OMICRON INGENIERÍA LIMITADA

Transcripción

1 OMICRON INGENIERÍA LIMITADA CONTROL DE TEMPERATURA ALFA-TEMP 3.0 Manual de referencia para el usuario

2 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA: Las tarjetas de control de temperatura de la serie ALFA (α-temp) esta diseñadas para ser utilizadas por otros fabricantes para integrar en sus equipos y controlar procesos de calefacción hasta 150ºC, con alta precisión, confiabilidad y seguridad. El sensor de temperatura, incluido, es construido con un termistor NTC de 10K 1%, el cual posibilita una precisión de una décima de grado (0.1ºC), alta repetitividad y bajo costo comparado con sistemas igualmente precisos basados en una RTD como la PT100. Los controles α- Temp son personalizables a cada fabricante, son muy fáciles de programar y puede registrar los eventos en que se presentan las temperaturas fuera de rango a través de alarmas visuales y auditivas Las aplicaciones principales para estos equipos son: Fabricación de equipos de uso clínico: Como baños maría, Incubadoras, hornos de cultivo, calentadores de suero, equipos de desinfección, etc. Fabricación de Incubadoras de huevos para aves y reptiles. Procesos de calefacción hasta 150 C que requieran de alta precisión y seguridad Características técnicas principales: Sistema digital, microcontrolado, con algoritmo de control PID incorporado. Funcionalidad, presentación y software diseñado de acuerdo a los requerimientos particulares de cada uno de nuestros clientes. Se pueden realizar funciones personalizadas de programación como ciclos de trabajo temporizados, rampas de calentamiento, etc. Indicación de temperatura en display de cuatro dígitos: Parámetro Equipo de Rango Normal Equipo de Rango Extendido Rango de Temperatura 10 a 105 C 10 a 150 C Resolución 0.1 C en toda la escala 0.1 C T >60 C. 0.5 C T< 60 C. Error Máximo de 0.5 C en toda la escala 1 C en toda la escala Lectura Sensor de temperatura incluido, cable hasta 10 mts. Alarmas visual y sonora por temperatura fuera de rango. Dos salidas para activación de potencia: Una salida para activar un SSR de 5 VDC / 25mA. Una salida para activar un SSR o Relé a 5V DC / 100mA. Alimentación eléctrica: 115 VAC ó 230 VAC. Extremadamente fácil programación para el usuario final (solo acceso al Set Point). Parámetros de control programables por el fabricante, protegidos por clave de acceso. Ambiente de trabajo:

3 Equipo: 10 ºC < TA < 60ºC / H.R. < 80% no condensable. Sensor: -40ºC < Tw < 120ºC

4 2. OPERACIÓN: El control de temperatura de las serie α TEMP es un sistema PID (Proporcional Integral Derivativo), refiérase al anexo 1 para ampliar información sobre el tema. 2.1 Estados de operación: Los controles Alfa-Temp poseen tres estados de operación: Tiempo indefinido: En este estado se realiza el control de la temperatura por un tiempo indefinido, este es el caso si el temporizador no esta habilitado (Parámetro t.eh = 0) o si se define un tiempo de prueba igual a 0.00 (Horas.Minutos). En operación: En este estado se encuentra si el tiempo esta definido y no ha finalizado el temporizador. Puede pasar al estado detenido presionando el botón menos ( ) durante dos segundos, se escuchará una indicación sonora y el mensaje Stop en el display. Durante la Operación se muestra alternativamente cada cinco segundos el tiempo y la temperatura. Detenido: Cuándo termina la temporización de la prueba se escucha una señal sonora intermitente y el mensaje FIN. En este estado se apaga la salida y se muestra en el display alternativamente cada cinco segundos la temperatura y el mensaje OFF. Para arrancar nuevamente la prueba presionar el botón menos ( ) durante dos segundos, se escuchará una indicación sonora y el mensaje Star en el display. El control Alfa-Temp guarda en memoria el estado en que se encuentra, esto es útil en el caso de que falle el fluido eléctrico, permitiendo continuar una prueba que se encontraba en operación, para que esta no se pierda (aunque no se guarda el tiempo por lo que el usuario es responsable de estimar el tiempo restante), o manteniendo el equipo en el estado detenido si la prueba ya había finalizado.

5 3. Programación: El usuario final solo tiene acceso a programar la temperatura deseada y el tiempo de prueba cuándo este se habilita, pero el fabricante que utilice los controles en sus productos, puede programar los diferentes parámetros de control, al introducir la siguiente clave de acceso (0221), la cual le pedirá el sistema cuando lo enciende dejando presionada la tecla aumentar. En la siguiente tabla se ilustran los parámetros de programación. PARÁMETRO SIGNIFICADO RANGO Td Temperatura deseada programada por el usuario o [10ºC a SPL] Set point. HH.MM Tiempo de prueba en Horas: Minutos. Si fija 0.00 el tiempo de prueba es indefinido (controla la [0.00 a T.Li] temperatura de forma indefinida). SPL Set Point Limite: Permite limitar el máximo Set Point [25 a 100ºC] Programable por el usuario final. T.Li Tiempo Límite: Permite limitar el máximo tiempo en [1 100] Horas horas que el usuario puede programar dif. Diferencial de Temperatura: Permite Ajustar la lectura [-12 a +12ºC] de temperatura introduciendo un diferencial. SON Habilitación de alarma sonora y visual 0: Off 1: ON d.al Diferencial de Alarma, fija un rango de temperatura [0.1 a 20.0 C] alrededor del set point por fuera del cual el sistema generará alarmas. SIL. Tiempo de retardo y silenciamiento de la alarma [0 a 240] min Sonora. Pro Acción Proporcional: Permite fijar la Banda Proporcional Bp. Si Pro=0, Se tiene un control tipo [0 a 50%] ON/OFF Int Acción Integral. (Factor dividido por 1000) [0 a 50] /1000 s der Acción Derivativa. (Factor dividido por 10) [0 a 50]/10 s Tc Tiempo de ciclo [ 0 a 60] seg Pot Potencia Máxima del equipo en fase de control PID. [10 a 100] % t.eh Habilitación de temporizador de prueba: Permite realizar la prueba con o sin temporizador, en este último caso el tiempo es indefinido y no es programable por el usuario final. 0: Temporizador de prueba deshabilitado. 1: Temporizador de prueba habilitado.

6 4. Conexiones e instalación: La siguiente gráfica ilustra las conexiones de acuerdo a las conectores presentes en el control α-temp. VISTA POSTERIOR O DE COMPONENTES Salida NTC Teclado 115VAC Bornera de tornillos: 115 V también Se puede configurar para 230 VAC cambiando la selección del jumper soldado en la parte frontal de la tarjeta. Teclado: En su configuración básica permite conectar un teclado de dos teclas y dos LEDs indicadores. Pero podría flexibilizarse a tener tres o cuatro teclas y uno o ningún LED indicador. Pin1 : LED 1. Pin2 : LED 2. Pin 3 : Tecla 1; Pin 4 : Tecla 2; Pin 5. Común. Salida: Permite conectar dos elementos de potencia (Es programable a la medida) Pin 1-2: Salida 1: 0 5 Voltios / 25 ma para SSR. Pin 3-4: Salida 2: 5 Voltios/100 ma, para SSR o Relé mecánico a 5VDC. NTC: Para conectar el Termistor NTC. Este elemento no tiene polaridad.

7 5. Dimensiones para instalación: Display 49 x 19 mm 32.5mm 51,5mm 62 mm 5/8 a 2.5mm

8 ANEXO 1: PARÁMETROS DE CONTROL PID 2.1. Definición de conceptos: En este tipo de controles, intervienen conceptos que es necesario definir para poder comprender su funcionamiento propiamente dicho. Variable de proceso (Pv) Es la variable medida que se desea estabilizar o controlar, es decir, la temperatura actual. Valor prefijado o Set point (Sp): Es el valor deseado de la temperatura, fijado por el usuario. Error (E): Se define como la diferencia entre la variable de proceso y el set point, Error = Sp-Pv. Tiempo de ciclo (Tc): Es un lapso de tiempo fijo, menor al tiempo de respuesta del equipo a controlar, al cual se debe modular la activación de la salida, con el fin de que dicho equipo reciba un promedio de potencia. Banda proporcional (Bp): Corresponde a una banda de temperatura situada por debajo de Td a lo largo de la cual, la potencia de salida variará proporcionalmente al Error, disminuyendo cuanto más cercana sea la temperatura al Sp. Esta se programa en el control como un porcentaje del Sp como la acción proporcional (Pro). Por si sola, la acción proporcional no logra llevar el sistema al valor del Sp generando un error estacionario. Acción o constante derivativa (der): Este parámetro tiene en cuenta la velocidad de la temperatura en el tiempo. Permite adelantar la acción de control del mando de salida para obtener así una temperatura más estable. Por ejemplo, si la variable de proceso Pv esta por debajo del Sp, pero sube muy rápidamente, entonces el control se adelanta y disminuye la potencia de los calefactores. Acción o constante Integral (Int): Proceso que consiste en ir introduciendo una pequeña cantidad de potencia a la salida, proporcional a la sumatoria del Error medido cada segundo, generando así el "ajuste" de la potencia necesaria para mantener el equipo o sistema a controlar en su temperatura deseada (Sp). Limite de la potencia Máxima en la salida (Pot): Este parámetro sirve para limitar la potencia máxima de salida en los calefactores en el rango de 10 a 100%. Este límite de potencia no se aplica en la fase de calentamiento, sino después de que el equipo a iniciado la acción de control PID (Esto sucede cuando el Error <75% de Bp). Con este parámetro se pueden evitar sobrepicos de temperatura como los generados por perturbaciones largas al sistema, tal como una puerta abierta en un horno por mucho tiempo y que luego es cerrada Calculo realizado para controlar la temperatura: El control α-temp realiza un algoritmo de control PID de la temperatura, normalizado en el rango de [0 a 100%]

9 expresado en la fórmula siguiente, para la potencia que debe suministrar a los elementos calentadores: Donde: Pot = [100%(Error Der/10*VEL + Int/1000 * Error)/Bp] Bp (Banda proporcional) = Sp* Prop /100% VEL = Tactual Tanterior Error: Es la sumatoria del error segundo a segundo Selección de parámetros: La clave del éxito en el funcionamiento de los controles de temperatura, en una determinada aplicación, es la selección apropiada de los parámetros Pro, Der, Int, Tc y Pot que deben ser introducidos por el fabricante de los equipos que integre el control a sus productos. (El usuario final no tiene acceso a estos parámetros). Para esto se deben tener en cuenta los siguientes comportamientos y consideraciones prácticas con el fin de llegar a la condición óptima. Comportamiento inestable: Se dice que un sistema y su controlador tienen un comportamiento inestable cuando después de un tiempo razonable de funcionamiento y sin ocurrir perturbaciones externas, la temperatura permanece fluctuando alrededor del Sp. Este es el caso de un control de tipo on/off o un sistema con la Bp muy pequeña. Comportamiento estable: Es aquel en el que la temperatura se mantiene en un valor constante mientras no ocurran perturbaciones externas. Dentro de las condiciones de estabilidad existen 3 tipos de comportamientos bien definidos: Sistema sobre amortiguado: Tiene una velocidad de respuesta lenta y después que ocurre una perturbación, el sistema puede tardar en volver al Sp. La ventaja es que es muy estable y no adquiere comportamientos oscilatorios indeseables. Esta condición ocurre cuando la banda proporcional Bp es más grande de lo necesario y cuando la constante derivativa der es muy grande, ya que la acción derivativa tiende a frenar la temperatura. Sistema sub amortiguado: Posee una velocidad de respuesta muy buena, pero pueden ocurrir varias oscilaciones de cierta amplitud antes que la temperatura llegue a un valor estable. Esta condición sucede cuando Bp y der son pequeñas y la constate de integración Int es grande. Sistema con amortiguamiento crítico: A esta condición corresponden los valores óptimos de los parámetros Bp, Der e Int. En este caso el sistema es bastante estable y la velocidad de respuesta es la mejor que se puede lograr.

10 Los diferentes comportamientos se ilustran en las gráficas que aparecen a continuación: PV Inestable PV Estable, Sub amortiguado PV Estable con amortiguamiento critico Estable, Con amortiguamiento critico PV Estable, sobre amortiguado Estable, Sobre amortiguado TIEMPO Tiem po 2.4. Consideraciones prácticas: Además, es importante tener presente algunas consideraciones como: Menor Banda Proporcional (Bp) hace más oscilatorio el sistema, ya que el control proporcional se comportará más parecido al On/Off, es decir tenderá a presentar oscilaciones alrededor de la temperatura deseada Td. A mayor Tc, menos desgaste de los elementos de salida y de calefacción, pero siempre tiene que ser inferior al tiempo en que el sistema pierde calor llamado tiempo característico del sistema. La práctica recomendada es usar un tiempo de ciclo igual a la mitad del tiempo característico del sistema. Normalmente Int deberá ser grande solo en sistemas que reaccionan rápidamente y pequeño para sistemas lentos con mucha inercia (por ejemplo hornos).