DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DIGITAL DE
NIVEL PARA UN TANQUE
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
CONTROL DIGITAL
ASESOR: ING. AGUSTIN SOTO
Edinson Cortés Cabezas Cod. 2005200584
Harrison René Valencia Motta Cod. 2005201898
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OBJETIVO GENERAL
Diseñar eimplementar un sistema de control digital de nivel de líquidos, utilizando el microcontrolador PIC16F877A.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Reconocimiento y Análisis del sistema.
• Establecer el modelo matemático del sistema.
• Simular el sistema modelado diseñando el controlador digital para una respuesta específica (escoger overshoot-sobreimpulso y tiempo de asentamiento).
• Implementacióndel sistema.
1. INTRODUCCIÓN
Existen muchas aplicaciones industriales en las cuales se hace uso de tanques con variados tamaños para el almacenamiento de un sin numero de sustancias liquidas, muchas veces es extremadamente importante controlar el nivel alcanzado por dichas sustancias en estos útiles recipientes por diferentes motivos entre los cuales tenemos, evitar el vaciado total o elrebosamiento de estos y mantener un nivel constante como reserva.
Con este proyecto que se quiere lograr mantener con precisión el nivel de un tanque para que así, el error de estado estacionario de un nivel cualquiera seleccionado sea cero; además se desea que el error de estado estacionario debido a una perturbación también sea nulo.
Otro requerimiento es que el líquido alcance muy rápidamentesu posición final. En este caso, se desea disminuir el tiempo de establecimiento para que sea mínimo y tenga un sobrepaso considerable.
Para lograr esto, se dispondrá de un microcontrolador PIC que incorpora todas las funciones necesarias para realizar el diseño y control.
La eficiencia del sistema va ligada a los parámetros de la planta, debido a que el sistema es retroalimentado, esnecesario diseñar un controlador digital de tal forma que el sistema se estabilice en la posición deseada y en el menor tiempo posible.
La retroalimentación se hará por medio de un sensor de presión diferencial acoplado al tanque, el cual enviará constantemente un nivel de voltaje al microcontrolador, que dependerá de la altura del líquido en ese instante. Y el voltaje de Set Point que igualmentese le enviara al microcontrolador.
Ante estos voltajes el microcontrolador tomará una decisión relacionando el nivel actual del liquido con el Set Point o valor deseado, enviando un voltaje digital, el cual será convertido a corriente por el integrado DAC0808 para ser entregada a un amplificador operacional LF358P que finalmente convertirá esa corriente en un voltaje que será el errorrealimentado a la planta de liquido.
2. MODELO MATEMÁTICO DE LA PLANTA
Tanque con escape
El sistema de tanque con escape se ilustra en la siguiente figura.
[pic]
Tanque con escape
Aunque suficientemente simple, tiene los mismos problemas fundamentales que aparecen en sistemas más complejos. Nuestro objetivo es predecir la altura del líquido en el tanque como función del tiempo paracualquier caudal de entrada arbitrario Qentrada(t) función del tiempo. Como podemos ver, el tanque es un elemento almacenador de liquidó, un balance que nos conduzca a interpretar el sistema es el siguiente:
[pic]
Donde Vi es el valor del volumen en el tiempo inicial t0. Es decir el volumen contenido dentro del tanque es igual a la acumulación debida al líquido que entra menos el que sale. Siademás el tanque es de sección uniforme se cumple que: h = V/A, entonces:
[pic]
Otra relación de interés es la que relaciona el caudal de salida Qsalida y el nivel h. Podemos hallar esta función en forma analítica en base al teorema de Bernoulli, o bien en forma experimental como en la siguiente grafica.
[pic]Característica nivel/caudal del tanque con escape
El sistema queda resuelto…
