FESTO MPS®PA MANUAL DE TRABAJO

7/18/2019 FESTO MPS®PA MANUAL DE TRABAJO

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548592 ES12/06

MPS®PAManual de trabajo



2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • MPS®

PA

Este software ha sido desarrollado y producido con el único propósito de laformación y el perfeccionamiento profesional en materia de automatización deprocesos continuos y de comunicación. La entidad de enseñanza y/o el estudiantedeberán velar por el cumplimiento de las medidas de seguridad indicadas en elpresente manual.Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por daños ocasionados a losestudiantes, a la entidad de enseñanza o a otros terceros debido a la utilización delos equipos sin fines exclusivos de enseñanza. Esta exclusión no se aplica si FestoDidactic ocasiona este tipo de daños de modo premeditado o gravemente culposo.

N° de artículo:Fecha de actualización:Autores:

Redacción:Representación gráfica:

54859212/2006 J. Helmich, ADIROH. KaufmannM. LinnV. Xhemajli, C. Green, T. Schwab, ADIRO

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Germany, 2007Internet: www.festo-didactic.come-mail: [email protected]

Está prohibida la difusión o el multicopiado parcial o total del presentedocumento, a menos que se disponga una autorización explícita para ello.Cualquier infracción de esta disposición obliga al pago de indemnizaciones.Reservados todos los derechos, especialmente el derecho de registrar patentes ymodelos industriales.

El usuario autorizado puede multicopiar partes de esta documentación, aunque

únicamente con fines didácticos.

Utilización prevista y convenida



© Festo Didactic GmbH & Co. KG • MPS®

PA 3

Prólogo ___________________________________________________________ 7 Introducción _________________________________________________________ 8 Indicaciones de seguridad y de trabajo____________________________________ 9 Sistema de estudio de la automatización de procesos continuos ______________ 10 Objetivos didácticos y trabajo en proyectos _______________________________ 12 Objetivos didácticos según tareas _______________________________________ 14 Componentes MPS® PA________________________________________________ 22 Componentes según tareas ____________________________________________ 27 Sugerencias de métodos para el instructor________________________________ 31 Estructura de los métodos para solucionar las tareas _______________________ 32 Denominación de los componentes______________________________________ 33 Definición general ____________________________________________________ 33 Componentes eléctricos _______________________________________________ 33 Componentes neumáticos _____________________________________________ 35 Componentes de la técnica de procesos __________________________________ 36 Contenido del CD-ROM ________________________________________________ 40

Índice



Índice


PA

Nociones básicas de la técnica de regulación _____________________________ 41 1. ¿Qué es un sistema? ___________________________________________ 43 2. Técnica de control / Técnica de regulación _________________________ 44 3. Conceptos básicos de la técnica de regulación ______________________ 46 4. Tramos de regulación __________________________________________ 48 5. Identificación del tramo de regulación_____________________________ 49 5.1 Comportamiento dinámico ______________________________________ 50 6. Características del comportamiento de transmisión __________________ 51 6.1 Número ordinal _______________________________________________ 52 6.2 Constante del tiempo __________________________________________ 52 6.3 El modelo de tangentes de inflexión_______________________________ 53 7. Regulador____________________________________________________ 55 7.1 Comportamiento de regulación __________________________________ 55 7.2 Regulador de dos puntos _______________________________________ 56 7.3 Comportamiento de un regulador en función del tiempo ______________ 58 7.4 Ejecución técnica de reguladores_________________________________ 60 8. Funcionamiento de diversos tipos de reguladores ___________________ 61 8.1 Regulador P __________________________________________________ 61 8.2 Regulador I___________________________________________________ 62 8.3 Regulador PI__________________________________________________ 63 8.4 Regulador PD _________________________________________________ 64 8.5 Regulador PID ________________________________________________ 65 9. Optimización del ajuste de la regulación ___________________________ 66 9.1 Ajuste manual de los parámetros sin conocer el comportamiento

del equipo ___________________________________________________ 689.2 Reglas de ajuste según Ziegler/Nichols____________________________ 69 9.3 Reglas de ajuste según Chien/Hrones/Reswick _____________________ 70 9.4 Método según la velocidad del incremento _________________________ 71 10. Resumen ____________________________________________________ 73



Índice


PA 5

Parte A: Estación de filtración

Tarea 1.1: Examinar las instalaciones y los componentesTarea 1.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________A-5Tarea 1.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________ A-7Tarea 1.1.3: Completar el esquema de distribución neumático________________A-9Tarea 1.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ______________A-11Tarea 1.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________A-13

Tarea 1.2: Medición y control Tarea 1.2.1: Línea característica del sistema válvula proporcional pres./filtro___A-17Tarea 1.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________A-21Tarea 1.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación______________A-29Tarea 1.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________A-32Tarea 1.2.5: Niveles de presión con rampa _______________________________A-36

Tarea 1.3: RegulaciónTarea 1.3.1: Regulador de dos puntos___________________________________A-39

Tarea 1.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________A-41Tarea 1.3.3: Método de optimización según Ziegler-Nichols _________________A-46

Parte B: Estación de mezcla

Tarea 2.1: Examinar las instalaciones y los componentesTarea 2.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________B-5Tarea 2.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________B-7

Tarea 2.1.3: Completar el esquema de distribución neumático________________B-9Tarea 2.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ B-11Tarea 2.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones_______________________ B-13

Tarea 2.2: Medición y control

Tarea 2.2.1: Línea característica del sistema de la bomba __________________ B-17Tarea 2.2.2: Enlaces lógicos__________________________________________ B-24Tarea 2.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ B-33Tarea 2.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ B-36

Tarea 2.2.5: Mezclar en función de las cantidades ________________________ B-40

Tarea 2.3: RegulaciónTarea 2.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ B-43Tarea 2.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ B-45Tarea 2.3.3: Ajuste manual de los parámetros de regulación _______________ B-50



Índice


PA

Parte C: Estación reactor

Tarea 3.1: Examinar las instalaciones y los componentesTarea 3.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________C-5Tarea 3.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________ C-7Tarea 3.1.3: No procede: no hay componentes neumáticosTarea 3.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _______________C-9Tarea 3.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________C-11

Tarea 3.2: Medición y controlTarea 3.2.1: Línea característica del sistema calentador/fluido ______________C-15Tarea 3.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________C-22Tarea 3.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________C-29Tarea 3.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________C-32

Tarea 3.3: RegulaciónTarea 3.3.1: Regulador de dos puntos___________________________________C-35Tarea 3.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________C-37

Tarea 3.3.3: Método de regulación según la velocidad del aumento __________C-43

Parte D: Estación de llenado

Tarea 4.1: Examinar las instalaciones y los componentesTarea 4.1.1: Denominación de los componentes del sistema ________________ D-5Tarea 4.1.2: Completar el diagrama de flujo RI ____________________________ D-7Tarea 4.1.3: Completar el esquema de distribución neumático_______________ D-9

Tarea 4.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ D-11Tarea 4.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones_______________________ D-13

Tarea 4.2: Medición y controlTarea 4.2.1: Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba ____ D-17

Tarea 4.2.2: Enlaces lógicos__________________________________________ D-22Tarea 4.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ D-29Tarea 4.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ D-33Tarea 4.2.5: Comportamiento al llenar y vaciar el depósito _________________ D-37

Tarea 4.3: RegulaciónTarea 4.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ D-43Tarea 4.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ D-45Tarea 4.3.3: Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR)_____ D-50




PA 7

El sistema de enseñanza de la automatización de procesos continuos de FestoDidactic es apropiado para diversos niveles y varias actividades profesionales. Losequipos y las estaciones del sistema modular de producción mediante procesoscontinuos automatizados (MPS® PA) permiten estudiar aplicando los mismoscriterios que se utilizan en la realidad industrial. El equipo está constituido decomponentes industriales modificados con fines didácticos.

La estación MPS® PA es el sistema apropiado para que sus alumnos puedan adquiriren la práctica cualificaciones profesionales fundamentales

• Competencia en relaciones humanas• Competencia profesional técnica• Competencia en materia de métodos

Además, los alumnos aprenderán a trabajar en equipo, estarán dispuestos acooperar y serán capaces de organizar. En proyectos didácticos, podrán estudiarejecutando fases reales de proyectos, entre ellas, las siguientes:• Planificación• Montaje

• Programación• Puesta en funcionamiento• Funcionamiento

• Optimización de parámetros de regulación• Mantenimiento• Localización de fallos

Prólogo




PA

El presente manual es uno de los elementos que incluye el sistema de estudio de laautomatización y la tecnología de procesos continuos de Festo Didactic GmbH & Co.KG. El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamientoprofesional práctico y permite iniciarse rápidamente y de acuerdo con criteriosprácticos en los trabajos de medición, control y regulación de parámetros de latécnica de procesos continuos.

En primer lugar se «aprende realizando trabajos prácticos», entendiendo loscontextos válidos en un circuito de regulación. A continuación se adquieren los

conocimientos necesarios para trabajar con fórmulas y efectuar los cálculosnecesarios.

Los circuitos de regulación y las funciones de control de las estaciones MPS® PAimitan procesos reales: mezclar, regular temperaturas, filtrar y rellenar. Se trata deprocesos muy difundidos en el sector industrial.

El sistema de estudio MPS® PA cubre materias de enseñanza válidas en los sectoresindustriales más diversos como, por ejemplo:

• Abastecimiento de agua• Sistemas de desagüe

• Industria alimentaria• Industria de manipulación de productos a granel• Industria química y petroquímica

• Industria biológica y farmacéutica• Industria del papel

Reducción de los costos de los procesos, aumentar la fiabilidad de las instalaciones,cuidar de los componentes (por ejemplo, optimizando la utilización de las bombas),evaluar los datos de diagnóstico: esos son los temas importantes que puedenaprenderse de modo óptimo con el sistema de estudio MPS® PA.• Sistema modular: utilización de las estaciones de modo individual o

combinándolas para obtener sistemas completos.• Sistema seguro: estudiar y trabajar en un entorno seguro.• Sistema versátil: modificación en segundos para obtener diversas variantes de

accionamiento.

Introducción

Cualificación práctica

Tendencias claras:Del control hacia laregulación




PA 9

Es imprescindible respetar las indicaciones de seguridad incluidas en los manualesde las estaciones MPS® PA.

Indicaciones generales• Los aprendices y estudiantes deberán trabajar con las estaciones MPS® PA

únicamente en presencia de un instructor.• Deberán respetarse las indicaciones hechas en las hojas de datos con respecto a

cada uno de los componentes. Especialmente deberán considerarse todas lasindicaciones de seguridad.

Indicaciones de seguridad y de trabajo




PA

El sistema de estudio de la automatización de procesos continuos incluye una grancantidad de medios didácticos y de cursos.

• Estación MPS® PA debidamente montada y ajustada• Sistemas de accionamiento

– Caja de simulación digital/analógica con cables de conexión – Software Fluid Lab®-PA con interface de PC EasyPort digital/analógica, cables

de conexión y PC – Panel de PLC o EduTrainer con panel táctil

• PC con software de programación de PLC• Unidad de alimentación eléctrica• Medios didácticos opcionales para el estudio• Herramientas• Instalación de laboratorio completa

Documentación para el estudio

Manual de estudio Bases de la técnica de control

Mantenimiento de componentes y equipos neumáticos

Controles lógicos programables, nivel básico

Manuales de trabajo Controles lógicos programables, nivel básico

Regulación de temperatura, caudal y nivel de llenado

Software didáctico (Teachware)

opcional

WBT (curso en la web) básico de electroneumática

FluidSIM® 4.0 Neumática

WBT (curso en la web) básico de control y regulación

Sistema de estudio de la automatización de procesos continuos

Componentes principalesMPS® PA



Sistema de estudio de la automatización de procesos continuos


PA 11

Seminarios

P111 Introducción a la Neumática Industrial

SP102 Neumática avanzada

E311 Introducción a controles programables

MCR Nociones básicas de la técnica de regulación

En el plan de seminarios actualizado constan los lugares, las fechas y los precios delos seminarios.

En los catálogos y en Internet constan otras ofertas didácticas. El sistema de estudiode la automatización de procesos continuos se actualiza y amplía constantemente.Los kits de transparencias, las películas, los CD-ROM y DVD, así como los libros detexto se ofrecen en varios idiomas.




PA

Los contenidos didácticos abarcan los siguientes temas:

• Mecánica – Estructura mecánica de una estación

• Técnica de procesos – Diagramas de flujo y documentación: lectura y redacción – Tendido de tubos para conectar componentes de la técnica de procesos

continuos – Análisis de sistemas

• Neumática – Tendido de tubos flexibles para conectar componentes neumáticos

• Electrotécnica – Cableado correcto de componentes eléctricos

• Detectores – Utilización correcta de detectores – Medición de magnitudes no eléctricas, magnitudes de las técnicas de

procesos y de regulación• Técnica de regulación

– Temas básicos de la técnica de regulación – Ampliación de cadenas de medición en circuitos de regulación cerrados – Análisis de tramos de regulación

– Utilización de reguladores• PLC

– Programación y utilización de un PLC – Estructura de un programa PLC

• Puesta en funcionamiento – Puesta en funcionamiento de instalaciones de la técnica de procesos

continuos – Puesta en funcionamiento de un circuito de regulación

• Localización de fallos – Localización sistemática de fallos en una instalación de procesos continuos – Revisión, mantenimiento y reparación de instalaciones de procesos continuos

Objetivos didácticos y trabajo en proyectos

Contenidos didácticos



Objetivos didácticos y trabajo en proyectos


PA 13

El sistema permite abordar los siguientes temas durante el trabajo en proyectos:

• Técnica de regulación – Regulación de la presión según tramos de regulación – Regulación del caudal – Regulación de la temperatura – Tramo de regulación con compensación y constante en el tiempo – Regulación de nivel de llenado

• Detección de seguridad en recipientes

– Utilización de flotador con conmutador• Detectores

– Medición de presión con sensor de presión y manómetro – Detector de caudal para la captación e indicación de líquidos – Utilización de detectores de nivel de llenado – Conexión de un sensor de temperatura; conversión de señales – Detección de nivel de llenado

• Planificación, ejecución y documentación de modificaciones en el sistema

El hardware está compuesto por componentes industriales especialmentepreparados y, además, de los equipos necesarios.

La preparación metodológica del material didáctico está adaptada al hardwareutilizado para el estudio. El material didáctico incluye lo siguiente:• Manual de trabajo (con tareas prácticas, indicaciones complementarias y

soluciones)• Manual de estudio (nociones básicas)

Los medios para la enseñanza y el estudio se ofrecen en varios idiomas. Fueronconcebidos para el uso en clase, aunque también son apropiados para el usoautodidáctico. El software incluye programas de estudio con el ordenador y softwarede programación para controles lógicos programables. La oferta de formación yperfeccionamiento profesional se completa con una amplia oferta de seminarios

relacionados con los contenidos de los conjuntos tecnológicos didácticos.

Temas para el trabajo enproyectos




PA

MPS® PA Estación de filtración

Objetivos

didácticos T a r e a s

1 . 1 . 1

1 . 1 . 2

1 . 1 . 3

1 . 1 . 4

1 . 1 . 5

1 . 2 . 1

1 . 2 . 2

1 . 2 . 3

1 . 2 . 4

1 . 2 . 5

1 . 3 . 1

1 . 3 . 2

1 . 3 . 3

Examinar las instalaciones y los componentes

Usted conoce la construcción y el

funcionamiento de la estación de

filtración.

•

Usted puede evaluar las

informaciones contenidas en la hojade datos • • • •

Descripción del funcionamiento

Usted puede interpretar y ampliar los

diagramas de flujos•

Usted puede leer los esquemas de

distribución eléctricos• • • • •

Usted puede leer y ampliar los

esquemas de distribución

neumáticos

•

Usted conoce la construcción y elfuncionamiento de la bomba

• • • • • • • • •


funcionamiento de un sensor de

presión

•


funcionamiento de las válvulas de

procesos continuos

• • • • • •


funcionamiento de los detectores de

final de carrera

• • • •

Usted puede determinar la ocupación

de detectores y actuadores de la

estación y puede redactar una lista

de atribuciones de estos

componentes

• •

Objetivos didácticos según tareas





PA 15


Objetivos


1 . 1 . 1

1 . 1 . 2

1 . 1 . 3

1 . 1 . 4

1 . 1 . 5

1 . 2 . 1

1 . 2 . 2

1 . 2 . 3

1 . 2 . 4

1 . 2 . 5

1 . 3 . 1

1 . 3 . 2

1 . 3 . 3

Funcionamiento del equipo

Usted puede obtener las líneas

características y analizarlas• • • • • •

Usted puede redactar un programa

de enlaces lógicos•

Usted puede determinar el margen defuncionamiento y el punto de

funcionamiento de un tramo de

regulación

• •

Usted puede identificar el tramo de

regulación y determinar el número de

orden

•

Usted puede configurar un regulador

de dos puntos y evaluar el

comportamiento de la regulación

•

Usted puede configurar reguladores

constantes (P, PI, PID) y evaluar el


•

Usted puede ajustar reguladores

continuos (P, PI, PID) según un

método determinado, optimizarlos y

evaluar el comportamiento de la

regulación

•





PA

MPS® PA Estación de mezcla

Objetivos


2 . 1 . 1

2 . 1 . 2

2 . 1 . 3

2 . 1 . 4

2 . 1 . 5

2 . 2 . 1

2 . 2 . 2

2 . 2 . 3

2 . 2 . 4

2 . 2 . 5

2 . 3 . 1

2 . 3 . 2

2 . 3 . 3




mezclar

•





diagramas de flujo•





neumáticos

•


• • • • • • • • • • •


funcionamiento de un detector de

caudal

• • • •



procesos continuos

• • • • • • • •



final de carrera

• • • •





componentes

• •





PA 17


Objetivos


2 . 1 . 1

2 . 1 . 2

2 . 1 . 3

2 . 1 . 4

2 . 1 . 5

2 . 2 . 1

2 . 2 . 2

2 . 2 . 3

2 . 2 . 4

2 . 2 . 5

2 . 3 . 1

2 . 3 . 2

2 . 3 . 3



características y analizarlas• • • • • • •





regulación

• •


regulación•




•




•


constantes (P, PI, PID) según un



regulación

•





PA

MPS® PA Estación reactor

Objetivos


3 . 1 . 1

3 . 1 . 2

N o

p r o c e d e

3 . 1 . 4

3 . 1 . 5

3 . 2 . 1

3 . 2 . 2

3 . 2 . 3

3 . 2 . 4

3 . 3 . 1

3 . 3 . 2

3 . 3 . 3




reactor

•









funcionamiento de la bomba• • • • • • • • • •


funcionamiento de un sensor detemperatura

• • • • • •


funcionamiento de una calefacción• • • • •


funcionamiento de una mezcladora• • • • •



final de carrera

• • • •


de detectores y actuadores de laestación y puede redactar una lista


componentes

• •





PA 19


Objetivos


3 . 1 . 1

3 . 1 . 2

N o

p r o c e d e

3 . 1 . 4

3 . 1 . 5

3 . 2 . 1

3 . 2 . 2

3 . 2 . 3

3 . 2 . 4

3 . 3 . 1

3 . 3 . 2

3 . 3 . 3








regulación

•


regulación•




•




•





regulación

•





PA

MPS® PA Estación de llenado

Objetivos

didácticos T a r e a

4 . 1 . 1

4 . 1 . 2

4 . 1 . 3

4 . 1 . 4

4 . 1 . 5

4 . 2 . 1

4 . 2 . 2

4 . 2 . 3

4 . 2 . 4

4 . 3 . 1

4 . 3 . 2

4 . 3 . 3




llenado

•

Usted puede de evaluar las









neumáticos

•


• • • • • • • • • •


funcionamiento de un detector de

nivel de llenado

•



procesos continuos

• • • • • • •



final de carrera

• • • • •





componentes

• • •





PA 21

MPS® PA Estación de llenado»

Objetivos


4 . 1 . 1

4 . 1 . 2

4 . 1 . 3

4 . 1 . 4

4 . 1 . 5

4 . 2 . 1

4 . 2 . 2

4 . 2 . 3

4 . 2 . 4

4 . 3 . 1

4 . 3 . 2

4 . 3 . 3








regulación

•


regulación•




•




•





regulación

•




PA

En la tabla siguiente se muestran los símbolos de los componentes utilizados en lasestaciones MPS® PA, tal como constan en los esquemas de distribución.No todos los componentes corresponden a todas las tecnologías, por lo que lasaplicaciones que no corresponden aparecen sombreadas.

Componente Símbolo

eléctrico

Símbolo

neumático

Símbolo: Diagrama de flujo /

Punto de medición

Bomba

P201

M

Flotador con conmutador

LA+

210

Punto de medición de nivelde llenado

Detector de posición capacitivo

LS+

201

Punto de medición de nivel de llenado

Comparador

a

Unidad de control del motora

Depósito redondo

B201

Depósito rectangular

B101

Componentes de MPS® PA



Componentes de MPS®PA


PA 23

Componente Símboloeléctrico

Símboloneumático

SímboloDiagrama de flujo

Unidad de filtro y regulador, conválvula de cierre

3

Válvula manualV402

Válvula doble de regulaciónV112

Válvula de bola de 3 vías conactuador giratorio neumático

1-4A1a

V106

Corredera con actuador linealneumático

- A

V102

Compuerta con actuador

giratorio neumático

1-3A1

V103

Módulo de mezcladoraM

304





PA


Símboloneumático


Válvula reguladora de presión

Sensor de presión

BN

BK

BU

RU

1

4

3

WH2 RI

U

I

P

PIC

101

Punto de medición de

la presión

Válvula proporcional reguladorade presión

a

1

3

SOLL

IST

2

PE

PROP_V

Electroválvula de 5/2 vías

2-3V1

Filtro

F101

Válvula de bola de 2 vías conactuador giratorio neumático

2-3A1

V203

Cuerpo flotante, detector decaudal (mecánico) FI

202

Punto de medicióndel caudal

Detector de caudal, tipo 2(eléctrico)

FIC

201

Punto de medición delcaudal







PA


Símboloneumático


Limitador de la intensidad dearranque del motor de la cintade transporte

Detector de reflexión directa




PA 27


Componente T a r e a s

1 . 1 . 1

1 . 1 . 2

1 . 1 . 3

1 . 1 . 4

1 . 1 . 5

1 . 2 . 1

1 . 2 . 2

1 . 2 . 3

1 . 2 . 4

1 . 2 . 5

1 . 3 . 1

1 . 3 . 2

1 . 3 . 3

Bomba • • • • • •

Flotador con conmutador, montaje

lateral• • • • •

Flotador con conmutador, montaje en

la tapa• • • • •

Detector de posición capacitivo • • • • • •

Comparador • • • • • •

Terminal analógico • • • • • • • •

Terminal de E/S • • • • • • • •

Control del motor • • • • • •

Depósito rectangular • • • • • • • •

Conexión de tubos • • • • • • • •

Unidad de filtro y regulador, con

válvula de cierre• • • • • • • • • • • • •

Válvula doble de regulación • • • • • • • • • • • • •

Válvula de bola de 3 vías con

actuador giratorio neumático• • • • •

Corredera con actuador lineal

neumático• • • • • • • •

Compuerta con actuador giratorio

neumático• • • • • • • •

Módulo de mezcladora • • • • • • • •

Válvula reguladora de presión • • • • • • • • • • • • •

Sensor de presión • • • • • • • • • • • • •

Válvula proporcional reguladora de

presión• • • • • • • • • • • • •

Electroválvula de 5/2 vías • • • • • • • • • • • • •

Filtro • • • • • • • • • • • • •

Componentes según tareas





PA



2 . 1 . 1

2 . 1 . 2

2 . 1 . 3

2 . 1 . 4

2 . 1 . 5

2 . 2 . 1

2 . 2 . 2

2 . 2 . 3

2 . 2 . 4

2 . 2 . 5

2 . 3 . 1

2 . 3 . 2

2 . 3 . 3

Bomba • • • • • • • • • • • • •




la tapa• • • • •


Comparador • • • • •

Terminal analógico • • • • • • • • • • • • •

Terminal de E/S • • • • • • • • • • • • •

Control del motor • • • • • • • • • • • • •

Depósito rectangular • • • • • • • • • • • • •

Depósito redondo • • • • • • • • • • • • •

Conexión de tubos • • • • • • • • • • • • •

Válvula manual • • • • • • • •

Unidad de filtro y regulador, con

válvula de cierre• • • • • • • • • • • • •

Válvula de bola de 2 vías con

actuador giratorio neumático• • • • • • • • • • • • •

Detector de caudal flotante

(mecánico)• • • • • • •

Detector de caudal tipo 2 (eléctrico) • • • • • • • • • • • •

Convertidor frecuencia/tensión • • • • • • • • • • • •





PA 29



3 . 1 . 1

3 . 1 . 2

N o

p r o c e d e

3 . 1 . 4

3 . 1 . 5

3 . 2 . 1

3 . 2 . 2

3 . 2 . 3

3 . 2 . 4

3 . 3 . 1

3 . 3 . 2

3 . 3 . 3

Bomba • • • • • • • • • •


lateral• • • •


la tapa• • • •

Detector de posición capacitivo • • • • •

Comparador • • • •

Terminal analógico • • • • • • • • • • •

Terminal de E/S • • • • • • • • • • •

Control del motor • • • • • • • • • • •

Depósito rectangular • • • • • • • • • • •

Conexión de tubos • • • • • • • • • • •

Módulo de mezcladora • • • • • • • • • • •

Calefacción • • • • • • • • • • •

Sensor de temperatura • • • • • • • • • • •

Convertidor temperatura/tensión • • • • • • • • • •





PA

MPS® PA Estación de llenado


4 . 1 . 1

4 . 1 . 2

4 . 1 . 3

4 . 1 . 4

4 . 1 . 5

4 . 2 . 1

4 . 2 . 2

4 . 2 . 3

4 . 2 . 4

4 . 3 . 1

4 . 3 . 2

4 . 3 . 3

Bomba • • • • • • • • • • • •




la tapa• • • • •


Comparador • • • • • •

Terminal analógico • • • • • • • • • • • •

Terminal de E/S • • • • • • • • • • • •

Control del motor • • • • • • • • • • • •

Depósito rectangular • • • • • • • • • • • •

Depósito redondo • • • • • • • • • • • •

Conexión de tubos • • • • • • • • • • • •

Válvula manual • • • • • • •

Válvula doble de regulación • • • • • • •

Detector analógico de ultrasonido • • • • • • • • • • • •

Electroválvula de 2/2 vías • • • • • •

Clasificador neumático • • • • •

Cinta de transporte (2 tramos

parciales)

Limitador de la intensidad de

arranque del motor de la cinta de

transporte

Detector de reflexión directa •




PA 31

• Objetivos didácticosLa meta didáctica general del presente manual de estudio consiste en laredacción sistemática de esquemas de distribución para la técnica de medición,control y regulación, así como la utilización práctica de sistemas de la técnica decontrol y regulación en una estación MPS® PA. Esta reciprocidad de teoría ypráctica garantiza un eficiente progreso en los estudios. Las metas didácticasconcretas constan en la tabla. Cada una de las metas didácticas individuales estáatribuida a una tarea. Las metas didácticas importantes se expresan en forma depregunta de entendimiento.

• DuraciónEl tiempo necesario para solucionar las tareas depende de los conocimientosprevios del estudiante.Tratándose de aprendices del sector del metal o de la electricidad:aproximadamente una semana por cada estación MPS®PA.Tratándose de estudiantes de carreras técnicas superiores o de ingeniería:aproximadamente dos hasta tres días por estación MPS®PA.

• Estaciones del sistema de estudio de la automatización de procesos continuosLos contenidos del manual de trabajo y de las estaciones MPS®PA del sistema de

estudio de la automatización de procesos continuos se corresponden. Parasolucionar las tareas se necesitan las estaciones MPS®PA y la variante de controlque corresponda.

Sugerencias de métodos para el instructor




PA

Todas las tareas tienen la misma estructura metodológica.

Las tareas están clasificadas de la siguiente manera:• Título• Objetivos didácticos• Explicación de la tarea• Condiciones generales• Preguntas de entendimiento Y, además:

• Tarea a solucionar en el proyecto• Plano de distribución• Hojas de trabajo

Las soluciones propuestas se clasifican de la siguiente manera:• Descripción de la solución• Línea característica modeloEstas soluciones constan en el manual de soluciones incluido.

Estructura de los métodos para solucionar las tareas




PA 33

Todos los aparatos eléctricos de una estación MPS®PA están identificados en elesquema de distribución eléctrico. Tratándose de componentes sin función eléctrica(por ejemplo, la válvula manual), la identificación se rige por el diagrama de flujoconstituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI).

La denominación de los componentes en los esquemas de distribución se rige por lanorma DIN/EN61346-2.

Tipo de componente Letra de identificación

Actuadores (actuadores de regulación, bobinas, motores eléctricos,

motores lineales)

M

Diodo R

Contactor auxiliar K

Borne, bloque de bornes, regleta de bornes X

Condensador C

Disyuntor, seccionador de circuito Q

Transistor de potencia Q

Indicador (mecánico, óptico, acústico) P

Relé K

Tubos, semiconductores

Relé (de carga) Q

Detectores en general, detectores de posición, detectores de

aproximación, sensores de posición, etc.

B

Fusible F

Denominación de los componentes

Definición general

Componentes eléctricos





PA

Ejemplo de esquema de distribución eléctrico: MPS® PA Estación de mezcla, salidas





PA 35

La denominación de los componentes incluidos en los esquemas de distribución serige por la norma DIN ISO 1219-2. Todos los componentes tienen la misma cifraprincipal de identificación. Dependiendo del componente, se agregan letras. Si en elesquema se incluyen varios componentes iguales, éstos son numeradoscorrelativamente. Los ramales de presión son identificados con P y se numerancorrelativamente por separado.

Actuadores: 1A1, 2A1, 2A2, ...Válvulas: 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ...

Detectores: 1B1, 1B2, ...Entrada de señales: 1S1, 1S2, ...Accesorios: 0Z1, 0Z2, 1Z1, ...Ramales de presión: P1, P2, ...

Ejemplo de esquema de distribución neumático. MPS® PA Estación de filtración

El código de identificación de los componentes neumáticos contiene adicionalmenteel número "1-... ... ..." delante del número del circuito, la identificación delcomponente y el número del componente.

Componentes neumáticos







PA 37

Aparatos y máquinas Letra de identificación

Parte de las instalaciones o máquina, siempre y cuando no esté

clasificada en uno de los grupos siguientes

A

Recipiente, depósito, tanque, silo B

Reactor químico C

Generador de vapor, generador de gas, horno D

Aparato de filtración, filtro de líquidos, tamiz, separador F

Engranaje G

Sistema de elevación, avance, transporte H

Columna K

Motor eléctrico M

Bomba P

Mezcladora, tolva con mezcladora, agitadora, amasadora R

Centrifugadora S

Secador T

Compresor, bomba de vacío, ventilador V

Intercambiador térmico WEquipo dosificador, distribuidor, otro tipo de aparatos X

Sistema de accionamiento, exceptuando motor eléctrico Y

Máquina trituradora Z

Identificación decomponentes de la técnicade procesos





PA

Además de los componentes del equipo, el diagrama de flujo RI también incluyezonas de técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación (zonas EMCR)según la norma DIN 19227-1. Estas zonas se representan mediante un círculo EMCRy se identifican con una letra (A-Z) y un número de identificación. En la partesuperior del círculo EMCR se incluyen las letras de identificación y en la parteinferior aparece la numeración. El orden de las letras se explica por la siguientetabla de identificación EMCR según DIN 19227-1.

Ejemplo: L I C

Primera letra Letra complementaria Primera letra sucesiva

Nivel de llenado Indicación Regulación automática

El sistema de identificación para las zonas EMCR puede elegirse libremente. Pero es

recomendable realizar una numeración sucesiva, ya que habiendo varios puntos demedición de la misma magnitud, el esquema debe incluir únicamente unaidentificación por zona EMCR. Para recibir más informaciones, por favor consulte lanorma DIN 19227, parte 1.

Norma DIN19227-1

Lic





PA 39

Letras identificadoras de EMCR según DIN 19227-1

Magnitud de medición u otra magnitud de entrada, actuador reguladorLetra

Primera letra Letra complementaria

«Utilización de las letras sucesivas en el

siguiente orden: O,I,R,C,S,Z,A"

A Indicación de fallo

B

C Regulación automática

D Densidad Diferencia

E Magnitudes eléctricas Función receptora

F Caudal, paso RelaciónG Distancia, longitud, posición

H Entrada a mano, intervención manual Valor límite superior (high)

I Indicación

J Consulta de puntos de medición

K Tiempo

L Situación (también, capa separadora) Valor límite inferior (low)

M Humedad

N

O Indicación visual, indicación de sí/noP Presión

Q Características del material, niveles de

calidad

Integral, suma

R Magnitudes de radiación Registro

S Velocidad, revoluciones, frecuencias Conmutación, control de secuencias y de

enlaces

T Temperatura Función de conversión de resultados de

medición

U Magnitudes compuestas Función compuesta de accionamiento

V Viscosidad Función de aparatos reguladores

W Peso, masa

X Otras magnitudes

Y Función de cálculo

Z Intervención de emergencia, protección contra

activación, sistema de protección, notificación

de relevancia para la seguridad

+ Valor límite superior

/ Valor intermedio

- Valor límite inferior




PA

En el CD-ROM incluido se ofrecen medios didácticos adicionales. El contenido delmanual de trabajo se ofrece en formato PDF.

Estructura del CD-ROM:

• Introducción• Tareas• Nociones básicas de la técnica de regulación• Soluciones

Los manuales, las instrucciones, las hojas de datos y los esquemas de distribuciónde las estaciones MPS® PA están incluidas en el CD-ROM titulado «Documentacióntécnica de las estaciones MPS® PA».

Contenido del CD-ROM




PA 41

Extractos del texto del manual de trabajo titulado «Regulación de temperatura,caudal y nivel de llenado» (n° de artículo 170 677).

En las máquinas o equipos tienen que ajustarse frecuentemente magnitudes comopresión, temperatura, caudal o nivel de llenado en función de unos valorespreviamente definidos. Además, estos valores no deberán cambiar si se producenperturbaciones. Esta tarea la asumen los sistemas de regulación.La técnica de regulación se refiere a todos los asuntos que están relacionados conesta tarea.

Para que un regulador reciba una señal eléctrica correspondiente a la magnitud aregular, primero es necesario recibir y convertir esa señal.A continuación, el regulador debe comparar el valor de la señal recibida con el valorpreviamente definido. Si constata una diferencia, deberá definirse de qué mododebe reaccionar el equipo.Finalmente, debe encontrarse un lugar apropiado en el equipo, para que laregulación de la magnitud correspondiente sea eficiente (por ejemplo, el reguladorde una calefacción). Para decidir el lugar de montaje, es necesario saber cómofunciona el equipo.

El técnico a cargo de los sistemas de regulación debe cumplir las siguientes

tareas:

• Identificar el tramo de regulación• Definir la magnitud a regular• Definir el lugar de la medición

• Determinar la magnitud perturbadora• Seleccionar el actuador regulador

• Comprobar si la regulación ofrece ventajas de relevancia

• Seleccionar el aparato de regulación apropiado• Efectuar el montaje de los reguladores respetando las disposiciones y normas

del caso• Encargarse de la puesta en funcionamiento, parametrización y optimización de la

solución

Nociones básicas de la técnica de regulación





PA

Al regular, el valor a regular deberá mantenerse en función de un valor nominal odeberá corresponder al cambio de valores previsto. Este valor predeterminado sellama valor nominal.

La necesidad de regular un valor es propia de equipos y máquinas utilizados en losmás diversos sectores industriales. La magnitud que debe regularse se llama valorreal. Los valores reales a regular pueden ser, por ejemplo, los siguientes:• La presión de un acumulador neumático• La presión de una prensa hidráulica

• La temperatura en un baño de galvanización• El caudal de un agente refrigerante en un intercambiador térmico• La concentración de una substancia química en un reactor• La velocidad del avance de un actuador accionado eléctricamente en una

máquina herramienta

El valor de regulación puede influenciarse en cualquier tipo de equipo.Modificándolo es posible regular el valor real de tal modo que corresponda al valornominal. La magnitud que produce tal cambio se llama valor de regulación. Los

valores de regulación pueden ser, por ejemplo, los siguientes:• La posición del estrangulador de aire de salida de un acumulador de aire

comprimido

• La posición de la válvula hidráulica reguladora de presión• La tensión puesta en la calefacción eléctrica de un baño de galvanización• La posición del estrangulador en un conducto de agente refrigerante

• La posición de la válvula en el conducto de alimentación de substancias químicas• La tensión en el rotor de un motor de corriente continua

Entre el valor nominal y el valor real existen complejas relaciones. Estas relacionesse explican por su dependencia recíproca. La parte que interesa para la regulación yque incide en los procesos físicos, se llama tramo de regulación.

Valor nominal

Valor real

Valor de regulación

Tramo de regulación





PA 43

Esa parte de un equipo (por ejemplo, el tramo de regulación) se resume en unsistema. Un sistema tiene, por lo menos, una magnitud de entrada y una de salida.Su comportamiento está determinado por la dependencia recíproca existente entreel valor de salida y el valor de entrada. Este comportamiento entre dos o variasmagnitudes suele poder describirse mediante ecuaciones matemáticas, partiendode las leyes fundamentales de la física. Estas dependencias físicas recíprocastambién pueden determinarse empíricamente mediante experimentos. Los sistemasse representan en forma de bloque, con indicación de las magnitudes de entrada yde salida.

Magnitud

de entrada

Magnitud

de salidaSistema

Representación de un sistema en bloque

La temperatura de un baño de agua debe mantenerse a un nivel constante. El bañode agua se calienta mediante una espiral tubular por la que fluye vapor. El flujo delvapor puede ajustarse mediante una válvula reguladora. El tramo de regulación está

determinado, en este caso, por la posición de la corredera de la válvula y latemperatura del baño de agua. De esta manera se obtiene un valor nominal que esla temperatura del agua y un valor real que es la posición de la corredera de la

válvula (ver gráfica siguiente).

Vapor

válvulareguladora

espiral de calefacción

agua

Tramo de regulaciónen un baño de agua

En el sistema se ejecutan varios procesos parciales:• La posición de la corredera de la válvula incide en el caudal del vapor a través de

la espiral tubular de calefacción.• El caudal de vapor determina la capacidad de calentamiento en el agua.

• La temperatura del agua aumenta si la potencia calorífica es mayor que laspérdidas de calor. Disminuye si la potencia calorífica es menor que la pérdida decalor.

• El conjunto de los procesos parciales determina la relación que se busca entre el

valor de entrada y el de salida.

1.¿Qué es un sistema?

Ejemplo





PA

Una vez definido el concepto de «sistema», deben comentarse las definicionesválidas en la técnica de regulación, según las establecen las normas. Para entenderel significado de la técnica de regulación, es recomendable explicar primero ladiferencia entre los conceptos «controlar» y «regular».

Según la norma alemana DIN 19226, el control se refiere al proceso que se produceen un sistema si una magnitud de entrada (o varias) ejerce una influencia en lasmagnitudes de salida en concordancia con las peculiaridades del sistema.La operación de controlar se caracteriza por el carácter abierto de sus procesos, lo

que significa que la magnitud de salida no ejerce efecto alguno sobre la magnitudde entrada.

El caudal volumétrico se ajusta modificando la posición del estrangulador.Suponiendo una presión previa constante, el caudal depende directamente de laposición del estrangulador. Esta relación entre la posición de la corredera delestrangulador y el caudal volumétrico puede determinarse mediante ecuacionesfísicas o empíricamente mediante experimentos. Según la definición anterior, así seobtiene un sistema llamado «válvula» con una magnitud de salida (caudal) y una

magnitud de entrada (posición de la corredera). (Ver gráfica siguiente).

Presión previa p [bar]

Válvulareguladora

Volumenstrom

V [m /s]3

l/h

Aparatode medición

Control del caudal volumétrico

Este sistema se puede controlar modificando la posición de la corredera. De estamanera se puede ajustar el caudal volumétrico.Pero si varía la presión delante del estrangulador, también varía el caudal.Tratándose de un sistema controlado de carácter abierto, en ese caso es necesariocorregir regulando a mano. Si se desea que esta operación de corrección seproduzca automáticamente, es necesario regular el sistema.

2.Técnica de control /

Técnica de regulación

Controlar

Ejemplo





PA 45

Según la norma DIN 19226, la regulación de un proceso dentro de un sistema es unaoperación en la que la magnitud a regular (valor real) se detectaininterrumpidamente para compararla con la magnitud previamente definida (valornominal). Dependiendo del resultado de esta comparación, se modifica la magnitudde entrada del sistema de tal manera que la magnitud de salida coincida con el valorpreviamente definido, sin importar si se producen perturbaciones en el sistema.Debido a esta retroacción se trata de un sistema cerrado. Esta definición teóricapuede explicarse recurriendo al ejemplo del ajuste del caudal volumétrico.

El caudal volumétrico, siendo el valor real de salida, deberá mantenerse al nivel delvalor nominal. Para ello, primero se efectúa una medición y la señal de medición setransforma en una señal eléctrica. Esta señal se envía al regulador y allí se producela comparación con el valor nominal previamente determinado. Esta comparación seobtiene substrayendo los valores medidos del valor nominal. El resultado es ladiferencia de regulación.

Para poder modificar automáticamente la posición de la corredera en función de ladiferencia de regulación, es necesario disponer de un motor eléctrico o de una

válvula proporcional. Con ellos se regula la magnitud necesaria. El componentenecesario para realizar el ajuste se llama actuador regulador (ver gráfica siguiente).

Presión previa p [bar] V [m /s]3

Caudal volumétrico

Unidadde medición

valor nominal

valor real

Actuador

regulador

M

a Regulación del caudal volumétrico

A continuación, el regulador envía una señal a este actuador regulador, en funciónde la diferencia de regulación. Si la diferencia negativa es considerable, es decir, si

el valor medido del caudal es superior al valor del caudal definido previamente(valor nominal), la válvula cierra el paso correspondientemente. Si la diferenciapositiva es considerable, es decir, si el valor medido es menor al valor nominal, la

válvula se abre lo necesario.

La regulación de la magnitud de salida no suele ser óptima:• Si la operación de regulación es rápida y grande, se produce una excitación

demasiado grande en la entrada, por lo que el caudal oscila en la salida.• Si la operación de regulación es lenta y débil, el valor de salida se adaptará sólo

aproximadamente al valor nominal.

Además, cada sistema tiene su propio tramo de regulación y, por lo tanto, laestrategia de regulación debe variar de caso en caso. Los sistemas que reaccionan

Regular

Diferencia de regulaciónEjemplo

Actuador regulador





PA

con retardo, deben regularse cuidadosamente y con previsión. Dicho esto, quedaclaro cuáles son los problemas que debe solucionar el experto en técnicas deregulación.

Si para ajustar la magnitud en un equipo es necesario diseñar un sistema deregulación, deberán tenerse en cuenta los siguientes criterios:• Definir la magnitud a regular (definiendo así el tramo de regulación)• Definir el comportamiento del tramo de regulación• Encontrar la estrategia apropiada en función del tramo de regulación (considerar

el comportamiento del sistema constituido por el regulador)• Seleccionar los aparatos de medición y los actuadores de regulación apropiados

En el capítulo 2 se explicó la diferencia entre el control y la regulación recurriendo alejemplo del ajuste del caudal volumétrico mediante un estrangulador. Además, conese mismo ejemplo, se explicó el principio básico de la regulación y se ofreció unaintroducción a los conceptos básicos de la técnica de regulación. A continuación seexplicarán más detalladamente los conceptos básicos de la regulación.

La finalidad de un sistema de regulación consiste en mantener un valor al nivel deotro valor, previamente definido. Esta magnitud a regular se llama magnitud «x» de

regulación. En nuestro ejemplo, se trata del caudal.

La regulación automática sólo puede funcionar si en la máquina o en el equipo

existe la posibilidad de modificar el valor a regular. La magnitud que permite regularel valor es la señal de regulación «y». En el caso del ejemplo de la regulación delcaudal, se trata de la corriente de accionamiento de la bobina de la válvula

reguladora.

En cualquier tramo de regulación se producen interferencias. Son precisamenteestas transferencias que, en muchos casos, exigen la operación de regulación. En elejemplo aquí descrito, la oscilación de la presión de entrada modifica el caudal si se

mantiene inalterada la posición del estrangulador, por lo que resulta necesarioefectuar el correspondiente ajuste de la posición de la corredera. Estasinterferencias se llaman valores de interferencia «z».El tramo de regulación es aquella parte de la máquina o del equipo regulado, en la

que debe mantenerse el valor real al nivel del valor nominal. El tramo de regulaciónpuede representarse en el sistema, considerando que el valor real nominal es elvalor de salida y el valor real es el valor de entrada. Al regular el caudal, el tramo deregulación está constituido por el sistema de tubos y la válvula.

La magnitud «w» es el valor nominal al que debe adaptarse el valor a regular. El

valor nominal indica el valor previamente definido. El valor nominal puede

3.

Conceptos básicos de la

técnica de regulación

Magnitud «x» de regulación

Señal de regulación «y»

Valor de interferencia «z»

Valor nominal «w»





PA 47

mantenerse constante en el transcurso del tiempo, aunque también puede variar. Elvalor a regular se llama valor real.

La comparación entre el valor nominal y el valor real redunda en la diferencia deregulación «x d». Esta diferencia se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula:

x d = e = w- x

El comportamiento de regulación se refiere a la forma en la que reacciona el tramode regulación al modificar los valores de entrada. La determinación del

comportamiento del tramo de regulación es la finalidad de la técnica de regulación.

El regulador tiene la función de acercar el valor real lo más posible al valor nominal.En el regulador se efectúa constantemente una comparación entre los dos valores. Araíz de esta comparación y considerando el comportamiento de la regulación, sedetermina y emite la señal de regulación.

Valor real «x»

(Istwert)

Señal deregulación «y»

Diferencia deregulación «x »d

Valor nominal «w»

(Sollwert)

Comportamientode regulación

(algoritmo)+

Funcionamiento básico del regulador

El actuador regulador modifica el valor a regular. El actuador regulador suele seraccionado por una unidad de accionamiento. Esta unidad siempre es necesaria si elregulador no es capaz de accionar directamente al actuador regulador. En el ejemplode la regulación del caudal, el actuador regulador es la válvula.

Para que el regulador conozca el valor a regular (valor real), es necesario que dichovalor sea captado por una unidad de medición (sensor, detector, convertidor de

valores de medición), que la señal correspondiente sea convertida en una magnitudfísica que se transmita a la entrada del regulador para que éste pueda procesarla.

El circuito de regulación contiene todos los componentes de un circuito cerrado,necesarios para obtener un sistema de regulación automática.

Valor real «x»

(Istwert)

Señal de regulación «y»

Tramo deregulación

Regulador

(Sollwert)Valor nominal «w»

Circuito de regulación representado en bloques

Diferencia de regulación«x d»

Comportamiento deregulación

Regulador

Actuador regulador yaccionamiento regulador

Unidad de medición

Circuito de regulación





PA

El tramo de regulación es aquella parte de la máquina o del equipo en la que debeconseguirse que el valor real se ajuste al valor nominal, lo que significa que lasseñales de regulación deben compensar los valores de interferencia. En un tramo deregulación, el valor real no es el único valor de entrada, ya que los valores deinterferencia también son valores de entrada. Para definir un regulador en funcióndel tramo de regulación, primero debe conocerse el comportamiento del tramo deregulación. Al técnico especializado en la regulación no le interesa elfuncionamiento técnico del tramo de regulación; únicamente le interesa elcomportamiento del sistema.

En la técnica de regulación, el comportamiento del sistema en función del tiempo esespecialmente importante (este comportamiento se denomina tambiéncomportamiento dinámico). Se trata del tiempo en el que cambia el valor de salida(valor real) al cambiar los valores de entrada. Durante este tiempo, es importante elcomportamiento del sistema al producirse los cambios de las señales de regulación.El técnico especializado en regulación siempre debe saber que prácticamente todoslos sistemas tienen un marcado comportamiento dinámico.

En el ejemplo del baño de agua, la regulación de la válvula que controla el paso devapor no provoca un cambio inmediato del valor real correspondiente a latemperatura. La temperatura del agua más bien se adapta lentamente hasta

alcanzar el nuevo valor que se debe mantener. El comportamiento de este tramo deregulación es el comportamiento propio de un depósito de líquido (ver gráficasiguiente).

Posición de

a válvula

Temperatura del

baño de agua

Baño de agua

Posición dela válvula [%]

Temperatura delbaño de agua [°C]

50

50

60

40

100

70

80

Tiempo t

Tiempo t

Comportamiento del tramo de regulación «Baño de agua» en función del tiempo

4.Tramos de regulación

Comportamiento de unsistema en función deltiempo

Ejemplo









PA 51

Analizando la línea característica se puede apreciar si se trata de un sistema lineal ono lineal. Si la línea característica es una recta, se trata de un sistema lineal. En elcaso del sistema constituido por la válvula, se trata de una línea característica nolineal. En la práctica, numerosos tramos de regulación no son lineales. Sin embargo,en el margen de funcionamiento, la línea característica puede asemejarse a unalínea recta.

En términos prácticos, la respuesta gradual y la función transitoria representan lasformas más importantes de un modelo de sistema dinámico lineal.

El comportamiento de la transmisión de señales de sistemas técnicos puedeexplicarse en términos cualitativos recurriendo a la función de transición.Dependiendo del recorrido de la función de transición (suponiendo tiempos largos, t ∞ ), se puede distinguir entre sistemas con comportamiento P, I y D. Los sistemascon comportamiento P (proporcional) alcanzan un estado de equilibrio nuevo,diferente al valor del punto de trabajo. En el caso de sistemas con comportamiento I(integral), se obtiene durante un tiempo prolongado (atención: tener en cuenta el

margen de linealidad) una velocidad de cambio constante del valor de salida delsistema. En los sistemas de comportamiento D (diferencial), el valor de salida vuelvea equilibrarse en el valor del punto de trabajo. Estas propiedades básicas de los

sistemas técnicos se muestran en la gráfica siguiente.

h

t

Fase transitoria

omportamiento

para t → ∞

Comportamiento I

Comportamiento P

Comportamiento D

Caracterización cualitativa del comportamiento transitorio en base a la función transitoria

6.

Características del

comportamiento de

transmisión





PA

6.1 Número ordinal

El número ordinal del tramo de regulación puede determinarse sobre la base deltranscurso de la curva de la respuesta gradual del tramo de regulación.

x x

Rt

1 234

Respuestas graduales de sistemas de diverso orden

6.2 Constante del tiempo

Una vez determinado el orden del tramo de regulación, es posible obtenergráficamente la constante del tiempo del tramo de regulación. Tratándose del tramo

de 1er orden, la constante del tiempo se determina de la siguiente manera:

100%

63%

S=1-e-t/T

T

S = Valor de salidapara t=T se obtiene

T = 63% Determinación de la constante del tiempo





PA 53

El número irracional eCómo se determina el número e, el valor correspondiente al crecimiento en pasos

cada vez más pequeños ?

T El número e es el valor final de la serie

...654321

1

54321

1

4321

1

321

1

321

1

21

1

1

11e +

⋅⋅⋅⋅⋅+

⋅⋅⋅⋅+

⋅⋅⋅+

⋅⋅+

⋅⋅+

⋅++=

ts

3

2

1

e = 2,718

Número irracional «e»En lenguaje matemático, la constante del tiempo se denomina subtangente.Los sistemas de comportamiento PT1 filtran las señales que aumentan rápidamente

(altas frecuencias), mientras que dejan pasar las frecuencias bajas. Por ello, tambiénse llaman filtros de frecuencia baja de 1er orden. Además, provocan un desfaseentre la señal de entrada y la señal de salida.

Detrás de 5T, el tramo está regulado.

Un regulador debe ser siempre entre 8 y 10 veces más rápido que la constante deltiempo para que sea posible la regulación.

6.3 El modelo de tangentes de inflexión

En numerosas aplicaciones, especialmente en el sector de los procesos continuos y

en la técnica energética, las respuestas graduales de los sistemas transcurren sintramos de oscilación y tienen un comportamiento proporcional o integral encombinación con un tiempo muerto. Por ello, la función transitoria con frecuencia seutiliza como modelo dinámico lineal.

De esta manera, la caracterización del comportamiento del sistema en el caso detramos de orden superior se simplifica considerablemente mediante tres valorescaracterísticos:

• Coeficiente proporcional o integral• Tiempo de retardo

• Tiempo de compensación





PA

hK

t

Tu Tg

Curva alisada

Tangente de inflexión

Respuesta gradualdeterminadamediante experimento(normalizada)

∆h

∆t

Modelo de función transitoria de uso frecuente (modelo de tangente de inflexión)

K – Coeficiente proporcionalTu – Tiempo de retardoTg – Tiempo de compensación

La tangente de inflexión, utilizada para obtener los valores característicos Tu y Tg, sedibuja a mano en las coordenadas de la respuesta gradual determinada medianteexperimento. Si se sobreponen interferencias de alta frecuencia, deberá alisarse lacurva (ya sea a ojo o con la ayuda de un ordenador). Tratándose de interferencias debaja frecuencia, el proceso no es evaluable. En este caso, es recomendable repetirvarias veces el experimento y alisar la curva aplicando un valor medio. En la tablasiguiente se incluyen valores característicos modelo de tramos de regulación típicos.

Magnitud a regular Tipo de tramo Retardo Tu Tiempo decompensación Tg

Horno

Laboratorio 0,5 – 1 min 5 – 15 minIndustria 1 – 3 min 10 – 30 min

Columna dedestilación

1 – 5 min 40 – 60 min

Calentador 1 – 2 min 20 – 100 min

Temperatura

Calefacción deespacios

1 – 5 min 10 – 60 min

Caudal Tubería de gas 0 – 5 s 0,2 – 10 s

Caudal Tubería paralíquidos

0 0

Valores modelo característicos correspondientes a tramos de regulación típicos





PA 55

Dicho sea de paso, con el cocienteu

g

TT puede estimarse el grado de dificultad que

puede ofrecer la regulación de un sistema:

Relación

u

g

T

T Grado de dificultad

> 10 Fácilmente regulable

≈ 6 Regulable

< 3 Difícilmente regulable

Estimación del grado de dificultad de la regulación

En el capítulo anterior se explicó el sistema constituido por el tramo de regulación,es decir, aquella parte del equipo que deberá controlarse mediante una operaciónde regulación.En este capítulo se aborda el tema del regulador.El regulador es la unidad incluida en el circuito de regulación que se ocupa decomparar el valor real (el valor medido) con el valor nominal (valor previamentedefinido) y, a continuación, calcula y emite la señal de regulación. En el capítulo

anterior se explicó que los tramos de regulación se comportan de distintas maneras.Existen tramos rápidos, tramos con un gran retardo y tramos con comportamientode memoria.Para cada uno de esos tramos de regulación, la modificación de la señal deregulación «y» debe realizarse de modo diferente. La tarea del experto en sistemasde regulación consiste en seleccionar el comportamiento de regulación delregulador en función de las características del tramo de regulación.

7.1 Comportamiento de regulación

Se llama comportamiento de regulación a la forma en la que el regulador debecalcular la señal de regulación en función de la diferencia de regulación. Aplicandouna clasificación general de los reguladores analógicos según su comportamientode regulación, existen dos categorías: reguladores continuos y reguladoresdiscontinuos.

La señal de regulación del regulador continuo cambia continuamente en función dela diferencia de regulación. Estos reguladores calculan el valor de la diferencia deregulación y transmiten al actuador regulador directamente una señal

correspondiente a ese valor.El regulador por fuerza centrífuga es un ejemplo de este tipo de reguladores. Este

regulador modifica su momento de inercia en función de las revoluciones y, por lotanto, se opone de inmediato a un cambio de las revoluciones.

7.

Regulador

Reguladores continuos





PA

Regulador por fuerza centrífuga

La señal de regulación de un regulador discontinuo sólo puede ajustarse según

escalones definidos o según estados de conmutación antes ajustados. Losreguladores continuos, en cambio, pueden asumir cualquier valor. El reguladordiscontinuo más utilizado es el regulador de dos puntos.

El termostato de una plancha es un ejemplo de regulador de dos puntos. Estetermostato conecta y desconecta la alimentación de corriente eléctrica según la

temperatura.

Temperatura

Espiral calentadora

Termostato bimetálico

Termostato bimetálico como regulador de dos puntos

7.2 Regulador de dos puntos

El regulador discontinuo se utiliza, por ejemplo, en una plancha, en la que latemperatura está definida previamente. Si la temperatura es inferior al valornominal, el termostato bimetálico conecta el calentamiento. Si la temperatura essuperior al valor nominal, el termostato bimetálico desconecta el calentamiento.

Reguladores discontinuos

Regular la temperatura con

un regulador de dos puntos





PA 57

El nivel de llenado de un recipiente se regula con un regulador de dos puntos. Esteregulador conecta y desconecta una bomba (actuador regulador). Al producirse uncambio del valor nominal, la bomba se conecta hasta que el nivel de llenado supera

al valor nominal por la cantidad correspondiente a la mitad de la diferencia deregulación. A continuación, se desconecta la bomba. Si baja el nivel de llenado, esdecir, si el nivel de llenado es inferior al valor nominal por la mitad de la diferenciade regulación, la bomba vuelve a ponerse en funcionamiento.

Si se reduce la diferencia de conmutación, aumenta la frecuencia de la conmutaciónde los actuadores reguladores (por ejemplo, relé, contactor, etc.). De esta manera sealcanza más rápidamente la cantidad de ciclos de conmutación necesarios de unactuador regulador.

Un tramo de regulación de fuerte ascendencia (por ejemplo, al calentar) y dedescendencia suave (por ejemplo, al enfriar), es ideal para la utilización de unregulador de dos puntos.

Además de los reguladores de dos puntos también hay reguladores de tres puntos.Éstos pueden tener tres estados de conmutación: enfriamiento, desconexión,calentamiento.

Regulación del nivel dellenado con un regulador dedos puntos





PA

7.3 Comportamiento de un regulador en función del tiempo

Todo tramo de regulación tiene su propio comportamiento en función del tiempo.Este comportamiento está determinado por el tipo de máquina o equipo y el técnicoespecializado en regulación no puede modificarlo. El comportamiento en función deltiempo del tramo de regulación debe determinarse mediante experimentos oefectuando un análisis teórico. El regulador como tal también constituye un sistemay también tiene su propio comportamiento en función del tiempo. Estecomportamiento del regulador sí puede ser determinado por el técnico con el fin de

obtener un buen resultado de la regulación.

El comportamiento en función del tiempo de un regulador continuo estádeterminado por tres factores:• El comportamiento proporcional (P)• El comportamiento integral (I)

• El comportamiento diferencial (D)

Estas denominaciones informan sobre la forma de calcular la señal de regulación

sobre la base de la diferencia de regulación.

En el caso del comportamiento proporcional, la señal de regulación es proporcional

a la diferencia de regulación. Si la diferencia es grande, también lo es la señal deregulación. Si es pequeña, también es pequeño el valor de la señal de regulación.Pero considerando que la diferencia de regulación y la señal de regulación sonproporcionales entre sí, sólo se emite una señal de regulación si existe unadiferencia de regulación. Ello significa que no es posible obtener una diferencia ceroúnicamente utilizando un regulador de comportamiento P. En ese caso, no se

emitiría señal de regulación alguna y, por lo tanto, no se produciría una regulación.

Entrada

Salida

t

t Comportamiento de un regulador continuo en función del tiempo

Regulador con

comportamiento P





PA 59

En el caso del comportamiento integral, la diferencia de regulación se suma en eltranscurso del tiempo, lo que significa que se integra. Si, por ejemplo, siempre hayuna diferencia de regulación, el valor de la señal de regulación siempre continuaráaumentando, ya que es el resultado de la suma en el transcurso del tiempo. Dadoque el valor de la señal de regulación aumenta continuamente, disminuye ladiferencia de regulación. Este proceso continúa hasta que la diferencia deregulación es igual a cero.

Entrada

Salida

t

t Comportamiento de un regulador integral en función del tiempo

Los reguladores de comportamiento I se utilizan para evitar reiteradas diferencias

de regulación. En el caso del regulador de comportamiento D, se evalúa la velocidadcon la que se producen los cambios de la diferencia entre el valor nominal y el valorreal. Si el cambio se produce rápidamente, entonces el valor de regulación esgrande. Si el cambio es lento, el valor de regulación es pequeño.

Entrada

Salida

t

t Comportamiento de un regulador diferencial en función del tiempo

Un regulador de comportamiento D no tiene sentido en este caso, ya queúnicamente si existe un cambio de la diferencia entre el valor real y el valor nominalse emite una señal de regulación.Los reguladores pueden ser de sólo comportamiento P o sólo de comportamiento I.

Sin embargo, un regulador puede combinar varios comportamientos. La forma más

difundida es la del regulador continuo de comportamiento PID.

Regulador concomportamiento I

Regulador con

comportamiento D





PA

7.4 Ejecución técnica de reguladores

En la técnica de la automatización, actualmente casi solamente se utilizanreguladores eléctricos/electrónicos. Aunque es cierto que los reguladoresmecánicos o neumáticos suelen todavía aparecer con frecuencia en los libros detexto para utilizarlos como ejemplos, no se utilizan ya en las instalacionesmodernas.

Los reguladores eléctricos/electrónicos funcionan con señales eléctricas de entrada

y de salida. Por ello, los convertidores de valores de medición son detectores queconvierten las magnitudes físicas en tensión o intensidad. Los actuadoresreguladores se activan a través de las salidas de intensidad o tensión. En principio,el margen de estas señales puede variar. Sin embargo, entretanto se han impuestomárgenes estándar para reguladores de utilización universal:

Tensión 0 – 10 V -10 – +10 VIntensidad 0 – 20 mA 4 – 20 mA

El procesamiento de las señales en el regulador se lleva a cabo analógicamente conamplificadores operacionales o digitalmente con sistemas de microprocesadores.• En el caso del funcionamiento con amplificadores operacionales, las tensiones o

intensidades se procesan directamente en los grupos correspondientes.• Tratándose del procesamiento digital, las señales analógicas primero se

transforman en señales digitales. Una vez calculado el valor de regulación en elmicroprocesador, el valor digital se vuelve a transformar en un valor analógico.

Aunque estos dos tipos de procesamiento deben interpretarse de modos diferentesdesde el punto de vista teórico, en la práctica no se diferencia estos dos tipos de

reguladores.





PA 61

En este capítulo se explica el comportamiento de regulación de los diversos tipos dereguladores y la importancia de los parámetros de regulación. En la descripción seutiliza la respuesta gradual, tal como ya se hizo en las explicaciones sobre lostramos de regulación. Para el regulador, la magnitud de entrada es la diferencia deregulación, es decir, la diferencia entre el valor real y el valor nominal.

8.1 Regulador P

En el caso del regulador proporcional, la señal de regulación se calculaproporcionalmente en relación con la diferencia de regulación. Si la diferencia de

regulación es grande, también lo es el valor de regulación; si la diferencia espequeña, también lo es el valor de regulación. En el caso ideal, el comportamientodel regulador P en función del tiempo es exactamente igual al de la señal deentrada.

Señalde regulación «y»

Diferenciade regulación xd

Regulador

xd

x0

y0

y

t t

a Comportamiento del regulador P en función del tiempo

La relación entre el valor de regulación y la diferencia de regulación es el coeficienteproporcional o la amplificación proporcional. La letra de identificación

correspondiente es Kp. Este valor puede ajustarse con un regulador P. El valor indicaque la señal de regulación se calcula según la diferencia de regulación. Cálculo de laamplificación proporcional:

Kp = Yo/Xo

Si la amplificación proporcional es grande, el regulador provocará una regulaciónfuerte mediante el actuador regulador, aunque las diferencias sean pequeñas. Si laamplificación proporcional es pequeña, el efecto del proceso cerrado es pequeño,

por lo que el grado de regulación es insuficiente.

Al producirse un salto en la diferencia de regulación, la señal de salida tambiénejecuta un salto. Su altura depende de la amplificación proporcional. Losreguladores utilizados en la práctica suelen tener un retardo, lo que significa que elcambio de la señal de regulación se produce sólo transcurrido cierto tiempo

después de modificar la diferencia de regulación. En los reguladores eléctricos sueleser posible ajustar este retardo.

8.Funcionamiento de diversos

tipos de reguladores





PA

Una de las propiedades más importantes de los reguladores P consiste en que semantiene una diferencia de regulación debido a la relación fija entre la diferencia yla señal de regulación. Esta diferencia restante no puede regularse mediante elregulador P.

8.2 Regulador I

El regulador I suma la diferencia de regulación en el transcurso del tiempo. Es decir,que integra la diferencia de regulación. Por ello, el valor de regulación no es

proporcional a la diferencia de regulación. Más bien lo es la velocidad con la quecambia el valor de la señal de regulación. Ello se pone de manifiesto por el salto queda el regulador I al responder: si la diferencia de regulación asume repentinamenteun valor, el valor de regulación aumenta de modo continuo. Cuanto más grande es ladiferencia de regulación, tanto más empinada es la curva de crecimiento del valor deregulación.



Regulador

xd y

t t

a Comportamiento del regulador I en función del tiempo

Ello significa que el regulador I también es apropiado para reducir completamente

las diferencias de regulación. Si la diferencia es grande, aumenta rápidamente elvalor de regulación. Si por este cambio del valor de regulación disminuye cada vezmás la diferencia de regulación, el valor de regulación aumenta de modo cada vez

más lento hasta que, finalmente, se obtiene una situación de equilibrio.

Pero a pesar de ello, en la mayoría de los casos no es apropiado el regulador I, yaque produce oscilaciones en el circuito de regulación o porque elimina la diferenciade regulación demasiado lentamente si se trata de tramos de regulación con granretardo. Por ello, en la práctica casi no se utilizan reguladores I.





PA 63

8.3 Regulador PIEl regulador PI está compuesto por la combinación de un regulador P y unregulador I. De esa manera es posible aprovechar las ventajas que ofrecen ambosreguladores: reacciones rápidas y eliminación de la diferencia de regulaciónrestante. Por esta razón, el regulador PI es apropiado para numerosos tramos deregulación. Además de la amplificación proporcional se suma otro parámetro propiodel regulador I, es decir, el tiempo de reajuste.

El tiempo de reajuste se refiere a la velocidad con la que el regulador «reajusta» el

valor de regulación (al margen del valor de regulación generado por el regulador P)suponiendo una diferencia de regulación constante con el fin de eliminar ladiferencia de regulación restante. O, para expresarlo en otros términos: el tiempo dereajuste es el tiempo por el que un regulador PI es más rápido que el regulador I.Este comportamiento se explica en la siguiente gráfica en la que se muestra elcomportamiento de un regulador PI en función del tiempo.



Regulador

xd

Tn

T =n Tiempo de reajuste

y

t t

a Comportamiento del regulador PI en función del tiempo

El tiempo de reajuste depende de la amplificación proporcional Kp, ya que alaumentar la amplificación, el aumento del valor de regulación también es mayor. Al

aumentar el tiempo de reajuste, el efecto de la parte I del regulador es pequeño, ya

que la suma de la diferencia de regulación se produce muy lentamente. Al serpequeño el tiempo de reajuste, el efecto de la parte I del regulador es grande.

El efecto del regulador PI mejora en la medida en que son mayores la amplificación Ky la parte I del regulador (es decir, cuanto más pequeño es el tiempo de reajuste).

Sin embargo, si el ajuste de estos dos valores es demasiado elevado, el reguladorreacciona demasiado abruptamente, por lo que se producen oscilaciones en todo elcircuito de regulación. En ese caso, el comportamiento ya no es estable. El límite del

inicio de las oscilaciones es diferente en cada tramo de regulación y debe conocerseantes de realizar la puesta en funcionamiento.

Tiempo de reajuste





PA

8.4 Regulador PDEl regulador PD es la combinación de un regulador P y un regulador D. Elcomportamiento D se refiere a la velocidad del cambio de la diferencia deregulación.Cuanto mayor es esa velocidad, es decir, cuanto mayor es la diferencia deregulación en función del tiempo, tanto mayor es la parte D. Ello significa queadicionalmente al comportamiento del regulador P, se contrarrestan breve perofuertemente las marcadas diferencias de regulación. Ello se expresa a través del asíllamado tiempo de acción derivada.

El tiempo de derivación Tv expresa cuánto demora menos un regulador PD que unregulador P para equilibrar el valor de regulación. Al producirse un salto de la señalde regulación se equilibra una gran parte, antes que un regulador P sería capaz dealcanzar ese valor. Por ello, pareciera que la parte P se activa antes por el tiempo Tv.


Diferenciade regulación Xd

Regulador

xd

TV

T =V Tiempo de acción derivada

y

t t

a

Comportamiento del regulador PD en función del tiempo

Los reguladores PD no suelen utilizarse, porque tienen dos desventajas: no soncapaces de equilibrar por completo las diferencias de regulación restantes y,además, una parte D ligeramente sobreelevada produce rápidamente la

inestabilidad de la regulación. En ese caso, el tramo de regulación tiende a teneroscilaciones.

Tiempo de acción derivada





PA 65

8.5 Regulador PIDAdemás de las propiedades que tiene el regulador PI, el regulador PID tiene unaparte D adicional. Este regulador también considera la velocidad del cambio de ladiferencia de regulación.

Si aumenta considerablemente la diferencia de regulación, la parte D provoca en unprimer término una sobreelevación extrema del valor de regulación durante unosinstantes. Mientras que la influencia de la parte D desaparece de inmediato,aumenta lentamente la parte I. Al cambiar ligeramente la diferencia de regulación,

se puede despreciar la parte correspondiente al comportamiento D.

Este comportamiento tiene la ventaja que al producirse cambios o interferencias, laintervención es más rápida y, por lo tanto, se recupera más pronto el estado deregulación equilibrada. La desventaja consiste en que en el circuito de regulaciónpueden producirse oscilaciones más rápidamente, por lo que la regulación esmucho más complicada.

En la siguiente gráfica se muestra el comportamiento de un regulador PID en función

del tiempo.



Regulador

xd

TVTn T =

T =n

V

Tiempo de reajuste


y

t t

a Comportamiento del regulador PID en función del tiempo

Debido a su parte D, este tipo de regulador es más rápido que un regulador P o unregulador PI. Ello se puede apreciar en el tiempo de acción derivada Tv. El tiempo deacción derivada es el tiempo por el que un regulador PID es más rápido que unregulador PI.






PA

Los sistemas de regulación son parte de las instalaciones automatizadas y sufunción principal consiste en estabilizar los procesos. Se utilizan con los siguientesfines:• Crear determinados estados de los procesos (modos de funcionamiento) y

mantenerlos automáticamente• Eliminar los efectos de interferencias que afectan los procesos• Evitar acoplamientos indebidos de procesos parciales en el proceso técnico

Estos estados afectan especialmente a determinados parámetros del proceso como,

por ejemplo, la presión, el caudal, la temperatura y el nivel de llenado.

En este contexto, debe plantearse la siguiente pregunta relacionada con laoptimización del ajuste de la regulación: ¿Qué regulador es apropiado para quétramo de regulación?

A continuación se indican los reguladores que suelen utilizarse con mayorfrecuencia en determinados tramos de regulación.

Con mantención de la diferencia deregulación

Sin mantención de la diferencia deregulación

P PD PI PID

Temperatura Tramossencillos, pocoexigentes

Tramossencillos, pocoexigentes

Apropiado Muy apropiado

Presión Por lo general,no apropiado

Por lo general,no apropiado

Muyapropiado; entramos congran retardo,tambiénregulador I

Apropiado si laseñal deregulación notienepulsacionesmuy marcadas

Caudal No apropiado No apropiado Apropiado,pero elregulador Isuele ser mejor

Apropiado

Nivel de

llenado

Con tiempo

muerto corto

Apropiado Apropiado Muy apropiado

Transporte No apropiadopor el tiempomuerto

No apropiado Apropiado,pero elregulador Isuele ser mejor

No ofreceventajasdignas demención encomparacióncon elregulador PI

Selección de tipos de reguladores para el ajuste de los parámetros más importantes

9.Optimización del ajuste de

la regulación





PA 67

Los tramos identificados según la respuesta permiten atribuirse a determinadosreguladores. Por ejemplo, un tramo I puede regularse con un regulador P o,viceversa, un tramo P con un regulador I.

Estructura del reguladorTramo

P PD PI PID

Tiempo muertopuro

No apropiadopor el tiempomuerto

No apropiado Apropiado,pero unregulador Isuele sersuficiente

Apenas ofreceventajas encomparacióncon PI

1er orden contiempo muertocorto

Apropiado si ladiferencia deregulación esaceptable

Apropiado sila diferenciade regulaciónes aceptable

Muy apropiado Apropiado

2do orden contiempo muertocorto

La diferenciade regulaciónsuele serdemasiadograndeconsiderandoel Xp necesario

La diferenciade regulaciónsuele serdemasiadograndeconsiderandoel Xpnecesario

Menoseficiente quePID

Muy apropiado

Orden mayor No apropiado No apropiado Menoseficiente quePID

Muy apropiado

Sicompensación,con tiempo deretardo

Apropiado Apropiado Apropiado Especialmenteapropiado

Los parámetros de regulación del regulador seleccionado pueden determinarseteóricamente mediante algoritmos o efectuando experimentos prácticos de ajuste.

Métodos prácticos para el ajuste de los parámetros:

• Métodos de «prueba y error» o métodos empíricos

• Método de oscilación según Ziegler-Nichols para tramos de regulación rápidos• Respuesta con el modelo de tangentes de inflexión según Chien-Hrones-Reswick

para tramos de regulación de orden superior• Método de la velocidad creciente en tramos de regulación lentos

Métodos de ajuste





PA

9.1 Ajuste manual de los parámetros sin conocer el comportamiento del equipo

En este caso, se desconocen los parámetros de regulación para obtener unaregulación óptima. Para mantener siempre estable el circuito de regulación, deberánrealizarse los siguientes ajustes:

Parte P Coeficiente proporcional Kp = 0,1Parte I Tiempo de reajuste Tn = 500 sParte D Tiempo de acción derivada Tv = 0

Regulador P

1º Ajustar el valor nominal y ajustar a mano la diferencia de regulación a cero2º Conmutar a funcionamiento automático3º Aumentar Kp lentamente hasta que el circuito de regulación tienda a

oscilaciones debido a ligeros cambios del valor nominal4º Disminuir Kp ligeramente hasta que desaparezcan las oscilaciones

Regulador P

1º Ajustar el valor nominal y ajustar a mano la diferencia de regulación a cero2º Conmutar a funcionamiento automático3º Aumentar Kp lentamente hasta que el circuito de regulación tienda a

oscilaciones debido a ligeros cambios del valor nominal4º Cambiar Tv de 0 a 15º Aumentar Tv hasta que desaparezcan las oscilaciones6º Aumentar Kp lentamente hasta que vuelvan a aparecer las oscilaciones7º Repetir los dos pasos anteriores hasta que ya no sea posible eliminar las

oscilaciones

8º Reducir ligeramente Tv y Kp hasta que desaparezcan las oscilaciones

Regulador PI

1º Ajustar el valor nominal y ajustar a mano la diferencia de regulación a cero2º Conmutar a funcionamiento automático

3º Aumentar Kp lentamente hasta que el circuito de regulación tienda a oscilardebido a ligeros cambios del valor nominal

4º Disminuir Kp ligeramente hasta que desaparezcan las oscilaciones5º Reducir Tn ligeramente hasta que el circuito de regulación tienda nuevamente a

oscilar6º Aumentar Tn ligeramente hasta que desaparezcan las oscilaciones





PA 69

Regulador PID1º Ajustar el valor nominal y ajustar a mano la diferencia de regulación a cero2º Conmutar a funcionamiento automático3º Aumentar Kp lentamente hasta que el circuito de regulación tienda a oscilar

debido a ligeros cambios del valor nominal4º Cambiar Tv de 0 a 15º Aumentar Tv hasta que desaparezcan las oscilaciones6º Aumentar Kp lentamente hasta que vuelvan a aparecer las oscilaciones7º Repetir los dos pasos anteriores hasta que ya no sea posible eliminar las

oscilaciones8º Reducir ligeramente Tv y Kp hasta que desaparezcan las oscilaciones9º Reducir Tn hasta que el circuito de regulación tienda nuevamente a oscilar10º Aumentar Tn ligeramente hasta que desaparezcan las oscilaciones

9.2 Reglas de ajuste según Ziegler/Nichols

J. G. Ziegler y N. B. Nichols definieron diversas reglas a principios del surgimiento de

la técnica de regulación moderna. Estas reglas siguen siendo válidas actualmente.Se aplican en los siguientes casos:• Si no se dispone de un modelo (tampoco un modelo de tangentes de inflexión)

del tramo de regulación• Si es posible llegar hasta el límite de estabilidad de un circuito de regulación sin

riesgo alguno

Reglas según Ziegler y Nichols:1. Ajustar el regulador como regulador P (Tv = 0, Tn = ∞ ).

2. El factor de amplificación KR del regulador se aumenta justo hasta que el circuitoregulador produce oscilaciones no amortiguadas (límite de estabilidad). En esascondiciones se determinan el factor crítico de amplificación KRk y la duración delas oscilaciones Tk duraderas.

3. Sobre la base de estos dos parámetros (KRk, Tk ) pueden calcularse los

parámetros de regulación KR, Tn y Tv para cada tipo de regulador según loindicado en la siguiente tabla.

K R Tn T v

Regulador P 0,5 KRk – –

Regulador PI 0,45 KRk 0,85 Tk –

Regulador PID 0,6 KRk 0,5 Tk 0,12 Tk

Reglas de ajuste según Ziegler/Nichols





PA

Pero según se sabe por experiencia, estos valores de ajuste sólo permiten obtenerun comportamiento útil si la relación entre el tiempo Tg y el tiempo de retardo Tu deltramo de regulación no es demasiado grande, es decir, si en el modelo el tramotiene un tiempo de retardo perceptible.

9.3 Reglas de ajuste según Chien/Hrones/Reswick

Si se dispone de un modelo de tangentes de inflexión del tramo de regulación, esposible aplicar las reglas de ajuste de Chien, Hrones y Reswick. En la tabla siguiente

se explican las reglas de ajuste.

Regulador Amplitud de sobreoscilación de 20%después del salto

Sin sobreoscilación (0%) después delsalto

Tipo de la interferenciaz

del valor nominalw

de la interferencia z del valor nominalw

P

u

g

sr T

T

K

7,0K •≈

u

g

sr T

T

K

7,0K •≈

u

g

sr T

T

K

3,0K •≈

u

g

sr T

T

K

3,0K •≈

PI

u

g

sr T

T

K

7,0K •≈

Tn ≈ 2,3 • Tu

u

g

sr T

T

K

6,0K •≈

Tn ≈ Tg

u

g

sr T

T

K

6,0K •≈

Tn ≈ 4 • Tu

u

g

sr T

T

K

35,0K •≈

Tn ≈ 1,2 • Tg

PID

u

g

sr T

T

K

2,1K •≈

Tn ≈ 2 • Tu

Tv ≈ 0,42 • Tu

u

g

sr T

T

K

95,0K •≈

Tn ≈ 1,35 • Tg

Tv ≈ 0,47 • Tu

u

g

sr T

T

K

95,0K •≈

Tn ≈ 2,4 • Tu

Tv ≈ 0,42 • Tu

u

g

sr T

T

K

6,0K •≈

Tn ≈ Tg

Tv ≈ 0,5 • Tu

Reglas de ajuste según Chien/Hrones/Reswick

En el caso de tramos I, en vez de us

g

TK

T

• deberá aplicarse uIS TK

1

•





PA 71

9.4 Método según la velocidad del incremento

Tratándose de tramos de regulación lentos con compensación de, por lo menos,segundo orden, es posible aplicar un método de optimización de los parámetros deregulación de un regulador PID mediante un salto indistinto de la señal deregulación. El salto correspondiente a un valor de regulación determinado se aplicahasta que la modificación del valor real tenga la máxima inclinación ascendente.

0 80 160 240 320 400 480

30

40

50

60

X°C

t

Ta

Stop

X∆

t∆

t

XV m a x

∆

∆=

Transcurso del valor real con el método según la velocidad del incremento

Forma de proceder:

1º Aplicar el salto de la señal de regulación en el tramo

2º Apuntar la respuesta del valor real3º Una vez que se alcanzó la máxima ascendencia, interrumpir el salto de la señal4º Dibujar la tangente de inflexión5º Dibujar el triángulo del incremento6º Determinar la velocidad máxima del incremento Vmáx 7º Determinar el retardo TU (tiempo muerto)8º Incluir en la fórmula los valores de Vmáx y TU y efectuar el cálculo (consultar

siguiente tabla)

t

x Vmax

∆

∆=





PA

Regulador Parámetros de regulación Tabla

P

HUMAXP yTV

y%100K

⋅⋅

∆⋅=

PI

HUMAXP yTV2,1

y%100K

⋅⋅⋅

∆⋅=

UN T3,3T ⋅=

PD

HUMAXP yTV83,0

y%100K

⋅⋅⋅

∆⋅=

UV T25,0T ⋅=

PID

HUMAXP yTV83,0

y%100K

⋅⋅⋅

∆⋅=

UN T2T ⋅=

UV T5,0T ⋅=

Hy = Margen máx. de regulación

(por lo general, 100%)

y∆ = Salto del valor de regulación

definido

Fórmulas para la optimización de los parámetros de regulación según la respuesta ascendente de tramos ( >PT2)con compensación





PA 73

En este capítulo se repiten los temas que deben tenerse en cuenta al solucionarproblemas de regulación.• Atribución de las magnitudes de regulación

– De las magnitudes de la máquina o del equipo, ¿cuál es el valor real,cuál es el valor nominal, cuál es la señal de regulación, etc.?

– ¿Dónde y cómo aparecen interferencias o perturbaciones? – Considerando estos criterios, pueden seleccionarse los detectores

y actuadores.• Clasificación de la tarea de regulación según sistemas

– ¿Dónde se mide el valor de regulación? – ¿Dónde se puede intervenir? – ¿Cuál es la característica de cada uno de los sistemas?

• Tramo de regulación – ¿Dónde deberá conseguirse que el valor real coincida con el valor nominal? – ¿Cuál es el comportamiento del tramo de regulación en función del tiempo

(lento o rápido)? – De ello depende el comportamiento de regulación que se debe elegir.

• Regulador

– ¿Cuál es el comportamiento de regulación necesario? – ¿Qué comportamiento debe tener el regulador en función del tiempo,

especialmente considerando las posibles interferencias?

– ¿Qué valores deben tener los parámetros a regular?• Tipo de regulador

– ¿Qué tipo de regulador es apropiado? – Considerando el comportamiento en función del tiempo y las características

del tramo de regulación, ¿se necesita un regulador P, I, PI o PID?

10.Resumen





PA




PA A-1

Parte A: Estación de filtratión __________________________________________A-1

Tarea 1.1: Examinar las instalaciones y los componentesTarea 1.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________A-5Tarea 1.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________ A-7Tarea 1.1.3: Completar el esquema de distribución neumático________________A-9Tarea 1.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ______________A-11Tarea 1.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________A-13

Tarea 1.2: Medición y control Tarea 1.2.1: Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora

de presión / filtro_________________________________________A-17Tarea 1.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________A-21Tarea 1.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación______________A-29Tarea 1.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________A-32Tarea 1.2.5: Niveles de presión con rampa _______________________________A-36

Tarea 1.3: RegulaciónTarea 1.3.1: Regulador de dos puntos___________________________________A-39Tarea 1.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________A-41

Tarea 1.3.3: Método de optimización según Ziegler-Nichols _________________A-46

Índice



Índice

A-2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • MPS®

PA




PA A-3

• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación de filtración• Usted puede interpretar y ampliar los diagrama de flujos• Usted puede leer y ampliar los esquemas de distribución neumáticos• Usted conoce la construcción y funcionamiento del filtro• Usted conoce la construcción y funcionamiento de la bomba• Usted conoce la construcción y funcionamiento del sensor de presión• Usted conoce la construcción y funcionamiento de las válvulas de procesos

continuos• Usted conoce la construcción y funcionamiento de los detectores de final de carrera• Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación

y puede redactar una lista de atribuciones de estos componentes• Usted puede obtener las líneas características y analizarlas• Usted puede redactar un programa de enlaces lógicos• Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de

funcionamiento de un tramo de regulación• Usted puede identificar el tramo de regulación y determinar el número de orden• Usted puede configurar un regulador de dos puntos y evaluar el comportamiento

de la regulación• Usted puede configurar reguladores continuos (P, PI, PID) y evaluar el

comportamiento de la regulación• Usted puede parametrizar reguladores continuos (P, PI, PID) según el método de

ajuste Ziegler-Nichols.

La estación de filtración se utiliza para automatizar parcialmente un proceso de

producción. Para poner en funcionamiento la estación posteriormente, deberáprimero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes másimportantes.• Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBox

digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctildel PLC.

• En el manual de la estación, en las instrucciones de utilización y en las hojas dedatos se ofrecen informaciones sobre la estación y los componentes.

1º Responda las preguntas y soluciones las tareas relacionadas con los respectivosobjetivos didácticos.

2º Analice y complete los esquemas de distribución.3º Confeccione una tabla de atribuciones.4º Determine las líneas características de los componentes y, a continuación,

estudie el funcionamiento de los componentes.5º Confeccione un programa de enlaces lógicos.6º Revise las secuencias del esquema.7º Determine el punto de trabajo del tramo de regulación.

8º

Identifique el tramo de regulación y determine el número ordinal.9º Ajuste el regulador continuo y discontinuo y evalúe su funcionamiento.

Tareas. MPS® PA Estación de filtración

Objetivos didácticos

Información

Tareas del proyecto





PA





PA A-5

Tarea 1.1: Estación de filtración: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:

1.1.1 Denominación de los componentes del sistema Hoja 1 de 2

En la estación de filtración se filtra un líquido que proviene del depósito de aguasucia, pasa por una corredera y se bombea a través del filtro. Pasando por unacompuerta, el líquido filtrado llega al depósito de agua limpia. El filtro puede

enjuagarse mediante un programa de limpieza del filtro. Para retirar los depósitos

de substancias sólidas, adicionalmente puede aplicarse un chorro de airecomprimido en el filtro.

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Filtración».

El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido de tuberías einstrumentos (diagrama RI) de la estación incluyen la denominación de loscomponentes.

– Determine y complete la denominación de los componentes que aparecen en lafotografía.

3

1

2

4

Denominación de los componentes del sistema

Información

Planificación

Ejecución





PA

Tarea 1.1: Estación de filtración : Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


– Complete la tabla.

N° Denominación Significado o función

1 Sensor de presión

2F101

3 Corredera

4V103

5 Válvula de bola de 3 vías

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI se utilizan dosidentificaciones diferentes para la corredera. – Explique la diferencia.

Preguntas de comprensión

Denominaciónde los componentes del

proceso

Evaluación





PA A-7


Nombre: Fecha:

1.1.2 Completar el diagrama de flujo RI Hoja 1 de 2

El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es undibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. Se trata de unarepresentación esquematizada de las partes del proceso. Concretamente, el

diagrama RI refleja la posición geométrica del sistema de tuberías. Además, incluye

los componentes de control y regulación según DIN 10628. Las magnitudes demedición se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición,de control y de regulación) según la norma DIN 19227-1.

La información se halla en el manual de la estación MPS® PA «Filtración».

Las denominaciones y los símbolos de los componentes se encuentran en laintroducción del manual de trabajo.

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos ycomplete el diagrama de flujo RI correspondiente a la estación de filtración.

Diagrama de flujo RI

La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permiteanalizar el funcionamiento del equipo.

Información

Planificación

Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


– Complete la tabla. – Describa el significado o la función de las siguientes denominaciones.

Denominación Significado o función

Filtro

LS-

LA+

Bomba digital

V

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de mediciónLA+ y LS+


Descripción del

funcionamiento de loscomponentes

Evaluación





PA A-9


Nombre: Fecha:

1.1.3 Completar el esquema de distribución neumático Hoja 1 de 2

La distribución en el esquema neumático sirve como criterio para diferenciar laatribución de los componentes neumáticos a sus respectivos grupos.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.

Los esquemas de distribución, las denominaciones y los símbolos de loscomponentes constan en la introducción del manual de trabajo, en ladocumentación técnica de la estación MPS® PA y de FluidSIM® Neumática.

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos de

los componentes neumáticos y complete el esquema de distribución neumáticode la estación de filtración.

Información

Planificación

Ejecución

Esquema de distribuciónneumático





PA


Nombre: Fecha:



Símbolo Significado o función

Válvula de 5/2 vías

– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías?

– ¿Qué función tiene la estrangulación del aire de escape en un cilindroneumático?


Descripción del

funcionamiento de loscomponentes neumáticos

Evaluación





PA A-11


Nombre: Fecha:

1.1.4 Determinar los datos técnicos de las instalaciones Hoja 1 de 2

En la estación MPS® PA de filtración se utilizan diversos componentes para procesoscontinuos. Los datos técnicos son importantes para entender el funcionamiento delos componentes de la estación.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes estánincluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

– Examine la documentación y complete la tabla.

Componente Denomina-

ción en el

diagrama de

flujo

Tarea Características

Bomba P201

Tensión [V] ______

Potencia eléctrica [W] ______Caudal máx. [l/min] ______

Válvula

proporcional

reguladora

de presión

Tensión del valor nominal [V] ______

Margen de presión [bar] ______

Válvula de 3

vías

Presión neum. mín. [bar] ______

Intensidad máx. [mA] ______

sensor de

presión

Margen de presión [bar] ______

Señal del sensor [V] ______

Detector de

posición final

superior

Nivel de llenado hasta contacto [l] ______

Tipo (normalm. abierto/cerrado) ______

Detector de

posición final

inferior



Información

Planificación

Ejecución

Datos técnicos





PA


Nombre: Fecha:


– Describa la construcción y el funcionamiento de la válvula proporcional deregulación de presión.


Evaluación





PA A-13


Nombre: Fecha:

1.1.5 Confeccionar una lista de atribuciones Hoja 1 de 3

Para analizar el funcionamiento de la estación MPS® PA de filtración, el control seproduce con la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC. De esta manera es posible atribuir las señales de

salida y de entrada. La tabla de atribuciones constituye la base para la

programación de los procesos de la estación.


– Vierta en el depósito de agua sucia aproximadamente 7 litros de agua. – Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-

PA o la pantalla táctil del PLC al terminal E/S y al terminal analógico de laestación.

– Active las bombas y válvulas y observe el equipo y los estados de los LED en el

terminal E/S de la estación. – Complete la tabla de atribuciones.

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC

Descripción Control

1B1 DI 0 Presión de expulsión

DI 1

DI 2

1B4 DI 3 Depósito B102 parte superior

DI 4

DI 5

DI 6

DI 7

Símbolo Dirección

EasyPort/

SimBox

Dirección

PLC


1PV1 AI0 Valor real X (presión)

Información

Planificación

Ejecución

Tabla de atribucionesEntradas digitales

Tabla de atribucionesEntradas analógicas





PA


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort/

SimBox

Dirección

PLC


DO 0

1M2 DO 1 Bomba P101 Agua sucia

DO 2

DO 3

DO 4

DO 5

DO 6

DO 7

Símbolo Dirección

EasyPort/

SimBox

Dirección

PLC


1CO1 AO 0Señal de regulación Y, válvula

proporcional reguladora de presión

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en latabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estadoen la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la

pantalla táctil del PLC.

Tabla de atribucionesSalidas digitales

Tabla de atribucionesSalidas analógicas

Control





PA A-15


Nombre: Fecha:


– Describa el comportamiento del actuador regulador analógico (válvulaproporcional reguladora de presión) en el caso del accionamiento con señalanalógica.


Evaluación





PA





PA A-17

Tarea 1.2: Estación de filtración : Medición y control

Nombre: Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión / filtro Hoja 1 de 4

Con el fin de determinar el comportamiento del sistema compuesto por la válvulaproporcional reguladora de presión y el filtro, es necesario conocer el margen demedición del sensor de presión y el margen de funcionamiento de la válvula

proporcional reguladora de presión (abreviatura: V_Prop).

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes estánincluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o

la pantalla táctil del PLC.

Determine la línea característica del sistema formado por la V_Prop y el filtro. A la

V_Prop se le atribuye una tensión. Esta tensión sirve de valor nominal para laV_Prop. Un sensor de presión integrado compara este valor con la presión en lautilización. Si hay diferencias entre el valor nominal y el valor real, se modifica el

valor real con la válvula reguladora hasta que la presión de salida alcanza el valordeseado. La señal de salida (valor nominal) es una tensión de 0 – 10 voltios. Se midela presión real y se redacta la tabla de valores. De esta manera es posible obtener el

diagrama XY de la línea característica.

– Realice las siguientes series de medición:1º Compruebe la presión de funcionamiento en la estación (valor nominal = 6 bar).2º Con la válvula reguladora de presión, ajuste 3 bar (seguridad para el filtro).3º Aplique tensión en la V_Prop.4º Active la V_Prop.5º Mida la tensión y calcule la presión; rellene la tabla de valores.6º Confeccione la línea característica.

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA, es posible dibujar hastatres líneas características superpuestas.

Información:

Planificación

Ejecución

Indicación





PA


Nombre: Fecha:


Tensión en

la V_Prop

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del

sensor depresión en

V

Presión

en bar

Tensión en

la V_Prop

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del

sensor de

presión en

V

Presión

en bar

Control de la válvula proporcional reguladora de presión.

Tabla de valores





PA A-19


Nombre: Fecha:


– Dibuje la línea característica.

Presión

V

Líneas características delsistema V_Prop/Filtro





PA

Tarea 1.2: Estación de filtración: Medición y control

Nombre: Fecha:


Si se trabaja con EasyPort digital/analógico und FluidLab®-PA, deberá rellenarse lasiguiente tabla.


N° Pregunta Respuesta Observación

1 Forma de la línea

característica

2 La histéresis depende de: -

Modificación lenta del valor nominal

H=...........3 Determinar la histéresis:

Modificación rápida del valor nominalH=............

Cálculo:

H=U/Unom*100

4

¿Qué valor nominal (V)

debe ajustarse para limpiar

el filtro mediante un chorro

con la presión que se indica

a continuación?

p =0,5bar =……….voltios



– Explique la línea característica. – Explique el comportamiento del sistema con bajas tensiones.


EvaluaciónIndicación





PA A-21


Nombre: Fecha:

1.2.2 Enlaces lógicos Hoja 1 de 8

En este proceso de filtración, el agua proveniente del depósito de agua sucia sebombea hacia el depósito de agua limpia pasando por el filtro. Una segunda bombase encarga de aprovechar el agua limpia para enjuagar el filtro o para utilizarla en

procesos ulteriores. Para que la estación funcione fiablemente, debe disponerse de

un determinado nivel de llenado en los depósitos. De esta manera se evita que labomba funcione en seco, lo que podría dañar las bombas y, además, tendría comoconsecuencia que entrara aire en las tuberías, por lo que disminuiría el rendimientode las bombas.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.Las hojas de datos de los componentes del proceso, el diagrama de flujo RI y losesquemas de distribución se incluyen en la introducción del manual de trabajo y en

la documentación técnica de la estación MPS® PA.Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico, con FluidSim® Neumática o con elPLC con SimBox digital/analógica.

Determine las condiciones que deben cumplirse para activar y reponer losactuadores. Complete las tablas respectivas. Complete el plan de enlaces lógicos.

Redacte un programa de prueba para comprobar el funcionamiento de la estación.El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: agitar, mezclar, filtrar elagua y enjuagar el filtro.Cada operación de bombeo deberá activase con una tecla. Mientras se pulsa la teclaestá activada la bomba, siempre y cuando el depósito contenga suficiente agua. – Pulsador S1: inicio de la operación de «agitar» – Pulsador S2: inicio de la operación de «filtrar» – Pulsador S3: inicio del proceso parcial de «enjuagar»

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®:Redacte el programa con FluidSIM® y compruebe el funcionamiento correcto.

Las teclas S1, S2 y S3 se incluyen en el esquema de distribución de FluidSIM®.

Información

Planificación

Ejecución

Indicación





PA


Nombre: Fecha:


Trabajar con el PLC:Redacte el programa con el software de programación de su PLC. Cargue elprograma al PLC y haga una prueba.

Conecte la SimBox digital/analógica a un conector libre de su panel PLC. Utilice

SimBox digital/analógica para controlar los pulsadores S1, S2 y S3.


Condiciones para la activación de la operación de agitar R104

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico

Dirección Enlace Observación

S1 &Pulsador

LS- 102 1B3 DI 2 &Detector(nivel de llenado inferior en el depósito

B101)

1B9 &Detector

(corredera, posición superior)

Condiciones para la reposición de la operación de agitar R104

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2 ≥1Pulsador

S3Pulsador

LS- 102 DI 2 ≥1

Sin detector

(nivel de llenado inferior en el depósito

B101)

1B9Sin detector


Indicación





PA A-23


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación de Corredera V102

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2 &Pulsador

LS- 102 &

1B7 &Sin detector

(compuerta abierta)

Condiciones para la reposición de Corredera V102

Símbolo

diagramaRI

Símbolo

esquemaeléctrico


S1 ≥1Pulsador

≥1Pulsador

1B2 ≥1

Detector

(nivel de llenado superior en el depósito

B101)

LS+ 103 ≥1

Detector

(nivel de llenado superior en el depósitoB102)

1B3 ≥1

Sin detector


B101)





PA


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación de Bomba P102 en la estación siguiente

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3 &Pulsador

LS- 104 &

Detector


B102)

1B9

Condiciones para la reposición de Bomba P102 en la estación siguiente

Símbolodiagrama

RI

Símboloesquema

eléctrico


S1 ≥1Pulsador

≥1Pulsador

LS+ 101

1B5 ≥1

Sin detector

(nivel de llenado inferior en el depósitoB102)





PA A-25


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación de la bomba 101 para bombear el agua sucia

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 ≥1Pulsador

S2

1B3 &

Condiciones para la reposición de la bomba 101 para bombear el agua sucia

Símbolo

diagramaRI

Símbolo

esquemaeléctrico


S3 ≥1Pulsador

1B3 ≥1

Sin detector


B101)

LS+ 103 &

1B9 &Sin detector






PA


Nombre: Fecha:


– Complete los esquemas de enlaces lógicos

Agitador R104 conectado

Corredera V102 en posición superior

Red 1

Red 2





PA A-27


Nombre: Fecha:


Bomba P102 de estación siguiente conectada

Bomba P101 de agua sucia conectada

Red 3

Red 4





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Por qué debe evitarse que entre aire en las tuberías?


Evaluación





PA A-29


Nombre: Fecha:

1.2.3 Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación Hoja 1 de 3

El valor nominal que se puede regular debería elegirse de tal modo (punto detrabajo) que el valor real del tramo de regulación pueda alcanzar el valor deseado.Para determinar el punto de trabajo, primero se determina el valor mínimo posible

de la señal de regulación (en este caso: la presión mínima posible) y, a continuación,

el valor máximo posible de la señal de regulación (en este caso: la presión máximaposible).

Adaptación de la señal del sensor.El sensor de presión emite una señal de tensión. Esta señal puede convertirse en

unidades de bar utilizando las hojas de datos.Esta conversión se realiza recurriendo a la ecuación de una recta:

100

6Bar

V

Bb

}X

Y

YX

Aa

Diagrama de la ecuación de la recta

b x a +⋅= Y

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del sensor e Y = Presión en [bar].


En la documentación técnica de la estación MPS® PA se incluyen las hojas de datosde los componentes del proceso y los esquemas de distribución.Solucione la tarea utilizando la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico

con FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Información

Indicación:

Planificación





PA


Nombre: Fecha:


– Realice las siguientes series de medición:1º Active la válvula proporcional reguladora de presión.2º Determine la presión mínima posible del tramo de regulación aumentando

lentamente la señal de regulación de la válvula proporcional, hasta que el sensor

de presión emita una señal.3º Determine la presión máxima posible del tramo de regulación. Para ello,continúe aumentando la señal de regulación de la válvula proporcional hasta quela señal del sensor alcance un valor máximo.

4º Incluya los valores medidos en la tabla y calcule el valor medio (punto de

trabajo) del sensor.5º Modifique la señal de regulación de la válvula proporcional reguladora de

presión, de modo que se alcance el valor medio de la presión.

6º Incluya la tensión en la tabla.

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA y según la rampa en

función del tiempo, la señal de regulación de la válvula proporcional puede asumircualquier valor entre 0 y 100%. La línea característica del sensor de presión seincluye en el diagrama. A continuación pueden leerse directamente las presiones

máxima y mínima posibles.


Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de la presión

Sensor de presiónSeñal de regulación

V_Prop [V] Presión [Bar] Señal de salida [V]

Valor mínimo de

medición

Punto de trabajo

Valor máximo de

medición

Ejecución

Indicación





PA A-31


Nombre: Fecha:


– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen defuncionamiento de la válvula proporcional reguladora de la presión y en elmargen de medición del sensor.


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:

1.2.4 Identificación del tramo de regulación Hoja 1 de 4

Para seleccionar el regulador más apropiado, debe conocerse el comportamiento deun tramo de regulación en función del tiempo. Conociendo este dato, es posiblerecibir informaciones sobre el dinamismo del tramo de regulación y definir el ajuste

del regulador.

Para determinar el comportamiento de un tramo de regulación en función deltiempo, es necesario que se produzca una respuesta gradual. Tratándose de tramoscon retardo, por ejemplo, en el caso de un acumulador de energía, se determina laconstante del tiempo del tramo aplicando una tangente o tangente de inflexión (sihay varios retardos) en la curva.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se ofrecen informaciones

sobre los métodos de determinación.Solucione la tarea utilizando SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógicocon FluidLab®-PA.

– Realice las siguientes series de medición:1º Determine la respuesta gradual del tramo de regulación en el punto de trabajo.

Para ello, determine la tensión de la válvula proporcional aplicando el valormedio de la presión. Aplique la tensión de la válvula proporcional al actuadorregulador del tramo de regulación.

2º Identifique el número ordinal del tramo de regulación recurriendo a la siguientegráfica. ¿Se trata de un tramo de orden 0, de primer orden o de un ordensuperior?

x x

Rt

1 234

Tramos con retardo

Información

Planificación

Ejecución





PA A-33


Nombre: Fecha:


– Para tramos de 1er orden:3º Determine gráficamente la constante del tiempo Ts del tramo de regulación.4º Ponga la tangente (original) «a» en la curva.

5º Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo.

6º Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo)en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a».7º Dibuje la línea horizontal en el punto de intersección de la curva y de la

perpendicular. En este punto, el valor real de la curva debería encontrarse en el63% del «valor máximo».

8º En la escala, determine el tiempo que necesita el sistema para alcanzar ese 63%.Esta es la constante del tiempo Ts.

9º Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin

oscilaciones), después de producirse la respuesta gradual inicial.

0 10 20 30 40 50 600

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t

t

A a

Tramo de 1er orden

Y X

y

x K s =





PA


Nombre: Fecha:


– Tramos de orden superior:3º Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva.4º Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo.

5º Dibuje la perpendicular (90° en relación con el valor máximo) en el punto de

intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta línearecta es el tiempo de retardo Tu6º Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo)

en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». La distanciaentre Tu y esta línea recta es el tiempo de compensación Tg.

7º Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones)después de producirse la respuesta gradual.

0 20 40 60 80 100 1200

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t)

t

Ta

Tramo de orden superior

Y X

y

x K s =





PA A-35


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? – ¿De qué tipo de tramo se trata, es decir, de qué orden es? – ¿Qué constante(s) del tiempo se obtiene/obtienen? – Explique el comportamiento del sistema.


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:

1.2.5 Niveles de presión con rampa Hoja 1 de 2

En la práctica deberán evitarse que se produzcan picos de presión que puedenafectar las válvulas y los f iltros. Para evitar ese riesgo, las señales deben enviarse enforma de rampa al actuador regulador.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.La documentación técnica de la estación MPS® PA incluye las hojas de datos de loscomponentes del proceso y los esquemas de distribución.Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

En la prueba a ejecutar, deberá aplicarse y retirarse la presión de enjuague en formade rampa.

1º Revise la presión de funcionamiento.2º Active analógicamente la válvula proporcional reguladora de presión.3º Programe el tiempo escalonado según el que la válvula proporcional deberá

aumentar y disminuir la presión.

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y con FluidLab®-PA, la rampa está

programada. Además, el valor puede ajustarse en porcentajes, determinando así larelación entre la tensión y la presión (limitación de la regulación de la válvulaproporcional)

Información

Planificación

Ejecución

Indicación





PA A-37


Nombre: Fecha:


– ¿Qué diferencia existe entre una válvula proporcional y una válvula proporcionalreguladora de presión?


Evaluación





PA





PA A-39

Tarea 1.3: Estación de filtración : Regulación

Nombre: Fecha:

1.3.1 Regulador de dos puntos Hoja 1 de2

Un regulador de dos puntos es un regulador discontinuo. Por ejemplo, si el valorreal es inferior al valor nominal, se CONECTA la bomba; si el valor real es superior alvalor nominal, la bomba se DESCONECTA. Para evitar que el actuador regulador esté

conectándose y desconectándose constantemente, se definen los límites de

conmutación superior e inferior. Esta diferencia se llama diferencia de conmutación.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Deberán ejecutarse los siguientes pasos:1º Revise la presión de funcionamiento de la estación.2º Active digitalmente la válvula proporcional reguladora de presión.

3º Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido al solucionar la tarea 1.2.3 seutiliza como valor nominal.Determine los límites superior e inferior de conmutación.

Los límites de conmutación deberán cubrir un margen un 5% superior e inferioral valor nominal.

Parámetro Valor

Valor nominal (w) en el

punto de trabajo

Margen de conmutación

superior

Margen de conmutación

inferior

4º Utilice los valores de la tabla como parámetros del regulador de dos puntos.

Trabajando con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA, el valor nominal w no

tiene dimensión.

Información

Planificación

Ejecución

Indicación





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Cómo reacciona el sistema? – Describa el comportamiento de la regulación. – Nombre aplicaciones típicas para los reguladores de dos puntos.


Evaluación





PA A-41


Nombre: Fecha:

1.3.2 Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) Hoja 1 de 5

En comparación con un regulador de dos puntos, el regulador continuo tiene unaseñal de regulación continua. Esta señal se calcula en función de la diferencia deregulación.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informacionesimportantes.Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC conpantalla táctil.

Estudie el funcionamiento de diversos tipos de reguladores continuos.1º Revise la presión de funcionamiento.

2º Active analógicamente la válvula proporcional reguladora de presión cambiandolas conexiones en el tablero para obtener la modalidad analógica.

3º Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido en la tarea 1.2.3 se utiliza como

valor nominal.

Parámetro Valor normalizado Valor físico [bar]

Valor nominal (w) en el punto

de trabajo

4º Introduzca el valor nominal en el regulador e inicie el proceso de regulación.5º Compruebe el comportamiento del tramo de regulación utilizando diversos

reguladores continuos.

Información

Planificación

Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


Regulador P

– Regule el tramo utilizando un regulador P. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp que constan

en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor.

Parámetro Valor

KP 1

KP 2

KP 5

Lista de parámetros

Ejecución





PA A-43


Nombre: Fecha:


Regulador I

– Regule el tramo utilizando un regulador I. – Para ello, utilice consecutivamente los valores de reajuste Tn indicados en la

tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor.

Parámetro Valor

Tn 10

Tn 5

Tn 2


Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


Regulador PI

– Regule el tramo utilizando un regulador PI. – Para ello, utilice consecutivamente los factores de amplificación Kp y los tiempos

de reajuste Tn indicados en la tabla. – Apunte la respuesta gradual correspondiente a cada valor.

Parámetro Valor Parámetro Valor

KP 2 Tn 10

KP 2 Tn 5

KP 5 Tn 10

KP 5 Tn 5


Ejecución





PA A-45


Nombre: Fecha:


– ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P? – ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I? – ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI? – En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor

tiempo de regulación? – ¿Qué regulador es el más apropiado para este tramo si se pretende regular hasta

cero?


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:

1.3.3 Método de optimización según Ziegler-Nichols Hoja 1 de 3

El tramo de regulación de la presión de la estación de filtración es un tramo PT1 o I.Es importante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para eltramo a regular.

En el transcurso del tiempo se desarrollaron numerosos métodos para definir los

parámetros de regulación apropiados. Pero la validez de un método para determinaro calcular los valores de los parámetros apropiados depende de las característicasdel tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para definir los parámetroses el método de ajuste según Ziegler-Nichols.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de filtración.En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen indicacionesimportantes.

Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC conpantalla táctil.

Aplicando este método, primero se trabaja con un regulador P. En una primera fase,no están activadas las partes I y D del regulador.Parte P Coeficiente proporcional Kp = 0

Parte I Tiempo de reajuste Tn = 500 sParte D Tiempo de acción derivada Tv = 0

Regulador P:1º Ajustar el valor nominal.2º Aumentar Kp lentamente, hasta que se produzca una oscilación periódica en el

circuito de regulación.3º Determinar Kp y la duración crítica del período.4º Incluir los valores en la fórmula.

Información

Planificación

Ejecución





PA A-47


Nombre: Fecha:


Regulador Kp Tr Tv

P 0,50 KRk - -

PI 0,45 KRk 0,85 Tk -

PID 0,60 KRk 0,50 Tk 0,12 Tk

0 5 10 15 20 25 30

0

30

60

100

W/X

t

10

20

40

50

70

80

90

t

TK

W/X

Método de oscilación según Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué factor escogió usted y por qué? – ¿Qué valor fue obtenido para Kp, Tn, Tv? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo?


Evaluación




PA B-1

Parte B: Estación de mezcla __________________________________________ B-1

Tarea 2.1: Examinar las instalaciones y los componentesTarea 2.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________B-5Tarea 2.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________B-7Tarea 2.1.3: Completar el esquema de distribución neumático________________B-9Tarea 2.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ B-11Tarea 2.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones_______________________ B-13

Tarea 2.2: Medición y controlTarea 2.2.1: Línea característica del sistema de la bomba __________________ B-17Tarea 2.2.2: Enlaces lógicos__________________________________________ B-24Tarea 2.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ B-33Tarea 2.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ B-36Tarea 2.2.5: Mezclar en función de las cantidades ________________________ B-40

Tarea 2.3: RegulaciónTarea 2.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ B-43Tarea 2.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ B-45Tarea 2.3.3: Ajuste manual de los parámetros de regulación _______________ B-50

Índice



Índice

B-2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • MPS®

PA




PA B-3

• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación «Mezcladora»• Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo• Usted puede leer y completar los esquemas de distribución neumáticos• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba.• Usted conoce la construcción y el funcionamiento del detector de caudal.• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de las válvulas de procesos

continuos• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de los detectores de final de

carrera• Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación

y puede redactar una lista de atribuciones de estos componentes• Usted puede obtener las líneas características y analizarlas• Usted puede redactar un programa• Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de



comportamiento de la regulación• Usted puede parametrizar reguladores continuos (P, PI, PID) según un método

de ajuste manual

La estación de mezclado se utiliza para automatizar parcialmente un proceso de

producción. Para poner en funcionamiento la estación posteriormente, deberáprimero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes másimportantes.• Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBox



1º Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivosobjetivos didácticos.


estudie el funcionamiento de los componentes.5º Confeccione un programa de enlaces lógicos.6º Revise las secuencias del esquema.7º Determine el punto de trabajo del tramo de regulación.

8º

Identifique el tramo de regulación y determine el número ordinal.9º Ajuste el regulador continuo y discontinuo y evalúe su funcionamiento.

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla


Información

Tareas del proyecto





PA





PA B-5

Tarea 2.1: Estación «Mezcladora». Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


La estación de mezclar incluye tres depósitos pequeños y un depósito para mezclar.El fluido contenido en los tres depósitos se transporta hacia el depósito paramezclar mediante una bomba y tres válvulas para procesos continuos. Durante la

operación de bombeo, se mide el caudal volumétrico con un detector de caudal o

caudalímetro. Con una segunda bomba se bombea el líquido hacia la siguienteestación o nuevamente hacia los tres depósitos originales.

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Mezcladora».

El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido por tuberías einstrumentos (diagrama RI) de la estación, incluyen la denominación de loscomponentes.


3

4

2

1

5

Denominación de los

componentes del sistema

Información

Planificación

Ejecución





PA

Tarea 2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:




1 Válvula de bola de 2/2 vías

2B201

3 Detector de posición «depósito B201, parte

superior»

4 Detector de caudal

5P201

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI de la estación demezclar constan identificaciones diferentes para el «depósito B201, parte superior». – Explique esta diferencia.


Denominación de loscomponentes del proceso

Evaluación





PA B-7


Nombre: Fecha:


El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es undibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. Se trata de unarepresentación esquematizada de las partes del proceso. Concretamente, el

diagrama RI refleja la posición geométrica del sistema de tuberías. Además, incluye

los componentes de control y regulación según DIN 10628. Las magnitudes demedición se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición,de control y de regulación) según la norma DIN 19227-1.

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Mezcladora».Las denominaciones y los símbolos de los componentes se encuentran en la

introducción del manual de trabajo.

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos y

complete el diagrama de flujo RI correspondiente a la estación de mezclar.

La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permiteanalizar el funcionamiento del equipo.

Información

Planificación

Ejecución

El diagrama de flujo

constituido por tuberías einstrumentos (diagrama RI)





PA


Nombre: Fecha:




FI

Detector de caudal

LS-

LA+

Bomba analógica

V

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición FI yFIC.

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de mediciónLA+ y LS+.


Descripción del


Evaluación





PA B-9

Tarea2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


La distribución en el esquema neumático sirve como criterio para diferenciar laatribución de los componentes neumáticos a sus respectivos grupos.


Los esquemas de distribución, las denominaciones y los símbolos de loscomponentes constan en la introducción del manual de trabajo, en ladocumentación técnica de la estación MPS® PA y de FluidSIM® Neumática.

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos de

los componentes neumáticos y complete el esquema de distribución neumáticode la estación de mezclar.

Información

Planificación

Ejecución






PA

Tarea2.1: Estación de mezcla. Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:





– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene la estrangulación del aire de escape?


Descripción del


Evaluación





PA B-11


Nombre: Fecha:


En la estación MPS® PA de mezclado se utilizan diversos componentes paraprocesos continuos. Los datos técnicos son importantes para entender elfuncionamiento de los componentes de la estación.




ción en el

diagrama de

flujo


Bomba P201

Tensión [V] ______

Potencia eléctrica [W] ______Caudal máx. [l/min] ______

Detector de

caudal

Principio de medición:

El rotor emite impulsos que son convertidos en

una señal de tensión

Margen de medición [l/min] ______

Señal del detector [Hz] ______

Convertidor

de valores de

medición F/U

Entrada:

Generador de frecuencias rectangulares ______

Válvula de

procesos

continuos

Presión neum. mín. [bar] ______Intensidad máx. [mA] ______

Detector de

posición final

superior

Nivel de llenado;

límite superior en

el depósito B204



Detector de

posición final

inferior

Nivel de llenado;

límite inferior en el

depósito B204



Información

Planificación

Ejecución

Datos técnicos





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué frecuencia tiene la señal emitida por el detector de caudal si el caudal es de2 l/min.? Para obtener el cálculo, es necesario realizar una operaciónmatemática.


Evaluación





PA B-13


Nombre: Fecha:


Para analizar el funcionamiento de la estación MPS® PA de mezclado, el control se

produce con la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC. De esta manera es posible atribuir las señales desalida y de entrada. La tabla de atribuciones constituye la base para la


Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado.Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes estánincluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

– Llene los depósitos con 2 litros. – Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-

PA o la pantalla táctil del PLC al terminal E/S y al terminal analógico de la

estación. – Active las bombas y válvulas y observe el equipo y los estados de los LED en el

terminal E/S de la estación.

– Complete la tabla de atribuciones.

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


DI 0

2B2 DI 1 Depósito B102 parte superior

DI 2

DI 3

DI 4

DI 5

DI 6

DI 7

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


2PV1 AI0 Valor real X (presión)

Información

Planificación

Ejecución







PA


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort/

SimBox

Dirección

PLC


2M1 DO 0 Bomba mezcladora P201 conectada

DO 1

DO 2

DO 3

DO 4

DO 5

DO 6

DO 7

Símbolo DirecciónEasyPort/

SimBox

DirecciónPLC


2CO1 AO 0 Valor de regulación Y (bomba P201)

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en latabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estadoen la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o lapantalla táctil del PLC.



Control





PA B-15


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de mezclar si el actuador reguladoranalógico (la bomba) se controla digitalmente?


Evaluación





PA





PA B-17

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medición y control

Nombre: Fecha:

2.2.1 Línea característica del sistema de la bomba Hoja 1 de 7

Con el fin de determinar el comportamiento del sistema compuesto por los tubos yla bomba, es necesario conocer el margen óptimo de medición del detector decaudal y el margen de funcionamiento de la bomba. El comportamiento cambia

dependiendo de qué bomba bombea hacia el depósito de mezcla.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado.Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes estánincluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o

la pantalla táctil del PLC.

Determine la línea característica del sistema de la bomba. A la bomba se le atribuye

una tensión. Con la tensión se controlan las revoluciones del motor de la bomba. Laturbina de la bomba genera un caudal y el líquido fluye a través de los tubos. Elcaudalímetro mide el caudal y emite una señal de una frecuencia determinada. El

convertidor de señales medidas convierte esa señal en una tensión de 0 - 10 voltios.Se mide la tensión y se redacta la tabla de valores. De esta manera es posibleobtener la línea característica mediante un diagrama.

– Realice las siguientes series de medición:bombeo desde el depósito 1

1º Abra la válvula del primer depósito.2º Aplique tensión en la bomba.3º Ponga en funcionamiento la bomba.4º Mida la señal de tensión y rellene la tabla de valores. Convierta el valor de

medición del detector en unidades de l/min.5º Confeccione la línea característica.

6º Repita la prueba con el segundo y el tercer depósito. Al final, efectúe la pruebacon los tres depósitos.

7º Dibuje las líneas características de las cuatro series de medición en el diagramautilizando colores diferentes.

Utilice la segunda bomba para bombear el agua nuevamente a los depósitos paraque se obtenga un circuito de bombeo.

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA:

Al comparar directamente los tramos, es posible dibujar hasta tres líneascaracterísticas superpuestas.

Información

Planificación

Ejecución

Atención

Indicación





PA


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del

detector decaudal en V

Caudal en

l/min.

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal deldetector de

caudal

en V

Caudal en

l/min.

El agua únicamente se bombea desde el depósito 1.

Tabla de valoresDepósito 1





PA B-19


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del

detector decaudal

en V

Caudal en

l/min.

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del

detector de

caudal en V

Caudal en

l/min.







PA


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del


Caudal en

l/min.

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00


caudal en V

Caudal en

l/min.







PA B-21


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del


Caudal en

l/min.

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00


caudal en V

Caudal en

l/min.

El agua se bombea simultáneamente desde los tres depósitos.

Al iniciar la prueba, el nivel de llenado de los tres depósitos es el mismo.

Tabla de valoresDepósito 1-3





PA


Nombre: Fecha:


– Dibuje las líneas características.

L/min

V

Líneas características delsistema Tuberías/bomba





PA B-23


Nombre: Fecha:


– Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican ladiferencia entre las líneas características.

– Explique el comportamiento del sistema a bajas tensiones. – Explique el comportamiento del sistema al disminuir el nivel de llenado en el

depósito. – ¿Qué influencia tienen diversos niveles de llenado en las líneas características?


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:


Para un funcionamiento fiable de la estación de mezclar, los depósitos deben tenerniveles de llenado determinados antes de bombear desde ellos el agua hacia eldepósito de mezcla. De esta manera se evita que la bomba funcione en seco, lo que

podría dañar las bombas y, además, tendría como consecuencia que entrara aire en

las tuberías, por lo que disminuiría el rendimiento de las bombas.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado.Las hojas de datos de los componentes del proceso, el diagrama de flujo RI y losesquemas de distribución se incluyen en la introducción del manual de trabajo y en



Redacte un programa para comprobar el funcionamiento de la estación.El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: bombear agua desde los

diversos depósitos hacia el depósito de mezcla.La operación de bombeo deberá iniciarse con un pulsador para cada depósito. Laoperación deberá continuar mientras se pulsa la tecla y mientras el depósitocontenga suficiente agua. – Pulsador S1: bombeo de agua desde el depósito B201 hacia el depósito de

mezcla B204 – Pulsador S2: bombeo de agua desde el depósito B202 hacia el depósito de

mezcla B204 – Pulsador S3: bombeo de agua desde el depósito B203 hacia el depósito de

mezcla B204 – Pulsador S4: bombeo de agua desde el depósito B204 de vuelta al depósito

B201 o B202 o B203.


Los pulsadores S1, S2, S3 y S4 se incluyen en el esquema de distribución deFluidSIM®.

Información

Planificación

Ejecución

Indicación





PA B-25


Nombre: Fecha:




SimBox digital/analógica para controlar los pulsadores S1, S2, S3 y S4.

– Complete las tablas.

Condiciones para la activación de la válvula V201

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 &Pulsador

LS202 2B3 DI 2 &Detector(nivel de llenado inferior en el depósito

B201)

Condiciones para la reposición de la válvula V201

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 ≥1Sin pulsador

LS202 2B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B201)

Indicación





PA


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2Pulsador

LS203


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 Sin pulsador





PA B-27


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3Pulsador

LS204


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3Pulsador

LS204

Condiciones para la activación de la bomba P201

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 ≥1 Pulsador

S2 ≥1 Pulsador

S3 ≥1 Pulsador

Condiciones para la reposición de la bomba P201

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 & Sin pulsador

S2 & Sin pulsador

S3 & Sin pulsador





PA


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S4 &Pulsador

LS 206 &


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S4 ≥1 Sin pulsador

LS 206 ≥1

Utilizar las válvulas manuales para que sea posible bombear el agua hacia eldepósito elegido (B201, B202 o B203).

Observación





PA B-29


Nombre: Fecha:



Válvula mezcladora V201 conectada


Red 1

Red 2





PA


Nombre: Fecha:



Bomba mezcladora P201 conectada

Red 3

Red 4





PA B-31


Nombre: Fecha:


Bomba mezcladora P202 Bomba conectadaRed 5





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Porqué debe evitarse que entre aire en las tuberías?


Evaluación





PA B-33

Tarea 2.2: Estación de mezcla. Medir y regular

Nombre: Fecha:

2.2.3 Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación Hoja 1 de 3

El caudal del flujo desde la bomba hacia el depósito de mezcla debe ser constantepara obtener un buen resultado de medición. El valor nominal que se puede regulardebería elegirse de tal modo (punto de trabajo) que el valor real del tramo de

regulación pueda alcanzar el valor deseado. Para determinar el punto de trabajo,

primero se determina el valor mínimo posible de la señal de regulación (en estecaso: la presión mínima posible) y, a continuación, el valor máximo posible de laseñal de regulación (en este caso: la presión máxima posible).

Adaptación de la señal del detector:

El detector de caudal y el convertidor de valores de medición posterior emiten unaseñal de tensión. Esta señal puede convertirse en unidades de l/min.Esta conversión se realiza recurriendo a la ecuación de una recta:

100

0,9

L/min

V

Bb

}X

Y

YX

Aa


b x a +⋅= Y

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del detector e Y = caudal en [l/min].

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclar.En la documentación técnica de la estación MPS® PA se incluyen las hojas de datos

de los componentes del proceso y los esquemas de distribución.Solucione la tarea utilizando la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógicocon FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Información

Observación

Planificación





PA


Nombre: Fecha:


– Realice las siguientes series de mediciones:1º Llene los tres depósitos B201, B202 y B203.2º Determine el caudal mínimo posible del tramo de regulación aumentando

lentamente la señal de regulación de la bomba P201, hasta que el detector de

caudal emita una señal.3º Determine el caudal máximo posible del tramo de regulación. Para ello, continúeaumentando la señal de regulación de la bomba P201 hasta que la señal deldetector alcance un valor máximo.

4º Incluya los valores medidos en la tabla y calcule el valor medio (punto de

trabajo) del sensor.5º Ajuste la tensión de la bomba hasta que se alcance el valor medio del caudal.6º Incluya la tensión en la tabla.

IndicaciónAl trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA y según la rampa en

función del tiempo, la señal de regulación de la bomba P201 puede asumir cualquiervalor entre 0 y 100%. La línea característica del detector de caudal se incluye en eldiagrama. A continuación se pueden leer directamente los caudales máximo y

mínimo posibles.


Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación del caudal

Detector de caudal

Margen de funcionamiento de la

bomba

Detector de caudal

con flotador

Señal de

regulación

bomba P201

[V]

Caudal

[l/min.]

Señal de

salida

Convertidor

de valores de

medición [V]

Valor indicado

[l/h]

Valor mínimo de

medición

Punto de trabajo

Valor máximo demedición

Ejecución





PA B-35


Nombre: Fecha:


– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen defuncionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector.


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:


Para seleccionar el regulador más apropiado, debe conocerse el comportamiento deun tramo de regulación en función del tiempo. Para determinar el comportamientode un tramo de regulación en función del tiempo, es necesario que se produzca una

respuesta gradual. Tratándose de tramos con retardo, se determina la constante del

tiempo del tramo aplicando una tangente o tangente de inflexión en caso de tramosde orden superior.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado.En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se ofrecen informaciones


– Realice las siguientes series de medición:1º Determine la respuesta gradual del tramo de regulación en el punto de trabajo.

Para ello, determine la tensión de la bomba aplicando el valor medio de lacaudal. Aplique la tensión de la bomba al actuador regulador del tramo deregulación.

2º Identifique el número ordinal del tramo de regulación recurriendo a la siguientegráfica.

x x

Rt

1 234

Tramos con retardo

Información

Planificación

Ejecución





PA B-37


Nombre: Fecha:


– Forma de proceder tratándose de tramos de 1er orden:3º Determine gráficamente la constante del tiempo Ts del tramo de regulación.4º Ponga la tangente (original) «a» en la curva.

5º Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo.

6º Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo)en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a».7º Dibuje la línea horizontal en el punto de intersección de la curva y de la


8º En la escala, determine el tiempo que necesita el sistema para alcanzar ese 63%.Esta es la constante del tiempo Ts.

9º Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin


0 10 20 30 40 50 600

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t

t

A a

Tramo de 1er orden

Y X

y

x K s =





PA


Nombre: Fecha:


– Forma de proceder tratándose de tramos de orden superior:• Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva.• Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo.• Dibuje la perpendicular (90° en relación con el valor máximo) en el punto de

intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta línearecta es el tiempo de retardo Tu• Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo)


3º Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones)después de producirse la respuesta gradual.

0 20 40 60 80 100 1200

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t)

t

Ta


Y X

y

x K s =





PA B-39


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? – ¿Qué constante(s) del tiempo Ts se obtiene/obtienen? – Explique el comportamiento del tramo.


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:

2.2.5 Mezclar en función de las cantidades Hoja 1 de 3

Existen tres posibilidades para determinar la cantidad de la mezcla: – En función del tiempo suponiendo un caudal constante hacia el depósito de

mezcla – En función de la cantidad midiendo el flujo

– Midiendo el contenido del depósito de mezcla (sin detector de nivel de llenado).

Al mezclar en función del tiempo, se regula el caudal con la bomba, que hace lasveces de actuador regulador. La cantidad de agua que fluye hasta que se obtiene elcaudal nominal no es constante, con lo que el resultado de la medición no es

preciso.Midiendo la cantidad de agua que fluye se obtiene un mejor resultado de medición.En este caso, se mide el caudal real y se van sumando las cantidades. Cada gota de

agua que fluye se suma hasta que se alcanza la cantidad deseada.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado.

La documentación técnica de la estación MPS® PA incluye las hojas de datos de loscomponentes del proceso y los esquemas de distribución.Solucione la tarea con SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con

FluidLab®-PA o el PLC.

Utilizando un software, se bombea una cantidad de agua sucesivamente desde losdepósitos de agua hacia el depósito de mezcla. A continuación se comprueba lacantidad de agua vertida en el depósito de mezcla.1º Llenar los tres depósitos B201, B202 y B203.2º Leer el nivel en la escala de los depósitos de agua y comparar el valor con el

valor nominal de la mezcla.3º Seleccionar el depósito y la cantidad deseada e iniciar el proceso de bombeo.

Trabajando con EasyPort digital/analógico y con FluidLab®-PA:El caudal real se va sumando y se representa en un diagrama.

Trabajando con un PLC:Los impulsos emitidos por el detector de caudal pueden leerse directamente con uncontador rápido. Téngase en cuenta la frecuencia máxima de entrada del contadordel PLC (consulte la hoja de datos del detector de caudal).

Información

Planificación

Ejecución

Observación





PA B-41


Nombre: Fecha:


Terminación del punto de trabajo del tramo de regulación de caudal

Depósito de agua Depósito de mezcla

N°

Cantidad

nominal

[ml]

Tensión

puesta en la

bomba[voltios]

Desde

depósito n° Nivel de agua

antes

Nivel de agua

después Antes Después

1 1

2 2

3

500 4

3

4 1

5 2

6

500 6

3

7 1

8 2

9

500 7

3

10 1

11 2

12

500 9

3





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Por qué no se puede regular con la operación de bombear una determinadacantidad en función del tiempo?

– ¿Porqué es mejor el método de «Mezclar en función de las cantidades»?

– ¿Porqué no es exacta la cantidad de agua a pesar de aplicar este método?

– ¿Con qué tensión aplicada a la bomba son menores las imprecisiones demedición?


Evaluación





PA B-43

Tarea 2.3: Estación de mezcla. Regulación

Nombre: Fecha:


Un regulador de dos puntos es un regulador discontinuo. La señal de regulaciónestá CONECTADA o DESCONECTADA. Si el valor real es inferior al valor nominal, seCONECTA la bomba; si el valor real es superior al valor nominal, la bomba se

DESCONECTA. Para evitar que el actuador regulador esté conectándose y

desconectándose constantemente, se definen los límites de conmutación superior einferior. Esta diferencia se llama diferencia de conmutación.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado.Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Deberán ejecutarse los siguientes pasos:1º Llenar el depósito B201.

2º Efectuar pruebas de bombear el agua desde el depósito B201 con la bombaP201 a través de la válvula V201.

1º Llenar el depósito de mezcla B204.2º Abrir la válvula manual V210 y bombear el agua en un circuito.3º Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido al solucionar la tarea 2.2.3 se

utiliza como valor nominal.Determine los límites superior e inferior de conmutación.Los límites de conmutación deberán cubrir un margen un 5% superior e inferioral valor nominal.

Parámetro Valor


punto de trabajo

Límite superior de

conmutación

Límite inferior de

conmutación

4º Utilice los valores de la tabla como parámetros del regulador de dos puntos.

Trabajando con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA, el valor nominal w notiene dimensión.

Información

Planificación

Ejecución

Alternativa

Indicación





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Cómo reacciona el sistema? – Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos. – Describa el comportamiento de la regulación.


Evaluación





PA B-45


Nombre: Fecha:



Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado.En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informacionesimportantes.Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC conpantalla táctil.

Estudie el funcionamiento de diversos tipos de reguladores continuos.1º Llenar Depósito B201.

2º Efectuar pruebas de bombear el agua desde el depósito B201 con la bombaP201 a través de la válvula V201.

1º Llenar el depósito de mezcla B204.2º Abrir la válvula manual V210 y bombear el agua en un circuito.3º Activar la bomba analógicamente cambiando las conexiones a «funcionamiento

analógico» en el tablero de conexiones.4º Incluya los valores en la tabla.

Parámetro Valor

normalizado

Valor

l/min


de trabajo

5º Introduzca el valor nominal en el regulador e inicie el proceso de regulación.6º Compruebe el comportamiento del tramo de regulación utilizando diversos


Continuar cerrando la válvula V210.

Información

Planificación

Ejecución

Alternativa

Perturbación





PA


Nombre: Fecha:


Regulador P



Parámetro Valor

KP 1

KP 5

KP 10

KP 50


Ejecución





PA B-47


Nombre: Fecha:


Regulador I



Parámetro Valor

Tn 50

Tn 5

Tn 1

Tn 0,5


Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


Regulador PI




Kp 2 Tn 5

Kp 2 Tn 2

Kp 5 Tn 5

Kp 5 Tn 2


Ejecución





PA B-49


Nombre: Fecha:




cero?


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:

2.3.3 Ajuste manual de los parámetros de regulación sin conocer el comportamiento del sistema Hoja 1 de 2

El tramo de regulación de la presión de la estación de mezclado es un tramo PT1. Esimportante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para eltramo a regular.


parámetros de regulación apropiados. Pero la validez de un método para determinaro calcular los valores de los parámetros apropiados depende de las característicasdel tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para definir los parámetroses el método de ajuste manual.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de mezclado.En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen indicacionesimportantes.

Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC conpantalla táctil.

En este caso se desconocen los parámetros de regulación para una regulaciónóptima del equipo. Para mantener estable el circuito de regulación en cualquiercircunstancia, deberán efectuarse los siguientes ajustes:

Parte P Coeficiente proporcional Kp = 0,1Parte I Tiempo de reajuste Tn = 500 sParte D Tiempo de acción derivada Tv = 0

Regulador PI:1º Ajustar el valor nominal y bajar a cero la diferencia de regulación.2º Aumentar Kp lentamente, hasta que se produzca una oscilación debido a

pequeñas modificaciones del valor nominal.

3º Disminuir ligeramente Kp hasta eliminar las oscilaciones.4º Disminuir ligeramente Tn hasta que vuelvan a aparecer las oscilaciones.5º Aumentar ligeramente Tn hasta eliminar las oscilaciones.

Información

Planificación

Ejecución





PA B-51


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor se obtuvo para Kp? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo?


Evaluación





PA




PA C-1

Parte C: Estación reactor ______________________________________________C-1

Tarea 3.1: Examinar las instalaciones y los componentesTarea 3.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________C-5Tarea 3.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________ C-7Tarea 3.1.3: No procede: no hay componentes neumáticos __________________C-XTarea 3.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _______________C-9Tarea 3.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________C-11

Tarea 3.2: Medición y controlTarea 3.2.1: Línea característica del sistema calentador/fluido ______________C-15Tarea 3.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________C-22Tarea 3.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________C-29Tarea 3.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________C-32

Tarea 3.3: RegulaciónTarea 3.3.1: Regulador de dos puntos___________________________________C-35

Tarea 3.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________C-37Tarea 3.3.3: Método de regulación según la velocidad del aumento __________C-42

Índice



Índice

C-2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • MPS®

PA




PA C-3

• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación «Reactor»• Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo• Usted conoce la construcción y el funcionamiento del calentador.• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba• Usted conoce la construcción y el funcionamiento del sensor de temperatura• Usted conoce la construcción y el funcionamiento del detector de final de carrera• Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación

y puede redactar una lista de atribuciones de estos componentes• Usted puede obtener las líneas características y analizarlas

• Usted puede redactar un programa de enlaces lógicos• Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de


de la regulación

• Usted puede configurar reguladores continuos (P, PI, PID) y evaluar elcomportamiento de la regulación

• Usted puede parametrizar reguladores continuos (P, PI, PID) según el método del

aumento de velocidad.

La estación de reactor se utiliza para automatizar parcialmente un proceso de

producción. Para poner en funcionamiento la estación posteriormente, deberáprimero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes másimportantes.

• Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBoxdigital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctildel PLC.


1º Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivosobjetivos didácticos.


estudie el funcionamiento de los componentes.5º Confeccione un programa de enlaces lógicos.6º Revise las secuencias del esquema.7º Determine el punto de trabajo del tramo de regulación.8º Identifique el tramo de regulación y determine el número ordinal.9º Ajuste el regulador continuo y discontinuo y evalúe su funcionamiento.

Tareas. MPS® PA Estación reactor


Información

Proyecto





PA





PA C-5

Tarea 3.1: Estación reactor. Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


La estación de reactor calienta agua en un depósito con un calentador de inmersión.Un agitador se encarga de la distribución homogénea del calor en el depósito. Labomba de circulación puede ser considerada un sistema de refrigeración.

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Reactor».El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido por tuberías einstrumentos (diagrama RI) de la estación incluyen la denominación de loscomponentes.



Información

Planificación

Ejecución







PA C-7


Nombre: Fecha:


El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es undibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. El diagrama RIrefleja la posición geométrica del sistema de tuberías. Además, incluye los

componentes de control y regulación según DIN 10628. Las magnitudes de medición

se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición, de controly de regulación) según la norma DIN 19227-1.

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA

«Reactor».Las denominaciones y los símbolos de los componentes se encuentran en laintroducción del manual de trabajo.

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos ycomplete el diagrama de flujo RI correspondiente a la estación de reactor.

La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permiteanalizar el funcionamiento de los componentes del equipo.

Información

Planificación

Ejecución

El diagrama de flujoconstituido por tuberías einstrumentos (diagrama RI)





PA


Nombre: Fecha:




Calentador

TIC

LS-

Nivel de llenado, valor límite para alarma

TA+

V

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición TIC yTA+?

– ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de mediciónLA+ y LS+?


Descripción del


Evaluación





PA C-9


Nombre: Fecha:


En la Estación MPS® PA «Reactor» se utilizan diversos componentes para procesoscontinuos. Los datos técnicos son importantes para entender el funcionamiento delos componentes de la estación.



Componente Denominación

en el diagrama

de flujo


CalentadorRendimiento calorífico [W] ______

Tensión de control [VDC] ______

Sensor de

temperatura


Se mide la modificación de la resistencia

eléctrica del hilo de platino y se convierte en una

tensión

Margen de medición [°C] ______

Resistencia de medida ______

Bomba P301

Tensión [V] ______

Potencia eléctrica [W] ______

Caudal máx. [l/min] ______

Detector de

posición finalsuperior



Detector de

posición final

inferior



Información

Planificación

Ejecución







PA C-11


Nombre: Fecha:


Para analizar el funcionamiento de la estación MPS® PA de reactor, el control seproduce con la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC. De esta manera es posible atribuir las señales de



Las informaciones se hallan en el manual de la estación MPS® PA «Reactor».Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes estánincluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

– Llene el depósito del reactor con 7 litros de agua. – Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-




Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


DI 0

3B2 DI 1Depósito del reactor B301, parte

superior

DI 2

DI 3

DI 4

DI 5

DI 6

DI 7

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


3PV1 AI0 Valor real X (temperatura)

Información

Planificación

Ejecución







PA


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


2M1 DO 0 Calentador W303 conectado

DO 1

DO 2

DO 3

DO 4

DO 5

DO 6

DO 7

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


3CO1 AO 0Valor de regulación Y (calentador

W303)

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en latabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estadoen la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la

pantalla táctil del PLC.



Control





PA C-13


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de reactor si se desea controlardigitalmente el actuador regulador (calentador)?


Evaluación





PA





PA C-15

Tarea 3.2: Estación reactor. Medición y control

Nombre: Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido Hoja 1 de 7

Con el fin de determinar el comportamiento del sistema compuesto por el calentadory el fluido, es necesario conocer el margen óptimo de medición del sensor detemperatura y el margen de funcionamiento del calentador. El comportamiento

cambia dependiendo de qué fluido se calienta.

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Reactor».Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes estánincluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA ola pantalla táctil del PLC.

Determine la línea característica del sistema calentador/fluido. Al calentador se leatribuye una tensión. La tensión se aplica al calentador en forma de una modulaciónde duración de impulsos. Un sensor mide la temperatura Pt100. El sensor de

temperatura expresa la resistencia medida en magnitudes que expresan latemperatura. El convertidor de señales medidas convierte esa señal en una tensiónde 0 - 10 voltios. Se mide la tensión y se redacta la tabla de valores. De esta manera

es posible obtener la línea característica mediante un diagrama.

100

1000

W

V

500

Diagrama de relación ideal entre la tensión y la potencia

Información

Planificación

Ejecución

Modulación de duración deimpulsos





PA


Nombre: Fecha:


– Realice las siguientes series de mediciones:1º Vierta aprox. 4 litros de agua en el depósito del reactor.2º Mida la temperatura en el depósito.

3º La temperatura medida deberá elevarse en 15 Kelvin.

4º Calcule la potencia P necesaria si se pretende alcanzar la temperatura deseadaen 600 segundos.5º Complete la tabla.

Símbolo Denominación Parámetro Valor

3M1 Calentador Potencia P ......................W

3M1 Calentador Tensión U ......................VDC

3M1 Calentador Grado de eficiencia η 0,8 (80%)

H2O Agua Capacidad calorífica específica c 4182 J/(kg*K)

H2O Agua Temperatura mínima (temperaturaambiente) Tmín ......................°C

H2O Agua Temperatura deseada Tmáx ......................°C

H2O Agua Diferencia de temperatura ∆T 15 K

H2O Agua Medición 1 masa m 4 l

- - Tiempo t 600 s

6º Aplique la tensión determinada en el calentador.

7º Active el calentador.

Para que el calor se distribuya homogéneamente en el agua, es recomendable poneren funcionamiento el agitador 3M4 mientras se realizan las mediciones.

8º Mida la señal de resistencia emitida por el sensor y convertida en una tensión

eléctrica. Incluya los resultados en la tabla de valores. Convierta en °C losvalores medidos por en sensor.

9º Incluya la línea característica en un diagrama.

10º Compare el valor calculado con el valor medido.11º Refrigere el agua hasta que alcance la temperatura ambiente.

En caso necesario, sustituya el agua por agua fresca fría.

Medición 1

η∆ ⋅⋅=⋅⋅

tPTcm

Observación

Observación





PA C-17


Nombre: Fecha:


1º Vierta 4 litros de agua en el depósito del reactor.2º Mida la temperatura del agua en el depósito.3º Calcule la temperatura que se puede alcanzar en 600 segundos si el calentador

funciona con 800 W u 8 V.

4º Complete la tabla.


3M1 Calentador Potencia P 800 W

3M1 Calentador Tensión U 8 VDC



H2O AguaTemperatura mínima (temperatura

ambiente) Tmín ......................°C


H2O Agua Diferencia de temperatura ∆T .....…...............K


- - Tiempo t 600 s

5º Aplique en el calentador la tensión determinada.6º Active el calentador.

Para que el calor se distribuya homogéneamente en el agua, es recomendable poner

en funcionamiento el agitador 3M4 mientras se realizan las mediciones.

7º Mida la señal de resistencia emitida por el sensor y convertida en una tensióneléctrica. Incluya los resultados en la tabla de valores. Convierta en °C losvalores medidos por en sensor.

8º Incluya la línea característica en un diagrama.9º Compare el valor calculado con el valor medido.10º Refrigere el agua hasta que alcance la temperatura ambiente.


Medición 2

η∆ ⋅⋅=⋅⋅ tPTcm

Observación

Observación





PA


Nombre: Fecha:


1º Calcule la diferencia de temperatura que puede obtenerse si se calienta doblecantidad de agua.

2º Vierta 8 litros de agua en el depósito.

3º Mida la temperatura del agua en el depósito.

4º Complete la tabla.







ambiente) Tmin ......................°C


H2O Agua Diferencia de temperatura ∆T .....…...............K


- - Tiempo t 600 s

5º Aplique en el calentador la tensión determinada.6º Active el calentador.

Para que el calor se distribuya homogéneamente en el agua, es recomendable poner

en funcionamiento el agitador 3M4 mientras se realizan las mediciones.

7º Mida la señal de resistencia emitida por el sensor y convertida en una tensióneléctrica. Incluya los resultados en la tabla de valores. Convierta en °C losvalores medidos por en sensor.

8º Incluya la línea característica en un diagrama.9º Compare el valor calculado con el valor medido.10º Refrigere el agua hasta que alcance la temperatura ambiente.


Medición 3

Observación

Observación





PA C-19


Nombre: Fecha:



Tiempo en s 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600

Señal del

sensor detempera-

tura en V

Tempera-

tura en °C.

Calentamiento de 4 l de agua

Tiempo en s 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600

Señal del

sensor de

tempera-

tura en V

Tempera-

tura en °C.


Tiempo en s 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600

Señal del

sensor de

tempera-

tura en V

Tempera-

tura en °C.


Tabla de valoresMedición 1







PA


Nombre: Fecha:



Línea característica del sistema calentador/fluido

°C

s







PA


Nombre: Fecha:


Para un funcionamiento fiable de la estación de reactor, es necesario que el aguatenga un nivel mínimo en el depósito antes de poner en funcionamiento elcalentador o antes de iniciar la operación de bombeo. De esta manera se evita un

daño del depósito y que las bombas funcionen en seco. Al funcionar en seco,

podrían dañarse las bombas y, además, tendría como consecuencia que entrara aireen las tuberías, por lo que disminuiría el rendimiento del sistema.

La información se halla en el manual de la estación MPS® PA «Reactor».Las hojas de datos de los componentes del proceso, el diagrama de flujo RI y los

esquemas de distribución se incluyen en la introducción del manual de trabajo y enla documentación técnica de la estación MPS® PA.Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico, con FluidSim® Neumática o con el

PLC con SimBox digital/analógica.

Determine las condiciones que deben cumplirse para activar y reponer los

actuadores. Complete las tablas respectivas. Complete el plan de enlaces lógicos.

Redacte un programa para comprobar el funcionamiento de la estación.

El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: bombear, agitar y calentarel agua.El bombeo y el calentamiento deberán realizarse mediante un pulsador, es decir,mientras se aprieta el pulsador y habiendo suficiente agua en el depósito. – Pulsador S1, calentar el agua – Pulsador S2, agitar el agua – Pulsador S3, bombear el agua

Al trabajar con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®:

Redacte el programa de enlaces lógicos con FluidSIM® y compruebe elfuncionamiento correcto.

Utilizando FluidSIM®, los pulsadores S1, S2 y S3 se incluyen en el esquema dedistribución de FluidSIM®.


Conecte la SimBox digital/analógica a un conector libre de su panel PLC. UtiliceSimBox digital/analógica para controlar los pulsadores S1, S2 y S3.

Información

Planificación

Ejecución

Observación





PA C-23


Nombre: Fecha:



Condiciones para la activación del calentador W301

Símbolo

diagramaRI

Símbolo

esquemaeléctrico


S1 & Pulsador

LS- 303 3B3 DI 2 &

Detector


B301)

Condiciones para la reposición del calentador W301

Símbolo

diagramaRI

Símbolo

esquemaeléctrico


S1 ≥1Sin pulsador

.

DI 2 ≥1

Sin detector


B301)





PA


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación del agitador R304

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2 &Pulsador

LS- 303 &

Condiciones para la reposición del agitador R304

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico



3B3 ≥1Sin detector





PA C-25


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación de la bomba 301

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3 &Pulsador

LS- 303 &

&

Sin detector


B301)

Condiciones para la reposición de la bomba 301

Símbolodiagrama

RI

Símboloesquema

eléctrico


S3 ≥1Sin pulsador

3B2

Sensor


B301)

≥1

Sin detector


B301)





PA


Nombre: Fecha:



Calentador W301 conectado

Agitador R304 conectado

Red 1

Red 2





PA C-27


Nombre: Fecha:


Bomba P301Red 3





PA


Nombre: Fecha:




Evaluación





PA C-29


Nombre: Fecha:


La temperatura del agua en el depósito del reactor debe ser constante. El valornominal que se puede regular debería elegirse de tal modo (punto de trabajo) que elvalor real del tramo de regulación pueda alcanzar el valor deseado. Para determinar

el punto de trabajo, primero se determina el valor mínimo posible de la señal de

regulación (en este caso: la temperatura ambiente) y, a continuación, el valormáximo posible de la señal de regulación (en este caso: la máxima temperaturaposible de 60°C).

Adaptación de la señal del sensor:

El sensor de temperatura emite una señal de tensión. Esta señal puede convertirseen unidades de °C.Esta conversión se realiza recurriendo a la ecuación de una recta:

100

100

°C

V

Bb

}X

Y

YX

Aa


b x a +⋅= Y

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del sensor e y = Temperatura en [°C].

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Reactor».En la documentación técnica de la estación MPS® PA se incluyen las hojas de datosde los componentes del proceso y los esquemas de distribución.Solucione la tarea utilizando la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógicocon FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Información

Observación

Planificación





PA


Nombre: Fecha:


– Realice las siguientes series de medición:1º Vierta agua en el depósito hasta que reaccione el sensor B301.2º Determine la temperatura mínima posible del tramo de regulación (en este caso,

la temperatura ambiente).

3º La temperatura máxima posible es de 60°C. Por razones de seguridad, elcalentador se desconecta al alcanzarse una temperatura de 60°C.4º Incluya los valores medidos en la tabla y determine el valor medio (punto de

trabajo) del sensor.

2

ttt minmax _ −=

5º Incluya la tensión en la tabla.

–

Complete la tabla.

Sensor de temperatura

margen de funcionamiento del calentador

Temperatura

[°C]

Señal de salida

Convertidor de valores

de medición [V]

Valor mínimo de

medición Temperatura ambiente

Punto de trabajo 40

Valor máximo de

medición 60

Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de temperatura

Ejecución





PA C-31


Nombre: Fecha:


– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen defuncionamiento del calentador y en el margen de medición del sensor.


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:


Para seleccionar el regulador más apropiado, debe conocerse el comportamiento deun tramo de regulación en función del tiempo. Así se puede conocer el dinamismodel tramo de regulación y definirse el ajuste del regulador.

Para determinar el comportamiento de un tramo de regulación en función del

tiempo, es necesario que se produzca una respuesta gradual. Tratándose de tramoscon retardo, se determina la constante del tiempo del tramo aplicando una tangenteo tangente de inflexión en caso de varios retardos.

En este experimento se supone un comportamiento definido de regulación. Ello se

explica porque el estado estacionario (equilibrio) dentro del margen defuncionamiento del calentador supera la temperatura máxima del sistema. Si lapotencia calorífica es baja, se tardaría mucho tiempo para constatar la respuesta

gradual. En un sistema de regulación, no tiene importancia la regulación de latemperatura a baja potencia calorífica.

La información se halla el manual de la estación MPS® PA «Reactor».En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se ofrecen informaciones


– Realice las siguientes operaciones:(Se supone un sistema con comportamiento PT2).1º Determine la respuesta gradual del tramo de regulación con una potencia

calorífica de un 40%.2º Después de alcanzar la temperatura máxima de 55 – 60°C, el calentador se

desconecta automáticamente y sólo se vuelve a conectar si baja la temperaturadel agua a 45 °C o menos.

3º Recurriendo a la respuesta gradual obtenida, determine gráficamente el tiempomuerto Tt y el tiempo de retardo Tu del tramo de regulación. Confírmelo con elpunto de inflexión.

Información

Planificación

Ejecución





PA C-33


Nombre: Fecha:


– Forma de proceder tratándose de tramos de orden superior:1º Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva.2º Dibuje la perpendicular (90° en relación con el valor máximo) en el punto de

intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta línea

recta es el tiempo de retardo Tu

0 80 160 240 320 400 480

30

40

50

60

X°C

t

Stop

Tu

a


Y X

yK s =





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué constantes del tiempo Ts, Tt y Tu se obtienen? – Explique el comportamiento del sistema.


Evaluación





PA C-35

Tarea 3.3: Estación reactor. Regulación

Nombre: Fecha:


Un regulador de dos puntos es un regulador discontinuo. Si el valor real es inferioral valor nominal, se CONECTA la bomba; si el valor real es superior al valor nominal,la bomba se DESCONECTA. Para evitar que el actuador regulador esté conectándose

y desconectándose constantemente, se definen los límites de conmutación superior

e inferior. Esta diferencia se llama diferencia de conmutación.

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Reactor».Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Deberán ejecutarse los siguientes pasos:1º Llenar el depósito B301. – Controle el calentador digitalmente cambiando el puente de conexiones en el

panel de conexiones a modalidad «digital». – Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido al solucionar la tarea 3.2.3 se

utiliza como valor nominal.

Calcule los límites de conmutación superior e inferior.

Parámetro Valor


punto de trabajo

Límite superior de

conmutación

Límite inferior de

conmutación

– Utilice el valor nominal como parámetro del regulador de dos puntos.


Para acelerar el experimento, es recomendable conectar la bomba refrigeradoradurante la fase de enfriamiento.

Información

Planificación

Ejecución

Observación





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Cómo reacciona el sistema? – Para esta tarea, ¿es apropiado un regulador de dos puntos? – Describa el comportamiento de la regulación.


Evaluación





PA C-37


Nombre: Fecha:



Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de reactor.En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informacionesimportantes.Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC conpantalla táctil.

Estudie el funcionamiento de diversos tipos de reguladores continuos.1º Llenar el depósito. – Active el calentador analógicamente cambiando las conexiones a

«funcionamiento analógico» en el tablero de conexiones.

Parámetro Valornormalizado

Valor°C


de trabajo

– Introduzca el valor nominal en el regulador e inicie el proceso de regulación. – Enfríe el agua hasta que alcance la temperatura ambiente y compruebe el

comportamiento del tramo de regulación utilizando diversos reguladorescontinuos.

En vez de enfriar el agua, también es posible sustituirlo por agua fría.

Información

Planificación

Ejecución

Observación





PA


Nombre: Fecha:


Regulador P



Parámetro Valor

Kp 10


Ejecución





PA C-39


Nombre: Fecha:


Regulador I



Parámetro Valor

Tn 500

Tn 50


Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


Regulador PI




Kp 5 Tn 10

Kp 5 Tn 0.5


Ejecución





PA C-41


Nombre: Fecha:



tiempo de regulación?


Evaluación







PA C-43

Tarea 3.3: Estación « reactor. Regulación

Nombre: Fecha:

3.3.3 Método de regulación según la velocidad del aumento Hoja 2 de 3

Estructura de

regulación

Parámetro de regulación Encabezamiento

P

HUMAXP yTV

y%100K

⋅⋅

∆⋅=

PI

HUMAXP yTV2,1

y%100K

⋅⋅⋅

∆⋅=

UN T3,3T ⋅=

PID

HUMAXP yTV83,0

y%100K

⋅⋅⋅

∆⋅=

UN T2T ⋅=

UV T5,0T ⋅=

Hy = margen máx. de regulación

(por lo general, 100%)

y∆ = respuesta gradual predefinida

Fórmulas para la optimización de parámetros de regulación después de una respuesta para los tramos ( >PT2) con

compensación.

7º Configure el regulador utilizando los parámetros de regulación calculados einicie el proceso de regulación.





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor se obtuvo para Kp, Tn, Tv ? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo?


Evaluación




PA D-1

Parte D: Estación de llenado __________________________________________ D-1

Tarea 4.1: Examinar las instalaciones y los componentesTarea 4.1.1: Denominación de los componentes del sistema ________________ D-5Tarea 4.1.2: Completar el diagrama de flujo RI ____________________________ D-7Tarea 4.1.3: Completar el esquema de distribución neumático_______________ D-9Tarea 4.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ D-11Tarea 4.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones_______________________ D-13

Tarea 4.2: Medición y controlTarea 4.2.1: Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba ____ D-17Tarea 4.2.2: Enlaces lógicos__________________________________________ D-22Tarea 4.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ D-29Tarea 4.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ D-33Tarea 4.2.5: Comportamiento al llenar y vaciar el depósito _________________ D-37

Tarea 4.3: RegulaciónTarea 4.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ D-43Tarea 4.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ D-45Tarea 4.3.3: Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR)_____ D-50

Índice



Índice

D-2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • MPS®

PA




PA D-3

• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la estación «Llenado»• Usted puede interpretar y ampliar los diagramas de flujo• Usted puede leer y completar esquemas de distribución neumáticos• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la bomba• Usted conoce la construcción y el funcionamiento del detector de ultrasonido.• Usted conoce la construcción y el funcionamiento de la electroválvula de 2/2 vías• Usted conoce la construcción y el funcionamiento del detector de posiciones

finales• Usted puede determinar la ocupación de detectores y actuadores de la estación

y puede redactar una lista de atribuciones de estos componentes• Usted puede obtener las líneas características y analizarlas• Usted puede redactar un programa• Usted puede determinar el margen de funcionamiento y el punto de



comportamiento de la regulación• Usted puede parametrizar reguladores continuos (P, PI, PID) según el método de

ajuste de Chien-Hrones-Reswick (CHR).

La estación de llenado se utiliza para automatizar parcialmente un proceso deproducción. Para poner en funcionamiento la estación posteriormente, deberá

primero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes másimportantes.• Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBox



Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivosobjetivos didácticos.Analice y complete los esquemas de distribución.Confeccione una tabla de atribuciones.Determine las líneas características de los componentes y, a continuación, estudie elfuncionamiento de los componentes.Redacte un programa.Revise las secuencias del esquema.Determine el punto de trabajo del tramo de regulación.Identifique el tramo de regulación y determine el número ordinal.

Ajuste el regulador continuo y discontinuo y evalúe su funcionamiento.

Tareas. MPS® PA Estación de llenado


Información

Proyecto







PA D-5

Tarea 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


La estación de llenado tiene dos depósito, uno que contiene el líquido y otro dedosificación. El agua se bombea desde el primer depósito hacia el depósito dedosificación. Durante la operación de bombeo, se mide en todo momento el nivel de

llenado con un detector de ultrasonido. Una vez alcanzado el nivel deseado, se

dosifica el agua para llenar las botellas. La cantidad que se dosifica se regula enfunción del tiempo con una electroválvula. Las botellas se transportan hacia laestación de embotellado mediante una cinta de transporte.


«Llenado».El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido de tuberías einstrumentos (diagrama RI) de la estación incluyen la denominación de los

componentes.

– Determine y complete la denominación de los componentes que aparecen en la

fotografía.

3

1

2

4


Información

Planificación

Ejecución







PA D-7


Nombre: Fecha:


El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI) es undibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. El diagrama RIrefleja la posición geométrica del sistema de tuberías. Además, incluye los

componentes de control y regulación según DIN 10628. Las magnitudes de medición

se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición, de controly de regulación) según la norma DIN 19227-1.

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado».Las denominaciones y los símbolos de los componentes se encuentran en la

introducción del manual de trabajo.

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos y

complete el diagrama de flujo RI correspondiente a la estación de llenado.

Diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI)

La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permiteanalizar el funcionamiento de los componentes del equipo.

Información

Planificación

Ejecución





PA


Nombre: Fecha:




Detector de ultrasonido

LS-

LA+

Bomba analógica

V

– ¿Cuál es la diferencia entre V401 y V402? – ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición

LA+ y LS+?


Descripción del


Evaluación





PA D-9

Tarea4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


En el esquema de distribución neumático se muestran los componentes.

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado».

Los esquemas de distribución, las denominaciones y los símbolos de los

componentes constan en la introducción del manual de trabajo, en ladocumentación técnica de la estación MPS® PA y de FluidSIM® Neumática.

– Recopile las informaciones sobre las denominaciones y los símbolos correctos delos componentes neumáticos.

– Complete el esquema de distribución neumático de la estación de llenado.

Información

Planificación

Ejecución






PA

Tarea4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:





– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene un silenciador?


Descripción del


Evaluación





PA D-11


Nombre: Fecha:


En la Estación MPS® PA «Llenado» se utilizan diversos componentes para procesoscontinuos. Los datos técnicos son importantes para entender el funcionamiento delos componentes de la estación.

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Llenado».Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes del procesoestán incluidos en la parte D-Anexo.


Componente Denominación

en el diagrama

de flujo


Bomba P401

Tensión [V] ______

Potencia eléctrica [W] ______

Caudal máx. [l/min] ______

Detector de

ultrasonido


Se emite una señal acústica y se mide el tiempo

de reflexión. Esta señal se transforma en una

señal de tensión.

Margen de medición [mm] ______

Señal del detector [V] ______

Motor de

engranajes

Tensión [V] ______

Intensidad nominal [A] ______

Revoluciones del

eje de accionamiento [r.p.m.] ______

Detector de

posición final

superior



Detector de

posición final

inferior



Información

Planificación

Ejecución

Datos técnicos





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué tensión emite el detector de ultrasonido al alcanzarse un nivel de llenadode 2 litros? Para obtener la solución, es necesario realizar una operaciónmatemática.


Evaluación





PA D-13


Nombre: Fecha:


Para analizar el funcionamiento de la estación MPS® PA de llenado, el control seproduce con la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC. De esta manera es posible atribuir las señales de



La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado».Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes estánincluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

– Llene el depósito con 7 litros de agua. – Conecte la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-




Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


DI 0

4B2 DI 1 Depósito B401, parte superior

DI 2

DI 3

DI 4

DI 5

DI 6

DI 7

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


4PV1 AI0 Valor real X (nivel de llenado)

Información

Planificación

Ejecución







PA


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


4M1 DO 0 Bomba P401 conectada

DO 1

DO 2

DO 3

DO 4

DO 5

DO 6

DO 7

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


4CO1 AO 0 Valor de regulación Y (bomba P401)

AO 1

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en latabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estadoen la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o lapantalla táctil del PLC.



Control





PA D-15


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de llenado si se desea controlardigitalmente el actuador regulador (bomba)?


Evaluación





PA





PA D-17

Tarea 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre: Fecha:

4.2.1 Línea característica del sistema depósito dosificador/bomba Hoja 1 de 5

Para determinar el comportamiento del sistema «depósito de dosificación/bomba»,es necesario conocer el margen de medición óptimo del detector de ultrasonido y,además, el margen de funcionamiento de la bomba. El comportamiento cambia

dependiendo de la velocidad de flujo del agua a través de la válvula de salida hacia

el depósito y de la velocidad del llenado de las botellas.

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado».Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes estánincluidos en la documentación técnica de la estación MPS® PA.

Conecte al PC la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico conFluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

Determine la línea característica del sistema depósito dosificador/bomba. A labomba se le aplica una tensión. Con la tensión se controlan las revoluciones delmotor de la bomba. La turbina de la bomba genera un flujo a través de las tuberías y

el nivel de agua sube en el depósito de dosificación. El detector de ultrasonido captael nivel de llenado y emite una señal de tensión de 0 ... 10 voltios. Se mide la tensióny se confecciona una tabla de valores. Con los valores medidos se obtiene una línea

característica en el diagrama. A una potencia de bombeo determinada, se supera elmargen de medición del detector o se alcanza el nivel máximo de llenado en eldepósito de dosificación. El nivel máximo de llenado equivale a la presión estáticade bombeo (presión hidrostática).

– Realice las siguientes series de medición: Bombear desde el depósito B401 Cierre la válvula de salida del depósito de dosificación Aplique tensión en la bomba Ponga en funcionamiento la bomba Mida la señal de tensión y rellene la tabla de valores. Convierta el valor de la

medición del detector en unidades de l/min Confeccione la línea característica Repita la prueba con la válvula de salida V402 semiabierta Dibuje las líneas características de las dos series de medición en el diagrama

utilizando colores diferentes

Trabajando con EasyPort digital/analógico y con FluidLab®-PA:

Al comparar directamente los tramos, es posible dibujar hasta tres líneascaracterísticas superpuestas.

Información

Planificación

Ejecución

Observación





PA


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5


ultrasonido

en V

Nivel de

llenado

en l

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del

detector de

ultrasonido

en V

Nivel de

llenado

en l

Válvula de salida cerrada

Tabla de valores Válvula de salida cerrada







PA


Nombre: Fecha:


Dibuje las líneas características

L

V

Líneas características delsistema «Depósito de

dosificación/Bomba»





PA D-21


Nombre: Fecha:


– Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican ladiferencia entre las líneas características.

– Explique el comportamiento del sistema a bajas tensiones.


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:


Para un funcionamiento fiable de la estación de llenado, los depósitos deben tenerniveles de llenado determinados antes de bombear desde ellos el agua hacia eldepósito de dosificación. De esta manera se evita que la bomba funcione en seco, lo

que podría dañar las bombas y, además, tendría como consecuencia que entre aire

en las tuberías. La presencia de aire en las tuberías tiene como consecuencia unfuncionamiento deficiente del equipo. Además, las botellas únicamente deberánllenarse y transportarse si se cumplen todas las condiciones necesarias.


«Llenado».Las hojas de datos de los componentes del proceso, el diagrama de flujo RI y losesquemas de distribución se incluyen en la introducción del manual de trabajo y en



Redacte un programa para comprobar el funcionamiento de la estación.El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: bombear agua desde eldepósito hacia el depósito de dosificación, llenar y transportar las botellas.La operación de bombeo y de llenado deberá ejecutarse presionando pulsadores. Elsistema funciona mientras se aprieta el pulsador respectivo y si hay agua suficienteen el depósito correspondiente. – Pulsador S1: bombear agua – Pulsador S2: llenar las botellas – Pulsador S3: transportar las botellas


Los pulsadores S1, S2 y S3 se incluyen en el esquema de distribución de FluidSIM®.

Información

Planificación

Ejecución

Indicación





PA D-23


Nombre: Fecha:




SimBox digital/analógica para controlar los pulsadores S1, S2 y S3.



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 &Pulsador

LS- 202 4B3 DI 2 &Detector(nivel de llenado inferior en el depósito

B401)


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico



S2≥

1 Pulsador

LS- 202 4B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B401)

Indicación





PA


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2Pulsador

4B5Detector de reflexión directa

(botella en posición de llenado)


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 Pulsador

S3Pulsador

S2Sin pulsador







PA D-25


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación del motor de correa 4M3

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3Pulsador

4B4


(botella en primera posición de la cinta de

transporte)

Condiciones para la reposición del motor de correa 4M3

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico








PA


Nombre: Fecha:



Bomba P401 conectada

Válvula dosificadora V403 activada

Red 1

Red 2





PA D-27


Nombre: Fecha:


Motor de correa 4M3 conectadoRed 3





PA


Nombre: Fecha:




Evaluación





PA D-29


Nombre: Fecha:


El flujo del agua de la bomba hacia el depósito de dosificación debe ser constantepara obtener un buen resultado del llenado. Siendo constante el nivel de llenado enel depósito de dosificación, es posible controlar la operación de dosificación en

función del tiempo. El valor nominal modificable del regulador debería ajustarse de

tal modo (punto de trabajo) que el valor de regulación del tramo alcance el valordeseado.

1,5 L

0,5 L Min

3,0 L Max

Margen lineal. Depósito de dosificación

Para determinar el punto de trabajo, primero se determina el valor de regulaciónmínimo posible (en este caso, el nivel de llenado en el margen lineal) y, acontinuación, el valor máximo posible del valor de regulación (en este caso, elmáximo nivel de llenado posible).

Información





PA


Nombre: Fecha:


Adaptación de la señal del sensor:El sensor de presión emite una señal de tensión. Esta unidad puede convertirse enunidades de l/min. recurriendo a la hoja de datos.

Esta conversión se realiza recurriendo a la ecuación de una recta:

100

3,0L

V

Bb

}X

Y

YX

Aa


b x a +⋅= Y

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del sensor e Y = Nivel de llenado [l].

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado».En la documentación técnica de la estación MPS® PA se incluyen las hojas de datos

de los componentes del proceso y los esquemas de distribución.Solucione la tarea utilizando la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógicocon FluidLab®-PA o PLC con pantalla táctil.

Observación

Planificación





PA D-31


Nombre: Fecha:


– Realice las siguientes series de medición: Llene de agua el depósito principal B401. Determine el nivel de llenado mínimo posible del tramo de regulación dentro del

margen lineal. Para ello, aumente lentamente el valor de regulación de la bomba

P201 hasta que el agua alcanza el margen mínimo. Determine el nivel de llenado máximo posible del tramo de regulación. Para ello,

siga aumentando el valor de regulación de la bomba P201 hasta que la señal deldetector alcance un valor máximo.

Incluya los valores medidos en la tabla y calcule el valor medio (punto de

trabajo) del sensor. Ajuste la tensión de la bomba de tal manera que se alcance el valor medio de

llenado. Incluya la tensión en la tabla.


Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de nivel de llenado

Sensor de ultrasonido

Margen de funcionamiento de la bombaSeñal de

regulación

bomba P201 [V]

Nivel de llenado

[l]Señal de salida [V]

Valor mínimo de

medición

Punto de trabajo

Valor máximo de

medición

Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen defuncionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector.

– ¿Cuál es el margen lineal del tramo de regulación?


Evaluación





PA D-33


Nombre: Fecha:


Para seleccionar el regulador más apropiado, debe conocerse el comportamiento deun tramo de regulación en función del tiempo. Así se obtienen informaciones sobreel dinamismo del tramo de regulación y puede definirse el ajuste del regulador.

Para determinar el comportamiento de un tramo de regulación en función del

tiempo, es necesario que se produzca una respuesta gradual. Tratándose de tramoscon retardo (por ejemplo, un acumulador de energía), se determina la constante deltiempo del tramo aplicando una tangente.

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado».

En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se ofrecen informacionessobre los métodos de determinación.Solucione la tarea utilizando SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico

con FluidLab®-PA.

– Realice las siguientes series de medición:

1. Determine la respuesta gradual del tramo de regulación en el punto de trabajo.Para ello, determine la tensión de la bomba aplicando el valor medio de llenado.Aplique la tensión de la bomba al actuador regulador del tramo de regulación.

2. Identifique el número ordinal del tramo de regulación recurriendo a la siguientegráfica. ¿Se trata de un tramo de primer orden o de orden superior?

x x

Rt

1 234

Tramos con retardo

Información

Planificación

Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


– Forma de proceder tratándose de tramos de 1er orden: Determine gráficamente la constante del tiempo Ts del tramo de regulación. Ponga la tangente (original) «a» en la curva. Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo.

Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo)en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». Dibuje la línea horizontal en el punto de intersección de la curva y de la


En la escala, determine el tiempo que necesita el sistema para alcanzar ese 63%.Esta es la constante del tiempo Ts.

Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin


0 10 20 30 40 50 600

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t

t

A a

Tramo de 1er orden

Y X

y

x K s =





PA D-35


Nombre: Fecha:


– Forma de proceder tratándose de tramos de orden superior:• Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva.• Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo.• Dibuje la perpendicular (90° en relación con el valor máximo) en el punto de

intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el eje Y y esta línearecta es el tiempo de retardo Tu• Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo)


Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin oscilaciones)después de producirse la respuesta gradual.

0 20 40 60 80 100 1200

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t)

t

Ta


Y X

y

x K s =





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? – ¿De qué sistema se trata, es decir, de qué orden es el sistema? – ¿Qué constante(s) del tiempo Ts se obtiene/obtienen? – Explique el comportamiento del tramo.


Evaluación





PA D-37


Nombre: Fecha:

4.2.5 Comportamiento al llenar y vaciar el depósito Hoja 1 de 6

Un criterio de diferenciación del tramo de regulación es el comportamiento que seobserva al llenar y vaciar el depósito. La velocidad de llenado depende de variosfactores, por ejemplo, del nivel de llenado, de las secciones de los tubos, de la

velocidad del flujo del agua a través de la válvula de evacuación, etc.. Además, en

este contexto se pueden explicar conceptos como los siguientes: – Tramos con compensación – Tramos sin compensación – Presión hidrostática

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado».En la parte B-Nociones básicas del manual de trabajo se incluyen diversas

informaciones.Solucione la tarea con SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico conFluidLab®-PA o el PLC con pantalla táctil,

– Realice las siguientes series de medición:Bombeo desde el depósito principal B401.

1. Cierre la válvula de salida del depósito de dosificación.2. Aplique tensión en la bomba (recomendado: 10 V).3. Ponga en funcionamiento la bomba.4. Mida el tiempo que transcurre hasta que el agua alcanza el nivel máximo.5. Registre la mayor cantidad posible de valores de medición y rellene las tablas.6. Desactive la bomba.7. Mida el tiempo que transcurre hasta que el depósito de dosificación está vacío.8. Abra la válvula de salida del depósito de dosificación.9. Registre la mayor cantidad posible de valores de medición y rellene las tablas.

10. Repita los pasos 2 hasta 5, aunque esta vez con la válvula de evacuaciónabierta.

11. Registre la mayor cantidad posible de valores de medición y rellene las tablas.12. Incluya las líneas características en un diagrama.

Trabajando con EasyPort digital/analógico y con FluidLab®-PA:Para comparar directamente los tramos, pueden incluirse hasta tres líneascaracterísticas superpuestas en el diagrama.

Información

Planificación

Ejecución

Observación





PA


Nombre: Fecha:


Tensión de la bomba en V

Nivel de llenado [l] Tiempo [s] Nivel de llenado [l] Tiempo [s]

0,5 1,8

0,6 1,9

0,7 2,0

0,8 2,1

0,9 2,2

1,0 2,3

1,1 2,4

1,2 2,5

1,3 2,6

1,4 2,7

1,5 2,8

1,6 2,9

1,7 3,0

Medición 1Válvula de evacuacióncerrada, bomba enfuncionamiento





PA D-39


Nombre: Fecha:


Tensión de la bomba en V 0 V


3,0 1,7

2,9 1,6

2,8 1,5

2,7 1,4

2,6 1,3

2,5 1,2

2,4 1,1

2,3 1,0

2,2 0,9

2,1 0,8

2,0 0,7

1,9 0,6

1,8 0,5

Medición 2Válvula de evacuaciónabierta, bombadesconectada





PA


Nombre: Fecha:




0,5 1,8

0,6 1,9

0,7 2,0

0,8 2,1

0,9 2,2

1,0 2,3

1,1 2,4

1,2 2,5

1,3 2,6

1,4 2,7

1,5 2,8

1,6 2,9

1,7 3,0

Medición 3Válvula de evacuaciónabierta, bomba enfuncionamiento





PA D-41


Nombre: Fecha:



Líneas características del comportamiento del sistema al llenar y vaciar el depósito

L

t in [s]





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Cuál es el transcurso de la curva en la medición 1? – ¿Cómo se diferencian las curvas de las mediciones 1 y 3? – ¿Porqué decrece la curva de la medición 2?


Evaluación





PA D-43

Tarea 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre: Fecha:


Un regulador de dos puntos es un regulador discontinuo. Si el valor real es inferioral valor nominal, se CONECTA la bomba; si el valor real es superior al valor nominal,la bomba se DESCONECTA. Para evitar que el actuador regulador esté conectándose

y desconectándose constantemente, se definen los límites de conmutación superior

e inferior. Esta diferencia se llama diferencia de conmutación.

Las informaciones necesarias se ofrecen en la estación MPS® PA de llenado.Solucione la tarea utilizando EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC.

Deberán ejecutarse los siguientes pasos: Llene el depósito B401 con agua. Controle la bomba digitalmente. Para ello cambie los contactos a modalidad

«digital» en el panel de conexiones. Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido al solucionar la tarea 4.2.3 se

utiliza como valor nominal.Determine los límites superior e inferior de conmutación.Los límites de conmutación deberán cubrir un margen un 5% superior e inferior

al valor nominal.

Parámetro Valor


punto de trabajo

Límite superior de

conmutación

Límite inferior de

conmutación

Utilice los valores nominales de la tabla como parámetros del regulador de dospuntos.


Información

Planificación

Ejecución

Indicación





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Cómo reacciona el sistema? – Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos. – Describa el comportamiento de la regulación.


Evaluación





PA D-45


Nombre: Fecha:



Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Llenado».En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informacionesimportantes.Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC con

pantalla táctil.

Estudie el funcionamiento de diversos tipos de reguladores continuos. Llene de agua el depósito principal B401. Active la bomba analógicamente cambiando las conexiones a «funcionamiento

analógico» en el tablero de conexiones. Complete la tabla. El punto de trabajo obtenido en la tarea 4.2.3 se utiliza como

valor nominal

Parámetro Valor

normalizado

Valor

[ l ]


de trabajo

Introduzca el valor nominal en el regulador e inicie el proceso de regulación. Compruebe el comportamiento del tramo de regulación utilizando diversos


Información

Planificación

Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


Regulador P



Parámetro Valor

KP 2

KP 5

KP 10

KP 50


Ejecución





PA D-47


Nombre: Fecha:


Regulador I



Parámetro Valor

Tn 50

Tn 10

Tn 5

Tn 2


Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


Regulador PI




KP 2 TN 10

KP 2 TN 5

KP 5 TN 10

KP 5 TN 5


Ejecución





PA D-49


Nombre: Fecha:




cero?


Evaluación





PA


Nombre: Fecha:

4.3.3 Ajuste del regulador según Chien-Hrones-Reswick Hoja 1 de 3

El tramo de regulación de llenado de la estación de llenado es un tramo P . Esimportante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para eltramo a regular.


parámetros de regulación apropiados. Pero la validez de un método para determinaro calcular los valores de los parámetros apropiados depende de las característicasdel tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para realizar el ajuste es elmétodo de Chien-Hrones-Reswick.

Las informaciones necesarias constan en el manual de la estación MPS® PA«Llenado».En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen indicaciones

importantes.Solucione la tarea con EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o PLC conpantalla táctil.

– Realice las siguientes series de medición: Determine la respuesta gradual del tramo de regulación en el punto de trabajo.

Para ello determine la tensión de la bomba aplicando el valor medio del nivel dellenado. Aplique la tensión en el actuador regulador analógico (la bomba) deltramo de regulación.

Identifique el número ordinal del tramo de regulación. ¿Se trata de un tramo deprimer orden o de orden superior?

Ponga la tangente de inflexión en la curva. Dibuje una línea horizontal «valor máximo» a la altura del valor real máximo. Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo)

en el punto de intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el

eje Y y esta recta es (Tu). Dibuje la línea perpendicular (en 90° en relación con el punto del valor máximo)

en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». La distanciaentre Tu y esta recta es Tg.

Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sinoscilaciones), después de producirse la respuesta gradual inicial.

Información

Planificación

Ejecución





PA D-51


Nombre: Fecha:


0 20 40 60 80 100 1200

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t

t

Ta

Respuesta gradual

Los parámetros del regulador que se utilizará se determinan según la tablasiguiente.

Regulador Kp Tn Tv

P 0,30/Ks*Tg/Tu

PI 0,35/Ks*Tg/Tu 1,20*Tu

PID 0,60/Ks*Tg/Tu Tg 0,50*Tu

Y X

y

x K s =





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué regulador seleccionó usted y porqué? – ¿Qué valores se determinaron para Kp, Tn y Tv? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado?


Evaluación



709744 ES

MPS® PASoluciones




PA

Este sistema de estudio ha sido desarrollado y producido con el único propósito dela formación y el perfeccionamiento profesional en materia de automatización deprocesos continuos y de comunicación. La entidad de enseñanza y/o el estudiantedeberán velar por el cumplimiento de las medidas de seguridad indicadas en elpresente manual.Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por daños ocasionados a losestudiantes, a la entidad de enseñanza o a otros terceros debido a la utilización delos equipos sin fines exclusivos de enseñanza. Esta exclusión no se aplica si FestoDidactic ocasiona este tipo de daños de modo premeditado o gravemente culposo.

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El usuario autorizado puede multicopiar partes de esta documentación, aunque

únicamente con fines didácticos.

Utilización prevista y convenida




PA 3

Soluciones. Estación de filtratión

Solución 1.1: Examinar las instalaciones y los componentesSolución 1.1.1: Denominación de los componentes del sistema________________ 5Solución 1.1.2: Completar el diagrama de flujo RI ___________________________ 7Solución 1.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ______________ 9Solución 1.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ____________ 11Solución 1.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ______________________ 13

Solución 1.2: Medición y controlSolución 1.2.1: Línea carac. del sistema válvula prop. reguladora presión / filtro _ 16Solución 1.2.2: Enlaces lógicos _________________________________________ 19Solución 1.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación ____________ 26Solución 1.2.4: Identificación del tramo de regulación_______________________ 28Solución 1.2.5: Niveles de presión con rampa _____________________________ 30

Solución 1.3: RegulaciónSolución 1.3.1: Regulador de dos puntos _________________________________ 32Solución 1.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _______________ 34Solución 1.3.3: Método de optimización según Ziegler-Nichols _______________ 39

Soluciones. Estación de mezcla

Solución 2.1: Examinar las instalaciones y los componentesSolución 2.1.1: Denominación de los componentes del sistema_______________ 43Solución 2.1.2: Completar el diagrama de flujo RI __________________________ 45Solución 2.1.3: Completar el esquema de distribución neumático _____________ 47Solución 2.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ____________ 49Solución 2.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ______________________ 51

Solución 2.2: Medición y controlSolución 2.2.1: Línea característica del sistema de la bomba _________________ 54Solución 2.2.2: Enlaces lógicos _________________________________________ 61

Solución 2.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación ____________ 69Solución 2.2.4: Identificación del tramo de regulación_______________________ 71Solución 2.2.5: Mezclar en función de las cantidades _______________________ 73

Solución 2.3: RegulaciónSolución 2.3.1: Regulador de dos puntos _________________________________ 76

Solución 2.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _______________ 78Solución 2.3.3: Ajuste manual de los parámetros de regulación ______________ 83

Índice



Índice


PA

Soluciones. Estación reactor

Solución 3.1: Examinar las instalaciones y los componentesSolución 3.1.1: Denominación de los componentes del sistema_______________ 85Solución 3.1.2: Completar el diagrama de flujo RI __________________________ 87Solución 3.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ____________ 89Solución 3.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ______________________ 91

Solución 3.2: Medición y controlSolución 3.2.1: Línea característica del sistema calentador/fluido ____________ 95Solución 3.2.2: Enlaces lógicos ________________________________________ 100Solución 3.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________ 106Solución 3.2.4: Identificación del tramo de regulación______________________ 108

Solución 3.3: RegulaciónSolución 3.3.1: Regulador de dos puntos ________________________________ 110Solución 3.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ______________ 112

Solución 3.3.3: Método de regulación según la velocidad del aumento _______ 117

Soluciones. Estación de llenado

Solución 4.1: Examinar las instalaciones y los componentesSolución 4.1.1: Denominación de los componentes del sistema______________ 121Solución 4.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _________________________ 123

Solución 4.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ____________ 125Solución 4.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ___________ 127Solución 4.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones _____________________ 129

Solución 4.2: Medición y control

Solución 4.2.1: Línea carac. del sistema depósito dosificador/bomba _________ 132Solución 4.2.2: Enlaces lógicos ________________________________________ 136Solución 4.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________ 142Solución 4.2.4: Identificación del tramo de regulación______________________ 143

Solución 4.2.5: Comportamiento al llenar y vaciar el depósito _______________ 145

Solución 4.3: RegulaciónSolución 4.3.1: Regulador de dos puntos ________________________________ 151Solución 4.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ______________ 153Solución 4.3.3: Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR) ___ 158



Soluciones. MPS® PA Estación de filtratión


PA 5

Solución 1.1: Estación de filtratión: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


3

1

2

4






PA


Nombre: Fecha:



11B1

Sensor de presión

2 F101 Filtro

3V102

Corredera

4V103

Compuerta

5V106

Válvula de bola de 3 vías

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI se utilizan dosidentificaciones diferentes para la corredera. – Explique la diferencia.


La denominación V102 que aparece en el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos

(diagrama RI) es una denominación de proceso. Las funciones relacionadas con procesos en un EMCR

(técnica eléctrica, de medición, de control y de regulación) se describen en zonas EMCR. La

identificación se refiere a la magnitud de medición o a otra magnitud de entrada, a su procesamiento,

su efecto y la indicación de su lugar.

Una zona EMCR se representa por un círculo EMCR y se identifica con una letra (A – Z) y un número deidentificación. En la parte superior del círculo se encuentran las letras identificadoras y en la parte

inferior los números. El orden de utilización de las letras consta en la tabla «Letras de identificación

EMCR según DIN 19227».

La denominación 1M4, utilizada en el esquema de distribución eléctrico, se refiere a una función

eléctrica. Todos los componentes eléctricos de una estación MPS®

PA están identificados con el

símbolo que les corresponde. La denominación de los componentes incluidos en esquemas de

distribución eléctricos se rige por la norma DIN/EN61346-2.

Denominaciónde los componentes delproceso





PA 7


Nombre: Fecha:


Diagrama de flujo RI





PA


Nombre: Fecha:



FFiltro

LS-Detector de posición

LA+Valor límite de alarma

P101Bomba digital

VVálvula

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición

LA+ y LS+


Las denominaciones LA+ y LS+ se diferencian por la función que representan en la estación. Mientras

que ambos detectores indican el nivel de llenado en el depósito de agua, LA+ es un aviso de fallo

(suele utilizarse como PARADA DE EMERGENCIA).

Descripción delfuncionamiento de loscomponentes





PA 9


Nombre: Fecha:







PA


Nombre: Fecha:



Estrangulador


Compuerta con actuador giratorio neumático

– ¿Qué significado tiene la denominación de válvula de 5/2 vías? – ¿Qué función tiene la estrangulación del aire de escape en un cilindro

neumático?


La válvula de 5/2 vías tiene 5 conexiones y 2 posiciones de conmutación. Una conexión está prevista

para el aire comprimido. En las otras cuatro se conectan los conductos de trabajo o de escape. Según

su tipo, la válvula puede accionarse mediante aire comprimido (aire de pilotaje) o eléctricamente.

Las válvulas de estrangulación del aire de escape se atornillan a las conexiones 3 ó 5 de las válvulas

reguladoras. Con ellas se regula la velocidad del émbolo de cilindros estrangulando el aire de escape.

El tornillo de estrangulación permite ajustar la salida de aire. El aire de escape sale a través de un

silenciador integrado, por lo que el nivel de ruidos es menor.

Descripción delfuncionamiento de loscomponentes neumáticos





PA 11


Nombre: Fecha:


Componente

Denomina-

ción en el

diagrama de

flujo


Bomba P201

Bombea el líquidocontenido en un

depósito a través

del sistema de

tubos

Tensión [V] 24 V

Potencia eléctrica [W] 26 W

Caudal máx. [l/min] 9 l/min

Válvula

proporcional

reguladora

de presión

Prop_VSe utiliza para

regular la presión

proporcionalmente

a un valor nominal

Tensión del valor nominal [V] 0...10 V

Margen de presión [bar] 0,15...6 bar

Válvula de 3

víasV106

Para modificar el

sentido del flujo en

la estación

Presión neum. mín. [bar] 1 bar

Intensidad máx. [mA] 5,65 W

Sensor de

presión

1B1Para medir la

presión Margen de presión [bar] 0...10 bar

Señal del sensor [V] 0...10 V

Detector de

posición final

superior

( B101)

LS + 101 Detección del nivel;

valor límite

superior

Nivel de llenado hasta contacto [l] 6 l

Tipo (normalm. abierto/cerrado)

norm. abierto

Detector de

posición final

inferior

(B101)

LS- 102 Detección del nivel;

valor límite inferior



norm. abierto

EjecuciónDatos técnicos





PA


Nombre: Fecha:


– Describa la construcción y el funcionamiento de la válvula proporcional deregulación de presión.


La válvula proporcional reguladora de presión se utiliza para regular la presión proporcionalmente a

un valor nominal. Se utilizan principalmente para sustituir el ajuste manual de un regulador por un

ajuste eléctrico a distancia, por ejemplo, para modificar rápida y automáticamente diversos

parámetros de la máquina. Un sensor de presión integrado mide la presión en la utilización y compara

el valor con el valor nominal. Si hay diferencias entre el valor nominal y el valor real, se activa la

válvula reguladora hasta que la presión de salida alcanza el valor nominal.





PA 13


Nombre: Fecha:


Símbolo DirecciónEasyPort /SimBox

Dirección

PLC


1B1 DI 0 E 0.0 Presión de expulsión

1B2 DI 1 E 0.1 Depósito B101 parte superior

1B3 DI 2 E 0.2 Depósito B101 parte inferior



1B6/1B7 DI 5 E 0.5Compuerta abierta; corredera

inferior

1B8/1B9 DI 6 E 0.6Compuerta cerrada; corredera

superior

1PA_FREE DI 7 E 0.7

Receptor libre en la siguiente

estación

Símbolo Dirección

EasyPort/

SimBox

Dirección

PLC


1PV1 AI0 EW256 Valor real X (presión)







PA


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort/

SimBox

Dirección

PLC


1M1 DO 0 A 0.0 Presión del chorro de expulsión

1M2 DO 1 A 0.1 Bomba P101 agua sucia

1M3 DO 2 A 0.2Bomba P102 de la siguiente

estación

1M4 DO 3 A 0.3 Corredera

1M5 DO 4 A 0.4 Compuerta

1M6 DO 5 A 0.5 Válvula de bolas de 3 vías

1M7 DO 6 A 0.6 Agitador

1PA_BUSY DO 7 A 0.7 Estación PA ocupada

Símbolo Dirección

EasyPort/

SimBox

Dirección

PLC


1CO1 AO 0 AW256Señal de regulación Y, válvula

proporcional reguladora de presión







PA 15


Nombre: Fecha:


– Describa el comportamiento del actuador regulador analógico (válvulaproporcional reguladora de presión) en el caso del accionamiento con señalanalógica.


Para poder accionar analógicamente el actuador regulador analógico (válvula proporcional reguladora

de presión), es necesario cambiar las conexiones del puente en el panel de conexiones.

El actuador regulador reacciona en función de la tensión. Si no está activado (0 V), la válvula está

cerrada. Al aplicar una señal analógica, la válvula reacciona proporcionalmente al valor de la señal. De

esta manera puede regularse la presión.





PA

Solución 1.2: Estación de filtratión: Medición y control

Nombre: Fecha:


La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

Tensión en

la V_Prop

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del

Sensor de

presión en

V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

Presión

en bar0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

Tensión en

la V_Prop

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del

Sensor de

presión en

V

3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

Presión

en bar3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

Control de la válvula proporcional reguladora de presión.

Observación

Tabla de valores





PA 17


Nombre: Fecha:


La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.Llamada de atención

Líneas características delsistema V_Prop/Filtro





PA


Nombre: Fecha:

1.2.1 Línea característica del sistema válvula proporcional reguladora de presión /

filtro

Hoja 3 de 3


N° Pregunta Respuesta Observación

1 Forma de la línea

característicaLineal

No hay histéresis.Margen de

funcionamiento

sólo hasta 3 bar.

2 La histéresis depende de:Depende de la velocidad del

cambio del valor nominal

Cuanto mayor la

velocidad, tanto

mayor la histéresis

Determinar la histéresis:Modificación lenta del valor

nominal H = 0,13

Modificación rápida del valor

nominal H = 0,3

4

¿Qué valor nominal (V) debe

ajustarse para limpiar el filtro

mediante un chorro con la

presión que se indica a

continuación?

p = 0,5 bar = 0,5 voltios

p = 1,0 bar = 1,0.voltios

p = 1,5 bar = 1,5.voltios

– Explique la línea característica. – Explique el comportamiento del sistema con bajas tensiones.


Siendo bajas las tensiones, la válvula proporcional reguladora de presión se encuentra fuera del

margen de funcionamiento. Sólo a partir de 0,15 voltios empieza la zona lineal de la válvula.

Observación





PA 19


Nombre: Fecha:


– Pulsador S1, Inicio del proceso parcial «mezclar» – Pulsador S2, Inicio del proceso parcial «filtrar» – Pulsador S3, Inicio del proceso parcial «enjuagar»

La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®.

Condiciones para la activación de la operación de agitar R104

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - &Pulsador

LS- 102 1B3 DI 2 &

Detector

(Nivel de llenado inferior en el depósito

B101)

- 1B9 DI 6 &Detector


Condiciones para la reposición de la operación de agitar R104

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S2 - ≥1Pulsador

- S3 - ≥1Pulsador

LS- 102 1B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B101)

- 1B9 DI 6 ≥1Sin detector


Solución

Observación





PA


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación de la corredera V102

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S2 - &Pulsador

LS- 102 1B3 DI 2 &

Detector


B101)

- 1B7 DI 5 &Sin detector

(compuerta abierta)

Condiciones de reposición de la corredera V102

Símbolodiagrama

RI

Símboloesquema

eléctrico


- S1 - ≥1Pulsador

- S3 - ≥1Pulsador

LS+ 101 1B2 DI 1 ≥1

Detector


B101)

LS+ 103 1B4 DI 3 ≥1Detector(nivel de llenado superior en el depósito

B102)

LS- 102 1B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B101)





PA 21


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación de la bomba P102 de la siguiente estación

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S3 - &Pulsador

LS- 104 1B5 DI 4 &

Detector


B102)

- 1B9 DI 6 &Detector


Condiciones para la reposición de la bomba P102 de la siguiente estación

Símbolodiagrama

RI

Símboloesquema

eléctrico


- S1 - ≥1Pulsador

- S2 - ≥1Pulsador

LS+ 101 1B2 DI 1 ≥1

Detector


B101)

LS- 104 1B5 DI 4 ≥1Sin detector(nivel de llenado inferior en el depósito

B102)





PA


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación de la bomba P101 de agua sucia

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - ≥1Pulsador

- S2 - ≥1Pulsador

LS- 102 1B3 DI 2 &

Detector


B101)

Condiciones para la reposición de la bomba 101 de agua sucia

Símbolodiagrama

RI

Símboloesquema

eléctrico


- S3 - ≥1Pulsador

LS- 102 1B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B101)

LS+ 103 1B4 DI 3 &

Sensor


B102)

- 1B9 DI 6 &Sin detector






PA 23


Nombre: Fecha:


– Agitador R104 conectado

– Corredera V102 en posición superior

Esquema de enlaces lógicos

Red 1

Red 2





PA


Nombre: Fecha:


– Bomba P102 de estación siguiente conectada

– Bomba P101 de agua sucia conectada

Red 3

Red 4





PA 25


Nombre: Fecha:




El aire contenido en los tubos evita el funcionamiento correcto del sistema.

Debe evitarse que las bombas funcionen en seco, ya que de lo contrario pueden dañarse.





PA


Nombre: Fecha:



Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de la presión

Sensor de presiónSeñal de regulación

V_Prop [V] Presión [Bar] Señal de salida [V]

Valor mínimo de

medición O,2 0,1 0,1

Punto de trabajo 3 1,25 1,25

Valor máximo de

medición 6,2 2,6 2,6

Hinweis





PA 27


Nombre: Fecha:


– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen defuncionamiento de la válvula proporcional reguladora de la presión y en elmargen de medición del sensor.


Debe disponerse, como mínimo, de una presión de funcionamiento de 1 bar para que la válvula

proporcional reguladora de presión pueda funcionar de modo óptimo.

El margen de trabajo se redujo a 0 - 2,6 bar con el limitador de presión.

La posición del montaje del sensor y la pérdida de presión en el sistema de tuberías inciden en el

resultado de la medición.





PA


Nombre: Fecha:


Ejemplo para determinar la constante del tiempo Ts





PA 29


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks? – ¿De qué tipo de tramo se trata, es decir, de qué orden es? – ¿Qué constante(s) del tiempo se obtiene/obtienen? – Explique el comportamiento del sistema.


Amplificación del tramo Ks = 1

PT1, tramo de 1er orden

Ts = 32 ms

Los tramos con compensación (tramos PT1) son tramos que se distinguen por asumir un valor final

estacionario después de un tiempo determinado. En ese caso, la energía alimentada es igual a la

energía evacuada. En el caso del tramo de regulación de la presión es válido lo siguiente: el nivel de

presión en el filtro aumenta si aumenta la presión aplicada. Por lo tanto, al aumentar la presión,

también aumenta el flujo de salida del filtro. Si el caudal volumétrico de salida es igual al caudal

volumétrico de alimentación, se produce una situación estática (equilibrio debido a la compensación

de presiones), por lo que ya no cambia la presión en el filtro.





PA


Nombre: Fecha:


La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.Observación





PA 31


Nombre: Fecha:


– ¿Qué diferencia existe entre una válvula proporcional y una válvula proporcionalreguladora de presión?


La válvula proporcional reguladora de presión se utiliza para regular una presión proporcionalmente a

un valor nominal previamente definido. Se utilizan principalmente para sustituir el ajuste manual de

un regulador por un ajuste eléctrico a distancia, por ejemplo, para modificar rápida y

automáticamente diversos parámetros de la máquina. Un sensor de presión integrado mide la presión

en la utilización y compara el valor con el valor nominal. Si hay diferencias entre el valor nominal y el

valor real, se activa la válvula reguladora hasta que la presión de salida alcanza el valor nominal.

Con una válvula proporcional es posible regular el caudal de gases neutros y de líquidos. Puede

utilizarse como actuador regulador ajustable a distancia o puede montarse en circuitos de regulación.

La válvula proporcional es una válvula de 2/2 vías de accionamiento directo. Dependiendo de la

intensidad de la bobina, el émbolo de la válvula se separa de su asiento, permitiendo el paso desde la

conexión 1 hacia la conexión 2. Si no se aplica corriente, la válvula está cerrada. La válvula se repone

por la fuerza de un muelle. Una señal externa se transforma en una señal de alta frecuencia demodulación, con la que es posible regular de modo continuo el paso que deja abierto la válvula. La

frecuencia de esta señal puede elegirse en función de la válvula que se utiliza.

Evaluación





PA

Solución 1.3: Estación de filtratión: Regulación

Nombre: Fecha:



Parámetro Valor

normalizado

Valor físico


punto de trabajo

0,21 1,26

Límite de conmutación

superior

- 0,5

Límite de conmutación

inferior

- 0,5

Observación





PA 33


Nombre: Fecha:


– ¿Cómo reacciona el sistema? – Describa el comportamiento de la regulación. – Nombre aplicaciones típicas para los reguladores de dos puntos.


En este tipo de regulador, la señal de regulación sólo puede asumir dos estados definidos. La salida

del regulador conmuta entre esos dos estados, dependiendo de cuál de los valores límites se superó.

En el ejemplo, la señal de regulación salta a su valor máximo al producirse la conexión y el valor

continúa aumentando hasta alcanzar el valor límite superior. El regulador reacciona reduciendo la

señal de regulación. El valor disminuye hasta alcanzar el valor límite inferior. A partir de ese momento

se invierte nuevamente la función.

La histéresis puede aumentarse o disminuirse, lo que significa que puede reducirse o prolongarse el

intervalo entre las señales.

El regulador de dos puntos es especialmente apropiado para regular tramos con una gran constante

del tiempo que, en el ejemplo, sería la regulación de la presión. Otras aplicaciones pueden ser, por

ejemplo, la regulación de un compresor, de la temperatura ambiente o de la humedad.

Evaluación





PA


Nombre: Fecha:


Parámetro Valor normalizado Valor físico [bar]


de trabajo

0,21 1,3





PA 35


Nombre: Fecha:


Regulador P

Ejemplo con Kp = 5

Ejecución





PA


Nombre: Fecha:


Regulador I

Ejemplo con Tn = 5

Ejecución





PA 37


Nombre: Fecha:


Regulador PI

Ejemplo con Kp = 2, Tn = 5

Ejecución





PA


Nombre: Fecha:




cero?


Regulador P: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a la señal de entrada. La desventaja

consiste en la persistencia de una diferencia remanente de regulación. Si Kp es demasiado grande, el

sistema produce oscilaciones.

Regulador I: el sistema reacciona muy lentamente a un cambio del valor nominal. La ventaja consiste

en que la diferencia de regulación baja a cero.

Regulador PI: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a un cambio del valor nominal. La

diferencia de regulación se anula completamente. El regulador PI combina las ventajas de los

reguladores P y reguladores I. La parte P se ocupa de una respuesta rápida a la señal, mientras que la

parte I consigue disminuir a cero las diferencias de regulación.

Considerando que el tramo de regulación de la presión es el tramo P, el regulador I es óptimo para

esta tarea de regulación.





PA 39


Nombre: Fecha:


La solución se obtuvo con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.Observación





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué factor escogió usted y por qué? – ¿Qué valor se obtuvo para Kp, Tn, Tv? – ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo?


Kp: Regulador P: 2,2

Regulador PI: 1,98

Regulador PID: 2,64

Tn: Regulador PI: 0,298

Regulador PID: 0,175

Tv: Regulador PID: 0,042

Recurriendo al parámetro previamente ajustado, la respuesta gradual permite comprobar diversos

comportamientos. Tratándose de una regulación con regulador P, la señal de salida alcanza de modo

relativamente rápido un estado estacionario; sin embargo, no es posible anular la diferencia deregulación. Si se efectúa la misma prueba con un regulador PI, puede observarse una ligera

sobreoscilación de la señal de salida. El valor nominal se alcanza rápidamente y sin diferencia

remanente de regulación. El regulador PID es el que más rápidamente elimina la diferencia de

regulación. Tras algunas pocas sobreoscilaciones, se alcanza un estadio de equilibro.

Evaluación





PA 41


Nombre: Fecha:


Ejemplo con Kpr = 2,2.

Ejemplo con Kpr = 1,98, Tn = 0,298.





PA


Nombre: Fecha:


Ejemplo con Kpr = 2,64, Tn = 0,175, Tv = 0,042.



Soluciones. MPS®

PA Estación de mezcla


PA 43

Solución 2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


3

4

2

1

5


1V201

Válvula de bola de 2/2 vías

2B201

Depósito de agua

3

2B2

Detector de posición «depósito B201, parte

superior»

42B1

Detector de caudal

5P201

Bomba de mezcla

Denominación

de los componentes del

proceso



Soluciones. MPS® PA Estación de mezcla


PA


Nombre: Fecha:


En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI de la estación de

mezclar constan identificaciones diferentes para el «depósito B201, parte superior».

– Explique esta diferencia.


La denominación que aparece en el diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos





Una zona EMCR se representa por un círculo EMCR y se identifica con una letra (A – Z) y un número de

identificación. En la parte superior del círculo se encuentran las letras identificadoras y en la parte



La denominación utilizada en el esquema de distribución eléctrico, se refiere a una función eléctrica.

Todos los componentes eléctricos de una estación MPS

®

PA están identificados con el símbolo queles corresponde. La denominación de los componentes incluidos en esquemas de distribución

eléctricos se rige por la norma DIN/EN61346-2.





PA 45


Nombre: Fecha:



FI Detector de caudal

FIC Detector de caudal

LS- Detector de posiciones

LA+ Nivel de llenado. Valor límite para alarma

P201 Bomba analógica

V Válvula

Soluciones

Diagrama de flujo constituido por tuberías

e instrumentos (diagrama RI)

Descripción de las funciones

de los componentes





PA


Nombre: Fecha:


– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición FI y

FIC.

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición

LA+ y LS+.


Las denominaciones FI y FIC son denominaciones de procesos. Una zona EMCR está representada por

un círculo y se describe con una letra identificadora (A-Z). En la parte superior del círculo constan las

letras de identificación y en la parte inferior aparece la numeración. El orden de las letras de

identificación consta en la tabla «Letras de identificación EMCR según DIN 19227». Ejemplo: F

significa caudal; I significa identificación; C significa regulación automática. Ello significa que el

detector emite una señal analógica como valor real de un circuito de regulación.

Las denominaciones LA+ y LS+ se diferencia según la función en la estación. Mientras ambos

detectores indican el nivel de llenado en el depósito, LA+ emite una señal correspondiente a un fallo

(suele utilizarse para la parada de emergencia).

Evaluación





PA 47

Lösung2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


Esquema de distribución

neumático





PA

Lösung2.1: Estación de mezcla: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:



Estrangulador de aire


Compuerta accionada por actuador giratorio neumático


– ¿Qué función tiene la estrangulación del aire de escape?


La válvula de 5/2 vías tiene 5 conexiones y dos posiciones de conmutación. Una conexión está

prevista para la alimentación de aire comprimido. En las demás 4 conexiones se conectan los

conductos funcionales y de escape. Según su tipo, la válvula puede accionarse con aire comprimido

(aire de pilotaje) o eléctricamente.

Los estranguladores se conectan en las conexiones de escape 3 ó 5 de las válvulas reguladoras y

permiten regular la velocidad del émbolo de cilindros estrangulando el aire de escape. El tornillo de

estrangulación permite regular la limitación de la salida de aire. El aire sale a través del silenciador

integrado, por lo que el nivel de ruidos es menor.

Descripción del

funcionamiento de los

componentes neumáticos





PA 49


Nombre: Fecha:



ción en el

diagrama de

flujo


Bomba P201Bombear aguahacia el depósito

de mezcla

Tensión [V] 24 VPotencia eléctrica [W] 26 W

Caudal máx. [l/min] 9 l/min.

Detector de

caudal2B1

Detecta el caudal

del agua que fluye

hacia el depósito


El rotor emite impulsos que son convertidos

en una señal de tensión

Margen de medición [l/min] 0,3-9 l/min

Señal del detector [Hz] 40-1200 Hz

Convertidor

de valores de

medición F/U

2A1Adaptación de la

señal de detector

Entrada:

Generador de frecuencias

rectangulares 0-1 kHz

Detector de

posición final

superior

2B6 Nivel de llenado;

límite superior en

el depósito B204



norm. abierto

Detector de

posición final

inferior

2B7 Nivel de llenado;

límite inferior en el

depósito B204

Nivel de llenado hasta contacto [l] o,5 l


norm. abierto

Datos técnicos





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué frecuencia tiene la señal emitida por el detector de caudal si el caudal es de

2 l/min.? Para obtener el cálculo, es necesario realizar una operación

matemática.


s

pulsoIm67,266

s60

pulsoIm80002

sdm

pulsoIm8000

min

l2

f

s

pulsoIm40

s60

pulsoIm80003,0

sdm

pulsoIm8000

min

l3,0

f

s

1f

dm

pulsoIm8000FaktorK

3

min/l2

3

min

3

=

⋅

=

⋅

=

=

⋅

=

⋅

=

=

=−





PA 51


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


2B1 DI 0 E 0.0 Detector de caudal





2B6 DI 5 E 0.5Depósito de mezcla B204 parte

superior

2B7 DI 6 E 0.6Depósito de mezcla B204 parte

inferior

2PA_Free DI 7 E 0.7Receptor PA de la siguiente estación

libre

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


2PV1 AI0 EW256 Valor real X (presión) √

Tabla de atribuciones

Entradas digitales


Entradas analógicas





PA


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


2M1 DO 0 A 0.0 Bomba de mezcla P201 conectada √

2M2 DO 1 A 0.1Bomba de siguiente estación P202

conectada√

2M3 DO 2 A 0.2 Válvula mezcladora V201 conectada √



No ocupada DO 5 No ocupada No ocupada √

No ocupada DO 6 No ocupada No ocupada √

2PA_Busy DO 7 A 0.7Transmisor PA de estación,

ocupado√

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


2CO1 AO 0 AW256 Valor de regulación Y, (bomba P201) √


Salidas digitales


Salidas analógicas





PA 53


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de mezclar si el actuador regulador

analógico (la bomba) se controla digitalmente?


Para controlar digitalmente el actuador regulador analógico (la bomba), deberán cambiarse las

conexiones a «digital» en el panel de conexiones.





PA

Solución 2.2: Estación de mezcla: Medición y control

Nombre: Fecha:


Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.

Tensión en

la bombaen V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del

detector de

caudal en V

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,7

Caudal en

l/min.0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,12 0,44

Tensión en

la bombaen V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del

detector de

caudal en V

1,5 1,7 1,9 2,6 3,0 3,5 3,8 4,1 4,4 4,8

Caudal en

l/min.1,1 1,25 1,45 1,9 2,4 2,6 2,9 3,05 3,3 3,6


Observación

Tabla de valores

Depósito 1





PA 55


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del


0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,8 1,7

Caudal en

l/min.0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,06 0,18 0,27 0,6 1,2

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del


1,9 2,2 2,5 2,8 3,0 3,2 3,6 3,9 4,4 4,8

Caudal en

l/min.1,4 1,6 1,8 2,1 2,3 2,4 2,7 2,95 3,3 3,6


Tabla de valores

Depósito 2





PA


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del


0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,5 1,1 1,5

Caudal en

l/min.0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,13 0,4 0,8 1,1

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del


1,8 2,2 2,7 2,9 3,1 3,5 3,8 4,2 4,4 4,7

Caudal en

l/min.1,3 1,65 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,1 3 3,5


Tabla de valores

Depósito 3





PA 57


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del


0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,8 1,3 1,7

Caudal en

l/min.0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,04 1,18 0,6 1,0 1,3

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del


2,1 2,4 2,7 3,0 3,6 3,9 4,1 4,3 4,7 4,9

Caudal en

l/min.1,55 1,8 2,0 2,3 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7

El agua se bombea simultáneamente desde los tres depósitos.

Al iniciar la prueba, el nivel de llenado de los tres depósitos es el mismo.

Tabla de valores

Depósito 1-3





PA


Nombre: Fecha:


Depósito 1

Depósito 2





PA 59


Nombre: Fecha:


Depósito 3

Depósitos 1 – 3





PA


Nombre: Fecha:


– Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican la

diferencia entre las líneas características.


– Explique el comportamiento del sistema al disminuir el nivel de llenado en el

depósito. – ¿Qué influencia tienen diversos niveles de llenado en las líneas características?


Las diferentes líneas características se explican, por un lado, por los diferentes sistemas de tubos y,

por otro lado, por las diferentes cantidades de agua contenidas en los depósitos. Cuanto más larga es

la distancia, más aumenta el trabajo necesario para bombear el agua hacia el depósito de mezcla. Al

disminuir el nivel de agua en los depósitos, baja la presión de la columna de agua sobre el fondo del

depósito. Por lo tanto, también disminuye la presión en las tuberías. Ello tiene como consecuencia

que disminuya la velocidad del caudal proporcionalmente en relación con el nivel de llenado.

Con tensiones bajas, la bomba no funciona dentro de su margen de funcionamiento apropiado. La

bomba sólo puede rendir al máximo a partir de una tensión determinada.

Diferentes niveles de agua tienen como consecuencia líneas características diferentes. Al disminuir el

nivel de agua en los depósitos, disminuye el caudal máximo del agua. La línea característica tiene una

ascendencia más plana.





PA 61


Nombre: Fecha:


– Pulsador S1: bombeo de agua desde el depósito B201 hacia el depósito de

mezcla B204

– Pulsador S2: bombeo de agua desde el depósito B202 hacia el depósito de

mezcla B204

– Pulsador S3: bombeo de agua desde el depósito B203 hacia el depósito demezcla B204

– Pulsador S4: bombeo de agua desde el depósito B204 de vuelta al depósito

B201 o B202 o B203.

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®.


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - &Pulsador

LS202 2B3 DI 2 &

Detector


B201)


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - ≥1Sin pulsador

LS202 2B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B201)

Observación





PA


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S2 - &Pulsador

LS203 2B4 DI 3 &

Detector


B201)


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico



LS203 2B4 DI 3 ≥1

Sin detector


B201)





PA 63


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S3 - &Pulsador

LS204 2B5 DI 4 &

Detector


B203)


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico



LS204 2B5 DI 4 ≥1

Sin detector


B203)


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - ≥1 Pulsador







PA


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - & Sin pulsador




Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S4 - &Pulsador

LS 206 2B7 DI 6 &

Detector


B204)


Símbolo

diagramaRI

Símbolo

esquemaeléctrico



LS 206 2B7 DI 6 ≥1

Sin detector


B204)





PA 65


Nombre: Fecha:


– Válvula mezcladora V201 conectada

– Válvula mezcladora V202 conectada

Esquemas de enlaces

lógicos

Red 1

Red 2





PA


Nombre: Fecha:



– Bomba de mezcla P201 conectada

Red 3

Red 4





PA 67


Nombre: Fecha:


– Bomba de mezcla P202 conectadaRed 5





PA


Nombre: Fecha:




El aire contenido en los tubos impide que el equipo funcione correctamente.

Debe evitarse que la bomba funcione en seco, ya que de lo contrario puede dañarse.





PA 69


Nombre: Fecha:



Determinación del punto de trabajo y del tramo de regulación

Detector de caudalMargen de funcionamiento de la

bomba

Detector de caudal

con flotador

Señal de

regulación

bomba P201

[V]

Caudal

[l/min.]

Señal de

salida

Convertidor de

valores de

medición [V]

Valor indicado

[l/h]

Valor mínimo de

medición 3,3 0,1 0,1 --

Punto de trabajo 6,6 2,6 2,6 125-

Valor máximo de

medición 10 4,9 4,9 240

Observación





PA


Nombre: Fecha:


– Nombre las características del sistema que pueden incidir en el margen de

funcionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector.


El aire contenido en los tubos puede ejercer una influencia en el funcionamiento de la bomba.

Además, el sistema depende del nivel de llenado de los depósitos. Si los niveles son altos, el caudal

es mayor y viceversa. Ello significa que al efectuar una medición con variantes de tiempo, el caudal

máximo disminuye proporcionalmente en relación con el nivel de llenado en cada momento.

Si la bomba no funciona dentro de su margen de funcionamiento óptimo, es decir, si la tensión es

demasiado baja, los resultados de las mediciones son imprecisos. El margen de funcionamiento de la

bomba depende del sistema de tuberías elegido en cada caso.

Evaluación





PA 71


Nombre: Fecha:



T

Observación





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor fue determinado para la amplificación del tramo Ks?

– ¿De qué sistema se trata? ¿De qué orden es el sistema?

– ¿Qué constante(s) del tiempo Ts se obtiene/obtienen?

– Explique el comportamiento del sistema.


Ks = 1

PT1, tramo de 1er orden.

Ts = 1,0s.

Los tramos con compensación (tramos PT1) son aquellos que, transcurrido un tiempo determinado,

reajustan a un valor estacionario. En ese caso, la energía alimentada es igual a la energía evacuada.

En el caso del tramo de regulación del caudal se aplica lo siguiente: después de poner en

funcionamiento la bomba, las aletas en el interior de la bomba empiezan a transportar el agua hacia el

depósito de mezcla. La velocidad de flujo aumenta rápidamente. Si la energía del caudal es igual a la

energía de las aletas, se produce una situación estacionaria (equilibrio), por lo que la velocidad del

flujo ya no cambia.





PA 73


Nombre: Fecha:


Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.Observación





PA


Nombre: Fecha:


Determinar el punto de trabajo del tramo de regulación de caudal

Depósito de agua Depósito de mezcla

N°

Cantidad

nominal

[ml]

Tensión

puesta en la

bomba[voltios]

Desde

depósito n° Nivel de agua

antes

Nivel de agua

después Antes Después

1 1 2650 2470 1000 1200

2 2 2600 2410 1200 1400

3

500 4

3 2750 2650 1400 1490

4 1 2700 2500 1000 1250

5 2 2600 2400 1250 1450

6

500 6

3 2650 2550 1450 1550

7 1 2800 2600 1000 1250

8 2 2640 2420 1250 1400

9

500 7

3 2580 2460 1400 1500

10 1 2740 2520 1000 1250

11 2 2610 2400 1250 1450

12

500 9

3 2610 2500 1450 2600





PA 75


Nombre: Fecha:


– ¿Por qué no se puede regular la operación de bombear una determinada

cantidad en función del tiempo?

– ¿Por qué es mejor el método de «Mezclar en función de las cantidades»?

– ¿Por qué no es exacta la cantidad de agua a pesar de aplicar este método?

– ¿Con qué tensión aplicada a la bomba son menores las imprecisiones demedición?


Al bombear, el caudal no es constante. Por ello, al efectuar una medición en función del tiempo no se

obtienen resultados exactos.

Al mezclar en función de las cantidades, en todo momento se detecta el caudal real y se suman los

resultados de las mediciones hasta que se alcanza el nivel de agua deseado. Procediendo de esta

manera, se obtienen resultados de medición más exactos.

Sin embargo, estos resultados no son completamente exactos. Esta inexactitud se explica por elsistema mismo. La bomba y el líquido son relativamente inertes. Al desconectar, la turbina de la

bomba sigue girando por algunos instantes, por lo que sigue fluyendo una pequeña cantidad de agua.

Por lo tanto, el flujo no se interrumpe instantáneamente. Cuanto mayor es la velocidad de flujo, tanto

menos preciso es el resultado de la medición. Lo mismo sucede con velocidades de flujo muy lentas.

Aplicando una tensión de 7 V en la bomba, las imprecisiones de las mediciones son menores. En esas

condiciones, se bombea la cantidad precisa desde los depósitos hacia el depósito de mezcla.





PA

Solución 2.3: Estación de mezcla: Regulación

Nombre: Fecha:



Parámetro Valor

normalizado

Valor físico


punto de trabajo

O,35 2,63

Límite superior de

conmutación

- 0,4

Límite inferior de

conmutación

- 0,4

Observación





PA 77


Nombre: Fecha:


– ¿Cómo reacciona el sistema?

– Describa el comportamiento de la regulación.

– Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos.


En este tipo de regulador, la señal de regulación sólo puede asumir dos estados definidos; en nuestro

ejemplo, 0 y Umáx .

La salida del regulador conmuta entre esos dos estados, dependiendo de cuál de los valores límites

se superó. En el ejemplo, la señal de regulación salta a su valor máximo al producirse la conexión y el

valor continúa aumentando hasta alcanzar el valor límite superior. El regulador reacciona reduciendo

la señal de regulación. El valor disminuye hasta alcanzar el valor límite inferior. A partir de ese

momento se invierte nuevamente la función.

La histéresis puede aumentarse o disminuirse, lo que significa que puede reducirse o prolongarse el

intervalo entre las señales.

El regulador de dos puntos es especialmente apropiado para regular tramos con una gran constante

del tiempo que, en el ejemplo, sería la regulación del caudal. Otras aplicaciones pueden ser, porejemplo, la regulación de un compresor, de la temperatura ambiente o de la humedad.





PA


Nombre: Fecha:



Parámetro Valor normalizado Valor físico l/min


de trabajo

0,3 2,6

Observación





PA 79


Nombre: Fecha:


Regulador P

Ejemplo con Kpr = 50





PA


Nombre: Fecha:


Regulador I

Ejemplo con Tn = 2





PA 81


Nombre: Fecha:


Regulador PI

Ejemplo con Kpr = 2, Tn = 2





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador P?

– ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador I?

– ¿Cómo reacciona el sistema al utilizar un regulador PI?

– En qué parámetro PI se obtiene la menor amplitud de oscilación y/o el menor


cero?


Regulador P: el sistema reacciona de modo relativamente rápido a la señal de entrada. La desventaja

consiste en la persistencia de una diferencia remanente de regulación. Si Kp es demasiado grande, el

sistema produce oscilaciones.






parte I consigue disminuir a cero las diferencias de regulación.

Siendo Kpr=2 y Tn =2, la amplitud de sobreoscilación es la más pequeña.

Considerando que el tramo de regulación de la presión es el tramo P, el regulador I es óptimo para

esta tarea de regulación.





PA 83


Nombre: Fecha:


Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab®-PA.Observación





PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor se obtuvo para Kp?

– ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo?


Estando el valor nominal en el punto de trabajo, se obtienen los siguientes valores para Kp y Tn:

Kp=2;

Tn=2;

Precisión: la diferencia de regulación se anula completamente, lo que significa que el nivel de

precisión es máximo. Ello se debe a la parte I del regulador. Su función consiste en alcanzar el valor

nominal con precisión y, por lo tanto, compensar la diferencia de regulación entre la señal de entrada

y la señal de salida. La parte P se ocupa de la rápida respuesta del sistema.

Velocidad: un cambio de los parámetros Kp y Tn incide en la velocidad del sistema. Cuanto mayor es

el tiempo de reajuste Tn, tanto mayor es también el tiempo de regulación. Si Tn es demasiado

pequeño, puede producirse una sobreoscilación. En cuanto al coeficiente proporcional Kp, se aplica lo

siguiente: cuanto mayor es Kp, tanto menor es el tiempo de regulación. Si Kp es demasiado grande,se produce una sobreoscilación de la línea característica y, en el peor de los casos, se obtiene un

sistema oscilante.



Soluciones. MPS®

PA Estación reactor


PA 85

Solución 3.1: Estación reactor: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:





Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:



1TIC301

Sensor de temperatura

2B301

Depósito del reactor

3R304

Agitador

4W303

Calentador

5P301

Bomba refrigeradora


mezclar constan identificaciones diferentes para el calentador.













Todos los componentes eléctricos de una estación MPS®

PA están identificados con el símbolo que

les corresponde. La denominación de los componentes incluidos en esquemas de distribución


Denominación de los

componentes del sistema



Soluciones. MPS®



PA 87


Nombre: Fecha:


El diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI)



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:



W303Calentador

TICSensor de temperatura

LS+Detector de posición

LA+Nivel de llenado, valor límite para alarma

TA+Sensor de temperatura, alarma

V Válvula

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición TIC y

TA+?

– ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición

LA+ y LS+.


Las denominaciones TA y FIC son denominaciones de procesos. Una zona EMCR está representada por

un círculo y se describe con una letra identificadora (A-Z). En la parte superior del círculo constan las

letras de identificación y en la parte inferior aparece la numeración. El orden de las letras de

identificación consta en la tabla «Letras de identificación EMCR según DIN 19227». Ejemplo: T

significa temperatura; I significa identificación; C significa regulación automática. Ello significa que el

detector emite una señal analógica como valor real de un circuito de regulación. TA corresponde a un

detector con alarma.

Las denominaciones LA+ y LS+ se diferencia según la función en la estación. Mientras ambos

detectores indican el nivel de llenado en el depósito, LA+ emite una señal correspondiente a un fallo

(suele utilizarse para la parada de emergencia).

Descripción del


componentes



Soluciones. MPS®



PA 89


Nombre: Fecha:



ción en el

diagrama de

flujo


CalentadorW303 Calentar el agua en

el depósito del

reactor

Rendimiento calorífico [W] 1000 W

Tensión de control [VDC] 24 V

Sensor de

temperatura

TIC301 Detectar la

temperatura del

agua


Se mide la modificación de la resistencia

eléctrica del hilo de platino y se convierte en

una tensión

Margen de medición [°C] -50...150°C

Resistencia de medida PT100

Bomba P301 Bombear agua

Tensión [V] 24 V

Potencia eléctrica [W] 26 W


Detector de

posición final

superior

LS+ 302Nivel de llenado,

valor límite

superior



norm. abierto

Detector de

posición final

inferior

LS- 303Nivel de llenado,

valor límite inferiorNivel de llenado hasta contacto [l] 0 l


norm. abierto



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué resistencia tiene el sensor de temperatura con una temperatura de 20 °C?

– ¿Qué significado tiene el concepto Pt100?


El sensor detecta una temperatura de 20°C; la resistencia es de aproximadamente 107,8 ohmios.

El sensor de temperatura tiene un termómetro de resistencia eléctrica de platino con coeficiente

térmico positivo. El sensor tiene un valor básico de resistencia de 100 ohmios a 0 °C (PT = Platino).



Soluciones. MPS®



PA 91


Nombre: Fecha:


für Simatic S7-300 CPU

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


3B1 DI 0 E 0.0 Sensor de temperatura

3B2 DI 1 E 0.1Depósito del reactor B301, parte

superior

3B3 DI 2 E 0.2Depósito del reactor B301, parte

inferior

No ocupado DI 3 E 0.3 No ocupado




3PA_Free DI 7 E 0.7Receptor de la estación PA siguiente

libre

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


3PV1 AI0 EW 256 Valor real X (temperatura)

Observación


Entradas digitales





Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


3M1 DO 0 A 0.0 Calentador W303 conectado

3M2 DO 1 A 0.1 Bomba P301

3M3 DO 2 A 0.2 Bomba P302

3M4 DO 3 A 0.3 Agitador R304

No ocupado DO 4 A 0.4 No ocupado



2PA_Busy DO 7 A 0.7 Receptor de la estación PA ocupado

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


3CO1 AO 0 AW 256Valor de regulación Y (calentador

W303)


Salidas digitales


Salidas analógicas



Soluciones. MPS®



PA 93


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de reactor si se desea controlar

digitalmente el actuador regulador (calentador)?


Para poder controlar analógicamente el actuador regulador (calentador), deben cambiarse a «digital»

las conexiones en el tablero de conexiones.



Soluciones. MPS®



PA

Solución 3.2: Estación reactor: Medición y control

Nombre: Fecha:




3M1 Calentador Tensión U 5,2 VDC




ambiente) Tmín21°C

H2O Agua Temperatura deseada Tmáx 36°C

H2O Agua Diferencia de temperatura∆T 15 K


-Tiempo de

calentamientoTiempo t 600 s

η

∆

⋅

⋅⋅=

t

TcmP

Medición 1



Soluciones. MPS®



PA 95


Nombre: Fecha:








ambiente) Tmín21 °C

H2O Agua Temperatura deseada Tmáx 44 °C



-Tiempo de


TminT∆Tmax

cm

ηtPT∆

+=

⋅

⋅⋅=

Medición 2



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:








ambiente) Tmín19,5 °C

H2O Agua Temperatura deseada Tmáx 33 °C



-Tiempo de


cm

ηtPT∆

⋅

⋅⋅=

Medición 3



Soluciones. MPS®



PA 97


Nombre: Fecha:


Tiempo en s 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600

Señal del

sensor de

temperatura

en V

2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6

Temperatura

en °C.21 21 21 21 21 22 24 27 30 33 36

Calentamiento de 4 l de agua.

Tiempo en s 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600

Señal del

sensor de

temperatura

en V

2,1 2,1 2,1 2,1 2,2 2,3 2,65 3,15 3,6 4,05 4,5

Temperatura

en °C.21 21 21 21,5 22 23 26,5 31,5 36 40,5 45


Tiempo en s 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 600

Señal del

sensor de

temperatura

en V

1,9 1,9 1,95 2,0 2,0 2,1 2,3 2,55 2,75 3,0 3,25

Temperatura

en °C.19 19 19,5 20 20 21 23 25,5 27,5 30 32,5


Tabla de valores

Medición 1

Tabla de valores

Medición 2




Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Línea característica del

tramo de regulación



Soluciones. MPS®



PA 99


Nombre: Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido Hoja 6 de6

– ¿Cómo cambia el tiempo necesario para calentar el agua?



– ¿Cómo cambia la curva con la doble cantidad de agua?

– ¿Cómo cambia la curva al aumentar la potencia calorífica? – ¿Qué efecto tiene la agitación del agua en la curva?


La velocidad del calentamiento depende de la cantidad de agua y de la potencia calorífica.

Las diferentes líneas características se explican por los diferentes parámetros aplicados en el

experimento. El nivel de llenado y la potencia calorífica tienen una inf luencia fundamental en los

resultados. Por ejemplo, la duplicación de la potencia calorífica redunda en casi una duplicación de la

temperatura (suponiendo el mismo tiempo de calentamiento), por lo que al duplicar la cantidad de

agua, la temperatura aumenta sólo la mitad si la potencia calorífica y el tiempo se mantienen iguales.

Debido al proceso de agitación, el agua se calienta homogéneamente durante la ejecución del

experimento, lo que explica un transcurso casi lineal de la temperatura.



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


– Pulsador S1, calentar el agua

– Pulsador S2, agitar el agua

– Pulsador S3, bombear el agua

Solución obtenida con EasyPort, digital/analógico y FluidSIM®

Condiciones para la activación del calentador W301

Símbolo

en el

diagrama

de flujo RI

Símbolo en

el esquema

eléctrico


- S1 - &Pulsador

.

LS- 303 3B3 DI 2 &

Detector


Condiciones para la reposición del calentador W301

Símbolo

en el

diagrama

de flujo RI

Símbolo en

el esquema

eléctrico



.

LS- 303 3B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B301)

Indicación



Soluciones. MPS®



PA 101


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación del agitador R304

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2 &Pulsador

LS- 303 3B3 DI 2 &

Detector


B301)

Condiciones para la reposición del agitador R304

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2 ≥1Sin pulsador

LS- 303 3B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B301)



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación de la bomba 301

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2 &Pulsador

LS- 303 3B3 DI 2 &

Detector


B301)

LS- 302 3B2 DI1 &

Sin detector


B301)

Condiciones para la reposición de la bomba 301

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2 ≥1Sin pulsador

LS- 302 3B2 DI 1 ≥1

Detector


B301)

LS- 303 3B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B301)



Soluciones. MPS®



PA 103


Nombre: Fecha:


– Calentador W301 conectado

– Agitador R304 conectado


Red 1

Red 2



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Bomba 301Red 3



Soluciones. MPS®



PA 105


Nombre: Fecha:


– ¿Por qué debe evitarse que entre aire en las tuberías?


Si la red de tuberías contiene aire, el equipo no funciona correctamente.

Debe evitarse que la bomba funcione en seco, ya que podría dañarse.



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab® -PA.

Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de la temperatura

Sensor de temperaturamargen de funcionamiento del calentador

Temperatura

[°C]

Señal de salida

Convertidor de valores

de medición [V]

Valor mínimo de

medición Temperatura ambiente 2,0

Punto de trabajo 40 °C 4,0

Valor máximo demedición

60 °C 6,0

Observación



Soluciones. MPS®



PA 107


Nombre: Fecha:



funcionamiento del calentador y en el margen de medición del sensor.


Diversas características del equipo pueden influir en el margen de funcionamiento del calentador y del

sensor de temperatura. Un factor es el fluido mismo y, además, la cantidad que deberá calentarse.

Este aspecto debe tenerse en cuenta si, en vez de agua, se calientan otros líquidos. En ese caso,

deberán considerarse los respectivos coeficientes térmicos. Además, es recomendable que el nivel de

llenado no sea inferior al nivel mínimo de funcionamiento del detector. En caso contrario, puede

dañarse el calentador y, también, el depósito.

El depósito en el que se calienta el líquido también constituye un factor que puede incidir en los

resultados. En este caso, deberá considerarse el intercambio térmico con el medio ambiente. Ello

significa que el grado de eficiencia del proceso de calentamiento también depende del aislamiento del

depósito.

Con el fin de poder trabajar de modo más sencillo con la línea característica obtenida, es importanteque el líquido se caliente de modo homogéneo. Por eso, es recomendable que el agitador esté en

funcionamiento durante todo el tiempo que dure el experimento de medición. Si no se agita el líquido,

el calor no se difunde homogéneamente; lo hace especialmente en la zona cercana al calentador. En

estas condiciones, la temperatura del líquido puede variar mucho en las diferentes zonas del

recipiente.



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Tt Tu

Tu



Soluciones. MPS®



PA 109


Nombre: Fecha:


– ¿Qué constantes del tiempo Ts, Tt y Tu se obtienen?

– Explique el comportamiento del sistema.


Tt=7s

Tu=663s

En el ejemplo que aquí se explica, el tiempo muerto se debe a que al poner en funcionamiento el

calentador, no se dispone de inmediato de toda la potencia calorífica. Transcurre cierto tiempo hasta

que el calentador es capaz de irradiar el calor máximo. Primero debe calentarse el líquido que se

encuentra entre el calentador y el sensor de temperatura; a continuación, el líquido debe calentar al

sensor como tal. En la salida se mide la primera señal cuando el líquido calentado llega hasta el

sensor.

Considerando que el sistema reacciona con cierta inercia, se produce un gran retardo. El retardo

depende de la cantidad y del tipo de líquido que se calienta.

Evaluación



Soluciones. MPS®



PA

Solución 3.3: Estación reactor: Regulación

Nombre: Fecha:



Parámetro Valor


punto de trabajo

0,4

Límite superior de

conmutación

2

Límite inferior de

conmutación

2

Ejemplo de la ascendencia digital del calentador con un regulador de dos puntos

Observación



Soluciones. MPS®



PA 111


Nombre: Fecha:



– Para esta tarea, ¿es apropiado un regulador de dos puntos?



El sistema reacciona al aumentar la temperatura del agua. Si se superan o no se alcanzan

respectivamente los valores límite, el calentador se conecta o desconecta. Estos intervalos de

conmutación pueden ser relativamente largos, dependiendo de la cantidad de liquido.

Para regular la temperatura suelen utilizarse reguladores de dos puntos. A diferencia de otros

ejemplos de sistemas de regulación (por ejemplo, regulación de las revoluciones), en este caso no es

necesario comprobar constantemente el valor real, ya que no es decisivo que el valor real de la

temperatura alcance exactamente el valor nominal. Sin embargo, un regulador de dos puntos permite

efectuar una regulación precisa cambiando correspondientemente la histéresis. Definiendo el valor

umbral puede influirse en la frecuencia de conmutación.



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:



Parámetro Valor

normalizado

Valor

°C


de trabajo

0,3 30

Observación



Soluciones. MPS®



PA 113


Nombre: Fecha:


Regulador P

Ejemplo con Kp = 10

Ejecución



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Regulador I

Ejemplo con Tn = 50

Ejecución



Soluciones. MPS®



PA 115


Nombre: Fecha:


Regulador PI

Ejemplo con Kp = 5, Tn = 50

Ejecución



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:






tiempo de regulación?


Regulador P: el sistema reacciona de modo relativamente rápido. La desventaja consiste en la

permanencia de la diferencia de regulación en la salida. Un regulador P no puede utilizarse sin haber

una diferencia de regulación, ya que el valor de regulación sería cero.





reguladores P y reguladores I. La parte P se ocupa de una respuesta rápida a la señal, mientras que

la parte I consigue disminuir a cero las diferencias de regulación hasta alcanzarse el valor nominal.

Con Kp=5 y Tn=50 la amplitud de sobreoscilación es la más pequeña.



Soluciones. MPS®



PA 117


Nombre: Fecha:


Tt Tu

X∆

t∆

t

XV m a x

∆

∆=

Regulador Kp Tn Tv Descripción

PHUMAX

PyTV

y%100K

⋅⋅

∆⋅=

PI

HUMAXP

yTV2,1

y%100K

⋅⋅⋅

∆⋅=

UN T3,3T ⋅=

PID

HUMAXP yTV83,0

y%100K

⋅⋅⋅

∆⋅=

UN T2T ⋅= UV T5,0T ⋅=

∆ Y= margen deregulaciónmáximo(100%)

YH= respuestagradualdefinida



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:

3.3.3 Ajuste manual de los parámetros sin conocer el comportamiento del equipo Hoja 2 de 4

– ¿Qué valor se obtuvo para Kp, Tn, Tv?

– ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado que obtuvo?


Kp:

Regulador P:14,2

4,0*)11*017,0(

1=

Regulador PI:78,1

4,0*)11*017,0(

83,0=

Regulador PID:57,2

4,0*)11*017,0(

2,1=

Tn:

Regulador PI: 3,3611*3,3 =

Regulador PID: 2211*0,2 =

Tv:

Regulador PID: 5,511*5,0 =

Considerando los parámetros ajustados, es posible observar diversos comportamientos del sistemarecurriendo a la respuesta gradual. Al regular con un regulador P, el valor de regulación se ajustasegún un valor definido previamente. Al disminuir la diferencia de regulación, el valor de regulacióndisminuye hasta cero. No se llega a anular completamente la diferencia de regulación.Al regular con un regulador PI, el valor de regulación aumenta hasta cierto punto y, a continuación,disminuye igual que el caso del regulador P. El valor máximo de la señal de salida es superior al valornominal. En esta situación puede suponerse la existencia de un estado estacionario, ya que elenfriamiento del líquido se produce en el transcurso de un tiempo prolongado.Con un regulador PID se puede obtener el mejor resultado. Al igual que en el caso del regulador PI, elestado estacionario (de equilibrio) está por encima del valor nominal. Sin embargo, en este caso sealcanza el valor nominal más rápidamente.



Soluciones. MPS®



PA 119


Nombre: Fecha:


Ejemplo regulador P

Ejemplo regulador PI



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Ejemplo regulador PID



Soluciones. MPS®

PA Estación de llenado

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • MPS® PA 121

Solución 4.1: Estación de llenado: Examinar las instalaciones y los componentes

Nombre: Fecha:


3

1

2

4




Soluciones. MPS®


122 © Festo Didactic GmbH & Co. KG •MPS®

PA


Nombre: Fecha:



14M3

Motor de correa

2B401

Depósito principal

3B402

Depósito de dosificación

4V403

Válvula dosificadora

54M4

Dosificador


mezclar constan identificaciones diferentes para la válvula dosificadora













Todos los componentes eléctricos de una estación MPS®

PA están identificados con el símbolo que

les corresponde. La denominación de los componentes incluidos en esquemas de distribución


Denominación

de los componentes del

proceso



Soluciones. MPS®


© Festo Didactic GmbH & Co. KG •MPS®

PA 123


Nombre: Fecha:


Diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI)



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:



LIC 403Detector de ultrasonido

LS-Detector de proximidad

LA+Nivel de llenado; valor límite de alarma

P 401Bomba analógica

VVálvula

– ¿Cuál es la diferencia entre V401 y V402?

– ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición

LA+ y LS+?


La válvula V402 es una válvula manual. V401 es una válvula reguladora (antirretorno). Esta válvula

sólo deja pasar el fluido en un sentido, ya que el paso está bloqueado en el otro sentido.

Las denominaciones LA+ y LS+ se diferencian por las funciones en la estación. Mientras que ambos

detectores indican el nivel de llenado en el depósito, LA+ emite una señal de fallo (que suele utilizarsecomo parada de emergencia).

Descripción del


componentes



Soluciones. MPS®



PA 125


Nombre: Fecha:


Esquema de distribución neumático



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:



Silenciador


Cilindro de doble efecto


– ¿Qué función tiene un silenciador?


La válvula de 5/2 vías tiene 5 conexiones y 2 posiciones de conmutación. Una de las conexiones

corresponde a la alimentación de aire comprimido. Las otras cuatro conexiones se utilizan paraconectar los conductos de utilización y el escape. Según su tipo, la válvula puede accionarse

mediante aire de pilotaje o eléctricamente.

El silenciador disminuye el nivel de ruidos ocasionado por la salida de aire.

Descripción del


componentes neumáticos



Soluciones. MPS®



PA 127


Nombre: Fecha:



ción en el

diagrama de

flujo


Bomba P401Bombear aguahacia el depósito

de dosificación

Tensión [V] 24 VPotencia eléctrica [W] 26 W


Detector de

ultrasonido

4B1 Indica el nivel de

llenado de agua


Se emite una señal acústica y se mide el

tiempo de reflexión. Esta señal se transforma

en una señal de tensión.

Margen de medición [mm] 300-50 mm

Señal del detector [V] 0-10 V

Motor de

engranajes-

Transporte de las

botellas hacia la

sección de llenado

Tensión [V] 24 V

Intensidad nominal [A] 1,5 A

Revoluciones del

eje de accionamiento [r.p.m.] 65 r.p.m.

Detector de

posición final

superior

4B2Nivel de llenado;

valor límite

superior en el

depósito B401



norm. abierto

Detector de

posición final

inferior

4B3Nivel de llenado;

valor límite inferior

en el depósito

B401



norm. abierto

Datos técnicos



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué tensión emite el detector de ultrasonido al alcanzarse un nivel de llenado

de 2 litros?


2,5l 10V

0l 0V

2l 8V



Soluciones. MPS®



PA 129


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


4B1 DI 0 E 0.0 Detector de ultrasonido B402

4B2 DI 1 E 0.1 Depósito B401, parte superior

4B3 DI 2 E 0.2 Depósito principal B401 arriba

4B4 DI 3 E 0.3Botella en primera posición de la

cinta

4B5 DI 4 E 0.4 Botella llenándose

4B6 DI 5 E 0.5 Botella al final de la cinta

No ocupado DI 6 E0.6 No ocupado

4PA_Free DI 7 E 0.7Receptor de estación PA siguiente

libre

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


4PV1 AI0 EW256 Valor real X (nivel de llenado)


Entradas digitales





Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


4M1 DO 0 A 0.0 Bomba P401 conectada

4M2 DO 1 A 0.1 Válvula dosificadora activada

4M3 DO 2 A 0.2 Motor de correa conectado

4M4 DO 3 A 0.3 Dosificador activo




4PA_Busy DO 7 A 0.7 Emisor ocupado en la estación PA

Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


4CO1 AO 0 AW256 Valor de regulación Y, (bomba P401)


Salidas digitales


Salidas analógicas



Soluciones. MPS®



PA 131


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de llenado si se desea controlar

digitalmente el actuador regulador (bomba)?


Para poder controlar digitalmente el actuador regulador analógico (la bomba), debe cambiarse la

conexión del puente en el tablero de conexiones a modalidad «digital».



Soluciones. MPS®



PA

Solución 4.2: Estación de llenado: Medición y control

Nombre: Fecha:



Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del

detector de

ultrasonido

en V

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,2 3,3

Nivel de

llenado

en l.

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,18 0,5

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del

detector de

ultrasonido

en V

6,7Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.Máx.

Nivel de

llenado

en l.

1,5Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.

Máx

.Máx.

Válvula de salida cerrada.

Observación

Tabla de valores

Válvula de salida cerrada



Soluciones. MPS®



PA 133


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Señal del

detector deultrasonido

en V

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Nivel de

llenado

en l.

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Tensión en

la bomba

en V

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00

Señal del

detector de

ultrasonido

en V

0,0 0,0 0,0 2,2 4,6 6,9 9,4Máx

.

Máx

.Máx.

Nivel de

llenado

en l.

0,0 0,0 0,0 0,33 0,87 1,56 2,33Máx

.

Máx

.Máx.

Válvula de salida abierta.

Tabla de valores

Válvula de salida abierta



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:



Ejemplo con válvula de salida cerrada

Línea característica roja: 5,0 V

Línea característica azul: 5,5 V

Línea característica verde: 6,0 V

Observación



Soluciones. MPS®



PA 135


Nombre: Fecha:






En el depósito de dosificación aumenta la contrapresión en la medida en que sube el nivel del

agua. La bomba tiene que trabajar en contra de esa presión. Dependiendo del rendimiento de la

bomba, puede producirse un estado de equilibrio (estado estacionario), por lo que se mantiene

casi inalterado el nivel de agua.

La bomba empieza a bombear agua sólo a partir de aprox. 4,5 V hacia el depósito de dosificación,

estando cerrada la válvula de evacuación y sólo a partir de 7 V si la válvula está completamente

abierta.

Observación: la desviación de la línea característica en 0,5 litros se explica por la forma del

depósito de dosificación. En la zona inferior, el volumen no es lineal en relación con la altura.



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


– Pulsador S1: bombear agua

– Pulsador S2: llenar las botellas

– Pulsador S3: transportar las botellas

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidSIM®.


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - &Pulsador

LS- 202 4B3 DI 2 &

Detector


Condiciones para la reposición de la bomba V401

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - ≥1 Sin pulsador


LS- 202 4B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B401)

Observación



Soluciones. MPS®



PA 137


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S2 - &Pulsador

- 4B5 DI4 &Detector de reflexión directa



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S1 - ≥1Pulsador

- S3 - ≥1Pulsador


- 4B5 DI4 ≥1Detector de reflexión directa




Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación del motor de correa 4M3

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- S3 - &Pulsador

- 4B4 DI3 &(botella en primera posición de la cinta de

transporte)

Condiciones para la reposición del motor de correa 4M3

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


- 4B5 DI4 -





Soluciones. MPS®



PA 139


Nombre: Fecha:


– Bomba P401 conectada

– Válvula dosificadora V403 activada


Red 1

Red 2



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Motor de correa 4M3 conectadoRed 3



Soluciones. MPS®



PA 141


Nombre: Fecha:




El aire contenido en los tubos evita que el equipo funcione correctamente.

Debe evitarse que la bomba funcione en seco, ya que de lo contrario puede dañarse.



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Determinación del punto de trabajo del tramo de regulación de nivel de llenado

Sensor de ultrasonido

Margen de funcionamiento de la bomba Valor de

regulaciónbomba P201 [V]

Nivel de llenado[l]

Señal de salida [V]

Valor mínimo de

medición 5 0,5 3,3

Punto de trabajo 5,5 1,5 6,6

Valor máximo de

medición 6 2,5 9,9


funcionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector.

– ¿Cuál es el margen lineal del tramo de regulación?


El llenado desde la parte superior o desde la parte inferior depende de la posición de la válvula de

evacuación, del sistema de tuberías, de la posición de montaje del detector.

El margen lineal del tramo de regulación empieza con 0.5L.



Soluciones. MPS®



PA 143


Nombre: Fecha:


63%

Ts

Ejemplo de la determinación de la constante del tiempo Ts



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor se determinó para la amplificación del tramo Ks?

– ¿De qué sistema se trata, es decir, de qué orden es el sistema?

– ¿Qué constante(s) del tiempo Ts se obtiene/obtienen?

– Explique el comportamiento del tramo.


Amplificación del tramo Ks= 0,867

PT1, sistema de 1er orden.

Ts= 59,5s

Los tramos PT1 asumen un valor final estacionario después de transcurrido un tiempo determinado.

En ese caso, la energía alimentada es igual a la energía difundida. En esas condiciones, la bomba

trabaja en contra de la presión de la columna de agua en el depósito dosificador.



Soluciones. MPS®



PA 145


Nombre: Fecha:




0,5 4,0 1,8 15,25

0,6 5,2 1,9 16,0

0,7 6,2 2,0 17,0

0,8 6,7 2,1 17,75

0,9 8,0 2,2 18,5

1,0 8,5 2,3 19,5

1,1 9,0 2,4 20,25

1,2 10,25 2,5 21,00

1,3 11,25 2,6 -

1,4 12,0 2,7 -

1,5 13,0 2,8 -

1,6 13,75 2,9 -

1,7 14,5 3,0 -

Medición 1

Válvula de evacuación

cerrada, bomba en

funcionamiento



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Tensión de la bomba en V 0 V


3,0 - 1,7 9,6

2,9 - 1,6 10,8

2,8 - 1,5 12,0

2,7 - 1,4 13,2

2,6 - 1,3 14,4

2,5 0 1,2 15,6

2,4 1,5 1,1 17,0

2,3 2,6 1,0 18,2

2,2 3,8 0,9 19,4

2,1 5,0 0,8 20,6

2,0 6,2 0,7 21,8

1,9 7,4 0,6 23,2

1,8 8,6 0,5 24,6

Medición 2


abierta, bomba

desconectada



Soluciones. MPS®



PA 147


Nombre: Fecha:




0,5 10 1,8 37,5

0,6 11 1,9 41

0,7 13 2,0 44

0,8 15 2,1 47

0,9 17 2,2 50

1,0 19 2,3 54

1,1 21 2,4 57,5

1,2 23 2,5 61,5

1,3 25 2,6 -

1,4 27 2,7 -

1,5 29,5 2,8 -

1,6 32,5 2,9 -

1,7 35 3,0 -

Medición 3


abierta, bomba en

funcionamiento



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


Ejemplo de comportamiento con llenado desde la parte inferior y con válvula de salida cerrada.

Ejemplo de comportamiento de vaciado



Soluciones. MPS®



PA 149


Nombre: Fecha:


Ejemplo de comportamiento con llenado desde la parte inferior y con válvula de salida abierta.

Solución especial:

Ejemplo de comportamiento con llenado desde la parte superior y con válvula de salida cerrada.



Soluciones. MPS®



PA


Nombre: Fecha:


– ¿Cuál es el transcurso de la curva en la medición 1?

– ¿Cómo se diferencian las curvas de las mediciones 1 y 3?

– ¿Porqué decrece la curva de la medición 2?


En la medición 1 se puede observar un comportamiento lineal, siempre y cuando el rendimiento de la

bomba sea suficientemente alto.

En el caso de la medición 3, la operación de llenado del depósito de dosificación demora más y,

además, se puede observar un comportamiento de disminución, porque la bomba no solamente tiene

que trabajar en contra de la presión de la columna de agua en el depósito dosificador, sino también

tiene que compensar la salida de agua.

En la medición 2 no se puede observar un comportamiento de disminución. El comportamiento es

lineal, porque la altura de llenado es demasiado baja en el depósito de dosificación. El transcurso

ligeramente diferente de partir de 0,5 litros se explica por la forma del depósito de dosificación.

En la medición 3, la válvula de evacuación abierta evita que suba rápidamente el nivel en el depósito

de dosificación. Una parte del líquido que entra en el depósito vuelve a salir a través de la válvula

abierta y llega al depósito principal. Pero como la salida a través de la válvula es menor que la entrada

a través de la bomba, aumenta lentamente el nivel en el depósito de dosificación. Una vez que el

sistema alcanza su estado estacionario (situación de equilibrio, en la que no sigue aumentando el

nivel del líquido), la bomba no hace más que bombear hacia el depósito principal la misma cantidad

que entra en el depósito de dosificación. En ese estado, la bomba ya no tiene la potencia como para

provocar la continuación del aumento del nivel de llenado debido a la presión de la columna de agua

en el depósito de dosificación. Se produce una situación estática en la que la presión del agua

prácticamente «bloquea» el agua en el depósito.



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PA 151

Solución 4.3: Estación de llenado: Regulación

Nombre: Fecha:



Parámetro Valor


punto de trabajo

0,67

Límite superior de

conmutación

0,1

Límite inferior de

conmutación

0,1

Ejemplo con regulador de 2 puntos

Observación



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PA


Nombre: Fecha:



– Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos.



En este tipo de regulador, el valor de regulación sólo puede asumir dos estados definidos. En nuestro

ejemplo: 0V y 10V (Umáx.). La salida del regulador conmuta entre estos dos estados, dependiendo del

valor límite que se supere (inferior o superior). En nuestro ejemplo, el valor de regulación es máximo

al activar el sistema y se mantiene en ese nivel hasta que se alcanza el valor límite superior. Entonces

se desconecta la bomba. A continuación, el valor de regulación disminuye hasta que se alcanza el

valor límite inferior y se produce el efecto invertido.

El regulador de dos puntos se utiliza especialmente para regular tramos con grandes constantes de

tiempo. Otras aplicaciones son, por ejemplo, la regulación de un compresor, de la temperatura

ambiente o de la humedad.



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PA 153


Nombre: Fecha:



Parámetro Valor

normalizado

Valor

[ l ]


de trabajo

0,67 1,51

Observación



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PA


Nombre: Fecha:


Regulador P

Ejemplo con Kpr = 10



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PA 155


Nombre: Fecha:


Regulador I

Ejemplo con Tn = 10



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PA


Nombre: Fecha:


Regulador PI

Ejemplo con Kpr = 2, Tn = 5



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PA 157


Nombre: Fecha:







cero?


Regulador P: el sistema reacciona de modo relativamente rápido. La desventaja consiste en la

permanencia de la diferencia de regulación. Si se seleccionó un valor demasiado elevado de Kp, el

sistema empieza a oscilar.


en que la diferencia de regulación baja a cero después de un tiempo relativamente largo. Si Tn es

demasiado pequeño, el sistema se encuentra al límite de la inestabilidad o se vuelve inestable.




parte I consigue disminuir a cero las diferencias de regulación hasta alcanzarse el valor nominal.

Con Kpr=2 y Tn =5 se obtiene la menor amplitud de sobreoscilación.

En esta tarea puede utilizarse tanto un regulador PI como un regulador I. Con el regulador PI se

alcanza más rápidamente el ajuste final.



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PA


Nombre: Fecha:

4.3.3 Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR) Hoja 1 de 2

Solución obtenida con EasyPort digital/analógico y FluidLab® –PA.

TG

Tu

Observación



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Nombre: Fecha:

4.3.3 Método de optimización según Chien-Hrones-Reswick (CHR) Hoja 2 de 2

– ¿Qué regulador seleccionó usted y por qué?

– ¿Qué valores se determinaron para Kp, Tn y Tv?

– ¿Qué criterios aplica usted para evaluar el resultado?


Kp:

Regulador P: 1,21

7*

1

3,0

Ts

Tg*

Ks

3,0==

Regulador PI: 45,21

7*

1

35,0

Ts

Tg*

Ks

35,0==

Regulador PID: 2,41

7*

1

6,0

Tu

Tg*

Ks

6,0==

Tn:

Regulador PI: 2,11*2,1Tu*2,1 ==

Regulador PID: Tg= 7

Tv:

Regulador PID: 5,01*5,0Tu*5,0 ==

Considerando los parámetros ajustados, es posible observar diversos comportamientos del sistema

recurriendo a la respuesta gradual. Al regular con un regulador P, el valor de salida asume pronto el

d i i d l l l dif i d l ió Si l

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FESTO MPS®PA MANUAL DE TRABAJO