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Modelado e implementación de controla lazo cerrado por medio de redes decomunicación de datos

Mario ModestiLeonardo Salgado

Pablo Savanco

GIIIGrupo de Investigaciones en Informática para la Ingeniería

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Objetivos

El horno es electrico y tiene un consumo de 865 W a 220 V dealimentación, lo que equivale a 56 Ohm aproximadamente de R Ohmica; seprocederá a la evaluación de la planta aplicando un escalón de entrada paraobtener el profile de la misma.

El proceso seleccionado es un horno de aplicaciones en un laboratorioquímico cuyas caracteristicas dinámicas o perfil dinámico será relevadoexperimentalmente, para tal efecto se plantea en primera instancia elcontrol local por medio de un PC con una tarjeta de I/O A/D de 10 bits deresolución a los efectos de proveer la lectura de la temperatura por mediode una termocupla tipo K y el control del actuador tipo calefactor resistivopor medio de un PWM.

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SIMULINK

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SISOTOOL

5

SISOTOOL

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Modelado de la planta

n Análisis experimentaln Modelo matemáticon Verificación del modelo

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Análisis experimental

Adquisición experimental del perfil dinámico al escalón

0

200

400

600

800

1000

1200

1 129 257 385 513 641 769 897 1025 1153 1281 1409 1537

8

Modelo matemático

2

1

3

1

9 0 02 .18

4 1 21 3 2 0

3.24 1 2

tttt

= = = =

33

32

3.53.5 2.6510

13202.4

2.4 2.6610900

−

−

= ∴ = = = ∴ = =

n n

n n

t

t

w w

w w

9

Verificación del modelo

32.65101.2

− = =nwx

( ) ( )( )2 6

2 2 3 3

7.02 1 02* * 1.3910 4.9610

−

− −= =+ + + +n

Sn n

GS S S S

wx w w

0

200

400

600

800

1000

1200

1 129 257 385 513 641 769 897 1025 1153 1281 1409 1537

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Simulación de la planta en Simulink

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Evaluación de Resultados

La pérdida de estabilidad del sistema es debida al aumento de la ganancia

Respuesta al escalón

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Compensación del sistema

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Uso de SISOTOOL

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Si no compensamos...

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Si no compensamos...

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Evaluación de ResultadosRespuesta al escalón

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Evaluación de ResultadosRespuesta a la rampa

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Fundamentación

Función plano S -->plano Z

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DiscretizaciónRespuesta al escalón

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DiscretizaciónRespuesta a la rampa

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Síntesis del Compensador

Mathematica

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Retardos en Ethernet

Estas experiencias realizadas con tres condiciones de carga diferentes puedetomarse como ejemplo del comportamiento de la red cuando se la accede dediferentes puntos a un mismo usuario . El protocolo TCP/ IP dispone de diferentesmecanismos de seguridad de datos que hacen que el sistema pueda tomar mástiempo cuando se producen colisiones.

- Carga básica

- Una carga extra

- Dos cargas extras

A los efectos de obtener el modelo se puede considerar 200 mS como unretardo posible sin considerar la variabilidad por efecto de la carga de la red.

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Modelo de teleproceso

sckt

Retardo de eomunicación entre el sensor y el control

ckt

Retardo computacional del control

cakt

Retardo de comunicación entre el control y el actuador

= + +sc c cak k k kt t t t

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Incorporación de los retardos de red

Retardo de 200mS Retardo de 5 S

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Modelización de los retardos

( ) ( ) ( ) ( )2 3 n-Sr -Sr -Sr -Sr

e 1 -Sr ............. Sr2! 3! n!

= + + + + + < ∞

12

12

-Sr

Sr

eSr

−≈

+

Aproximación de Pade

0.21 1 1 0.1 0.1 1 102 2

0.2 1 0.1 0.1 1 101 12 2

-Sr

Sr SS S S

eSr S S S S

− − − − + −≈ = = = −+ + ++ +

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Aproximación con retardos

Retardo 200 mSeg Retardo 5 Seg

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Compensación del sistema con retardos

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Síntesis del modelo de control local

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Síntesis del modelo de control vía Red

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Implementación del sistema

Desarrollo de Hardware & Software

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Introducción

n El desarrollo se basa en el control de un proceso, que ennuestro caso, se trata en el control a lazo cerrado de unhorno de probetas

n Para llevar a cabo el control del proceso es necesario contarcon herramientas de hardware y software apropiadas paraadquirir datos, alimentar el sistema, implementar filtros,etc.

n En el ámbito del teleproceso es necesario contar con elcontrol de nuestro sistema desde cualquier parte mediante eluso de redes de comunicación

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Propuesta de hardware

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Teleproceso a lazo cerrado

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Diagrama de Bloques

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HornoHorno

n Es un dispositivo,cuyo interior estádotado de velasresistivas forradasen cerámica y fibrade cerámica comoaislante entre lasvelas y el exterior.

n Potencia = 865 Wa 220 V.

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Control y Supervisión

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Filtros

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Curvas de Temperatura

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Resultados experimentalesResultados experimentales

n Respuesta aun escalón.

n Respuesta auna rampaaplicando unfiltro.

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Resultados experimentalesResultados experimentales

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Expandiendo el Software

n Una vez terminado el control del procesoen modo local, ampliaremos nuestrosestudios en la búsqueda de un modo decontrol en forma remota, para ellonecesitaremos de una red de conexionadoentre la maquina local y la remota.Tomando como base una red Ethernet o lainternet.

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Conexión de modo remoto