MPS-PA Manual de Trabajo

548592 ES 12/06

MPS®PA Manual de trabajo

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

PA

Este software ha sido desarrollado y producido con el único propósito de la

formación y el perfeccionamiento profesional en materia de automatización de

procesos continuos y de comunicación. La entidad de enseñanza y/o el estudiante

deberán velar por el cumplimiento de las medidas de seguridad indicadas en el

presente manual.

Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por daños ocasionados a los

estudiantes, a la entidad de enseñanza o a otros terceros debido a la utilización de

los equipos sin fines exclusivos de enseñanza. Esta exclusión no se aplica si Festo

Didactic ocasiona este tipo de daños de modo premeditado o gravemente culposo.

N° de artículo: Fecha de actualización: Autores: Redacción: Representación gráfica:

548592 12/2006 J. Helmich, ADIRO H. Kaufmann M. Linn V. Xhemajli, C. Green, T. Schwab, ADIRO

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

Está prohibida la difusión o el multicopiado parcial o total del presente documento, 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 y modelos 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 ___________________________________________________ 68

9.2 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 componentes Tarea 1.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________A-5

Tarea 1.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________A-7

Tarea 1.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ________________A-9

Tarea 1.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ______________A-11

Tarea 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-17

Tarea 1.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________A-21

Tarea 1.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación______________A-29

Tarea 1.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________A-32

Tarea 1.2.5: Niveles de presión con rampa _______________________________A-36

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

Tarea 1.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) _________________A-41

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

Parte B: Estación de mezcla

Tarea 2.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 2.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________B-5

Tarea 2.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________B-7

Tarea 2.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ________________B-9

Tarea 2.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ B-11

Tarea 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-17

Tarea 2.2.2: Enlaces lógicos __________________________________________ B-24

Tarea 2.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ B-33

Tarea 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: Regulación Tarea 2.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ B-43

Tarea 2.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ B-45

Tarea 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 componentes Tarea 3.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________C-5

Tarea 3.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________C-7

Tarea 3.1.3: No procede: no hay componentes neumáticos

Tarea 3.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _______________C-9

Tarea 3.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________C-11

Tarea 3.2: Medición y control Tarea 3.2.1: Línea característica del sistema calentador/fluido ______________C-15

Tarea 3.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________C-22

Tarea 3.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________C-29

Tarea 3.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________C-32

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

Tarea 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 componentes Tarea 4.1.1: Denominación de los componentes del sistema ________________ D-5

Tarea 4.1.2: Completar el diagrama de flujo RI ____________________________ D-7

Tarea 4.1.3: Completar el esquema de distribución neumático _______________ D-9

Tarea 4.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ D-11

Tarea 4.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones _______________________ D-13

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

Tarea 4.2.2: Enlaces lógicos __________________________________________ D-22

Tarea 4.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ D-29

Tarea 4.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ D-33

Tarea 4.2.5: Comportamiento al llenar y vaciar el depósito _________________ D-37

Tarea 4.3: Regulación Tarea 4.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ D-43

Tarea 4.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ D-45

Tarea 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 Festo

Didactic es apropiado para diversos niveles y varias actividades profesionales. Los

equipos y las estaciones del sistema modular de producción mediante procesos

continuos automatizados (MPS® PA) permiten estudiar aplicando los mismos

criterios que se utilizan en la realidad industrial. El equipo está constituido de

componentes industriales modificados con fines didácticos.

La estación MPS® PA es el sistema apropiado para que sus alumnos puedan adquirir

en 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 a

cooperar y serán capaces de organizar. En proyectos didácticos, podrán estudiar

ejecutando 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 la

automatización y la tecnología de procesos continuos de Festo Didactic GmbH & Co.

KG. El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento

profesional práctico y permite iniciarse rápidamente y de acuerdo con criterios

prácticos en los trabajos de medición, control y regulación de parámetros de la

técnica de procesos continuos.

En primer lugar se «aprende realizando trabajos prácticos», entendiendo los

contextos válidos en un circuito de regulación. A continuación se adquieren los

conocimientos necesarios para trabajar con fórmulas y efectuar los cálculos

necesarios.

Los circuitos de regulación y las funciones de control de las estaciones MPS® PA

imitan procesos reales: mezclar, regular temperaturas, filtrar y rellenar. Se trata de

procesos muy difundidos en el sector industrial.

El sistema de estudio MPS® PA cubre materias de enseñanza válidas en los sectores

industriales 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 pueden

aprenderse 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 la

regulación


PA 9

Es imprescindible respetar las indicaciones de seguridad incluidas en los manuales

de 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 las

indicaciones de seguridad.

Indicaciones de seguridad y de trabajo


PA

El sistema de estudio de la automatización de procesos continuos incluye una gran

cantidad 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 principales MPS® 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 de

los seminarios.

En los catálogos y en Internet constan otras ofertas didácticas. El sistema de estudio

de 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 de

texto 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 especialmente

preparados y, además, de los equipos necesarios.

La preparación metodológica del material didáctico está adaptada al hardware

utilizado 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. Fueron

concebidos para el uso en clase, aunque también son apropiados para el uso

autodidáctico. El software incluye programas de estudio con el ordenador y software

de programación para controles lógicos programables. La oferta de formación y

perfeccionamiento profesional se completa con una amplia oferta de seminarios

relacionados con los contenidos de los conjuntos tecnológicos didácticos.

Temas para el trabajo en proyectos


PA

MPS®

PA Estación de filtración

Objetivos

didácticos Ta

reas

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 hoja

de 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

•


funcionamiento 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

MPS®


Objetivos

didácticos Ta

reas

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 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

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

didácticos Tare

as

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

•



de datos

• • • •



diagramas de flujo •





neumáticos

•


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


funcionamiento de un detector de

caudal

• • • •



procesos continuos

• • • • • • • •



final de carrera

• • • •





componentes

• •



PA 17

MPS®


Objetivos

didácticos Tare

as

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

didácticos Tare

as

3.1.

1

3.1.

2

No

proc

ede

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

•



de datos

• • • •







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


funcionamiento de un sensor de

temperatura

• • • • • •


funcionamiento de una calefacción • • • • •


funcionamiento de una mezcladora • • • • •



final de carrera

• • • •





componentes

• •



PA 19

MPS®


Objetivos

didácticos Tare

as

3.1.

1

3.1.

2

No

proc

ede

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 Tare

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


de datos

• • • •








neumáticos

•


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


funcionamiento de un detector de

nivel de llenado

•



procesos continuos

• • • • • • •



final de carrera

• • • • •





componentes

• • •



PA 21

MPS®

PA Estación de llenado»

Objetivos

didácticos Tare

as

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 las

estaciones MPS® PA, tal como constan en los esquemas de distribución.

No todos los componentes corresponden a todas las tecnologías, por lo que las

aplicaciones 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 nivel

de llenado

Detector de posición capacitivo

LS+

201

Punto de medición de nivel

de llenado

Comparador

a

Unidad de control del motor a

Depósito redondo

B201

Depósito rectangular

B101

Componentes de MPS• PA

Componentes de MPS®PA


PA 23

Componente Símbolo

eléctrico

Símbolo

neumático

Símbolo

Diagrama de flujo

Unidad de filtro y regulador, con válvula de cierre

3

Válvula manual

V402

Válvula doble de regulación V112

Válvula de bola de 3 vías con actuador giratorio neumático

1-4A1a

V106

Corredera con actuador lineal neumático

1-2A1

V102

Compuerta con actuador giratorio neumático

1-3A1

V103

Módulo de mezcladora

M

R304

Componentes de MPS® PA


PA

Componente Símbolo

eléctrico

Símbolo

neumático

Símbolo

Diagrama de flujo

Válvula reguladora de presión

Sensor de presión

BN

BK

BU

RU

1

4

3

WH2 RI

U

I

P

PIC

101

Punto de medición dela presión

Válvula proporcional reguladora de 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 con actuador giratorio neumático

2-3A1

V203

Cuerpo flotante, detector de caudal (mecánico)

FI

202

Punto de medición

del caudal

Detector de caudal, tipo 2 (eléctrico)

FIC

201

Punto de medición del

caudal

Componentes de MPS®PA


PA 25

Componente Símbolo

eléctrico

Símbolo

neumático

Símbolo

Diagrama de flujo

Convertidor frecuencia/tensión

a

Calefacción

W303

Sensor de temperatura

TIC

301

Punto de medición de la temperatura

Convertidor de temperatura/tensión

a

Detector analógico de ultrasonido

403

LI

Punto de medición del nivel

de llenado

Electroválvula de 2/2 vías

V403

Unidad de tope

Cinta de transporte

a

Componentes de MPS® PA


PA

Componente Símbolo

eléctrico

Símbolo

neumático

Símbolo

Diagrama de flujo

Limitador de la intensidad de arranque del motor de la cinta de transporte

Detector de reflexión directa


PA 27

MPS®


Componente Tare

as

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

MPS®


Componente Tare

as

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

MPS®


Componente Tare

as

3.1.

1

3.1.

2

No

proc

ede

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

Componente Tare

as

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 didácticos La meta didáctica general del presente manual de estudio consiste en la

redacción sistemática de esquemas de distribución para la técnica de medición,

control y regulación, así como la utilización práctica de sistemas de la técnica de

control y regulación en una estación MPS® PA. Esta reciprocidad de teoría y

práctica garantiza un eficiente progreso en los estudios. Las metas didácticas

concretas constan en la tabla. Cada una de las metas didácticas individuales está

atribuida a una tarea. Las metas didácticas importantes se expresan en forma de

pregunta de entendimiento.

• Duración El tiempo necesario para solucionar las tareas depende de los conocimientos

previos 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 continuos Los contenidos del manual de trabajo y de las estaciones MPS®PA del sistema de

estudio de la automatización de procesos continuos se corresponden. Para

solucionar las tareas se necesitan las estaciones MPS®PA y la variante de control

que 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 modelo

Estas 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 el

esquema de distribución eléctrico. Tratándose de componentes sin función eléctrica

(por ejemplo, la válvula manual), la identificación se rige por el diagrama de flujo

constituido por tuberías e instrumentos (diagrama RI).

La denominación de los componentes en los esquemas de distribución se rige por la

norma 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 se

rige por la norma DIN ISO 1219-2. Todos los componentes tienen la misma cifra

principal de identificación. Dependiendo del componente, se agregan letras. Si en el

esquema se incluyen varios componentes iguales, éstos son numerados

correlativamente. Los ramales de presión son identificados con P y se numeran

correlativamente 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 adicionalmente

el número "1-... ... ..." delante del número del circuito, la identificación del

componente y el número del componente.

Componentes neumáticos



PA

La denominación de estos componentes incluidos en el diagrama RI se realiza según

las normas EN ISO 10 628 y DIN 19227-1.

P202

M

B204B201 B202 B203

LA+

213

LS+

205

LS-

206

FI

202

LS-

204

LS-

203

LS-

202

LA+

212

LA+

211

LA+

210

V208

V206 V205 V204

V207

X202X201

LS+

201

V203V202V201

P201

M

V211

V209

FIC

201

V210

Ejemplo de diagrama de flujo RI. MPS® PA Estación de mezcla

La estructura y el funcionamiento de una instalación de técnica de procesos se

representa mediante un diagrama de flujo constituido por tuberías e instrumentos

(abreviación: diagrama de flujo RI). Los equipos como recipientes, bombas,

intercambiadores térmicos, etc., están definidos en la norma EN ISO 10 628.

Componentes de la técnica de procesos

Norma EN ISO 10 628



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 W

Equipo dosificador, distribuidor, otro tipo de aparatos X

Sistema de accionamiento, exceptuando motor eléctrico Y

Máquina trituradora Z

Identificación de

componentes de la técnica

de procesos



PA

Además de los componentes del equipo, el diagrama de flujo RI también incluye

zonas 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 EMCR

y se identifican con una letra (A-Z) y un número de identificación. En la parte

superior del círculo EMCR se incluyen las letras de identificación y en la parte

inferior aparece la numeración. El orden de las letras se explica por la siguiente

tabla 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 de

medición de la misma magnitud, el esquema debe incluir únicamente una

identificación por zona EMCR. Para recibir más informaciones, por favor consulte la

norma 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 regulador Letra

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 Relación

G 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/no

P 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 del

manual 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 distribución

de las estaciones MPS® PA están incluidas en el CD-ROM titulado «Documentación

técnica 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 como

presión, temperatura, caudal o nivel de llenado en función de unos valores

previamente definidos. Además, estos valores no deberán cambiar si se producen

perturbaciones. Esta tarea la asumen los sistemas de regulación.

La técnica de regulación se refiere a todos los asuntos que están relacionados con

esta tarea.

Para que un regulador reciba una señal eléctrica correspondiente a la magnitud a

regular, primero es necesario recibir y convertir esa señal.

A continuación, el regulador debe comparar el valor de la señal recibida con el valor

previamente definido. Si constata una diferencia, deberá definirse de qué modo

debe reaccionar el equipo.

Finalmente, debe encontrarse un lugar apropiado en el equipo, para que la

regulación de la magnitud correspondiente sea eficiente (por ejemplo, el regulador

de una calefacción). Para decidir el lugar de montaje, es necesario saber cómo

funciona 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 o

deberá corresponder al cambio de valores previsto. Este valor predeterminado se

llama valor nominal.

La necesidad de regular un valor es propia de equipos y máquinas utilizados en los

más diversos sectores industriales. La magnitud que debe regularse se llama valor

real. 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 valor

nominal. 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 relaciones

se explican por su dependencia recíproca. La parte que interesa para la regulación y

que 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 un

sistema. Un sistema tiene, por lo menos, una magnitud de entrada y una de salida.

Su comportamiento está determinado por la dependencia recíproca existente entre

el valor de salida y el valor de entrada. Este comportamiento entre dos o varias

magnitudes suele poder describirse mediante ecuaciones matemáticas, partiendo

de las leyes fundamentales de la física. Estas dependencias físicas recíprocas

también pueden determinarse empíricamente mediante experimentos. Los sistemas

se representan en forma de bloque, con indicación de las magnitudes de entrada y

de salida.

Magnitud de entrada

Magnitudde salidaSistema

Representación de un sistema en bloque

La temperatura de un baño de agua debe mantenerse a un nivel constante. El baño

de agua se calienta mediante una espiral tubular por la que fluye vapor. El flujo del

vapor 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 la

temperatura del baño de agua. De esta manera se obtiene un valor nominal que es

la 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


en 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 las

pérdidas de calor. Disminuye si la potencia calorífica es menor que la pérdida de

calor.

• 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 definiciones

válidas en la técnica de regulación, según las establecen las normas. Para entender

el significado de la técnica de regulación, es recomendable explicar primero la

diferencia entre los conceptos «controlar» y «regular».

Según la norma alemana DIN 19226, el control se refiere al proceso que se produce

en un sistema si una magnitud de entrada (o varias) ejerce una influencia en las

magnitudes 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 magnitud

de entrada.

El caudal volumétrico se ajusta modificando la posición del estrangulador.

Suponiendo una presión previa constante, el caudal depende directamente de la

posición del estrangulador. Esta relación entre la posición de la corredera del

estrangulador y el caudal volumétrico puede determinarse mediante ecuaciones

físicas o empíricamente mediante experimentos. Según la definición anterior, así se

obtiene 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]

Válvula reguladora

Volumenstrom

V [m /s]3

l/h

Aparato de medición

Control del caudal volumétrico

Este sistema se puede controlar modificando la posición de la corredera. De esta

manera 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 necesario

corregir regulando a mano. Si se desea que esta operación de corrección se

produzca 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 una

operación en la que la magnitud a regular (valor real) se detecta

ininterrumpidamente para compararla con la magnitud previamente definida (valor

nominal). Dependiendo del resultado de esta comparación, se modifica la magnitud

de entrada del sistema de tal manera que la magnitud de salida coincida con el valor

previamente definido, sin importar si se producen perturbaciones en el sistema.

Debido a esta retroacción se trata de un sistema cerrado. Esta definición teórica

puede explicarse recurriendo al ejemplo del ajuste del caudal volumétrico.

El caudal volumétrico, siendo el valor real de salida, deberá mantenerse al nivel del

valor nominal. Para ello, primero se efectúa una medición y la señal de medición se

transforma en una señal eléctrica. Esta señal se envía al regulador y allí se produce

la comparación con el valor nominal previamente determinado. Esta comparación se

obtiene substrayendo los valores medidos del valor nominal. El resultado es la

diferencia de regulación.

Para poder modificar automáticamente la posición de la corredera en función de la

diferencia de regulación, es necesario disponer de un motor eléctrico o de una

válvula proporcional. Con ellos se regula la magnitud necesaria. El componente

necesario para realizar el ajuste se llama actuador regulador (ver gráfica siguiente).

Presión previa p [bar] V [m /s]

3

Caudal volumétrico

Unidad

de 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 función

de 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 diferencia

positiva 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, la

estrategia de regulación debe variar de caso en caso. Los sistemas que reaccionan

Regular

Diferencia de regulación

Ejemplo

Actuador regulador



PA

con retardo, deben regularse cuidadosamente y con previsión. Dicho esto, queda

claro cuáles son los problemas que debe solucionar el experto en técnicas de

regulación.

Si para ajustar la magnitud en un equipo es necesario diseñar un sistema de

regulación, 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 al

ejemplo del ajuste del caudal volumétrico mediante un estrangulador. Además, con

ese mismo ejemplo, se explicó el principio básico de la regulación y se ofreció una

introducción a los conceptos básicos de la técnica de regulación. A continuación se

explicarán más detalladamente los conceptos básicos de la regulación.

La finalidad de un sistema de regulación consiste en mantener un valor al nivel de

otro 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 regular

el valor es la señal de regulación «y». En el caso del ejemplo de la regulación del

caudal, se trata de la corriente de accionamiento de la bobina de la válvula

reguladora.

En cualquier tramo de regulación se producen interferencias. Son precisamente

estas transferencias que, en muchos casos, exigen la operación de regulación. En el

ejemplo aquí descrito, la oscilación de la presión de entrada modifica el caudal si se

mantiene inalterada la posición del estrangulador, por lo que resulta necesario

efectuar el correspondiente ajuste de la posición de la corredera. Estas

interferencias 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 regulación

puede representarse en el sistema, considerando que el valor real nominal es el

valor de salida y el valor real es el valor de entrada. Al regular el caudal, el tramo de

regulación 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. El

valor a regular se llama valor real.

La comparación entre el valor nominal y el valor real redunda en la diferencia de

regulación «xd». Esta diferencia se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula:

xd = e = w- x

El comportamiento de regulación se refiere a la forma en la que reacciona el tramo

de 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. A

raíz de esta comparación y considerando el comportamiento de la regulación, se

determina y emite la señal de regulación.

Valor real «x»

(Istwert)


Diferencia de regulación «x »

d

Valor nominal «w»

(Sollwert)

Comportamiento de regulación

(algoritmo)+

Funcionamiento básico del regulador

El actuador regulador modifica el valor a regular. El actuador regulador suele ser

accionado por una unidad de accionamiento. Esta unidad siempre es necesaria si el

regulador no es capaz de accionar directamente al actuador regulador. En el ejemplo

de la regulación del caudal, el actuador regulador es la válvula.

Para que el regulador conozca el valor a regular (valor real), es necesario que dicho

valor sea captado por una unidad de medición (sensor, detector, convertidor de

valores de medición), que la señal correspondiente sea convertida en una magnitud

física 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)



Regulador

(Sollwert)Valor nominal «w»

Circuito de regulación representado en bloques

Diferencia de regulación

«xd»

Comportamiento de

regulación

Regulador

Actuador regulador y

accionamiento regulador

Unidad de medición

Circuito de regulación



PA

El tramo de regulación es aquella parte de la máquina o del equipo en la que debe

conseguirse que el valor real se ajuste al valor nominal, lo que significa que las

señales de regulación deben compensar los valores de interferencia. En un tramo de

regulación, el valor real no es el único valor de entrada, ya que los valores de

interferencia también son valores de entrada. Para definir un regulador en función

del tramo de regulación, primero debe conocerse el comportamiento del tramo de

regulación. Al técnico especializado en la regulación no le interesa el

funcionamiento técnico del tramo de regulación; únicamente le interesa el

comportamiento del sistema.

En la técnica de regulación, el comportamiento del sistema en función del tiempo es

especialmente importante (este comportamiento se denomina también

comportamiento 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 el

comportamiento del sistema al producirse los cambios de las señales de regulación.

El técnico especializado en regulación siempre debe saber que prácticamente todos

los sistemas tienen un marcado comportamiento dinámico.

En el ejemplo del baño de agua, la regulación de la válvula que controla el paso de

vapor no provoca un cambio inmediato del valor real correspondiente a la

temperatura. La temperatura del agua más bien se adapta lentamente hasta

alcanzar el nuevo valor que se debe mantener. El comportamiento de este tramo de

regulación es el comportamiento propio de un depósito de líquido (ver gráfica

siguiente).

Posición de

a válvula

Temperatura del

baño de agua

Baño de agua

Posición dela válvula [%]

Temperatura del baño 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 un

sistema en función del

tiempo

Ejemplo



PA 49

Para seleccionar el regulador más apropiado, es necesario conocer el

comportamiento del tramo de regulación en función del tiempo. Sólo así se puede

conocer el dinamismo del tramo y, por lo tanto, únicamente en ese caso puede

definirse el ajuste del regulador.

La determinación del comportamiento del tramo de regulación en función del tiempo

se realiza mediante la respuesta gradual del tramo. Tratándose de tramos con

respuesta retardada, tal como sucede en el caso de un acumulador de energía, se

aplica la tangente o la tangente en el punto de inflexión (en caso de producirse

varios retardos) para determinar la constante del tiempo del tramo.

La reacción de un sistema a una señal de entrada gradual se llama respuesta

gradual. Si esta respuesta se relaciona con la altura de la señal de entrada gradual

(representación normalizada), se trata de una función transitoria del sistema. En

este caso se supone que durante la fase de transición el margen lineal se mantiene

en función del punto de trabajo y que el sistema se mantuvo junto al punto de

trabajo antes de iniciarse el experimento, es decir, estando en estado estacionario.

En el siguiente esquema se explica este proceso.

Y X

t t

y (t) = Y (t) - Y0

x (t) = X (t) - X0Δy

Y0

X0

Señal de entrada Señal de salida

X (t)Y (t)

Sistema técnico

Determinación empírica de la respuesta gradual x(t)

X0, Y0 – Valores correspondientes a los puntos de trabajo

y – Altura de la respuesta gradual de la señal de entrada y(t)

y

x(t)h(t)

Δ= – Función transitoria

5. Identificación del tramo de regulación

Respuesta gradual o función

transitoria



PA

5.1 Comportamiento dinámico

Esta descripción de un sistema también se denomina comportamiento dinámico. En

la siguiente gráfica se explican las relaciones correspondientes. En este caso, se

amplía repentinamente la señal de regulación «y» (ver coordenadas del lado

izquierdo). La respuesta del valor real x es gradual y con oscilaciones durante

breves instantes.

Señal de regulación «y» Valor real «x»Tramo de

regulación

y x

t t

a

Respuesta gradual, función transitoria

Otra característica del sistema consiste en su comportamiento en estado de

equilibrio, es decir, el comportamiento estático.

El sistema alcanza su comportamiento estático cuando no cambia ningún valor en el

transcurso del tiempo. El estado de equilibrio sólo se alcanza al concluir las

oscilaciones iniciales. Este estado se puede mantener indefinidamente. También en

estado de equilibrio, el valor de salida depende del valor de entrada. Esta

dependencia se expresa mediante la línea característica de un sistema.

La línea característica del sistema «válvula» del ejemplo del baño de agua muestra

la relación entre el caudal y la abertura de la válvula.

Caudal volumétrico [M /s ]

3

1

1 2

2

3

Posición de la válvula y[mm]

con presión previa p

Línea característica del sistema «válvula»

Estado de equilibrio

Comportamiento estático

Ejemplo



PA 51

Analizando la línea característica se puede apreciar si se trata de un sistema lineal o

no lineal. Si la línea característica es una recta, se trata de un sistema lineal. En el

caso del sistema constituido por la válvula, se trata de una línea característica no

lineal. En la práctica, numerosos tramos de regulación no son lineales. Sin embargo,

en el margen de funcionamiento, la línea característica puede asemejarse a una

línea recta.

En términos prácticos, la respuesta gradual y la función transitoria representan las

formas más importantes de un modelo de sistema dinámico lineal.

El comportamiento de la transmisión de señales de sistemas técnicos puede

explicarse 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 sistemas

con 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 del

sistema. En los sistemas de comportamiento D (diferencial), el valor de salida vuelve

a 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

Comportamiento

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 del

transcurso de la curva de la respuesta gradual del tramo de regulación.

xx

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 obtener

gráficamente 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 obtieneT = 63%

Determinación de la constante del tiempo



PA 53

El número irracional e

Cómo 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, también

se llaman filtros de frecuencia baja de 1er orden. Además, provocan un desfase

entre 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 del

tiempo 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 sin

tramos de oscilación y tienen un comportamiento proporcional o integral en

combinación con un tiempo muerto. Por ello, la función transitoria con frecuencia se

utiliza como modelo dinámico lineal.

De esta manera, la caracterización del comportamiento del sistema en el caso de

tramos de orden superior se simplifica considerablemente mediante tres valores

característicos:

• Coeficiente proporcional o integral

• Tiempo de retardo

• Tiempo de compensación



PA

h

K

t

Tu

Tg

Curva alisada

Tangente de inflexión

Respuesta gradual determinada mediante experimento(normalizada)

Δh

Δt

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

K – Coeficiente proporcional

Tu – Tiempo de retardo

Tg – Tiempo de compensación

La tangente de inflexión, utilizada para obtener los valores característicos Tu y Tg, se

dibuja a mano en las coordenadas de la respuesta gradual determinada mediante

experimento. Si se sobreponen interferencias de alta frecuencia, deberá alisarse la

curva (ya sea a ojo o con la ayuda de un ordenador). Tratándose de interferencias de

baja frecuencia, el proceso no es evaluable. En este caso, es recomendable repetir

varias veces el experimento y alisar la curva aplicando un valor medio. En la tabla

siguiente se incluyen valores característicos modelo de tramos de regulación típicos.

Magnitud a regular Tipo de tramo Retardo Tu Tiempo de

compensación Tg

Horno Laboratorio

0,5 – 1 min

5 – 15 min

Industria 1 – 3 min 10 – 30 min

Columna de destilación

1 – 5 min 40 – 60 min

Calentador 1 – 2 min 20 – 100 min

Temperatura

Calefacción de espacios

1 – 5 min 10 – 60 min

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

Caudal Tubería para líquidos

0 0

Valores modelo característicos correspondientes a tramos de regulación típicos



PA 55

Dicho sea de paso, con el cociente u

g

T

T 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 operación

de regulación.

En este capítulo se aborda el tema del regulador.

El regulador es la unidad incluida en el circuito de regulación que se ocupa de

comparar el valor real (el valor medido) con el valor nominal (valor previamente

definido) 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 comportamiento

de memoria.

Para cada uno de esos tramos de regulación, la modificación de la señal de

regulación «y» debe realizarse de modo diferente. La tarea del experto en sistemas

de regulación consiste en seleccionar el comportamiento de regulación del

regulador 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 debe

calcular la señal de regulación en función de la diferencia de regulación. Aplicando

una clasificación general de los reguladores analógicos según su comportamiento

de regulación, existen dos categorías: reguladores continuos y reguladores

discontinuos.

La señal de regulación del regulador continuo cambia continuamente en función de

la diferencia de regulación. Estos reguladores calculan el valor de la diferencia de

regulación 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 lo

tanto, 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. Los

reguladores continuos, en cambio, pueden asumir cualquier valor. El regulador

discontinuo más utilizado es el regulador de dos puntos.

El termostato de una plancha es un ejemplo de regulador de dos puntos. Este

termostato 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 la

temperatura está definida previamente. Si la temperatura es inferior al valor

nominal, el termostato bimetálico conecta el calentamiento. Si la temperatura es

superior 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. Este

regulador conecta y desconecta una bomba (actuador regulador). Al producirse un

cambio 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 de

regulación. A continuación, se desconecta la bomba. Si baja el nivel de llenado, es

decir, si el nivel de llenado es inferior al valor nominal por la mitad de la diferencia

de regulación, la bomba vuelve a ponerse en funcionamiento.

Si se reduce la diferencia de conmutación, aumenta la frecuencia de la conmutación

de los actuadores reguladores (por ejemplo, relé, contactor, etc.). De esta manera se

alcanza más rápidamente la cantidad de ciclos de conmutación necesarios de un

actuador regulador.

Un tramo de regulación de fuerte ascendencia (por ejemplo, al calentar) y de

descendencia suave (por ejemplo, al enfriar), es ideal para la utilización de un

regulador 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 de

llenado con un regulador de

dos 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 técnico

especializado en regulación no puede modificarlo. El comportamiento en función del

tiempo del tramo de regulación debe determinarse mediante experimentos o

efectuando un análisis teórico. El regulador como tal también constituye un sistema

y también tiene su propio comportamiento en función del tiempo. Este

comportamiento 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 está

determinado 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 de

regulación. 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 son

proporcionales entre sí, sólo se emite una señal de regulación si existe una

diferencia de regulación. Ello significa que no es posible obtener una diferencia cero

únicamente 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 el

transcurso del tiempo, lo que significa que se integra. Si, por ejemplo, siempre hay

una diferencia de regulación, el valor de la señal de regulación siempre continuará

aumentando, ya que es el resultado de la suma en el transcurso del tiempo. Dado

que el valor de la señal de regulación aumenta continuamente, disminuye la

diferencia de regulación. Este proceso continúa hasta que la diferencia de

regulación 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 velocidad

con la que se producen los cambios de la diferencia entre el valor nominal y el valor

real. Si el cambio se produce rápidamente, entonces el valor de regulación es

grande. 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 que

únicamente si existe un cambio de la diferencia entre el valor real y el valor nominal

se 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 con

comportamiento I

Regulador con

comportamiento D



PA

7.4 Ejecución técnica de reguladores

En la técnica de la automatización, actualmente casi solamente se utilizan

reguladores eléctricos/electrónicos. Aunque es cierto que los reguladores

mecánicos o neumáticos suelen todavía aparecer con frecuencia en los libros de

texto para utilizarlos como ejemplos, no se utilizan ya en las instalaciones

modernas.

Los reguladores eléctricos/electrónicos funcionan con señales eléctricas de entrada

y de salida. Por ello, los convertidores de valores de medición son detectores que

convierten las magnitudes físicas en tensión o intensidad. Los actuadores

reguladores 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 impuesto

márgenes estándar para reguladores de utilización universal:

Tensión 0 – 10 V -10 – +10 V

Intensidad 0 – 20 mA 4 – 20 mA

El procesamiento de las señales en el regulador se lleva a cabo analógicamente con

amplificadores 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 el

microprocesador, el valor digital se vuelve a transformar en un valor analógico.

Aunque estos dos tipos de procesamiento deben interpretarse de modos diferentes

desde 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 de

reguladores y la importancia de los parámetros de regulación. En la descripción se

utiliza la respuesta gradual, tal como ya se hizo en las explicaciones sobre los

tramos de regulación. Para el regulador, la magnitud de entrada es la diferencia de

regulación, 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 calcula

proporcionalmente en relación con la diferencia de regulación. Si la diferencia de

regulación es grande, también lo es el valor de regulación; si la diferencia es

pequeña, también lo es el valor de regulación. En el caso ideal, el comportamiento

del regulador P en función del tiempo es exactamente igual al de la señal de

entrada.


Diferencia de 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 coeficiente

proporcional o la amplificación proporcional. La letra de identificación

correspondiente es Kp. Este valor puede ajustarse con un regulador P. El valor indica

que la señal de regulación se calcula según la diferencia de regulación. Cálculo de la

amplificación proporcional:

Kp = Yo/Xo

Si la amplificación proporcional es grande, el regulador provocará una regulación

fuerte mediante el actuador regulador, aunque las diferencias sean pequeñas. Si la

amplificación 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 también

ejecuta un salto. Su altura depende de la amplificación proporcional. Los

reguladores utilizados en la práctica suelen tener un retardo, lo que significa que el

cambio de la señal de regulación se produce sólo transcurrido cierto tiempo

después de modificar la diferencia de regulación. En los reguladores eléctricos suele

ser 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 se

mantiene una diferencia de regulación debido a la relación fija entre la diferencia y

la señal de regulación. Esta diferencia restante no puede regularse mediante el

regulador 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 que

cambia el valor de la señal de regulación. Ello se pone de manifiesto por el salto que

da el regulador I al responder: si la diferencia de regulación asume repentinamente

un valor, el valor de regulación aumenta de modo continuo. Cuanto más grande es la

diferencia de regulación, tanto más empinada es la curva de crecimiento del valor de

regulación.



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 el

valor de regulación. Si por este cambio del valor de regulación disminuye cada vez

más 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, ya

que produce oscilaciones en el circuito de regulación o porque elimina la diferencia

de regulación demasiado lentamente si se trata de tramos de regulación con gran

retardo. Por ello, en la práctica casi no se utilizan reguladores I.



PA 63

8.3 Regulador PI El regulador PI está compuesto por la combinación de un regulador P y un

regulador I. De esa manera es posible aprovechar las ventajas que ofrecen ambos

reguladores: reacciones rápidas y eliminación de la diferencia de regulación

restante. Por esta razón, el regulador PI es apropiado para numerosos tramos de

regulación. Además de la amplificación proporcional se suma otro parámetro propio

del 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 la

diferencia de regulación restante. O, para expresarlo en otros términos: el tiempo de

reajuste 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 el

comportamiento 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 al

aumentar 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 ser

pequeño 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 K

y 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 regulador

reacciona demasiado abruptamente, por lo que se producen oscilaciones en todo el

circuito 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 conocerse

antes de realizar la puesta en funcionamiento.

Tiempo de reajuste



PA

8.4 Regulador PD El regulador PD es la combinación de un regulador P y un regulador D. El

comportamiento D se refiere a la velocidad del cambio de la diferencia de

regulación.

Cuanto mayor es esa velocidad, es decir, cuanto mayor es la diferencia de

regulación en función del tiempo, tanto mayor es la parte D. Ello significa que

adicionalmente al comportamiento del regulador P, se contrarrestan breve pero

fuertemente las marcadas diferencias de regulación. Ello se expresa a través del así

llamado tiempo de acción derivada.

El tiempo de derivación Tv expresa cuánto demora menos un regulador PD que un

regulador P para equilibrar el valor de regulación. Al producirse un salto de la señal

de regulación se equilibra una gran parte, antes que un regulador P sería capaz de

alcanzar ese valor. Por ello, pareciera que la parte P se activa antes por el tiempo Tv.


Diferencia de 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 son

capaces 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 tener

oscilaciones.




PA 65

8.5 Regulador PID Además de las propiedades que tiene el regulador PI, el regulador PID tiene una

parte D adicional. Este regulador también considera la velocidad del cambio de la

diferencia de regulación.

Si aumenta considerablemente la diferencia de regulación, la parte D provoca en un

primer término una sobreelevación extrema del valor de regulación durante unos

instantes. 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, la

intervención es más rápida y, por lo tanto, se recupera más pronto el estado de

regulación equilibrada. La desventaja consiste en que en el circuito de regulación

pueden producirse oscilaciones más rápidamente, por lo que la regulación es

mucho más complicada.

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

del tiempo.


Diferenciade regulación x

d

Regulador

xd

TV

Tn 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 un

regulador PI. Ello se puede apreciar en el tiempo de acción derivada Tv. El tiempo de

acción derivada es el tiempo por el que un regulador PID es más rápido que un

regulador PI.




PA

Los sistemas de regulación son parte de las instalaciones automatizadas y su

función principal consiste en estabilizar los procesos. Se utilizan con los siguientes

fines:

• 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 la

optimización del ajuste de la regulación: ¿Qué regulador es apropiado para qué

tramo de regulación?

A continuación se indican los reguladores que suelen utilizarse con mayor

frecuencia en determinados tramos de regulación.

Con mantención de la diferencia de regulación

Sin mantención de la diferencia de regulación

P PD PI PID

Temperatura Tramos sencillos, poco exigentes

Tramos sencillos, poco exigentes

Apropiado Muy apropiado

Presión Por lo general, no apropiado

Por lo general, no apropiado

Muy apropiado; en tramos con gran retardo, también regulador I

Apropiado si la señal de regulación no tiene pulsaciones muy marcadas

Caudal No apropiado No apropiado Apropiado, pero el regulador I suele ser mejor

Apropiado

Nivel de llenado

Con tiempo muerto corto

Apropiado Apropiado Muy apropiado

Transporte No apropiado por el tiempo muerto

No apropiado Apropiado, pero el regulador I suele ser mejor

No ofrece ventajas dignas de mención en comparación con el regulador 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 determinados

reguladores. Por ejemplo, un tramo I puede regularse con un regulador P o,

viceversa, un tramo P con un regulador I.

Estructura del regulador Tramo

P PD PI PID

Tiempo muerto puro

No apropiado por el tiempo muerto

No apropiado Apropiado, pero un regulador I suele ser suficiente

Apenas ofrece ventajas en comparación con PI

1er orden con tiempo muerto corto

Apropiado si la diferencia de regulación es aceptable

Apropiado si la diferencia de regulación es aceptable

Muy apropiado Apropiado

2do orden con tiempo muerto corto

La diferencia de regulación suele ser demasiado grande considerando el Xp necesario

La diferencia de regulación suele ser demasiado grande considerando el Xp necesario

Menos eficiente que PID

Muy apropiado

Orden mayor No apropiado No apropiado Menos eficiente que PID

Muy apropiado

Si compensación, con tiempo de retardo

Apropiado Apropiado Apropiado Especialmente apropiado

Los parámetros de regulación del regulador seleccionado pueden determinarse

teóricamente 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 una

regulación óptima. Para mantener siempre estable el circuito de regulación, deberán

realizarse los siguientes ajustes:

Parte P Coeficiente proporcional Kp = 0,1

Parte I Tiempo de reajuste Tn = 500 s

Parte D Tiempo de acción derivada Tv = 0

Regulador P 1º Ajustar el valor nominal y ajustar a mano la diferencia de regulación a cero

2º Conmutar a funcionamiento automático

3º Aumentar Kp lentamente hasta que el circuito de regulación tienda a

oscilaciones debido a ligeros cambios del valor nominal

4º Disminuir Kp ligeramente hasta que desaparezcan las oscilaciones

Regulador P 1º Ajustar el valor nominal y ajustar a mano la diferencia de regulación a cero


3º Aumentar Kp lentamente hasta que el circuito de regulación tienda a

oscilaciones debido a ligeros cambios del valor nominal

4º Cambiar Tv de 0 a 1

5º Aumentar Tv hasta que desaparezcan las oscilaciones

6º Aumentar Kp lentamente hasta que vuelvan a aparecer las oscilaciones

7º 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 cero


3º Aumentar Kp lentamente hasta que el circuito de regulación tienda a oscilar

debido a ligeros cambios del valor nominal

4º Disminuir Kp ligeramente hasta que desaparezcan las oscilaciones

5º Reducir Tn ligeramente hasta que el circuito de regulación tienda nuevamente a

oscilar

6º Aumentar Tn ligeramente hasta que desaparezcan las oscilaciones



PA 69

Regulador PID 1º Ajustar el valor nominal y ajustar a mano la diferencia de regulación a cero


3º Aumentar Kp lentamente hasta que el circuito de regulación tienda a oscilar

debido a ligeros cambios del valor nominal

4º Cambiar Tv de 0 a 1

5º Aumentar Tv hasta que desaparezcan las oscilaciones

6º Aumentar Kp lentamente hasta que vuelvan a aparecer las oscilaciones

7º 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

9º Reducir Tn hasta que el circuito de regulación tienda nuevamente a oscilar

10º 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 circuito

regulador produce oscilaciones no amortiguadas (límite de estabilidad). En esas

condiciones se determinan el factor crítico de amplificación KRk y la duración de

las 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 lo

indicado en la siguiente tabla.

KR Tn Tv

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 obtener

un comportamiento útil si la relación entre el tiempo Tg y el tiempo de retardo Tu del

tramo de regulación no es demasiado grande, es decir, si en el modelo el tramo

tiene 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, es

posible 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 del salto

Tipo de la interferencia z

del valor nominal w

de la interferencia z del valor nominal w

P

u

g

s

r

T

T

K

7,0K •≈

u

g

s

r

T

T

K

7,0K •≈

u

g

s

r

T

T

K

3,0K •≈

u

g

s

r

T

T

K

3,0K •≈

PI

u

g

s

r

T

T

K

7,0K •≈

Tn ≈ 2,3 • Tu

u

g

s

r

T

T

K

6,0K •≈

Tn ≈ Tg

u

g

s

r

T

T

K

6,0K •≈

Tn ≈ 4 • Tu

u

g

s

r

T

T

K

35,0K •≈

Tn ≈ 1,2 • Tg

PID

u

g

s

r

T

T

K

2,1K •≈

Tn ≈ 2 • Tu

Tv ≈ 0,42 • Tu

u

g

s

r

T

T

K

95,0K •≈

Tn ≈ 1,35 • Tg

Tv ≈ 0,47 • Tu

u

g

s

r

T

T

K

95,0K •≈

Tn ≈ 2,4 • Tu

Tv ≈ 0,42 • Tu

u

g

s

r

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 uISTK

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 de

regulación de un regulador PID mediante un salto indistinto de la señal de

regulación. El salto correspondiente a un valor de regulación determinado se aplica

hasta 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

XΔ

tΔ

t

XV m a x

Δ

Δ=

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 real

3º Una vez que se alcanzó la máxima ascendencia, interrumpir el salto de la señal

4º Dibujar la tangente de inflexión

5º Dibujar el triángulo del incremento

6º 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

xVmax

Δ

Δ=



PA

Regulador Parámetros de regulación Tabla

P

HUMAX

PyTV

y%100K

⋅⋅

Δ⋅=

PI

HUMAX

PyTV2,1

y%100K

⋅⋅⋅

Δ⋅=

UNT3,3T ⋅=

PD

HUMAX

PyTV83,0

y%100K

⋅⋅⋅

Δ⋅=

UVT25,0T ⋅=

PID

HUMAX

PyTV83,0

y%100K

⋅⋅⋅

Δ⋅=

UNT2T ⋅=

UVT5,0T ⋅=

Hy = Margen máx. de regulación

(por lo general, 100%)

yΔ = 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 solucionar

problemas 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 componentes Tarea 1.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________A-5

Tarea 1.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________A-7

Tarea 1.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ________________A-9

Tarea 1.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones ______________A-11

Tarea 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-17

Tarea 1.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________A-21

Tarea 1.2.3: Zona y punto de trabajo en un tramo de regulación______________A-29

Tarea 1.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________A-32

Tarea 1.2.5: Niveles de presión con rampa _______________________________A-36

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

Tarea 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


• 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, deberá

primero conocer el funcionamiento de la estación y sus componentes más

importantes.

• Para examinar el funcionamiento de la estación puede utilizarse la SimBox

digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la pantalla táctil

del PLC.

• En el manual de la estación, en las instrucciones de utilización y en las hojas de

datos se ofrecen informaciones sobre la estación y los componentes.

1º Responda las preguntas y soluciones las tareas relacionadas con los respectivos

objetivos 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

Tareas. MPS® PA Estación de filtración


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 agua

sucia, pasa por una corredera y se bombea a través del filtro. Pasando por una

compuerta, 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 aire

comprimido 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 e

instrumentos (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

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

2 F101

3

Corredera

4 V103

5

Válvula de bola de 3 vías

En el esquema de distribución eléctrico y en el diagrama de flujo RI se utilizan dos

identificaciones diferentes para la corredera.

– Explique la diferencia.

Preguntas de comprensión

Denominación

de 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 un

dibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. Se trata de una

representación 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 de

medición 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 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 filtración.

Diagrama de flujo RI

La denominación de los componentes incluidos en el diagrama de flujo permite

analizar el funcionamiento del equipo.

Información

Planificación

Ejecución



PA


Nombre: Fecha:



– 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 medición

LA+ y LS+


Descripción del

funcionamiento de los

componentes

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 la

atribución 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 los

componentes constan en la introducción del manual de trabajo, en la

documentación 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 neumático

de la estación de filtración.

Información

Planificación

Ejecución

Esquema de distribución

neumático



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 cilindro

neumático?


Descripción del


componentes 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 procesos

continuos. Los datos técnicos son importantes para entender el funcionamiento de

los componentes de la estación.


Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes están

incluidos 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 de

regulación 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 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 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 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

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 atribuciones

Entradas digitales


Entradas 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 0 Señal de regulación Y, válvula

proporcional reguladora de presión

Examine el estado de todas las entradas y salidas e incluya los resultados en la

tabla. Compare la señal de entrada/señal de salida con las indicaciones de estado

en la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con FluidLab®-PA o la

pantalla táctil del PLC.


Salidas digitales


Salidas analógicas

Control



PA A-15


Nombre: Fecha:


– Describa el comportamiento del actuador regulador analógico (válvula

proporcional reguladora de presión) en el caso del accionamiento con señal

analógica.


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 válvula

proporcional reguladora de presión y el filtro, es necesario conocer el margen de

medición del sensor de presión y el margen de funcionamiento de la válvula

proporcional reguladora de presión (abreviatura: V_Prop).




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 la

V_Prop. Un sensor de presión integrado compara este valor con la presión en la

utilización. 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 valor

deseado. La señal de salida (valor nominal) es una tensión de 0 – 10 voltios. Se mide

la 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 hasta

tres 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 de

presión 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 del

sistema 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 la

siguiente 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 nominal

H=............

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.


Evaluación Indicación



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 se

bombea hacia el depósito de agua limpia pasando por el filtro. Una segunda bomba

se 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 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 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 en

la 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 de prueba para comprobar el funcionamiento de la estación.

El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: agitar, mezclar, filtrar el

agua y enjuagar el filtro.

Cada operación de bombeo deberá activase con una tecla. Mientras se pulsa la tecla

está 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 el

programa 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 ≥1 Pulsador

S3 Pulsador

LS- 102 DI 2 ≥1

Sin detector


B101)

1B9 Sin 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

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 ≥1 Pulsador

≥1 Pulsador

1B2 ≥1

Detector

(nivel de llenado superior en el depósito

B101)

LS+ 103 ≥1

Detector


B102)

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

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 ≥1 Pulsador

≥1 Pulsador

LS+ 101

1B5 ≥1

Sin detector


B102)



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 ≥1 Pulsador

S2

1B3 &

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

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3 ≥1 Pulsador

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 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 este caso: la presión mínima posible) y, a continuación,

el valor máximo posible de la señal de regulación (en este caso: la presión máxima

posible).

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

6

Bar

V

Bb

}X

Y

YX

Aa

Diagrama de la ecuación de la recta

bxa +⋅=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 datos

de 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:



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 que

la 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 asumir

cualquier valor entre 0 y 100%. La línea característica del sensor de presión se

incluye 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 presión Señal 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 de

funcionamiento de la válvula proporcional reguladora de la presión y en el

margen 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 de

un tramo de regulación en función del tiempo. Conociendo este dato, es posible

recibir 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 del

tiempo, es necesario que se produzca una respuesta gradual. Tratándose de tramos

con retardo, por ejemplo, en el caso de un acumulador de energía, se determina la

constante del tiempo del tramo aplicando una tangente o tangente de inflexión (si

hay varios retardos) en la curva.


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/analógico

con FluidLab®-PA.


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 valor

medio de la presión. Aplique la tensión de la válvula proporcional al actuador

regulador del tramo de regulación.

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

gráfica. ¿Se trata de un tramo de orden 0, de primer orden o de un orden

superior?

xx

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 el

63% 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 60

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t)

t

Aa

Tramo de 1er orden

Y X

y

xK s =



PA


Nombre: Fecha:


– Tramos de orden superior:

3º Aplique la tangente de inflexión «a» a la curva.


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 línea

recta es el tiempo de retardo Tu


en el punto de intersección del «valor máximo» y de la tangente «a». La distancia

entre 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 80 100 120

0

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

xK 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 pueden

afectar las válvulas y los filtros. Para evitar ese riesgo, las señales deben enviarse en

forma de rampa al actuador regulador.


La documentación técnica de la estación MPS® PA incluye las hojas de datos de los

componentes 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 forma

de 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 la

relación entre la tensión y la presión (limitación de la regulación de la válvula

proporcional)

Información

Planificación

Ejecución

Indicación



PA A-37


Nombre: Fecha:

1.2.5 Niveles de presión con rampa Hoja 2 de 2

– ¿Qué diferencia existe entre una válvula proporcional y una válvula proporcional

reguladora 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 valor

real es inferior al 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.



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 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

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 una

señal de regulación continua. Esta señal se calcula en función de la diferencia de

regulación.


En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen informaciones

importantes.

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

pantalla 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 cambiando

las 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.


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.


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 el

tramo 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 determinar

o calcular los valores de los parámetros apropiados depende de las características

del tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para definir los parámetros

es el método de ajuste según Ziegler-Nichols.


En la parte «B - Nociones básicas» del manual de trabajo se incluyen indicaciones

importantes.


pantalla 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



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 componentes Tarea 2.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________B-5

Tarea 2.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________B-7

Tarea 2.1.3: Completar el esquema de distribución neumático ________________B-9

Tarea 2.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ B-11

Tarea 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-17

Tarea 2.2.2: Enlaces lógicos __________________________________________ B-24

Tarea 2.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ B-33

Tarea 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: Regulación Tarea 2.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ B-43

Tarea 2.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ B-45

Tarea 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 redactar un programa





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



importantes.



del PLC.



1º Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivos











Tareas. MPS• PA Estación de mezcla


Información

Tareas del proyecto

Tareas. MPS® PA Estación de mezcla


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 para

mezclar 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 siguiente

estación o nuevamente hacia los tres depósitos originales.


«Mezcladora».

El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido por tuberías e

instrumentos (diagrama RI) de la estación, incluyen la denominación de los

componentes.


fotografía.

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

2 B201

3

Detector de posición «depósito B201, parte

superior»

4

Detector de caudal

5 P201

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.



componentes del proceso

Evaluación



PA B-7


Nombre: Fecha:



dibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. Se trata de una

representación 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 de

medición se describen como zonas EMCR (zonas de técnica eléctrica, de medición,

de control y de regulación) según la norma DIN 19227-1.


«Mezcladora».




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

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

Información

Planificación

Ejecución

El diagrama de flujo

constituido por tuberías e

instrumentos (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 y

FIC.

– Explique la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición

LA+ y LS+.


Descripción del


componentes

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 la

atribución de los componentes neumáticos a sus respectivos grupos.






los componentes neumáticos y complete el esquema de distribución neumático

de la estación de mezclar.

Información

Planificación

Ejecución


neumático



PA

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

Nombre: Fecha:







– ¿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 para

procesos continuos. Los datos técnicos son importantes para entender el

funcionamiento de los componentes de la estación.





Componente Denomina-

ción en el

diagrama de

flujo


Bomba P201

Tensión [V] ______



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 de

2 l/min.? Para obtener el cálculo, es necesario realizar una operación

matemática.


Evaluación



PA B-13


Nombre: Fecha:


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





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



– Llene los depósitos con 2 litros.



estación.




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


Entradas digitales





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 Dirección

EasyPort/

SimBox

Dirección

PLC


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






Salidas digitales


Salidas analógicas

Control



PA B-15


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de mezclar si el actuador regulador

analógico (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 y

la bomba, es necesario conocer el margen óptimo de medición del detector de

caudal y el margen de funcionamiento de la bomba. El comportamiento cambia

dependiendo de qué bomba bombea hacia el depósito de mezcla.






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. La

turbina de la bomba genera un caudal y el líquido fluye a través de los tubos. El

caudalímetro 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 posible

obtener la línea característica mediante un diagrama.


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 prueba

con los tres depósitos.

7º Dibuje las líneas características de las cuatro series de medición en el diagrama

utilizando colores diferentes.

Utilice la segunda bomba para bombear el agua nuevamente a los depósitos para

que 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 líneas

características 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 de

caudal 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.

El agua únicamente se bombea desde el depósito 1.

Tabla de valores Depósito 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 de

caudal

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

detector de

caudal 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 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

detector de

caudal 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.

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:


– Dibuje las líneas características.

L/min

V


sistema Tuberías/bomba



PA B-23


Nombre: Fecha:


– Compare las líneas características y busque las posibles causas que explican la

diferencia 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 tener

niveles de llenado determinados antes de bombear desde ellos el agua hacia el

depósito 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.









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. La

operación deberá continuar mientras se pulsa la tecla y mientras el depósito

contenga suficiente agua.

– Pulsador S1: bombeo de agua desde el depósito B201 hacia el depósito de

mezcla B204


mezcla B204


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 de

FluidSIM®.

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


B201)

Condiciones para la reposición de la válvula V201

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 ≥1 Sin pulsador

LS202 2B3 DI 2 ≥1

Sin detector


B201)

Indicación



PA


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S2 Pulsador

LS203


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 Sin pulsador



PA B-27


Nombre: Fecha:



Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3 Pulsador

LS204


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3 Pulsador

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



LS 206 ≥1

Utilizar las válvulas manuales para que sea posible bombear el agua hacia el

depósito 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 conectada

Red 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 constante

para obtener un buen resultado de medición. El valor nominal que se puede regular

debería 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 este

caso: la presión mínima posible) y, a continuación, el valor máximo posible de la

señal 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 una

señal de tensión. Esta señal puede convertirse en unidades de l/min.


100

0,9

L/min

V

Bb

}X

Y

YX

Aa


bxa +⋅=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.





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, continúe

aumentando la señal de regulación de la bomba P201 hasta que la señal del

detector alcance un valor máximo.

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


5º Ajuste la tensión de la bomba hasta que se alcance el valor medio del caudal.


Indicación

Al 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 cualquier

valor entre 0 y 100%. La línea característica del detector de caudal se incluye en el

diagrama. 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 de

medición

Ejecución



PA B-35


Nombre: Fecha:



funcionamiento de la bomba y en el margen de medición del detector.


Evaluación



PA


Nombre: Fecha:



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

de 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 tramos

de orden superior.





con FluidLab®-PA.


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 la

caudal. Aplique la tensión de la bomba al actuador regulador del tramo de

regulación.

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

gráfica.

xx

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.




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%.


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


0 10 20 30 40 50 60

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t)

t

Aa

Tramo de 1er orden

Y X

y

xK 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



• 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)


0 20 40 60 80 100 120

0

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

xK s =



PA B-39


Nombre: Fecha:



– ¿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 las

veces de actuador regulador. La cantidad de agua que fluye hasta que se obtiene el

caudal 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.


La documentación técnica de la estación MPS® PA incluye las hojas de datos de los

componentes 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 los

depósitos de agua hacia el depósito de mezcla. A continuación se comprueba la

cantidad 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 un

contador rápido. Téngase en cuenta la frecuencia máxima de entrada del contador

del 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 determinada

cantidad 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 de

medición?


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 regulación

está CONECTADA o DESCONECTADA. Si el valor real es inferior al 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.




1º Llenar el depósito B201.

2º Efectuar pruebas de bombear el agua desde el depósito B201 con la bomba

P201 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




al 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.


tiene dimensión.

Información

Planificación

Ejecución

Alternativa

Indicación



PA


Nombre: Fecha:



– Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos.



Evaluación



PA B-45


Nombre: Fecha:




regulación.



importantes.


pantalla táctil.


1º Llenar Depósito B201.

2º Efectuar pruebas de bombear el agua desde el depósito B201 con la bomba

P201 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



en la tabla.


Parámetro Valor

KP 1

KP 5

KP 10

KP 50


Ejecución



PA B-47


Nombre: Fecha:


Regulador I



tabla.


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. Es

importante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para el

tramo a regular.




del tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para definir los parámetros

es el método de ajuste manual.



importantes.


pantalla táctil.

En este caso se desconocen los parámetros de regulación para una regulación

óptima del equipo. Para mantener estable el circuito de regulación en cualquier

circunstancia, deberán efectuarse los siguientes ajustes:

Parte P Coeficiente proporcional Kp = 0,1



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:

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

– ¿Qué valor se obtuvo para Kp?



Evaluación



PA


PA C-1

Parte C: Estación reactor ______________________________________________C-1

Tarea 3.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 3.1.1: Denominación de los componentes del sistema _________________C-5

Tarea 3.1.2: Completar el diagrama de flujo RI _____________________________C-7

Tarea 3.1.3: No procede: no hay componentes neumáticos __________________C-X

Tarea 3.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _______________C-9

Tarea 3.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones ________________________C-11

Tarea 3.2: Medición y control Tarea 3.2.1: Línea característica del sistema calentador/fluido ______________C-15

Tarea 3.2.2: Enlaces lógicos ___________________________________________C-22

Tarea 3.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación ___________C-29

Tarea 3.2.4: Identificación del tramo de regulación ________________________C-32

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

Tarea 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-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 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 redactar un programa de enlaces lógicos





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



importantes.



del PLC.



1º Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivos











Tareas. MPS• PA Estación reactor


Información

Proyecto

Tareas. MPS® PA Estación reactor


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. La

bomba de circulación puede ser considerada un sistema de refrigeración.


«Reactor».

El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido por tuberías e


componentes.


fotografía.


Información

Planificación

Ejecución



PA


Nombre: Fecha:




1


2 B301

3 R304

4 W303

5

Bomba refrigeradora


mezclar constan identificaciones diferentes para el calentador.





Evaluación



PA C-7


Nombre: Fecha:



dibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. El diagrama RI

refleja 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 control

y de regulación) según la norma DIN 19227-1.


«Reactor».




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

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

Información

Planificación

Ejecución

El diagrama de flujo

constituido por tuberías e

instrumentos (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 y

TA+?

– ¿Cuál es la diferencia entre las denominaciones de los puntos de medición

LA+ y LS+?


Descripción del


componentes

Evaluación



PA C-9


Nombre: Fecha:


En la Estación MPS® PA «Reactor» se utilizan diversos componentes para procesos







Componente Denominación

en el diagrama

de flujo


Calentador

Rendimiento 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] ______



Detector de

posición final

superior



Detector de

posición final

inferior



Información

Planificación

Ejecución



PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué resistencia tiene el sensor de temperatura con una temperatura de 20 °C?

– ¿Qué significado tiene el concepto Pt100?


Evaluación



PA C-11


Nombre: Fecha:


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





Las informaciones se hallan en el manual de la estación MPS® PA «Reactor».



– Llene el depósito del reactor con 7 litros de agua.



estación.




Símbolo Dirección

EasyPort /

SimBox

Dirección

PLC


DI 0

3B2 DI 1 Depósito 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


Entradas digitales





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 0 Valor de regulación Y (calentador

W303)






Salidas digitales


Salidas analógicas

Control



PA C-13


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de reactor si se desea controlar

digitalmente 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 calentador

y el fluido, es necesario conocer el margen óptimo de medición del sensor de

temperatura y el margen de funcionamiento del calentador. El comportamiento

cambia dependiendo de qué fluido se calienta.


«Reactor».





Determine la línea característica del sistema calentador/fluido. Al calentador se le

atribuye una tensión. La tensión se aplica al calentador en forma de una modulación

de duración de impulsos. Un sensor mide la temperatura Pt100. El sensor de

temperatura expresa la resistencia medida en magnitudes que expresan la

temperatura. 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 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 de

impulsos



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 deseada

en 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 (temperatura

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

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

H2O Agua Diferencia de temperatura ΔT 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 poner

en 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 los

valores 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

ηΔ ⋅⋅=⋅⋅ 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.



3M1 Calentador Potencia P 800 W

3M1 Calentador Tensión U 8 VDC




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


H2O Agua Diferencia de temperatura ΔT .....…...............K


- - Tiempo t 600 s

5º Aplique en el calentador la tensión determinada.











Medición 2

ηΔ ⋅⋅=⋅⋅ tPTcm

Observación

Observación



PA


Nombre: Fecha:


1º Calcule la diferencia de temperatura que puede obtenerse si se calienta doble

cantidad de agua.

2º Vierta 8 litros de agua en el depósito.

3º Mida la temperatura del agua en el depósito.



3M1 Calentador Potencia P 800 W

3M1 Calentador Tensión U 8 VDC




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


H2O Agua Diferencia de temperatura ΔT .....…...............K


- - Tiempo t 600 s

5º Aplique en el calentador la tensión determinada.











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 de

tempera-

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 valores Medición 1





PA


Nombre: Fecha:



Línea característica del sistema calentador/fluido

°C

s



PA C-21


Nombre: Fecha:

3.2.1 Línea característica del sistema calentador/fluido Hoja 7 de7

– ¿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?


Evaluación



PA


Nombre: Fecha:


Para un funcionamiento fiable de la estación de reactor, es necesario que el agua

tenga un nivel mínimo en el depósito antes de poner en funcionamiento el

calentador 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 aire

en las tuberías, por lo que disminuiría el rendimiento del sistema.

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









El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: bombear, agitar y calentar

el 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


Redacte el programa de enlaces lógicos con FluidSIM® y compruebe el

funcionamiento correcto.

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

distribución de FluidSIM®.






Información

Planificación

Ejecución

Observación



PA C-23


Nombre: Fecha:



Condiciones para la activación del calentador W301

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 & Pulsador

LS- 303 3B3 DI 2 &

Detector


B301)

Condiciones para la reposición del calentador W301

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico



.

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 ≥1 Sin 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

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico



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 P301

Red 3



PA


Nombre: Fecha:




Evaluación



PA C-29


Nombre: Fecha:


La temperatura del agua en el depósito del reactor debe ser constante. El valor

nominal que se puede regular debería 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 este caso: la temperatura ambiente) y, a continuación, el valor

máximo posible de la señal de regulación (en este caso: la máxima temperatura

posible de 60°C).

Adaptación de la señal del sensor:

El sensor de temperatura emite una señal de tensión. Esta señal puede convertirse

en unidades de °C.


100

100

°C

V

Bb

}X

Y

YX

Aa


bxa +⋅=Y

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


«Reactor».





Información

Observación

Planificación



PA


Nombre: Fecha:



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, el

calentador se desconecta al alcanzarse una temperatura de 60°C.

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


2

ttt

minmax_

−

=




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:



funcionamiento del calentador y en el margen de medición del sensor.


Evaluación



PA


Nombre: Fecha:



un tramo de regulación en función del tiempo. Así se puede conocer el dinamismo

del tramo de regulación y definirse el ajuste del regulador.



con retardo, se determina la constante del tiempo del tramo aplicando una tangente

o 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 de

funcionamiento del calentador supera la temperatura máxima del sistema. Si la

potencia calorífica es baja, se tardaría mucho tiempo para constatar la respuesta

gradual. En un sistema de regulación, no tiene importancia la regulación de la

temperatura a baja potencia calorífica.

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




con FluidLab®-PA.

– 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 temperatura

del agua a 45 °C o menos.

3º Recurriendo a la respuesta gradual obtenida, determine gráficamente el tiempo

muerto Tt y el tiempo de retardo Tu del tramo de regulación. Confírmelo con el

punto de inflexión.

Información

Planificación

Ejecución



PA C-33


Nombre: Fecha:



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



0 80 160 240 320 400 480

30

40

50

60

X°C

t

Stop

Tu

a


Y X

y

xK 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 inferior

al 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».



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


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.


tiene dimensión.

Para acelerar el experimento, es recomendable conectar la bomba refrigeradora

durante la fase de enfriamiento.

Información

Planificación

Ejecución

Observación



PA


Nombre: Fecha:



– Para esta tarea, ¿es apropiado un regulador de dos puntos?



Evaluación



PA C-37


Nombre: Fecha:




regulación.

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


importantes.


pantalla táctil.


1º Llenar el depósito.

– Active el calentador analógicamente cambiando las conexiones a

«funcionamiento analógico» en el tablero de conexiones.

Parámetro Valor

normalizado

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 reguladores

continuos.

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

Información

Planificación

Ejecución

Observación



PA


Nombre: Fecha:


Regulador P



en la tabla.


Parámetro Valor

Kp 10


Ejecución



PA C-39


Nombre: Fecha:


Regulador I



tabla.


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:








Evaluación



PA


Nombre: Fecha:

3.3.3 Método de regulación según la velocidad del aumento Hoja 1 de 3

El tramo de regulación de la temperatura en la estación de reactor es un tramo PT2.

Es importante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para el

tramo a regular.




del tramo de regulación. Un método sencillo y rápido para definir los parámetros es

el método de regulación según la velocidad del aumento.


«Reactor».


importantes.


pantalla táctil.

– Lleve a cabo el siguiente proceso de optimización:

1º Determine la respuesta gradual del tramo de regulación con una potencia

calorífica de un 40%.

2º Interrumpa el proceso cuando la curva tiene su mayor ascendencia.

3º Determine la velocidad de ascendencia mayor VMAX.

4º Determine el tiempo de retardo TU

5º Dibuje un triángulo del aumento.

6º Incluya en la(s) fórmula(s) de la tabla los valores de VMAX y TU para una estructura

de regulación elegida y calcule el parámetro de regulación del regulador.

Información

Planificación

Ejecución

t

xVmax

Δ

Δ=



PA C-43

Tarea 3.3: Estación « reactor. Regulación

Nombre: Fecha:


Estructura de

regulación

Parámetro de regulación Encabezamiento

P

HUMAX

PyTV

y%100K

⋅⋅

Δ⋅=

PI

HUMAX

PyTV2,1

y%100K

⋅⋅⋅

Δ⋅=

UNT3,3T ⋅=

PID

HUMAX

PyTV83,0

y%100K

⋅⋅⋅

Δ⋅=

UNT2T ⋅=

UVT5,0T ⋅=

Hy = margen máx. de regulación

(por lo general, 100%)

yΔ = 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 e

inicie el proceso de regulación.



PA


Nombre: Fecha:


– ¿Qué valor se obtuvo para Kp, Tn, Tv ?



Evaluación


PA D-1

Parte D: Estación de llenado __________________________________________ D-1

Tarea 4.1: Examinar las instalaciones y los componentes Tarea 4.1.1: Denominación de los componentes del sistema ________________ D-5

Tarea 4.1.2: Completar el diagrama de flujo RI ____________________________ D-7

Tarea 4.1.3: Completar el esquema de distribución neumático _______________ D-9

Tarea 4.1.4: Determinar los datos técnicos de las instalaciones _____________ D-11

Tarea 4.1.5: Confeccionar una lista de atribuciones _______________________ D-13

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

Tarea 4.2.2: Enlaces lógicos __________________________________________ D-22

Tarea 4.2.3: Margen y punto de trabajo en un tramo de regulación __________ D-29

Tarea 4.2.4: Identificación del tramo de regulación _______________________ D-33

Tarea 4.2.5: Comportamiento al llenar y vaciar el depósito _________________ D-37

Tarea 4.3: Regulación Tarea 4.3.1: Regulador de dos puntos__________________________________ D-43

Tarea 4.3.2: Regulación con reguladores continuos (P, I, PI) ________________ D-45

Tarea 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 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 redactar un programa





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 de



importantes.



del PLC.



Responda las preguntas y solucione las tareas relacionadas con los respectivos


Analice y complete los esquemas de distribución.

Confeccione una tabla de atribuciones.

Determine las líneas características de los componentes y, a continuación, estudie el

funcionamiento 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

Tareas. MPS® PA Estación de llenado


PA



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 de

dosificación. El agua se bombea desde el primer depósito hacia el depósito de

dosificación. 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 en

función del tiempo con una electroválvula. Las botellas se transportan hacia la

estación de embotellado mediante una cinta de transporte.


«Llenado».

El esquema de distribución eléctrico y el diagrama de flujo constituido de tuberías e


componentes.


fotografía.

3

1

2

4


Información

Planificación

Ejecución



PA


Nombre: Fecha:




1

Motor de correa

2 B401

3

Depósito de dosificación

4 V403

5

Dosificador


mezclar constan identificaciones diferentes para la válvula dosificadora





Evaluación



PA D-7


Nombre: Fecha:



dibujo técnico que se utiliza en la técnica de los procesos continuos. El diagrama RI

refleja 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 control

y de regulación) según la norma DIN 19227-1.

La información necesaria consta en el manual de la estación MPS® PA «Llenado».




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 permite analizar 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


componentes

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.






los componentes neumáticos.

– Complete el esquema de distribución neumático de la estación de llenado.

Información

Planificación

Ejecución


neumático



PA

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

Nombre: Fecha:







– ¿Qué función tiene un silenciador?


Descripción del



Evaluación



PA D-11


Nombre: Fecha:


En la Estación MPS® PA «Llenado» se utilizan diversos componentes para procesos




«Llenado».

Las hojas de datos y los esquemas de distribución de los componentes del proceso

están incluidos en la parte D-Anexo.


Componente Denominación

en el diagrama

de flujo


Bomba P401

Tensión [V] ______



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 llenado

de 2 litros? Para obtener la solución, es necesario realizar una operación

matemática.


Evaluación



PA D-13


Nombre: Fecha:


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








– Llene el depósito con 7 litros de agua.



estación.




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


Entradas digitales





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






Salidas digitales


Salidas analógicas

Control



PA D-15


Nombre: Fecha:


– ¿Qué debe tenerse en cuenta en la estación de llenado si se desea controlar

digitalmente 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.




Conecte al PC la SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con

FluidLab®-PA o la pantalla táctil del PLC.

Determine la línea característica del sistema depósito dosificador/bomba. A la

bomba se le aplica una tensión. Con la tensión se controlan las revoluciones del

motor 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 capta

el nivel de llenado y emite una señal de tensión de 0 ... 10 voltios. Se mide la tensión

y 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 el

margen de medición del detector o se alcanza el nivel máximo de llenado en el

depósito de dosificación. El nivel máximo de llenado equivale a la presión estática

de bombeo (presión hidrostática).


� 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


Al comparar directamente los tramos, es posible dibujar hasta tres líneas

características superpuestas.

Información

Planificación

Ejecución

Observación



PA


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Señal del

detector de

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 D-19


Nombre: Fecha:


Tensión en

la bomba

en V

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Señal del

detector de

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 semiabierta

Tabla de valores Válvula de salida semiabierta



PA


Nombre: Fecha:


Dibuje las líneas características

L

V


sistema «Depósito de

dosificación/Bomba»



PA D-21


Nombre: Fecha:




– Explique el comportamiento del sistema a bajas tensiones.


Evaluación



PA


Nombre: Fecha:


Para un funcionamiento fiable de la estación de llenado, los depósitos deben tener

niveles de llenado determinados antes de bombear desde ellos el agua hacia el

depósito 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 un

funcionamiento deficiente del equipo. Además, las botellas únicamente deberán

llenarse y transportarse si se cumplen todas las condiciones necesarias.


«Llenado».









El programa deberá ejecutar las siguientes operaciones: bombear agua desde el

depósito hacia el depósito de dosificación, llenar y transportar las botellas.

La operación de bombeo y de llenado deberá ejecutarse presionando pulsadores. El

sistema funciona mientras se aprieta el pulsador respectivo y si hay agua suficiente

en 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:









Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 & Pulsador

LS- 202 4B3 DI 2 &

Detector


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


S2 Pulsador

4B5 Detector de reflexión directa

(botella en posición de llenado)


Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S1 Pulsador

S3 Pulsador

S2 Sin pulsador





PA D-25


Nombre: Fecha:


Condiciones para la activación del motor de correa 4M3

Símbolo

diagrama

RI

Símbolo

esquema

eléctrico


S3 Pulsador

4B4

Detector de reflexión directa

(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 conectado

Red 3



PA


Nombre: Fecha:




Evaluación



PA D-29


Nombre: Fecha:


El flujo del agua de la bomba hacia el depósito de dosificación debe ser constante

para obtener un buen resultado del llenado. Siendo constante el nivel de llenado en

el 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 valor

deseado.

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 regulación

mínimo posible (en este caso, el nivel de llenado en el margen lineal) y, a

continuación, el valor máximo posible del valor de regulación (en este caso, el

máximo 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 en

unidades de l/min. recurriendo a la hoja de datos.


100

3,0

L

V

Bb

}X

Y

YX

Aa


bxa +⋅=Y

Siendo a = Factor; b = Offset; x = Tensión del sensor e Y = Nivel de llenado [l].






Observación

Planificación



PA D-31


Nombre: Fecha:



� 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 del

detector alcance un valor máximo.

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


� 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 bomba

Señal 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:



funcionamiento 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:



un tramo de regulación en función del tiempo. Así se obtienen informaciones sobre

el dinamismo del tramo de regulación y puede definirse el ajuste del regulador.



con retardo (por ejemplo, un acumulador de energía), se determina la constante del

tiempo del tramo aplicando una tangente.





con FluidLab®-PA.


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 siguiente

gráfica. ¿Se trata de un tramo de primer orden o de orden superior?

xx

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)


� 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%.


� Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin


0 10 20 30 40 50 60

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

X(t)

t

Aa

Tramo de 1er orden

Y X

y

xK s =



PA D-35


Nombre: Fecha:



• 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



• 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)


0 20 40 60 80 100 120

0

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

xK s =



PA


Nombre: Fecha:



– ¿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 se

observa al llenar y vaciar el depósito. La velocidad de llenado depende de varios

factores, 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


En la parte B-Nociones básicas del manual de trabajo se incluyen diversas

informaciones.

Solucione la tarea con SimBox digital/analógica, EasyPort digital/analógico con

FluidLab®-PA o el PLC con pantalla táctil,


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.


10. Repita los pasos 2 hasta 5, aunque esta vez con la válvula de evacuación

abierta.


12. Incluya las líneas características en un diagrama.


Para comparar directamente los tramos, pueden incluirse hasta tres líneas

características 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 1

Válvula de evacuación

cerrada, bomba en

funcionamiento



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 2


abierta, bomba

desconectada



PA


Nombre: Fecha:


Tensión de la bomba en V


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 3


abierta, bomba en

funcionamiento



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 inferior

al 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.



� 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




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 dos

puntos.


tiene dimensión.

Información

Planificación

Ejecución

Indicación



PA


Nombre: Fecha:



– Nombre aplicaciones apropiadas para los reguladores de dos puntos.



Evaluación



PA D-45


Nombre: Fecha:




regulación.


«Llenado».


importantes.


pantalla táctil.


� 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



en la tabla.


Parámetro Valor

KP 2

KP 5

KP 10

KP 50


Ejecución



PA D-47


Nombre: Fecha:


Regulador I



tabla.


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 . Es

importante encontrar rápidamente los parámetros de regulación óptimos para el

tramo a regular.




del tramo de regulación. Un método sencillo y apropiado para realizar el ajuste es el

método de Chien-Hrones-Reswick.


«Llenado».


importantes.


pantalla táctil.


� 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 de

llenado. Aplique la tensión en el actuador regulador analógico (la bomba) del

tramo de regulación.

� Identifique el número ordinal del tramo de regulación. ¿Se trata de un tramo de

primer 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.


en el punto de intersección del eje X y de la tangente «a». La distancia entre el

eje Y y esta recta es (Tu).



entre Tu y esta recta es Tg.

� Determine la amplificación del tramo Ks en estado estacionario (sin


Información

Planificación

Ejecución



PA D-51


Nombre: Fecha:


0 20 40 60 80 100 120

0

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 tabla

siguiente.

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

xK 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

Documents

MPS-PA Manual de Trabajo