Controlador PID para el Nivel de un Tanque

Proyecto de Sistemas de Control

Controlador PID para el Nivel de un Tanque Israel Rosero 498 [email protected] Nicolás Hernánde !"4 bhernande@espoch.edu.ec Ronald Pino 4#4 [email protected]

$%C&'(%) )* IN$+R,-(IC%  *'*C(R/NIC%0 *SC&*'% )* IN1*NI*R2% *'*C(R/NIC% *N C+N(R+'  R*)*S IN)&S(RI%'*S0 *SC&*'% S&P*RI+R P+'I(3CNIC% )* CHI,+R%5+ Resume- El control de nivel de tanques son procesos util tilizad izado os en apli plicacio acion nes industriales (subestaciones de almacenamiento y distribución del acueducto, procesos químicos, entre otros) y res residen idenc ciale iales s (lle (llen nado del del tanque del sanitario, del tanque aéreo de almacenamiento, entre otros), los los cual cuales es son son oper operad ados os de forma manual o automática En este proyecto para la asi!n si!na atura tura de sist siste emas mas de control en el cual se realizara el control de llenado automáticamente de un tanque con un "#$ físico con la %nalidad de observar el funcionamiento de los cont contro rola lado dore res s "rop "ropor orci cion onal al,, #nte!ral y $erivativo I.

IN(R+)&CCI+N

*l control automático desempe6a un papel importante en los procesos de manu7actura0 industriales0 naales0

aeroespaciales0 robtica0 econ ec on mic micos os00 biol biol: :ic icos os00 etc. tc. *l controlador PI) es un controlador real realime iment ntad ado o cuyo cuyo prop propsi sito to es hacer ;ue el err error en es esttado esta es taci cion onar ario io00 entr entre e la se se6a 6all de re7erencia re7erencia y la se6al se6al de salida salida de de la planta0 sea cero. *l control del llenado de un tan;ue es un me meca can nismo ismo ;ue per permit mite tener lleno un rec ecip ipiient ente sin importar las perturbaciones intern ernas o eo costo. *l sistema está 7ormado por dos tan;ues uno ;ue a a ser el principal y otro por el cual a a serir para el llenado del primero cada ada uno uno con sus sus res espe pect cti ias as bombas0 sensor de olta>e ?pot ?poten enci cime metr tro o ac acop oplad lado o en el tan; tan;ue ue prin princi cipa pal0 l0 el moi moimi mien ento to del a:ua ?caudal será proocado

Proyecto de Sistemas de Control por una 7uera de empu>e producida por una bomba de corriente directa0 de manera ;ue controlando el caudal ;ue entra y el olta>e ;ue este implica se podrá re:ular el niel del tan;ue a nuestro re;uerido.

cuenta ;ue se persi:ue un =n acadDmico.

"otenciómetro   de EFF G 0 una sola uelta. %cople mecánico entre el e>e de la barra y el e>e del potencimetro. uente de *+ cd para alimentar los terminales =>os del potencimetro.

II.

+A*(IB+

*l ob>etio 7undamental de este traba>o es la implementacin de un sistema de control PI)0 para el llenado automático de un tan;ue y conse:uir una buena respuesta ante perturbaciones0 el sistema deberá ser capa de corre:ir su niel de a:ua ante la accin de 7ueras ee o suba de la posicin de re7erencia. III.

,ateriales y Componentes necesarios

Estructura del &anque Elementos y Especi%caciones' omba de cd ?eustable.  ? L    *sta accin no corre:irá el error en estado permanente. *n la si:uiente =:ura podemos er el 7uncionamiento de un controlador P. Como se puede er en la =:ura el error estacionario disminuye a medida ;ue la constante aumenta0 la elocidad de este tambiDn en mayor pero las sobre oscilaciones y oscilaciones aumentan tardando más en oscilar.

.cción de control inte!ral

.cción de control proporcional *l

ob>etio de esta accin es ;ue una e a>ustado el error en estado estacionario sea cero respecto a una re7erencia =>a. 'a salida ;ue obtenemos de ella es proporcional al error siendo esta ?  

'asalida de este controlador es proporcional al error acumulado0 por la tanto será de respuesta lenta. 'as 7dt de la salida del controlador y del error sonK

'a =nalidad de esta accin es ;ue la salida concuerde con la

Proyecto de Sistemas de Control re7erencia en estado estacionario0 pudiendo esta cambiar sin tener ;ue cambiar la Gi a di7erencia del control proporcional. Se produce un me>or a>uste ;ue con la accin proporcional por ;ue con esta un pe;ue6o error con el tiempo se hace :rande por lo ;ue se tiende a corre:ir. 'as caractersticas de la accin inte:ral se pueden er en la si:uiente =:ura en la ;ue representamos un control PI en el ;ue ariamos la parte proporcional. Siendo (EL E0 por lo tanto cuanto mayor sea la constante mayor será la rapide del sistemas pero tambiDn mayor serán sus amorti:uaciones pudiendo lle:ar a desestabiliarse si esta es desasido :rande.

.cción derivativa

*sta accin actJa cuando hay un cambio en alor absoluto del error. Por lo tanto no se empleara

nunca ella sola ya ;ue solo corri:e errores en la etapa transitoria. *s una accin predictible por lo tanto de accin rápida. Su ob>etio es corre:ir la se6al de error antes de ;ue se ha:a está demasiado :rande. 'a prediccin se hace por la ea de amplia las se6ales de ruido pudiendo proocar saturacin en el controlador. Puede emplearse en sistemas con tiempo de retardo considerables0 por;ue permite una repercusin rápida de la ariable despuDs de presentarse una perturbacin en el proceso. 'as caractersticas de la accin deriatia se pueden er en la si:uiente =:ura en la ;ue representamos un control PI) en el ;ue ariamos la parte deriatia.

BI.

Implementacin

Proyecto de Sistemas de Control 'a Prueba ;ue realiamos consiste básicamente en aplicar un olta>e de cd ?se6al escaln al potencimetro0 lue:o ubicamos la barra en el niel a estabiliar y encontramos el olta>e =nal del potencimetro0 asK

manera ;ue produce una se6al de control i:ual a

%limentamos el potencimetro con E" oltios de cd entre los terminales a y b.

)onde la accin inte:ratia del controlador tiene su mayor e7ecto sobre la respuesta estacionaria del sistema ?tratando de minimiar el alor de e y la accin deriatia tiene su mayor e7ecto sobre la parte transitoria de la respuesta.

Conectamos un multmetro con su terminal positio al terminal c del potencimetro y el ne:atio a tierra ?re7erencia. Colocamos el potencimetro en la posicin inicial ?F oltios. *leamos la barra al niel ;ue se a a estabiliar.

#"/EE0&.1#20 130&R3/.$3R

$E/

*l primer elemento ;ue debemos construir es el sumador0 el cual estará compuesto por un ampli=cador operacional y resistencias.

4umador

,iramos el olta>e ;ue marca el multmetro. 'o anterior ;uiere decir ;ue nuestro sistema en lao cerrado respondera ante una orden de ubicacin en cual;uier posicin an:ular0 *l comparador resta de EE oltios0 de la se6al de re7erencia0 la se6al de olta>e de salida0 proeniente del potencimetro0 produciendo la se6al de error ;ue será el olta>e ;ue se aplicará al motor. &n controlador PI) dispone de componente proporcional ?Gp0 componente inte:ratio ?(i y componente deriatio ?(d0 de

un un un tal

*l sumador0 o comparador0 se puede construir con el ampli=cador ',#!8 conectado como muestra la =:ura0 en la cual se puede apreciar ;ue el olta>e de salida es i:ual a la di7erencia de los olta>es de entradas0 ;ue en nuestro caso serán la re7erencia y la salida del potencimetro.

1ontrol proporcional *l circuito muestra u ampli=cador operacional conectado como ampli=cador inersor.

Proyecto de Sistemas de Control

.mpli%cador de potencia *sta se6al de control :enerada u0 será una se6al de olta>e ;ue puede ariar entre OB y B dependiendo de la ma:nitud y polaridad del error. Sin embar:o0 esta se6al no tendrá la potencia necesaria para moer el motor de cd por lo ;ue se hace necesario colocar un ampli=cador de potencia0 ;ue en nuestro caso se implementará con dos transistores PNP y NPN. Bale la pena aclarar tambiDn ;ue la salida de olta>e del ampli=cador operacional no podrá ser mayor ;ue el de la 7uente ;ue los alimenta. 'a =:ura muestra el circuito ampli=cador de potencia conectado a la salida del con>unto de ampli=cadores operacionales.

entre s como muestra el dia:rama de blo;ues. Para poder ariar la re7erencia se debe emplear otro potencimetro lineal0 el cual se alimenta con ! oltios en sus terminales.

Si desea implementar un controlador PI) debe adicionar el control inte:ral y el control deriatio mostrado en las =:uras E4 y E! respectiamente. 'os alores de R y C para el control inte:ral y el control deriatio dependerán de los parámetros (i y (d. Para el circuito mostrado en la =:ura E40 el alor de (i es aproe y corriente nominales del controlador.

BII.

•

Recomendaciones.

Para :enerar mayor caudal los tan;ues deben tener una cada sino las bombas no 7uncionan.

Re7erencia iblio:rá=ca. TEU httpKbibdi:ital.epn.edu.ecbitstre amE!FFF!EE#E(""98.pd7  T"U httpsKhellsin::e.=les.Vordpress.c om"FE4F#7undamentosde circuitoselc#a9ctricos#edi sadiWu.pd7  T#U httpKrepositorio.utp.edu.codspac ebitstreamEEF!9EXX"EY"98%Y 9Y.pd7