Planta Heat Exchanger

Se desea realizar el control de una determinada planta, para ello se deben de realizar los siguientes pasos:

1) Obtener el modelo matemático de la planta (Función de Transferencia).

T0= 87 Min.T1=88 Min.T2=92 Min.TS=95 Min.

Fdt= KP e -ɵs = 2,461 ((1/95+1))e-1s

Ts + 1

Fdt = 2,461 (95+1)(1+s)

Ƭ= T2-T1 = 92 min – 88 min = 4 min.

ɵ=T1-T0= 88 min – 87 min = 1 min.

KSP = 246,1°C

KR = 100 – 0 = 100

KP = 2,461

2) Aplicar el criterio de sintonización de Ziegler-Nichols para los parámetros iniciales del controlador.

Controlador P:KC=Ƭ/ɵ = 4 min / 1 min = 4 minKC=1/4= 0,25 BP = 100/4= 25Ti= ∞Td=0

Controlador PI:KC= 0,9 Ƭ/ ɵ = (0,9 * 4 min)/1 = 3,6KC=1/3,6= 0,277BP= 100/3,6 = 27,77.Ti= ɵ/0,3 = 1 min/0,3 = 3,33 min.Td=0

Controlador PID: KC=(1,2 Ƭ)/ ɵ = (1,2 * 4 min)/1 min = 4,8KC=1/4,8=0,208 BP=100/4,8 = 20,83.Ti=2 ɵ = 2 * 1 min = 2 min.Td= 0,5 ɵ = 0,5 * 1 min = 0,5 min.

3) Realizar el ajuste fino del controlador a través de un ajuste de sus parámetros.

Se utilizará la planta Heat Exchanger para un set point de 120 en la salida Exit Temp. °C.

Se ajusta manualmente la valvula hasta obtener en la salida un valor cercano al set point.

Vuelva la válvula de control a su valor máximo o mínimo según corresponda y modifíquela al valor en que se obtuvo anteriormente el valor del set point.

Según calculos realizados, se ingresan valores de kc, ti y td según corresponda, para los 3 tipos de controladores.

Configure el controlador en modo básico, programe los datos del controlador deje funcionar y agréguele la perturbación. Analice su gráfica de respuesta con los tres tipos de controladores.

Grafica obtenida de un control tipo P, en el cual se aprecia set point de 120°C, y una apertura de válvula al 100%. Se aprecia un tiempo de establecimiento de aproximadamente 3 min en el cual el control logra una temperatura de 122°C (cercano a set point).

Grafica obtenida de un control tipo PI, en el cual se aprecia set point de 120°C, y una apertura de válvula al 100%. Se aprecia un tiempo de establecimiento de aproximadamente 3 min aplicando una perturbación de 0 a 50 (L/min) en el cual el control logra una temperatura de 121,7°C inicial a 122°C final después de la perturbación.

Grafica obtenida de un control tipo PID, en el cual se aprecia set point de 120°C, y una apertura de válvula al 100%. Se aprecia un tiempo de establecimiento de aproximadamente 3 min aplicando una perturbación de 0 a 50 (L/min) en el cual el control logra una temperatura de 121,7°C inicial a 121,9°C final después de la perturbación. (cercano a set point). Además se aprecian oscilaciones en el control de la apertura de la válcula, por lo cual podría ser muy inestable para el proceso.

En base a lo anterior determine cuál de los controladores cumple mejor el objetivo del control esto es tiempo de establecimiento, error de estado estacionario y sobreimpulso en la respuesta.

El mejor controlador que cumple mejor el objetivo del control es el de tipo PI.

El tiempo de establecimiento para un error estacionario del 5% (126°C) es de: 2 min aprox.

Los valores modificados para el control de tipo PI fueron los siguientes:

Kc = 0,5Ti = 0,01

Se decide optar con este tipo de control debido a que solo genera una oscilación en base a la perturbación, después de esto se logra generar un control sobre la variable. No genera oscilaciones sobre la apertura de la válvula como lo que ocurría con el control el PID, el cual generaba oscilaciones que podrían perjudicar al proceso en su salida, es decir, el set point.