1. No category

Sistemas de Control Automático. Guía 2
1
Facultad: Ingeniería.
Escuela: Electrónica.
Asignatura: Sistemas de Control Automático.
Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio
3, 2da planta).
Tema: Instrumentación y Conocimiento del Equipo
Objetivos específicos

Conocer algunos de los módulos del laboratorio de Instrumentación y Control

Realizar circuitos utilizando los paneles de Instrumentación y Control

Utilizar el osciloscopio digital para obtener las gráficas de voltaje de diferentes plantas

Simular las plantas utilizando la plataforma Simulink de MATLAB
Materiales y equipo
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1 Termómetro
1 Fuente de alimentación 15 VDC [SO3538-8D]
1 Referencia de voltaje [SO3536-5A]
1 Amplificador de potencia [SO3536-7Q]
1 Sistema controlado de temperatura [SO3536-8T]
1 Sistema motor-generador [SO3536-8S]
1 Módulo con bomba [SO3536-9H]
1 Sistema de control de nivel [SO3536-9K]
1 Voltímetro de bobina móvil [SO5127-1H]
2 Puntas para voltímetro
1 Computadora con MATLAB, Simulink y Run Intuilink Data Capture instalado.
1 Osciloscopio digital [DSO1052B]
2 Puntas para el osciloscopio
1 Cable USB tipo A/B
5 Cables
12 Puentes
1 Switch
1 Destornillador plano tipo bornera
Introducción teórica
Actualmente tanto en la industria como en el campo domestico es necesario controlar y mantener
constantes algunas magnitudes, tales como presión, caudal, nivel, temperatura, pH, conductividad,
velocidad, humedad, etc. Para el control y mantenimiento de estas magnitudes se ha desarrollado toda
una teoría de control automático apoyada grandemente en instrumentos de medición y control.
En los inicios de la era industrial , la calidad de los productos estaba sujeta a la habilidad y dedicación de
los operarios de las fábricas, los cuales velaban constantemente por el buen funcionamiento de la planta
Sistemas de Control Automático. Guía 2
2
mediante controles manuales: válvulas, manómetros, termómetros, etc. Esto era permisible en aquel
entonces, donde los procesos eran bastante simples; no obstante, los procesos actuales son mucho más
complejos que los de aquella época y requieren de un mayor seguimiento, precisión y ejecución que no
puede exigírsele a un operario. Es a raíz de esta situación que los instrumentos de medición han ido
progresando hasta alcanzar el nivel actual y el control se realiza de manera automática. De igual forma
en el campo doméstico aparatos como calefacción o aire acondicionado regulan automáticamente la
temperatura y humedad de los hogares y edificios para lograr un ambiente agradable para las personas
sin que estas tengan que estar manipulando el aparato constantemente.
Todo sistema de control se compone de los siguientes elementos básicos:
•
•
•
•
•
•
Señal de Referencia (Setpoint o consigna): es una señal de entrada conocida que nos sirve
para calibrar al sistema.
Detector de error: como su nombre lo indica obtiene una señal de error de la diferencia entre
la señal de referencia y la de realimentación.
Controlador: gobierna el comportamiento del sistema en función de la señal de error.
Actuador: es un elemento que recibe una orden desde el regulador o controlador y la adapta a
un nivel adecuado según la variable de salida necesaria para accionar el elemento final de
control, planta o proceso.
Planta: Es el elemento que se desea controlar. Generalmente es un equipo, quizás un juego de
piezas de una máquina, funcionando conjuntamente, cuyo objetivo es realizar una operación
determinada.
Transductor: transforma una magnitud física en otra que es capaz de interpretar el sistema. La
señal del transductor se realimenta para confrontarla con la señal de referencia, y de esta forma
realizar o no una acción correctiva en el sistema.
El laboratorio de Instrumentación y Control nos permitirá trabajar y conocer el comportamiento y la
relación que guardan estos elementos entre sí dentro de un sistema de control. Además está diseñado
para proveer al estudiante de los conocimientos básicos para la medición y control de las variables antes
mencionadas a fin de poder aplicar esto en procesos más complejos dentro de la industria.
En la materia de Sistemas de Control Automático se utilizan en la mayoría de prácticas equipo didáctico
Lucas Nülle el cual está compuesto de módulos que requieren una alimentación de +15 VDC y -15 VDC;
Para formar un sistema estos módulos se deben interconectar con otros por medio de puentes.
Para medir voltaje o corriente se utilizarán mutímetros de bobina móvil y para obtener gráficas de voltaje
de los sistemas se utilizará un osciloscopio digital DSO1052B marca Agilent.
Para analizar sistemas de control automático se utilizará el programa MATLAB con su toolbox de sistemas
de control y su entorno de programación visual Simulink
Procedimiento
Notas: Lea la guía de laboratorio antes de realizar los procedimientos. Esto le ayudará a clarificar el
objetivo perseguido, así como le ahorrará tiempo al ejecutar la práctica. Todos los grupos iniciarán con
la parte I sobre uso del osciloscopio, después según el sistema que se le haya asignado continuarán en la
parte II, III, IV o V y luego se intercambiarán los sistemas para realizar las otras partes.
PARTE I. GUÍA BÁSICA PARA EL USO DEL OSCILOSCOPIO 1052B
1. Conecte la alimentación del osciloscopio a un toma de 110 VAC y enciéndalo presionando la
tecla correspondiente ubicada en la parte superior.
Sistemas de Control Automático. Guía 2
3
Figura 2.1. Encendido del osciloscopio.
2. Conecte una de las puntas al canal 1 del osciloscopio para ver la señal de prueba Probe comp
(ubicada en la esquina inferior derecha del osciloscopio, ver Figura 2.5).
3. Presione en el osciloscopio la tecla Default Setup (Figura 2.4) para que se coloquen los ajustes
que trae por defecto el osciloscopio.
4. Presione la tecla selección de canal 1 (Ver Figura 2.2), la tecla se enciende y en la pantalla debe
mostrarse el menú para las opciones del canal CH1, tales como Acople, límite de banda, sonda,
etc. Si se requiere cambiar alguno de estos parámetros ubíquese en la tecla programable (ver
Figura 2.3) que esté junto al parámetro a cambiar. Por ejemplo para cambiar el acople del
osciloscopio presione la tecla que está a la par de la opción, aparecerá un submenú, luego con la
perilla de selección (ver Figura 2.4) verá que puede desplazarse entre las opciones CC, CA y
GND, en este caso elija CC (corriente continua), presione la misma perilla para seleccionarla y
para apagar el menú presione la tecla correspondiente Menu On/Off.
5. En pantalla debe mostrarse la señal de Probe Comp según tenga por defecto el osciloscopio la
referencia y las escalas de voltaje y tiempo, pero para obtener una mejor visualización de la
misma, presione la tecla de Auto Scale (ver Figura 2.4) para que el osciloscopio seleccione la
referencia y las escalas de voltaje y tiempo en las que se verá mejor la señal medida, deberá ver
la señal que se muestra en la Figura 2.3.
Figura 2.2. Control de los canales.
4
Sistemas de Control Automático. Guía 2
Figura 2.3. Opciones canal 1 y señal de prueba.
Figura 2.4. ubicación de la perilla de selección y de escala horizontal, tecla de autoescala y
control de ejecución.
Sistemas de Control Automático. Guía 2
5
Figura 2.5 Teclas de Menú y señal de prueba.
6. Presione de nuevo la tecla Menu On/Off para apagar el menú que se desplegó.
7. En pantalla aparece el valor tanto de la escala de voltaje como de tiempo que seleccionó el
osciloscopio (ver Figura 2.3), si desean cambiarse puede hacerlo con las perillas de escala
vertical (ver Figura 2.2) y/o horizontal (ver Figura 2.4).
8. Cambie el acople del canal 1 a GND para verificar donde está la referencia de la señal,
comprobará que fue colocada en la penúltima linea horizontal de la pantalla. Regrese el acople a
CC.
9. Presione la tecla de menú Cursors (ver Figura 2.5), se desplegará un menú, en Modo cámbielo a
Manual, se desplegarán nuevas opciones, en la opción Tipo elija Amplitud, en fuente CH1 y
que este activado solamente el cursor A (marcado en celeste el símbolo de selección
),
apague el menú con la tecla Menú On/Off y con la perilla de selección mueva el cursor al
tope de la señal para saber su valor pico a pico, el cursor A, denominado como CurA deberá
indicar un valor de 3.00V, si lo coloca en la parte inferior de la señal vera que muestra el valor de
0.00V.
10. La tecla Run/Stop sirve para detener la adquisición de datos del osciloscopio y capturar en
pantalla la última señal adquirida para analizarla, presione esta tecla, observará que se torna de
color rojo y que en pantalla se muestra la última señal adquirida, presione de nuevo la tecla para
que el osciloscopio siga adquiriendo datos, la tecla vuelve a amarillo y se muestra en pantalla las
señales que se adquieren en ese momento.
11. Si desea ver también la señal del canal 2 presione la tecla para seleccionar ese canal, deberá
mostrarse en pantalla una señal de color verde, si quiere dejar de ver algún canal, desactívelo
presionando la tecla correspondiente del canal dos veces, la tecla se apagará y la señal ya no se
mostrará.
12. Si se desea almacenar o ver la señal del osciloscopio en la computadora conéctela por medio de
un cable USB tipo A/B al puerto USB del osciloscopio en la parte posterior (Ver Figura 2.6).
6
Sistemas de Control Automático. Guía 2
Figura 2.6. Puerto USB del osciloscopio para conectarse con la computadora.
13. Si está usando una máquina virtual asegúrese que esta ha reconocido el dispositivo USB antes de
continuar.
14. En la computadora de clic derecho en el icono de Agilent IO Control que está en la esquina
inferior derecha de la barra de tareas y seleccione la opción Agilent Connection Expert, se
abrirá la respectiva ventana.
Figura 2.7. Icono Agilent IO Control.
15. En la parte central de esa ventana (Ver Figura 2.8) se muestran los instrumentos Agilent que están
o han estado conectados a la computadora, los conectados aparecen marcados con un cheque y
los que no con una cruz, debe aparecer activo el osciloscopio que hemos conectado sino revise
la conexión y de clic en la tecla Refresh All.
Figura 2.8. Instrumentos Agilent conectados a la computadora.
16. Cierre la ventana y abra el programa Run intuilink Data Capture, que está en Inicio, Todos los
programas, Agilent Intuilink, Data Capture.
17. Se abrirá la ventana del programa, ahí seleccione del menú Instruments la opción Agilent 1000
series.
Sistemas de Control Automático. Guía 2
7
18. Si le aparece la ventana de la Figura 2.9 continúe con el paso 19 y si es la de la Figura 2.11,
simplemente presione OK en la ventana y continúe con el paso 20.
19. De clic en el botón Find Instrument, el programa deberá encontrar el osciloscopio y mostrará su
dirección, de clic en el botón identify instrument(s) y luego presione OK en ambas ventanas.
Figura 2.9. Ventanas Agilent 1000 Series Add-In y Find Instruments.
20. El osciloscopio hará la primera captura, se mostrará una ventana con la imagen de la pantalla del
osciloscopio y otra que contiene la señal. La adquisición de la señal la hace con los parámetros
que estaban seteados.
Figura 2.10. Primeras capturas del Intuilink.
NOTA: Una vez el osciloscopio ha sido reconocido por Intuilink este ya no responde si se le
quiere cambiar una opción mediante las teclas o perillas, para realizar un cambio en el
mismo deberá desconectarlo de la PC, cambiar lo que se desea y realizar otra vez el proceso
de conexión con Intuilink.
21. Para cambiar los parámetros para la captura, seleccione del Menú Instruments la opción
DSO1052B, para cambiar por ejemplo el número de puntos adquiridos de la gráfica, En la
8
Sistemas de Control Automático. Guía 2
pestaña Get Waveform Data, cambie el número de puntos y de clic en OK para hacer otra
captura.
Figura 2.11. Pestaña Get Waveform Data.
Nota: La opción “invert” sirve para invertir los colores de la captura de la pantalla, si quiere que
esta se capture tal como se ve en el osciloscopio desactive esta opción. Si se activa la opción
“Enable run after get waveform complete” en cuanto se haga la captura, el osciloscopio
automáticamente se pondrá en run y seguirá adquiriendo señales.
22. Para guardar las señales, ubíquese en la señal deseada, chequee la opción Include X-axis data
on save y luego en el menú “File”, seleccione “Save As”, se guardará un archivo .txt que
contiene los puntos “x” y “y” de la gráfica. Para guardar la imagen de la misma forma de clic
sobre ella y elija guardar como, esta se guardara en formato .png.
23. Desconecte por el momento el osciloscopio de la computadora y apáguelo.
PARTE II. SISTEMA DE TEMPERATURA
1. Arme el sistema que se muestra en la Figura 2.12, uniendo los módulos por medio de puentes, no
olvide colocar el puente #1, puente #2 y el switch 1 que se indican en la figura, este debe estar
en la posición de abierto, verifique con su docente de laboratorio las conexiones.
Figura 2.12. Montaje del sistema térmico.
2. Mida con un termómetro
continuación:______ºC
la
temperatura
ambiente
del
laboratorio
y
anótela
a
Sistemas de Control Automático. Guía 2
9
3. Si ya está seguro de las conexiones, encienda la fuente de alimentación y mida con el voltímetro
el voltaje existente entre el punto que esta etiquetado como “S”en la Figura 2.12 y tierra, para
ello seleccione en el multímetro la opción de Voltaje Directo (V=), luego conecte los terminales
de la escala de 10V y 0 V= a los puntos correspondientes. Anote el valor obtenido: _____ V.
4. El punto etiquetado como “S” es la salida del transductor que convierte la temperatura del sistema
en voltaje (que en este caso seria la temperatura ambiente, pues la planta aun no está energizada
ya que el switch 1 está abierto), si la relación del transductor según se indica en el módulo es de
10 °C por cada voltio, según la medida anterior ¿Cuál es la temperatura ambiente?:_______°C
NOTA: Como puede ver, esta no coincide con la del paso 2 debido a que el transductor
presenta un offset, por tanto para obtener el valor real de las siguientes mediciones,
deberá hacer una regla de tres, sabiendo que la temperatura que tomo en el paso 2 el
transductor la lee como en el paso 4.
5. Conecte el canal 1 del osciloscopio a la entrada del módulo “Amplificador de potencia”
(indicado como YR en el módulo) y el canal 2 en la salida del “transductor temperatura/voltaje”
(punto etiquetado como “S” en la Figura 2.12). No olvide conectar el terminal de tierra de una de
las puntas a 0V en el sistema.
6. Pida al docente de laboratorio que revise las conexiones.
7. Encienda el osciloscopio y presione la tecla Default Setup para que se coloquen los ajustes que
trae por defecto.
8. Seleccione ambos canales, ajuste cada uno para que su referencia esté en la penúltima linea
horizontal de la pantalla del osciloscopio, una vez colocado esto, no olvide dejar los canales con
acople CC.
9. Coloque las escalas de voltaje de ambos canales en 2.00V/ con las correspondientes perillas de
escala vertical de cada uno y la escala de tiempo en 20.00s/ con la perilla de escala
horizontal.
10. Con la perilla Ajuste a cero horizontal coloque el inicio de la graficación que tiene este
símbolo
en la primera línea vertical de la pantalla del osciloscopio.
11. En las teclas de menú, ver Figura 2.5, seleccione Display, luego en el menú que se despliega en
pantalla seleccione la opción Persistenc y con la tecla programable correspondiente elija la
opción Infinito.
12. Siempre en el menú de Display seleccione la opción Limpiar, 20 s después de realizado esto
iniciará la graficación.
13. Como puede observar la señal del canal 2 que es la salida del transductor se desplaza haciaes
diferente de cero, puesto que hay voltaje equivalente a la temperatura ambiente.
14. Calcule el valor de voltaje equivalente a la temperatura ambiente en la gráfica sabiendo que la
escala en “Y” es de 2V/div y anótelo a continuación _____
15. ¿Cómo se compara este valor con el obtenido en el paso 3? ________________________________
16. Quite el puente #2 (Ver figura 2.12) para evitar que le llegue energía al sistema en lo que se está
ajustando, cierre el switch 1 y conecte el voltímetro (escala de 10V) a la salida del módulo
“Amplificador de potencia” y ajuste el Voltaje de referencia (SETPOINT) al 75%
17. Abra de nuevo el switch 1 y vuelva a colocar el puente #2.
18. Limpie de nuevo la pantalla como lo hizo en el paso 12, y esta vez cuando las señales pasen por
la segunda o tercera linea vertical de la pantalla del osciloscopio, cierre el switch 1 para obtener
la respuesta del sistema a una entrada escalón.
19. Deje que la gráfica termine en la pantalla y vuelva a comenzar para asegurarse de que este
estable y cuando pase de nuevo por la segunda o tercera linea, presione dos veces la tecla
Run/Stop para detener la graficación. Tomando en cuenta la nota del paso 4 ¿a que valor de
temperatura real se estabilizó el sistema? ___________________________________.
20. Conecte el osciloscopio a la computadora y capture la imagen actual de la pantalla del
osciloscopio y guárdela.
10
Sistemas de Control Automático. Guía 2
21. Desconecte el circuito y deje ordenado su puesto de trabajo.
PARTE III. SISTEMA ELÉCTRICO DE MOTOR-GENERADOR
1. Arme el sistema que se muestra en la Figura 2.13, uniendo los módulos por medio de puentes, no
olvide colocar el puente #1, puente #2 y el switch 1 que se indican en la figura, el switch 1 debe
estar en la posición de abierto, verifique con su docente de laboratorio las conexiones.
Figura 2.13. Montaje del Motor Generador.
2. Coloque la perilla del módulo de voltaje de referencia (SET POINT) a 80%.
3. Si ya está seguro de las conexiones encienda la fuente de alimentación, cierre el switch 1 y mida
con el voltímetro el voltaje existente entre el punto que esta etiquetado como “S” en la Figura
2.13 y tierra, para ello seleccione en el multímetro la opción de Voltaje Directo (V=), luego
conecte los terminales de la escala de 10V y 0 V= a los puntos correspondientes. Anote el valor
obtenido: _____ V.
4. El punto etiquetado como “S” es la salida del transductor que convierte la velocidad del sistema
en voltaje, si la relación del transductor según se indica en el módulo es de 1000 RPM por cada
voltio, según la medida anterior ¿A que velocidad se estabiliza el sistema?: ______RPM.
5. Abra el switch 1 y conecte el canal 1 del osciloscopio a la entrada del módulo “Amplificador de
potencia” (indicado como YR en el módulo) y el canal 2 en la salida del “transductor
velocidad/voltaje” (punto etiquetado como “S” en la Figura 2.13). No olvide conectar el terminal
de tierra de una de las puntas a 0V en el sistema.
6. Pida al docente de laboratorio que revise las conexiones.
7. Encienda el osciloscopio y presione la tecla Default Setup para que se coloquen los ajustes que
trae por defecto.
8. Seleccione ambos canales, ajuste cada uno para que su referencia esté en la penúltima linea
horizontal de la pantalla del osciloscopio, una vez colocado esto, no olvide dejar los canales con
acople CC.
9. Coloque las escalas de voltaje de ambos canales en 2.00V/ con las correspondientes perillas de
escala vertical de cada uno y la escala de tiempo en 1.00s/ con la perilla de escala
horizontal.
10. Con la perilla Ajuste a cero horizontal coloque el inicio de la graficación que tiene este
símbolo
en la primera línea vertical de la pantalla del osciloscopio.
11. En las teclas de menú, ver Figura 2.5, seleccione Display, luego en el menú que se despliega en
pantalla seleccione la opción Persistenc y con la tecla programable correspondiente elija la
opción Infinito.
12. Siempre en el menú de Display seleccione la opción Limpiar, 1s después de realizado esto
iniciará la graficación, puede observar que ambas señales están en cero voltios.
13. Limpie de nuevo la pantalla como lo hizo en el paso anterior, y esta vez cuando las señales pasen
por la segunda o tercera linea vertical de la pantalla del osciloscopio, cierre el switch 1 para
obtener la respuesta del sistema a una entrada escalón.
Sistemas de Control Automático. Guía 2
11
14. Deje que la gráfica termine en la pantalla y vuelva a comenzar para asegurarse de que este
estable y cuando pase de nuevo por la segunda o tercera linea, presione dos veces la tecla
Run/Stop para detener la graficación.
15. Calcule el valor de voltaje equivalente a la velocidad estable en la gráfica sabiendo que la escala
en “Y” es de 2V/div y anótelo _____.
¿Cómo se compara este valor con el obtenido en el paso 3? ________________________________
16. Conecte el osciloscopio a la computadora y capture la imagen actual de la pantalla del
osciloscopio y guárdela.
17. Desconecte el circuito y deje ordenado su puesto de trabajo.
PARTE IV. SISTEMA HIDRÁULICO
1. Arme el sistema que se muestra en la Figura 2.14, uniendo los módulos por medio de puentes, no
olvide colocar el switch 1, este debe estar en la posición de abierto, verifique con su docente de
laboratorio las conexiones.
2. Coloque la perilla del módulo de voltaje de referencia (SET POINT) al mínimo.
Figura 2.14. Montaje del Sistema Hidráulico.
3. Coloque la perilla de entrada del tanque (ubicada en la esquina superior izquierda) con los
puntos verde arriba y rojo abajo al frente, lo que indica que la entrada en el fondo del tanque está
bloqueada y solamente entra el líquido por el orificio superior.
4. En la perilla de salida (esquina superior derecha) los diferentes tamaños del punto verde indican
la apertura de la válvula y el punto rojo que está completamente cerrada, deje la válvula cerrada
ubicando el punto rojo al frente.
5. Asegúrese que el tubo de medición del sensor de presión este dentro del orificio indicado y que
también este fijado en el orificio inferior del tanque.
6. Encienda el equipo, cierre el switch 1, aumente la perilla del voltaje de referencia hasta que se
active la bomba y se empiece a llenar el tanque, deje que se llene un poco y luego reduzca la
perilla del voltaje de referencia otra vez al mínimo y abra la válvula de salida del tanque
(cualquier punto verde al frente).
12
Sistemas de Control Automático. Guía 2
7. A continuación se va a calibrar el transductor de presión del tanque, para ello mida con el
voltímetro el voltaje existente entre el punto que esta etiquetado como “S” en la Figura 2.14 y
tierra, para ello seleccione en el multímetro la opción de Voltaje Directo (V=), luego conecte los
terminales de la escala de 10V y 0 V= a los puntos correspondientes. Debería obtener un valor
de 0 V en ese punto ya que es la salida del transductor que convierte la presión del sistema en
voltaje, y con el tanque vacío la presión debe de ser cero. Si no es cero ajuste cuidadosamente
con la perilla llamada “Zero Point” del módulo Convertidor P/V para que haya 0 voltios en este
momento que la presión es cero.
8. Cierre la válvula de salida del tanque (punto rojo al frente) y aumente el voltaje de referencia (Set
Point) hasta que el tanque se llene hasta aproximadamente 150 mm sobre el fondo (fin de la hoja
graduada del tanque), reduzca el voltaje de referencia al mínimo al llegar a esa altura.
9. Asegúrese de que se encuentre líquido en el tubo durante la calibración (Figura 2.15) y que
solamente la altura Δh determina la presión.
Figura 2.15. Calibración de sensor de presión.
10. Determine Δh y calcule la presión P.
Δh = ________________ m, P = h⋅⋅g = _______________ Pa (g=9.81m/s 2 y para la
densidad a 20°C podemos tomar el valor de 1000 kg/m3.)
11. Mida ahora el voltaje a la salida del transductor presión/voltaje______________ y calcule el factor
de conversión dividiendo este valor entre la presión teórica: FU=VT/P _______________
12. Teóricamente este valor debería ser FU = 0.005 V/Pa (1V ≈ 200Pa), ¿que valor de voltaje V T le
corresponde al valor de presión que se obtuvo en el paso 10. VT=P* FU_______________ V
13. Si no coincide este valor, ajuste el voltaje en el convertidor P/V girando con un destornillador el
potenciómetro “Gain” (ganancia) hasta obtener el valor de voltaje esperado. Así queda calibrado
el indicador con el valor 1V = 200 Pa.
14. Ajuste la perilla del módulo de voltaje de referencia (SET POINT) al 75%.
15. Coloque la válvula de salida al mínimo girando la perilla en sentido de las agujas del reloj y
dejando al frente el primer punto verde que sigue al punto rojo.
16. Abra el switch 1 y coloque la perilla del módulo de voltaje de referencia (SET POINT) al 80%.
17. Conecte el canal 1 del osciloscopio a la entrada del módulo “Amplificador de potencia”
(indicado como YR en el módulo) y el canal 2 en la salida del “transductor presión/voltaje” (punto
etiquetado como “S” en la Figura 2.14). No olvide conectar el terminal de tierra de una de las
puntas a 0V en el sistema.
18. Pida al docente de laboratorio que revise las conexiones.
19. Encienda el osciloscopio y presione la tecla Default Setup para que se coloquen los ajustes que
trae por defecto.
20. Seleccione ambos canales, ajuste cada uno para que su referencia esté en la penúltima linea
horizontal de la pantalla del osciloscopio, una vez colocado esto, no olvide dejar los canales con
acople CC.
21. Coloque las escalas de voltaje de ambos canales en 2.00V/ con las correspondientes perillas de
escala vertical de cada uno y la escala de tiempo en 10.00s/ con la perilla de escala
horizontal.
22. Con la perilla Ajuste a cero horizontal coloque el inicio de la graficación que tiene este
Sistemas de Control Automático. Guía 2
símbolo
13
en la primera línea vertical de la pantalla del osciloscopio.
23. En las teclas de menú, ver Figura 2.5, seleccione Display, luego en el menú que se despliega en
pantalla seleccione la opción Persistenc y con la tecla programable correspondiente elija la
opción Infinito.
24. Siempre en el menú de Display seleccione la opción Limpiar, 10s después de realizado esto
iniciará la graficación, deberá observar que ambas señales están en cero voltios, si se calibró
correctamente el 0 Pa.
25. Limpie de nuevo la pantalla como lo hizo en el paso anterior, y esta vez cuando las señales pasen
por la segunda o tercera linea vertical de la pantalla del osciloscopio, cierre el switch 1 para
obtener la respuesta del sistema a una entrada escalón.
26. Deje que la gráfica termine en la pantalla y vuelva a comenzar para asegurarse de que este
estable y cuando pase de nuevo por la segunda o tercera linea, presione dos veces la tecla
Run/Stop para detener la graficación.
27. Calcule el valor de voltaje equivalente a la presión estable en la gráfica sabiendo que la escala en
“Y” es de 2V/div _____. Compare este valor con el valor que esta dando el voltímetro ahora que
se ha estabilizado la presión.
28. Si la relación del transductor es de 200Pa por cada voltio, según la medida anterior ¿A que
presión se estabiliza el sistema?: ______Pa.
29. Conecte el osciloscopio a la computadora y capture la imagen actual de la pantalla del
osciloscopio y guárdela.
30. Desconecte el circuito y deje ordenado su puesto de trabajo.
PARTE V. SIMULACIÓN EN PROGRAMA SIMULINK
1. Abra el programa MATLAB y digite el comando Simulink.
2. Se abrirá la ventana del buscador de librerías de Simulink que se muestra en la Figura 2.16.
3. De clic en el menú “File”, “new “y seleccione “Model”.
4. Cree el sistema que se muestra en la Figura 2.17, arrastrando los elementos que se muestran
en el buscador de librerías a la ventana del modelo. En la Tabla 2.1 se encuentran las librerías
donde están los elementos del sistema, para unir los elementos haga clic en los conectores
que tienen los elementos, arrastre el cursor hasta el otro elemento a conectar y luego suelte.
Figura 2.16 Buscador de Librerias de Simulink.
14
Sistemas de Control Automático. Guía 2
Elemento
Librería
Transfer Fcn
Continuous
Step
Sources
Scope
Sinks
Tabla 2.1 Librerías donde se encuentran los elementos del circuito de la Figura 2.16
Figura 2.17. Diagrama de bloques de un sistema de motor DC.
Nota: En el sistema de la Figura 2.17, el módulo “Transfer Fcn” representa el modelo matemático de
un motor DC, el módulo “Step” representa el valor de referencia en voltios aplicado con una función
escalón, “Transfer Fcn1” representa la relación del transductor 1V/1000 RPM y los “Scopes” son
instrumentos para visualizar la respuesta del sistema, “Scope” muestra el resultado en RPM y
“Scope1” en voltios.
5. Haga doble clic sobre el módulo “Step” para acceder a los parámetros de configuración y
coloque lo siguiente.
• Step Time: 0
• Initial Value: 0
• Final Value: 8.0
6. Para cambiar los parámetros de la simulación, haga clic en el menú “simulation” de la
ventana del modelo, luego de un clic en “Configuration Parameters” y coloque lo siguiente:
• Start Time: 0
• Stop Time: 10
7. Simule el sistema, para ello seleccione en el menú “simulation” la opción “Start”, luego haga
doble clic en los elementos “Scope”. Para ver mejor la gráfica, presione el botón Autoscale
que tiene la siguiente forma
.
8. Determine el valor de la velocidad máxima:___________________________________________
9. ¿Cuanto tiempo necesita el sistema para alcanzar el 95% y el 98% de la velocidad
máxima?:________________________________________________________________________
10. Determine a que valor de voltaje (a la salida del sensor) corresponden los dos tiempos
determinados anteriormente:________________________________________________________
11. Arme el circuito mostrado en la Figura 2.18. El elemento “Sum” (punto suma) se encuentra en
la librería “Math Operations”
Sistemas de Control Automático. Guía 2
15
Figura 2.18. Diagrama de bloques de un sistema de temperatura.
Nota: En el sistema de la Figura 2.18, el módulo “Transfer Fcn” representa el modelo
matemático de un horno, el módulo “Step” representa el valor de referencia en voltios
aplicado con una función escalón, “Step1” representa la temperatura ambiente, “Transfer
Fcn1” representa la relación del transductor 1/V10°C y los “Scopes” son instrumentos para
visualizar la respuesta del sistema, “Scope” muestra el resultado en °C y “Scope1” en voltios.
12. Configure los módulos “Step” y “Step1” como se muestra a continuación:
Módulo “Step”
Módulo “Step1”
• Step Time: 20
• Step Time: 10
• Initial Value: 0
• Initial Value: 0
• Final Value: 7.5
• Final Value: 60
13. Cambie los parámetros de simulación a:
 Start Time: 0
 Stop Time: 100
16. Simule el sistema y determine el valor de la temperatura máxima:________________________
17. Cuanto tiempo necesita el sistema para alcanzar el 95% y el 98% de la temperatura máxima:
________________________________________________________________________________
18. Determine a que valor de voltaje (a la salida del sensor) corresponden los dos tiempos
determinados anteriormente:________________________________________________________
19. Apague la computadora.
Análisis de Resultados
1. Presente las gráficas y las respuestas a las preguntas realizadas a lo largo del procedimiento.
2. En base al trazo obtenido de cada una de las plantas físicas del laboratorio justifique a qué orden
pertenece su función de transferencia.
Bibliografía
•
•
Ogata, K., (2010), Ingeniería de Control Moderna, Madrid, España: Pearson Educación, S.A.
Kuo, B., (1996), Sistemas de Control Automático, México DF, México: Prentice Hall
Hispanoamericana, S.A.
16
Sistemas de Control Automático. Guía 2
Hoja de cotejo:
2
Guía 2: Instrumentación y Conocimiento del Equipo
Alumno:
Puesto No:
GL:
Docente:
Fecha:
EVALUACION
%
1-4
5-7
8-10
CONOCIMIENTO
25
Conocimiento y
explicación
incompleta de los
fundamentos teóricos.
Conocimiento
completo y explicación
clara de los
fundamentos teóricos.
APLICACIÓN
DEL
CONOCIMIENTO
70
Cumple con dos o tres
de los criterios.
Cumple con los cuatro
criterios.
ACTITUD
2.5
Conocimiento deficiente de
los siguientes fundamentos
teóricos:
-Partes de un sistema de
control automático y sus
funciones.
-Partes del osciloscopio y sus
funciones.
Cumple solo con uno de los
siguientes criterios:
-Identifica la función de los
módulos del laboratorio de
Instrumentación y Control
-Arma correctamente los
sistemas utilizando los
paneles de Instrumentación y
Control.
-Utiliza correctamente el
osciloscopio para obtener las
gráficas de voltaje de
diferentes plantas.
-Simula correctamente las
plantas con Simulink.
Es un observador pasivo.
Participa
ocasionalmente o lo
hace constantemente
pero sin coordinarse
con su compañero.
Hace un uso adecuado
de lo recursos, respeta
las pautas de
seguridad, pero es
desordenado.
Participa propositiva e
integralmente en toda
la práctica.
2.5
TOTAL
Es ordenado pero no hace un
uso adecuado de los recursos.
Hace un manejo
responsable y
adecuado de los
recursos conforme a
pautas de seguridad e
higiene.
Nota