Monitoreo y Control Automático para el Entrenador de Procesos PT326 de la Feedback

Author(s):
Est. Fabio Andres Lasso - Universidad del Cauca – Programa Ingeniería en Automática industrial
Ing. Juan Fernando Florez - Universidad del Cauca - Docente Programa de Ingeniería en Automática Industrial

Industry:
University/Education, Industrial Controls/ Devices/ Systems

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, USB-6009

The Challenge:
Aumentar la potencialidad del Entrenador de Procesos PT326 de la Feedback, empleado en las prácticas de control de procesos del programa de Automática Industrial, por medio de la interconexión con un sistema de monitoreo y control de bajo costo.

The Solution:
Implementar un sistema de monitoreo y control basado en la tarjeta NI USB-6009 y NI LabVIEW para desplazar el antiguo sistema de monitoreo basado en Osciloscopio y ampliar las limitadas capacidades del control tipo P del PT326.

Introducción
El laboratorio de Control de Procesos es uno de los principales espacios donde los Estudiantes del Programa en Automática Industrial de la Universidad del Cauca adquieren su formación práctica en instrumentación y control de procesos aplicados. En este laboratorio se encuentran una variedad limitada de plantas a escala de procesos industriales con instrumentación convencional de 4-20 mA y pocas conectadas a computadores para su control y monitoreo. Una de estas plantas de experimentación es el llamado Process Trainer PT326 de la Feedback, este es un antiguo, pero aún vigente, y útil módulo de experimentación, ya que contiene un “proceso térmico” y su respectivo “control”. El “proceso térmico” posee las características básicas de cualquier planta, como son atraso distancia-velocidad y respuesta en el tiempo y el “control” consta de dos tipos elementales: proporcional y On-Off.

Con el módulo PT326 se realizan cinco prácticas: Calibración del sensor de temperatura, Medición del tiempo muerto del proceso, Obtención del modelo del proceso, Control On – Off de temperatura y Control Proporcional de temperatura. Para realizar las prácticas se requiere de la asistencia de un osciloscopio digital Tektronix 2430A con el fin de registrar el valor de las diferentes variables y hacer las mediciones necesarias en cada una de las prácticas, ver fig. 1. Sin embargo a pesar de que el osciloscopio es digital, en el laboratorio no se dispone de interfaces GPIB (IEEE 488) para registrar los datos en un computador. Debido a la anterior limitación los estudiantes deben dibujar a mano las gráficas visualizadas en el osciloscopio con el fin de preparar los informes. Esto conlleva un tiempo de práctica, no útil en el aprendizaje del estudiante, que se desperdicia debido al sistema de registro basado en osciloscopio, adicionalmente el estudiante no puede experimentar con otras variantes del control PID y observar fenómenos como el reajuste excesivo (Windup) y salto de transferencia (Bump Transfer), esto último debido a la características “básicas” del módulo PT326.

Descripción de la Aplicación
Con el fin de subsanar las anteriores limitaciones del módulo PT326 se decidió hacer uso de la tarjeta NI USB-6009 y el software NI LabVIEW con el fin de conectar el limitado módulo con un computador.

Originalmente el PT326 se diseño con el fin de conectarse a otros módulos Feedback, tales como el Controller PCS 327, y a un osciloscopio, para tal fin dispone de dos entradas y tres salidas discriminadas así, entradas: External set value (terminal D) y External control (terminal A), salidas: Process variable (terminales Y y X), Error signal (terminal B), Control signal (terminal C). Igualmente posee cuatro perillas: Set value para fijar el valor deseado de temperatura, Proportional band para fijar la ganancia del controlador y las perillas Max heater power y Overlap para configurar el control On-Off., ver fig. 1. El estudio del rango de voltaje de las señales de entrada y de salida del PT326 arrojaron que las señales de salida se encuentran en los siguientes rangos: (0v,11v) para Process variable ,(-13v, 13v) para Error signal y (-5v, 5 v) para Control signal, mientras que las señales de entrada cubren los siguientes valores: (-13v,0v) para External set value y (0v, 13v) para External Control. Del análisis de los anteriores valores se determinó que las señales de salida del PT326: Process variable, Error signal y Control signal se pueden conectar directamente a las entradas analógicas de la tarjeta NI USB-6009, sin embargo, para aplicar desde la tarjeta USB 6009 hasta el PT326 las señales External set value y External Control, se necesitaron dos amplificadores de voltaje, de ganancia igual a 3, implementados con dos amplificadores operacionales LM741. Siendo este el único acondicionamiento hardware necesario para conectarse con el PT326 desde la tarjeta NI USB 6009, ver fig.2.

Una vez conectado el módulo PT326 con un computador ejecutando LabVIEW, se decidió diseñar tres interfaces de usuario: Caracterización del sensor de temperatura, Modo Monitoreo y Modo Control. La primer interface de usuario tiene como propósito que el estudiante realice la primera práctica “Calibración del sensor de temperatura”, el uso de esta interface es muy útil ya que automatiza un proceso tedioso que originalmente se realizaba en forma manual y consumía tiempo precioso de la práctica. La segunda interface “Modo Monitoreo” tiene como objetivo que se puedan realizar las restantes prácticas convencionales del PT326, tiene como ventaja adicional que permite fijar el valor deseado de temperatura desde LabVIEW y monitorear más variables que lo que permiten los dos canales del osciloscopio digital, al mismo tiempo que congela y registra las diferentes gráficas de las variables medidas. La interface “Modo Control” constituye el mayor aporte de LabVIEW hacia el PT326, en esta se visualiza la interface “real” de un controlador industrial convencional. La interface despliega el valor numérico en unidades de ingeniería de la variable de proceso (PV) y del valor de referencia (SP), permite observar barras para indicar los valores porcentuales de VP, SP y de la salida del controlador o esfuerzo de control. Al igual que su contraparte real dispone de la transferencia de Automático a Manual y viceversa, con la opción de aumentar o disminuir en forma manual el valor de salida del controlador. Estas características permiten, a diferencia de la contraparte real, que el estudiante pueda observar en operación los fenómenos de reajuste excesivo (windup) y salto de transferencia (bump transfer) al decidir habilitar o deshabilitar el mecanismo AWBT (Antiwindup / Bumpless transfer) implementado en el algoritmo del controlador industrial PID programado en LabVIEW, ver fig. 3.

Conclusión
En la actualidad existe una amplia oferta de módulos educativos modernos y variados conectados a computadores, sin embargo son de alto costo. En el presente artículo se ha demostrado como se puede repotenciar antiguos módulos de experimentación empleando modernas tecnologías a precios asequibles. El proyecto no sólo permitió aumentar la utilidad del módulo PT326, sino disminuir los tiempos de las prácticas y adicionar experiencias adicionales en temas como Reajuste excesivo y Salto de transferencia, que no contienen los modernos módulos educativos en temas de control.

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Ing. Juan Fernando Florez
Universidad del Cauca - Docente Programa de Ingeniería en Automática Industrial
Colombia
jflorez@unicauca.edu.co

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