Control centralizado y descentralizado del nivel y la temperatura en el módulo industrial multipropósito SIEMENS - Pantoja Almonacid, Freddy Raul (2024)
En la presente tesis se diseña e implementa un sistema de control centralizado y otro descentralizado para el control simultaneo del nivel y de la temperatura del agua en el tanque del módulo industrial multipropósito para control y supervisión SIEMENS, ubicado en el laboratorio de Automatizacion Industrial L415 de la Universidad de Ingeniería y Tecnología (UTEC). Con la finalidad de implementar tales sistemas de control, primero se determina el modelo dinámico experimental del módulo, es decir, su matriz de transferencia, empleando la herramienta de toma de datos del software TIA Portal y la herramienta SystemIdentification del software MATLAB. Una vez determinada la matriz de transferencia del módulo, se procede a simular e implementar los sistemas de control centralizado y descentralizado para controlar simultáneamente el nivel y la temperatura del tanque con las siguientes especificaciones de diseño: porcentaje de overshoot no ser mayor al 5 %, tiempo de estabilización para el nivel menor a 1 minuto y para temperatura menor a los 10 minutos, error en estado estable en el caso del nivel al +/- 1 % (0.5 cm) y para la temperatura al +/- 1 °C. Para el diseño del control descentralizado se utiliza el método Effective Relative Gain Array, el cuál determina el emparejamiento entre un controlador (en este caso se seleccionan controladores PID) y la variable a ser controlada. Para diseñar el sistema de control centralizado, se asume desacoplamiento entre las señales de referencia y sus correspondientes señales a controlar (nivel y temperatura). En base a esta estrategia se diseña el sistema de control multivariable que consta de dos controladores PID y otro de forma arbitraria. Tales controladores fueron implementados en el dominio discreto. Teniendo en cuenta que la altura máxima del tanque es de 50cm, para fines de comparación, se realizaron 2 implementaciones, las cuales consisten en variar el nivel del 20 % (10 cm) al 30 % (15 cm) y del 30 % (15 cm) al 40 % (20 cm); para el caso de la temperatura, se varió de 27 °C a 30 °C y, finalmente, de 30 °C hasta 33 °C. Los resultados experimentales indican que, para el caso del 30 % (15 cm) del nivel, el tiempo de estabilización es mejor en el sistema de control descentralizado por 1.8 segundos, así como el error en estado estable por +/-0.5 % (0.25 cm). Para el caso del 40 % (20 cm) del nivel, el tiempo de establecimiento es mejor que el control centralizado por 9.6 segundos y también es mejor el error en estado estable por +/-0.2 % (0.1 cm). Los resultados experimentales indican que, para el caso de temperatura con un setpoint de 30 °C, el tiempo de establecimiento es mejor en el sistema de control descentralizado por 0.4 minutos y mejora el error en estado estable en +/- 0.04 °C. Para el setpoint de 33 °C se tiene un mejor tiempo de establecimiento en el control descentralizado por 0.1 minutos y en el error en estado estable en +/- 0.1 °C.