Tema: Instrumentación y Conocimiento del Equipo

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1 Sistemas de Control Automático. Guía 2 1 Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Sistemas de Control Automático. Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta). Tema: Instrumentación y Conocimiento del Equipo Objetivos específicos Conocer algunos de los módulos del laboratorio de Instrumentación y Control Realizar circuitos utilizando los paneles de Instrumentación y Control Utilizar el osciloscopio digital para obtener las gráficas de voltaje de diferentes plantas Simular las plantas utilizando la plataforma Simulink de MATLAB Materiales y equipo 1 Termómetro 1 Fuente de alimentación 15 VDC [SO3538-8D] 1 Referencia de voltaje [SO3536-5A] 1 Amplificador de potencia [SO3536-7Q] 1 Sistema controlado de temperatura [SO3536-8T] 1 Sistema motor-generador [SO3536-8S] 1 Módulo con bomba [SO3536-9H] 1 Sistema de control de nivel [SO3536-9K] 1 Voltímetro de bobina móvil [SO5127-1H] 2 Puntas para voltímetro 1 Computadora con MATLAB, Simulink y Run Intuilink Data Capture instalado. 1 Osciloscopio digital [DSO1052B] 2 Puntas para el osciloscopio 1 Cable USB tipo A/B 5 Cables 12 Puentes 1 Switch 1 Destornillador plano tipo bornera Introducción teórica Actualmente tanto en la industria como en el campo domestico es necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como presión, caudal, nivel, temperatura, ph, conductividad, velocidad, humedad, etc. Para el control y mantenimiento de estas magnitudes se ha desarrollado toda una teoría de control automático apoyada grandemente en instrumentos de medición y control. En los inicios de la era industrial, la calidad de los productos estaba sujeta a la habilidad y dedicación de los operarios de las fábricas, los cuales velaban constantemente por el buen funcionamiento de la planta

2 2 Sistemas de Control Automático. Guía 2 mediante controles manuales: válvulas, manómetros, termómetros, etc. Esto era permisible en aquel entonces, donde los procesos eran bastante simples; no obstante, los procesos actuales son mucho más complejos que los de aquella época y requieren de un mayor seguimiento, precisión y ejecución que no puede exigírsele a un operario. Es a raíz de esta situación que los instrumentos de medición han ido progresando hasta alcanzar el nivel actual y el control se realiza de manera automática. De igual forma en el campo doméstico aparatos como calefacción o aire acondicionado regulan automáticamente la temperatura y humedad de los hogares y edificios para lograr un ambiente agradable para las personas sin que estas tengan que estar manipulando el aparato constantemente. Todo sistema de control se compone de los siguientes elementos básicos: Señal de Referencia (Setpoint o consigna): es una señal de entrada conocida que nos sirve para calibrar al sistema. Detector de error: como su nombre lo indica obtiene una señal de error de la diferencia entre la señal de referencia y la de realimentación. Controlador: gobierna el comportamiento del sistema en función de la señal de error. Actuador: es un elemento que recibe una orden desde el regulador o controlador y la adapta a un nivel adecuado según la variable de salida necesaria para accionar el elemento final de control, planta o proceso. Planta: Es el elemento que se desea controlar. Generalmente es un equipo, quizás un juego de piezas de una máquina, funcionando conjuntamente, cuyo objetivo es realizar una operación determinada. Transductor: transforma una magnitud física en otra que es capaz de interpretar el sistema. La señal del transductor se realimenta para confrontarla con la señal de referencia, y de esta forma realizar o no una acción correctiva en el sistema. El laboratorio de Instrumentación y Control nos permitirá trabajar y conocer el comportamiento y la relación que guardan estos elementos entre sí dentro de un sistema de control. Además está diseñado para proveer al estudiante de los conocimientos básicos para la medición y control de las variables antes mencionadas a fin de poder aplicar esto en procesos más complejos dentro de la industria. En la materia de Sistemas de Control Automático se utilizan en la mayoría de prácticas equipo didáctico Lucas Nülle el cual está compuesto de módulos que requieren una alimentación de +15 VDC y -15 VDC; Para formar un sistema estos módulos se deben interconectar con otros por medio de puentes. Para medir voltaje o corriente se utilizarán mutímetros de bobina móvil y para obtener gráficas de voltaje de los sistemas se utilizará un osciloscopio digital DSO1052B marca Agilent. Para analizar sistemas de control automático se utilizará el programa MATLAB con su toolbox de sistemas de control y su entorno de programación visual Simulink Procedimiento Notas: Lea la guía de laboratorio antes de realizar los procedimientos. Esto le ayudará a clarificar el objetivo perseguido, así como le ahorrará tiempo al ejecutar la práctica. Todos los grupos iniciarán con la parte I sobre uso del osciloscopio, después según el sistema que se le haya asignado continuarán en la parte II, III, IV o V y luego se intercambiarán los sistemas para realizar las otras partes. PARTE I. GUÍA BÁSICA PARA EL USO DEL OSCILOSCOPIO 1052B 1. Conecte la alimentación del osciloscopio a un toma de 110 VAC y enciéndalo presionando la tecla correspondiente ubicada en la parte superior.

3 Sistemas de Control Automático. Guía 2 3 Figura 2.1. Encendido del osciloscopio. 2. Conecte una de las puntas al canal 1 del osciloscopio para ver la señal de prueba Probe comp (ubicada en la esquina inferior derecha del osciloscopio, ver Figura 2.5). 3. Presione en el osciloscopio la tecla Default Setup (Figura 2.4) para que se coloquen los ajustes que trae por defecto el osciloscopio. 4. Presione la tecla selección de canal 1 (Ver Figura 2.2), la tecla se enciende y en la pantalla debe mostrarse el menú para las opciones del canal CH1, tales como Acople, límite de banda, sonda, etc. Si se requiere cambiar alguno de estos parámetros ubíquese en la tecla programable (ver Figura 2.3) que esté junto al parámetro a cambiar. Por ejemplo para cambiar el acople del osciloscopio presione la tecla que está a la par de la opción, aparecerá un submenú, luego con la perilla de selección (ver Figura 2.4) verá que puede desplazarse entre las opciones CC, CA y GND, en este caso elija CC (corriente continua), presione la misma perilla para seleccionarla y para apagar el menú presione la tecla correspondiente Menu On/Off. 5. En pantalla debe mostrarse la señal de Probe Comp según tenga por defecto el osciloscopio la referencia y las escalas de voltaje y tiempo, pero para obtener una mejor visualización de la misma, presione la tecla de Auto Scale (ver Figura 2.4) para que el osciloscopio seleccione la referencia y las escalas de voltaje y tiempo en las que se verá mejor la señal medida, deberá ver la señal que se muestra en la Figura 2.3. Figura 2.2. Control de los canales.

4 4 Sistemas de Control Automático. Guía 2 Figura 2.3. Opciones canal 1 y señal de prueba. Figura 2.4. ubicación de la perilla de selección y de escala horizontal, tecla de autoescala y control de ejecución.

5 Sistemas de Control Automático. Guía 2 5 Figura 2.5 Teclas de Menú y señal de prueba. 6. Presione de nuevo la tecla Menu On/Off para apagar el menú que se desplegó. 7. En pantalla aparece el valor tanto de la escala de voltaje como de tiempo que seleccionó el osciloscopio (ver Figura 2.3), si desean cambiarse puede hacerlo con las perillas de escala vertical (ver Figura 2.2) y/o horizontal (ver Figura 2.4). 8. Cambie el acople del canal 1 a GND para verificar donde está la referencia de la señal, comprobará que fue colocada en la penúltima linea horizontal de la pantalla. Regrese el acople a CC. 9. Presione la tecla de menú Cursors (ver Figura 2.5), se desplegará un menú, en Modo cámbielo a Manual, se desplegarán nuevas opciones, en la opción Tipo elija Amplitud, en fuente CH1 y que este activado solamente el cursor A (marcado en celeste el símbolo de selección ), apague el menú con la tecla Menú On/Off y con la perilla de selección mueva el cursor al tope de la señal para saber su valor pico a pico, el cursor A, denominado como CurA deberá indicar un valor de 3.00V, si lo coloca en la parte inferior de la señal vera que muestra el valor de 0.00V. 10. La tecla Run/Stop sirve para detener la adquisición de datos del osciloscopio y capturar en pantalla la última señal adquirida para analizarla, presione esta tecla, observará que se torna de color rojo y que en pantalla se muestra la última señal adquirida, presione de nuevo la tecla para que el osciloscopio siga adquiriendo datos, la tecla vuelve a amarillo y se muestra en pantalla las señales que se adquieren en ese momento. 11. Si desea ver también la señal del canal 2 presione la tecla para seleccionar ese canal, deberá mostrarse en pantalla una señal de color verde, si quiere dejar de ver algún canal, desactívelo presionando la tecla correspondiente del canal dos veces, la tecla se apagará y la señal ya no se mostrará. 12. Si se desea almacenar o ver la señal del osciloscopio en la computadora conéctela por medio de un cable USB tipo A/B al puerto USB del osciloscopio en la parte posterior (Ver Figura 2.6).

6 6 Sistemas de Control Automático. Guía 2 Figura 2.6. Puerto USB del osciloscopio para conectarse con la computadora. 13. Si está usando una máquina virtual asegúrese que esta ha reconocido el dispositivo USB antes de continuar. 14. En la computadora de clic derecho en el icono de Agilent IO Control que está en la esquina inferior derecha de la barra de tareas y seleccione la opción Agilent Connection Expert, se abrirá la respectiva ventana. Figura 2.7. Icono Agilent IO Control. 15. En la parte central de esa ventana (Ver Figura 2.8) se muestran los instrumentos Agilent que están o han estado conectados a la computadora, los conectados aparecen marcados con un cheque y los que no con una cruz, debe aparecer activo el osciloscopio que hemos conectado sino revise la conexión y de clic en la tecla Refresh All. Figura 2.8. Instrumentos Agilent conectados a la computadora. 16. Cierre la ventana y abra el programa Run intuilink Data Capture, que está en Inicio, Todos los programas, Agilent Intuilink, Data Capture. 17. Se abrirá la ventana del programa, ahí seleccione del menú Instruments la opción Agilent 1000 series.

7 Sistemas de Control Automático. Guía Si le aparece la ventana de la Figura 2.9 continúe con el paso 19 y si es la de la Figura 2.11, simplemente presione OK en la ventana y continúe con el paso De clic en el botón Find Instrument, el programa deberá encontrar el osciloscopio y mostrará su dirección, de clic en el botón identify instrument(s) y luego presione OK en ambas ventanas. Figura 2.9. Ventanas Agilent 1000 Series Add-In y Find Instruments. 20. El osciloscopio hará la primera captura, se mostrará una ventana con la imagen de la pantalla del osciloscopio y otra que contiene la señal. La adquisición de la señal la hace con los parámetros que estaban seteados. Figura Primeras capturas del Intuilink. NOTA: Una vez el osciloscopio ha sido reconocido por Intuilink este ya no responde si se le quiere cambiar una opción mediante las teclas o perillas, para realizar un cambio en el mismo deberá desconectarlo de la PC, cambiar lo que se desea y realizar otra vez el proceso de conexión con Intuilink. 21. Para cambiar los parámetros para la captura, seleccione del Menú Instruments la opción DSO1052B, para cambiar por ejemplo el número de puntos adquiridos de la gráfica, En la

8 8 Sistemas de Control Automático. Guía 2 pestaña Get Waveform Data, cambie el número de puntos y de clic en OK para hacer otra captura. Figura Pestaña Get Waveform Data. Nota: La opción invert sirve para invertir los colores de la captura de la pantalla, si quiere que esta se capture tal como se ve en el osciloscopio desactive esta opción. Si se activa la opción Enable run after get waveform complete en cuanto se haga la captura, el osciloscopio automáticamente se pondrá en run y seguirá adquiriendo señales. 22. Para guardar las señales, ubíquese en la señal deseada, chequee la opción Include X-axis data on save y luego en el menú File, seleccione Save As, se guardará un archivo.txt que contiene los puntos x y y de la gráfica. Para guardar la imagen de la misma forma de clic sobre ella y elija guardar como, esta se guardara en formato.png. 23. Desconecte por el momento el osciloscopio de la computadora y apáguelo. PARTE II. SISTEMA DE TEMPERATURA 1. Arme el sistema que se muestra en la Figura 2.12, uniendo los módulos por medio de puentes, no olvide colocar el puente #1, puente #2 y el switch 1 que se indican en la figura, este debe estar en la posición de abierto, verifique con su docente de laboratorio las conexiones. Figura Montaje del sistema térmico. 2. Mida con un termómetro la temperatura ambiente del laboratorio y anótela a continuación: ºC

9 Sistemas de Control Automático. Guía Si ya está seguro de las conexiones, encienda la fuente de alimentación y mida con el voltímetro el voltaje existente entre el punto que esta etiquetado como S en la Figura 2.12 y tierra, para ello seleccione en el multímetro la opción de Voltaje Directo (V=), luego conecte los terminales de la escala de 10V y 0 V= a los puntos correspondientes. Anote el valor obtenido: V. 4. El punto etiquetado como S es la salida del transductor que convierte la temperatura del sistema en voltaje (que en este caso seria la temperatura ambiente, pues la planta aun no está energizada ya que el switch 1 está abierto), si la relación del transductor según se indica en el módulo es de 10 C por cada voltio, según la medida anterior Cuál es la temperatura ambiente?: C NOTA: Como puede ver, esta no coincide con la del paso 2 debido a que el transductor presenta un offset, por tanto para obtener el valor real de las siguientes mediciones, deberá hacer una regla de tres, sabiendo que la temperatura que tomo en el paso 2 el transductor la lee como en el paso Conecte el canal 1 del osciloscopio a la entrada del módulo Amplificador de potencia (indicado como YR en el módulo) y el canal 2 en la salida del transductor temperatura/voltaje (punto etiquetado como S en la Figura 2.12). No olvide conectar el terminal de tierra de una de las puntas a 0V en el sistema. 6. Pida al docente de laboratorio que revise las conexiones. 7. Encienda el osciloscopio y presione la tecla Default Setup para que se coloquen los ajustes que trae por defecto. 8. Seleccione ambos canales, ajuste cada uno para que su referencia esté en la penúltima linea horizontal de la pantalla del osciloscopio, una vez colocado esto, no olvide dejar los canales con acople CC. 9. Coloque las escalas de voltaje de ambos canales en 2.00V/ con las correspondientes perillas de escala vertical de cada uno y la escala de tiempo en 20.00s/ con la perilla de escala horizontal. 10. Con la perilla Ajuste a cero horizontal coloque el inicio de la graficación que tiene este símbolo en la primera línea vertical de la pantalla del osciloscopio. 11. En las teclas de menú, ver Figura 2.5, seleccione Display, luego en el menú que se despliega en pantalla seleccione la opción Persistenc y con la tecla programable correspondiente elija la opción Infinito. 12. Siempre en el menú de Display seleccione la opción Limpiar, 20 s después de realizado esto iniciará la graficación. 13. Como puede observar la señal del canal 2 que es la salida del transductor se desplaza haciaes diferente de cero, puesto que hay voltaje equivalente a la temperatura ambiente. 14. Calcule el valor de voltaje equivalente a la temperatura ambiente en la gráfica sabiendo que la escala en Y es de 2V/div y anótelo a continuación 15. Cómo se compara este valor con el obtenido en el paso 3? 16. Quite el puente #2 (Ver figura 2.12) para evitar que le llegue energía al sistema en lo que se está ajustando, cierre el switch 1 y conecte el voltímetro (escala de 10V) a la salida del módulo Amplificador de potencia y ajuste el Voltaje de referencia (SETPOINT) al 75% 17. Abra de nuevo el switch 1 y vuelva a colocar el puente # Limpie de nuevo la pantalla como lo hizo en el paso 12, y esta vez cuando las señales pasen por la segunda o tercera linea vertical de la pantalla del osciloscopio, cierre el switch 1 para obtener la respuesta del sistema a una entrada escalón. 19. Deje que la gráfica termine en la pantalla y vuelva a comenzar para asegurarse de que este estable y cuando pase de nuevo por la segunda o tercera linea, presione dos veces la tecla Run/Stop para detener la graficación. Tomando en cuenta la nota del paso 4 a que valor de temperatura real se estabilizó el sistema?. 20. Conecte el osciloscopio a la computadora y capture la imagen actual de la pantalla del osciloscopio y guárdela.

10 10 Sistemas de Control Automático. Guía Desconecte el circuito y deje ordenado su puesto de trabajo. PARTE III. SISTEMA ELÉCTRICO DE MOTOR-GENERADOR 1. Arme el sistema que se muestra en la Figura 2.13, uniendo los módulos por medio de puentes, no olvide colocar el puente #1, puente #2 y el switch 1 que se indican en la figura, el switch 1 debe estar en la posición de abierto, verifique con su docente de laboratorio las conexiones. Figura Montaje del Motor Generador. 2. Coloque la perilla del módulo de voltaje de referencia (SET POINT) a 80%. 3. Si ya está seguro de las conexiones encienda la fuente de alimentación, cierre el switch 1 y mida con el voltímetro el voltaje existente entre el punto que esta etiquetado como S en la Figura 2.13 y tierra, para ello seleccione en el multímetro la opción de Voltaje Directo (V=), luego conecte los terminales de la escala de 10V y 0 V= a los puntos correspondientes. Anote el valor obtenido: V. 4. El punto etiquetado como S es la salida del transductor que convierte la velocidad del sistema en voltaje, si la relación del transductor según se indica en el módulo es de 1000 RPM por cada voltio, según la medida anterior A que velocidad se estabiliza el sistema?: RPM. 5. Abra el switch 1 y conecte el canal 1 del osciloscopio a la entrada del módulo Amplificador de potencia (indicado como YR en el módulo) y el canal 2 en la salida del transductor velocidad/voltaje (punto etiquetado como S en la Figura 2.13). No olvide conectar el terminal de tierra de una de las puntas a 0V en el sistema. 6. Pida al docente de laboratorio que revise las conexiones. 7. Encienda el osciloscopio y presione la tecla Default Setup para que se coloquen los ajustes que trae por defecto. 8. Seleccione ambos canales, ajuste cada uno para que su referencia esté en la penúltima linea horizontal de la pantalla del osciloscopio, una vez colocado esto, no olvide dejar los canales con acople CC. 9. Coloque las escalas de voltaje de ambos canales en 2.00V/ con las correspondientes perillas de escala vertical de cada uno y la escala de tiempo en 1.00s/ con la perilla de escala horizontal. 10. Con la perilla Ajuste a cero horizontal coloque el inicio de la graficación que tiene este símbolo en la primera línea vertical de la pantalla del osciloscopio. 11. En las teclas de menú, ver Figura 2.5, seleccione Display, luego en el menú que se despliega en pantalla seleccione la opción Persistenc y con la tecla programable correspondiente elija la opción Infinito. 12. Siempre en el menú de Display seleccione la opción Limpiar, 1s después de realizado esto iniciará la graficación, puede observar que ambas señales están en cero voltios. 13. Limpie de nuevo la pantalla como lo hizo en el paso anterior, y esta vez cuando las señales pasen por la segunda o tercera linea vertical de la pantalla del osciloscopio, cierre el switch 1 para obtener la respuesta del sistema a una entrada escalón.

11 Sistemas de Control Automático. Guía Deje que la gráfica termine en la pantalla y vuelva a comenzar para asegurarse de que este estable y cuando pase de nuevo por la segunda o tercera linea, presione dos veces la tecla Run/Stop para detener la graficación. 15. Calcule el valor de voltaje equivalente a la velocidad estable en la gráfica sabiendo que la escala en Y es de 2V/div y anótelo. Cómo se compara este valor con el obtenido en el paso 3? 16. Conecte el osciloscopio a la computadora y capture la imagen actual de la pantalla del osciloscopio y guárdela. 17. Desconecte el circuito y deje ordenado su puesto de trabajo. PARTE IV. SISTEMA HIDRÁULICO 1. Arme el sistema que se muestra en la Figura 2.14, uniendo los módulos por medio de puentes, no olvide colocar el switch 1, este debe estar en la posición de abierto, verifique con su docente de laboratorio las conexiones. 2. Coloque la perilla del módulo de voltaje de referencia (SET POINT) al mínimo. Figura Montaje del Sistema Hidráulico. 3. Coloque la perilla de entrada del tanque (ubicada en la esquina superior izquierda) con los puntos verde arriba y rojo abajo al frente, lo que indica que la entrada en el fondo del tanque está bloqueada y solamente entra el líquido por el orificio superior. 4. En la perilla de salida (esquina superior derecha) los diferentes tamaños del punto verde indican la apertura de la válvula y el punto rojo que está completamente cerrada, deje la válvula cerrada ubicando el punto rojo al frente. 5. Asegúrese que el tubo de medición del sensor de presión este dentro del orificio indicado y que también este fijado en el orificio inferior del tanque. 6. Encienda el equipo, cierre el switch 1, aumente la perilla del voltaje de referencia hasta que se active la bomba y se empiece a llenar el tanque, deje que se llene un poco y luego reduzca la perilla del voltaje de referencia otra vez al mínimo y abra la válvula de salida del tanque (cualquier punto verde al frente).

12 12 Sistemas de Control Automático. Guía 2 7. A continuación se va a calibrar el transductor de presión del tanque, para ello mida con el voltímetro el voltaje existente entre el punto que esta etiquetado como S en la Figura 2.14 y tierra, para ello seleccione en el multímetro la opción de Voltaje Directo (V=), luego conecte los terminales de la escala de 10V y 0 V= a los puntos correspondientes. Debería obtener un valor de 0 V en ese punto ya que es la salida del transductor que convierte la presión del sistema en voltaje, y con el tanque vacío la presión debe de ser cero. Si no es cero ajuste cuidadosamente con la perilla llamada Zero Point del módulo Convertidor P/V para que haya 0 voltios en este momento que la presión es cero. 8. Cierre la válvula de salida del tanque (punto rojo al frente) y aumente el voltaje de referencia (Set Point) hasta que el tanque se llene hasta aproximadamente 150 mm sobre el fondo (fin de la hoja graduada del tanque), reduzca el voltaje de referencia al mínimo al llegar a esa altura. 9. Asegúrese de que se encuentre líquido en el tubo durante la calibración (Figura 2.15) y que solamente la altura Δh determina la presión. Figura Calibración de sensor de presión. 10. Determine Δh y calcule la presión P. Δh = m, P = h g = Pa (g=9.81m/s 2 y para la densidad a 20 C podemos tomar el valor de 1000 kg/m 3.) 11. Mida ahora el voltaje a la salida del transductor presión/voltaje y calcule el factor de conversión dividiendo este valor entre la presión teórica: F U =V T /P 12. Teóricamente este valor debería ser F U = V/Pa (1V 200Pa), que valor de voltaje V T le corresponde al valor de presión que se obtuvo en el paso 10. V T =P* F U V 13. Si no coincide este valor, ajuste el voltaje en el convertidor P/V girando con un destornillador el potenciómetro Gain (ganancia) hasta obtener el valor de voltaje esperado. Así queda calibrado el indicador con el valor 1V = 200 Pa. 14. Ajuste la perilla del módulo de voltaje de referencia (SET POINT) al 75%. 15. Coloque la válvula de salida al mínimo girando la perilla en sentido de las agujas del reloj y dejando al frente el primer punto verde que sigue al punto rojo. 16. Abra el switch 1 y coloque la perilla del módulo de voltaje de referencia (SET POINT) al 80%. 17. Conecte el canal 1 del osciloscopio a la entrada del módulo Amplificador de potencia (indicado como YR en el módulo) y el canal 2 en la salida del transductor presión/voltaje (punto etiquetado como S en la Figura 2.14). No olvide conectar el terminal de tierra de una de las puntas a 0V en el sistema. 18. Pida al docente de laboratorio que revise las conexiones. 19. Encienda el osciloscopio y presione la tecla Default Setup para que se coloquen los ajustes que trae por defecto. 20. Seleccione ambos canales, ajuste cada uno para que su referencia esté en la penúltima linea horizontal de la pantalla del osciloscopio, una vez colocado esto, no olvide dejar los canales con acople CC. 21. Coloque las escalas de voltaje de ambos canales en 2.00V/ con las correspondientes perillas de escala vertical de cada uno y la escala de tiempo en 10.00s/ con la perilla de escala horizontal. 22. Con la perilla Ajuste a cero horizontal coloque el inicio de la graficación que tiene este

13 Sistemas de Control Automático. Guía 2 13 símbolo en la primera línea vertical de la pantalla del osciloscopio. 23. En las teclas de menú, ver Figura 2.5, seleccione Display, luego en el menú que se despliega en pantalla seleccione la opción Persistenc y con la tecla programable correspondiente elija la opción Infinito. 24. Siempre en el menú de Display seleccione la opción Limpiar, 10s después de realizado esto iniciará la graficación, deberá observar que ambas señales están en cero voltios, si se calibró correctamente el 0 Pa. 25. Limpie de nuevo la pantalla como lo hizo en el paso anterior, y esta vez cuando las señales pasen por la segunda o tercera linea vertical de la pantalla del osciloscopio, cierre el switch 1 para obtener la respuesta del sistema a una entrada escalón. 26. Deje que la gráfica termine en la pantalla y vuelva a comenzar para asegurarse de que este estable y cuando pase de nuevo por la segunda o tercera linea, presione dos veces la tecla Run/Stop para detener la graficación. 27. Calcule el valor de voltaje equivalente a la presión estable en la gráfica sabiendo que la escala en Y es de 2V/div. Compare este valor con el valor que esta dando el voltímetro ahora que se ha estabilizado la presión. 28. Si la relación del transductor es de 200Pa por cada voltio, según la medida anterior A que presión se estabiliza el sistema?: Pa. 29. Conecte el osciloscopio a la computadora y capture la imagen actual de la pantalla del osciloscopio y guárdela. 30. Desconecte el circuito y deje ordenado su puesto de trabajo. PARTE V. SIMULACIÓN EN PROGRAMA SIMULINK 1. Abra el programa MATLAB y digite el comando Simulink. 2. Se abrirá la ventana del buscador de librerías de Simulink que se muestra en la Figura De clic en el menú File, new y seleccione Model. 4. Cree el sistema que se muestra en la Figura 2.17, arrastrando los elementos que se muestran en el buscador de librerías a la ventana del modelo. En la Tabla 2.1 se encuentran las librerías donde están los elementos del sistema, para unir los elementos haga clic en los conectores que tienen los elementos, arrastre el cursor hasta el otro elemento a conectar y luego suelte. Figura 2.16 Buscador de Librerias de Simulink.

14 14 Sistemas de Control Automático. Guía 2 Elemento Librería Transfer Fcn Continuous Step Sources Scope Sinks Tabla 2.1 Librerías donde se encuentran los elementos del circuito de la Figura 2.16 Figura Diagrama de bloques de un sistema de motor DC. Nota: En el sistema de la Figura 2.17, el módulo Transfer Fcn representa el modelo matemático de un motor DC, el módulo Step representa el valor de referencia en voltios aplicado con una función escalón, Transfer Fcn1 representa la relación del transductor 1V/1000 RPM y los Scopes son instrumentos para visualizar la respuesta del sistema, Scope muestra el resultado en RPM y Scope1 en voltios. 5. Haga doble clic sobre el módulo Step para acceder a los parámetros de configuración y coloque lo siguiente. Step Time: 0 Initial Value: 0 Final Value: Para cambiar los parámetros de la simulación, haga clic en el menú simulation de la ventana del modelo, luego de un clic en Configuration Parameters y coloque lo siguiente: Start Time: 0 Stop Time: Simule el sistema, para ello seleccione en el menú simulation la opción Start, luego haga doble clic en los elementos Scope. Para ver mejor la gráfica, presione el botón Autoscale que tiene la siguiente forma. 8. Determine el valor de la velocidad máxima: 9. Cuanto tiempo necesita el sistema para alcanzar el 95% y el 98% de la velocidad máxima?: 10. Determine a que valor de voltaje (a la salida del sensor) corresponden los dos tiempos determinados anteriormente: 11. Arme el circuito mostrado en la Figura El elemento Sum (punto suma) se encuentra en la librería Math Operations

15 Sistemas de Control Automático. Guía 2 15 Figura Diagrama de bloques de un sistema de temperatura. Nota: En el sistema de la Figura 2.18, el módulo Transfer Fcn representa el modelo matemático de un horno, el módulo Step representa el valor de referencia en voltios aplicado con una función escalón, Step1 representa la temperatura ambiente, Transfer Fcn1 representa la relación del transductor 1/V10 C y los Scopes son instrumentos para visualizar la respuesta del sistema, Scope muestra el resultado en C y Scope1 en voltios. 12. Configure los módulos Step y Step1 como se muestra a continuación: Módulo Step Módulo Step1 Step Time: 20 Step Time: 10 Initial Value: 0 Initial Value: 0 Final Value: 7.5 Final Value: Cambie los parámetros de simulación a: Start Time: 0 Stop Time: Simule el sistema y determine el valor de la temperatura máxima: 17. Cuanto tiempo necesita el sistema para alcanzar el 95% y el 98% de la temperatura máxima: 18. Determine a que valor de voltaje (a la salida del sensor) corresponden los dos tiempos determinados anteriormente: 19. Apague la computadora. Análisis de Resultados 1. Presente las gráficas y las respuestas a las preguntas realizadas a lo largo del procedimiento. 2. En base al trazo obtenido de cada una de las plantas físicas del laboratorio justifique a qué orden pertenece su función de transferencia. Bibliografía Ogata, K., (2010), Ingeniería de Control Moderna, Madrid, España: Pearson Educación, S.A. Kuo, B., (1996), Sistemas de Control Automático, México DF, México: Prentice Hall Hispanoamericana, S.A.

16 16 Sistemas de Control Automático. Guía 2 Hoja de cotejo: 2 Guía 2: Instrumentación y Conocimiento del Equipo Alumno: Docente: Puesto No: GL: Fecha: EVALUACION % Nota CONOCIMIENTO 25 Conocimiento deficiente de los siguientes fundamentos teóricos: -Partes de un sistema de control automático y sus funciones. -Partes del osciloscopio y sus funciones. APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 70 Cumple solo con uno de los siguientes criterios: -Identifica la función de los módulos del laboratorio de Instrumentación y Control -Arma correctamente los sistemas utilizando los paneles de Instrumentación y Control. -Utiliza correctamente el osciloscopio para obtener las gráficas de voltaje de diferentes plantas. -Simula correctamente las plantas con Simulink. Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos. Cumple con dos o tres de los criterios. ACTITUD 2.5 Es un observador pasivo. Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. TOTAL 2.5 Es ordenado pero no hace un uso adecuado de los recursos. Hace un uso adecuado de lo recursos, respeta las pautas de seguridad, pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos. Cumple con los cuatro criterios. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.