laboratorio hidraulica p

8/13/2019 Laboratorio Hidraulica P

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Alumnos: Nota

Ritberth Pacheco Ordoez

Jubert Ramos Paredes

Grupo A C3Ciclo VI

Fecha de entrega 07/12/2013 Prof. Nilton Anchayhua

Mantenimiento de maquinaria de planta

PFR

SISTEMAS MECATRNICOS INDUSTRIALES

LABORATORIO N 6

CONTROL PROPORCIONAL DE UN MOTOR HIDRALICO


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SISTEMAS MECATRNICOS INDUSTRIALESNro. DD-106

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Tema :

CONTROL PROPORCIONAL DE UN MOTOR HIDRALICOGrupo A

Nota: Mantenimiento de Maquinaria de Planta PFR Fecha: 7/12/2013 Lab. N 4

I.

OBJETIVOS1. Identificar las principales instrucciones de tratamiento analgico del PLC2. Disear e implementar un control de velocidad del motor hidrulico

II. RECURSOS1. SOFTWARE:

a. Siemens STEP 7

2.

EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS:a. PC AT Pentium.b. PLC S7-300.c. Multmetro digitald. Vlvula de hidrulica proporcional 4/3 con LVDTe. Tacmetrof. Manguerasg. Regulador de presinh. Motor hidrulicoi. Mdulo de hidrulica


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Tema :



III.

FUNDAMENTO TERICO

Proporcional integral derivativo

Un PID es un mecanismo de control porrealimentacin que calcula la desviacin o

error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una accincorrectora que ajuste el proceso. Elalgoritmo''' de clculo del control PID se da en

tres parmetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor

Proporcional determina la reaccin del error actual. El Integral genera unacorreccin proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un

esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El

Derivativo determina la reaccin del tiempo en el que el error se produce. La suma

de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso va un elemento de controlcomo la posicin de una vlvula de control o la energa suministrada a un

calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control delPID, el controlador puede proveer un control diseado para lo que requiera el

proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en trminos derespuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set

point", y el grado deoscilacin del sistema. Ntese que el uso del PID para control nogarantiza control ptimo del sistema o laestabilidad del mismo. Algunas

aplicaciones pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee estesistema de control. Un controlador PID puede ser llamado tambin PI, PD, P o I en la

ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son

particularmente comunes, ya que la accin derivativa es muy sensible al ruido, y laausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a

la accin de control.

Diagrama en bloques de un control PID.
http://es.wikipedia.org/wiki/Realimentaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Algoritmo%27%27%27&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_Mec%C3%A1nicohttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:PID.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_Mec%C3%A1nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Oscilaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Algoritmo%27%27%27&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Realimentaci%C3%B3n


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Tema :



Funcionamiento

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso osistema se necesita, al menos:

1. Un sensor, que determine el estado del sistema (termmetro,caudalmetro,manmetro,etc).2. Un controlador, que genere la seal que gobierna al actuador.3. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada (resistenciaelctrica,motor, vlvula,bomba,etc).

El sensor proporciona unaseal analgica odigital al controlador, la cual representa

elpunto actualen el que se encuentra el proceso o sistema. La seal puederepresentar ese valor entensin elctrica,intensidad de corriente elctrica o

frecuencia.En este ltimo caso la seal es decorriente alterna,a diferencia de losdos anteriores, que tambin pueden ser concorriente continua.

El controlador lee una seal externa que representa el valor que se desea alcanzar.

Esta seal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia), la cual es

de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la seal que

proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la

seal pueda ser entendida por un humano, habr que establecer algn tipo deinterfaz (HMI-Human Machine Interface), son pantallas de gran valor visual y fcil

manejo que se usan para hacer ms intuitivo el control de un proceso.

El controlador resta la seal de punto actual a la seal de punto de consigna,

obteniendo as la seal de error, que determina en cada instante la diferencia que

hay entre el valor deseado (consigna) y el valor medido. La seal de error es

utilizada por cada uno de los 3 componentes del controlador PID. Las 3 sealessumadas, componen la seal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar

al actuador. La seal resultante de la suma de estas tres se llama variable

manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, sino que debe ser

transformada para ser compatible con el actuador utilizado.

Las tres componentes de un controlador PID son: parte Proporcional, accin Integral

y accin Derivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la

suma final, viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempoderivativo, respectivamente. Se pretender lograr que el bucle de control corrija

eficazmente y en el mnimo tiempo posible los efectos de las perturbaciones.
http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Caudal%C3%ADmetrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_%28m%C3%A1quina%29http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_anal%C3%B3gicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_digitalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Interfazhttp://es.wikipedia.org/wiki/Interfazhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_digitalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_anal%C3%B3gicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_%28m%C3%A1quina%29http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Caudal%C3%ADmetrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro


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Tema :



Proporcional

Proporcional.

La parte proporcional consiste en elproducto entre la seal de error y la constanteproporcional para lograr que el error en estado estacionario se aproxime a cero,

pero en la mayora de los casos, estos valores solo sern ptimos en unadeterminada porcin del rango total de control, siendo distintos los valores ptimos

para cada porcin del rango. Sin embargo, existe tambin unvalor lmite en laconstante proporcional a partir del cual, en algunos casos, el sistema alcanza valores

superiores a los deseados. Este fenmeno se llamasobreoscilacin y, por razones deseguridad, no debe sobrepasar el 30%, aunque es conveniente que la parte

proporcional ni siquiera produzca sobreoscilacin. Hay una relacin lineal continuaentre el valor de la variable controlada y la posicin del elemento final de control (la

vlvula se mueve al mismo valor por unidad de desviacin). La parte proporcionalno considera el tiempo, por lo tanto, la mejor manera de solucionar elerror

permanente y hacer que el sistema contenga alguna componente que tenga encuenta la variacin respecto al tiempo, es incluyendo y configurando las acciones

integral y derivativa.

La frmula del proporcional est dada por:

El error, la banda proporcional y la posicin inicial del elemento final de control se

expresan en tanto por uno. Nos indicar la posicin que pasar a ocupar el elemento

final de control
http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplicaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Valor_l%C3%ADmite&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sobreoscilaci%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Error_permanente&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Error_permanente&action=edit&redlink=1http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporcional.PNGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proporcional.PNGhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Error_permanente&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Error_permanente&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sobreoscilaci%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Valor_l%C3%ADmite&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplicaci%C3%B3n


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Tema :



Integral

Integral.

El modo de control Integral tiene como propsito disminuir y eliminar el error en

estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control integral acta

cuando hay una desviacin entre la variable y el punto de consigna, integrando esta

desviacin en el tiempo y sumndola a la accin proporcional. El erroresintegrado,

lo cual tiene la funcin depromediarlo osumarlo por un perodo determinado;Luego es multiplicado por una constante I. Posteriormente, la respuesta integral es

adicionada al modo Proporcional para formar el control P + I con el propsito de

obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.

El modo integral presenta un desfasamiento en la respuesta de 90 que sumados a

los 180 de la retroalimentacin ( negativa ) acercan al proceso a tener un retraso de

270, luego entonces solo ser necesario que el tiempo muerto contribuya con 90de retardo para provocar la oscilacin del proceso. > Se caracteriza por el tiempo

de accin integral en minutos por repeticin. Es el tiempo en que delante una sealen escaln, el elemento final de control repite el mismo movimiento

correspondiente a la accin proporcional.

El control integral se utiliza para obviar el inconveniente del offset (desviacinpermanente de la variable con respecto al punto de consigna) de la banda

proporcional.

La frmula del integral est dada por:

Ejemplo: Mover la vlvula (elemento final de control) a una velocidad proporcional a

la desviacin respecto al punto de consigna (variable deseada ).
http://es.wikipedia.org/wiki/Integralhttp://es.wikipedia.org/wiki/Media_aritm%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sumahttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Integral.PNGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Integral.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sumahttp://es.wikipedia.org/wiki/Media_aritm%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Integral


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Tema :



Derivativo

Derivativo.

La accin derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del

error; (si el error es constante, solamente actan los modos proporcional e integral).

El errores la desviacin existente entre el punto de medida y el valor consigna, o

"Set Point".

La funcin de la accin derivativa es mantener el error al mnimo corrigindolo

proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de esta manera evita

que el error se incremente.

Sederiva con respecto al tiempo y se multiplica por una constante D y luego se sumaa lasseales anteriores (P+I). Es importante adaptar la respuesta de control a los

cambios en el sistema ya que una mayor derivativa corresponde a un cambio msrpido y el controlador puede responder acordemente.

La frmula del derivativo est dada por:

El control derivativo se caracteriza por el tiempo de accin derivada en minutos deanticipo. La accin derivada es adecuada cuando hay retraso entre el movimiento de

la vlvula de control y su repercusin a la variable controlada.

Cuando el tiempo de accin derivada es grande, hay inestabilidad en el proceso.Cuando el tiempo de accin derivada es pequeo la variable oscila demasiado con

relacin al punto de consigna. Suele ser poco utilizada debido a la sensibilidad al

ruido que manifiesta y a las complicaciones que ello conlleva.

El tiempo ptimo de accin derivativa es el que retorna la variable al punto de

consigna con las mnimas oscilaciones
http://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_derivadahttp://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1alhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Derivativo.PNGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Derivativo.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1alhttp://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_derivada


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Tema :



Ejemplo: Corrige la posicin de la vlvula (elemento final de control)proporcionalmente a la velocidad de cambio de la variable controlada.

La accin derivada puede ayudar a disminuir el rebasamiento de la variable durante

el arranque del proceso. Puede emplearse en sistemas con tiempo de retardoconsiderables, porque permite una repercusin rpida de la variable despus de

presentarse una perturbacin en el proceso.

Control de Procesos

El controlar un proceso, se refiere a como se controlan variablesinherentes al mismo para:

Reducir la variabilidad del producto final

Incrementar la eficiencia

Reducir impacto ambiental

Mantener el proceso dentro de los lmites de seguridad que

corresponda

El lazo de control

Un lazo de control requiere la ocurrencia de tres tareas:

Medida

Comparacin

Ajuste


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Tema :



Error Es la diferencia entre la variable medida y el setpoint. Puede ser + -.

Est compuesto por:

Magnitud

Duracin

Velocidad de variacin

Componentes del lazo de control

Elemento primario o sensorEs el primer elemento en un lazo de control el cual mide la variable de

proceso.

Trasductor

Convierte una seal fsica en una elctrica

Convertidor

Convierte una seal de un dominio en otro

Transmisor

Convierte la lectura de un sensor en una seal estndar que pueda sertransmitida


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Tema :



PID SIEMENS


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Tema :




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Tema :




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Tema :




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Tema :



IV.

PROCEDIMIENTO


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Tema :



4.1 CONTROL PID4.1.1 Circuito

4.1.2 Control de lazo cerrado

PID

Motor

de

bomba

PLANTA

TACMETRO

-

+Set point Error

4-20mA

-10 a 10 v

PID

LVDT

-

+

Set point de posicin


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Tema :



4.1.3 Procedimiento4.2.3.1 Escalamiento de la LVDT


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Tema :




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Tema :



EscalamientoValor entrada de la

vlvulaValor que nos indica el

PLC

4499 -25700

4500 -24000

4501 -22240

4502 -20240

4503 -18208

4504 -16178

4505 -14160

4506 -12128

4507 -10096

4512 0

4518 12224

4520 16288

4522 20336

4525 26336

4.2.3.1 Escalamiento del tacmetro

y = 0.0005x + 4512R = 0.9999

4495

4500

4505

4510

4515

4520

4525

4530

-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000

Series1

Linear (Series1)


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Tema :




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Tema :



4.2.3.2 Programacin Simatic

Abrimos un nuevo proyecto

Abrimos una nuevo equipo y configuramos


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Tema :



Insertamos el hardware

Editamos las entradas y salidas analgicas


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Tema :



Configuramos el OB35

Insertamos un bloque de funcin OB35


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Tema :



EN OB35 agregamos la plantilla FB41 PID


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Tema :



Creamos su DB respectivo en este caso DB41

En editor de smbolos , creamos una marca M 0.0 la que colocamos nombre reset


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Tema :



Colocamos la direccin de las entradas y salida analgicas

En las entradas y salidas de esta funcin FB41 definiremos los parmetros

necesarios; se trata de PV_PER, LMN_PER y COM_RST.

Estos parmetros constituyen, por as decirlo, la conexin entre el proceso, latarjeta analgica y el regulador. Recordemos la configuracin del hardware:


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Tema :



PV_PER = PEW752 (direccin de la entrada analgica a la que est cableado elsensor).

LMN_PER = PAW752 (direccin de la salida analgica a la que est cableado el

actuador).

COM_RST = Reset (Bit que utilizaremos para resetear el FB). Normalmente, el bit

para resetear se programa en el bloque OB100.

Los dems parmetros se podrn leer y escribir en la DB correspondiente.

Creamos un bloque de funciones OB100 Realizamos el reset de todos los valores del PID


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Tema :



Creamos una tabla de variables


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Tema :



Parametrizacin Del Regulador Fb41La parametrizacin de esta funcin se puede realizar visualizando todo la DB, peroel entorno STEP7 nos ofrece una opcin mejor, que es la de usar Parametrizar

Regulador PID, tal y como se ve en la siguiente imagen:

Con esta opcin no podremos parametrizar todos los valores de la DB, pero

podemos cambiar fcilmente los ms importantes.

En las dos siguientes imgenes se muestran los pasos a seguir para poner online el

bloque de datos DB41 correspondiente a la funcin. El objetivo de este bloque de

datos es parametrizar los valores ms significativos (GAIN, Ti, Td, MAN, MAN_ON

etc.).

Este entorno no permite cambiar la consigna (SP_INT) ni el valor que guarda el

modo manual (MAN), para ello, utilizaremos la tabla de variables que crearemos

ms adelante.


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Tema :




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Tema :



Los rangos que aparecen en esta pantalla estn relacionados con los siguientes

parmetros del DB:

Periferia: Estamos leyendo desde la entrada PV_PER.

Interno: leeramos desde la entrada PV_IN.

Factor de normalizacin: PV_FAC

Offset de Normalizacin: PV_OFF

Ancho zona muerta: DEADB_W

Conectar accin P: P_SEL

Ganancia proporcional: GAIN

Conectar accin I: I_SEL

Tiempo integracin: Ti

Congelar accin I: INT_HOLD

Inicializar accin I: I_ITL_ON

Valor de inicializacin: I_ITLVAL

Conectar accin D: D_SEL

Tiempo de accin derivada: Td

Retardo: TM_LAG

Modo automtico: MAN_ON = 0

Modo manual: MAN_ON = 1


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Tema :



Lmite superior: LMN_HLMLmite inferior: LMN_LLM

Factor de normalizacin: LMN_FAC

Offset de Normalizacin: LMN_OFF

Tendencia Grfica De Los Valores Del ProcesoEscogiendo la opcin Parametrizar Regulador PID que, como hemos mencionado antes,

est integrada en el entorno STEP7, y conectndonos Online con la DB correspondiente,

se puede configurar la visualizacin grfica de los valores del proceso.


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Tema :



A continuacin, fijaremos el valor de la consigna en el 70 % (desde la tabla de variables)

y observaremos las tendencias de salida (LMN), proceso (PV) y error (ER).


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Tema :



EFECTO DEL REGULADOR PEn el siguiente grfico se puede observar el efecto sobre un regulador que es solo del tipoP, esto quiere decir que en el sistema siempre habr un error, mayor o menor, segn el

valor del parmetro Kp. El sistema no se podr regular del todo slo con el parmetro

Kp, ya que siempre habr un error en el sistema de regulacin, aunque sea mnimo. Por

ejemplo: (Kp = 5), (Error= 8.7 %)

Subiremos Kp= 20, el sistema es ms rpido, ha bajado el error, pero sin desaparecer del

todo (error= 2.3 %).


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Tema :



Podemos subir la Kp (por ejemplo, Kp= 70) pero, sin que el error desaparezca del todo, elsistema empezar a oscilar, tal y como se observa en la siguiente imagen. El error ser

ms pequeo, pero no se anular. ( error = 0.97 %).


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Tema :



EFECTO DEL REGULADOR PIEn esta ocasin probaremos el efecto de la accin integral I, activando el parmetroI_SEL de la tabla de variables (I_SEL=1). As pues, a partir de ahora trabajaremos con el

regulador del tipo PI, que es el adecuado para este proceso. De este modo, cuando haya

cambios de consigna, el rgimen transitorio se hace notar la accin proporcional,

mientras que en el rgimen permanente el error desaparecer por completo a causa de

la accin integral. En la siguiente imagen observamos un regulador PI (Kp=20 y Ti = 5

Seg). El valor de error= 0.034 %, por lo que la regulacin es del todo exacta.


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Tema :



Resultados


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Tema :



V.

OBSERVACIONES No pudimos realizar el control completo de sistema hidrulico ya que al momento

de realizar el escalamiento del tacmetro, este registraba valores muy distintos encada medicin y por ello no pudimos escalar y terminar el escalamiento, se

recomienda utilizar otro tacmetro de mayor rango de frecuencia de medicin y

con una histresis menor. Para poder tener un valor constante en cada cambio de

revoluciones que del motor.

No contbamos con un tacmetro de referencia para medir las revoluciones delmotor.

VI. CONCLUSIONES La ejecucin del control PID se da en 20 ms esto se coloc en las opciones del OB35

periodicidad.

Un OB100 se ejecuta una sola vez, se utiliza para resetear los valores que secolocan en el FB41 PID. Se ejecuta al inicio de la programacin.

En el control proporcional, mientras aumentamos el Kp eliminamos el error, peroel sistemas es ms inestable, observamos cuando colocamos 100 % ese mostro un

valor del error de 0.97 % pero el sistema oscilaba constantemente.

En hidrulica proporcional tenemos que tener en cuenta siempre el caudal lapresin de trabajo, adems de contar con todos los sistemas de seguridad y

proteccin.

Al insertarle un control PI solamente, observamos que al colocar un Kp bajo y unvalor de TI bajo tambin este hace disminuir el error considerablemente as comono deja que el sistema oscile constantemente.

La accin integrativa proporciona una correccin para compensar lasperturbaciones y mantener la variable controlada en el punto de consigna.

La accin derivativa anticipa el efecto de la accin proporcional para estabilizarms rpidamente la variable controlada despus de cualquier perturbacin.

Si variamos los parmetros Kp, Ti, Td sucede:Kp aumenta Ti disminuye Td aumenta

estabilidad Se reduce disminuye Aumenta

Velocidad aumenta Aumenta AumentaError Se reduce Disminuye Se reduce

La frmula del escalamiento para el LVDT es la siguiente:


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Tema :



BIBLIOGRAFIA

http://www.hmisource.com/otasuke/files/manual/plc_connection/v70/roc/eroc1_1.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1756-um514_-es-p.pdf

http://wwwprof.uniandes.edu.co/~ant-sala/cursos/FDC/Contenidos/05_Amplificador_Operacional.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Proporcional_integral_derivativo www.eng.newcastle.edu.au/~jhb519/teaching/caut1/Apuntes/PID.pdf lra.unileon.es/es/book/export/html/268 www.dia.uned.es/~fmorilla/.../El%20controlador%20PID.pdf
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