Sintonización de un controlador de temperatura a través de un autómata programable

Resumen

La implementación de controladores PID en la industria tiene como principal dificultad la programación de los autómatas encargados de los procesos, lo que usualmente se traduce en controladores on-off sin ningún tipo de sintonización. El objetivo de la investigación fue el establecer el rendimiento de algunas técnicas de sintonización de constantes, en un controlador lógico programable comercial, evaluándolas de forma práctica en un sistema temperado. El sistema está compuesto por un recipiente con agua, un controlador PID en el PLC s7-300, haciendo uso del módulo de control de temperatura Siemens FM 355-2C, una resistencia calefactora AC como actuador (controlada por voltaje DC), y termocupla tipo E como sensor de temperatura. El modelo matemático del sistema, así como las constantes del controlador PID, se obtuvieron a través del módulo PID Tuner de Matlab. Las técnicas de identificación estudiadas fueron: la red neuronal MLP, la red auto-regresiva no lineal con entradas exógenas (NARX) y la red neuro-difusa (ANFIS). Los resultados indican que las técnicas anteriores son adecuadas para sintonizar un controlador PID, siendo aplicables en procesos industriales.

Palabras clave

control de temperatura; PLC; técnicas de identificación; redes neuronales; controlador PID.

Biografía del autor/a

Daniel Cera-Martínez

Ingeniero Mecatrónico.

Jesús Eduardo Ortiz-Sandoval

Ingeniero Electrónico, Magíster en Controles Industriales.

Oscar Eduardo Gualdrón-Guerrero

Ingeniero Electrónico, Doctor en Ingeniería Electrónica

Citas

Altamirano-Santillán, E., Vallejo-Vallejo, G., & Cruz-Hurtado, J. (2017). Monitoreo volcánico usando plataformas Arduino y Simulink. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 7 (2), 317-329. doi: https://doi.org/10.19053/20278306.v7.n2.2017.6073

Cáceres, C. A., & Amaya, D. (2016). Desarrollo e interacción de un laboratorio virtual asistido y controlado por PLC. Entre Ciencia e Ingeniería, 10 (19), 9-15. Recuperado de: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1909-83672016000100002&lng=es&tlng=es.

Cárdenas, J. A., & Prieto-Ortíz, F. A. (2015). Diseño de un algoritmo de corrección automática de posición para el proceso de perforado PCB, empleando técnicas de visión artificial. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 5 (2), 107-118. doi: 10.19053/20278306.3720

Criollo, B., Alvarado, J., & Numpaque, H. (2014). Control PID de temperatura y dosificasión de ph para la producción de gas metano a partir de la digestión anaeróbica de residuos sólidos orgánicos. Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada, 2 (24), 134-141. doi: https://doi.org/10.24054/16927257.v24.n24.2014.2339

Dávila-Gómez, A., Peña-Palacio, A., Ortiz-Valencia, P. A., & Delgado-Trejos, E. (2013). Stochastic or Complex Dynamics with Missing Data: A Review on Control. Iteckne, 10 (1), 113-127.

Duarte, J., Reyes-Caballero, F., & Fernández-Morales, F. (2013). La enseñanza de la física en los currículos de ingeniería. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 4 (1), 45-55. doi: http://dx.doi.org/10.19053/20278306.2606

Duque-Marín, A., Lopez, J. A., & Navas, A. F. (2017). Sintonización de un controlador PID implementado en un PLC haciendo uso de inteligencia de enjambres. Prospectiva, 15 (1), 35-41. doi: https://dx.doi.org/10.15665/rp.v15i1.679

Figueroa-Cuello, A., Pardo-García, A., & Díaz-Rodríguez, J. (2017). Sistema control supervisor de clientes con acceso remoto para sistemas solares fotovoltaicos autónomos. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 7 (2), 367-378. doi: https://doi.org/10.19053/20278306.v7.n2.2017.6104

Flórez-Solano, E., García-León, R. A., & Sánchez-Ortíz, E. A. (2017). Diseño de un sistema alimentador para un horno rotatorio en la producción de fosfato en Norte de Santander. Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada, 1 (29). doi: https://doi.org/10.24054/16927257.v29.n29.2017.2489

Hernández-Arroyo, E., Díaz-Rodríguez, J. L., & Pinzón-Ardila, O. (2014). Estudio del comportamiento de un Control MPC (Control Predictivo Basado en el Modelo) comparado con un Control PID en una Planta de Temperatura. Revista Facultad de Ingeniería, 23 (37), 45-54. doi: https://doi.org/10.19053/01211129.2789

Kolaj, W., Mozarin, J., & Sifere, M. (2016). PLC-PIDTuner: Application for PID tuning with SIMATIC S7 PLC controllers. 21st International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), 306-311.

Lazaridis, G. (2010). Voltage Controlled AC Light Dimmer, PCB Heaven. Recuperado de: http://pcbheaven.com/circuitpages/Voltage_Controlled_AC_Light_Dimmer/.

Lutvica, K. (2009). Temperature control in electric oven (Tesis de pregrado). Facultad de ingeniería eléctrica, Sarajevo, Bosnia.

Martínez-Mendoza, E., Sol-Sampedro, F. J., Rivas-Tovar, L. A., & Toledo-Toledo, G. (2015). Fabricación de muebles a partir de desechos de papel. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 5 (2), 99–106. doi: https://doi.org/10.19053/20278306.3144

Martínez-Ovalle, S., Reyes-Caballero, F., & González-Puin, L. X. (2013). Protección radiológica a trabajadores y público en instalaciones que operan radioisótopos industriales. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 3 (2), 120-124. doi: 10.19053/20278306.2166

Mazzone, V. (2002). Controladores PID. Quilmes, Argentina: Universidad Nacional de Quilmes.

Moreno-Anselmi, L. A., Reyes-Ortiz, Ó. J., & Ruíz-Acero, J. C. (2016). Evaluación del comportamiento mecánico de asfalto natural a partir de muestras a temperatura ambiente provenientes de Caquetá, Colombia. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 6 (2), 145–154. doi: http://doi.org/10.19053/20278306.3115

Niño-Vega, J. A., Martínez-Díaz, L. Y., & Fernández-Morales, F. H. (2016). Mano robótica como alternativa para la enseñanza de conceptos de programación en Arduino. Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada, 2 (28), 132-139.

Pabón-Fernández, L., Díaz-Rodríguez, J., & Pardo-García, A. (2016). Simulación del inversor multinivel de fuente común como variador de frecuencia para motores de inducción. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 7 (1), 165-180. doi: https://doi.org/10.19053/20278306.v7.n1.2016.5636

Velagic, J., Osmic, N., Lutvica, K., & Kadic, N. (2010). Incubator system identification and temperature control with PLC & HMI. IEEE Proceedings Elmar, 309-312.

Pérez-Pinto, L., Rodríguez-Borroto, M. Á., & Fernández-Castañeda, F. (2015). Modelación matemática y simulación del control automático para el quíntuple efecto de evaporación del central azucarero "el palmar" en Venezuela. Centro Azúcar, 42 (2), 48-60. Recuperado de: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2223-48612015000200006&lng=es&tlng=es.

Ruiz-Ayala, D. C., Vides-Herrera, C. A., & Pardo-García, A. (2018). Monitoreo de variables metereológicas a través de un sistema inalámbrico de adquisición de datos. Revista de investigación, Desarrollo e Innovación, 8 (2), 333-341. doi: 10.19053/20278306.v8.n2.2018.7971

Samin, R. E., Jie, L. M., & Zawawi, M. (2011). PID implementation of heating tank in mini automation plant using Programmable Logic Controller (PLC). International Conference on Electrical, Control and Computer Engineering 2011 (InECCE), 515-519.

Sánchez-Dams, R. D. (2013). Estado del arte del desarrollo de sistemas embebidos desde una perspectiva integrada entre el hardware y software. Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada, 2 (22), 98-105. doi: https://doi.org/10.24054/16927257.v22.n22.2013.416

Sánchez-Molina, J., Gelves-Díaz, J. F., & Ramírez, R. P. (2012). Implementación de un sistema tipo SCADA para mejorar los procesos de secado y cocción de la ladrillera Sigma Ltda., Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada, 2 (20), 80-85.

Santa, L. P. (2012). El PLC y sus aplicaciones en la industria, revoluciones Industriales. Recuperado de: http://instruredes.blogspot.com.co/2012/03/el-plc-y-sus-aplicaciones-en-la.html.

Siemens (2017). FM355-2 - PLCs – Siemens. Recuperado de: https://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/advanced-controller/s7-300/function-modules/fm355-2/pages/default.aspx

Silva-Díaz, L. J., Hernández-López, Y., Vázquez-Peña, A., Pérez-Acosta, O. G., & Pérez-Torres, D. (2017). Diseño de un sistema de automatización para la planta de alimento ensilado “Héctor Molina”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 26 (4), 109-120. Recuperado de: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2071-00542017000400010&lng=es&tlng=es.

Vargas-Guativa, J. A., López-Velásquez, J. A., & Conde-Cárdenas, L. (2014). Sistema de instrumentación y control para tanques de almacenamiento de agua potable. Ingeniare, 10 (17). Recuperado de: http://www.unilibrebaq.edu.co/ojsinvestigacion/index.php/ingeniare/article/view/416

Vera-Dávila, A. G., Delgado- Ariza, J. C., & Sepúlveda-Mora, S. B. (2018). Validación del modelo matemático de un panel solar empleando la herramienta Simulink de Matlab. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 8 (2), 343-356. doi: 10.19053/20278306.v8.n2.2018.7972

Yu, C.C. (2006). Autotuning of PID Controllers, a Relay Feedback Aproach. Londres, Inglaterra: Springer-Verlag.