1. Ejemplos Industriales 1
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- Yolanda Ponce Villanueva
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1 01 - Ejemplos Industriales.doc 1 1. Ejemplos Industriales 1. Ejemplos Industriales Un ejemplo industrial: Proceso de Colada Continua Especificaciones de diseño Modelo Realimentación y predicción Una primer indicación de compromisos de diseño Horno de Arco Eléctrico Objetivo 23
2 01 - Ejemplos Industriales.doc Un ejemplo industrial: Proceso de Colada Continua Presentamos un ejemplo de un problema de control industrial que, aunque simplificado, es esencialmente un problema real. Este ejemplo, de un proceso de colada continua, pertenece a la industria siderúrgica. Sin embargo, como veremos, los principales elementos en la especificación de un comportamiento deseado, el modelado, y la necesidad de dar soluciones de compromiso, son comunes a los problemas de control en general.
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8 Salida de las barras 01 - Ejemplos Industriales.doc 8
9 01 - Ejemplos Industriales.doc 9 Plc Quantum Setpoint _Nivel Control de Control de Nivel Posicion error_nivel Setpoint _pos error_pos + PI + P - Nivel - LVDT Berthold Digital Tapon LVDT Señal_Servo Tundish Piston Buza Sensor de Nivel Fuente Lingotera
10 01 - Ejemplos Industriales.doc 10 Control de Nivel CC Tapon Señal_Servo LVDT Placa lectora del LVDT Mannesmann Rexrot 0-10v Tundish Buza Piston Servo válvula Placa controladora de la servo valvula Mannesmann Rexrot VT-SR2 +-10v Plc Quantum Sensor de Nivel Fuente Lingotera Berthold Digital 4-20ma Placa conformadora de pulsos
11 01 - Ejemplos Industriales.doc 11 CONTROL AUTOMATICO DE NIVEL CC3 Velocidad de Colado [m/s] PLANTA PLC K_Vel sp_nivel + - e_nivel Nivel_real Kp 1/Ti*s + + sp_posición + - e_posición Posición Del Tapón LVDT Kp u_fuerza de control Salida a la Servo_valvula Amp_Servo [I] K_Amp [cuentas] Servo valvula+piston Ksv/ (S*(Tsv*S+1)) Poscion del tapón Actuador (Tapón) [m] [m] K_tap + Qi Qo [m^3/s] - Q Molde Kc/S Nivel de acero [m] Controlador de Nivel de Acero (PI) Controlador de Posición del Tapón (P) LVDT [cuentas] K_LVDT Medidor de nivel [cuentas] K_Med _niv
12 01 - Ejemplos Industriales.doc Especificaciones de diseño Las metas a lograr en este diseño son: Seguridad: Claramente, el nivel del molde nunca debe correr riesgo de derramarse o vaciarse, ya que cualquiera de las dos situaciones implicaría derramamiento de metal fundido, con consecuencias desastrosas. Producción: Los aspectos relevantes incluyen: Calidad del producto Fácil Mantenimiento Rentabilidad de la inversión
13 Modelo Para seguir adelante con el diseño del sistema de control se necesita en primer lugar entender el proceso. Típicamente, el conocimiento del proceso se cristaliza en la forma de un modelo matemático. Variables relevantes del proceso: * h : nivel de acero de referencia en el molde h( t ): nivel real de acero en el molde v( t ): posición de la válvula σ ( t) : velocidad de colado qin qout ( ) ( ) t : caudal de material entrante al molde t : caudal de material saliente del molde 01 - Ejemplos Industriales.doc 13
14 01 - Ejemplos Industriales.doc 14 Modelo simple como tanque ( in out ) t ( ) = ( ) ( ), [1.1] h t q τ q τ dτ
15 Diagrama de bloques de la dinámica simplificada del proceso de colada continua, sensores y actuadores Ejemplos Industriales.doc 15
16 01 - Ejemplos Industriales.doc Realimentación y predicción Veremos más adelante que la idea central en control es la de inversión. Por otra parte, convenientemente, la inversión puede lograrse a través de dos mecanismos básicos: realimentación y predicción. Estrategia de control sugerida: Este controlador combina una acción de realimentación con una acción predictiva.
17 01 - Ejemplos Industriales.doc Una primer indicación de compromisos de diseño Simulando la operación del control propuesto para nuestro modelo simplificado de la colada continua para valores de K=1 y K=5, vemos que cuanto más pequeña es la ganancia de control (K=1), más lenta resulta la respuesta del sistema a un cambio * en el valor de referencia h. Por otro lado, cuanto mayor es la ganancia de control (K=5), más rápida es la respuesta obtenida, pero también son mayores los efectos del ruido de medición - evidente en oscilaciones mayores en la respuesta permanente y los movimientos más agresivos de la válvula de control variación de nivel para K=1 y K=5
18 01 - Ejemplos Industriales.doc apertura de la válvula de control para K=1 y K= variación de nivel y apertura de la válvula de control para un valor más elevado de K
19 Compromisos en diseño: mayor velocidad de respuesta a cambios en la referencia trae aparejados mayor sensibilidad al ruido de medición y mayor desgaste del actuador Ejemplos Industriales.doc 19
20 Nivel 13:38:52 13:39:05 13:39:18 13:39:31 13:39:44 13:39:57 13:40:10 13:40:23 13:40:36 13:40:49 13:41:02 13:41:15 13:41:28 13:41:41 13:41:54 13:42:07 13:42:20 13:42:33 13:42:46 13:42:59 13:43:12 13:43:25 13:43:38 13:43:51 13:44:04 13:44:17 13:44:30 13:44:43 13:44:56 13:45:09 13:45:22 13:45:35 13:45: Tiempo control real de nivel en Siderca - Argentina 01 - Ejemplos Industriales.doc 20 13:38:26 13:38:39 13:38:00 13:38:13 Nivel
21 01 - Ejemplos Industriales.doc 21 Pregunta Será este compromiso inevitable?... o podrá mejorarse la situación, por ejemplo con - un mejor modelado, o - un diseño de control más sofisticado? Este será un tema central en el resto de nuestra discusión. (Nota: de hecho, el compromiso de diseño es fundamental, como veremos más adelante.)
22 1.2. Horno de Arco Eléctrico 01 - Ejemplos Industriales.doc 22
23 01 - Ejemplos Industriales.doc Objetivo Máxima transferencia de energía eléctrica al baño. Se logra para un determinado valor de resistencia de arco. La resistencia de arco se puede pensar como lineal con la longitud del arco. La longitud del arco no se puede medir. Se calcula la impedancia de arco en forma indirecta midiendo tensión y corriente. Tampoco se puede medir tensión de arco; se mide tensión en bornes del transformador. Por lo tanto se hace vm vm zm = = zr o zr i i = 0 o v m = z r i m [1.2] m m
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