practico 2 plc control pasteurizador

Autor: Ramiro Nicols Martinez

Control de un pasteurizadorDescripcin del Proceso a controlar Se desea realizar el control ptimo de un pequeo pasteurizador de leche El proceso est compuesto de las siguientes etapas: En una primera etapa se realiza el precalentamiento del producto de alimento. El pasteurizador recibe el producto del tanque de alimento y lo pre-calienta en la seccin central del intercambiador, por circulacin en contracorriente con el producto ya pasteurizado y caliente. 2. El producto pasa entonces a una segunda etapa de calentamiento donde se eleva la temperatura del producto hasta un valor suficiente para eliminar los microorganismos (72C aprox.), durante un tiempo de residencia. Esta etapa de calentamiento se consigue circulando el producto a contracorriente contra el agua caliente proveniente del tanque en cuyo interior se dispone de una resistencia elctrica de calentamiento. 3. Seguidamente, en lugar de salir el producto pasteurizado a 72C, se hace circular el mismo en contracorriente con el producto entrante a 4C. 4. La ltima fase dentro del intercambiador es para realizar el enfriamiento del producto para su conservacin. Para ello, se hace pasar el producto por el ltimo sector del intercambiador circulando a contracorriente contra agua fra. 1.

1 Curso PLC nivel II Ao 2011

Autor: Ramiro Nicols Martinez Se proceder a realizar el control de temperatura del 1 intercambiador. El parmetro que determinan las distintas recetas para distintos productos es la temperatura mxima de calentamiento (por ende la de precalentamiento).Este es el Set Point del laso. Esta temperatura es sensada por el sensor ST-2 y es controlada manipulando el caudal de agua caliente con una bomba y con una vlvula modulante, en un laso PID, para una potencia constante en la resistencia calefactora AR-1. El sensor AN-1 controla que el nivel de agua sea el suficiente dentro del tanque para que la vaina del resistor este sumergida y no se queme. La temperatura del agua caliente que atraviesa las placas del pasteurizador se puede sensar mediante ST-8, la cual pude ser accesible en el panel. Modelo fsico del intercambiador

El modelo matemtico del intercambiador es el siguiente:

Donde: Tc = temperatura de salida del fluido caliente Tc0 = temperatura de entrada del fluido caliente Tp = temperatura de salida del fluido de proceso (variable que se va a controlar) Tp0 = temperatura de entrada del fluido de proceso Fc = flujo de masa del fluido caliente (variable que se va a manipular) Fp = flujo de masa del fluido de proceso U = coeficiente total de transferencia de calor 2 Curso PLC nivel II Ao 2011

Autor: Ramiro Nicols Martinez A = rea de transferencia de calor T = diferencia verdadera de temperaturas Cpc = capacidad calorfica del fluido caliente Cpp = capacidad calorfica del fluido de proceso Mc = masa del fluido caliente dentro del intercambiador Mp = masa del fluido de proceso dentro del intercambiador La funcin de transferencia es la siguiente:

=(Tpo Tp)+U(t)A T(T) /Fp Cpp = p y A T(T) /Fp Cpp = k1

Reemplazando por los datos del intercambiador S1-9TLA por ejemplo:

p=3540 seg y k1= 1,015

Donde reemplazando valores para el para el fluido de calentamiento es: Q = Fc (Tc Tco) = U(t) A T Donde : Mc /2 Fc= c=1490seg A T /Fc Cpc=k2 = 4,3 Por lo que la funcin de transferencia del intercambiador es: Gp=Tp(s)/Fc(s)=k1*k2/( p s+1)( cs+1) 4,366 (3,54 s + 1)(1,49 s + 1) 4.366 Gp = 2 5.27 s + 5.03s + 1 Gp = El elemento final de control es una vlvula modulante cuya funcin de transferencia es:X ( s) 0.09 = ( cm / mA) M ( s ) 1 + 0.083s


Autor: Ramiro Nicols Martinez Utilizando Simulink se simulo el modelo de la planta en un laso PID:

La respuesta del PID se puede expresar como sigue: dc S = 100 / BP ( e0 + K i e0 dt K d ( )) dt Donde 100/BP es Kp, la ganancia proporcional y BP se denomina Banda Proporcional. Ki y Kd son las ganancias o tiempo integral y derivativo.

Ajuste del controladorExisten varios mtodos para ajustar o sintonizar el controlador PID, entre los que se pueden mencionar: Mtodo del tanteo, Mtodo de ganancia limite, Mtodo de curva de reaccin. Vamos a aplicar el mtodo de ganancia lmite. Este es un mtodo de laso cerrado que fue desarrollado por Ziegler y Nichols y permite calcular los tres trminos de ajuste del controlador a partir de los datos obtenidos en una prueba rpida de caractersticas del bucle cerrado de control.

Primero se estrecha lo ms posible la banda proporcional (se aumenta la ganancia proporcional) con las acciones integral y derivativo al minimo, aplicando pequeas variaciones de carga del proceso hasta que la respuesta tenga oscilaciones sostenidas. A esta banda proporcional obtenida se denomina banda proporcional lmite PBu, y el periodo de las oscilaciones Pu, que se utilizan para calcular los parmetros del PID.

Aumentando gradualmente la ganancia se obtuvieron oscilaciones sostenidas a un Kp=165.




Autor: Ramiro Nicols Martinez Se puede deducir del grafico que el periodo de la oscilacin es Pu = 1.85 s Los ajustes de control que producirn una respuesta con una relacin de amplitudes de 0.25, segn el criterio IAE se calcula como sigue: Kp = 1/1.7 PBu = 165/1.7 = 97,05 Ki =1/Ti = Pu/2-1 = 2/1.85 = 1.081 Kd = Td =Pu/8 = 1.85/8= 0.2312 Ajustando el lazo a estos valores se obtuvo la siguiente respuesta:


Autor: Ramiro Nicols Martinez Si utilizamos el criterio de mnimo rebasamiento los parmetros se calculan de la siguiente manera: Kp=1/1.25PBu =132 Ki=0.6Pu-1=0.9 Kd=0.19Pu=0.3515 Ajustando el lazo a los nuevos parmetros se obtuvo la siguiente respuesta:


Autor: Ramiro Nicols Martinez Se ve que la respuesta tiene menor sobre impulso mximo y un menor tiempo de establecimiento.

Conclusiones: El control continuo mediante controladores PID es ampliamente utilizado en la industria y requieren un anlisis minucioso de la planta para obtener la respuesta ptima sobre el proceso, cuando se realiza el ajuste a travs de mtodo analtico. Si bien en la practica la aplicacin de los distintos mtodos de ajuste se realiza sobre el proceso real en funcionamiento, el modelo simulado puede ser una aproximacin que permite jugar con los parmetros y probar distintos mtodos sin que esto signifique perjudicar un proceso industrial lo cual puede resultar muy costoso. En el caso PLC, el autmata PID permiten una auto sintona o auto ajuste lo cuan en ciertas ocasiones puede resultar una gran utilidad.

Aplicacin en el PLCLas entradas y salidas se describen a continuacin:Entradas Digitales %i0.0 Llave de arranque LA %i0.1 Sensor de Nivel AN-1 %i0.2 Proteccin trmica de bomba PB Entradas Analgicas %iW2.0 Sensor Temp ST-2 %iW2.1 Sensor Temp. Control ST-8 Salidas Digitales %q0.0 Contactor principal CP %q0.2 Contactor Resist Calef. RC %q0.3 Bomba CB Salidas Analgicas %QW1.0 Vlvula Modulante VM

Configuraremos el autmata PID del PLC segn el modelo simulado: En la pestaa de Configurar los Datos / Objetos Avansados seleccionamos PID

Los cdigos de estado y errores del PID se guardan en la palabra de direccin %MW8 para ser leidos en el panel HMI. Cada cdigo esta detallado en Estados del PID y cdigos de error de la Ayuda. 8 Curso PLC nivel II Ao 2011


La entrada se toma desde la entrada de la variable controlada, en este caso la temperatura de salida del producto, se toma desde la entrada analgica %IW2.1. Se autoriza la conversin para poder observarla desde el panel HMI.

Se configura el PID con los parmetros calculado segn en el criterio de mnimo rebasamiento y se asigna el set point a la palabra de direccin %MW6

Se aplica una accin inversa al elemento final de control, de tal forma que al aumentar la temperatura disminuya el caudal de la variable manipulada. Se selecciona un lmite mximo y mnimo seteando un bit, en caso de que el producto no permita una variacin muy grande del valor de consigna. En este caso se deber calcular y modificar los parmetros del PID utilizando un criterio de estabilidad ms riguroso. 9 Curso PLC nivel II Ao 2011


Programa Ladder



Referencias: -INSTRUMENTACION INDUSTRIAL Antonio Creus -http://www.plantasquimicas.com -COMEVAL, S.L11 Curso PLC nivel II Ao 2011


Anexo IEspecificaciones de Esterilizadores pasteurizadores de Placas

COMEVAL, S.L Depto. Tcnico Copyright 2006, Reservado el derecho de modificacin tcnica total parcial de los datos contenidos en este Volumen Tcnico.


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