EXPERIENCIA N 1 :

LABORATORIO DE INSTRUMENTACION Y CONTROL DE PROCESOS
EXPERIENCIA Nº 1 :
ELEMENTOS DEL LAZO DE CONTROL
Objetivos :
Conocer, y experimentar en forma practica con los elementos
presentes en un lazo de control convencional. Específicamente
 Describir, conectar y medir variables de proceso
 Determinar la dinámica de un sistema de medición
 Determinar los elementos
asociados a una válvula de control y
experimentar su dinámica.
 Conocer la tecnología de comunicaciones y procesamiento de señales
en un sistema de control.
E11: SENSORES Y MEDIDORES.
En esta experiencia se conocerán, conectarán y se medirán variables usando
los siguientes sensores.
 Sensor de Temperatura ICTD (Temperatura)
 Termocupla (Temperatura)

Transductor diferencial de presión (Presión)
 Placa de orificio (Flujo)
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Descripción de la actividad:
En esta parte de la experiencia se mostraran los sensores, se conectarán a
algún sistema de detección ( Multimetro, sistema Scada Opto22, u otro) y
analizaremos la respuesta de los sensores a cambios en la variable medida.
Los medios de detección son los siguientes:
Variable
Sensor
Vía de detección
Temperatura
ICTD
Scada_Opto22*
Temperatura
Termocupla
Scada Opto22*
Presión
DpCell
Multimetro
Flujo
Placa Orificio
Visual
(*) Ver en anexo descripción de sistema Scada Opto22
Material a revisar antes de la experiencia :
 Apuntes Instrumentación Básica
Informe de experiencia:
 Procedimiento experimental
 Tabla con mediciones efectuadas
 Determinación del
flujo en el medidor de orificio y cálculo del
coeficiente del medidor. ( Ver apuntes de instrumentación) .
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E12: DINAMICA DE UN SENSOR DE TEMPERATURA
En esta experiencia se determinará la función de transferencia de una
termocupla o del sensor ICTD frente a un cambio escalón en el medio que
rodea al sensor.
Se llevará registro del cambio mediante el sistema
Opto22
Procedimiento Experimental
Seleccione un sensor de temperatura
conectado al sistema Opto22
midiendo y registrando la temperatura ambiente.
A tiempo cero cambie el medidor a otro medio con temperatura diferente
(agua hiviendo o recipiente con hielo) y observe el registro histórico de
temperatura hasta que la lectura se estabilice
Por algún medio rescate la información del cambio de la temperatura con
el tiempo, regístrela e imprímala.
Material a revisar antes de la experiencia :
 Apuntes Instrumentación Básica
 Anexo Opto22 (en esta guía)
 Apuntes Fundamentos de Control de Procesos
Informe de Experiencia:
 Procedimiento Experimental
 Grafico histórico obtenido
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 Calculo de los coeficientes de la función de transferencia del medidor:
Constante de tiempo y atraso suponiendo que el medidor tiene una
funcion de transferencia de 1º orden. (Ver apuntes de fundamentos de
control)
E13: ELEMENTO FINAL DE CONTROL Y DINAMICA DE
UN
PROCESO EN LAZO ABIERTO
En esta experiencia se conocerán los elementos necesarios para manipular
un proceso, específicamente una válvula de control neumática que regula la
entrada de gas a una cámara de combustión. Además, estudiar la dinámica
del proceso de combustión en lazo abierto.
Los elementos presentes son:
 Aire instrumental de suministro
 Conversor I/P
 Válvula de control
 Proceso compuesto por un quemador de Gas, Cámara de combustión
y termocupla de medición.
 Sistema Opto22 para regular remotamente la apertura de la válvula.
Material a revisar antes de la experiencia :
 Apuntes Instrumentación Básica
 Apuntes de Fundamentos de Control de Procesos
 Anexo Opto22 (Esta guia)
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 Anexo Cámara de combustión (Esta guía)
Procedimiento Experimental:
Con el equipo funcionando es estado estacionario reconozca todos los
elementos presentes y su función.
Con el sistema Opto22 realice diferentes cambios en la corriente (4-20 mA)
y vea el efecto en la apertura de la válvula y la temperatura de la cámara.
Con el sistema en estado estacionario a 25% de apertura, realice un cambio
hacia +75% en la apertura de la válvula y registre la evolución de la
temperatura de la cámara con el tiempo. Hasta alcanzar el nuevo estado
estacionario.
Con un procedimiento similar al usado en la experiencia anterior rescate la
información del cambio dinámico.
Informe de Experiencia:
 Procedimiento experimental
 Histórico de temperatura de la cámara
 Calculo de la ganancia del proceso (T_camara - mA)
 Calculo de los parámetros de la función de transferencia (Cte de
tiempo y atraso) si se asume comportamiento de 1º orden.
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EXPERIENCIA Nº 2 :
CONFIGURACION Y OPERACIÓN DE UN LAZO DE CONTROL
Objetivos :
Configurar y operar un lazo de control de temperatura en una cámara de
combustión. Específicamente:
 Especificar los componentes necesarios del lazo
 Configurar el lazo de control ( conectar sus elementos y sus limites
operacionales)
 Establecer y programar lógicas de control
(P,PI,PID) .
en el sistema Opto22
 Operar la cámara de combustión con estas estrategias y evaluar su
efectividad
 Familiarizarse con el concepto de interfase Hombre Máquina HMI y
operar el proceso con esta herramienta.

Conocer los elementos modernos presentes en el control de procesos.
Procedimiento Experimental :
El procedimiento experimental se puede dividir en las siguientes etapas.
1. Definir los objetivos del lazo, determinar los elementos
presentes y conectarlos en forma de lazo de control mediante el
sistema Opto22.
2. Entender el concepto de estrategias de control en Opto22 y
proponer algunas
lógicas simples para el control de la
temperatura de la cámara.
3. Proponer el procedimiento para la puesta en marcha del equipo
y del sistema de control
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4. Operar el sistema en lazo abierto para explorar sus límites de
respuesta (Temperaturas mínimas y máximas en la cámara).
5. Seleccionar modo de operación bajo control (on/off) y PID
variando diferentes parámetros tales como Setpoint, tiempo de
muestreo, parámetros del controlador PID (Kc, Ti,Td) .
Registrar y discutir la respuesta del sistema.
Detalles del sistema experimental se dan en Anexos.
Material a revisar antes de la experiencia :
 Apuntes Instrumentación Básica
 Apuntes de Fundamentos de Control de Procesos
 Anexos Equipo experimental y Opto22 (Esta guia)
Informe de Experiencia:
 Procedimiento experimental
 Histórico de temperatura de la cámara durante la experiencia
 Discusión de la respuesta del sistema bajo los diferentes modos de
control.
 Diagrama P&ID del sistema de control.
ANEXO A :
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EQUIPO SECADOR FLUIDIZADO Y CAMARA DE COMBUSTION
ARQUITECTURA DEL SISTEMA
A continuación se presenta un diagrama que representa los componentes del
Sistema (se describen más adelante) y sus comunicaciones, tanto las del controlador con
las Aplicaciones, como las de éste con los datos reales:
Controlador
Opto22
Proceso Real
Válv.
Control
Transductor
Quemador
RJ45 Ethernet 10/100
Sistema de control
PC
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
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Secador Vibrofluidizado
Equipo ubicado en el Laboratorio de Operaciones Unitarias del Departamento de
Ingeniería Química de la Universidad de Santiago de Chile. Se ocupa para proyectos de
investigación y actividades docentes.
S
TA
G
CV
F
V
1
VC
QM
Secador Vibrofluidizado.
Para calentar el aire, se utilizan los gases de combustión de gas (G), cuyo flujo es
suministrado por una válvula de control (VC), adosada a un extremo del secador. Los sólidos
ingresan por la Tolva de alimentación (TA) y son secados en la cámara de Vibrofluidización
(CVF). La inducción negativa del aire es producida por el soplador (S).
El diseño de estos secadores deriva de una optimización de los secadores fluidizados, los
cuales presentan algunas características técnicas y/u operacionales que se corrigen con el objeto
de minimizar recursos. Es así como el secador vibrofluidizado presenta las siguientes ventajas
con respecto al secador fluidizado.

Disminución de los requerimientos de flujo, debido a que la vibración de las partículas
permite una reducción en la caída de presión en el interior de la cámara.
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
Generación de altos coeficientes de transferencia de materia.

Carencia de volúmenes muertos.

Mayor habilidad para el trabajo con sólidos particulados aglomerantes y pegajosos.

Capacidad de generar altos coeficientes de transferencia de calor y materia.
Funcionamiento
El secador opera por el contacto de las partículas a secar con el flujo cruzado de los gases
de combustión del quemador (QM) de gas licuado. El aire es inducido por medio de un soplador
(S), el cual tiene en la línea de succión una palanca que permite restringir la velocidad del flujo
(V1).
La vibración al interior de la cámara se produce debido a la acción de un motor conectado a dos
ejes excéntricos. Además, se puede regular la velocidad del eje de giro del motor y con esto, la
amplitud de las vibraciones.
LAZO DE CONTROL
Para el sistema que se utiliza como prueba, es de suma importancia cerrar el lazo de
control. La forma tradicional para controlar un proceso es medir la variable que será controlada,
compararla con el setpoint (valor deseado), generando de esta manera un “error” cuyo valor es
enviado a un controlador de “retroalimentación”, el cual devuelve una señal al elemento que
regula la variable manipulada con el fin de guiar el proceso hacia el valor deseado.
Perturbación
Entrada
(Var.
Manipulada
)
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PROCESO
Combustor
VÁLVULA DE
Apertura
Válvula
Salida
(Var. Controlada)
CONTROL
TERMOCUPLA
TIPO K
Tª secador
0-100 mV
CONTROLADOR
Opto22
TRANSDUCTOR
COMPARADOR
Error
Valor
deseado
4-20 mA
PC EN SALA DE
CONTROL
(o local)
Esquema del control en lazo cerrado.
La figura ilustra el lazo de control existente para este sistema y se observa que el controlador
Opto22 es el elemento encargado de recibir el error de la temperatura al interior del secador con
respecto al setpoint. Además se observa que una termocupla tipo K es el elemento de medición,
la cual se enlaza al controlador a través de un módulo análogo de medición INPUT (0-100 mV) .
El flujo de gas que va hacia el secador es manejado por una válvula neumática de control,
la cual es regulada por un transductor corriente/presión, el que está enlazado con el controlador a
través del módulo análogo de 4-20 mA de salida .
A continuación se presentan las características de los componentes del sistema conectados
al controlador Opto22 :
Tabla 2.1.- Características de los componentes del sistema conectados al controlador.
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Componente
Características
Marca
Badger Meter Inc.
Modelo
180051
Presión de Entrada
3-15 psig.
Marca
SMC pneumatic
Modelo
IT-002BG
Presión de Entrada
20 psig constante
Presión de Salida
3-15 psig
Corriente de Entrada
4-20 mADC
Voltaje de Entrada
24 VDC
Termocupla
Tipo
K
Computador
Modelo
Acer
Disco Duro
20 GB
Ram
512 MB
Monitor
TFT 14”
Válvula Neumática de Control
Transductor Corriente/Presión
La conexión del controlador Opto22 al computador se realiza mediante un enlace directo
Ethernet 10/100 via protocolo TCP/IP
ANEXO B :
CONTROLADOR “Snap Ultimate” de Opto22.
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El Sistema “Snap Ultimate” es un microcomputador industrial diseñado por Opto
22 que cuenta con las siguientes características:
CPU
:
Microprocesador Motorola 68020 de 32 bits
Frecuencia de reloj de la CPU
:
16.67 MHz
Requerimientos de Energía
:
5 VDC  0.1 V a 2.0 A (25ºC)
Temperatura
:
0ºC a 70ºC
Comunicaciones
:
2 puertos seriales: RS232, RS422/485 a 300-115.2 Kbd
1 puerto Ethernet 10/100
Memoria EPROM
:
256 Kb
Memoria Ram
:
8 MB
Reloj de Tiempo Real
:
Epson 62421A reloj/calendario, con batería de respaldo
Batería de RAM
:
3.6 V Litio
El controlador tiene la capacidad de conectarse con hasta 4096 puntos de entrada/salida análoga o
digital a una distancia de hasta 3000 pies, y puede ser conectado en serie desde un computador
personal “host” formando una red de hasta 256 controladores de la serie Snap.
Los puntos de entrada/Salida se instalan en un Raquet que alojan los módulos específicos de
acuerdo a las necesidades de los usuarios. Los tipos de módulos pueden ser entradas y salidas,
analógicas o digitales.
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Sistema Opto22 mostrando controlador (brain), Módulos, Raquet, y conector RJ45
Listado de módulos instalados en el sistema Opto22
NOMBRE
TIPO
FUNCION
IDC5D
Input Digital 0-28 Volts
Testear Switch
ODC5RS
Output Digital 5-60 Volts
Activar Switch
AOV27
Output Análoga (0-10 Volts)
Salida voltaje
AICTD
Input Análoga (ICTD)
Lectura Termistor
AIV
Input Análoga (0-10 Volts)
Lectura Voltaje Instrumentos
AIMA
Imput Análoga (4-20 mA)
Lectura mAmp Instrumentos
AITMi
Input Análoga (+/- 100 mV)
Lectura Termocuplas
AOA23
Output Análoga (4-20 mA)
Corriente a Válvulas
DESCRIPCIÓN DE LOS SOFTWARES ASOCIADOS
Los softwares básicos para un proyecto de Opto22 son IoControl y IoDisplay. El primero
permite configurar el sistema y definir las estrategias de control residentes en el brain (modo
stand alone). El segundo se utiliza para configurar las interfases con el operador.
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IoControl
Configura el sistema (Módulos, variables, memorias) desarrolla las estrategias de control
basado en una programación a través de diagramas de bloque. Una vez programada la
estrategia, es necesario “bajarla” (modo “Debug” en IoControl) al controlador (Brain) el
cual lo almacena en la memoria Ram siendo capaz de efectuar el control en modo
automático (Stand Alone). El programa trabaja en dos modos básicos : Configurador y
Runtime
Ventana de IoControl: Configuración a la derecha (controlador, módulos, variables) y
estrategia de cálculo a la izquierda.
IoDisplay:
Interfaz Hombre-Máquina altamente integrada con IoControl, da al operador,
técnicos e ingenieros la información de las variables del proceso que ellos necesitan. Puede
mostrar mezclas de imágenes, símbolos, gráficos 3-D, fotos, gráficos históricos y de tiempo real.
Es en este Software donde se desarrolla la Interfaz con el operador.
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Este Software se divide en dos componentes: IoDisplay Configurator y IoDisplay Runtime. El
primero permite configurar las ventanas de una manera muy amigable, ya que basta con asociar a
un objeto o imagen algún atributo dinámico de los que el software propone para que después en
el segundo programa (Runtime) el operador interactúe con él, linkeandose en tiempo real con el
brain del sistema Opto22. Mediante esta aplicación se pueden crear botoneras, alarmas, gráficos
de tendencia (Trenes), sliders, y otros medios de supervisión y actuación sobre el proceso.
Ventana de IoDisplay mostrando botones, displays, grafico de tendencias
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DIQ : Depto. Ingeniería Química
Ingeniería
Portales
Sophoras
Matucana
Planetario
Metro
Dpto
Electrica
Ecuador
E Central
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