temperatura – Tramo de regulación con compensación y constante en el tiempo – Regulación de nivel de llenado • Detección de seguridad en recipientes – Utilización de flotador con conmutador • Detectores – Medición de presión con sensor de presión y manómetro – Detector de caudal para la captación e indicación de líquidos – Utilización de detectores de nivel de llenado – Conexión de un sensor de temperatura; conversión de señales – Detección de nivel de llenado • Planificación, ejecución y documentación de modificaciones en el sistema

El hardware está compuesto por componentes industriales especialmente preparados y, además, de los equipos necesarios. La preparación metodológica del material didáctico está adaptada al hardware utilizado para el estudio. El material didáctico incluye lo siguiente: • Manual de trabajo (con tareas prácticas, indicaciones complementarias y soluciones) • Manual de estudio (nociones básicas) Los medios para la enseñanza y el estudio se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos para el uso en clase, aunque también son apropiados para el uso autodidáctico. El software incluye programas de estudio con el ordenador y software de programación para controles lógicos programables. La oferta de formación y perfeccionamiento profesional se completa con una amplia oferta de seminarios relacionados con los contenidos de los conjuntos tecnológicos didácticos.

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Objetivos didácticos según tareas

®

1.3.1

1.3.2

1.3.3

1.2.5

1.2.4

1.2.3

1.2.2

1.2.1

1.1.5

1.1.4

1.1.3

1.1.2

1.1.1

Objetivos didácticos

Tareas

MPS PA Estación de filtración

•

•

•

Examinar las instalaciones y los componentes Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación de filtración.

•

Usted puede evaluar las informaciones contenidas en la hoja de datos

•

•

•

•

Descripción del funcionamiento Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujos Usted puede leer los esquemas de distribución eléctricos

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Usted puede leer y ampliar los esquemas de distribución neumáticos

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba

•

•

Usted conoce la construcción y el •

funcionamiento de un sensor de presión Usted conoce la construcción y el funcionamiento de las válvulas de procesos continuos

•

•

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de los detectores de final de carrera

•

Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación y puede redactar una lista

•

•

de atribuciones de estos componentes

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Objetivos didácticos según tareas

®

1.2.5

1.3.1

1.3.2

1.3.3

1.2.4

1.2.3

1.2.2

1.2.1

1.1.5

1.1.4

1.1.3

1.1.2

Objetivos didácticos

1.1.1

Tareas

MPS PA Estación de filtración

•

•

•

•

•

•

•

Funcionamiento del equipo Usted puede obtener las líneas características y analizarlas

•

Usted puede redactar un programa de enlaces lógicos

•

Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de funcionamiento de un tramo de regulación Usted puede identificar el tramo de regulación y determinar el número de orden

•

Usted puede configurar un regulador •

de dos puntos y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede configurar reguladores constantes (P, PI, PID) y evaluar el comportamiento de la regulación

•

Usted puede ajustar reguladores continuos (P, PI, PID) según un método determinado, optimizarlos y

•

evaluar el comportamiento de la regulación

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Objetivos didácticos según tareas

®

2.2.4

2.2.5

2.3.1

2.3.2

2.3.3

2.2.3

2.2.2

2.2.1

2.1.5

2.1.4

2.1.3

2.1.2

2.1.1

Objetivos didácticos

Tareas

MPS PA Estación de mezcla

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Examinar las instalaciones y los componentes Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación de mezclar

•

Usted puede evaluar las informaciones contenidas en la hoja de datos

•

•

•

•

Descripción del funcionamiento Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo Usted puede leer los esquemas de distribución eléctricos

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Usted puede leer y ampliar los esquemas de distribución neumáticos

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba

•

Usted conoce la construcción y el •

funcionamiento de un detector de caudal Usted conoce la construcción y el funcionamiento de las válvulas de procesos continuos

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de los detectores de final de carrera

•

Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación y puede redactar una lista

•

•

de atribuciones de estos componentes

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Objetivos didácticos según tareas

®

2.2.3

2.2.4

2.2.5

2.3.1

2.3.2

2.3.3

2.2.2

2.2.1

2.1.5

2.1.4

2.1.3

2.1.2

Objetivos didácticos

2.1.1

Tareas

MPS PA Estación de mezcla

•

•

•

•

•

•

Funcionamiento del equipo Usted puede obtener las líneas características y analizarlas

•

Usted puede redactar un programa de enlaces lógicos

•

Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de

•

funcionamiento de un tramo de regulación Usted puede identificar el tramo de regulación

•

•

Usted puede configurar un regulador •

de dos puntos y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede configurar reguladores constantes (P, PI, PID) y evaluar el comportamiento de la regulación

•

Usted puede ajustar reguladores constantes (P, PI, PID) según un método determinado, optimizarlos y

•

evaluar el comportamiento de la regulación

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Objetivos didácticos según tareas

®

3.2.4

3.3.1

3.3.2

3.3.3

3.2.3

3.2.2

3.2.1

3.1.5

procede

3.1.4

No

3.1.2

3.1.1

Objetivos didácticos

Tareas

MPS PA Estación reactor

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Examinar las instalaciones y los componentes Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación de reactor

•

Usted puede evaluar las informaciones contenidas en la hoja de datos

•

•

•

•

Descripción del funcionamiento Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo Usted puede leer los esquemas de distribución eléctricos

•

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de un sensor de temperatura Usted conoce la construcción y el funcionamiento de una calefacción Usted conoce la construcción y el funcionamiento de una mezcladora

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de los detectores de final de carrera Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación y puede redactar una lista

•

•

de atribuciones de estos componentes

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Objetivos didácticos según tareas

®

3.2.3

3.2.4

3.3.1

3.3.2

3.3.3

3.2.2

3.2.1

3.1.5

procede

3.1.4

No

3.1.2

Objetivos didácticos

3.1.1

Tareas

MPS PA Estación reactor

•

•

•

•

•

Funcionamiento del equipo Usted puede obtener las líneas características y analizarlas

•

Usted puede redactar un programa de enlaces lógicos

•

Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de

•

funcionamiento de un tramo de regulación Usted puede identificar el tramo de regulación

•

Usted puede configurar un regulador •

de dos puntos y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede configurar reguladores

•

constantes (P, PI, PID) y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede ajustar reguladores constantes (P, PI, PID) según un método determinado, optimizarlos y

•

evaluar el comportamiento de la regulación

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Objetivos didácticos según tareas

®

4.2.4

4.3.1

4.3.2

4.3.3

4.2.3

4.2.2

4.2.1

4.1.5

4.1.4

4.1.3

4.1.2

4.1.1

Objetivos didácticos

Tarea

MPS PA Estación de llenado

•

•

•

•

Examinar las instalaciones y los componentes Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación de llenado

•

Usted puede de evaluar las informaciones contenidas en la hoja de datos

•

•

•

•

Descripción del funcionamiento Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo Usted puede leer los esquemas de distribución eléctricos

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Usted puede leer y ampliar los esquemas de distribución neumáticos

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba

•

Usted conoce la construcción y el •

funcionamiento de un detector de nivel de llenado Usted conoce la construcción y el funcionamiento de las válvulas de procesos continuos

•

•

•

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de los detectores de final de carrera

•

Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación y puede redactar una lista

•

•

•

de atribuciones de estos componentes

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Objetivos didácticos según tareas

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4.2.3

4.2.4

4.3.1

4.3.2

4.3.3

4.2.2

4.2.1

4.1.5

4.1.4

4.1.3

4.1.2

Objetivos didácticos

4.1.1

Tareas

MPS PA Estación de llenado»

•

•

•

•

•

Funcionamiento del equipo Usted puede obtener las líneas características y analizarlas

•

Usted puede redactar un programa de enlaces lógicos

•

Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de

•

funcionamiento de un tramo de regulación Usted puede identificar el tramo de regulación

•

Usted puede configurar un regulador •

de dos puntos y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede configurar reguladores constantes (P, PI, PID) y evaluar el comportamiento de la regulación

•

Usted puede ajustar reguladores constantes (P, PI, PID) según un método determinado, optimizarlos y

•

evaluar el comportamiento de la regulación

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Componentes de MPS® PA

En la tabla siguiente se muestran los símbolos de los componentes utilizados en las estaciones MPS® PA, tal como constan en los esquemas de distribución. No todos los componentes corresponden a todas las tecnologías, por lo que las aplicaciones que no corresponden aparecen sombreadas. Componente

Símbolo

Símbolo

Símbolo: Diagrama de flujo /

eléctrico

neumático

Punto de medición

Bomba P201 M

Flotador con conmutador

LA+ 210

Punto de medición de nivel de llenado Detector de posición capacitivo

LS+ 201 Punto de medición de nivel de llenado Comparador

a

Unidad de control del motor

a

Depósito redondo

B201

Depósito rectangular B101

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Componentes de MPS®PA

Componente

Símbolo eléctrico

Símbolo neumático

Unidad de filtro y regulador, con válvula de cierre

Símbolo Diagrama de flujo

3

Válvula manual

V402

Válvula doble de regulación

V112

Válvula de bola de 3 vías con actuador giratorio neumático

V106 1-4A1 a

1-2A1

Corredera con actuador lineal neumático

V102

Compuerta con actuador giratorio neumático

1-3A1

V103 R304

Módulo de mezcladora

M

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Componentes de MPS® PA

Componente

Símbolo eléctrico

Símbolo neumático

Símbolo Diagrama de flujo

Válvula reguladora de presión

Sensor de presión

PIC P

1

BN

U

4

I

2

BK RU WH RI

3

BU

101 Punto de medición de la presión

Válvula proporcional reguladora de presión a

IST SOLL

E P

PROP_V

2

3 1

Electroválvula de 5/2 vías

2-3V1

Filtro

F101

Válvula de bola de 2 vías con actuador giratorio neumático

2-3A1 Cuerpo flotante, detector de caudal (mecánico)

V203

FI 202 Punto de medición del caudal

Detector de caudal, tipo 2 (eléctrico)

FIC 201 Punto de medición del caudal

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Componentes de MPS®PA

Componente

Símbolo eléctrico

Símbolo neumático

Símbolo Diagrama de flujo

Convertidor frecuencia/tensión

a

Calefacción

W303

Sensor de temperatura

TIC 301 Punto de medición de la temperatura

Convertidor de temperatura/tensión

a

Detector analógico de ultrasonido

LI 403

Punto de medición del nivel de llenado Electroválvula de 2/2 vías

V403 Unidad de tope

Cinta de transporte

a

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Componentes de MPS® PA

Componente

Símbolo eléctrico

Símbolo neumático

Símbolo Diagrama de flujo

Limitador de la intensidad de arranque del motor de la cinta de transporte

Detector de reflexión directa

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Componentes según tareas

®

1.1.4

1.1.5

1.2.4

1.2.5

1.3.1

1.3.2

1.3.3

•

•

•

•

Flotador con conmutador, montaje lateral

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Detector de posición capacitivo

•

•

•

•

•

•

Comparador

•

•

•

•

•

•

Terminal analógico

•

•

•

•

•

•

•

•

Terminal de E/S

•

•

•

•

•

•

•

•

Control del motor

•

•

•

•

•

Depósito rectangular

•

•

•

•

•

•

•

•

Conexión de tubos

•

•

•

•

•

•

•

•

Unidad de filtro y regulador, con válvula de cierre

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Válvula doble de regulación

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Válvula de bola de 3 vías con actuador giratorio neumático

•

•

•

•

•

Corredera con actuador lineal neumático

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Módulo de mezcladora

•

•

•

•

•

•

•

•

Válvula reguladora de presión

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Sensor de presión

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Válvula proporcional reguladora de presión

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Electroválvula de 5/2 vías

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Filtro

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

la tapa

Compuerta con actuador giratorio neumático

®

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1.2.3

1.1.3

•

Flotador con conmutador, montaje en

1.2.2

1.1.2

Bomba

Componente

1.2.1

1.1.1

Tareas

MPS PA Estación de filtración

•

•

27

Componentes según tareas

®

2.3.2

2.3.3

2.2.1

2.3.1

2.1.5

2.2.5

2.1.4

•

•

•

•

•

Flotador con conmutador, montaje lateral

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Detector de posición capacitivo

•

•

•

•

•

Comparador

•

•

•

•

•

Terminal analógico

•

•

•

•

•

•

Terminal de E/S

•

•

•

•

•

Control del motor

•

•

•

•

Depósito rectangular

•

•

•

Depósito redondo

•

•

Conexión de tubos

•

•

la tapa

2.2.4

2.1.3

•

Flotador con conmutador, montaje en

2.2.3

2.1.2

Bomba

Componente

2.2.2

2.1.1

Tareas

MPS PA Estación de mezcla

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Válvula manual Unidad de filtro y regulador, con válvula de cierre

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Válvula de bola de 2 vías con actuador giratorio neumático

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Detector de caudal tipo 2 (eléctrico)

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Convertidor frecuencia/tensión

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Detector de caudal flotante (mecánico)

28

•

®

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Componentes según tareas

®

•

•

•

•

•

•

•

•

Detector de posición capacitivo

•

•

•

•

Comparador

•

•

•

•

Terminal analógico

•

•

•

•

•

Terminal de E/S

•

•

•

•

Control del motor

•

•

•

Depósito rectangular

•

•

Conexión de tubos

•

Módulo de mezcladora

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Calefacción

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Sensor de temperatura

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Convertidor temperatura/tensión

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Flotador con conmutador, montaje en la tapa

®

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No

3.3.3

Flotador con conmutador, montaje lateral

3.3.2

•

3.3.1

•

3.2.4

•

3.2.3

3.1.5

•

3.2.2

3.1.4

Bomba

Componente

3.2.1

3.1.2

procede

3.1.1

Tareas

MPS PA Estación reactor

•

29

Componentes según tareas

®

4.3.3

4.2.1

4.3.2

4.1.5

4.3.1

4.1.4

4.2.4

4.1.3

4.2.3

4.1.2

4.2.2

4.1.1

Tareas

MPS PA Estación de llenado

Bomba

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Flotador con conmutador, montaje lateral

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Detector de posición capacitivo

•

•

•

•

•

•

Comparador

•

•

•

•

•

•

Terminal analógico

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Terminal de E/S

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Control del motor

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Depósito rectangular

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Depósito redondo

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Conexión de tubos

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Válvula manual

•

•

•

•

•

•

•

Válvula doble de regulación

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Componente

Flotador con conmutador, montaje en la tapa

Detector analógico de ultrasonido

•

•

•

•

•

Electroválvula de 2/2 vías

•

•

•

•

•

Clasificador neumático

•

•

•

•

•

•

Cinta de transporte (2 tramos parciales) Limitador de la intensidad de arranque del motor de la cinta de transporte Detector de reflexión directa

30

•

®

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Sugerencias de métodos para el instructor

• Objetivos didácticos La meta didáctica general del presente manual de estudio consiste en la redacción sistemática de esquemas de distribución para la técnica de medición, control y regulación, así como la utilización práctica de sistemas de la técnica de control y regulación en una estación MPS® PA. Esta reciprocidad de teoría y práctica garantiza un eficiente progreso en los estudios. Las metas didácticas concretas constan en la tabla. Cada una de las metas didácticas individuales está atribuida a una tarea. Las metas didácticas importantes se expresan en forma de pregunta de entendimiento. • Duración El tiempo necesario para solucionar las tareas depende de los conocimientos previos del estudiante. Tratándose de aprendices del sector del metal o de la electricidad: aproximadamente una semana por cada estación MPS®PA. Tratándose de estudiantes de carreras técnicas superiores o de ingeniería: aproximadamente dos hasta tres días por estación MPS®PA. • Estaciones del sistema de estudio de la automatización de procesos continuos Los contenidos del manual de trabajo y de las estaciones MPS®PA del sistema de estudio de la automatización de procesos continuos se corresponden. Para solucionar las tareas se necesitan las estaciones MPS®PA y la variante de control que corresponda.

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31

Estructura de los métodos para solucionar las tareas

Todas las tareas tienen la misma estructura metodológica. Las tareas están clasificadas de la siguiente manera: • Título • Objetivos didácticos • Explicación de la tarea • Condiciones generales • Preguntas de entendimiento Y, además: • Tarea a solucionar en el proyecto • Plano de distribución • Hojas de trabajo Las soluciones propuestas se clasifican de la siguiente manera: • Descripción de la solución • Línea característica modelo Estas soluciones constan en el manual de soluciones incluido.

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Denominación de los componentes

Definición general

Todos los aparatos eléctricos de una estación MPS®PA están identificados en el esquema de distribución eléctrico. Tratándose de componentes sin función eléctrica (por ejemplo, la válvula manual), la identificación se rige por el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI).

Componentes eléctricos

La denominación de los componentes en los esquemas de distribución se rige por la norma DIN/EN61346-2. Tipo de componente Actuadores (actuadores de regulación, bobinas, motores eléctricos,

Letra de identificación M

motores lineales) Diodo

R

Contactor auxiliar

K

Borne, bloque de bornes, regleta de bornes

X

Condensador

C

Disyuntor, seccionador de circuito

Q

Transistor de potencia

Q

Indicador (mecánico, óptico, acústico)

P

Relé

K

Tubos, semiconductores Relé (de carga)

Q

Detectores en general, detectores de posición, detectores de

B

aproximación, sensores de posición, etc. Fusible

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F

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Denominación de los componentes

Ejemplo de esquema de distribución eléctrico: MPS® PA Estación de mezcla, salidas

34

®

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Denominación de los componentes

Componentes neumáticos

La denominación de los componentes incluidos en los esquemas de distribución se rige por la norma DIN ISO 1219-2. Todos los componentes tienen la misma cifra principal de identificación. Dependiendo del componente, se agregan letras. Si en el esquema se incluyen varios componentes iguales, éstos son numerados correlativamente. Los ramales de presión son identificados con P y se numeran correlativamente por separado. Actuadores: Válvulas: Detectores: Entrada de señales: Accesorios: Ramales de presión:

1A1, 2A1, 2A2, ... 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ... 1B1, 1B2, ... 1S1, 1S2, ... 0Z1, 0Z2, 1Z1, ... P1, P2, ...

Ejemplo de esquema de distribución neumático. MPS® PA Estación de filtración

El código de identificación de los componentes neumáticos contiene adicionalmente el número "1-... ... ..." delante del número del circuito, la identificación del componente y el número del componente.

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Denominación de los componentes

Componentes de la técnica de procesos

V206

La denominación de estos componentes incluidos en el diagrama RI se realiza según las normas EN ISO 10 628 y DIN 19227-1.

LA+

V205

LA+

210

V204

LA+

211

212

FI 202

LS+ 201 B201

LS202

B202

LS-

LA+

205

213

FIC

B203

LS-

LS+

B204

201

V207

204

203

LS206

V208

V201

V202

V203 P201 M

V210

V209 V211

X201

P202

X202

M

Ejemplo de diagrama de flujo RI. MPS® PA Estación de mezcla

Norma EN ISO 10 628

36

La estructura y el funcionamiento de una instalación de técnica de procesos se representa mediante un diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (abreviación: diagrama de flujo RI). Los equipos como recipientes, bombas, intercambiadores térmicos, etc., están definidos en la norma EN ISO 10 628.

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Denominación de los componentes

Identificación de componentes de la técnica de procesos

Aparatos y máquinas

Letra de identificación

Parte de las instalaciones o máquina, siempre y cuando no esté clasificada en uno de los grupos siguientes

A

Recipiente, depósito, tanque, silo

B

Reactor químico

C

Generador de vapor, generador de gas, horno

D

Aparato de filtración, filtro de líquidos, tamiz, separador

F

Engranaje

G

Sistema de elevación, avance, transporte

H

Columna

K

Motor eléctrico

M

Bomba

P

Mezcladora, tolva con mezcladora, agitadora, amasadora

R

Centrifugadora

S

Secador

T

Compresor, bomba de vacío, ventilador

V

Intercambiador térmico

W

Equipo dosificador, distribuidor, otro tipo de aparatos

X

Sistema de accionamiento, exceptuando motor eléctrico

Y

Máquina trituradora

Z

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Denominación de los componentes

Norma DIN19227-1

Lic

Además de los componentes del equipo, el diagrama de flujo RI también incluye zonas de técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación (zonas EMCR) según la norma DIN 19227-1. Estas zonas se representan mediante un círculo EMCR y se identifican con una letra (A-Z) y un número de identificación. En la parte superior del círculo EMCR se incluyen las letras de identificación y en la parte inferior aparece la numeración. El orden de las letras se explica por la siguiente tabla de identificación EMCR según DIN 19227-1.

Ejemplo:

L

I

C

Primera letra

Letra complementaria

Primera letra sucesiva

Nivel de llenado

Indicación

Regulación automática

El sistema de identificación para las zonas EMCR puede elegirse libremente. Pero es recomendable realizar una numeración sucesiva, ya que habiendo varios puntos de medición de la misma magnitud, el esquema debe incluir únicamente una identificación por zona EMCR. Para recibir más informaciones, por favor consulte la norma DIN 19227, parte 1.

38

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Denominación de los componentes

Letras identificadoras de EMCR según DIN 19227-1 Magnitud de medición u otra magnitud de entrada, actuador regulador Letra Primera letra

Letra complementaria

A

«Utilización de las letras sucesivas en el siguiente orden: O,I,R,C,S,Z,A" Indicación de fallo

B C

Regulación automática

D

Densidad

Diferencia

E

Magnitudes eléctricas

F

Caudal, paso

G

Distancia, longitud, posición

H

Entrada a mano, intervención manual

Función receptora Relación

Valor límite superior (high)

I

Indicación

J

Consulta de puntos de medición

K

Tiempo

L

Situación (también, capa separadora)

M

Humedad

Valor límite inferior (low)

N O P Q

Indicación visual, indicación de sí/no Presión Características del material, niveles de

Integral, suma

calidad R

Magnitudes de radiación

S

Velocidad, revoluciones, frecuencias

Registro Conmutación, control de secuencias y de enlaces

T

Temperatura

Función de conversión de resultados de medición

U

Magnitudes compuestas

Función compuesta de accionamiento

V

Viscosidad

Función de aparatos reguladores

W

Peso, masa

X

Otras magnitudes

Y

Función de cálculo

Z

Intervención de emergencia, protección contra activación, sistema de protección, notificación de relevancia para la seguridad

+

Valor límite superior

/

Valor intermedio

-

Valor límite inferior

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Contenido del CD-ROM

En el CD-ROM incluido se ofrecen medios didácticos adicionales. El contenido del manual de trabajo se ofrece en formato PDF. Estructura del CD-ROM: • • • •

Introducción Tareas Nociones básicas de la técnica de regulación Soluciones

Los manuales, las instrucciones, las hojas de datos y los esquemas de distribución de las estaciones MPS® PA están incluidas en el CD-ROM titulado «Documentación técnica de las estaciones MPS® PA».

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Nociones básicas de la técnica de regulación

Extractos del texto del manual de trabajo titulado «Regulación de temperatura, caudal y nivel de llenado» (n° de artículo 170 677). En las máquinas o equipos tienen que ajustarse frecuentemente magnitudes como presión, temperatura, caudal o nivel de llenado en función de unos valores previamente definidos. Además, estos valores no deberán cambiar si se producen perturbaciones. Esta tarea la asumen los sistemas de regulación. La técnica de regulación se refiere a todos los asuntos que están relacionados con esta tarea. Para que un regulador reciba una señal eléctrica correspondiente a la magnitud a regular, primero es necesario recibir y convertir esa señal. A continuación, el regulador debe comparar el valor de la señal recibida con el valor previamente definido. Si constata una diferencia, deberá definirse de qué modo debe reaccionar el equipo. Finalmente, debe encontrarse un lugar apropiado en el equipo, para que la regulación de la magnitud correspondiente sea eficiente (por ejemplo, el regulador de una calefacción). Para decidir el lugar de montaje, es necesario saber cómo funciona el equipo. El técnico a cargo de los sistemas de regulación debe cumplir las siguientes tareas: • Identificar el tramo de regulación • Definir la magnitud a regular • Definir el lugar de la medición • Determinar la magnitud perturbadora • Seleccionar el actuador regulador • Comprobar si la regulación ofrece ventajas de relevancia • Seleccionar el aparato de regulación apropiado • Efectuar el montaje de los reguladores respetando las disposiciones y normas del caso • Encargarse de la puesta en funcionamiento, parametrización y optimización de la solución

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Nociones básicas de la técnica de regulación

Valor nominal

Al regular, el valor a regular deberá mantenerse en función de un valor nominal o deberá corresponder al cambio de valores previsto. Este valor predeterminado se llama valor nominal.

Valor real

La necesidad de regular un valor es propia de equipos y máquinas utilizados en los más diversos sectores industriales. La magnitud que debe regularse se llama valor real. Los valores reales a regular pueden ser, por ejemplo, los siguientes: • La presión de un acumulador neumático • La presión de una prensa hidráulica • La temperatura en un baño de galvanización • El caudal de un agente refrigerante en un intercambiador térmico • La concentración de una substancia química en un reactor • La velocidad del avance de un actuador accionado eléctricamente en una máquina herramienta

Valor de regulación

El valor de regulación puede influenciarse en cualquier tipo de equipo. Modificándolo es posible regular el valor real de tal modo que corresponda al valor nominal. La magnitud que produce tal cambio se llama valor de regulación. Los valores de regulación pueden ser, por ejemplo, los siguientes: • La posición del estrangulador de aire de salida de un acumulador de aire comprimido • La posición de la válvula hidráulica reguladora de presión • La tensión puesta en la calefacción eléctrica de un baño de galvanización • La posición del estrangulador en un conducto de agente refrigerante • La posición de la válvula en el conducto de alimentación de substancias químicas • La tensión en el rotor de un motor de corriente continua

Tramo de regulación

Entre el valor nominal y el valor real existen complejas relaciones. Estas relaciones se explican por su dependencia recíproca. La parte que interesa para la regulación y que incide en los procesos físicos, se llama tramo de regulación.

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Nociones básicas de la técnica de regulación

1. ¿Qué es un sistema?

Esa parte de un equipo (por ejemplo, el tramo de regulación) se resume en un sistema. Un sistema tiene, por lo menos, una magnitud de entrada y una de salida. Su comportamiento está determinado por la dependencia recíproca existente entre el valor de salida y el valor de entrada. Este comportamiento entre dos o varias magnitudes suele poder describirse mediante ecuaciones matemáticas, partiendo de las leyes fundamentales de la física. Estas dependencias físicas recíprocas también pueden determinarse empíricamente mediante experimentos. Los sistemas se representan en forma de bloque, con indicación de las magnitudes de entrada y de salida. Magnitud de entrada

Sistema

Magnitud de salida

Representación de un sistema en bloque Ejemplo

La temperatura de un baño de agua debe mantenerse a un nivel constante. El baño de agua se calienta mediante una espiral tubular por la que fluye vapor. El flujo del vapor puede ajustarse mediante una válvula reguladora. El tramo de regulación está determinado, en este caso, por la posición de la corredera de la válvula y la temperatura del baño de agua. De esta manera se obtiene un valor nominal que es la temperatura del agua y un valor real que es la posición de la corredera de la válvula (ver gráfica siguiente).

agua Vapor válvula reguladora espiral de calefacción

Tramo de regulación en un baño de agua En el sistema se ejecutan varios procesos parciales: • La posición de la corredera de la válvula incide en el caudal del vapor a través de la espiral tubular de calefacción. • El caudal de vapor determina la capacidad de calentamiento en el agua. • La temperatura del agua aumenta si la potencia calorífica es mayor que las pérdidas de calor. Disminuye si la potencia calorífica es menor que la pérdida de calor. • El conjunto de los procesos parciales determina la relación que se busca entre el valor de entrada y el de salida.

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43

Nociones básicas de la técnica de regulación

2. Técnica de control / Técnica de regulación

Una vez definido el concepto de «sistema», deben comentarse las definiciones válidas en la técnica de regulación, según las establecen las normas. Para entender el significado de la técnica de regulación, es recomendable explicar primero la diferencia entre los conceptos «controlar» y «regular».

Controlar

Según la norma alemana DIN 19226, el control se refiere al proceso que se produce en un sistema si una magnitud de entrada (o varias) ejerce una influencia en las magnitudes de salida en concordancia con las peculiaridades del sistema. La operación de controlar se caracteriza por el carácter abierto de sus procesos, lo que significa que la magnitud de salida no ejerce efecto alguno sobre la magnitud de entrada.

Ejemplo

El caudal volumétrico se ajusta modificando la posición del estrangulador. Suponiendo una presión previa constante, el caudal depende directamente de la posición del estrangulador. Esta relación entre la posición de la corredera del estrangulador y el caudal volumétrico puede determinarse mediante ecuaciones físicas o empíricamente mediante experimentos. Según la definición anterior, así se obtiene un sistema llamado «válvula» con una magnitud de salida (caudal) y una magnitud de entrada (posición de la corredera). (Ver gráfica siguiente).

l/h

Presión previa p [bar]

Aparato de medición

Válvula reguladora

Volumenstrom 3 V [m /s]

Control del caudal volumétrico Este sistema se puede controlar modificando la posición de la corredera. De esta manera se puede ajustar el caudal volumétrico. Pero si varía la presión delante del estrangulador, también varía el caudal. Tratándose de un sistema controlado de carácter abierto, en ese caso es necesario corregir regulando a mano. Si se desea que esta operación de corrección se produzca automáticamente, es necesario regular el sistema.

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Nociones básicas de la técnica de regulación

Regular

Según la norma DIN 19226, la regulación de un proceso dentro de un sistema es una operación en la que la magnitud a regular (valor real) se detecta ininterrumpidamente para compararla con la magnitud previamente definida (valor nominal). Dependiendo del resultado de esta comparación, se modifica la magnitud de entrada del sistema de tal manera que la magnitud de salida coincida con el valor previamente definido, sin importar si se producen perturbaciones en el sistema. Debido a esta retroacción se trata de un sistema cerrado. Esta definición teórica puede explicarse recurriendo al ejemplo del ajuste del caudal volumétrico.

Diferencia de regulación Ejemplo

El caudal volumétrico, siendo el valor real de salida, deberá mantenerse al nivel del valor nominal. Para ello, primero se efectúa una medición y la señal de medición se transforma en una señal eléctrica. Esta señal se envía al regulador y allí se produce la comparación con el valor nominal previamente determinado. Esta comparación se obtiene substrayendo los valores medidos del valor nominal. El resultado es la diferencia de regulación.

Actuador regulador

Para poder modificar automáticamente la posición de la corredera en función de la diferencia de regulación, es necesario disponer de un motor eléctrico o de una válvula proporcional. Con ellos se regula la magnitud necesaria. El componente necesario para realizar el ajuste se llama actuador regulador (ver gráfica siguiente). Presión previa p [bar]

Actuador regulador

Unidad de medición

Caudal volumétrico 3 V [m /s]

M valor real valor nominal a

Regulación del caudal volumétrico A continuación, el regulador envía una señal a este actuador regulador, en función de la diferencia de regulación. Si la diferencia negativa es considerable, es decir, si el valor medido del caudal es superior al valor del caudal definido previamente (valor nominal), la válvula cierra el paso correspondientemente. Si la diferencia positiva es considerable, es decir, si el valor medido es menor al valor nominal, la válvula se abre lo necesario. La regulación de la magnitud de salida no suele ser óptima: • Si la operación de regulación es rápida y grande, se produce una excitación demasiado grande en la entrada, por lo que el caudal oscila en la salida. • Si la operación de regulación es lenta y débil, el valor de salida se adaptará sólo aproximadamente al valor nominal. Además, cada sistema tiene su propio tramo de regulación y, por lo tanto, la estrategia de regulación debe variar de caso en caso. Los sistemas que reaccionan

®

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Nociones básicas de la técnica de regulación

con retardo, deben regularse cuidadosamente y con previsión. Dicho esto, queda claro cuáles son los problemas que debe solucionar el experto en técnicas de regulación. Si para ajustar la magnitud en un equipo es necesario diseñar un sistema de regulación, deberán tenerse en cuenta los siguientes criterios: • Definir la magnitud a regular (definiendo así el tramo de regulación) • Definir el comportamiento del tramo de regulación • Encontrar la estrategia apropiada en función del tramo de regulación (considerar el comportamiento del sistema constituido por el regulador) • Seleccionar los aparatos de medición y los actuadores de regulación apropiados

3. Conceptos básicos de la técnica de regulación

En el capítulo 2 se explicó la diferencia entre el control y la regulación recurriendo al ejemplo del ajuste del caudal volumétrico mediante un estrangulador. Además, con ese mismo ejemplo, se explicó el principio básico de la regulación y se ofreció una introducción a los conceptos básicos de la técnica de regulación. A continuación se explicarán más detalladamente los conceptos básicos de la regulación.

Magnitud «x» de regulación

La finalidad de un sistema de regulación consiste en mantener un valor al nivel de otro valor, previamente definido. Esta magnitud a regular se llama magnitud «x» de regulación. En nuestro ejemplo, se trata del caudal.

Señal de regulación «y»

La regulación automática sólo puede funcionar si en la máquina o en el equipo existe la posibilidad de modificar el valor a regular. La magnitud que permite regular el valor es la señal de regulación «y». En el caso del ejemplo de la regulación del caudal, se trata de la corriente de accionamiento de la bobina de la válvula reguladora.

Valor de interferencia «z»

En cualquier tramo de regulación se producen interferencias. Son precisamente estas transferencias que, en muchos casos, exigen la operación de regulación. En el ejemplo aquí descrito, la oscilación de la presión de entrada modifica el caudal si se mantiene inalterada la posición del estrangulador, por lo que resulta necesario efectuar el correspondiente ajuste de la posición de la corredera. Estas interferencias se llaman valores de interferencia «z». El tramo de regulación es aquella parte de la máquina o del equipo regulado, en la que debe mantenerse el valor real al nivel del valor nominal. El tramo de regulación puede representarse en el sistema, considerando que el valor real nominal es el valor de salida y el valor real es el valor de entrada. Al regular el caudal, el tramo de regulación está constituido por el sistema de tubos y la válvula.

Valor nominal «w»

La magnitud «w» es el valor nominal al que debe adaptarse el valor a regular. El valor nominal indica el valor previamente definido. El valor nominal puede

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Nociones básicas de la técnica de regulación

mantenerse constante en el transcurso del tiempo, aunque también puede variar. El valor a regular se llama valor real. Diferencia de regulación «xd»

La comparación entre el valor nominal y el valor real redunda en la diferencia de regulación «xd». Esta diferencia se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula: xd = e = w- x

Comportamiento de regulación

El comportamiento de regulación se refiere a la forma en la que reacciona el tramo de regulación al modificar los valores de entrada. La determinación del comportamiento del tramo de regulación es la finalidad de la técnica de regulación.

Regulador

El regulador tiene la función de acercar el valor real lo más posible al valor nominal. En el regulador se efectúa constantemente una comparación entre los dos valores. A raíz de esta comparación y considerando el comportamiento de la regulación, se determina y emite la señal de regulación. Diferencia de regulación «xd»

Valor real «x» (Istwert)

+

Señal de Comportamiento regulación «y» de regulación (algoritmo)

Valor nominal «w» (Sollwert)

Funcionamiento básico del regulador

Actuador regulador y accionamiento regulador

El actuador regulador modifica el valor a regular. El actuador regulador suele ser accionado por una unidad de accionamiento. Esta unidad siempre es necesaria si el regulador no es capaz de accionar directamente al actuador regulador. En el ejemplo de la regulación del caudal, el actuador regulador es la válvula.

Unidad de medición

Para que el regulador conozca el valor a regular (valor real), es necesario que dicho valor sea captado por una unidad de medición (sensor, detector, convertidor de valores de medición), que la señal correspondiente sea convertida en una magnitud física que se transmita a la entrada del regulador para que éste pueda procesarla.

Circuito de regulación

El circuito de regulación contiene todos los componentes de un circuito cerrado, necesarios para obtener un sistema de regulación automática. Tramo de regulación

Valor real «x» (Istwert)

Señal de regulación «y»

Regulador Valor nominal «w» (Sollwert)

Circuito de regulación representado en bloques

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Nociones básicas de la técnica de regulación

4. Tramos de regulación

El tramo de regulación es aquella parte de la máquina o del equipo en la que debe conseguirse que el valor real se ajuste al valor nominal, lo que significa que las señales de regulación deben compensar los valores de interferencia. En un tramo de regulación, el valor real no es el único valor de entrada, ya que los valores de interferencia también son valores de entrada. Para definir un regulador en función del tramo de regulación, primero debe conocerse el comportamiento del tramo de regulación. Al técnico especializado en la regulación no le interesa el funcionamiento técnico del tramo de regulación; únicamente le interesa el comportamiento del sistema.

Comportamiento de un sistema en función del tiempo

En la técnica de regulación, el comportamiento del sistema en función del tiempo es especialmente importante (este comportamiento se denomina también comportamiento dinámico). Se trata del tiempo en el que cambia el valor de salida (valor real) al cambiar los valores de entrada. Durante este tiempo, es importante el comportamiento del sistema al producirse los cambios de las señales de regulación. El técnico especializado en regulación siempre debe saber que prácticamente todos los sistemas tienen un marcado comportamiento dinámico.

Ejemplo

En el ejemplo del baño de agua, la regulación de la válvula que controla el paso de vapor no provoca un cambio inmediato del valor real correspondiente a la temperatura. La temperatura del agua más bien se adapta lentamente hasta alcanzar el nuevo valor que se debe mantener. El comportamiento de este tramo de regulación es el comportamiento propio de un depósito de líquido (ver gráfica siguiente).

Posición de a válvula

Baño de agua

Temperatura del baño de agua

Posición de la válvula [%]

100 50

Tiempo t Temperatura del baño de agua [°C] 80 70 60 50 40

Tiempo t

Comportamiento del tramo de regulación «Baño de agua» en función del tiempo

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Nociones básicas de la técnica de regulación

5. Identificación del tramo de regulación

Para seleccionar el regulador más apropiado, es necesario conocer el comportamiento del tramo de regulación en función del tiempo. Sólo así se puede conocer el dinamismo del tramo y, por lo tanto, únicamente en ese caso puede definirse el ajuste del regulador. La determinación del comportamiento del tramo de regulación en función del tiempo se realiza mediante la respuesta gradual del tramo. Tratándose de tramos con respuesta retardada, tal como sucede en el caso de un acumulador de energía, se aplica la tangente o la tangente en el punto de inflexión (en caso de producirse varios retardos) para determinar la constante del tiempo del tramo.

Respuesta gradual o función La reacción de un sistema a una señal de entrada gradual se llama respuesta transitoria gradual. Si esta respuesta se relaciona con la altura de la señal de entrada gradual (representación normalizada), se trata de una función transitoria del sistema. En este caso se supone que durante la fase de transición el margen lineal se mantiene en función del punto de trabajo y que el sistema se mantuvo junto al punto de trabajo antes de iniciarse el experimento, es decir, estando en estado estacionario. En el siguiente esquema se explica este proceso.

Señal de entrada Y (t) Y

Sistema técnico

y (t) = Y (t) - Y0

Señal de salida X (t) X

∆y

x (t) = X (t) - X0 X0

Y0 t

t

Determinación empírica de la respuesta gradual x(t)

X0, Y0 y h(t) =

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– Valores correspondientes a los puntos de trabajo – Altura de la respuesta gradual de la señal de entrada y(t) x(t) ∆y

– Función transitoria

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Nociones básicas de la técnica de regulación

5.1 Comportamiento dinámico Esta descripción de un sistema también se denomina comportamiento dinámico. En la siguiente gráfica se explican las relaciones correspondientes. En este caso, se amplía repentinamente la señal de regulación «y» (ver coordenadas del lado izquierdo). La respuesta del valor real x es gradual y con oscilaciones durante breves instantes. y

x

t

t

Señal de regulación «y»

Tramo de regulación

Valor real «x»

a

Respuesta gradual, función transitoria Estado de equilibrio

Otra característica del sistema consiste en su comportamiento en estado de equilibrio, es decir, el comportamiento estático.

Comportamiento estático

El sistema alcanza su comportamiento estático cuando no cambia ningún valor en el transcurso del tiempo. El estado de equilibrio sólo se alcanza al concluir las oscilaciones iniciales. Este estado se puede mantener indefinidamente. También en estado de equilibrio, el valor de salida depende del valor de entrada. Esta dependencia se expresa mediante la línea característica de un sistema.

Ejemplo

La línea característica del sistema «válvula» del ejemplo del baño de agua muestra la relación entre el caudal y la abertura de la válvula. 3

Caudal volumétrico [M /s ]

3 con presión previa p

2 1

1

2

Posición de la válvula y[mm]

Línea característica del sistema «válvula»

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Nociones básicas de la técnica de regulación

Analizando la línea característica se puede apreciar si se trata de un sistema lineal o no lineal. Si la línea característica es una recta, se trata de un sistema lineal. En el caso del sistema constituido por la válvula, se trata de una línea característica no lineal. En la práctica, numerosos tramos de regulación no son lineales. Sin embargo, en el margen de funcionamiento, la línea característica puede asemejarse a una línea recta. En términos prácticos, la respuesta gradual y la función transitoria representan las formas más importantes de un modelo de sistema dinámico lineal.

6. Características del comportamiento de transmisión

El comportamiento de la transmisión de señales de sistemas técnicos puede explicarse en términos cualitativos recurriendo a la función de transición. Dependiendo del recorrido de la función de transición (suponiendo tiempos largos, t Æ ∞), se puede distinguir entre sistemas con comportamiento P, I y D. Los sistemas con comportamiento P (proporcional) alcanzan un estado de equilibrio nuevo, diferente al valor del punto de trabajo. En el caso de sistemas con comportamiento I (integral), se obtiene durante un tiempo prolongado (atención: tener en cuenta el margen de linealidad) una velocidad de cambio constante del valor de salida del sistema. En los sistemas de comportamiento D (diferencial), el valor de salida vuelve a equilibrarse en el valor del punto de trabajo. Estas propiedades básicas de los sistemas técnicos se muestran en la gráfica siguiente.

h

Fase transitoria

Comportamiento para t → ∞

Comportamiento I

Comportamiento P

Comportamiento D t

Caracterización cualitativa del comportamiento transitorio en base a la función transitoria

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Nociones básicas de la técnica de regulación

6.1 Número ordinal El número ordinal del tramo de regulación puede determinarse sobre la base del transcurso de la curva de la respuesta gradual del tramo de regulación.

xx

1

4 32

Rt Respuestas graduales de sistemas de diverso orden

6.2 Constante del tiempo Una vez determinado el orden del tramo de regulación, es posible obtener gráficamente la constante del tiempo del tramo de regulación. Tratándose del tramo de 1er orden, la constante del tiempo se determina de la siguiente manera: T 100% 63% S=1-e

-t/T

S = Valor de salida para t=T se obtiene T = 63%

Determinación de la constante del tiempo

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Nociones básicas de la técnica de regulación

El número irracional e Cómo se determina el número e, el valor correspondiente al crecimiento en pasos cada vez más pequeños? T El número e es el valor final de la serie 1 1 1 1 1 1 1 e = 1+ + + + + + + + ... 1 1⋅ 2 1⋅ 2 ⋅ 3 1⋅ 2 ⋅ 3 1⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 1⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 1⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 ⋅ 6 3

e = 2,718

2 1

ts Número irracional «e» En lenguaje matemático, la constante del tiempo se denomina subtangente. Los sistemas de comportamiento PT1 filtran las señales que aumentan rápidamente (altas frecuencias), mientras que dejan pasar las frecuencias bajas. Por ello, también se llaman filtros de frecuencia baja de 1er orden. Además, provocan un desfase entre la señal de entrada y la señal de salida. Detrás de 5T, el tramo está regulado. Un regulador debe ser siempre entre 8 y 10 veces más rápido que la constante del tiempo para que sea posible la regulación.

6.3 El modelo de tangentes de inflexión En numerosas aplicaciones, especialmente en el sector de los procesos continuos y en la técnica energética, las respuestas graduales de los sistemas transcurren sin tramos de oscilación y tienen un comportamiento proporcional o integral en combinación con un tiempo muerto. Por ello, la función transitoria con frecuencia se utiliza como modelo dinámico lineal. De esta manera, la caracterización del comportamiento del sistema en el caso de tramos de orden superior se simplifica considerablemente mediante tres valores característicos: • Coeficiente proporcional o integral • Tiempo de retardo • Tiempo de compensación

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Nociones básicas de la técnica de regulación

h K Tangente de inflexión

Curva alisada ∆h

Respuesta gradual determinada mediante experimento (normalizada)

∆t

t Tu

Tg

Modelo de función transitoria de uso frecuente (modelo de tangente de inflexión)

K – Coeficiente proporcional Tu – Tiempo de retardo Tg – Tiempo de compensación

La tangente de inflexión, utilizada para obtener los valores característicos Tu y Tg, se dibuja a mano en las coordenadas de la respuesta gradual determinada mediante experimento. Si se sobreponen interferencias de alta frecuencia, deberá alisarse la curva (ya sea a ojo o con la ayuda de un ordenador). Tratándose de interferencias de baja frecuencia, el proceso no es evaluable. En este caso, es recomendable repetir varias veces el experimento y alisar la curva aplicando un valor medio. En la tabla siguiente se incluyen valores característicos modelo de tramos de regulación típicos. Magnitud a regular

Tipo de tramo

Retardo Tu

Tiempo de compensación Tg

Laboratorio

0,5 – 1 min

5 – 15 min

Industria

1 – 3 min

10 – 30 min

Columna de destilación

1 – 5 min

40 – 60 min

Calentador

1 – 2 min

20 – 100 min

Calefacción de espacios

1 – 5 min

10 – 60 min

Caudal

Tubería de gas

0–5s

0,2 – 10 s

Caudal

Tubería para líquidos

0

0

Horno

Temperatura

Valores modelo característicos correspondientes a tramos de regulación típicos

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Nociones básicas de la técnica de regulación

Tg

puede estimarse el grado de dificultad que Tu puede ofrecer la regulación de un sistema:

Dicho sea de paso, con el cociente

Relación

Tg Tu

Grado de dificultad

> 10

Fácilmente regulable

≈6

Regulable

PT2) con compensación

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Nociones básicas de la técnica de regulación

10. Resumen

En este capítulo se repiten los temas que deben tenerse en cuenta al solucionar problemas de regulación. • Atribución de las magnitudes de regulación – De las magnitudes de la máquina o del equipo, ¿cuál es el valor real, cuál es el valor nominal, cuál es la señal de regulación, etc.? – ¿Dónde y cómo aparecen interferencias o perturbaciones? – Considerando estos criterios, pueden seleccionarse los detectores y actuadores. • Clasificación de la tarea de regulación según sistemas – ¿Dónde se mide el valor de regulación? – ¿Dónde se puede intervenir? – ¿Cuál es la característica de cada uno de los sistemas? • Tramo de regulación – ¿Dónde deberá conseguirse que el valor real coincida con el valor nominal? – ¿Cuál es el comportamiento del tramo de regulación en función del tiempo (lento o rápido)? – De ello depende el comportamiento de regulación que se debe elegir. • Regulador – ¿Cuál es el comportamiento de regulación necesario? – ¿Qué comportamiento debe tener el regulador en función del tiempo, especialmente considerando las posibles interferencias? – ¿Qué valores deben tener los parámetros a regular? • Tipo de regulador – ¿Qué tipo de regulador es apropiado? – Considerando el comportamiento en función del tiempo y las características del tramo de regulación, ¿se necesita un regulador P, I, PI o PID?

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Nociones básicas de la técnica de regulación

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Índice

Parte A: Estación de filtratión __________________________________________A-1

Tarea 1.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 1.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________A-5 Tarea 1.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________A-7 Tarea 1.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ________________A-9 Tarea 1.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ______________A-11 Tarea 1.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________A-13 Tarea 1.2: Medición y control Tarea 1.2.1: Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión / filtro_________________________________________A-17 Tarea 1.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________A-21 Tarea 1.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación______________A-29 Tarea 1.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________A-32 Tarea 1.2.5: Niveles de presión con rampa _______________________________A-36 Tarea 1.3: Regulación Tarea 1.3.1: Regulador de dos puntos___________________________________A-39 Tarea 1.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________A-41 Tarea 1.3.3: Método de optimización según Ziegler-Nichols _________________A-46

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A-1

Índice

A-2

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Objetivos didácticos

• • • • • • • • • • • • • • • •

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación de filtración Usted puede interpretar y ampliar los diagrama de flujos Usted puede leer y ampliar los esquemas de distribución neumáticos Usted conoce la construcción y funcionamiento del filtro Usted conoce la construcción y funcionamiento de la bomba Usted conoce la construcción y funcionamiento del sensor de presión Usted conoce la construcción y funcionamiento de las válvulas de procesos continuos Usted conoce la construcción y funcionamiento de los detectores de final de carrera Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación y puede redactar una lista de atribuciones de estos componentes Usted puede obtener las líneas características y analizarlas Usted puede redactar un programa de enlaces lógicos Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de funcionamiento de un tramo de regulación Usted puede identificar el tramo de regulación y determinar el número de orden Usted puede configurar un regulador de dos puntos y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede configurar reguladores continuos (P, PI, PID) y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede parametrizar reguladores continuos (P, PI, PID) según el método de ajuste Ziegler-Nichols.

Información

La estación de filtración se utiliza para automatizar parcialmente un proceso de producción. Para poner en funcionamiento la estación posteriormente, deberá primero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes más importantes. • Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC. • En el manual de la estación, en las instrucciones de utilización y en las hojas de datos se ofrecen informaciones sobre la estación y los componentes.

Tareas del proyecto

1º Responda las preguntas y soluciones las tareas relacionadas con los respectivos objetivos didácticos. 2º Analice y complete los esquemas de distribución. 3º Confeccione una tabla de atribuciones. 4º Determine las líneas características de los componentes y, a continuación, estudie el funcionamiento de los componentes. 5º Confeccione un programa de enlaces lógicos. 6º Revise las secuencias del esquema. 7º Determine el punto de trabajo del tramo de regulación. 8º Identifique el tramo de regulación y determine el número ordinal. 9º Ajuste el regulador continuo y discontinuo y evalúe su funcionamiento.

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A-3

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

A-4

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 1 de 2

Información

En la estación de filtración se filtra un líquido que proviene del depósito de agua sucia, pasa por una corredera y se bombea a través del filtro. Pasando por una compuerta, el líquido filtrado llega al depósito de agua limpia. El filtro puede enjuagarse mediante un programa de limpieza del filtro. Para retirar los depósitos de substancias sólidas, adicionalmente puede aplicarse un chorro de aire comprimido en el filtro.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Filtración». El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido de tuberías e instrumentos (diagrama RI) de la estación incluyen la denominación de los componentes.

Ejecución

– Determine y complete la denominación de los componentes que aparecen en la fotografía.

3 4

2

1

Denominación de los componentes del sistema

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A-5

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración : Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. Denominación de los componentes del proceso

N°

Denominación

1

Significado o función Sensor de presión

2 F101 3

Corredera

4 V103 5

Evaluación

Válvula de bola de 3 vías

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI se utilizan dos identificaciones diferentes para la corredera. – Explique la diferencia. Preguntas de comprensión

A-6

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración : Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 1 de 2

Información

El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es un dibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. Se trata de una representación esquematizada de las partes del proceso. Concretamente, el diagrama RI refleja la posición geométrica del sistema de tuberías. Además, incluye los componentes de control y regulación según DIN 10628. Las magnitudes de medición se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) según la norma DIN 19227-1.

Planificación

La información se halla en el manual de la estación MPS® PA «Filtración». Las denominaciones y los símbolos de los componentes se encuentran en la introducción del manual de trabajo.

Ejecución

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos y complete el diagrama de flujo RI correspondiente a la estación de filtración.

Diagrama de flujo RI La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permite analizar el funcionamiento del equipo.

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A-7

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración : Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. – Describa el significado o la función de las siguientes denominaciones. Descripción del funcionamiento de los componentes

Denominación

Significado o función Filtro

LS-

LA+ Bomba digital

V

Evaluación

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición LA+ y LS+ Preguntas de comprensión

A-8

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración : Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 1 de 2

Información

La distribución en el esquema neumático sirve como criterio para diferenciar la atribución de los componentes neumáticos a sus respectivos grupos.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Los esquemas de distribución, las denominaciones y los símbolos de los componentes constan en la introducción del manual de trabajo, en la documentación técnica de la estación MPS® PA y de FluidSIM® Neumática.

Ejecución

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos de los componentes neumáticos y complete el esquema de distribución neumático de la estación de filtración.

Esquema de distribución neumático

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A-9

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración : Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. – Describa el significado o la función de las siguientes denominaciones. Descripción del funcionamiento de los componentes neumáticos

Símbolo

Significado o función

Válvula de 5/2 vías

Evaluación

– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene la estrangulación del aire de escape en un cilindro neumático? Preguntas de comprensión

A-10

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 1 de 2

Información

En la estación MPS® PA de filtración se utilizan diversos componentes para procesos continuos. Los datos técnicos son importantes para entender el funcionamiento de los componentes de la estación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Ejecución

– Examine la documentación y complete la tabla.

Datos técnicos

Componente

Denomina-

Tarea

Características

ción en el diagrama de flujo Tensión [V]

______

Potencia eléctrica [W] Caudal máx. [l/min]

______ ______

Tensión del valor nominal [V] Margen de presión [bar]

______ ______

Válvula de 3 vías

Presión neum. mín. [bar] Intensidad máx. [mA]

______ ______

sensor de

Margen de presión [bar]

______

presión

Señal del sensor [V]

______

Bomba

P201

Válvula proporcional reguladora de presión

Detector de posición final superior Detector de posición final inferior

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Nivel de llenado hasta contacto [l] Tipo (normalm. abierto/cerrado)

______ ______

Nivel de llenado hasta contacto [l] Tipo (normalm. abierto/cerrado)

______ ______

A-11

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 2 de 2

Evaluación

– Describa la construcción y el funcionamiento de la válvula proporcional de regulación de presión. Preguntas de comprensión

A-12

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 1 de 3

Información

Para analizar el funcionamiento de la estación MPS® PA de filtración, el control se produce con la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®PA o la pantalla táctil del PLC. De esta manera es posible atribuir las señales de salida y de entrada. La tabla de atribuciones constituye la base para la programación de los procesos de la estación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Ejecución

– Vierta en el depósito de agua sucia aproximadamente 7 litros de agua. – Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®PA o la pantalla táctil del PLC al terminal E/S y al terminal analógico de la estación. – Active las bombas y válvulas y observe el equipo y los estados de los LED en el terminal E/S de la estación. – Complete la tabla de atribuciones.

Tabla de atribuciones Entradas digitales

Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

1B1

Dirección PLC

DI 0

Descripción

Control

Presión de expulsión

DI 1 DI 2 1B4

DI 3

Depósito B102 parte superior

DI 4 DI 5 DI 6 DI 7

Tabla de atribuciones Entradas analógicas

Símbolo

1PV1

®

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Dirección

Dirección

EasyPort/ SimBox

PLC

AI0

Descripción

Control

Valor real X (presión)

A-13

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración : Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 2 de 3

Tabla de atribuciones Salidas digitales

Símbolo

Dirección EasyPort/ SimBox

Dirección PLC

Descripción

Control

DO 0 1M2

DO 1

Bomba P101 Agua sucia

DO 2 DO 3 DO 4 DO 5 DO 6 DO 7

Tabla de atribuciones Salidas analógicas

Símbolo

1CO1

Control

A-14

Dirección EasyPort/ SimBox AO 0

Dirección PLC

Descripción

Control

Señal de regulación Y, válvula proporcional reguladora de presión

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en la tabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estado en la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.1: Estación de filtración : Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 3 de 3

Evaluación

– Describa el comportamiento del actuador regulador analógico (válvula proporcional reguladora de presión) en el caso del accionamiento con señal analógica. Preguntas de comprensión

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A-15

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

A-16

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión / filtro

Hoja 1 de 4

Información:

Con el fin de determinar el comportamiento del sistema compuesto por la válvula proporcional reguladora de presión y el filtro, es necesario conocer el margen de medición del sensor de presión y el margen de funcionamiento de la válvula proporcional reguladora de presión (abreviatura: V_Prop).

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA. Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

Ejecución

Determine la línea característica del sistema formado por la V_Prop y el filtro. A la V_Prop se le atribuye una tensión. Esta tensión sirve de valor nominal para la V_Prop. Un sensor de presión integrado compara este valor con la presión en la utilización. Si hay diferencias entre el valor nominal y el valor real, se modifica el valor real con la válvula reguladora hasta que la presión de salida alcanza el valor deseado. La señal de salida (valor nominal) es una tensión de 0 – 10 voltios. Se mide la presión real y se redacta la tabla de valores. De esta manera es posible obtener el diagrama XY de la línea característica. – 1º 2º 3º 4º 5º 6º

Indicación

Realice las siguientes series de medición: Compruebe la presión de funcionamiento en la estación (valor nominal = 6 bar). Con la válvula reguladora de presión, ajuste 3 bar (seguridad para el filtro). Aplique tensión en la V_Prop. Active la V_Prop. Mida la tensión y calcule la presión; rellene la tabla de valores. Confeccione la línea característica.

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA, es posible dibujar hasta tres líneas características superpuestas.

®

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A-17

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión / filtro

Hoja 2 de 4

Tabla de valores

Tensión en la V_Prop en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

4,50

5,00

Señal del sensor de presión en V Presión en bar

Tensión en la V_Prop en V

10,00

Señal del sensor de presión en V Presión en bar

Control de la válvula proporcional reguladora de presión.

A-18

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión / filtro

Hoja 3 de 4

– Dibuje la línea característica. Líneas características del sistema V_Prop/Filtro

Presión

V

®

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A-19

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión / filtro

Hoja 4 de 4

Evaluación Indicación

Si se trabaja con EasyPort digital/analógico und FluidLab®-PA, deberá rellenarse la siguiente tabla. – Complete la tabla. N°

Pregunta

1

Forma de la línea característica

2

La histéresis depende de:

Respuesta

Observación

Modificación lenta del valor nominal

3

¿Qué valor nominal (V) debe ajustarse para limpiar 4

H=...........

Cálculo:

Modificación rápida del valor nominal H=............

H=U/Unom*100

Determinar la histéresis:

p =0,5bar =……….voltios

el filtro mediante un chorro

p =1,0bar =……….voltios

con la presión que se indica a continuación?

p =1,5bar =……….voltios

– Explique la línea característica. – Explique el comportamiento del sistema con bajas tensiones. Preguntas de comprensión

A-20

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 8

Información

En este proceso de filtración, el agua proveniente del depósito de agua sucia se bombea hacia el depósito de agua limpia pasando por el filtro. Una segunda bomba se encarga de aprovechar el agua limpia para enjuagar el filtro o para utilizarla en procesos ulteriores. Para que la estación funcione fiablemente, debe disponerse de un determinado nivel de llenado en los depósitos. De esta manera se evita que la bomba funcione en seco, lo que podría dañar las bombas y, además, tendría como consecuencia que entrara aire en las tuberías, por lo que disminuiría el rendimiento de las bombas.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Las hojas de datos de los componentes del proceso, el diagrama de flujo RI y los esquemas de distribución se incluyen en la introducción del manual de trabajo y en la documentación técnica de la estación MPS® PA. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico, con FluidSim® Neumática o con el PLC con SimBox digital/analógica. Determine las condiciones que deben cumplirse para activar y reponer los actuadores. Complete las tablas respectivas. Complete el plan de enlaces lógicos.

Ejecución

Redacte un programa de prueba para comprobar el funcionamiento de la estación. El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: agitar, mezclar, filtrar el agua y enjuagar el filtro. Cada operación de bombeo deberá activase con una tecla. Mientras se pulsa la tecla está activada la bomba, siempre y cuando el depósito contenga suficiente agua. – Pulsador S1: inicio de la operación de «agitar» – Pulsador S2: inicio de la operación de «filtrar» – Pulsador S3: inicio del proceso parcial de «enjuagar»

Indicación

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®: Redacte el programa con FluidSIM® y compruebe el funcionamiento correcto. Las teclas S1, S2 y S3 se incluyen en el esquema de distribución de FluidSIM®.

®

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A-21

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 8

Indicación

Trabajar con el PLC: Redacte el programa con el software de programación de su PLC. Cargue el programa al PLC y haga una prueba. Conecte la SimBox digital/analógica a un conector libre de su panel PLC. Utilice SimBox digital/analógica para controlar los pulsadores S1, S2 y S3. – Complete la tabla. Condiciones para la activación de la operación de agitar R104 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S1

Enlace

&

Observación

Pulsador

Detector LS- 102

1B3

DI 2

1B9

&

&

(nivel de llenado inferior en el depósito B101) Detector (corredera, posición superior)

Condiciones para la reposición de la operación de agitar R104 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S2

Enlace

≥1

Observación

Pulsador

Pulsador

S3

Sin detector LS- 102

DI 2

1B9

A-22

≥1

(nivel de llenado inferior en el depósito B101) Sin detector (corredera, posición superior)

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 3 de 8

Condiciones para la activación de Corredera V102 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S2

Enlace

&

LS- 102

Observación

Pulsador

&

1B7

&

Sin detector (compuerta abierta)

Condiciones para la reposición de Corredera V102 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico S1

Dirección

Enlace

≥1

≥1

Observación

Pulsador

Pulsador

Detector 1B2

≥1

(nivel de llenado superior en el depósito B101) Detector

LS+ 103

≥1

(nivel de llenado superior en el depósito B102) Sin detector

1B3

®

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≥1

(nivel de llenado inferior en el depósito B101)

A-23

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 4 de 8

Condiciones para la activación de Bomba P102 en la estación siguiente Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S3

Enlace

&

Observación

Pulsador

Detector LS- 104

&

(nivel de llenado superior en el depósito B102)

1B9

Condiciones para la reposición de Bomba P102 en la estación siguiente Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico S1

Dirección

Enlace

≥1

≥1

Observación

Pulsador

Pulsador

LS+ 101 Sin detector 1B5

A-24

≥1

(nivel de llenado inferior en el depósito B102)

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 5 de 8

Condiciones para la activación de la bomba 101 para bombear el agua sucia Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S1

Enlace

≥1

Observación

Pulsador

S2

1B3

&

Condiciones para la reposición de la bomba 101 para bombear el agua sucia Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

S3

≥1

1B3

≥1

Observación

Pulsador

Sin detector

LS+ 103

&

1B9

®

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(nivel de llenado inferior en el depósito B101)

&

Sin detector (corredera, posición superior)

A-25

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 6 de 8

– Complete los esquemas de enlaces lógicos Red 1

Agitador R104 conectado

Red 2

Corredera V102 en posición superior

A-26

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 7 de 8

Red 3

Bomba P102 de estación siguiente conectada

Red 4

Bomba P101 de agua sucia conectada

®

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A-27

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 8 de 8

Evaluación

– ¿Por qué debe evitarse que entre aire en las tuberías? Preguntas de comprensión

A-28

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 1 de 3

Información

El valor nominal que se puede regular debería elegirse de tal modo (punto de trabajo) que el valor real del tramo de regulación pueda alcanzar el valor deseado. Para determinar el punto de trabajo, primero se determina el valor mínimo posible de la señal de regulación (en este caso: la presión mínima posible) y, a continuación, el valor máximo posible de la señal de regulación (en este caso: la presión máxima posible).

Indicación:

Adaptación de la señal del sensor. El sensor de presión emite una señal de tensión. Esta señal puede convertirse en unidades de bar utilizando las hojas de datos. Esta conversión se realiza recurriendo a la ecuación de una recta:

Bar 6

} X

Bb 0

Y Y X

a

A

10 V

Diagrama de la ecuación de la recta Y

=a ⋅x +b

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del sensor e Y = Presión en [bar]. Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. En la documentación técnica de la estación MPS® PA se incluyen las hojas de datos de los componentes del proceso y los esquemas de distribución. Solucione la tarea utilizando la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

®

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A-29

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre:

Fecha:

1.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 2 de 3

Ejecución

– Realice las siguientes series de medición: 1º Active la válvula proporcional reguladora de presión. 2º Determine la presión mínima posible del tramo de regulación aumentando lentamente la señal de regulación de la válvula proporcional, hasta que el sensor de presión emita una señal. 3º Determine la presión máxima posible del tramo de regulación. Para ello, continúe aumentando la señal de regulación de la válvula proporcional hasta que la señal del sensor alcance un valor máximo. 4º Incluya los valores medidos en la tabla y calcule el valor medio (punto de trabajo) del sensor. 5º Modifique la señal de regulación de la válvula proporcional reguladora de presión, de modo que se alcance el valor medio de la presión. 6º Incluya la tensión en la tabla.

Indicación

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA y según la rampa en función del tiempo, la señal de regulación de la válvula proporcional puede asumir cualquier valor entre 0 y 100%. La línea característica del sensor de presión se incluye en el diagrama. A continuación pueden leerse directamente las presiones máxima y mínima posibles. – Complete la tabla. Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de la presión

Señal de regulación V_Prop [V]

Sensor de presión Presión [Bar]

Señal de salida [V]

Valor mínimo de medición

Punto de trabajo

Valor máximo de medición

A-30

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre:

Fecha:

1.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 3 de 3

Evaluación

– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de funcionamiento de la válvula proporcional reguladora de la presión y en el margen de medición del sensor. Preguntas de comprensión

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A-31

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre:

Fecha:

1.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 4

Información

Para seleccionar el regulador más apropiado, debe conocerse el comportamiento de un tramo de regulación en función del tiempo. Conociendo este dato, es posible recibir informaciones sobre el dinamismo del tramo de regulación y definir el ajuste del regulador. Para determinar el comportamiento de un tramo de regulación en función del tiempo, es necesario que se produzca una respuesta gradual. Tratándose de tramos con retardo, por ejemplo, en el caso de un acumulador de energía, se determina la constante del tiempo del tramo aplicando una tangente o tangente de inflexión (si hay varios retardos) en la curva.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se ofrecen informaciones sobre los métodos de determinación. Solucione la tarea utilizando SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA.

Ejecución

– Realice las siguientes series de medición: 1º Determine la respuesta gradual del tramo de regulación en el punto de trabajo. Para ello, determine la tensión de la válvula proporcional aplicando el valor medio de la presión. Aplique la tensión de la válvula proporcional al actuador regulador del tramo de regulación. 2º Identifique el número ordinal del tramo de regulación recurriendo a la siguiente gráfica. ¿Se trata de un tramo de orden 0, de primer orden o de un orden superior?

xx

Tramos con retardo

A-32

1

4 32

Rt

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre:

Fecha:

1.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 4

Para tramos de 1er orden: Determine gráficamente la constante del tiempo Ts del tramo de regulación. Ponga la tangente (original) «a» en la curva. Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo. Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo) en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». 7º Dibuje la línea horizontal en el punto de intersección de la curva y de la perpendicular. En este punto, el valor real de la curva debería encontrarse en el 63% del «valor máximo». 8º En la escala, determine el tiempo que necesita el sistema para alcanzar ese 63%. Esta es la constante del tiempo Ts. 9º Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones), después de producirse la respuesta gradual inicial. – 3º 4º 5º 6º

X(t)

Y

X

x K s = y

1 0,9 0,8 0,7 a

0,6

A

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

10

20

30

40

50

60 t

Tramo de 1er orden

®

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A-33

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre:

Fecha:

1.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 3 de 4

Tramos de orden superior: Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva. Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo. Dibuje la perpendicular (90° en relación con el valor máximo) en el punto de intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta línea recta es el tiempo de retardo Tu 6º Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo) en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». La distancia entre Tu y esta línea recta es el tiempo de compensación Tg. 7º Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones) después de producirse la respuesta gradual. – 3º 4º 5º

X(t)

Y

X

x K s = y

1 0,9 0,8 0,7 a

T

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

20

40

60

80

100

120 t

Tramo de orden superior

A-34

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre:

Fecha:

1.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 4 de 4

Evaluación

¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? ¿De qué tipo de tramo se trata, es decir, de qué orden es? ¿Qué constante(s) del tiempo se obtiene/obtienen? Explique el comportamiento del sistema.

– – – –

Preguntas de comprensión

®

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A-35

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre:

Fecha:

1.2.5 Niveles de presión con rampa

Hoja 1 de 2

Información

En la práctica deberán evitarse que se produzcan picos de presión que pueden afectar las válvulas y los filtros. Para evitar ese riesgo, las señales deben enviarse en forma de rampa al actuador regulador.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. La documentación técnica de la estación MPS® PA incluye las hojas de datos de los componentes del proceso y los esquemas de distribución. Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Ejecución

En la prueba a ejecutar, deberá aplicarse y retirarse la presión de enjuague en forma de rampa. 1º Revise la presión de funcionamiento. 2º Active analógicamente la válvula proporcional reguladora de presión. 3º Programe el tiempo escalonado según el que la válvula proporcional deberá aumentar y disminuir la presión.

Indicación

A-36

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y con FluidLab®-PA, la rampa está programada. Además, el valor puede ajustarse en porcentajes, determinando así la relación entre la tensión y la presión (limitación de la regulación de la válvula proporcional)

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre:

Fecha:

1.2.5 Niveles de presión con rampa

Hoja 2 de 2

Evaluación

– ¿Qué diferencia existe entre una válvula proporcional y una válvula proporcional reguladora de presión? Preguntas de comprensión

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A-37

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

A-38

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 1 de2

Información

Un regulador de dos puntos es un regulador discontinuo. Por ejemplo, si el valor real es inferior al valor nominal, se CONECTA la bomba; si el valor real es superior al valor nominal, la bomba se DESCONECTA. Para evitar que el actuador regulador esté conectándose y desconectándose constantemente, se definen los límites de conmutación superior e inferior. Esta diferencia se llama diferencia de conmutación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Ejecución

Deberán ejecutarse los siguientes pasos: 1º Revise la presión de funcionamiento de la estación. 2º Active digitalmente la válvula proporcional reguladora de presión. 3º Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido al solucionar la tarea 1.2.3 se utiliza como valor nominal. Determine los límites superior e inferior de conmutación. Los límites de conmutación deberán cubrir un margen un 5% superior e inferior al valor nominal. Parámetro

Valor

Valor nominal (w) en el punto de trabajo Margen de conmutación superior Margen de conmutación inferior

4º Utilice los valores de la tabla como parámetros del regulador de dos puntos. Indicación

Trabajando con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA, el valor nominal w no tiene dimensión.

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A-39

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 2 de2

Evaluación

– ¿Cómo reacciona el sistema? – Describa el comportamiento de la regulación. – Nombre aplicaciones típicas para los reguladores de dos puntos.

Preguntas de comprensión

A-40

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 1 de 5

Información

En comparación con un regulador de dos puntos, el regulador continuo tiene una señal de regulación continua. Esta señal se calcula en función de la diferencia de regulación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informaciones importantes. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Ejecución

Estudie el funcionamiento de diversos tipos de reguladores continuos. 1º Revise la presión de funcionamiento. 2º Active analógicamente la válvula proporcional reguladora de presión cambiando las conexiones en el tablero para obtener la modalidad analógica. 3º Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido en la tarea 1.2.3 se utiliza como valor nominal. Parámetro

Valor normalizado

Valor físico [bar]

Valor nominal (w) en el punto de trabajo

4º Introduzca el valor nominal en el regulador e inicie el proceso de regulación. 5º Compruebe el comportamiento del tramo de regulación utilizando diversos reguladores continuos.

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A-41

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 2 de 5

Ejecución

Regulador P – Regule el tramo utilizando un regulador P. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp que constan en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

KP

1

KP

2

KP

5

Lista de parámetros

A-42

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 3 de 5

Ejecución

Regulador I – Regule el tramo utilizando un regulador I. – Para ello, utilice consecutivamente los valores de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

Tn

10

Tn

5

Tn

2

Lista de parámetros

®

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A-43

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 4 de 5

Ejecución

Regulador PI – Regule el tramo utilizando un regulador PI. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp y los tiempos de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

Parámetro

Valor

KP

2

Tn

10

KP

2

Tn

5

KP

5

Tn

10

KP

5

Tn

5

Lista de parámetros

A-44

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 5 de 5

Evaluación

¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor tiempo de regulación? – ¿Qué regulador es el más apropiado para este tramo si se pretende regular hasta cero? – – – –

Preguntas de comprensión

®

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A-45

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.3 Método de optimización según Ziegler-Nichols

Hoja 1 de 3

Información

El tramo de regulación de la presión de la estación de filtración es un tramo PT1 o I. Es importante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para el tramo a regular. En el transcurso del tiempo se desarrollaron numerosos métodos para definir los parámetros de regulación apropiados. Pero la validez de un método para determinar o calcular los valores de los parámetros apropiados depende de las características del tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para definir los parámetros es el método de ajuste según Ziegler-Nichols.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen indicaciones importantes. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Ejecución

Aplicando este método, primero se trabaja con un regulador P. En una primera fase, no están activadas las partes I y D del regulador. Parte P Coeficiente proporcional Kp = 0 Parte I Tiempo de reajuste Tn = 500 s Parte D Tiempo de acción derivada Tv = 0 Regulador P: 1º Ajustar el valor nominal. 2º Aumentar Kp lentamente, hasta que se produzca una oscilación periódica en el circuito de regulación. 3º Determinar Kp y la duración crítica del período. 4º Incluir los valores en la fórmula.

A-46

®

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Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.3 Método de optimización según Ziegler-Nichols

Hoja 2 de 3

Ziegler-Nichols

Regulador

Kp

Tr

Tv

P

0,50 KRk

-

-

PI

0,45 KRk

0,85 Tk

-

PID

0,60 KRk

0,50 Tk

0,12 Tk

W/X 100 90 80 70 60 50 W/X 40 30 20

TK t

10 0 0

10

5

15

20

25

30

t

Método de oscilación según Ziegler-Nichols

®

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A-47

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre:

Fecha:

1.3.3 Método de optimización según Ziegler-Nichols

Hoja 3 de 3

Evaluación

– ¿Qué factor escogió usted y por qué? – ¿Qué valor fue obtenido para Kp, Tn, Tv? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo? Preguntas de comprensión

A-48

®

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Índice

Parte B: Estación de mezcla __________________________________________ B-1

Tarea 2.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 2.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________B-5 Tarea 2.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________B-7 Tarea 2.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ________________B-9 Tarea 2.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ B-11 Tarea 2.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones _______________________ B-13 Tarea 2.2: Medición y control Tarea 2.2.1: Línea característica del sistema de la bomba __________________ Tarea 2.2.2: Enlaces lógicos __________________________________________ Tarea 2.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ Tarea 2.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ Tarea 2.2.5: Mezclar en función de las cantidades ________________________

B-17 B-24 B-33 B-36 B-40

Tarea 2.3: Regulación Tarea 2.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ B-43 Tarea 2.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ B-45 Tarea 2.3.3: Ajuste manual de los parámetros de regulación _______________ B-50

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B-1

Índice

B-2

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Objetivos didácticos

• • • • • • • • • • • • • • •

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación «Mezcladora» Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo Usted puede leer y completar los esquemas de distribución neumáticos Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba. Usted conoce la construcción y el funcionamiento del detector de caudal. Usted conoce la construcción y el funcionamiento de las válvulas de procesos continuos Usted conoce la construcción y el funcionamiento de los detectores de final de carrera Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación y puede redactar una lista de atribuciones de estos componentes Usted puede obtener las líneas características y analizarlas Usted puede redactar un programa Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de funcionamiento de un tramo de regulación Usted puede identificar el tramo de regulación y determinar el número de orden Usted puede configurar un regulador de dos puntos y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede configurar reguladores continuos (P, PI, PID) y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede parametrizar reguladores continuos (P, PI, PID) según un método de ajuste manual

Información

La estación de mezclado se utiliza para automatizar parcialmente un proceso de producción. Para poner en funcionamiento la estación posteriormente, deberá primero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes más importantes. • Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC. • En el manual de la estación, en las instrucciones de utilización y en las hojas de datos se ofrecen informaciones sobre la estación y los componentes.

Tareas del proyecto

1º Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivos objetivos didácticos. 2º Analice y complete los esquemas de distribución. 3º Confeccione una tabla de atribuciones. 4º Determine las líneas características de los componentes y, a continuación, estudie el funcionamiento de los componentes. 5º Confeccione un programa de enlaces lógicos. 6º Revise las secuencias del esquema. 7º Determine el punto de trabajo del tramo de regulación. 8º Identifique el tramo de regulación y determine el número ordinal. 9º Ajuste el regulador continuo y discontinuo y evalúe su funcionamiento.

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B-3

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

B-4

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación «Mezcladora». Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 1 de 2

Información

La estación de mezclar incluye tres depósitos pequeños y un depósito para mezclar. El fluido contenido en los tres depósitos se transporta hacia el depósito para mezclar mediante una bomba y tres válvulas para procesos continuos. Durante la operación de bombeo, se mide el caudal volumétrico con un detector de caudal o caudalímetro. Con una segunda bomba se bombea el líquido hacia la siguiente estación o nuevamente hacia los tres depósitos originales.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Mezcladora». El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) de la estación, incluyen la denominación de los componentes.

Ejecución

– Determine y complete la denominación de los componentes que aparecen en la fotografía.

3 2 1

4

5

Denominación de los componentes del sistema

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B-5

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. Denominación de los componentes del proceso

N°

Denominación

1

Significado o función Válvula de bola de 2/2 vías

2 B201 3

Detector de posición «depósito B201, parte superior»

4

Detector de caudal

5 P201

Evaluación

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI de la estación de mezclar constan identificaciones diferentes para el «depósito B201, parte superior». – Explique esta diferencia. Preguntas de comprensión

B-6

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 1 de 2

Información

El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es un dibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. Se trata de una representación esquematizada de las partes del proceso. Concretamente, el diagrama RI refleja la posición geométrica del sistema de tuberías. Además, incluye los componentes de control y regulación según DIN 10628. Las magnitudes de medición se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) según la norma DIN 19227-1.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Mezcladora». Las denominaciones y los símbolos de los componentes se encuentran en la introducción del manual de trabajo.

Ejecución

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos y complete el diagrama de flujo RI correspondiente a la estación de mezclar.

El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI)

La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permite analizar el funcionamiento del equipo.

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B-7

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. – Describa el significado o la función de las siguientes denominaciones. Descripción del funcionamiento de los componentes

Denominación

Significado o función

FI Detector de caudal

LS-

LA+ Bomba analógica

V

Evaluación

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición FI y FIC. – Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición LA+ y LS+. Preguntas de comprensión

B-8

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 1 de 2

Información

La distribución en el esquema neumático sirve como criterio para diferenciar la atribución de los componentes neumáticos a sus respectivos grupos.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Los esquemas de distribución, las denominaciones y los símbolos de los componentes constan en la introducción del manual de trabajo, en la documentación técnica de la estación MPS® PA y de FluidSIM® Neumática.

Ejecución

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos de los componentes neumáticos y complete el esquema de distribución neumático de la estación de mezclar.

Esquema de distribución neumático

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B-9

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. – Describa el significado o la función de las siguientes denominaciones. Descripción del funcionamiento de los componentes neumáticos

Símbolo

Significado o función

Válvula de 5/2 vías

Evaluación

– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene la estrangulación del aire de escape? Preguntas de comprensión

B-10

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 1 de 2

Información

En la estación MPS® PA de mezclado se utilizan diversos componentes para procesos continuos. Los datos técnicos son importantes para entender el funcionamiento de los componentes de la estación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Ejecución

– Examine la documentación y complete la tabla.

Datos técnicos

Componente

Denomina-

Tarea

Características

ción en el diagrama de flujo

Bomba

P201

Tensión [V]

______

Potencia eléctrica [W] Caudal máx. [l/min]

______ ______

Principio de medición: El rotor emite impulsos que son convertidos en

Detector de caudal

una señal de tensión Margen de medición [l/min] Señal del detector [Hz]

______ ______

Convertidor

Entrada:

de valores de medición F/U

Generador de frecuencias rectangulares ______

Válvula de procesos continuos Detector de

Nivel de llenado;

posición final superior

límite superior en el depósito B204

Detector de

Nivel de llenado;

posición final inferior

límite inferior en el depósito B204

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Presión neum. mín. [bar]

______

Intensidad máx. [mA]

______

Nivel de llenado hasta contacto [l] Tipo (normalm. abierto/cerrado)

______ ______

Nivel de llenado hasta contacto [l] Tipo (normalm. abierto/cerrado)

______ ______

B-11

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 2 de 2

Evaluación

– ¿Qué frecuencia tiene la señal emitida por el detector de caudal si el caudal es de 2 l/min.? Para obtener el cálculo, es necesario realizar una operación matemática. Preguntas de comprensión

B-12

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 1 de 3

Información

Para analizar el funcionamiento de la estación MPS® PA de mezclado, el control se produce con la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®PA o la pantalla táctil del PLC. De esta manera es posible atribuir las señales de salida y de entrada. La tabla de atribuciones constituye la base para la programación de los procesos de la estación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado. Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Ejecución

– Llene los depósitos con 2 litros. – Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®PA o la pantalla táctil del PLC al terminal E/S y al terminal analógico de la estación. – Active las bombas y válvulas y observe el equipo y los estados de los LED en el terminal E/S de la estación. – Complete la tabla de atribuciones.

Tabla de atribuciones Entradas digitales

Símbolo

Dirección

Dirección

EasyPort / SimBox

PLC

Descripción

Control

DI 0 2B2

DI 1

Depósito B102 parte superior

DI 2 DI 3 DI 4 DI 5 DI 6 DI 7

Tabla de atribuciones Entradas analógicas

Símbolo

2PV1

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Dirección

Dirección

EasyPort / SimBox

PLC

AI0

Descripción

Control

Valor real X (presión)

B-13

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 2 de 3

Tabla de atribuciones Salidas digitales

Símbolo

2M1

Dirección

Dirección

EasyPort/ SimBox

PLC

DO 0

Descripción

Control

Bomba mezcladora P201 conectada

DO 1 DO 2 DO 3 DO 4 DO 5 DO 6 DO 7

Tabla de atribuciones Salidas analógicas

Símbolo

2CO1

Control

B-14

Dirección

Dirección

EasyPort/ SimBox

PLC

AO 0

Descripción

Control

Valor de regulación Y (bomba P201)

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en la tabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estado en la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 3 de 3

Evaluación

– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de mezclar si el actuador regulador analógico (la bomba) se controla digitalmente? Preguntas de comprensión

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B-15

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

B-16

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 1 de 7

Información

Con el fin de determinar el comportamiento del sistema compuesto por los tubos y la bomba, es necesario conocer el margen óptimo de medición del detector de caudal y el margen de funcionamiento de la bomba. El comportamiento cambia dependiendo de qué bomba bombea hacia el depósito de mezcla.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado. Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA. Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

Ejecución

Determine la línea característica del sistema de la bomba. A la bomba se le atribuye una tensión. Con la tensión se controlan las revoluciones del motor de la bomba. La turbina de la bomba genera un caudal y el líquido fluye a través de los tubos. El caudalímetro mide el caudal y emite una señal de una frecuencia determinada. El convertidor de señales medidas convierte esa señal en una tensión de 0 - 10 voltios. Se mide la tensión y se redacta la tabla de valores. De esta manera es posible obtener la línea característica mediante un diagrama. – Realice las siguientes series de medición: bombeo desde el depósito 1 1º Abra la válvula del primer depósito. 2º Aplique tensión en la bomba. 3º Ponga en funcionamiento la bomba. 4º Mida la señal de tensión y rellene la tabla de valores. Convierta el valor de medición del detector en unidades de l/min. 5º Confeccione la línea característica. 6º Repita la prueba con el segundo y el tercer depósito. Al final, efectúe la prueba con los tres depósitos. 7º Dibuje las líneas características de las cuatro series de medición en el diagrama utilizando colores diferentes.

Atención

Indicación

Utilice la segunda bomba para bombear el agua nuevamente a los depósitos para que se obtenga un circuito de bombeo. Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA: Al comparar directamente los tramos, es posible dibujar hasta tres líneas características superpuestas.

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B-17

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 2 de 7

Tabla de valores Depósito 1

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

4,50

5,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

El agua únicamente se bombea desde el depósito 1.

B-18

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 3 de 7

Tabla de valores Depósito 2

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

4,50

5,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

El agua únicamente se bombea desde el depósito 2.

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B-19

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 4 de 7

Tabla de valores Depósito 3

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

4,50

5,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

El agua únicamente se bombea desde el depósito 3.

B-20

®

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 5 de 7

Tabla de valores Depósito 1-3

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

4,50

5,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

El agua se bombea simultáneamente desde los tres depósitos. Al iniciar la prueba, el nivel de llenado de los tres depósitos es el mismo.

®

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B-21

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 6 de 7

– Dibuje las líneas características. Líneas características del sistema Tuberías/bomba

L/min

V

B-22

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 7 de 7

Evaluación

– Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican la diferencia entre las líneas características. – Explique el comportamiento del sistema a bajas tensiones. – Explique el comportamiento del sistema al disminuir el nivel de llenado en el depósito. – ¿Qué influencia tienen diversos niveles de llenado en las líneas características? Preguntas de comprensión

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B-23

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 9

Información

Para un funcionamiento fiable de la estación de mezclar, los depósitos deben tener niveles de llenado determinados antes de bombear desde ellos el agua hacia el depósito de mezcla. De esta manera se evita que la bomba funcione en seco, lo que podría dañar las bombas y, además, tendría como consecuencia que entrara aire en las tuberías, por lo que disminuiría el rendimiento de las bombas.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado. Las hojas de datos de los componentes del proceso, el diagrama de flujo RI y los esquemas de distribución se incluyen en la introducción del manual de trabajo y en la documentación técnica de la estación MPS® PA. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico, con FluidSim® Neumática o con el PLC con SimBox digital/analógica. Determine las condiciones que deben cumplirse para activar y reponer los actuadores. Complete las tablas respectivas. Complete el plan de enlaces lógicos.

Ejecución

Redacte un programa para comprobar el funcionamiento de la estación. El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: bombear agua desde los diversos depósitos hacia el depósito de mezcla. La operación de bombeo deberá iniciarse con un pulsador para cada depósito. La operación deberá continuar mientras se pulsa la tecla y mientras el depósito contenga suficiente agua. – Pulsador S1: bombeo de agua desde el depósito B201 hacia el depósito de mezcla B204 – Pulsador S2: bombeo de agua desde el depósito B202 hacia el depósito de mezcla B204 – Pulsador S3: bombeo de agua desde el depósito B203 hacia el depósito de mezcla B204 – Pulsador S4: bombeo de agua desde el depósito B204 de vuelta al depósito B201 o B202 o B203.

Indicación

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®: Redacte el programa con FluidSIM® y compruebe el funcionamiento correcto. Los pulsadores S1, S2, S3 y S4 se incluyen en el esquema de distribución de FluidSIM®.

B-24

®

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 9

Indicación

Trabajar con el PLC: Redacte el programa con el software de programación de su PLC. Cargue el programa al PLC y haga una prueba. Conecte la SimBox digital/analógica a un conector libre de su panel PLC. Utilice SimBox digital/analógica para controlar los pulsadores S1, S2, S3 y S4. – Complete las tablas. Condiciones para la activación de la válvula V201 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S1

Enlace

&

Observación

Pulsador

Detector LS202

2B3

DI 2

&

(nivel de llenado inferior en el depósito B201)

Condiciones para la reposición de la válvula V201 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S1

Enlace

≥1

Observación

Sin pulsador

Sin detector LS202

®

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2B3

DI 2

≥1

(nivel de llenado inferior en el depósito B201)

B-25

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 3 de 9

Condiciones para la activación de la válvula V202 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

Pulsador

S2

LS203

Condiciones para la reposición de la válvula V202 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico S1

B-26

Dirección

Enlace

Observación

Sin pulsador

®

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Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 4 de 9

Condiciones para la activación de la válvula V203 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

Pulsador

S3

LS204

Condiciones para la reposición de la válvula V203 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

Pulsador

S3

LS204

Condiciones para la activación de la bomba P201 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

S1

≥1

Pulsador

S2

≥1

Pulsador

S3

≥1

Pulsador

Condiciones para la reposición de la bomba P201 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

®

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Dirección

Enlace

Observación

S1

&

Sin pulsador

S2

&

Sin pulsador

S3

&

Sin pulsador

B-27

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 5 de 9

Condiciones para la activación de la bomba P202 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S4

Enlace

&

LS 206

Observación

Pulsador

&

Condiciones para la reposición de la bomba P202 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico S4

LS 206

Observación

B-28

Dirección

Enlace

≥1

Observación

Sin pulsador

≥1

Utilizar las válvulas manuales para que sea posible bombear el agua hacia el depósito elegido (B201, B202 o B203).

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 6 de 9

– Complete los esquemas de enlaces lógicos Red 1

Válvula mezcladora V201 conectada

Red 2

Válvula mezcladora V202 conectada

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B-29

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 7 de 9

Red 3

Válvula mezcladora V203 conectada

Red 4

Bomba mezcladora P201 conectada

B-30

®

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 8 de 9

Red 5

Bomba mezcladora P202 Bomba conectada

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B-31

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 9 de 9

Evaluación

– ¿Porqué debe evitarse que entre aire en las tuberías? Preguntas de comprensión

B-32

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medir y regular Nombre:

Fecha:

2.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 1 de 3

Información

El caudal del flujo desde la bomba hacia el depósito de mezcla debe ser constante para obtener un buen resultado de medición. El valor nominal que se puede regular debería elegirse de tal modo (punto de trabajo) que el valor real del tramo de regulación pueda alcanzar el valor deseado. Para determinar el punto de trabajo, primero se determina el valor mínimo posible de la señal de regulación (en este caso: la presión mínima posible) y, a continuación, el valor máximo posible de la señal de regulación (en este caso: la presión máxima posible).

Observación

Adaptación de la señal del detector: El detector de caudal y el convertidor de valores de medición posterior emiten una señal de tensión. Esta señal puede convertirse en unidades de l/min. Esta conversión se realiza recurriendo a la ecuación de una recta:

L/min 0,9

} X

Bb 0

Y Y X

a

A

10 V

Diagrama de la ecuación de la recta Y

=a ⋅x +b

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del detector e Y = caudal en [l/min]. Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclar. En la documentación técnica de la estación MPS® PA se incluyen las hojas de datos de los componentes del proceso y los esquemas de distribución. Solucione la tarea utilizando la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

®

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B-33

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medir y regular

Nombre:

Fecha:

2.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 2 de 3

Ejecución

– Realice las siguientes series de mediciones: 1º Llene los tres depósitos B201, B202 y B203. 2º Determine el caudal mínimo posible del tramo de regulación aumentando lentamente la señal de regulación de la bomba P201, hasta que el detector de caudal emita una señal. 3º Determine el caudal máximo posible del tramo de regulación. Para ello, continúe aumentando la señal de regulación de la bomba P201 hasta que la señal del detector alcance un valor máximo. 4º Incluya los valores medidos en la tabla y calcule el valor medio (punto de trabajo) del sensor. 5º Ajuste la tensión de la bomba hasta que se alcance el valor medio del caudal. 6º Incluya la tensión en la tabla. Indicación Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA y según la rampa en función del tiempo, la señal de regulación de la bomba P201 puede asumir cualquier valor entre 0 y 100%. La línea característica del detector de caudal se incluye en el diagrama. A continuación se pueden leer directamente los caudales máximo y mínimo posibles. – Complete la tabla. Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación del caudal Detector de caudal Margen de funcionamiento de la bomba

Detector de caudal con flotador

Señal de Señal de regulación bomba P201 [V]

Caudal [l/min.]

salida Convertidor de valores de medición [V]

Valor indicado [l/h]

Valor mínimo de medición Punto de trabajo Valor máximo de medición

B-34

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medir y regular

Nombre:

Fecha:

2.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 3 de 3

Evaluación

– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de funcionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector. Preguntas de comprensión

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B-35

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control

Nombre:

Fecha:

2.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 4

Información

Para seleccionar el regulador más apropiado, debe conocerse el comportamiento de un tramo de regulación en función del tiempo. Para determinar el comportamiento de un tramo de regulación en función del tiempo, es necesario que se produzca una respuesta gradual. Tratándose de tramos con retardo, se determina la constante del tiempo del tramo aplicando una tangente o tangente de inflexión en caso de tramos de orden superior.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado. En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se ofrecen informaciones sobre los métodos de determinación. Solucione la tarea utilizando SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA.

Ejecución

– Realice las siguientes series de medición: 1º Determine la respuesta gradual del tramo de regulación en el punto de trabajo. Para ello, determine la tensión de la bomba aplicando el valor medio de la caudal. Aplique la tensión de la bomba al actuador regulador del tramo de regulación. 2º Identifique el número ordinal del tramo de regulación recurriendo a la siguiente gráfica.

xx

Tramos con retardo

B-36

1

4 32

Rt

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control

Nombre:

Fecha:

2.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 2 de 4

Forma de proceder tratándose de tramos de 1er orden: Determine gráficamente la constante del tiempo Ts del tramo de regulación. Ponga la tangente (original) «a» en la curva. Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo. Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo) en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». 7º Dibuje la línea horizontal en el punto de intersección de la curva y de la perpendicular. En este punto, el valor real de la curva debería encontrarse en el 63% del «valor máximo». 8º En la escala, determine el tiempo que necesita el sistema para alcanzar ese 63%. Esta es la constante del tiempo Ts. 9º Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones), después de producirse la respuesta gradual inicial. – 3º 4º 5º 6º

X(t)

Y

X

x K s = y

1 0,9 0,8 0,7 a

0,6

A

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

10

20

30

40

50

60 t

Tramo de 1er orden

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B-37

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control

Nombre:

Fecha:

2.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 3 de 4

Forma de proceder tratándose de tramos de orden superior: Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva. Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo. Dibuje la perpendicular (90° en relación con el valor máximo) en el punto de intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta línea recta es el tiempo de retardo Tu • Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo) en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». La distancia entre Tu y esta línea recta es el tiempo de compensación Tg. 3º Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones) después de producirse la respuesta gradual. – • • •

X(t)

Y

X

x K s = y

1 0,9 0,8 0,7 a

T

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

20

40

60

80

100

120 t

Tramo de orden superior

B-38

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control

Nombre:

Fecha:

2.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 4 de 4

Evaluación

– ¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? – ¿Qué constante(s) del tiempo Ts se obtiene/obtienen? – Explique el comportamiento del tramo. Preguntas de comprensión

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B-39

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control

Nombre:

Fecha:

2.2.5 Mezclar en función de las cantidades

Hoja 1 de 3

Información

Existen tres posibilidades para determinar la cantidad de la mezcla: – En función del tiempo suponiendo un caudal constante hacia el depósito de mezcla – En función de la cantidad midiendo el flujo – Midiendo el contenido del depósito de mezcla (sin detector de nivel de llenado). Al mezclar en función del tiempo, se regula el caudal con la bomba, que hace las veces de actuador regulador. La cantidad de agua que fluye hasta que se obtiene el caudal nominal no es constante, con lo que el resultado de la medición no es preciso. Midiendo la cantidad de agua que fluye se obtiene un mejor resultado de medición. En este caso, se mide el caudal real y se van sumando las cantidades. Cada gota de agua que fluye se suma hasta que se alcanza la cantidad deseada.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado. La documentación técnica de la estación MPS® PA incluye las hojas de datos de los componentes del proceso y los esquemas de distribución. Solucione la tarea con SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o el PLC.

Ejecución

Utilizando un software, se bombea una cantidad de agua sucesivamente desde los depósitos de agua hacia el depósito de mezcla. A continuación se comprueba la cantidad de agua vertida en el depósito de mezcla. 1º Llenar los tres depósitos B201, B202 y B203. 2º Leer el nivel en la escala de los depósitos de agua y comparar el valor con el valor nominal de la mezcla. 3º Seleccionar el depósito y la cantidad deseada e iniciar el proceso de bombeo.

Observación

Trabajando con EasyPort digital/analógico y con FluidLab®-PA: El caudal real se va sumando y se representa en un diagrama.

Trabajando con un PLC: Los impulsos emitidos por el detector de caudal pueden leerse directamente con un contador rápido. Téngase en cuenta la frecuencia máxima de entrada del contador del PLC (consulte la hoja de datos del detector de caudal).

B-40

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control

Nombre:

Fecha:

2.2.5 Mezclar en función de las cantidades

Hoja 2 de 3

Terminación del punto de trabajo del tramo de regulación de caudal

Cantidad N°

nominal [ml]

Tensión

Depósito de agua

puesta en la

Desde depósito n°

bomba [voltios]

500

4

3

4

1 500

6

3

7

1 500

7

2

9

3

10

1

11

Después

2

6

8

Antes

2

3

5

Nivel de agua después

1

1 2

Nivel de agua antes

Depósito de mezcla

500

9

2 3

12

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B-41

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control

Nombre:

Fecha:

2.2.5 Mezclar en función de las cantidades

Hoja 3 de 3

Evaluación

– ¿Por qué no se puede regular con la operación de bombear una determinada cantidad en función del tiempo? – ¿Porqué es mejor el método de «Mezclar en función de las cantidades»? – ¿Porqué no es exacta la cantidad de agua a pesar de aplicar este método? – ¿Con qué tensión aplicada a la bomba son menores las imprecisiones de medición? Preguntas de comprensión

B-42

®

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 1 de2

Información

Un regulador de dos puntos es un regulador discontinuo. La señal de regulación está CONECTADA o DESCONECTADA. Si el valor real es inferior al valor nominal, se CONECTA la bomba; si el valor real es superior al valor nominal, la bomba se DESCONECTA. Para evitar que el actuador regulador esté conectándose y desconectándose constantemente, se definen los límites de conmutación superior e inferior. Esta diferencia se llama diferencia de conmutación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado. Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Ejecución

Deberán ejecutarse los siguientes pasos: 1º Llenar el depósito B201. 2º Efectuar pruebas de bombear el agua desde el depósito B201 con la bomba P201 a través de la válvula V201.

Alternativa

1º Llenar el depósito de mezcla B204. 2º Abrir la válvula manual V210 y bombear el agua en un circuito. 3º Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido al solucionar la tarea 2.2.3 se utiliza como valor nominal. Determine los límites superior e inferior de conmutación. Los límites de conmutación deberán cubrir un margen un 5% superior e inferior al valor nominal. Parámetro

Valor

Valor nominal (w) en el punto de trabajo Límite superior de conmutación Límite inferior de conmutación

4º Utilice los valores de la tabla como parámetros del regulador de dos puntos. Indicación

Trabajando con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA, el valor nominal w no tiene dimensión.

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B-43

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 2 de2

Evaluación

– ¿Cómo reacciona el sistema? – Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos. – Describa el comportamiento de la regulación. Preguntas de comprensión

B-44

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 1 de 5

Información

En comparación con un regulador de dos puntos, el regulador continuo tiene una señal de regulación continua. Esta señal se calcula en función de la diferencia de regulación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado. En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informaciones importantes. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Ejecución

Estudie el funcionamiento de diversos tipos de reguladores continuos. 1º Llenar Depósito B201. 2º Efectuar pruebas de bombear el agua desde el depósito B201 con la bomba P201 a través de la válvula V201.

Alternativa

1º Llenar el depósito de mezcla B204. 2º Abrir la válvula manual V210 y bombear el agua en un circuito. 3º Activar la bomba analógicamente cambiando las conexiones a «funcionamiento analógico» en el tablero de conexiones. 4º Incluya los valores en la tabla. Parámetro

Valor normalizado

Valor l/min

Valor nominal (w) en el punto de trabajo

5º Introduzca el valor nominal en el regulador e inicie el proceso de regulación. 6º Compruebe el comportamiento del tramo de regulación utilizando diversos reguladores continuos. Perturbación

Continuar cerrando la válvula V210.

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B-45

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 2 de 5

Ejecución

Regulador P – Regule el tramo utilizando un regulador P. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp que constan en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

KP

1

KP

5

KP

10

KP

50

Lista de parámetros

B-46

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 3 de 5

Ejecución

Regulador I – Regule el tramo utilizando un regulador I. – Para ello, utilice consecutivamente los valores de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

Tn

50

Tn

5

Tn

1

Tn

0,5

Lista de parámetros

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B-47

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 4 de 5

Ejecución

Regulador PI – Regule el tramo utilizando un regulador PI. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp y los tiempos de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

Parámetro

Valor

Kp

2

Tn

5

Kp

2

Tn

2

Kp

5

Tn

5

Kp

5

Tn

2

Lista de parámetros

B-48

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 5 de 5

Evaluación

¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor tiempo de regulación? – ¿Qué regulador es el más apropiado para este tramo si se pretende regular hasta cero? – – – –

Preguntas de comprensión

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B-49

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.3 Ajuste manual de los parámetros de regulación sin conocer el comportamiento del sistema

Hoja 1 de 2

Información

El tramo de regulación de la presión de la estación de mezclado es un tramo PT1. Es importante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para el tramo a regular. En el transcurso del tiempo se desarrollaron numerosos métodos para definir los parámetros de regulación apropiados. Pero la validez de un método para determinar o calcular los valores de los parámetros apropiados depende de las características del tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para definir los parámetros es el método de ajuste manual.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado. En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen indicaciones importantes. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Ejecución

En este caso se desconocen los parámetros de regulación para una regulación óptima del equipo. Para mantener estable el circuito de regulación en cualquier circunstancia, deberán efectuarse los siguientes ajustes: Parte P Parte I Parte D

Coeficiente proporcional Tiempo de reajuste Tiempo de acción derivada

Kp = 0,1 Tn = 500 s Tv = 0

Regulador PI: 1º Ajustar el valor nominal y bajar a cero la diferencia de regulación. 2º Aumentar Kp lentamente, hasta que se produzca una oscilación debido a pequeñas modificaciones del valor nominal. 3º Disminuir ligeramente Kp hasta eliminar las oscilaciones. 4º Disminuir ligeramente Tn hasta que vuelvan a aparecer las oscilaciones. 5º Aumentar ligeramente Tn hasta eliminar las oscilaciones.

B-50

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Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre:

Fecha:

2.3.3 Ajuste manual de los parámetros de regulación sin conocer el comportamiento del sistema

Hoja 2 de 2

Evaluación

– ¿Qué valor se obtuvo para Kp? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo? Preguntas de comprensión

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B-51

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla

B-52

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Índice

Parte C: Estación reactor ______________________________________________C-1

Tarea 3.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 3.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________C-5 Tarea 3.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________C-7 Tarea 3.1.3: No procede: no hay componentes neumáticos __________________C-X Tarea 3.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _______________C-9 Tarea 3.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________C-11 Tarea 3.2: Medición y control Tarea 3.2.1: Línea característica del sistema calentador/fluido ______________C-15 Tarea 3.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________C-22 Tarea 3.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________C-29 Tarea 3.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________C-32 Tarea 3.3: Regulación Tarea 3.3.1: Regulador de dos puntos___________________________________C-35 Tarea 3.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________C-37 Tarea 3.3.3: Método de regulación según la velocidad del aumento __________C-42

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C-1

Índice

C-2

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Objetivos didácticos

• • • • • • • • • • • • • •

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación «Reactor» Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo Usted conoce la construcción y el funcionamiento del calentador. Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba Usted conoce la construcción y el funcionamiento del sensor de temperatura Usted conoce la construcción y el funcionamiento del detector de final de carrera Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación y puede redactar una lista de atribuciones de estos componentes Usted puede obtener las líneas características y analizarlas Usted puede redactar un programa de enlaces lógicos Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de funcionamiento de un tramo de regulación Usted puede identificar el tramo de regulación y determinar el número de orden Usted puede configurar un regulador de dos puntos y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede configurar reguladores continuos (P, PI, PID) y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede parametrizar reguladores continuos (P, PI, PID) según el método del aumento de velocidad.

Información

La estación de reactor se utiliza para automatizar parcialmente un proceso de producción. Para poner en funcionamiento la estación posteriormente, deberá primero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes más importantes. • Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC. • En el manual de la estación, en las instrucciones de utilización y en las hojas de datos se ofrecen informaciones sobre la estación y los componentes.

Proyecto

1º Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivos objetivos didácticos. 2º Analice y complete los esquemas de distribución. 3º Confeccione una tabla de atribuciones. 4º Determine las líneas características de los componentes y, a continuación, estudie el funcionamiento de los componentes. 5º Confeccione un programa de enlaces lógicos. 6º Revise las secuencias del esquema. 7º Determine el punto de trabajo del tramo de regulación. 8º Identifique el tramo de regulación y determine el número ordinal. 9º Ajuste el regulador continuo y discontinuo y evalúe su funcionamiento.

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C-3

Tareas. MPS® PA Estación reactor

C-4

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 1 de 2

Información

La estación de reactor calienta agua en un depósito con un calentador de inmersión. Un agitador se encarga de la distribución homogénea del calor en el depósito. La bomba de circulación puede ser considerada un sistema de refrigeración.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Reactor». El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) de la estación incluyen la denominación de los componentes.

Ejecución

– Determine y complete la denominación de los componentes que aparecen en la fotografía.

Denominación de los componentes del sistema

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C-5

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. Denominación de los componentes del proceso

N°

Denominación

1

Significado o función Sensor de temperatura

2 B301 3 R304 4 W303 5

Evaluación

Bomba refrigeradora

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI de la estación de mezclar constan identificaciones diferentes para el calentador. – Explique esta diferencia. Preguntas de comprensión

C-6

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 1 de 2

Información

El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es un dibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. El diagrama RI refleja la posición geométrica del sistema de tuberías. Además, incluye los componentes de control y regulación según DIN 10628. Las magnitudes de medición se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) según la norma DIN 19227-1.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Reactor». Las denominaciones y los símbolos de los componentes se encuentran en la introducción del manual de trabajo.

Ejecución

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos y complete el diagrama de flujo RI correspondiente a la estación de reactor.

El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI)

La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permite analizar el funcionamiento de los componentes del equipo.

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C-7

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. – Describa el significado o la función de las siguientes denominaciones. Descripción del funcionamiento de los componentes

Denominación

Significado o función Calentador

TIC

LSNivel de llenado, valor límite para alarma

TA+

V

Evaluación

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición TIC y TA+? – ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición LA+ y LS+? Preguntas de comprensión

C-8

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 1 de 2

Información

En la Estación MPS® PA «Reactor» se utilizan diversos componentes para procesos continuos. Los datos técnicos son importantes para entender el funcionamiento de los componentes de la estación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración. Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Ejecución

– Examine la documentación y complete la tabla. Componente

Denominación

Tarea

Características

en el diagrama de flujo Rendimiento calorífico [W] Tensión de control [VDC]

Calentador

______ ______

Principio de medición: Se mide la modificación de la resistencia Sensor de temperatura

Bomba

Detector de posición final superior Detector de posición final inferior

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eléctrica del hilo de platino y se convierte en una tensión

P301

Margen de medición [°C] Resistencia de medida

______

______

Tensión [V]

______

Potencia eléctrica [W] Caudal máx. [l/min]

______ ______

Nivel de llenado hasta contacto [l]

______

Tipo (normalm. abierto/cerrado)

______

Nivel de llenado hasta contacto [l] Tipo (normalm. abierto/cerrado)

______ ______

C-9

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 2 de 2

Evaluación

– ¿Qué resistencia tiene el sensor de temperatura con una temperatura de 20 °C? – ¿Qué significado tiene el concepto Pt100? Preguntas de comprensión

C-10

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 1 de 3

Información

Para analizar el funcionamiento de la estación MPS® PA de reactor, el control se produce con la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®PA o la pantalla táctil del PLC. De esta manera es posible atribuir las señales de salida y de entrada. La tabla de atribuciones constituye la base para la programación de los procesos de la estación.

Planificación

Las informaciones se hallan en el manual de la estación MPS® PA «Reactor». Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Ejecución

– Llene el depósito del reactor con 7 litros de agua. – Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®PA o la pantalla táctil del PLC al terminal E/S y al terminal analógico de la estación. – Active las bombas y válvulas y observe el equipo y los estados de los LED en el terminal E/S de la estación. – Complete la tabla de atribuciones.

Tabla de atribuciones Entradas digitales

Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

Dirección PLC

Descripción

Control

DI 0 3B2

Depósito del reactor B301, parte

DI 1

superior

DI 2 DI 3 DI 4 DI 5 DI 6 DI 7

Tabla de atribuciones Entradas analógicas

Símbolo

3PV1

®

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Dirección

Dirección

EasyPort / SimBox

PLC

AI0

Descripción

Control

Valor real X (temperatura)

C-11

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 2 de 3

Tabla de atribuciones Salidas digitales

Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

2M1

Dirección PLC

DO 0

Descripción

Control

Calentador W303 conectado

DO 1 DO 2 DO 3 DO 4 DO 5 DO 6 DO 7

Tabla de atribuciones Salidas analógicas

Símbolo

3CO1

Control

C-12

Dirección EasyPort / SimBox AO 0

Dirección PLC

Descripción

Control

Valor de regulación Y (calentador W303)

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en la tabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estado en la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 3 de 3

Evaluación

– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de reactor si se desea controlar digitalmente el actuador regulador (calentador)? Preguntas de comprensión

®

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C-13

Tareas. MPS® PA Estación reactor

C-14

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 1 de 7

Información

Con el fin de determinar el comportamiento del sistema compuesto por el calentador y el fluido, es necesario conocer el margen óptimo de medición del sensor de temperatura y el margen de funcionamiento del calentador. El comportamiento cambia dependiendo de qué fluido se calienta.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Reactor». Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA. Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

Ejecución

Determine la línea característica del sistema calentador/fluido. Al calentador se le atribuye una tensión. La tensión se aplica al calentador en forma de una modulación de duración de impulsos. Un sensor mide la temperatura Pt100. El sensor de temperatura expresa la resistencia medida en magnitudes que expresan la temperatura. El convertidor de señales medidas convierte esa señal en una tensión de 0 - 10 voltios. Se mide la tensión y se redacta la tabla de valores. De esta manera es posible obtener la línea característica mediante un diagrama.

Modulación de duración de impulsos

W 1000

500

0

10 V

Diagrama de relación ideal entre la tensión y la potencia

®

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C-15

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 2 de 7

Medición 1

m ⋅ c ⋅ ∆T = P ⋅ t ⋅ η

– 1º 2º 3º 4º

Realice las siguientes series de mediciones: Vierta aprox. 4 litros de agua en el depósito del reactor. Mida la temperatura en el depósito. La temperatura medida deberá elevarse en 15 Kelvin. Calcule la potencia P necesaria si se pretende alcanzar la temperatura deseada en 600 segundos. 5º Complete la tabla. Símbolo

Denominación

Parámetro

Valor

3M1

Calentador

Potencia P

3M1

Calentador

Tensión U

3M1

Calentador

Grado de eficiencia

H2O

Agua

Capacidad calorífica específica c

H2O

Agua

Temperatura mínima (temperatura ambiente) Tmín

......................°C

H2O

Agua

Temperatura deseada Tmáx

......................°C

H2O

Agua

Diferencia de temperatura ∆T

H2O

Agua

Medición 1 masa m

-

-

Tiempo t

......................W ......................VDC

η

0,8 (80%) 4182 J/(kg*K)

15 K 4l 600 s

6º Aplique la tensión determinada en el calentador. 7º Active el calentador. Observación

Para que el calor se distribuya homogéneamente en el agua, es recomendable poner en funcionamiento el agitador 3M4 mientras se realizan las mediciones. 8º Mida la señal de resistencia emitida por el sensor y convertida en una tensión eléctrica. Incluya los resultados en la tabla de valores. Convierta en °C los valores medidos por en sensor. 9º Incluya la línea característica en un diagrama. 10º Compare el valor calculado con el valor medido. 11º Refrigere el agua hasta que alcance la temperatura ambiente.

Observación

C-16

En caso necesario, sustituya el agua por agua fresca fría.

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 3 de 7

Medición 2

m ⋅ c ⋅ ∆T = P ⋅ t ⋅ η

1º Vierta 4 litros de agua en el depósito del reactor. 2º Mida la temperatura del agua en el depósito. 3º Calcule la temperatura que se puede alcanzar en 600 segundos si el calentador funciona con 800 W u 8 V. 4º Complete la tabla. Símbolo

Denominación

Parámetro

Valor

3M1

Calentador

Potencia P

800 W

3M1

Calentador

Tensión U

8 VDC

3M1

Calentador

Grado de eficiencia

H2O

Agua

Capacidad calorífica específica c

H2O

Agua

H2O

Agua

Temperatura deseada Tmáx

......................°C

H2O

Agua

Diferencia de temperatura ∆T

.....…...............K

H2O

Agua

Medición 2 masa m

-

-

Tiempo t

η

Temperatura mínima (temperatura ambiente) Tmín

0,8 (80%) 4182 J/(kg*K) ......................°C

4l 600 s

5º Aplique en el calentador la tensión determinada. 6º Active el calentador. Observación

Para que el calor se distribuya homogéneamente en el agua, es recomendable poner en funcionamiento el agitador 3M4 mientras se realizan las mediciones. 7º Mida la señal de resistencia emitida por el sensor y convertida en una tensión eléctrica. Incluya los resultados en la tabla de valores. Convierta en °C los valores medidos por en sensor. 8º Incluya la línea característica en un diagrama. 9º Compare el valor calculado con el valor medido. 10º Refrigere el agua hasta que alcance la temperatura ambiente.

Observación

En caso necesario, sustituya el agua por agua fresca fría.

®

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C-17

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 4 de 7

Medición 3

1º Calcule la diferencia de temperatura que puede obtenerse si se calienta doble cantidad de agua. 2º Vierta 8 litros de agua en el depósito. 3º Mida la temperatura del agua en el depósito. 4º Complete la tabla. Símbolo

Denominación

Parámetro

Valor

3M1

Calentador

Potencia P

800 W

3M1

Calentador

Tensión U

8 VDC

3M1

Calentador

Grado de eficiencia

H2O

Agua

Capacidad calorífica específica c

H2O

Agua

H2O

Agua

Temperatura deseada Tmáx

......................°C

H2O

Agua

Diferencia de temperatura ∆T

.....…...............K

H2O

Agua

Medición 3 masa m

-

-

Tiempo t

η

0,8 (80%)

Temperatura mínima (temperatura ambiente) Tmin

4182 J/(kg*K) ......................°C

8l 600 s

5º Aplique en el calentador la tensión determinada. 6º Active el calentador. Observación

Para que el calor se distribuya homogéneamente en el agua, es recomendable poner en funcionamiento el agitador 3M4 mientras se realizan las mediciones. 7º Mida la señal de resistencia emitida por el sensor y convertida en una tensión eléctrica. Incluya los resultados en la tabla de valores. Convierta en °C los valores medidos por en sensor. 8º Incluya la línea característica en un diagrama. 9º Compare el valor calculado con el valor medido. 10º Refrigere el agua hasta que alcance la temperatura ambiente.

Observación

C-18

En caso necesario, sustituya el agua por agua fresca fría.

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 5 de 7

– Complete las tablas. Tabla de valores Medición 1

Tiempo en s

10

20

30

40

50

100

200

300

400

500

600

40

50

100

200

300

400

500

600

40

50

100

200

300

400

500

600

Señal del sensor de temperatura en V Temperatura en °C.

Calentamiento de 4 l de agua

Tabla de valores Medición 2

Tiempo en s

10

20

30

Señal del sensor de temperatura en V Temperatura en °C.

Calentamiento de 4 l de agua

Tabla de valores Medición 3

Tiempo en s

10

20

30

Señal del sensor de temperatura en V Temperatura en °C.

Calentamiento de 8 l de agua

®

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C-19

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 6 de 7

–

Dibuje las líneas características.

°C

s Línea característica del sistema calentador/fluido

C-20

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 7 de7

Evaluación

– ¿Cómo cambia el tiempo necesario para calentar el agua? – Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican la diferencia entre las líneas características. – ¿Cómo cambia la curva con la doble cantidad de agua? – ¿Cómo cambia la curva al aumentar la potencia calorífica? – ¿Qué efecto tiene la agitación del agua en la curva? Preguntas de comprensión

®

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C-21

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 7

Información

Para un funcionamiento fiable de la estación de reactor, es necesario que el agua tenga un nivel mínimo en el depósito antes de poner en funcionamiento el calentador o antes de iniciar la operación de bombeo. De esta manera se evita un daño del depósito y que las bombas funcionen en seco. Al funcionar en seco, podrían dañarse las bombas y, además, tendría como consecuencia que entrara aire en las tuberías, por lo que disminuiría el rendimiento del sistema.

Planificación

La información se halla en el manual de la estación MPS® PA «Reactor». Las hojas de datos de los componentes del proceso, el diagrama de flujo RI y los esquemas de distribución se incluyen en la introducción del manual de trabajo y en la documentación técnica de la estación MPS® PA. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico, con FluidSim® Neumática o con el PLC con SimBox digital/analógica. Determine las condiciones que deben cumplirse para activar y reponer los actuadores. Complete las tablas respectivas. Complete el plan de enlaces lógicos.

Ejecución

Redacte un programa para comprobar el funcionamiento de la estación. El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: bombear, agitar y calentar el agua. El bombeo y el calentamiento deberán realizarse mediante un pulsador, es decir, mientras se aprieta el pulsador y habiendo suficiente agua en el depósito. – Pulsador S1, calentar el agua – Pulsador S2, agitar el agua – Pulsador S3, bombear el agua

Observación

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®: Redacte el programa de enlaces lógicos con FluidSIM® y compruebe el funcionamiento correcto. Utilizando FluidSIM®, los pulsadores S1, S2 y S3 se incluyen en el esquema de distribución de FluidSIM®. Trabajar con el PLC: Redacte el programa con el software de programación de su PLC. Cargue el programa al PLC y haga una prueba. Conecte la SimBox digital/analógica a un conector libre de su panel PLC. Utilice SimBox digital/analógica para controlar los pulsadores S1, S2 y S3.

C-22

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 7

– Complete las tablas. Condiciones para la activación del calentador W301 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S1

Enlace

&

Observación

Pulsador Detector

LS- 303

3B3

DI 2

&

(nivel de llenado inferior en el depósito B301)

Condiciones para la reposición del calentador W301 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S1

Enlace

≥1

Observación

Sin pulsador . Sin detector

DI 2

®

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≥1

(nivel de llenado inferior en el depósito B301)

C-23

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 3 de 7

Condiciones para la activación del agitador R304 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

S2

&

LS- 303

Observación

Pulsador

&

Condiciones para la reposición del agitador R304

C-24

Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

S2

≥1

3B3

≥1

Observación

Sin pulsador

Sin detector

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 4 de 7

Condiciones para la activación de la bomba 301 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

S3

&

LS- 303

Observación

Pulsador

& Sin detector &

(nivel de llenado superior en el depósito B301)

Condiciones para la reposición de la bomba 301 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico S3

Dirección

Enlace

≥1

Observación

Sin pulsador

Sensor 3B2

(nivel de llenado superior en el depósito B301) Sin detector ≥1

®

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(nivel de llenado inferior en el depósito B301)

C-25

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 5 de 7

– Complete los esquemas de enlaces lógicos Red 1

Calentador W301 conectado

Red 2

Agitador R304 conectado

C-26

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 6 de 7

Red 3

Bomba P301

®

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C-27

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 7 de 7

Evaluación

– ¿Porqué debe evitarse que entre aire en las tuberías? Preguntas de comprensión

C-28

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 1 de 3

Información

La temperatura del agua en el depósito del reactor debe ser constante. El valor nominal que se puede regular debería elegirse de tal modo (punto de trabajo) que el valor real del tramo de regulación pueda alcanzar el valor deseado. Para determinar el punto de trabajo, primero se determina el valor mínimo posible de la señal de regulación (en este caso: la temperatura ambiente) y, a continuación, el valor máximo posible de la señal de regulación (en este caso: la máxima temperatura posible de 60°C).

Observación

Adaptación de la señal del sensor: El sensor de temperatura emite una señal de tensión. Esta señal puede convertirse en unidades de °C. Esta conversión se realiza recurriendo a la ecuación de una recta:

°C 100

} X

Bb 0

Y Y X

A

a 10 V

Diagrama de la ecuación de la recta Y

=a ⋅x +b

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del sensor e y = Temperatura en [°C]. Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Reactor». En la documentación técnica de la estación MPS® PA se incluyen las hojas de datos de los componentes del proceso y los esquemas de distribución. Solucione la tarea utilizando la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

®

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C-29

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control

Nombre:

Fecha:

3.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 2 de 3

Ejecución

– Realice las siguientes series de medición: 1º Vierta agua en el depósito hasta que reaccione el sensor B301. 2º Determine la temperatura mínima posible del tramo de regulación (en este caso, la temperatura ambiente). 3º La temperatura máxima posible es de 60°C. Por razones de seguridad, el calentador se desconecta al alcanzarse una temperatura de 60°C. 4º Incluya los valores medidos en la tabla y determine el valor medio (punto de trabajo) del sensor. _

t=

t max − t min 2

5º Incluya la tensión en la tabla. – Complete la tabla.

Sensor de temperatura margen de funcionamiento del calentador Temperatura [°C]

Valor mínimo de medición

Temperatura ambiente

Punto de trabajo

40

Valor máximo de medición

60

Señal de salida Convertidor de valores de medición [V]

Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de temperatura

C-30

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control

Nombre:

Fecha:

3.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 3 de 3

Evaluación

– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de funcionamiento del calentador y en el margen de medición del sensor. Preguntas de comprensión

®

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C-31

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control

Nombre:

Fecha:

3.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 3

Información

Para seleccionar el regulador más apropiado, debe conocerse el comportamiento de un tramo de regulación en función del tiempo. Así se puede conocer el dinamismo del tramo de regulación y definirse el ajuste del regulador. Para determinar el comportamiento de un tramo de regulación en función del tiempo, es necesario que se produzca una respuesta gradual. Tratándose de tramos con retardo, se determina la constante del tiempo del tramo aplicando una tangente o tangente de inflexión en caso de varios retardos. En este experimento se supone un comportamiento definido de regulación. Ello se explica porque el estado estacionario (equilibrio) dentro del margen de funcionamiento del calentador supera la temperatura máxima del sistema. Si la potencia calorífica es baja, se tardaría mucho tiempo para constatar la respuesta gradual. En un sistema de regulación, no tiene importancia la regulación de la temperatura a baja potencia calorífica.

Planificación

La información se halla el manual de la estación MPS® PA «Reactor». En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se ofrecen informaciones sobre los métodos de determinación. Solucione la tarea utilizando SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA.

Ejecución

– Realice las siguientes operaciones: (Se supone un sistema con comportamiento PT2). 1º Determine la respuesta gradual del tramo de regulación con una potencia calorífica de un 40%. 2º Después de alcanzar la temperatura máxima de 55 – 60°C, el calentador se desconecta automáticamente y sólo se vuelve a conectar si baja la temperatura del agua a 45 °C o menos. 3º Recurriendo a la respuesta gradual obtenida, determine gráficamente el tiempo muerto Tt y el tiempo de retardo Tu del tramo de regulación. Confírmelo con el punto de inflexión.

C-32

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control

Nombre:

Fecha:

3.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 2 de 3

– Forma de proceder tratándose de tramos de orden superior: 1º Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva. 2º Dibuje la perpendicular (90° en relación con el valor máximo) en el punto de intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta línea recta es el tiempo de retardo Tu X°C

Y

X

K s =

Stop

60

x y

a 50

40

Tu 30 0

80

160

240

320

400

480

t

Tramo de orden superior

®

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C-33

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control

Nombre:

Fecha:

3.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 3 de 3

Evaluación

– ¿Qué constantes del tiempo Ts, Tt y Tu se obtienen? – Explique el comportamiento del sistema. Preguntas de comprensión

C-34

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 1 de2

Información

Un regulador de dos puntos es un regulador discontinuo. Si el valor real es inferior al valor nominal, se CONECTA la bomba; si el valor real es superior al valor nominal, la bomba se DESCONECTA. Para evitar que el actuador regulador esté conectándose y desconectándose constantemente, se definen los límites de conmutación superior e inferior. Esta diferencia se llama diferencia de conmutación.

Planificación

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Reactor». Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Ejecución

Deberán ejecutarse los siguientes pasos: 1º Llenar el depósito B301. – Controle el calentador digitalmente cambiando el puente de conexiones en el panel de conexiones a modalidad «digital». – Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido al solucionar la tarea 3.2.3 se utiliza como valor nominal. Calcule los límites de conmutación superior e inferior. Parámetro

Valor

Valor nominal (w) en el punto de trabajo Límite superior de conmutación Límite inferior de conmutación

– Utilice el valor nominal como parámetro del regulador de dos puntos. Observación

Trabajando con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA, el valor nominal w no tiene dimensión. Para acelerar el experimento, es recomendable conectar la bomba refrigeradora durante la fase de enfriamiento.

®

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C-35

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 2 de2

Evaluación

– ¿Cómo reacciona el sistema? – Para esta tarea, ¿es apropiado un regulador de dos puntos? – Describa el comportamiento de la regulación. Preguntas de comprensión

C-36

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 1 de 5

Información

En comparación con un regulador de dos puntos, el regulador continuo tiene una señal de regulación continua. Esta señal se calcula en función de la diferencia de regulación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de reactor. En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informaciones importantes. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Ejecución

Estudie el funcionamiento de diversos tipos de reguladores continuos. 1º Llenar el depósito. – Active el calentador analógicamente cambiando las conexiones a «funcionamiento analógico» en el tablero de conexiones. Parámetro

Valor normalizado

Valor °C

Valor nominal (w) en el punto de trabajo

– Introduzca el valor nominal en el regulador e inicie el proceso de regulación. – Enfríe el agua hasta que alcance la temperatura ambiente y compruebe el comportamiento del tramo de regulación utilizando diversos reguladores continuos. Observación

En vez de enfriar el agua, también es posible sustituirlo por agua fría.

®

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C-37

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 2 de 5

Ejecución

Regulador P – Regule el tramo utilizando un regulador P. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp que constan en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Kp

Valor

10

Lista de parámetros

C-38

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 3 de 5

Ejecución

Regulador I – Regule el tramo utilizando un regulador I. – Para ello, utilice consecutivamente los valores de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

Tn

500

Tn

50

Lista de parámetros

®

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C-39

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 4 de 5

Ejecución

Regulador PI – Regule el tramo utilizando un regulador PI. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp y los tiempos de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

Parámetro

Valor

Kp

5

Tn

10

Kp

5

Tn

0.5

Lista de parámetros

C-40

®

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 5 de 5

Evaluación

– – – –

¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor tiempo de regulación? Preguntas de comprensión

®

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C-41

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.3 Método de regulación según la velocidad del aumento

Hoja 1 de 3

Información

El tramo de regulación de la temperatura en la estación de reactor es un tramo PT2. Es importante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para el tramo a regular. En el transcurso del tiempo se desarrollaron numerosos métodos para definir los parámetros de regulación apropiados. Pero la validez de un método para determinar o calcular los valores de los parámetros apropiados depende de las características del tramo de regulación. Un método sencillo y rápido para definir los parámetros es el método de regulación según la velocidad del aumento.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Reactor». En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen indicaciones importantes. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Ejecución

– Lleve a cabo el siguiente proceso de optimización: 1º Determine la respuesta gradual del tramo de regulación con una potencia calorífica de un 40%. 2º Interrumpa el proceso cuando la curva tiene su mayor ascendencia. 3º Determine la velocidad de ascendencia mayor VMAX. 4º Determine el tiempo de retardo TU 5º Dibuje un triángulo del aumento. 6º Incluya en la(s) fórmula(s) de la tabla los valores de VMAX y TU para una estructura de regulación elegida y calcule el parámetro de regulación del regulador.

Vmax =

C-42

∆x ∆t

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Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación « reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.3 Método de regulación según la velocidad del aumento

Hoja 2 de 3

Estructura de regulación

Parámetro de regulación

P

KP =

100% ⋅ ∆y VMAX ⋅ TU ⋅ y H

PI

KP =

100% ⋅ ∆y 1,2 ⋅ VMAX ⋅ TU ⋅ y H

TN = 3,3 ⋅ TU PID

KP =

100% ⋅ ∆y 0,83 ⋅ VMAX ⋅ TU ⋅ y H

Encabezamiento

y H = margen máx. de regulación (por lo general, 100%) ∆y = respuesta gradual predefinida

TN = 2 ⋅ TU TV = 0,5 ⋅ TU

Fórmulas para la optimización de parámetros de regulación después de una respuesta para los tramos (>PT2) con compensación. 7º Configure el regulador utilizando los parámetros de regulación calculados e inicie el proceso de regulación.

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C-43

Tareas. MPS® PA Estación reactor

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre:

Fecha:

3.3.3 Método de regulación según la velocidad del aumento

Hoja 3 de 3

Evaluación

– ¿Qué valor se obtuvo para Kp, Tn, Tv ? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo? Preguntas de comprensión

C-44

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Índice

Parte D: Estación de llenado __________________________________________ D-1

Tarea 4.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 4.1.1: Denominación de los componentes del sistema ________________ D-5 Tarea 4.1.2: Completar el diagrama de flujo RI ____________________________ D-7 Tarea 4.1.3: Completar el esquema de distribución neumático _______________ D-9 Tarea 4.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ D-11 Tarea 4.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones _______________________ D-13 Tarea 4.2: Medición y control Tarea 4.2.1: Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba ____ Tarea 4.2.2: Enlaces lógicos __________________________________________ Tarea 4.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ Tarea 4.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ Tarea 4.2.5: Comportamiento al llenar y vaciar el depósito _________________

D-17 D-22 D-29 D-33 D-37

Tarea 4.3: Regulación Tarea 4.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ D-43 Tarea 4.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ D-45 Tarea 4.3.3: Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR)_____ D-50

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D-1

Índice

D-2

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Objetivos didácticos

• • • • • • • • • • • • • • •

Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación «Llenado» Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo Usted puede leer y completar esquemas de distribución neumáticos Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba Usted conoce la construcción y el funcionamiento del detector de ultrasonido. Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la electroválvula de 2/2 vías Usted conoce la construcción y el funcionamiento del detector de posiciones finales Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación y puede redactar una lista de atribuciones de estos componentes Usted puede obtener las líneas características y analizarlas Usted puede redactar un programa Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de funcionamiento de un tramo de regulación Usted puede identificar el tramo de regulación y determinar el número de orden Usted puede configurar un regulador de dos puntos y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede configurar reguladores continuos (P, PI, PID) y evaluar el comportamiento de la regulación Usted puede parametrizar reguladores continuos (P, PI, PID) según el método de ajuste de Chien-Hrones-Reswick (CHR).

Información

La estación de llenado se utiliza para automatizar parcialmente un proceso de producción. Para poner en funcionamiento la estación posteriormente, deberá primero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes más importantes. • Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC. • En el manual de la estación, en las instrucciones de utilización y en las hojas de datos se ofrecen informaciones sobre la estación y los componentes.

Proyecto

Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivos objetivos didácticos. Analice y complete los esquemas de distribución. Confeccione una tabla de atribuciones. Determine las líneas características de los componentes y, a continuación, estudie el funcionamiento de los componentes. Redacte un programa. Revise las secuencias del esquema. Determine el punto de trabajo del tramo de regulación. Identifique el tramo de regulación y determine el número ordinal. Ajuste el regulador continuo y discontinuo y evalúe su funcionamiento.

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D-3

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

D-4

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 1 de 2

Información

La estación de llenado tiene dos depósito, uno que contiene el líquido y otro de dosificación. El agua se bombea desde el primer depósito hacia el depósito de dosificación. Durante la operación de bombeo, se mide en todo momento el nivel de llenado con un detector de ultrasonido. Una vez alcanzado el nivel deseado, se dosifica el agua para llenar las botellas. La cantidad que se dosifica se regula en función del tiempo con una electroválvula. Las botellas se transportan hacia la estación de embotellado mediante una cinta de transporte.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido de tuberías e instrumentos (diagrama RI) de la estación incluyen la denominación de los componentes.

Ejecución

– Determine y complete la denominación de los componentes que aparecen en la fotografía.

3

2 4 1

Denominación de los componentes del sistema

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D-5

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. Denominación de los componentes del proceso

N°

Denominación

1

Significado o función Motor de correa

2 B401 3

Depósito de dosificación

4 V403 5

Evaluación

Dosificador

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI de la estación de mezclar constan identificaciones diferentes para la válvula dosificadora – Explique esta diferencia. Preguntas de comprensión

D-6

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 1 de 2

Información

El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es un dibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. El diagrama RI refleja la posición geométrica del sistema de tuberías. Además, incluye los componentes de control y regulación según DIN 10628. Las magnitudes de medición se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) según la norma DIN 19227-1.

Planificación

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». Las denominaciones y los símbolos de los componentes se encuentran en la introducción del manual de trabajo.

Ejecución

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos y complete el diagrama de flujo RI correspondiente a la estación de llenado.

Diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permite analizar el funcionamiento de los componentes del equipo.

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D-7

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. – Describa el significado o la función de las siguientes denominaciones. Descripción del funcionamiento de los componentes

Denominación

Significado o función Detector de ultrasonido

LS-

LA+ Bomba analógica

V

Evaluación

– ¿Cuál es la diferencia entre V401 y V402? – ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición LA+ y LS+? Preguntas de comprensión

D-8

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 1 de 2

Información

En el esquema de distribución neumático se muestran los componentes.

Planificación

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». Los esquemas de distribución, las denominaciones y los símbolos de los componentes constan en la introducción del manual de trabajo, en la documentación técnica de la estación MPS® PA y de FluidSIM® Neumática.

Ejecución

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos de los componentes neumáticos. – Complete el esquema de distribución neumático de la estación de llenado.

Esquema de distribución neumático

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D-9

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 2 de 2

– Complete la tabla. – Describa el significado o la función de las siguientes denominaciones. Descripción del funcionamiento de los componentes neumáticos

Símbolo

Significado o función

Válvula de 5/2 vías

Evaluación

– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene un silenciador? Preguntas de comprensión

D-10

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 1 de 2

Información

En la Estación MPS® PA «Llenado» se utilizan diversos componentes para procesos continuos. Los datos técnicos son importantes para entender el funcionamiento de los componentes de la estación.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes del proceso están incluidos en la parte D-Anexo.

Ejecución

– Examine la documentación y complete la tabla.

Datos técnicos

Componente

Denominación

Tarea

Características

en el diagrama de flujo

Bomba

P401

Tensión [V]

______

Potencia eléctrica [W] Caudal máx. [l/min]

______ ______

Principio de medición: Se emite una señal acústica y se mide el tiempo Detector de ultrasonido

de reflexión. Esta señal se transforma en una señal de tensión. Margen de medición [mm] Señal del detector [V]

______ ______

Tensión [V]

______

Motor de

Intensidad nominal [A]

______

engranajes

Revoluciones del eje de accionamiento [r.p.m.]

______

Detector de posición final superior Detector de posición final inferior

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Nivel de llenado hasta contacto [l] Tipo (normalm. abierto/cerrado)

______ ______

Nivel de llenado hasta contacto [l] Tipo (normalm. abierto/cerrado)

______ ______

D-11

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 2 de 2

Evaluación

– ¿Qué tensión emite el detector de ultrasonido al alcanzarse un nivel de llenado de 2 litros? Para obtener la solución, es necesario realizar una operación matemática. Preguntas de comprensión

D-12

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 1 de 3

Información

Para analizar el funcionamiento de la estación MPS® PA de llenado, el control se produce con la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®PA o la pantalla táctil del PLC. De esta manera es posible atribuir las señales de salida y de entrada. La tabla de atribuciones constituye la base para la programación de los procesos de la estación.

Planificación

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Ejecución

– Llene el depósito con 7 litros de agua. – Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®PA o la pantalla táctil del PLC al terminal E/S y al terminal analógico de la estación. – Active las bombas y válvulas y observe el equipo y los estados de los LED en el terminal E/S de la estación. – Complete la tabla de atribuciones.

Tabla de atribuciones Entradas digitales

Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

Dirección PLC

Descripción

Control

DI 0 4B2

DI 1

Depósito B401, parte superior

DI 2 DI 3 DI 4 DI 5 DI 6 DI 7

Tabla de atribuciones Entradas analógicas

Símbolo

4PV1

®

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Dirección

Dirección

EasyPort / SimBox

PLC

AI0

Descripción

Control

Valor real X (nivel de llenado)

D-13

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 2 de 3

Tabla de atribuciones Salidas digitales

Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

4M1

Dirección PLC

DO 0

Descripción

Control

Bomba P401 conectada

DO 1 DO 2 DO 3 DO 4 DO 5 DO 6 DO 7

Tabla de atribuciones Salidas analógicas

Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

4CO1

AO 0

Dirección PLC

Descripción

Control

Valor de regulación Y (bomba P401)

AO 1

Control

D-14

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en la tabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estado en la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 3 de 3

Evaluación

– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de llenado si se desea controlar digitalmente el actuador regulador (bomba)? Preguntas de comprensión

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D-15

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

D-16

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 1 de 5

Información

Para determinar el comportamiento del sistema «depósito de dosificación/bomba», es necesario conocer el margen de medición óptimo del detector de ultrasonido y, además, el margen de funcionamiento de la bomba. El comportamiento cambia dependiendo de la velocidad de flujo del agua a través de la válvula de salida hacia el depósito y de la velocidad del llenado de las botellas.

Planificación

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están incluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA. Conecte al PC la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

Ejecución

Determine la línea característica del sistema depósito dosificador/bomba. A la bomba se le aplica una tensión. Con la tensión se controlan las revoluciones del motor de la bomba. La turbina de la bomba genera un flujo a través de las tuberías y el nivel de agua sube en el depósito de dosificación. El detector de ultrasonido capta el nivel de llenado y emite una señal de tensión de 0 ... 10 voltios. Se mide la tensión y se confecciona una tabla de valores. Con los valores medidos se obtiene una línea característica en el diagrama. A una potencia de bombeo determinada, se supera el margen de medición del detector o se alcanza el nivel máximo de llenado en el depósito de dosificación. El nivel máximo de llenado equivale a la presión estática de bombeo (presión hidrostática). Realice las siguientes series de medición: Bombear desde el depósito B401 Cierre la válvula de salida del depósito de dosificación Aplique tensión en la bomba Ponga en funcionamiento la bomba Mida la señal de tensión y rellene la tabla de valores. Convierta el valor de la medición del detector en unidades de l/min y Confeccione la línea característica y Repita la prueba con la válvula de salida V402 semiabierta y Dibuje las líneas características de las dos series de medición en el diagrama utilizando colores diferentes – y y y y y

Observación

Trabajando con EasyPort digital/analógico y con FluidLab®-PA: Al comparar directamente los tramos, es posible dibujar hasta tres líneas características superpuestas.

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D-17

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 2 de 5

Tabla de valores Válvula de salida cerrada

Tensión en la bomba en V

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

4,5

5

Señal del detector de ultrasonido en V Nivel de llenado en l

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de ultrasonido en V Nivel de llenado en l

Válvula de salida cerrada

D-18

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 3 de 5

Tabla de valores Válvula de salida semiabierta

Tensión en la bomba en V

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

4,5

5

Señal del detector de ultrasonido en V Nivel de llenado en l

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de ultrasonido en V Nivel de llenado en l

Válvula de salida semiabierta

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D-19

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 4 de 5

Dibuje las líneas características Líneas características del sistema «Depósito de dosificación/Bomba»

L

V

D-20

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 5 de 5

Evaluación

– Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican la diferencia entre las líneas características. – Explique el comportamiento del sistema a bajas tensiones. Preguntas de comprensión

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D-21

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 7

Información

Para un funcionamiento fiable de la estación de llenado, los depósitos deben tener niveles de llenado determinados antes de bombear desde ellos el agua hacia el depósito de dosificación. De esta manera se evita que la bomba funcione en seco, lo que podría dañar las bombas y, además, tendría como consecuencia que entre aire en las tuberías. La presencia de aire en las tuberías tiene como consecuencia un funcionamiento deficiente del equipo. Además, las botellas únicamente deberán llenarse y transportarse si se cumplen todas las condiciones necesarias.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». Las hojas de datos de los componentes del proceso, el diagrama de flujo RI y los esquemas de distribución se incluyen en la introducción del manual de trabajo y en la documentación técnica de la estación MPS® PA. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico, con FluidSim® Neumática o con el PLC con SimBox digital/analógica. Determine las condiciones que deben cumplirse para activar y reponer los actuadores. Complete las tablas respectivas. Complete el plan de enlaces lógicos.

Ejecución

Redacte un programa para comprobar el funcionamiento de la estación. El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: bombear agua desde el depósito hacia el depósito de dosificación, llenar y transportar las botellas. La operación de bombeo y de llenado deberá ejecutarse presionando pulsadores. El sistema funciona mientras se aprieta el pulsador respectivo y si hay agua suficiente en el depósito correspondiente. – Pulsador S1: bombear agua – Pulsador S2: llenar las botellas – Pulsador S3: transportar las botellas

Indicación

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®: Redacte el programa con FluidSIM® y compruebe el funcionamiento correcto. Los pulsadores S1, S2 y S3 se incluyen en el esquema de distribución de FluidSIM®.

D-22

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 7

Indicación

Trabajar con el PLC: Redacte el programa con el software de programación de su PLC. Cargue el programa al PLC y haga una prueba. Conecte la SimBox digital/analógica a un conector libre de su panel PLC. Utilice SimBox digital/analógica para controlar los pulsadores S1, S2 y S3. – Complete las tablas. Condiciones para la activación de la bomba P401 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S1

Enlace

&

Observación

Pulsador

Detector LS- 202

4B3

DI 2

&

(nivel de llenado inferior en el depósito B401)

Condiciones para la reposición de la bomba P401 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

S1

≥1

Sin pulsador

S2

≥1

Pulsador Sin detector

LS- 202

®

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4B3

DI 2

≥1

(nivel de llenado inferior en el depósito B401)

D-23

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 3 de 7

Condiciones para la activación de la válvula V403 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

Pulsador

S2

Detector de reflexión directa

4B5

(botella en posición de llenado)

Condiciones para la reposición de la válvula V403 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico S1

S3

S2

4B5

D-24

Dirección

Enlace

Observación

Pulsador

Pulsador

Sin pulsador

Detector de reflexión directa (botella en posición de llenado)

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 4 de 7

Condiciones para la activación del motor de correa 4M3 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

Pulsador

S3

Detector de reflexión directa 4B4

(botella en primera posición de la cinta de transporte)

Condiciones para la reposición del motor de correa 4M3 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico 4B5

®

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Dirección

Enlace

Observación

Detector de reflexión directa (botella en posición de llenado)

D-25

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 5 de 7

– Complete los esquemas de enlaces lógicos Red 1

Bomba P401 conectada

Red 2

Válvula dosificadora V403 activada

D-26

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 6 de 7

Red 3

Motor de correa 4M3 conectado

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D-27

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 7 de 7

Evaluación

– ¿Porqué debe evitarse que entre aire en las tuberías? Preguntas de comprensión

D-28

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 1 de 4

Información

El flujo del agua de la bomba hacia el depósito de dosificación debe ser constante para obtener un buen resultado del llenado. Siendo constante el nivel de llenado en el depósito de dosificación, es posible controlar la operación de dosificación en función del tiempo. El valor nominal modificable del regulador debería ajustarse de tal modo (punto de trabajo) que el valor de regulación del tramo alcance el valor deseado.

3,0 L Max

1,5 L

0,5 L Min

Margen lineal. Depósito de dosificación Para determinar el punto de trabajo, primero se determina el valor de regulación mínimo posible (en este caso, el nivel de llenado en el margen lineal) y, a continuación, el valor máximo posible del valor de regulación (en este caso, el máximo nivel de llenado posible).

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D-29

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 2 de 4

Observación

Adaptación de la señal del sensor: El sensor de presión emite una señal de tensión. Esta unidad puede convertirse en unidades de l/min. recurriendo a la hoja de datos. Esta conversión se realiza recurriendo a la ecuación de una recta:

L 3,0

} X

Bb 0

Y Y X

A

a 10 V

Diagrama de la ecuación de la recta

Y

=a ⋅x +b

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del sensor e Y = Nivel de llenado [l].

Planificación

D-30

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». En la documentación técnica de la estación MPS® PA se incluyen las hojas de datos de los componentes del proceso y los esquemas de distribución. Solucione la tarea utilizando la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 3 de 4

Ejecución

– Realice las siguientes series de medición: y Llene de agua el depósito principal B401. y Determine el nivel de llenado mínimo posible del tramo de regulación dentro del margen lineal. Para ello, aumente lentamente el valor de regulación de la bomba P201 hasta que el agua alcanza el margen mínimo. y Determine el nivel de llenado máximo posible del tramo de regulación. Para ello, siga aumentando el valor de regulación de la bomba P201 hasta que la señal del detector alcance un valor máximo. y Incluya los valores medidos en la tabla y calcule el valor medio (punto de trabajo) del sensor. y Ajuste la tensión de la bomba de tal manera que se alcance el valor medio de llenado. y Incluya la tensión en la tabla. – Complete la tabla. Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de nivel de llenado

Señal de regulación bomba P201 [V]

Sensor de ultrasonido Margen de funcionamiento de la bomba Nivel de llenado [l]

Señal de salida [V]

Valor mínimo de medición

Punto de trabajo

Valor máximo de medición

®

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D-31

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 4 de 4

Evaluación

– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de funcionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector. – ¿Cuál es el margen lineal del tramo de regulación? Preguntas de comprensión

D-32

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 4

Información

Para seleccionar el regulador más apropiado, debe conocerse el comportamiento de un tramo de regulación en función del tiempo. Así se obtienen informaciones sobre el dinamismo del tramo de regulación y puede definirse el ajuste del regulador. Para determinar el comportamiento de un tramo de regulación en función del tiempo, es necesario que se produzca una respuesta gradual. Tratándose de tramos con retardo (por ejemplo, un acumulador de energía), se determina la constante del tiempo del tramo aplicando una tangente.

Planificación

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se ofrecen informaciones sobre los métodos de determinación. Solucione la tarea utilizando SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA.

Ejecución

– Realice las siguientes series de medición: 1. Determine la respuesta gradual del tramo de regulación en el punto de trabajo. Para ello, determine la tensión de la bomba aplicando el valor medio de llenado. Aplique la tensión de la bomba al actuador regulador del tramo de regulación. 2. Identifique el número ordinal del tramo de regulación recurriendo a la siguiente gráfica. ¿Se trata de un tramo de primer orden o de orden superior?

xx

1

4 32

Rt Tramos con retardo

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D-33

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 2 de 4

Forma de proceder tratándose de tramos de 1er orden: Determine gráficamente la constante del tiempo Ts del tramo de regulación. Ponga la tangente (original) «a» en la curva. Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo. Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo) en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». y Dibuje la línea horizontal en el punto de intersección de la curva y de la perpendicular. En este punto, el valor real de la curva debería encontrarse en el 63% del «valor máximo». y En la escala, determine el tiempo que necesita el sistema para alcanzar ese 63%. Esta es la constante del tiempo Ts. y Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones), después de producirse la respuesta gradual inicial. – y y y y

X(t)

Y

X

x K s = y

1 0,9 0,8 0,7 a

0,6

A

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

10

20

30

40

50

60 t

Tramo de 1er orden

D-34

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 3 de 4

Forma de proceder tratándose de tramos de orden superior: Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva. Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo. Dibuje la perpendicular (90° en relación con el valor máximo) en el punto de intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta línea recta es el tiempo de retardo Tu • Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo) en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». La distancia entre Tu y esta línea recta es el tiempo de compensación Tg. y Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones) después de producirse la respuesta gradual. – • • •

X(t)

Y

X

x K s = y

1 0,9 0,8 0,7 a

T

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

20

40

60

80

100

120 t

Tramo de orden superior

®

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D-35

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 4 de 4

Evaluación

– – – –

¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? ¿De qué sistema se trata, es decir, de qué orden es el sistema? ¿Qué constante(s) del tiempo Ts se obtiene/obtienen? Explique el comportamiento del tramo. Preguntas de comprensión

D-36

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 1 de 6

Información

Un criterio de diferenciación del tramo de regulación es el comportamiento que se observa al llenar y vaciar el depósito. La velocidad de llenado depende de varios factores, por ejemplo, del nivel de llenado, de las secciones de los tubos, de la velocidad del flujo del agua a través de la válvula de evacuación, etc.. Además, en este contexto se pueden explicar conceptos como los siguientes: – Tramos con compensación – Tramos sin compensación – Presión hidrostática

Planificación

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». En la parte B-Nociones básicas del manual de trabajo se incluyen diversas informaciones. Solucione la tarea con SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o el PLC con pantalla táctil,

Ejecución

– Realice las siguientes series de medición: Bombeo desde el depósito principal B401. 1. Cierre la válvula de salida del depósito de dosificación. 2. Aplique tensión en la bomba (recomendado: 10 V). 3. Ponga en funcionamiento la bomba. 4. Mida el tiempo que transcurre hasta que el agua alcanza el nivel máximo. 5. Registre la mayor cantidad posible de valores de medición y rellene las tablas. 6. Desactive la bomba. 7. Mida el tiempo que transcurre hasta que el depósito de dosificación está vacío. 8. Abra la válvula de salida del depósito de dosificación. 9. Registre la mayor cantidad posible de valores de medición y rellene las tablas. 10. Repita los pasos 2 hasta 5, aunque esta vez con la válvula de evacuación abierta. 11. Registre la mayor cantidad posible de valores de medición y rellene las tablas. 12. Incluya las líneas características en un diagrama.

Observación

Trabajando con EasyPort digital/analógico y con FluidLab®-PA: Para comparar directamente los tramos, pueden incluirse hasta tres líneas características superpuestas en el diagrama.

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D-37

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 2 de 6

Medición 1 Válvula de evacuación cerrada, bomba en funcionamiento

D-38

Tensión de la bomba en V Nivel de llenado [l]

Tiempo [s]

Nivel de llenado [l]

0,5

1,8

0,6

1,9

0,7

2,0

0,8

2,1

0,9

2,2

1,0

2,3

1,1

2,4

1,2

2,5

1,3

2,6

1,4

2,7

1,5

2,8

1,6

2,9

1,7

3,0

Tiempo [s]

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 3 de 6

Medición 2 Válvula de evacuación abierta, bomba desconectada

Tensión de la bomba en V Nivel de llenado [l]

0V Tiempo [s]

Nivel de llenado [l]

3,0

1,7

2,9

1,6

2,8

1,5

2,7

1,4

2,6

1,3

2,5

1,2

2,4

1,1

2,3

1,0

2,2

0,9

2,1

0,8

2,0

0,7

1,9

0,6

1,8

0,5

®

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Tiempo [s]

D-39

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 4 de 6

Medición 3 Válvula de evacuación abierta, bomba en funcionamiento

D-40

Tensión de la bomba en V Nivel de llenado [l]

Tiempo [s]

Nivel de llenado [l]

0,5

1,8

0,6

1,9

0,7

2,0

0,8

2,1

0,9

2,2

1,0

2,3

1,1

2,4

1,2

2,5

1,3

2,6

1,4

2,7

1,5

2,8

1,6

2,9

1,7

3,0

Tiempo [s]

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 5 de 6

– Dibuje las líneas características.

L

t in [s] Líneas características del comportamiento del sistema al llenar y vaciar el depósito

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D-41

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 6 de 6

Evaluación

– ¿Cuál es el transcurso de la curva en la medición 1? – ¿Cómo se diferencian las curvas de las mediciones 1 y 3? – ¿Porqué decrece la curva de la medición 2? Preguntas de comprensión

D-42

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 1 de2

Información

Un regulador de dos puntos es un regulador discontinuo. Si el valor real es inferior al valor nominal, se CONECTA la bomba; si el valor real es superior al valor nominal, la bomba se DESCONECTA. Para evitar que el actuador regulador esté conectándose y desconectándose constantemente, se definen los límites de conmutación superior e inferior. Esta diferencia se llama diferencia de conmutación.

Planificación

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de llenado. Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Ejecución

Deberán ejecutarse los siguientes pasos: y Llene el depósito B401 con agua. y Controle la bomba digitalmente. Para ello cambie los contactos a modalidad «digital» en el panel de conexiones. y Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido al solucionar la tarea 4.2.3 se utiliza como valor nominal. Determine los límites superior e inferior de conmutación. Los límites de conmutación deberán cubrir un margen un 5% superior e inferior al valor nominal. Parámetro

Valor

Valor nominal (w) en el punto de trabajo Límite superior de conmutación Límite inferior de conmutación

y Utilice los valores nominales de la tabla como parámetros del regulador de dos puntos. Indicación

Trabajando con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA, el valor nominal w no tiene dimensión.

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D-43

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 2 de2

Evaluación

– ¿Cómo reacciona el sistema? – Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos. – Describa el comportamiento de la regulación. Preguntas de comprensión

D-44

®

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 1 de 5

Información

En comparación con un regulador de dos puntos, el regulador continuo tiene una señal de regulación continua. Esta señal se calcula en función de la diferencia de regulación.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informaciones importantes. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Ejecución

Estudie el funcionamiento de diversos tipos de reguladores continuos. y Llene de agua el depósito principal B401. y Active la bomba analógicamente cambiando las conexiones a «funcionamiento analógico» en el tablero de conexiones. y Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido en la tarea 4.2.3 se utiliza como valor nominal Parámetro

Valor normalizado

Valor [l]

Valor nominal (w) en el punto de trabajo

y Introduzca el valor nominal en el regulador e inicie el proceso de regulación. y Compruebe el comportamiento del tramo de regulación utilizando diversos reguladores continuos.

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D-45

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 2 de 5

Ejecución

Regulador P – Regule el tramo utilizando un regulador P. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp que constan en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

KP

2

KP

5

KP

10

KP

50

Lista de parámetros

D-46

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 3 de 5

Ejecución

Regulador I – Regule el tramo utilizando un regulador I. – Para ello, utilice consecutivamente los valores de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

Tn

50

Tn

10

Tn

5

Tn

2

Lista de parámetros

®

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D-47

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 4 de 5

Ejecución

Regulador PI – Regule el tramo utilizando un regulador PI. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp y los tiempos de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor. Parámetro

Valor

Parámetro

Valor

KP

2

TN

10

KP

2

TN

5

KP

5

TN

10

KP

5

TN

5

Lista de parámetros

D-48

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 5 de 5

Evaluación

¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor tiempo de regulación? – ¿Qué regulador es el más apropiado para este tramo si se pretende regular hasta cero? – – – –

Preguntas de comprensión

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D-49

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.3 Ajuste del regulador según Chien-Hrones-Reswick

Hoja 1 de 3

Información

El tramo de regulación de llenado de la estación de llenado es un tramo P . Es importante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para el tramo a regular. En el transcurso del tiempo se desarrollaron numerosos métodos para definir los parámetros de regulación apropiados. Pero la validez de un método para determinar o calcular los valores de los parámetros apropiados depende de las características del tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para realizar el ajuste es el método de Chien-Hrones-Reswick.

Planificación

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA «Llenado». En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen indicaciones importantes. Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Ejecución

– Realice las siguientes series de medición: y Determine la respuesta gradual del tramo de regulación en el punto de trabajo. Para ello determine la tensión de la bomba aplicando el valor medio del nivel de llenado. Aplique la tensión en el actuador regulador analógico (la bomba) del tramo de regulación. y Identifique el número ordinal del tramo de regulación. ¿Se trata de un tramo de primer orden o de orden superior? y Ponga la tangente de inflexión en la curva. y Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo. y Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo) en el punto de intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta recta es (Tu). y Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo) en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». La distancia entre Tu y esta recta es Tg. y Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones), después de producirse la respuesta gradual inicial.

D-50

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Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.3 Ajuste del regulador según Chien-Hrones-Reswick

Hoja 2 de 3

X(t)

Y

X

x K s = y

1 0,9 0,8 0,7 a

T

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

40

20

60

80

100

120 t

Respuesta gradual Los parámetros del regulador que se utilizará se determinan según la tabla siguiente.

®

Regulador

Kp

P

0,30/Ks*Tg/Tu

PI

0,35/Ks*Tg/Tu

1,20*Tu

PID

0,60/Ks*Tg/Tu

Tg

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Tn

Tv

0,50*Tu

D-51

Tareas. MPS® PA Estación de llenado

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre:

Fecha:

4.3.3 Ajuste del regulador según Chien-Hrones-Reswick

Hoja 3 de 3

Evaluación

– ¿Qué regulador seleccionó usted y porqué? – ¿Qué valores se determinaron para Kp, Tn y Tv? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado? Preguntas de comprensión

D-52

®

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MPS® PA Soluciones

709744 ES

Utilización prevista y convenida

Este sistema de estudio ha sido desarrollado y producido con el único propósito de la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de automatización de procesos continuos y de comunicación. La entidad de enseñanza y/o el estudiante deberán velar por el cumplimiento de las medidas de seguridad indicadas en el presente manual. Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por daños ocasionados a los estudiantes, a la entidad de enseñanza o a otros terceros debido a la utilización de los equipos sin fines exclusivos de enseñanza. Esta exclusión no se aplica si Festo Didactic ocasiona este tipo de daños de modo premeditado o gravemente culposo.

N° de artículo: Fecha de actualización: Autores: Redacción: Representación gráfica:

709744 12/2006 J. Helmich, ADIRO H. Kaufmann M. Linn V. Xhemajli, C. Green, T. Schwab, ADIRO

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Germany, 2007 Internet: www.festo-didactic.com e-mail: [email protected]

Está prohibida la difusión o el multicopiado parcial o total del presente documento, a menos que se disponga una autorización explícita para ello. Cualquier infracción de esta disposición obliga al pago de indemnizaciones. Reservados todos los derechos, especialmente el derecho de registrar patentes y muestras industriales. El usuario autorizado puede multicopiar partes de esta documentación, aunque únicamente con fines didácticos.

2

®

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Índice

Soluciones. Estación de filtratión

Solución 1.1: Examinar las instalaciones y los componentes Solución 1.1.1: Denominación de los componentes del sistema ________________ 5 Solución 1.1.2: Completar el diagrama de flujo RI ___________________________ 7 Solución 1.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ______________ 9 Solución 1.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ____________ 11 Solución 1.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ______________________ 13 Solución 1.2: Medición y control Solución 1.2.1: Línea carac. del sistema válvula prop. reguladora presión / filtro _ Solución 1.2.2: Enlaces lógicos _________________________________________ Solución 1.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación ____________ Solución 1.2.4: Identificación del tramo de regulación_______________________ Solución 1.2.5: Niveles de presión con rampa _____________________________

16 19 26 28 30

Solución 1.3: Regulación Solución 1.3.1: Regulador de dos puntos _________________________________ 32 Solución 1.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _______________ 34 Solución 1.3.3: Método de optimización según Ziegler-Nichols _______________ 39

Soluciones. Estación de mezcla

Solución 2.1: Examinar las instalaciones y los componentes Solución 2.1.1: Denominación de los componentes del sistema _______________ Solución 2.1.2: Completar el diagrama de flujo RI __________________________ Solución 2.1.3: Completar el esquema de distribución neumático _____________ Solución 2.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ____________ Solución 2.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ______________________

43 45 47 49 51

Solución 2.2: Medición y control Solución 2.2.1: Línea característica del sistema de la bomba _________________ Solución 2.2.2: Enlaces lógicos _________________________________________ Solución 2.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación ____________ Solución 2.2.4: Identificación del tramo de regulación_______________________ Solución 2.2.5: Mezclar en función de las cantidades _______________________

54 61 69 71 73

Solución 2.3: Regulación Solución 2.3.1: Regulador de dos puntos _________________________________ 76 Solución 2.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _______________ 78 Solución 2.3.3: Ajuste manual de los parámetros de regulación ______________ 83

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3

Índice

Soluciones. Estación reactor

Solución 3.1: Examinar las instalaciones y los componentes Solución 3.1.1: Denominación de los componentes del sistema _______________ Solución 3.1.2: Completar el diagrama de flujo RI __________________________ Solución 3.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ____________ Solución 3.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ______________________

85 87 89 91

Solución 3.2: Medición y control Solución 3.2.1: Línea característica del sistema calentador/fluido ____________ 95 Solución 3.2.2: Enlaces lógicos ________________________________________ 100 Solución 3.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________ 106 Solución 3.2.4: Identificación del tramo de regulación______________________ 108 Solución 3.3: Regulación Solución 3.3.1: Regulador de dos puntos ________________________________ 110 Solución 3.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ______________ 112 Solución 3.3.3: Método de regulación según la velocidad del aumento _______ 117

Soluciones. Estación de llenado

Solución 4.1: Examinar las instalaciones y los componentes Solución 4.1.1: Denominación de los componentes del sistema ______________ Solución 4.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _________________________ Solución 4.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ____________ Solución 4.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ___________ Solución 4.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones _____________________

121 123 125 127 129

Solución 4.2: Medición y control Solución 4.2.1: Línea carac. del sistema depósito dosificador/bomba _________ Solución 4.2.2: Enlaces lógicos ________________________________________ Solución 4.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________ Solución 4.2.4: Identificación del tramo de regulación______________________ Solución 4.2.5: Comportamiento al llenar y vaciar el depósito _______________

132 136 142 143 145

Solución 4.3: Regulación Solución 4.3.1: Regulador de dos puntos ________________________________ 151 Solución 4.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ______________ 153 Solución 4.3.3: Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR) ___ 158

4

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Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión

Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 1 de 2

3 4

2

1

Denominación de los componentes del sistema

®

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5

Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión

Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 2 de 2

Denominación de los componentes del proceso

N°

Denominación

1

Significado o función Sensor de presión

1B1 2

Filtro F101

3

Corredera V102

4

Compuerta V103

5

Válvula de bola de 3 vías V106

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI se utilizan dos identificaciones diferentes para la corredera. – Explique la diferencia. Preguntas de comprensión La denominación V102 que aparece en el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es una denominación de proceso. Las funciones relacionadas con procesos en un EMCR (técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) se describen en zonas EMCR. La identificación se refiere a la magnitud de medición o a otra magnitud de entrada, a su procesamiento, su efecto y la indicación de su lugar. Una zona EMCR se representa por un círculo EMCR y se identifica con una letra (A – Z) y un número de identificación. En la parte superior del círculo se encuentran las letras identificadoras y en la parte inferior los números. El orden de utilización de las letras consta en la tabla «Letras de identificación EMCR según DIN 19227». La denominación 1M4, utilizada en el esquema de distribución eléctrico, se refiere a una función ®

eléctrica. Todos los componentes eléctricos de una estación MPS PA están identificados con el símbolo que les corresponde. La denominación de los componentes incluidos en esquemas de distribución eléctricos se rige por la norma DIN/EN61346-2.

6

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión

Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 2

Diagrama de flujo RI

®

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7

Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión

Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 2

Descripción del funcionamiento de los componentes

Denominación F

Significado o función Filtro

Detector de posición LSValor límite de alarma LA+ Bomba digital P101 Válvula V

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición LA+ y LS+ Preguntas de comprensión Las denominaciones LA+ y LS+ se diferencian por la función que representan en la estación. Mientras que ambos detectores indican el nivel de llenado en el depósito de agua, LA+ es un aviso de fallo (suele utilizarse como PARADA DE EMERGENCIA).

8

®

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Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 1 de 2

Esquema de distribución neumático

®

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9

Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión

Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 2 de 2

Descripción del funcionamiento de los componentes neumáticos

Símbolo

Significado o función Estrangulador

Válvula de 5/2 vías

Compuerta con actuador giratorio neumático

– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene la estrangulación del aire de escape en un cilindro neumático? Preguntas de comprensión La válvula de 5/2 vías tiene 5 conexiones y 2 posiciones de conmutación. Una conexión está prevista para el aire comprimido. En las otras cuatro se conectan los conductos de trabajo o de escape. Según su tipo, la válvula puede accionarse mediante aire comprimido (aire de pilotaje) o eléctricamente. Las válvulas de estrangulación del aire de escape se atornillan a las conexiones 3 ó 5 de las válvulas reguladoras. Con ellas se regula la velocidad del émbolo de cilindros estrangulando el aire de escape. El tornillo de estrangulación permite ajustar la salida de aire. El aire de escape sale a través de un silenciador integrado, por lo que el nivel de ruidos es menor.

10

®

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Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 1 de 2

Ejecución Datos técnicos

DenominaComponente

ción en el diagrama de flujo

Tarea

Características

Bombea el líquido Bomba

P201

contenido en un

Tensión [V]

24 V

depósito a través

Potencia eléctrica [W] Caudal máx. [l/min]

26 W 9 l/min

regular la presión

Tensión del valor nominal [V]

0...10 V

proporcionalmente a un valor nominal

Margen de presión [bar]

0,15...6 bar

del sistema de tubos Se utiliza para

Válvula proporcional

Prop_V

reguladora de presión Válvula de 3 vías

Sensor de presión

Para modificar el V106

Para medir la presión

LS + 101

Detección del nivel;

Nivel de llenado hasta contacto [l]

valor límite superior

Tipo (normalm. abierto/cerrado) norm. abierto

superior ( B101) Detector de posición final inferior (B101)

®

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Presión neum. mín. [bar] 1 bar Intensidad máx. [mA] 5,65 W

1B1

Detector de posición final

sentido del flujo en la estación

LS- 102

Detección del nivel; valor límite inferior

Margen de presión [bar] Señal del sensor [V]

0...10 bar 0...10 V

Nivel de llenado hasta contacto [l]

6l

0l

Tipo (normalm. abierto/cerrado) norm. abierto

11

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Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 2 de 2

– Describa la construcción y el funcionamiento de la válvula proporcional de regulación de presión. Preguntas de comprensión

La válvula proporcional reguladora de presión se utiliza para regular la presión proporcionalmente a un valor nominal. Se utilizan principalmente para sustituir el ajuste manual de un regulador por un ajuste eléctrico a distancia, por ejemplo, para modificar rápida y automáticamente diversos parámetros de la máquina. Un sensor de presión integrado mide la presión en la utilización y compara el valor con el valor nominal. Si hay diferencias entre el valor nominal y el valor real, se activa la válvula reguladora hasta que la presión de salida alcanza el valor nominal.

12

®

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Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 1 de 3

Tabla de atribuciones Entradas digitales

Tabla de atribuciones Entradas analógicas

Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

Dirección PLC

Descripción

1B1

DI 0

E 0.0

Presión de expulsión

1B2

DI 1

E 0.1

Depósito B101 parte superior

1B3

DI 2

E 0.2

Depósito B101 parte inferior

1B4

DI 3

E 0.3

Depósito B102 parte superior

1B5

DI 4

E 0.4

Depósito B102 parte inferior

1B6/1B7

DI 5

E 0.5

Compuerta abierta; corredera inferior

1B8/1B9

DI 6

E 0.6

Compuerta cerrada; corredera superior

1PA_FREE

DI 7

E 0.7

Símbolo

1PV1

®

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Dirección

Dirección

EasyPort/ SimBox

PLC

AI0

EW256

Control

Receptor libre en la siguiente estación

Descripción

Control

Valor real X (presión)

13

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Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 2 de 3

Tabla de atribuciones Salidas digitales

Tabla de atribuciones Salidas analógicas

Símbolo

Dirección PLC

Descripción

1M1

DO 0

A 0.0

Presión del chorro de expulsión

1M2

DO 1

A 0.1

Bomba P101 agua sucia

1M3

DO 2

A 0.2

Bomba P102 de la siguiente estación

1M4

DO 3

A 0.3

Corredera

1M5

DO 4

A 0.4

Compuerta

1M6

DO 5

A 0.5

Válvula de bolas de 3 vías

1M7

DO 6

A 0.6

Agitador

1PA_BUSY

DO 7

A 0.7

Estación PA ocupada

Dirección

Dirección PLC

Descripción

Símbolo

EasyPort/ SimBox 1CO1

14

Dirección EasyPort/ SimBox

AO 0

AW256

Control

Control

Señal de regulación Y, válvula proporcional reguladora de presión

®

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Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

1.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 3 de 3

– Describa el comportamiento del actuador regulador analógico (válvula proporcional reguladora de presión) en el caso del accionamiento con señal analógica. Preguntas de comprensión Para poder accionar analógicamente el actuador regulador analógico (válvula proporcional reguladora de presión), es necesario cambiar las conexiones del puente en el panel de conexiones. El actuador regulador reacciona en función de la tensión. Si no está activado (0 V), la válvula está cerrada. Al aplicar una señal analógica, la válvula reacciona proporcionalmente al valor de la señal. De esta manera puede regularse la presión.

®

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15

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión / filtro

Hoja 1 de 3

Observación Tabla de valores

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Tensión en la V_Prop en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

3,00

Señal del Sensor de presión en V Presión en bar

Tensión en la V_Prop en V

10,00

Señal del Sensor de presión en V Presión en bar

Control de la válvula proporcional reguladora de presión.

16

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión / filtro

Hoja 2 de 3

Llamada de atención

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

Líneas características del sistema V_Prop/Filtro

®

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17

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión /

Hoja 3 de 3

filtro

Observación

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. N°

Pregunta

Respuesta

Observación No hay histéresis.

1

2

Forma de la línea característica

La histéresis depende de:

Determinar la histéresis:

Margen de

Lineal

funcionamiento sólo hasta 3 bar.

Depende de la velocidad del cambio del valor nominal

Cuanto mayor la velocidad, tanto mayor la histéresis

Modificación lenta del valor nominal H = 0,1

3 Modificación rápida del valor nominal H = 0,3 ¿Qué valor nominal (V) debe ajustarse para limpiar el filtro 4

p = 0,5 bar = 0,5 voltios

mediante un chorro con la

p = 1,0 bar = 1,0.voltios

presión que se indica a

p = 1,5 bar = 1,5.voltios

continuación?

– Explique la línea característica. – Explique el comportamiento del sistema con bajas tensiones. Preguntas de comprensión Siendo bajas las tensiones, la válvula proporcional reguladora de presión se encuentra fuera del margen de funcionamiento. Sólo a partir de 0,15 voltios empieza la zona lineal de la válvula.

18

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 7

Solución

– Pulsador S1, Inicio del proceso parcial «mezclar» – Pulsador S2, Inicio del proceso parcial «filtrar» – Pulsador S3, Inicio del proceso parcial «enjuagar»

Observación

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®. Condiciones para la activación de la operación de agitar R104 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema

Dirección

Enlace

Observación

eléctrico

-

S1

-

&

LS- 102

1B3

DI 2

&

-

1B9

DI 6

&

Pulsador

Detector (Nivel de llenado inferior en el depósito B101) Detector (corredera, posición superior)

Condiciones para la reposición de la operación de agitar R104 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema

Dirección

Enlace

Observación

eléctrico

-

S2

-

≥1

-

S3

-

≥1

LS- 102

1B3

DI 2

≥1

-

1B9

DI 6

≥1

Pulsador

Pulsador

Sin detector

®

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(nivel de llenado inferior en el depósito B101) Sin detector (corredera, posición superior)

19

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 7

Condiciones para la activación de la corredera V102 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S2

-

&

LS- 102

1B3

DI 2

&

-

1B7

DI 5

&

Observación

Pulsador

Detector (nivel de llenado inferior en el depósito B101) Sin detector (compuerta abierta)

Condiciones de reposición de la corredera V102 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S1

-

≥1

-

S3

-

≥1

LS+ 101

1B2

DI 1

≥1

LS+ 103

1B4

DI 3

≥1

LS- 102

1B3

DI 2

≥1

Observación

Pulsador

Pulsador

Detector (nivel de llenado superior en el depósito B101) Detector (nivel de llenado superior en el depósito B102) Sin detector

20

(nivel de llenado inferior en el depósito B101)

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 3 de 7

Condiciones para la activación de la bomba P102 de la siguiente estación Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S3

-

&

LS- 104

1B5

DI 4

&

-

1B9

DI 6

&

Observación

Pulsador

Detector (nivel de llenado superior en el depósito B102) Detector (corredera, posición superior)

Condiciones para la reposición de la bomba P102 de la siguiente estación Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S1

-

≥1

-

S2

-

≥1

LS+ 101

1B2

DI 1

≥1

LS- 104

1B5

DI 4

≥1

Observación

Pulsador

Pulsador

Detector (nivel de llenado superior en el depósito B101) Sin detector

®

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(nivel de llenado inferior en el depósito B102)

21

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 4 de 7

Condiciones para la activación de la bomba P101 de agua sucia Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S1

-

≥1

-

S2

-

≥1

LS- 102

1B3

DI 2

&

Observación

Pulsador

Pulsador

Detector (nivel de llenado inferior en el depósito B101)

Condiciones para la reposición de la bomba 101 de agua sucia Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S3

-

≥1

LS- 102

1B3

DI 2

≥1

LS+ 103

1B4

DI 3

&

-

1B9

DI 6

&

Observación

Pulsador

Sin detector (nivel de llenado inferior en el depósito B101) Sensor

22

(nivel de llenado superior en el depósito B102) Sin detector (corredera, posición superior)

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 5 de 7

Esquema de enlaces lógicos Red 1

– Agitador R104 conectado

Red 2

– Corredera V102 en posición superior

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 6 de 7

Red 3

– Bomba P102 de estación siguiente conectada

Red 4

– Bomba P101 de agua sucia conectada

24

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 7 de 7

– ¿Porqué debe evitarse que entre aire en las tuberías? Preguntas de comprensión El aire contenido en los tubos evita el funcionamiento correcto del sistema. Debe evitarse que las bombas funcionen en seco, ya que de lo contrario pueden dañarse.

®

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25

Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión

Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 1 de 2

Hinweis

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de la presión

Presión [Bar]

Señal de salida [V]

Valor mínimo de medición

O,2

0,1

0,1

Punto de trabajo

3

1,25

1,25

6,2

2,6

2,6

Valor máximo de medición

26

Sensor de presión

Señal de regulación V_Prop [V]

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 2 de 2

– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de funcionamiento de la válvula proporcional reguladora de la presión y en el margen de medición del sensor. Preguntas de comprensión Debe disponerse, como mínimo, de una presión de funcionamiento de 1 bar para que la válvula proporcional reguladora de presión pueda funcionar de modo óptimo. El margen de trabajo se redujo a 0 - 2,6 bar con el limitador de presión. La posición del montaje del sensor y la pérdida de presión en el sistema de tuberías inciden en el resultado de la medición.

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 2

Ejemplo para determinar la constante del tiempo Ts

28

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 2 de 2

¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? ¿De qué tipo de tramo se trata, es decir, de qué orden es? ¿Qué constante(s) del tiempo se obtiene/obtienen? Explique el comportamiento del sistema.

– – – –

Preguntas de comprensión Amplificación del tramo Ks = 1 PT1, tramo de 1er orden Ts = 32 ms Los tramos con compensación (tramos PT1) son tramos que se distinguen por asumir un valor final estacionario después de un tiempo determinado. En ese caso, la energía alimentada es igual a la energía evacuada. En el caso del tramo de regulación de la presión es válido lo siguiente: el nivel de presión en el filtro aumenta si aumenta la presión aplicada. Por lo tanto, al aumentar la presión, también aumenta el flujo de salida del filtro. Si el caudal volumétrico de salida es igual al caudal volumétrico de alimentación, se produce una situación estática (equilibrio debido a la compensación de presiones), por lo que ya no cambia la presión en el filtro.

®

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29

Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión

Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.5 Niveles de presión con rampa

Hoja 1 de 2

Observación

30

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

®

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Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control Nombre:

Fecha:

1.2.5 Niveles de presión con rampa

Hoja 2 de 2

Evaluación

– ¿Qué diferencia existe entre una válvula proporcional y una válvula proporcional reguladora de presión? Preguntas de comprensión La válvula proporcional reguladora de presión se utiliza para regular una presión proporcionalmente a un valor nominal previamente definido. Se utilizan principalmente para sustituir el ajuste manual de un regulador por un ajuste eléctrico a distancia, por ejemplo, para modificar rápida y automáticamente diversos parámetros de la máquina. Un sensor de presión integrado mide la presión en la utilización y compara el valor con el valor nominal. Si hay diferencias entre el valor nominal y el valor real, se activa la válvula reguladora hasta que la presión de salida alcanza el valor nominal. Con una válvula proporcional es posible regular el caudal de gases neutros y de líquidos. Puede utilizarse como actuador regulador ajustable a distancia o puede montarse en circuitos de regulación. La válvula proporcional es una válvula de 2/2 vías de accionamiento directo. Dependiendo de la intensidad de la bobina, el émbolo de la válvula se separa de su asiento, permitiendo el paso desde la conexión 1 hacia la conexión 2. Si no se aplica corriente, la válvula está cerrada. La válvula se repone por la fuerza de un muelle. Una señal externa se transforma en una señal de alta frecuencia de modulación, con la que es posible regular de modo continuo el paso que deja abierto la válvula. La frecuencia de esta señal puede elegirse en función de la válvula que se utiliza.

®

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31

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 1 de2

Observación

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

Parámetro

Valor normalizado

Valor físico

Valor nominal (w) en el punto de trabajo

0,21

1,26

Límite de conmutación

-

0,5

-

0,5

superior Límite de conmutación inferior

32

®

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 2 de2

Evaluación

– ¿Cómo reacciona el sistema? – Describa el comportamiento de la regulación. – Nombre aplicaciones típicas para los reguladores de dos puntos. Preguntas de comprensión En este tipo de regulador, la señal de regulación sólo puede asumir dos estados definidos. La salida del regulador conmuta entre esos dos estados, dependiendo de cuál de los valores límites se superó. En el ejemplo, la señal de regulación salta a su valor máximo al producirse la conexión y el valor continúa aumentando hasta alcanzar el valor límite superior. El regulador reacciona reduciendo la señal de regulación. El valor disminuye hasta alcanzar el valor límite inferior. A partir de ese momento se invierte nuevamente la función. La histéresis puede aumentarse o disminuirse, lo que significa que puede reducirse o prolongarse el intervalo entre las señales. El regulador de dos puntos es especialmente apropiado para regular tramos con una gran constante del tiempo que, en el ejemplo, sería la regulación de la presión. Otras aplicaciones pueden ser, por ejemplo, la regulación de un compresor, de la temperatura ambiente o de la humedad.

®

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33

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 1 de 5

Parámetro Valor nominal (w) en el punto de trabajo

34

Valor normalizado 0,21

Valor físico [bar] 1,3

®

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 2 de 5

Ejecución

Regulador P

Ejemplo con Kp = 5

®

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35

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 3 de 5

Ejecución

Regulador I

Ejemplo con Tn = 5

36

®

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 4 de 5

Ejecución

Regulador PI

Ejemplo con Kp = 2, Tn = 5

®

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37

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 5 de 5

¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor tiempo de regulación? – ¿Qué regulador es el más apropiado para este tramo si se pretende regular hasta cero? – – – –

Preguntas de comprensión Regulador P: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a la señal de entrada. La desventaja consiste en la persistencia de una diferencia remanente de regulación. Si Kp es demasiado grande, el sistema produce oscilaciones. Regulador I: el sistema reacciona muy lentamente a un cambio del valor nominal. La ventaja consiste en que la diferencia de regulación baja a cero. Regulador PI: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a un cambio del valor nominal. La diferencia de regulación se anula completamente. El regulador PI combina las ventajas de los reguladores P y reguladores I. La parte P se ocupa de una respuesta rápida a la señal, mientras que la parte I consigue disminuir a cero las diferencias de regulación. Considerando que el tramo de regulación de la presión es el tramo P, el regulador I es óptimo para esta tarea de regulación.

38

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión

Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.3 Método de optimización según Ziegler-Nichols

Hoja 1 de 4

Observación

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

®

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39

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.3 Método de optimización según Ziegler-Nichols

Hoja 2 de 4

Evaluación

– ¿Qué factor escogió usted y por qué? – ¿Qué valor se obtuvo para Kp, Tn, Tv? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo? Preguntas de comprensión Kp: Regulador P:

2,2

Regulador PI:

1,98

Regulador PID:

2,64

Tn: Regulador PI:

0,298

Regulador PID:

0,175

Tv: Regulador PID:

0,042

Recurriendo al parámetro previamente ajustado, la respuesta gradual permite comprobar diversos comportamientos. Tratándose de una regulación con regulador P, la señal de salida alcanza de modo relativamente rápido un estado estacionario; sin embargo, no es posible anular la diferencia de regulación. Si se efectúa la misma prueba con un regulador PI, puede observarse una ligera sobreoscilación de la señal de salida. El valor nominal se alcanza rápidamente y sin diferencia remanente de regulación. El regulador PID es el que más rápidamente elimina la diferencia de regulación. Tras algunas pocas sobreoscilaciones, se alcanza un estadio de equilibro.

40

®

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.3 Método de optimización según Ziegler-Nichols

Hoja 3 de 4

Ejemplo con Kpr = 2,2.

Ejemplo con Kpr = 1,98, Tn = 0,298.

®

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Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación Nombre:

Fecha:

1.3.3 Método de optimización según Ziegler-Nichols

Hoja 4 de 4

Ejemplo con Kpr = 2,64, Tn = 0,175, Tv = 0,042.

42

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 1 de 2

3 2 1

4

5

Denominación de los componentes del proceso

N°

Denominación

1

Significado o función Válvula de bola de 2/2 vías

V201 2

Depósito de agua B201

3 2B2

4

Detector de posición «depósito B201, parte superior»

Detector de caudal 2B1

5

Bomba de mezcla P201

®

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43

Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 2 de 2

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI de la estación de mezclar constan identificaciones diferentes para el «depósito B201, parte superior». – Explique esta diferencia. Preguntas de comprensión La denominación que aparece en el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es una denominación de proceso. Las funciones relacionadas con procesos en un EMCR (técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) se describen en zonas EMCR. La identificación se refiere a la magnitud de medición o a otra magnitud de entrada, a su procesamiento, su efecto y la indicación de su lugar. Una zona EMCR se representa por un círculo EMCR y se identifica con una letra (A – Z) y un número de identificación. En la parte superior del círculo se encuentran las letras identificadoras y en la parte inferior los números. El orden de utilización de las letras consta en la tabla «Letras de identificación EMCR según DIN 19227». La denominación utilizada en el esquema de distribución eléctrico, se refiere a una función eléctrica. ®

Todos los componentes eléctricos de una estación MPS PA están identificados con el símbolo que les corresponde. La denominación de los componentes incluidos en esquemas de distribución eléctricos se rige por la norma DIN/EN61346-2.

44

®

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Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 1 de 2

Soluciones

Diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) Descripción de las funciones de los componentes Denominación FI

Detector de caudal

FIC

Detector de caudal

LS-

Detector de posiciones

LA+

Nivel de llenado. Valor límite para alarma

P201 V

®

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Significado o función

Bomba analógica Válvula

45

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Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 2 de 2

Evaluación

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición FI y FIC. – Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición LA+ y LS+. Preguntas de comprensión Las denominaciones FI y FIC son denominaciones de procesos. Una zona EMCR está representada por un círculo y se describe con una letra identificadora (A-Z). En la parte superior del círculo constan las letras de identificación y en la parte inferior aparece la numeración. El orden de las letras de identificación consta en la tabla «Letras de identificación EMCR según DIN 19227». Ejemplo: F significa caudal; I significa identificación; C significa regulación automática. Ello significa que el detector emite una señal analógica como valor real de un circuito de regulación.

Las denominaciones LA+ y LS+ se diferencia según la función en la estación. Mientras ambos detectores indican el nivel de llenado en el depósito, LA+ emite una señal correspondiente a un fallo (suele utilizarse para la parada de emergencia).

46

®

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Lösung2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 1 de 2

Esquema de distribución neumático

®

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47

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Lösung2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 2 de 2

Descripción del funcionamiento de los componentes neumáticos

Símbolo

Significado o función Estrangulador de aire

Válvula de 5/2 vías

Compuerta accionada por actuador giratorio neumático

– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene la estrangulación del aire de escape? Preguntas de comprensión La válvula de 5/2 vías tiene 5 conexiones y dos posiciones de conmutación. Una conexión está prevista para la alimentación de aire comprimido. En las demás 4 conexiones se conectan los conductos funcionales y de escape. Según su tipo, la válvula puede accionarse con aire comprimido (aire de pilotaje) o eléctricamente. Los estranguladores se conectan en las conexiones de escape 3 ó 5 de las válvulas reguladoras y permiten regular la velocidad del émbolo de cilindros estrangulando el aire de escape. El tornillo de estrangulación permite regular la limitación de la salida de aire. El aire sale a través del silenciador integrado, por lo que el nivel de ruidos es menor.

48

®

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Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 1 de 2

Datos técnicos

Componente

Denomina-

Tarea

Características

Bombear agua

Tensión [V]

hacia el depósito de mezcla

Potencia eléctrica [W] 26 W Caudal máx. [l/min]

Detecta el caudal

Principio de medición:

del agua que fluye hacia el depósito

El rotor emite impulsos que son convertidos

ción en el diagrama de flujo

Bomba

Detector de caudal

P201

2B1

24 V 9 l/min.

en una señal de tensión Margen de medición [l/min] 0,3-9 l/min Señal del detector [Hz] 40-1200 Hz Entrada:

Convertidor de valores de medición F/U

2A1

Adaptación de la señal de detector

Detector de

2B6

Nivel de llenado;

Nivel de llenado hasta contacto [l]

límite superior en el depósito B204

Tipo (normalm. abierto/cerrado) norm. abierto

Nivel de llenado;

Nivel de llenado hasta contacto [l]

límite inferior en el depósito B204

Tipo (normalm. abierto/cerrado) norm. abierto

posición final superior Detector de posición final inferior

®

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2B7

Generador de frecuencias rectangulares 0-1 kHz 6l

o,5 l

49

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Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 2 de 2

– ¿Qué frecuencia tiene la señal emitida por el detector de caudal si el caudal es de 2 l/min.? Para obtener el cálculo, es necesario realizar una operación matemática. Preguntas de comprensión

K − Faktor = 8000 f=

Impulso dm3

1 s

l Impulso ⋅ 8000 min dm3 = 0,3 ⋅ 8000Impulso = 40 Impulso fmin = s 60s s l Impulso ⋅ 8000 2 min dm3 = 2 ⋅ 8000Impulso = 266,67 Impulso f2l /min = s 60s s 0,3

50

®

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Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 1 de 3

Tabla de atribuciones Entradas digitales

Tabla de atribuciones Entradas analógicas

Símbolo

Dirección

Dirección

EasyPort / SimBox

PLC

2B1

DI 0

E 0.0

Detector de caudal

2B2

DI 1

E 0.1

Depósito B102 parte superior

2B3

DI 2

E 0.2

Depósito B201 parte inferior

2B4

DI 3

E 0.3

Depósito B202 parte inferior

2B5

DI 4

E 0.4

Depósito B203 parte inferior

2B6

DI 5

E 0.5

2B7

DI 6

E 0.6

Depósito de mezcla B204 parte inferior

2PA_Free

DI 7

E 0.7

Receptor PA de la siguiente estación libre

Dirección

Dirección PLC

Descripción

Control

EW256

Valor real X (presión)

√

Símbolo

EasyPort / SimBox 2PV1

®

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AI0

Descripción

Control

Depósito de mezcla B204 parte superior

51

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Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 2 de 3

Tabla de atribuciones Salidas digitales

Tabla de atribuciones Salidas analógicas

Símbolo

Dirección PLC

Descripción

Control

Bomba de mezcla P201 conectada

√

2M1

DO 0

A 0.0

2M2

DO 1

A 0.1

2M3

DO 2

A 0.2

Válvula mezcladora V201 conectada

√

2M4

DO 3

A 0.3

Válvula mezcladora V202 conectada

√

2M5

DO 4

A 0.4

Válvula mezcladora V203 conectada

√

No ocupada

DO 5

No ocupada

No ocupada

√

No ocupada

DO 6

No ocupada

No ocupada

√

2PA_Busy

DO 7

A 0.7

Dirección

Dirección PLC

Descripción

Control

AW256

Valor de regulación Y, (bomba P201)

√

Símbolo

EasyPort / SimBox 2CO1

52

Dirección EasyPort / SimBox

AO 0

Bomba de siguiente estación P202 conectada

Transmisor PA de estación, ocupado

√

√

®

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Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

2.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 3 de 3

– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de mezclar si el actuador regulador analógico (la bomba) se controla digitalmente? Preguntas de comprensión Para controlar digitalmente el actuador regulador analógico (la bomba), deberán cambiarse las conexiones a «digital» en el panel de conexiones.

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 1 de 7

Observación

Tabla de valores Depósito 1

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,2

0,7

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,12

0,44

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

1,5

1,7

1,9

2,6

3,0

3,5

3,8

4,1

4,4

4,8

1,1

1,25

1,45

1,9

2,4

2,6

2,9

3,05

3,3

3,6

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

El agua únicamente se bombea desde el depósito 1.

54

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 2 de 7

Tabla de valores Depósito 2

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,1

0,2

0,3

0,8

1,7

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,06

0,18

0,27

0,6

1,2

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

1,9

2,2

2,5

2,8

3,0

3,2

3,6

3,9

4,4

4,8

1,4

1,6

1,8

2,3

2,4

2,7

2,95

3,3

3,6

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

2,1

El agua únicamente se bombea desde el depósito 2.

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 3 de 7

Tabla de valores Depósito 3

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,2

0,5

1,1

1,5

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,13

0,4

0,8

1,1

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

1,8

2,2

2,7

2,9

3,1

3,5

3,8

4,2

4,4

4,7

1,3

1,65

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,1

3

3,5

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

El agua únicamente se bombea desde el depósito 3.

56

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 4 de 7

Tabla de valores Depósito 1-3

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,1

0,2

0,8

1,3

1,7

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,04

1,18

0,6

1,0

1,3

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

2,1

2,4

2,7

3,0

3,6

3,9

4,1

4,3

4,7

4,9

1,55

1,8

2,0

2,3

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

3,7

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de caudal en V Caudal en l/min.

El agua se bombea simultáneamente desde los tres depósitos. Al iniciar la prueba, el nivel de llenado de los tres depósitos es el mismo.

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 5 de 7

Depósito 1

Depósito 2

58

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 6 de 7

Depósito 3

Depósitos 1 – 3

®

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59

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba

Hoja 7 de 7

– Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican la diferencia entre las líneas características. – Explique el comportamiento del sistema a bajas tensiones. – Explique el comportamiento del sistema al disminuir el nivel de llenado en el depósito. – ¿Qué influencia tienen diversos niveles de llenado en las líneas características?

Preguntas de comprensión Las diferentes líneas características se explican, por un lado, por los diferentes sistemas de tubos y, por otro lado, por las diferentes cantidades de agua contenidas en los depósitos. Cuanto más larga es la distancia, más aumenta el trabajo necesario para bombear el agua hacia el depósito de mezcla. Al disminuir el nivel de agua en los depósitos, baja la presión de la columna de agua sobre el fondo del depósito. Por lo tanto, también disminuye la presión en las tuberías. Ello tiene como consecuencia que disminuya la velocidad del caudal proporcionalmente en relación con el nivel de llenado. Con tensiones bajas, la bomba no funciona dentro de su margen de funcionamiento apropiado. La bomba sólo puede rendir al máximo a partir de una tensión determinada. Diferentes niveles de agua tienen como consecuencia líneas características diferentes. Al disminuir el nivel de agua en los depósitos, disminuye el caudal máximo del agua. La línea característica tiene una ascendencia más plana.

60

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 8

– Pulsador S1: bombeo de agua desde el depósito B201 hacia el depósito de mezcla B204 – Pulsador S2: bombeo de agua desde el depósito B202 hacia el depósito de mezcla B204 – Pulsador S3: bombeo de agua desde el depósito B203 hacia el depósito de mezcla B204 – Pulsador S4: bombeo de agua desde el depósito B204 de vuelta al depósito B201 o B202 o B203. Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®.

Condiciones para la activación de la válvula V201 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S1

-

&

LS202

2B3

DI 2

&

Observación

Pulsador

Detector (nivel de llenado inferior en el depósito B201)

Condiciones para la reposición de la válvula V201 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S1

-

≥1

LS202

2B3

DI 2

≥1

Observación

Sin pulsador

Sin detector

®

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(nivel de llenado inferior en el depósito B201)

61

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 8

Condiciones para la activación de la válvula V202 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S2

-

&

LS203

2B4

DI 3

&

Observación

Pulsador

Detector (nivel de llenado inferior en el depósito B201)

Condiciones para la reposición de la válvula V202 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S2

-

≥1

LS203

2B4

DI 3

≥1

Observación

Sin pulsador

Sin detector

62

(nivel de llenado inferior en el depósito B201)

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 3 de 8

Condiciones para la activación de la válvula V203 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S3

-

&

LS204

2B5

DI 4

&

Observación

Pulsador

Detector (nivel de llenado inferior en el depósito B203)

Condiciones para la reposición de la válvula V203 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S3

-

≥1

LS204

2B5

DI 4

≥1

Observación

Sin pulsador

Sin detector (nivel de llenado inferior en el depósito B203)

Condiciones para la activación de la bomba P201 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

®

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Dirección

Enlace

Observación

-

S1

-

≥1

Pulsador

-

S2

-

≥1

Pulsador

-

S3

-

≥1

Pulsador

63

Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 4 de 8

Condiciones para la reposición de la bomba P201 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

-

S1

-

&

Sin pulsador

-

S2

-

&

Sin pulsador

-

S3

-

&

Sin pulsador

Condiciones para la activación de la bomba P202 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S4

-

&

LS 206

2B7

DI 6

&

Observación

Pulsador

Detector (nivel de llenado inferior en el depósito B204)

Condiciones para la reposición de la bomba P202 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S4

-

≥1

LS 206

2B7

DI 6

≥1

Observación

Sin pulsador

Sin detector

64

(nivel de llenado inferior en el depósito B204)

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 5 de 8

Esquemas de enlaces lógicos Red 1

– Válvula mezcladora V201 conectada

Red 2

– Válvula mezcladora V202 conectada

®

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65

Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 6 de 8

Red 3

Red 4

66

Válvula mezcladora V203 conectada

– Bomba de mezcla P201 conectada

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 7 de 8

Red 5

– Bomba de mezcla P202 conectada

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 8 de 8

– ¿Porqué debe evitarse que entre aire en las tuberías? Preguntas de comprensión El aire contenido en los tubos impide que el equipo funcione correctamente. Debe evitarse que la bomba funcione en seco, ya que de lo contrario puede dañarse.

68

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 1 de 2

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Determinación del punto de trabajo y del tramo de regulación Detector de caudal Margen de funcionamiento de la bomba

Detector de caudal con flotador

Señal de Señal de

salida

Caudal [l/min.]

Convertidor de

3,3

0,1

0,1

--

Punto de trabajo

6,6

2,6

2,6

125-

Valor máximo de medición

10

4,9

4,9

240

regulación bomba P201 [V] Valor mínimo de medición

®

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valores de medición [V]

Valor indicado [l/h]

69

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 2 de 2

Evaluación

– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de funcionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector. Preguntas de comprensión El aire contenido en los tubos puede ejercer una influencia en el funcionamiento de la bomba. Además, el sistema depende del nivel de llenado de los depósitos. Si los niveles son altos, el caudal es mayor y viceversa. Ello significa que al efectuar una medición con variantes de tiempo, el caudal máximo disminuye proporcionalmente en relación con el nivel de llenado en cada momento. Si la bomba no funciona dentro de su margen de funcionamiento óptimo, es decir, si la tensión es demasiado baja, los resultados de las mediciones son imprecisos. El margen de funcionamiento de la bomba depende del sistema de tuberías elegido en cada caso.

70

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 2

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

T

®

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71

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 2 de 2

– – – –

¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? ¿De qué sistema se trata? ¿De qué orden es el sistema? ¿Qué constante(s) del tiempo Ts se obtiene/obtienen? Explique el comportamiento del sistema. Preguntas de comprensión Ks = 1 PT1, tramo de 1er orden. Ts = 1,0s. Los tramos con compensación (tramos PT1) son aquellos que, transcurrido un tiempo determinado, reajustan a un valor estacionario. En ese caso, la energía alimentada es igual a la energía evacuada. En el caso del tramo de regulación del caudal se aplica lo siguiente: después de poner en funcionamiento la bomba, las aletas en el interior de la bomba empiezan a transportar el agua hacia el depósito de mezcla. La velocidad de flujo aumenta rápidamente. Si la energía del caudal es igual a la energía de las aletas, se produce una situación estacionaria (equilibrio), por lo que la velocidad del flujo ya no cambia.

72

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.5 Mezclar en función de las cantidades

Hoja 1 de 3

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

®

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73

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.5 Mezclar en función de las cantidades

Hoja 2 de 3

Determinar el punto de trabajo del tramo de regulación de caudal

Cantidad N°

nominal [ml]

Tensión puesta en la bomba [voltios]

Depósito de agua Desde depósito n°

Depósito de mezcla

Nivel de agua antes

Nivel de agua después

Antes

Después

1

2650

2470

1000

1200

2

2600

2410

1200

1400

3

3

2750

2650

1400

1490

4

1

2700

2500

1000

1250

2

2600

2400

1250

1450

6

3

2650

2550

1450

1550

7

1

2800

2600

1000

1250

2

2640

2420

1250

1400

9

3

2580

2460

1400

1500

10

1

2740

2520

1000

1250

2

2610

2400

1250

1450

3

2610

2500

1450

2600

1 2

5

8

11 12

74

500

500

500

500

4

6

7

9

®

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Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control Nombre:

Fecha:

2.2.5 Mezclar en función de las cantidades

Hoja 3 de 3

– ¿Por qué no se puede regular la operación de bombear una determinada cantidad en función del tiempo? – ¿Por qué es mejor el método de «Mezclar en función de las cantidades»? – ¿Por qué no es exacta la cantidad de agua a pesar de aplicar este método? – ¿Con qué tensión aplicada a la bomba son menores las imprecisiones de medición? Preguntas de comprensión Al bombear, el caudal no es constante. Por ello, al efectuar una medición en función del tiempo no se obtienen resultados exactos. Al mezclar en función de las cantidades, en todo momento se detecta el caudal real y se suman los resultados de las mediciones hasta que se alcanza el nivel de agua deseado. Procediendo de esta manera, se obtienen resultados de medición más exactos. Sin embargo, estos resultados no son completamente exactos. Esta inexactitud se explica por el sistema mismo. La bomba y el líquido son relativamente inertes. Al desconectar, la turbina de la bomba sigue girando por algunos instantes, por lo que sigue fluyendo una pequeña cantidad de agua. Por lo tanto, el flujo no se interrumpe instantáneamente. Cuanto mayor es la velocidad de flujo, tanto menos preciso es el resultado de la medición. Lo mismo sucede con velocidades de flujo muy lentas. Aplicando una tensión de 7 V en la bomba, las imprecisiones de las mediciones son menores. En esas condiciones, se bombea la cantidad precisa desde los depósitos hacia el depósito de mezcla.

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 1 de2

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Valor

Parámetro Valor nominal (w) en el

Valor físico

normalizado O,35

2,63

Límite superior de conmutación

-

0,4

Límite inferior de

-

0,4

punto de trabajo

conmutación

76

®

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Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 2 de2

– ¿Cómo reacciona el sistema? – Describa el comportamiento de la regulación. – Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos. Preguntas de comprensión En este tipo de regulador, la señal de regulación sólo puede asumir dos estados definidos; en nuestro ejemplo, 0 y Umáx. La salida del regulador conmuta entre esos dos estados, dependiendo de cuál de los valores límites se superó. En el ejemplo, la señal de regulación salta a su valor máximo al producirse la conexión y el valor continúa aumentando hasta alcanzar el valor límite superior. El regulador reacciona reduciendo la señal de regulación. El valor disminuye hasta alcanzar el valor límite inferior. A partir de ese momento se invierte nuevamente la función. La histéresis puede aumentarse o disminuirse, lo que significa que puede reducirse o prolongarse el intervalo entre las señales. El regulador de dos puntos es especialmente apropiado para regular tramos con una gran constante del tiempo que, en el ejemplo, sería la regulación del caudal. Otras aplicaciones pueden ser, por ejemplo, la regulación de un compresor, de la temperatura ambiente o de la humedad.

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 1 de 5

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Parámetro Valor nominal (w) en el punto

Valor normalizado

Valor físico l/min

0,3

2,6

de trabajo

78

®

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Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 2 de 5

Regulador P

Ejemplo con Kpr = 50

®

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79

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Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 3 de 5

Regulador I

Ejemplo con Tn = 2

80

®

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Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 4 de 5

Regulador PI

Ejemplo con Kpr = 2, Tn = 2

®

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81

Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 5 de 5

¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor tiempo de regulación? – ¿Qué regulador es el más apropiado para este tramo si se pretende regular hasta cero? – – – –

Preguntas de comprensión Regulador P: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a la señal de entrada. La desventaja consiste en la persistencia de una diferencia remanente de regulación. Si Kp es demasiado grande, el sistema produce oscilaciones. Regulador I: el sistema reacciona muy lentamente a un cambio del valor nominal. La ventaja consiste en que la diferencia de regulación baja a cero. Regulador PI: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a un cambio del valor nominal. La diferencia de regulación se anula completamente. El regulador PI combina las ventajas de los reguladores P y reguladores I. La parte P se ocupa de una respuesta rápida a la señal, mientras que la parte I consigue disminuir a cero las diferencias de regulación. Siendo Kpr=2 y Tn =2, la amplitud de sobreoscilación es la más pequeña. Considerando que el tramo de regulación de la presión es el tramo P, el regulador I es óptimo para esta tarea de regulación.

82

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.3 Ajuste manual de los parámetros de regulación sin conocer el comportamiento del sistema

Hoja 1 de 2

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

®

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83

Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla

Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación Nombre:

Fecha:

2.3.3 Ajuste manual de los parámetros de regulación sin conocer el comportamiento del sistema

Hoja 2 de 2

– ¿Qué valor se obtuvo para Kp? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo? Preguntas de comprensión Estando el valor nominal en el punto de trabajo, se obtienen los siguientes valores para Kp y Tn: Kp=2; Tn=2; Precisión: la diferencia de regulación se anula completamente, lo que significa que el nivel de precisión es máximo. Ello se debe a la parte I del regulador. Su función consiste en alcanzar el valor nominal con precisión y, por lo tanto, compensar la diferencia de regulación entre la señal de entrada y la señal de salida. La parte P se ocupa de la rápida respuesta del sistema. Velocidad: un cambio de los parámetros Kp y Tn incide en la velocidad del sistema. Cuanto mayor es el tiempo de reajuste Tn, tanto mayor es también el tiempo de regulación. Si Tn es demasiado pequeño, puede producirse una sobreoscilación. En cuanto al coeficiente proporcional Kp, se aplica lo siguiente: cuanto mayor es Kp, tanto menor es el tiempo de regulación. Si Kp es demasiado grande, se produce una sobreoscilación de la línea característica y, en el peor de los casos, se obtiene un sistema oscilante.

84

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 1 de 2

Denominación de los componentes del sistema

®

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85

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 2 de 2

Denominación de los componentes del sistema

N°

Denominación

1

Significado o función Sensor de temperatura

TIC301 2

Depósito del reactor B301

3

Agitador R304

4

Calentador W303

5

Bomba refrigeradora P301

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI de la estación de mezclar constan identificaciones diferentes para el calentador. – Explique esta diferencia. Preguntas de comprensión La denominación que aparece en el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es una denominación de proceso. Las funciones relacionadas con procesos en un EMCR (técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) se describen en zonas EMCR. La identificación se refiere a la magnitud de medición o a otra magnitud de entrada, a su procesamiento, su efecto y la indicación de su lugar. Una zona EMCR se representa por un círculo EMCR y se identifica con una letra (A – Z) y un número de identificación. En la parte superior del círculo se encuentran las letras identificadoras y en la parte inferior los números. El orden de utilización de las letras consta en la tabla «Letras de identificación EMCR según DIN 19227». La denominación utilizada en el esquema de distribución eléctrico, se refiere a una función eléctrica. ®

Todos los componentes eléctricos de una estación MPS PA están identificados con el símbolo que les corresponde. La denominación de los componentes incluidos en esquemas de distribución eléctricos se rige por la norma DIN/EN61346-2.

86

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 1 de 2

El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI)

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 2 de 2

Descripción del funcionamiento de los componentes

Denominación

Significado o función Calentador

W303 Sensor de temperatura TIC Detector de posición LS+ Nivel de llenado, valor límite para alarma LA+ Sensor de temperatura, alarma TA+ Válvula V

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición TIC y TA+? – ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición LA+ y LS+. Preguntas de comprensión Las denominaciones TA y FIC son denominaciones de procesos. Una zona EMCR está representada por un círculo y se describe con una letra identificadora (A-Z). En la parte superior del círculo constan las letras de identificación y en la parte inferior aparece la numeración. El orden de las letras de identificación consta en la tabla «Letras de identificación EMCR según DIN 19227». Ejemplo: T significa temperatura; I significa identificación; C significa regulación automática. Ello significa que el detector emite una señal analógica como valor real de un circuito de regulación. TA corresponde a un detector con alarma.

Las denominaciones LA+ y LS+ se diferencia según la función en la estación. Mientras ambos detectores indican el nivel de llenado en el depósito, LA+ emite una señal correspondiente a un fallo (suele utilizarse para la parada de emergencia).

88

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 1 de 2

Componente

Denomina-

Tarea

Características

ción en el diagrama de flujo W303 Calentador

Calentar el agua en el depósito del reactor

Rendimiento calorífico [W] Tensión de control [VDC]

1000 W 24 V

Principio de medición: Sensor de

TIC301

Detectar la temperatura del agua

temperatura

Se mide la modificación de la resistencia eléctrica del hilo de platino y se convierte en una tensión Margen de medición [°C] -50...150°C Resistencia de medida PT100 Tensión [V]

Bomba

P301

Detector de

LS+ 302

Nivel de llenado,

posición final superior Detector de posición final inferior

®

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Bombear agua

LS- 303

valor límite

24 V

Potencia eléctrica [W] 26 W Caudal máx. [l/min] 9 l/min Nivel de llenado hasta contacto [l]

superior

Tipo (normalm. abierto/cerrado) norm. abierto

Nivel de llenado,

Nivel de llenado hasta contacto [l]

valor límite inferior

Tipo (normalm. abierto/cerrado) norm. abierto

3l

0l

89

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 2 de 2

– ¿Qué resistencia tiene el sensor de temperatura con una temperatura de 20 °C? – ¿Qué significado tiene el concepto Pt100? Preguntas de comprensión El sensor detecta una temperatura de 20°C; la resistencia es de aproximadamente 107,8 ohmios. El sensor de temperatura tiene un termómetro de resistencia eléctrica de platino con coeficiente térmico positivo. El sensor tiene un valor básico de resistencia de 100 ohmios a 0 °C (PT = Platino).

90

®

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Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 1 de 3

Observación Tabla de atribuciones Entradas digitales

Tabla de atribuciones Entradas analógicas

für Simatic S7-300 CPU Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

Dirección PLC

Descripción

3B1

DI 0

E 0.0

Sensor de temperatura

3B2

DI 1

E 0.1

Depósito del reactor B301, parte superior

3B3

DI 2

E 0.2

Depósito del reactor B301, parte inferior

No ocupado

DI 3

E 0.3

No ocupado

No ocupado

DI 4

E 0.4

No ocupado

No ocupado

DI 5

E 0.5

No ocupado

No ocupado

DI 6

E 0.6

No ocupado

3PA_Free

DI 7

E 0.7

Receptor de la estación PA siguiente libre

Dirección

Dirección PLC

Descripción

EW 256

Valor real X (temperatura)

Símbolo

EasyPort / SimBox 3PV1

®

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AI0

Control

Control

91

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Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 2 de 3

Tabla de atribuciones Salidas digitales

Tabla de atribuciones Salidas analógicas

Símbolo

Dirección PLC

Descripción

3M1

DO 0

A 0.0

Calentador W303 conectado

3M2

DO 1

A 0.1

Bomba P301

3M3

DO 2

A 0.2

Bomba P302

3M4

DO 3

A 0.3

Agitador R304

No ocupado

DO 4

A 0.4

No ocupado

No ocupado

DO 5

A 0.5

No ocupado

No ocupado

DO 6

A 0.6

No ocupado

2PA_Busy

DO 7

A 0.7

Receptor de la estación PA ocupado

Dirección

Dirección PLC

Descripción

Símbolo

EasyPort / SimBox 3CO1

92

Dirección EasyPort / SimBox

AO 0

AW 256

Control

Control

Valor de regulación Y (calentador W303)

®

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Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

3.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 3 de 3

– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de reactor si se desea controlar digitalmente el actuador regulador (calentador)? Preguntas de comprensión Para poder controlar analógicamente el actuador regulador (calentador), deben cambiarse a «digital» las conexiones en el tablero de conexiones.

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 1 de 6

Medición 1

Símbolo

Denominación

Parámetro

3M1

Calentador

Potencia P

3M1

Calentador

Tensión U

522 W 5,2 VDC

η

3M1

Calentador

Grado de eficiencia

H2O

Agua

Capacidad calorífica específica c

H2O

Agua

H2O

Agua

Temperatura deseada Tmáx

36°C

H2O

Agua

Diferencia de temperatura ∆T

15 K

H2O

Agua

Medición 1 masa m

-

Tiempo de calentamiento

P=

94

Valor

0,8 (80%)

Temperatura mínima (temperatura ambiente) Tmín

Tiempo t

4182 J/(kg*K) 21°C

4l 600 s

m ⋅ c ⋅ ∆T t⋅η

®

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Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 2 de 6

Medición 2

Símbolo

Denominación

Parámetro

3M1

Calentador

Potencia P

800 W

3M1

Calentador

Tensión U

8 VDC

3M1

Calentador

Grado de eficiencia

H2O

Agua

Capacidad calorífica específica c

H2O

Agua

H2O

Agua

Temperatura deseada Tmáx

H2O

Agua

Diferencia de temperatura ∆T

H2O

Agua

Medición 1 masa m

-

Tiempo de calentamiento

Tiempo t

∆T =

Valor

η

Temperatura mínima (temperatura ambiente) Tmín

0,8 (80%) 4182 J/(kg*K) 21 °C 44 °C 23 K 4l 600 s

P⋅t⋅η m⋅c

Tmax = ∆T + Tmin

®

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95

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 3 de 6

Medición 3

Símbolo

Denominación

Parámetro

3M1

Calentador

Potencia P

800 W

3M1

Calentador

Tensión U

8 VDC

3M1

Calentador

Grado de eficiencia

H2O

Agua

Capacidad calorífica específica c

H2O

Agua

H2O

Agua

Temperatura deseada Tmáx

H2O

Agua

Diferencia de temperatura ∆T

H2O

Agua

Medición 1 masa m

-

Tiempo de calentamiento

Tiempo t

∆T =

96

Valor

η

0,8 (80%)

Temperatura mínima (temperatura ambiente) Tmín

4182 J/(kg*K) 19,5 °C 33 °C 12 K 8l 600 s

P⋅t⋅η m⋅c

®

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Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 4 de 6

Tabla de valores Medición 1

Tiempo en s

10

20

30

40

50

100

200

300

400

500

600

Señal del sensor de temperatura en V Temperatura en °C.

2,1

2,1

2,1

2,1

2,1

2,2

2,4

2,7

3,0

3,3

3,6

21

21

21

21

21

22

24

27

30

33

36

100

200

300

400

500

600

Calentamiento de 4 l de agua.

Tabla de valores Medición 2

Tiempo en s

10

20

30

40

50

2,1

2,1

2,1

2,1

2,2

2,3

2,65

3,15

3,6

4,05

4,5

21

21

21

21,5

22

23

26,5

31,5

36

40,5

45

Señal del sensor de temperatura en V Temperatura en °C.

Calentamiento de 4 l de agua.

Tabla de valores Medición 3

Tiempo en s

10

20

30

40

50

100

200

300

400

500

600

Señal del sensor de temperatura en V Temperatura en °C.

1,9

1,9

1,95

2,0

2,0

2,1

2,3

2,55

2,75

3,0

3,25

19

19

19,5

20

20

21

23

25,5

27,5

30

32,5

Calentamiento de 8 l de agua.

®

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97

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 5 de 6

Línea característica del tramo de regulación

98

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido

Hoja 6 de6

– ¿Cómo cambia el tiempo necesario para calentar el agua? – Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican la diferencia entre las líneas características. – ¿Cómo cambia la curva con la doble cantidad de agua? – ¿Cómo cambia la curva al aumentar la potencia calorífica? – ¿Qué efecto tiene la agitación del agua en la curva? Preguntas de comprensión La velocidad del calentamiento depende de la cantidad de agua y de la potencia calorífica. Las diferentes líneas características se explican por los diferentes parámetros aplicados en el experimento. El nivel de llenado y la potencia calorífica tienen una influencia fundamental en los resultados. Por ejemplo, la duplicación de la potencia calorífica redunda en casi una duplicación de la temperatura (suponiendo el mismo tiempo de calentamiento), por lo que al duplicar la cantidad de agua, la temperatura aumenta sólo la mitad si la potencia calorífica y el tiempo se mantienen iguales. Debido al proceso de agitación, el agua se calienta homogéneamente durante la ejecución del experimento, lo que explica un transcurso casi lineal de la temperatura.

®

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99

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 6

– Pulsador S1, calentar el agua – Pulsador S2, agitar el agua – Pulsador S3, bombear el agua Indicación

Solución obtenida con EasyPort, digital/analógico y FluidSIM® Condiciones para la activación del calentador W301 Símbolo

Símbolo en

en el

el esquema eléctrico

diagrama de flujo RI

Dirección

Enlace

-

S1

-

&

LS- 303

3B3

DI 2

&

Observación

Pulsador . Detector (nivel de llenado inferior en el depósito B301)

Condiciones para la reposición del calentador W301 Símbolo

Símbolo en

en el

el esquema eléctrico

diagrama de flujo RI

Dirección

Enlace

-

S1

-

≥1

LS- 303

3B3

DI 2

≥1

Observación

Sin pulsador . Sin detector

100

(nivel de llenado inferior en el depósito B301)

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 6

Condiciones para la activación del agitador R304 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

S2

&

Observación

Pulsador

Detector LS- 303

3B3

DI 2

&

(nivel de llenado inferior en el depósito B301)

Condiciones para la reposición del agitador R304 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S2

Enlace

≥1

Observación

Sin pulsador

Sin detector LS- 303

®

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3B3

DI 2

≥1

(nivel de llenado inferior en el depósito B301)

101

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 3 de 6

Condiciones para la activación de la bomba 301 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

S2

&

Observación

Pulsador

Detector LS- 303

3B3

DI 2

&

LS- 302

3B2

DI1

&

(nivel de llenado inferior en el depósito B301) Sin detector (nivel de llenado superior en el depósito B301)

Condiciones para la reposición de la bomba 301 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

S2

Enlace

≥1

Observación

Sin pulsador

Detector LS- 302

3B2

DI 1

≥1

LS- 303

3B3

DI 2

≥1

(nivel de llenado superior en el depósito B301) Sin detector

102

(nivel de llenado inferior en el depósito B301)

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 4 de 6

Esquema de enlaces lógicos Red 1

– Calentador W301 conectado

Red 2

– Agitador R304 conectado

®

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103

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 5 de 6

Red 3

104

Bomba 301

®

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Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 6 de 6

– ¿Por qué debe evitarse que entre aire en las tuberías? Preguntas de comprensión Si la red de tuberías contiene aire, el equipo no funciona correctamente. Debe evitarse que la bomba funcione en seco, ya que podría dañarse.

®

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105

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 1 de 2

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab® -PA. Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de la temperatura Sensor de temperatura margen de funcionamiento del calentador Temperatura [°C]

Valor mínimo de

Temperatura ambiente

2,0

Punto de trabajo

40 °C

4,0

Valor máximo de medición

60 °C

6,0

medición

106

Señal de salida Convertidor de valores de medición [V]

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 2 de 2

– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de funcionamiento del calentador y en el margen de medición del sensor. Preguntas de comprensión Diversas características del equipo pueden influir en el margen de funcionamiento del calentador y del sensor de temperatura. Un factor es el fluido mismo y, además, la cantidad que deberá calentarse. Este aspecto debe tenerse en cuenta si, en vez de agua, se calientan otros líquidos. En ese caso, deberán considerarse los respectivos coeficientes térmicos. Además, es recomendable que el nivel de llenado no sea inferior al nivel mínimo de funcionamiento del detector. En caso contrario, puede dañarse el calentador y, también, el depósito. El depósito en el que se calienta el líquido también constituye un factor que puede incidir en los resultados. En este caso, deberá considerarse el intercambio térmico con el medio ambiente. Ello significa que el grado de eficiencia del proceso de calentamiento también depende del aislamiento del depósito. Con el fin de poder trabajar de modo más sencillo con la línea característica obtenida, es importante que el líquido se caliente de modo homogéneo. Por eso, es recomendable que el agitador esté en funcionamiento durante todo el tiempo que dure el experimento de medición. Si no se agita el líquido, el calor no se difunde homogéneamente; lo hace especialmente en la zona cercana al calentador. En estas condiciones, la temperatura del líquido puede variar mucho en las diferentes zonas del recipiente.

®

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107

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 2

Tt Tu

Tu

108

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control Nombre:

Fecha:

3.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 2 de 2

Evaluación

– ¿Qué constantes del tiempo Ts, Tt y Tu se obtienen? – Explique el comportamiento del sistema. Preguntas de comprensión Tt=7s Tu=663s En el ejemplo que aquí se explica, el tiempo muerto se debe a que al poner en funcionamiento el calentador, no se dispone de inmediato de toda la potencia calorífica. Transcurre cierto tiempo hasta que el calentador es capaz de irradiar el calor máximo. Primero debe calentarse el líquido que se encuentra entre el calentador y el sensor de temperatura; a continuación, el líquido debe calentar al sensor como tal. En la salida se mide la primera señal cuando el líquido calentado llega hasta el sensor. Considerando que el sistema reacciona con cierta inercia, se produce un gran retardo. El retardo depende de la cantidad y del tipo de líquido que se calienta.

®

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109

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 1 de2

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Parámetro Valor nominal (w) en el

Valor 0,4

punto de trabajo Límite superior de conmutación

2

Límite inferior de

2

conmutación

Ejemplo de la ascendencia digital del calentador con un regulador de dos puntos

110

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 2 de2

– ¿Cómo reacciona el sistema? – Para esta tarea, ¿es apropiado un regulador de dos puntos? – Describa el comportamiento de la regulación. Preguntas de comprensión El sistema reacciona al aumentar la temperatura del agua. Si se superan o no se alcanzan respectivamente los valores límite, el calentador se conecta o desconecta. Estos intervalos de conmutación pueden ser relativamente largos, dependiendo de la cantidad de liquido. Para regular la temperatura suelen utilizarse reguladores de dos puntos. A diferencia de otros ejemplos de sistemas de regulación (por ejemplo, regulación de las revoluciones), en este caso no es necesario comprobar constantemente el valor real, ya que no es decisivo que el valor real de la temperatura alcance exactamente el valor nominal. Sin embargo, un regulador de dos puntos permite efectuar una regulación precisa cambiando correspondientemente la histéresis. Definiendo el valor umbral puede influirse en la frecuencia de conmutación.

®

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111

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 1 de 5

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Parámetro

Valor nominal (w) en el punto

Valor

Valor

normalizado

°C

0,3

30

de trabajo

112

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 2 de 5

Ejecución

Regulador P

Ejemplo con Kp = 10

®

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113

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 3 de 5

Ejecución

Regulador I

Ejemplo con Tn = 50

114

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 4 de 5

Ejecución

Regulador PI

Ejemplo con Kp = 5, Tn = 50

®

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115

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 5 de 5

– – – –

¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor tiempo de regulación? Preguntas de comprensión Regulador P: el sistema reacciona de modo relativamente rápido. La desventaja consiste en la permanencia de la diferencia de regulación en la salida. Un regulador P no puede utilizarse sin haber una diferencia de regulación, ya que el valor de regulación sería cero. Regulador I: el sistema reacciona muy lentamente a un cambio del valor nominal. La ventaja consiste en que la diferencia de regulación baja a cero. Regulador PI: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a un cambio del valor nominal. La diferencia de regulación se anula completamente. El regulador PI combina las ventajas de los reguladores P y reguladores I. La parte P se ocupa de una respuesta rápida a la señal, mientras que la parte I consigue disminuir a cero las diferencias de regulación hasta alcanzarse el valor nominal. Con Kp=5 y Tn=50 la amplitud de sobreoscilación es la más pequeña.

116

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.3 Método de regulación según la velocidad del aumento

Hoja 1 de 4

∆ X

∆ t

Tt Tu Vm ax =

Regulador

®

Tn

KP =

100% ⋅ ∆y VMAX ⋅ TU ⋅ y H

PI

KP =

100% ⋅ ∆y 1,2 ⋅ VMAX ⋅ TU ⋅ y H

TN = 3,3 ⋅ TU

PID

KP =

100% ⋅ ∆y 0,83 ⋅ VMAX ⋅ TU ⋅ y H

TN = 2 ⋅ TU

P

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Kp

∆X ∆t

Tv

Descripción ∆Y= margen de regulación máximo (100%) YH= respuesta gradual definida

TV = 0,5 ⋅ TU

117

Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.3 Ajuste manual de los parámetros sin conocer el comportamiento del equipo

Hoja 2 de 4

– ¿Qué valor se obtuvo para Kp, Tn, Tv? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo? Preguntas de comprensión Kp: Regulador P:

1 = 2,14 (0,017 * 11) * 0,4

Regulador PI:

0,83 = 1,78 (0,017 * 11) * 0,4

Regulador PID:

1,2 = 2,57 ( 0,017 * 11) * 0,4

Tn: Regulador PI:

3,3 * 11 = 36,3

Regulador PID: 2,0 * 11 = 22 Tv: Regulador PID: 0,5 * 11 = 5,5 Considerando los parámetros ajustados, es posible observar diversos comportamientos del sistema recurriendo a la respuesta gradual. Al regular con un regulador P, el valor de regulación se ajusta según un valor definido previamente. Al disminuir la diferencia de regulación, el valor de regulación disminuye hasta cero. No se llega a anular completamente la diferencia de regulación. Al regular con un regulador PI, el valor de regulación aumenta hasta cierto punto y, a continuación, disminuye igual que el caso del regulador P. El valor máximo de la señal de salida es superior al valor nominal. En esta situación puede suponerse la existencia de un estado estacionario, ya que el enfriamiento del líquido se produce en el transcurso de un tiempo prolongado. Con un regulador PID se puede obtener el mejor resultado. Al igual que en el caso del regulador PI, el estado estacionario (de equilibrio) está por encima del valor nominal. Sin embargo, en este caso se alcanza el valor nominal más rápidamente.

118

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.3 Ajuste manual de los parámetros sin conocer el comportamiento del equipo

Hoja 3 de 4

Ejemplo regulador P

Ejemplo regulador PI

®

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Soluciones. MPS® PA Estación reactor

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación Nombre:

Fecha:

3.3.3 Ajuste manual de los parámetros sin conocer el comportamiento del equipo

Hoja 4 de 4

Ejemplo regulador PID

120

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 1 de 2

3

2 4 1

Denominación de los componentes del sistema

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121

Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.1 Denominación de los componentes del sistema

Hoja 2 de 2

Denominación de los componentes del proceso

N°

Denominación

1

Significado o función Motor de correa

4M3 2

Depósito principal B401

3

Depósito de dosificación B402

4

Válvula dosificadora V403

5

Dosificador 4M4

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI de la estación de mezclar constan identificaciones diferentes para la válvula dosificadora – Explique esta diferencia. Preguntas de comprensión La denominación que aparece en el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es una denominación de proceso. Las funciones relacionadas con procesos en un EMCR (técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) se describen en zonas EMCR. La identificación se refiere a la magnitud de medición o a otra magnitud de entrada, a su procesamiento, su efecto y la indicación de su lugar. Una zona EMCR se representa por un círculo EMCR y se identifica con una letra (A – Z) y un número de identificación. En la parte superior del círculo se encuentran las letras identificadoras y en la parte inferior los números. El orden de utilización de las letras consta en la tabla «Letras de identificación EMCR según DIN 19227». La denominación utilizada en el esquema de distribución eléctrico, se refiere a una función eléctrica. ®

Todos los componentes eléctricos de una estación MPS PA están identificados con el símbolo que les corresponde. La denominación de los componentes incluidos en esquemas de distribución eléctricos se rige por la norma DIN/EN61346-2.

122

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 1 de 2

Diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI)

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.2 Completar el diagrama de flujo RI

Hoja 2 de 2

Descripción del funcionamiento de los componentes

Denominación

Significado o función Detector de ultrasonido

LIC 403 Detector de proximidad LSNivel de llenado; valor límite de alarma LA+ Bomba analógica P 401 Válvula V

– ¿Cuál es la diferencia entre V401 y V402? – ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición LA+ y LS+? Preguntas de comprensión La válvula V402 es una válvula manual. V401 es una válvula reguladora (antirretorno). Esta válvula sólo deja pasar el fluido en un sentido, ya que el paso está bloqueado en el otro sentido.

Las denominaciones LA+ y LS+ se diferencian por las funciones en la estación. Mientras que ambos detectores indican el nivel de llenado en el depósito, LA+ emite una señal de fallo (que suele utilizarse como parada de emergencia).

124

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 1 de 2

Esquema de distribución neumático

®

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125

Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.3 Completar el esquema de distribución neumático

Hoja 2 de 2

Descripción del funcionamiento de los componentes neumáticos

Símbolo

Significado o función Silenciador

Válvula de 5/2 vías

Cilindro de doble efecto

– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene un silenciador?

Preguntas de comprensión La válvula de 5/2 vías tiene 5 conexiones y 2 posiciones de conmutación. Una de las conexiones corresponde a la alimentación de aire comprimido. Las otras cuatro conexiones se utilizan para conectar los conductos de utilización y el escape. Según su tipo, la válvula puede accionarse mediante aire de pilotaje o eléctricamente.

El silenciador disminuye el nivel de ruidos ocasionado por la salida de aire.

126

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 1 de 2

Datos técnicos

Componente

Denomina-

Tarea

Características

Bombear agua

Tensión [V]

hacia el depósito de dosificación

Potencia eléctrica [W] 26 W Caudal máx. [l/min]

ción en el diagrama de flujo

Bomba

P401

24 V 9 l/min

Principio de medición: Se emite una señal acústica y se mide el Detector de

4B1

ultrasonido

Indica el nivel de

tiempo de reflexión. Esta señal se transforma

llenado de agua

en una señal de tensión. Margen de medición [mm] 300-50 mm Señal del detector [V] 0-10 V

Motor de engranajes

Detector de

Transporte de las -

Nivel de llenado; 4B2

posición final superior

Detector de posición final inferior

®

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botellas hacia la sección de llenado

valor límite superior en el depósito B401 Nivel de llenado;

4B3

valor límite inferior en el depósito B401

Tensión [V]

24 V

Intensidad nominal [A] 1,5 A Revoluciones del eje de accionamiento [r.p.m.]

65 r.p.m.

Nivel de llenado hasta contacto [l]

6l

Tipo (normalm. abierto/cerrado) norm. abierto

Nivel de llenado hasta contacto [l]

2l

Tipo (normalm. abierto/cerrado) norm. abierto

127

Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones

Hoja 2 de 2

– ¿Qué tensión emite el detector de ultrasonido al alcanzarse un nivel de llenado de 2 litros? Preguntas de comprensión 2,5l Æ 10V 0l Æ 0V 2l Æ 8V

128

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 1 de 3

Tabla de atribuciones Entradas digitales

Tabla de atribuciones Entradas analógicas

Símbolo

Dirección EasyPort / SimBox

Dirección PLC

Descripción

4B1

DI 0

E 0.0

Detector de ultrasonido B402

4B2

DI 1

E 0.1

Depósito B401, parte superior

4B3

DI 2

E 0.2

Depósito principal B401 arriba

4B4

DI 3

E 0.3

Botella en primera posición de la cinta

4B5

DI 4

E 0.4

Botella llenándose

4B6

DI 5

E 0.5

Botella al final de la cinta

No ocupado

DI 6

E0.6

No ocupado

4PA_Free

DI 7

E 0.7

Símbolo

4PV1

®

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Dirección

Dirección

EasyPort / SimBox

PLC

AI0

EW256

Control

Receptor de estación PA siguiente libre

Descripción

Control

Valor real X (nivel de llenado)

129

Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 2 de 3

Tabla de atribuciones Salidas digitales

Tabla de atribuciones Salidas analógicas

Símbolo

Dirección PLC

Descripción

4M1

DO 0

A 0.0

Bomba P401 conectada

4M2

DO 1

A 0.1

Válvula dosificadora activada

4M3

DO 2

A 0.2

Motor de correa conectado

4M4

DO 3

A 0.3

Dosificador activo

No ocupado

DO 4

A 0.4

No ocupado

No ocupado

DO 5

A 0.5

No ocupado

No ocupado

DO 6

A 0.6

No ocupado

4PA_Busy

DO 7

A 0.7

Emisor ocupado en la estación PA

Dirección

Dirección PLC

Descripción

AW256

Valor de regulación Y, (bomba P401)

Símbolo

EasyPort / SimBox 4CO1

130

Dirección EasyPort / SimBox

AO 0

Control

Control

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes Nombre:

Fecha:

4.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones

Hoja 3 de 3

– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de llenado si se desea controlar digitalmente el actuador regulador (bomba)? Preguntas de comprensión Para poder controlar digitalmente el actuador regulador analógico (la bomba), debe cambiarse la conexión del puente en el tablero de conexiones a modalidad «digital».

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 1 de 4

Observación Tabla de valores Válvula de salida cerrada

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

1,2

3,3

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,18

0,5

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

Máx

Máx

Máx

Máx

Máx

Máx

Máx

Máx

.

.

.

.

.

.

.

.

Máx .

Máx .

Máx .

Máx .

Máx .

Máx .

Máx .

Máx .

Señal del detector de ultrasonido en V Nivel de llenado en l.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de ultrasonido en V

6,7

Nivel de llenado en l.

1,5

Máx.

Máx.

Válvula de salida cerrada.

132

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 2 de 4

Tabla de valores Válvula de salida abierta

Tensión en la bomba en V

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

0,0

0,0

0,0

2,2

4,6

6,9

9,4

Máx .

Máx .

0,0

0,0

0,0

0,33

0,87

1,56

2,33

Máx

Máx

.

.

Señal del detector de ultrasonido en V Nivel de llenado en l.

Tensión en la bomba en V

10,00

Señal del detector de ultrasonido en V Nivel de llenado en l.

Máx.

Máx.

Válvula de salida abierta.

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 3 de 4

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

Ejemplo con válvula de salida cerrada Línea característica roja: 5,0 V Línea característica azul: 5,5 V Línea característica verde: 6,0 V

134

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba

Hoja 4 de 4

– Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican la diferencia entre las líneas características. – Explique el comportamiento del sistema a bajas tensiones. Preguntas de comprensión En el depósito de dosificación aumenta la contrapresión en la medida en que sube el nivel del agua. La bomba tiene que trabajar en contra de esa presión. Dependiendo del rendimiento de la bomba, puede producirse un estado de equilibrio (estado estacionario), por lo que se mantiene casi inalterado el nivel de agua.

La bomba empieza a bombear agua sólo a partir de aprox. 4,5 V hacia el depósito de dosificación, estando cerrada la válvula de evacuación y sólo a partir de 7 V si la válvula está completamente abierta. Observación: la desviación de la línea característica en 0,5 litros se explica por la forma del depósito de dosificación. En la zona inferior, el volumen no es lineal en relación con la altura.

®

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135

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 1 de 6

– Pulsador S1: bombear agua – Pulsador S2: llenar las botellas – Pulsador S3: transportar las botellas Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®.

Condiciones para la activación de la bomba P401 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S1

-

&

LS- 202

4B3

DI 2

&

Observación

Pulsador

Detector (nivel de llenado inferior en el depósito B401)

Condiciones para la reposición de la bomba V401 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

Observación

-

S1

-

≥1

Sin pulsador

-

S2

-

≥1

Pulsador

LS- 202

4B3

DI 2

≥1

Sin detector

136

(nivel de llenado inferior en el depósito B401)

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 2 de 6

Condiciones para la activación de la válvula V403 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S2

-

&

-

4B5

DI4

&

Observación

Pulsador

Detector de reflexión directa (botella en posición de llenado)

Condiciones para la reposición de la válvula V402 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

®

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Dirección

Enlace

-

S1

-

≥1

-

S3

-

≥1

-

S2

-

≥1

-

4B5

DI4

≥1

Observación

Pulsador

Pulsador

Sin pulsador

Detector de reflexión directa (botella en posición de llenado)

137

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 3 de 6

Condiciones para la activación del motor de correa 4M3 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

Dirección

Enlace

-

S3

-

&

-

4B4

DI3

&

Observación

Pulsador

(botella en primera posición de la cinta de transporte)

Condiciones para la reposición del motor de correa 4M3 Símbolo

Símbolo

diagrama RI

esquema eléctrico

-

138

4B5

Dirección

DI4

Enlace

-

Observación

Detector de reflexión directa (botella en posición de llenado)

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 4 de 6

Esquema de enlaces lógicos Red 1

– Bomba P401 conectada

Red 2

– Válvula dosificadora V403 activada

®

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139

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 5 de 6

Red 3

140

Motor de correa 4M3 conectado

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.2 Enlaces lógicos

Hoja 6 de 6

– ¿Porqué debe evitarse que entre aire en las tuberías? Preguntas de comprensión El aire contenido en los tubos evita que el equipo funcione correctamente. Debe evitarse que la bomba funcione en seco, ya que de lo contrario puede dañarse.

®

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141

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación

Hoja 1 de 1

Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de nivel de llenado Sensor de ultrasonido Valor de

Margen de funcionamiento de la bomba

regulación bomba P201 [V]

Nivel de llenado [l]

Señal de salida [V]

Valor mínimo de medición

5

0,5

3,3

Punto de trabajo

5,5

1,5

6,6

6

2,5

9,9

Valor máximo de medición

– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de funcionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector. – ¿Cuál es el margen lineal del tramo de regulación? Preguntas de comprensión El llenado desde la parte superior o desde la parte inferior depende de la posición de la válvula de evacuación, del sistema de tuberías, de la posición de montaje del detector. El margen lineal del tramo de regulación empieza con 0.5L.

142

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 1 de 2

63%

Ts

Ejemplo de la determinación de la constante del tiempo Ts

®

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143

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.4 Identificación del tramo de regulación

Hoja 2 de 2

– – – –

¿Qué valor se determinó para la amplificación del tramo Ks? ¿De qué sistema se trata, es decir, de qué orden es el sistema? ¿Qué constante(s) del tiempo Ts se obtiene/obtienen? Explique el comportamiento del tramo. Preguntas de comprensión Amplificación del tramo Ks= 0,867 PT1, sistema de 1er orden. Ts= 59,5s Los tramos PT1 asumen un valor final estacionario después de transcurrido un tiempo determinado. En ese caso, la energía alimentada es igual a la energía difundida. En esas condiciones, la bomba trabaja en contra de la presión de la columna de agua en el depósito dosificador.

144

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 1 de 6

Medición 1 Válvula de evacuación cerrada, bomba en funcionamiento

Tensión de la bomba en V Nivel de llenado [l]

Tiempo [s]

Nivel de llenado [l]

Tiempo [s]

0,5

4,0

1,8

15,25

0,6

5,2

1,9

16,0

0,7

6,2

2,0

17,0

0,8

6,7

2,1

17,75

0,9

8,0

2,2

18,5

1,0

8,5

2,3

19,5

1,1

9,0

2,4

20,25

1,2

10,25

2,5

21,00

1,3

11,25

2,6

-

1,4

12,0

2,7

-

1,5

13,0

2,8

-

1,6

13,75

2,9

-

1,7

14,5

3,0

-

®

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145

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 2 de 6

Medición 2 Válvula de evacuación abierta, bomba desconectada

146

Tensión de la bomba en V Nivel de llenado [l]

Tiempo [s]

0V Nivel de llenado [l]

Tiempo [s]

3,0

-

1,7

9,6

2,9

-

1,6

10,8

2,8

-

1,5

12,0

2,7

-

1,4

13,2

2,6

-

1,3

14,4

2,5

0

1,2

15,6

2,4

1,5

1,1

17,0

2,3

2,6

1,0

18,2

2,2

3,8

0,9

19,4

2,1

5,0

0,8

20,6

2,0

6,2

0,7

21,8

1,9

7,4

0,6

23,2

1,8

8,6

0,5

24,6

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 3 de 6

Medición 3 Válvula de evacuación abierta, bomba en funcionamiento

Tensión de la bomba en V Nivel de llenado [l]

Tiempo [s]

Nivel de llenado [l]

Tiempo [s]

0,5

10

1,8

37,5

0,6

11

1,9

41

0,7

13

2,0

44

0,8

15

2,1

47

0,9

17

2,2

50

1,0

19

2,3

54

1,1

21

2,4

57,5

1,2

23

2,5

61,5

1,3

25

2,6

-

1,4

27

2,7

-

1,5

29,5

2,8

-

1,6

32,5

2,9

-

1,7

35

3,0

-

®

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 4 de 6

Ejemplo de comportamiento con llenado desde la parte inferior y con válvula de salida cerrada.

Ejemplo de comportamiento de vaciado

148

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 5 de 6

Ejemplo de comportamiento con llenado desde la parte inferior y con válvula de salida abierta.

Solución especial:

Ejemplo de comportamiento con llenado desde la parte superior y con válvula de salida cerrada.

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149

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Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control Nombre:

Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito

Hoja 6 de 6

– ¿Cuál es el transcurso de la curva en la medición 1? – ¿Cómo se diferencian las curvas de las mediciones 1 y 3? – ¿Porqué decrece la curva de la medición 2? Preguntas de comprensión En la medición 1 se puede observar un comportamiento lineal, siempre y cuando el rendimiento de la bomba sea suficientemente alto. En el caso de la medición 3, la operación de llenado del depósito de dosificación demora más y, además, se puede observar un comportamiento de disminución, porque la bomba no solamente tiene que trabajar en contra de la presión de la columna de agua en el depósito dosificador, sino también tiene que compensar la salida de agua. En la medición 2 no se puede observar un comportamiento de disminución. El comportamiento es lineal, porque la altura de llenado es demasiado baja en el depósito de dosificación. El transcurso ligeramente diferente de partir de 0,5 litros se explica por la forma del depósito de dosificación. En la medición 3, la válvula de evacuación abierta evita que suba rápidamente el nivel en el depósito de dosificación. Una parte del líquido que entra en el depósito vuelve a salir a través de la válvula abierta y llega al depósito principal. Pero como la salida a través de la válvula es menor que la entrada a través de la bomba, aumenta lentamente el nivel en el depósito de dosificación. Una vez que el sistema alcanza su estado estacionario (situación de equilibrio, en la que no sigue aumentando el nivel del líquido), la bomba no hace más que bombear hacia el depósito principal la misma cantidad que entra en el depósito de dosificación. En ese estado, la bomba ya no tiene la potencia como para provocar la continuación del aumento del nivel de llenado debido a la presión de la columna de agua en el depósito de dosificación. Se produce una situación estática en la que la presión del agua prácticamente «bloquea» el agua en el depósito.

150

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Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 1 de2

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Parámetro Valor nominal (w) en el

Valor 0,67

punto de trabajo Límite superior de conmutación

0,1

Límite inferior de

0,1

conmutación

Ejemplo con regulador de 2 puntos

®

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.1 Regulador de dos puntos

Hoja 2 de2

– ¿Cómo reacciona el sistema? – Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos. – Describa el comportamiento de la regulación. Preguntas de comprensión En este tipo de regulador, el valor de regulación sólo puede asumir dos estados definidos. En nuestro ejemplo: 0V y 10V (Umáx.). La salida del regulador conmuta entre estos dos estados, dependiendo del valor límite que se supere (inferior o superior). En nuestro ejemplo, el valor de regulación es máximo al activar el sistema y se mantiene en ese nivel hasta que se alcanza el valor límite superior. Entonces se desconecta la bomba. A continuación, el valor de regulación disminuye hasta que se alcanza el valor límite inferior y se produce el efecto invertido. El regulador de dos puntos se utiliza especialmente para regular tramos con grandes constantes de tiempo. Otras aplicaciones son, por ejemplo, la regulación de un compresor, de la temperatura ambiente o de la humedad.

152

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Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 1 de 5

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA. Parámetro

Valor nominal (w) en el punto

Valor

Valor

normalizado

[l]

0,67

1,51

de trabajo

®

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153

Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 2 de 5

Regulador P

Ejemplo con Kpr = 10

154

®

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Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 3 de 5

Regulador I

Ejemplo con Tn = 10

®

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155

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Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 4 de 5

Regulador PI

Ejemplo con Kpr = 2, Tn = 5

156

®

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Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI)

Hoja 5 de 5

¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor tiempo de regulación? – ¿Qué regulador es el más apropiado para este tramo si se pretende regular hasta cero? – – – –

Preguntas de comprensión Regulador P: el sistema reacciona de modo relativamente rápido. La desventaja consiste en la permanencia de la diferencia de regulación. Si se seleccionó un valor demasiado elevado de Kp, el sistema empieza a oscilar. Regulador I: el sistema reacciona muy lentamente a un cambio del valor nominal. La ventaja consiste en que la diferencia de regulación baja a cero después de un tiempo relativamente largo. Si Tn es demasiado pequeño, el sistema se encuentra al límite de la inestabilidad o se vuelve inestable. Regulador PI: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a un cambio del valor nominal. La diferencia de regulación se anula completamente. El regulador PI combina las ventajas de los reguladores P y reguladores I. La parte P se ocupa de una respuesta rápida a la señal, mientras que la parte I consigue disminuir a cero las diferencias de regulación hasta alcanzarse el valor nominal. Con Kpr=2 y Tn =5 se obtiene la menor amplitud de sobreoscilación. En esta tarea puede utilizarse tanto un regulador PI como un regulador I. Con el regulador PI se alcanza más rápidamente el ajuste final.

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.3 Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR)

Hoja 1 de 2

Observación

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab® –PA.

TG

Tu

158

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Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación Nombre:

Fecha:

4.3.3 Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR)

Hoja 2 de 2

– ¿Qué regulador seleccionó usted y por qué? – ¿Qué valores se determinaron para Kp, Tn y Tv? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado? Preguntas de comprensión Kp: Regulador P: Regulador PI: Regulador PID:

0,3 Tg 0,3 7 = * * = 2,1 Ks Ts 1 1 0,35 Tg 0,35 7 = * * = 2,45 Ks Ts 1 1 0,6 Tg 0,6 7 = * * = 4,2 Ks Tu 1 1

Tn: Regulador PI: 1,2 * Tu = 1,2 * 1 = 1,2 Regulador PID: Tg= 7

Tv: Regulador PID: 0,5 * Tu = 0,5 * 1 = 0,5

Considerando los parámetros ajustados, es posible observar diversos comportamientos del sistema recurriendo a la respuesta gradual. Al regular con un regulador P, el valor de salida asume pronto el estado estacionario, aunque no puede anular completamente la diferencia de regulación. Si el experimento se lleva a cabo con un regulador PI, puede observarse una ligera sobreoscilación de la señal de salida. El valor nominal se alcanza rápidamente, sin que se produzca una diferencia remanente de la regulación. El regulador PID es capaz de anular más rápidamente la diferencia de regulación. Después de algunas pocas sobreoscilaciones se obtiene un estado estacionario.

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Soluciones. MPS® PA Estación de llenado

160

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