Rediseño E Implementacion De Un Proceso Electro Hidraulico Usado En El Laboratorio De Control Automatico De La Espol Para Controlar Velocidad Y Presion Mediante Matlab Simulink y-o Labview por Jorge Alarcon Jonathan Jaen

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALFacultad de Ingeniería en Electricidad y Computación
Tesis de Grado.
“Rediseño e Implementación de un Proceso Electro-Hidráulico, usado en el Laboratorio de Control Automático de la ESPOL, para controlar Velocidad y Presión mediante Matlab-Simulink y/o Labview.”
Jorge AlarcónCadena
Jonathan Jaen Solórzano

Objetivos:
Rediseñar la planta de control de velocidad que se encuentra en el Laboratorio de Control Automático de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y en Computación (FIEC) de la ESPOL.
Desarrollar controles de velocidad con perturbación de carga usando la electroválvula Danfoss EV260B mediante Labview y Matlab .
Desarrollar controles de presión mediante Labview y Matlab.
Controlar la planta remotamente y localmente mediante los controles tanto de velocidad como presión, usando para la comunicación los módulos del cFP-2100 de National Instruments.
Implementar prácticas para el Laboratorio de Control Automático de la ESPOL.

Planta de Control de Velocidad
Inicilamente la planta de control de velocidadestabaconformadapor los siguienteselementos.

Motor Trifásico de Inducción de jaula de Ardilla
Variador de Frecuencia Micromaster 420
Taco generador
Bomba hidráulica
Targeta de Adquisicion de Datos DAQ

Mejoras:

Reservorio y Cañerias
Perturbaciones
Presión
cFP-2100: Encendido/Apagado, Manipuleo de señales

Elementos
constituyentes

Electrovalvula Danfoss EV260B
Transductor de Presión Danfoss MBS3000
Válvula de Seguridad
cFP-2100

Proceso Electro-Hidráulico para controlar Velocidad y presión
Mejorasrealizadas:

Cañerias de Bronce
Reservorio de AceroInoxidable
Electroválvula Danfoss EV260B
Transmisor de Presión Danfoss MBS300
Valvula de Seguridad
cFP-2100 y sus Módulos
Circuito de Control: Temporisador

Relays

Circuito de control y fuerza

CFP-2100 de national instruments

El manejo remoto de la planta se logra debido a que la comunicación del cFP al control es por medio del protocolo OPC.
El manejo de la planta en forma remota es el resultado de un trabajo complementario de tesis de grado, denominados ¨Análisis y adaptación de la tecnología de Control Abierto de Procesos (OPC) al Laboratorio de Control Automático de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Computación¨

Caracteristicas:

Adquisicion y envio de datos de maneraremota.
Modulos de relays y de envio y recepcion de señalesanalogicas y digitales.

CFP-RLY-421
Caracteristicas:

Módulo de salida de relés.
8 canales de relés.
LEDs indicadores de estados de relé
Contactos normalmente abiertos.
El encendido y apagado de la planta se lo realiza por medio del Canal 1 de modulo cFP-RLY-421.

cFP-AO-210
Caracteristicas:

Módulo de salidas analógicas de voltaje.
8 salidas de 0 -10 V.
Indicadores de sobrecorriente.
Operación de -40 a 70 ºC.
La Señal de Voltaje de 0 a 10 Vdc enviada al Variador es proporcionada por el canal 1 del módulo de salidas analógicas cFP-AO-210.

cFP-AO-200
Caracteristicas:

Módulo de salidas analógicas por corriente
8 salidas de 0 - 20 ó 0 - 20 mA.
0.5 mA de sobre rango.
La modulación de apertura de la Electroválvula se la realiza a través del Canal Canal 0 del cFP-AO-200.

cFP-AI-100
Caracteristicas:

8 entradas analógicas de voltaje y corriente.
11 rangos de voltaje de entrada: 0 - 1 V, 0 - 5 V, 0 - 15 V, 0 - 30 V, ± 1 V, ± 5 V, ± 15 V, ± 30 V, 0 – 20 mA, 4 – 20 mA y 20 mA.
El Taco Generador (Sensor de Velocidad) y el transductor de Presionson sensados con el Canal 1 y Canal 2 del modulo cFP-AI-100 respectivamente.

Measurement & Automation

Control
de
velocidad

Descripción del Control de Velocidad.
La velocidad en el Sistema Electro-Hidráulico es una función del voltaje del Motor y de la carga.
Se usaran dos estrategias de control que son:

Servo Control: Referencia Variable, Carga Fija.
Control Regulador: Referencia Fija, Carga Variable.

El motor es controlado mediante el Variador de Frecuencia Micromaster 420 de Siemens, resive 0 a 10 Voltios - envia de 0 a 1600 RPM.
Medimos la velocidad del motor con el Tacogenerador, produciendo en susterminalesuna tensión proporcional a esa velocidad instantánea, 360 revoluciones por voltios
Las perturbaciones en el sistema son producidaspor la electrovalvula, la quegenera un torque de freno al motor haciendo que disminuya su velocidad.
Esta caída de velocidad debe ser corregida por la acción del controlador.

Modelo Matemático
Los modelos matemáticos de plantas o procesos son obtenidos mediante dos técnicas fundamentales:

ModelamientoTeorico.

A partir de leyes físicas se encuentra la función de transferencia. Las leyes son normalmente en la forma de ecuaciones diferenciales, la relación entre las señales de entrada y salida son también una ecuación diferencial. Esta última se puede transformar con la ayuda de la Transformada de Laplace para obtener la función de transferencia. El modelado teórico se utiliza sobre todo en procesos a través de los cuales, y de manera sencilla, se pueden llegar a las leyes físicas que relacionan las señales de entrada y salida .

Identificación Experimental.

A partir de diferentes experimentos prácticos se encuentra la función de transferencia para diferentes procesos.

Identificación
del
Sistema de
Velocidad

Puntos de operación
Velocidad 600RPM  3.7 V
Presion 27 PSI  8.85 mA

Encendido / apagado del sistema
electro-hidraulico

Control de Motor y monitoreo de velocidad

señal de carga

Determinación de filtro y tiempo de muestreo

Determinacion del modelomatematico
Mediante servo control
Velocidad : TrenPulsos 600 -700 RPM
Presion : Constante 27 PSI  8.5 mA

Mediante control regulador
Velocidad : Constante 600 RPM
Presion : TrenPulsos 15 a 55 PSI  6 mA a 10 mA

Diseño del controlador
Ingresando el comando SISOTOOL(G,C,H,F).
Especificaciones de
Funcionamiento:
Ts = 0.2 [seg]
S.P <= 5%
Ess = 0%

Implementación del Control de
Velocidad mediante Matlab-Simulink
Servo Control
Control Regulador

Velocidad mediante labview

Velocidad mediante labview
SERVOCONTROL
CONTROL REGULADOR

Control
de
PRESION

Análisis del sistema de presión
La Presión en el Sistema Electro-
Hidráulico es una función de la Corriente de la Electroválvula, voltaje del Motor y Temperatura del aceite Hidráulico.

Descripción del Control de presión.
Se usaran dos estrategias de control que son:

Servo Control: Referencia Variable, Carga Fija.
Control Regulador: Referencia Fija, Carga Variable.

El control está diseñado de tal manera que se pueda mantener la presión en un valor deseado; es decir punto de trabajo mediante la modulación de la apertura de la electroválvula. Se desea que este punto de trabajo se mantenga a pesar de existir perturbaciones externas, como cambios de velocidad del motor y variaciones de temperatura del aceite hidráulico.

Identificación
del
Sistema de
presión

Puntos de operación
La Presión en el Sistema Electro-Hidráulico es una función de la Corriente de la Electroválvula, voltaje del Motor y Temperatura del aceite Hidráulico.
Presion: 27 PSI  8.85 mA
Velocidad: 600 RPM  3.7 V
Temperatura: 37 C

Encendido / apagado del sistema
electro-hidraulico

Entrada Electroválvula y salida de Presión
Tren de PulsosAmplitud: 8. 6– 8.9mA  25 – 30 PSI
Periodo: 3 Segundos
Acondicionador Corriente –PSI  P = (9107.128861*I) - 35.850796079.

Encendido de Motor e Indicador de Velocidad
Voltaje Motor  600 RPM  3.7 V

Determinación de filtro y tiempo de muestreo
Señal de Presion con Ruido.
Señal de Presion con Filtro.
El tiempo del sistema de presión es aproximadamente de 0.8 segundos
Tiempode Muestreo: 0.003 Segundos

Diseño del controlador
Ingresando el comando SISOTOOL(G,C,H,F).
Especificaciones de funcionamiento:
Ts = 0.8 [seg]
S.P = 2%
Ess = 0%

Presión mediante Matlab-Simulink
Servo Control
Control Regulador

Presión mediante labview

Presión mediante labview
SERVOCONTROL
CONTROL REGULADOR

Demostración