Diseño e implementación de controladores basados en lógica difusa para una planta de procesos multipropósito

• Autor: Pampamallco Jara, Jose Luis
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2022
• Institución: Universidad de Ingeniería y tecnología
• Repositorio: UTEC-Institucional
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:repositorio.utec.edu.pe:20.500.12815/291
• Enlace del recurso: https://hdl.handle.net/20.500.12815/291
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Controladores PID; Planta multipropósito; Control de procesos; SCADA (Sistemas de control); https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.02.01

El controlador PID es el más empleado en la actualidad en las industrias. Se estima que tal algoritmo se aplica en más del 90 % de los procesos industriales. El controlador PID, se emplea cuando se tiene el modelo dinámico del proceso y resulta más conveniente cuando los procesos se encuentran en marcha, ya que solo se necesita ajustar las tres ganancias que la conforman para llegar al punto de referencia deseado. Sin embargo, en los procesos en los cuales no se puede estimar el modelo dinámico y el cálculo matemático resulta muy complejo o no se obtiene el desempeño deseado, se requiere una opción para tales casos. Por ello, se utiliza el controlador basado en lógica difusa, el cual es un tipo de control inteligente que no depende del modelo matemático, sino que imita el razonamiento de un experto humano. En esta tesis, se desarrollaron bloques de control basado en lógica difusa para la implementación en un PLC Siemens para el control de los procesos flujo, presión, temperatura, nivel. Además, también se empleó para las estrategias control de la razón, control en cascada y control descentralizado de los procesos de una planta multipropósito. Para implementar el control de tales procesos, primero se hallan sus respectivos modelos dinámicos, los cuales se lograron con la adquisición de datos experimentales para aproximar los modelos a través de software especializado. Para fines de comparación, se implementaron los sistemas de control PID y sistemas de control difuso en el software TIA Portal. Por un lado, el controlador PID presenta mejor desempeño basándonos en tiempo de establecimiento y error en estado estable, a diferencia del controlador basado en lógica difusa para los siguientes procesos. En primer lugar, el proceso de flujo con una señal escalón de 12 - 15 l/min, comparando entre el controlador PID y el difuso, el parámetro que define el mejor rendimiento es el tiempo de establecimiento de 13 segundos versus 20.5 segundos respectivamente. En segundo lugar, el proceso de presión con una señal escalón de 0 - 0.2 bar, el controlador PID presenta tiempo de establecimiento de 13.8 segundos y error en estado estable de 0.1 %; el controlador difuso, tiempo de establecimiento de 35 segundos y error en estado estable de 1.6 %. En tercer lugar, en la estrategia de control de la razón de flujos el desempeño es directamente proporcional, al igual que en el proceso de flujo. Por último, en la estrategia de control en cascada de nivel empleando flujo en un rango de 0 - 25 cm, comparando el controlador PID contra el difuso comprende: tiempo de establecimiento de 146 y 100 segundos y error en estado estable de 0 % y 10 % respectivamente para ambos parámetros. Por tanto, en los procesos que requiera el control de la variable de flujo o presión de agua en una tubería resulta más conveniente la aplicación del controlador PID, debido a su rápida respuesta y mayor precisión. Por otro lado, el controlador difuso tiene un mejor desempeño que el controlador PID para los siguientes procesos. Primero, el proceso de nivel con una señal escalón de 20 - 30 cm, el controlador PID presenta un tiempo de establecimiento de 60 segundos y porcentaje de sobre impulso de 20.6 %; el controlador difuso, tiempo de establecimiento de 41 segundos y porcentaje de sobre impulso de 1.7 %. Segundo, el proceso de temperatura con un escalón de 27 - 40 ◦C, el controlador PID presenta tiempo de establecimiento 50 minutos, error en estado estable de 10 % y porcentaje de sobre impulso de 25 %; el controlador difuso, tiempo de establecimiento de 40 minutos, error en estado estable de 0.7 % y porcentaje de sobre impulso de 16.2 %. Finalmente, en la estrategia de control descentralizado los resultados muestran un menor tiempo de establecimiento, error en estado estable y porcentaje de sobre impulso del controlador difuso a diferencia del controlador PID.