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AUTOMATIZACIÓN DEL CONTROL DE TEMPERATURA DEL SISTEMA DE LAMINACIÓN DE LA PLANTA DE GRANULADO MEDIANTE LÓGICA FUZZY AUTOR: Narcís Vidal Sanz DIRECTOR: Dr. Enric Vidal Idiarte DATA: Junio/03
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AUTOMATIZACIÓN DEL CONTROL DETEMPERATURA DEL SISTEMA DE LAMINACIÓN
DE LA PLANTA DE GRANULADO MEDIANTELÓGICA FUZZY
AUTOR: Narcís Vidal Sanz
DIRECTOR: Dr. Enric Vidal Idiarte
DATA: Junio/03
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INDICE
1 Introducción_________________________________________________________7
1.1 Objetivos del Proyecto ______________________________________________9
1.1.1 Automatizar un Sistema Semimanual________________________________9
1.1.2 Introducir una Nueva Lógica de Control _____________________________9
2 Planteamiento del Problema ___________________________________________10
2.1 Breve Descripción del Proceso de Producción __________________________10
2.1.1 Dosificación __________________________________________________10
2.1.2 Amasado _____________________________________________________10
2.1.3 Granulado ____________________________________________________10
2.1.4 Envasado_____________________________________________________11
2.2 Descripción del Rodillo_____________________________________________11
2.2.1 Características del Rodillo a Controlar ______________________________13
2.2.2 Importancia del Sistema de Control de Temperatura ___________________13
2.2.3 Elementos del Sistema Inicial del Control de Temperatura ______________14
2.2.4 Rango Partido de Aporte de Energía Calorífica. ______________________14
2.2.4.1 Medida de Temperatura _______________________________________16
2.2.4.2 Purgador ___________________________________________________16
2.3 Importancia de la Operación Manual en el Rendimiento de la Instalación __17
2.4 Análisis del Sistema Inicial__________________________________________18
2.4.1 Rodillo en Carga sin Oscilación de la Salida del Controlador ____________19
2.4.2 Rodillo en Carga con Oscilación de la Salida del Controlador ___________20
2.4.3 Rodillo sin Carga con Oscilación de la Salida del Controlador ___________21
2.4.4 Rodillo en Carga con PI Lento ____________________________________22
2.4.5 Conclusiones del Primer Análisis __________________________________22
2.4.5.1 Bruscas Oscilaciones en la Salida del Regulador____________________23
2.4.5.2 Estabilidad de la Temperatura __________________________________23
2.4.5.3 Evaluar la Acción del Operario sobre el Control de Temperatura _______23
2.5 Evaluación del Potencial de la Mejora ________________________________24
3 Primera Fase de Mejora ______________________________________________25
3.1 Automatización del Sistema Inicial “Semimanual”______________________26
3
3.2 Sistema de Control ________________________________________________27
3.2.1 Ventajas e Inconvenientes________________________________________29
3.2.2 Resultados del Sistema de Control _________________________________29
3.2.3 Conclusiones__________________________________________________31
4 Tecnología Fuzzy como Solución al Problema_____________________________31
4.1 ¿Porqué FUZZY? _________________________________________________31
4.2 Procedimiento Genérico de Implantación de un Control FUZZY en un Sistemaen Funcionamiento ____________________________________________________31
4.2.1 Recolectar Procedimientos de Actuación de los Operarios Expertos_______32
4.2.2 Proceso de Sintonización entre las Actuaciones Manuales con los SistemasAutomáticos Existentes. _______________________________________________33
4.2.3 Efectuar un Primer Modelo de Control______________________________33
4.2.4 Corrección del Modelo ONLINE. _________________________________33
4.3 Recolectar Información para Convertir el Sistema de Control en Experto.__34
4.3.1 Temperatura Demasiado Alta _____________________________________34
4.3.2 Temperatura Demasiado Baja. ____________________________________34
4.3.3 Finalización de la Producción_____________________________________35
4.3.4 Inicio de Producción ____________________________________________35
4.3.5 Conclusiones sobre la Recolección de Datos _________________________36
4.4 Adquisición del Software de SIEMENS para el Desarrollo del Proyecto. ___36
4.4.1 Descripción del SOFT FUZZYCONTROL++ V4.0 ___________________37
4.4.1.1 Proceso de Fuzzificación ______________________________________37
4.4.1.2 Proceso de Inferencia _________________________________________37
4.4.1.3 Proceso de Defuzzyficación ____________________________________37
4.4.2 Nuevos Bloques Aportados por el SOFT ____________________________38
4.4.3 Ventajas e Inconvenientes del SOFT._______________________________39
4.5 Primeras Pruebas con el SOFTWARE Y TEST en un PLC Fuera del Sistemade Producción.________________________________________________________40
4.5.1 Realización de un Primer Modelo de TEST. _________________________41
4.5.1.1 Conexión entre el PC y el PLC. _________________________________41
4.5.1.2 Programación del PLC ________________________________________41
4.5.1.3 Control FUZZY Realizado en el TEST ___________________________42
4.5.2 Conclusiones del TEST _________________________________________42
5 Estrategia y Desarrollo del Control Fuzzy ________________________________43
4
5.1 Fase 1. Implantación de un Primer Modelo Sencillo que Permita la Validaciónde la Programación Minimizando el Riesgo de Paro de la CPU. _______________43
5.1.1 Diseño del Lazo del Controlador __________________________________43
5.1.2 Configuración Controlador FUZZY ________________________________45
5.1.3 Resultados Gráficos de la Regulación ______________________________45
5.1.4 Fase de Optimización ___________________________________________46
5.1.4.1 Forzado de la Salida Rango Partido Constante______________________46
5.1.5 Efecto Condensado _____________________________________________47
5.1.6 Corrección del Efecto Condensado_________________________________48
5.1.7 Conclusiones__________________________________________________49
5.2 Fase 2. Integración del Controlador FUZZY___________________________50
5.2.1 Diseño del Lazo de Control Integrando los PID’s en FUZZY ____________50
5.2.2 Configuración del Controlador FUZZY _____________________________50
5.2.3 Resultados Gráficos de la Regulación. ______________________________51
5.2.4 Efecto Vapor Saturado __________________________________________52
5.2.4.1 Proceso de Detección y Análisis_________________________________52
5.2.4.2 Proceso de Control Manual del Sistema ___________________________53
5.2.5 Corrección del Efecto Vapor Saturado ______________________________54
5.3 Fase 3. Resolución del Efecto de Vapor Saturado. ______________________55
5.3.1 Diseño del Lazo de Control ______________________________________55
5.3.2 Configuración del Controlador FUZZY _____________________________56
5.3.3 Resultados Gráficos de la Regulación. ______________________________58
5.3.4 Conclusiones__________________________________________________59
5.4 Fase de Mejora Continua___________________________________________60
5.4.1 Amasadora Parada con los Rodillos Llenos de Masa ___________________60
5.4.1.1 Lazo de Control______________________________________________61
5.4.1.2 Parametrización del Control FUZZY _____________________________62
5.4.1.3 Resultado Gráfico de la Mejora _________________________________63
5.4.2 Laminadora sin Carga en Superficie. _______________________________64
5.4.2.1 Solución al Problema _________________________________________64
5.4.3 Balance Energético de la Mejora __________________________________65
6 Coste Global del Proyecto _____________________________________________66
7 Conclusiones _______________________________________________________67
8 Anexo 1: Transparencias de Formación sobre Fuzzy _______________________70
5
8.1 Introducción _____________________________________________________70
8.2 Lógica Difusa en la automatización industrial__________________________71
8.3 Control Multi-variable _____________________________________________72
8.4 Teoría de Conjuntos Difusos ________________________________________72
8.5 Operaciones entre conjuntos difusos__________________________________75
8.6 Principios de Lógica Difusa _________________________________________77
8.7 Operador de Implicación ___________________________________________78
8.8 Inferencia en Lógica Difusa _________________________________________80
8.9 Sistemas de Lógica Difusa __________________________________________81
8.10 Ejemplo de cálculo del FUZYCONTROL++ V4.0 ____________________84
8.11 Ejemplos de aplicación simple _____________________________________87
8.12 Ejemplos de aplicación compleja: __________________________________93
8.12.1 Control en Grúas contra sacudidas _________________________________94
8.12.2 Control de quemado en plantas de incineración. ______________________94
8.12.3 Control dosificación en planta de tratamiento de aguas _________________95
8.12.4 Colocación de temperatura en máquinas de moldeado de plástico. ________96
8.12.5 Control de la climatización_______________________________________96
8.12.6 Control de un conversor de energía en un molino de viento. _____________97
9 Anexo 2: Programa en STEP 7 Implantado en el Proyecto. __________________98
9.1 Estructura General del Programa____________________________________98
9.2 OB1 Bloque Organizativo Principal __________________________________99
9.3 OB35. El Bloque Organizativo ejecutado cada 100ms __________________100
9.4 FC22. Función de Linealización para Conversión de Consigna Temperatura /Presión _____________________________________________________________101
9.5 FC24. Función Fuzzy Control Temperatura Laminadoras ______________102
9.6 FC26. Función Control Amasadora _________________________________105
9.7 FC75. Función Información de Control de PID________________________106
9.8 FC86. Función Conversión de Unidades de Ingeniería a Salida Analógica _107
10 Anexo 3: Lazos de Instrumentación ____________________________________109
6
ILUSTRACIONES______________________________________________________115
TABLAS ______________________________________________________________118
PALABRAS CLAVE ____________________________________________________119
BIBLIOGRAFÍA _______________________________________________________120
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1 IntroducciónEn la situación actual, donde las empresas han tenido que automatizar sus
procesos de una forma global para hacer frente a un nuevo reto de competitividad, sepone de manifiesto la necesidad de aplicar nuevas tecnologías que permitan innovar yredefinir sus procesos.
La industria Química, caracterizada por procesos automatizados pero muy pocoflexibles, donde las nuevas tecnologías de fabricación son aplicadas con importantesretrasos debidos a la magnitud que representan, es un sector donde la reingeniería seconvierte en algo, muchas veces, inasumible.
Este proyecto pretende plantear un nuevo concepto en cuanto al control deprocesos. No un nuevo concepto tecnológico, puesto que la lógica FUZZY se aplica yadesde hace varios años, sino un nuevo concepto respecto al planteamiento tradicionaldel control.
En este proyecto se muestra una de las muchas posibles soluciones a unproblema real existente en las instalaciones de BAYER TARRAGONA. Dichoproblema se caracteriza por tener un potencial significativo en cuanto a las limitacionesde la propia instalación. Pero lo más importante es que, mediante la solución planteadaen este proyecto, se abre un nuevo horizonte en cuanto a nuevas soluciones prácticas alos problemas de control que puedan surgir en un futuro.
Ilustración 1: Iteración en el desarrollo del proyecto de mejora
La lógica FUZZY ha permitido, no solo resolver satisfactoriamente el controldel sistema que aquí se plantea, sino además plasmar un conocimiento tácito, existenteen los operarios más expertos, en conocimiento explícito implementado en laautomatización ya existente.
Recolección de datos
¿Se detectan deficiencias?
Análisisde datos
Corrección de deficiencias
Fin del proceso de mejora
NO
SI
8
Además la lógica FUZZY permite entrar dentro del regulador y ajustarlointrínsecamente, aplicando los criterios que se crea necesario de una forma abierta,transparente y comprensible.
El proyecto que se presenta a continuación se ha desarrollado en base a criteriostotalmente prácticos, con una filosofía que podría resumirse en la Ilustración 1:Iteración en el desarrollo del proyecto de mejora.
En el gráfico puede apreciarse el procedimiento seguido en el proyecto. Enprimer lugar se efectúa una recolección de datos y a continuación se analizan. Una vezobtenidas las conclusiones se deciden las modificaciones a aplicar y se vuelve a iniciarel bucle. Y todo esto se repite hasta que los resultados se consideran satisfactorios.
El motivo de este proceso de trabajo se centra básicamente en la idea dedemostrar que la lógica FUZZY puede ser utilizada de la misma forma que se utilizanotros tipos de controladores (generalmente PID’s). Con ello se pretende conseguirintroducir nuevas tecnologías en la rutina diaria de los técnicos de control de las plantas,y para ello es necesario mostrar tanto su sencillez como su potencial, de forma que segarantice su posterior utilización.
Este fue el principal motivo por el cual se descartó la modelización inicial delsistema, aunque se reconoce que utilizando alguna técnica de modelización comoNEUROFUZZY o cualquier otra red neuronal, podía haberse acortado el periodo dedesarrollo.
Por el contrario, durante la evolución de los siguientes capítulos se pondrá demanifiesto que existían ciertas irregularidades indetectables, a priori, que condicionaronel desarrollo posterior del proyecto. Como por ejemplo:
• Avería de la válvula de aporte de agua
• Manipulación de los elementos manuales del sistema por parte del operario.
Este tipo de irregularidades hubieran falseado el modelo de la misma forma queprovocó errores en la fase de análisis. Por ese motivo puede aceptarse que elprocedimiento antes indicado puede ser tan eficiente como el de modelaje.
En este proyecto se pretende ofrecer al lector un procedimiento que le facilite laimplantación de un regulador FUZZY en un sistema, donde al menos se conozca cómocontrolarlo de forma manual.
En definitiva, este proyecto no pretende describir la funcionalidad intrínseca dela lógica FUZZY, sino que pretende mostrar el procedimiento que se ha seguido parallegar a la solución de un determinado problema. Pretende además presentar un posibleprocedimiento en la implantación de un control FUZZY. Finalmente pretende poner demanifiesto que una tecnología bastante desconocida y poco aplicada en la industriacomo la lógica FUZZY es tan o más sencilla de aplicar que cualquier control PID,asumiendo el mismo mínimo nivel de conocimientos que se precisa en ambos casos( ver8Anexo 1: Transparencias de Formación sobre Fuzzy).
Para asegurar esta formación básica en cuanto a la lógica FUZZY se anexa unadocumentación sobre los conocimientos básicos necesarios que se hará extensiva atodos los posibles usuarios de lógica FUZZY de BAYER TARRAGONA.
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1.1 Objetivos del Proyecto
1.1.1 Automatizar un Sistema Semimanual
Uno de los cuellos de botella más importantes en las instalaciones conAmasadora y Laminadora es el puesto de trabajo del operario ubicado en la laminadora.La experiencia pone de manifiesto que algunos operarios son capaces de sacarle másrendimiento a la instalación que otros y, en cuanto se investiga sobre la causalidad, sededucen los siguientes factores:
• La destreza en cuanto al control de la temperatura de la laminadora
• La temperatura del baño de refrigeración de la banda de extracción del materialde la laminadora.
• El grueso y ancho de la banda de extracción
• La correcta elección de consignas de temperatura
• Etc...
De entre todos los puntos antes mencionados, el más importante es laatemperación estable de los rodillos de la laminadora. Cuando el sistema se enfría ocalienta demasiado, la banda de extracción se corta, y el rendimiento disminuye deforma importante. Este punto será desarrollado más adelante.
Debido a la situación inicial de la instrumentación en campo, el operario debeintervenir de forma adecuada en ciertas situaciones para mantener estable el sistema.Esto pone de manifiesto la pericia que deben tener los operarios en este lugar de trabajoy el problema que representan las nuevas incorporaciones de personal y la rotación depuestos de trabajo en cuanto al rendimiento de estas instalaciones.
El primer objetivo será pues minimizar esta situación para mantener óptimo elrendimiento de la instalación.
Y para conseguirlo deberá obtenerse una gran estabilidad en la regulación detemperatura superficial de los rodillos, disminuyendo al máximo el error de temperaturaactual. Dicho error puede valorarse en una oscilación de más de ± 5ºC, en periodos deunos 5 minutos.
1.1.2 Introducir una Nueva Lógica de Control
Otro objetivo que se plantea en este tramo inicial del proyecto es la introducciónde esta nueva herramienta de control, LÓGICA FUZZY, en el desarrollo profesionalcotidiano de los técnicos de control de BAYER TARRAGONA. Actualmente sedesconocen estas herramientas y ello provoca que en ciertas circunstancias se opte porsoluciones complejas o menos eficientes.
Por ese motivo, en uno de los anexos de este proyecto se va a añadir unadocumentación que sirva de base para la formación de dicho personal técnico (verAnexo 1: Transparencias de Formación sobre Fuzzy). Una documentación que incluyala base teórica general de la lógica FUZZY, junto con una información más específicade la herramienta actual suministrada por SIEMENS. Esto es debido a que esta marca esel estándar en cuánto a PLC’s en la firma BAYER. En dicha documentación deberánincluirse ciertos ejemplos y casos prácticos que permitan poner de manifiesto la utilidadpráctica de la lógica FUZZY y que facilite su posterior inclusión en las librerías de losPC’s de Ingeniería.
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2 Planteamiento del Problema2.1 Breve Descripción del Proceso de Producción
En primer lugar se describirá de forma general las características del proceso deproducción sobre el cual se desarrollará el proyecto, de forma que pueda ubicarse elsistema en cuestión tratado en este proyecto.
La planta de Granulado de la firma BAYER POLÍMEROS, S.L., ubicada en laciudad de TARRAGONA, desarrolla su actividad produciendo plástico ABS, conciertas características técnicas y colorimétricas especificadas previamente.
El proceso de transformación de la materia prima en producto terminado secompone de cuatro fases:
• Dosificación
• Amasado
• Granulado
• Envasado
Las dos primeras fases son llevadas a cabo en modo BATCH1, y el restofuncionan de forma continua, tal y como se describe a continuación.
2.1.1 Dosificación
En esta fase inicial, se realiza el proceso de pesaje de las materias primas. Paraello se dispone de varias básculas estáticas que, mediante ejes sinfines, reciben elproducto de forma controlada. En base a la receta introducida previamente en el sistemade control de la planta, las básculas se cargan según consigna y material. Una vez todaslas básculas están correctamente cargadas y con todos los productos que indica la receta,esperan su turno para descargar sobre la amasadora. Cuando la amasadora informa deque se encuentra vacía, las basculas son descargadas sobre la amasadora. Una vezconcluida la descarga, cierran las válvulas y se reinicia el siguiente ciclo de carga debásculas.
2.1.2 Amasado
En base a ciertos parámetros de proceso preestablecidos, dos grandes husillosque se encuentran en el interior de una Mezcladora Interna, amasan el material hastaque cumplen las especificaciones definidas en receta. Cuando la masa está terminada sedeja caer por gravedad sobre una laminadora. Normalmente las cargas suelen ser deunos 175 kg y las temperaturas de amasado oscilan entre 170 y 220 ºC.
2.1.3 Granulado
Una vez la carga se encuentra sobre la laminadora, se termina de amasar por laspropias características de laminación y se extrae una banda de dimensiones adecuadasmediante dos cuchillas.
Esta banda es refrigerada mediante un baño de inmersión, para terminarfinalmente introduciéndose en la boca de un granulador. Este granulador de cuchillas
1• Los procesos BATCH son un modo de trabajo caracterizado por desarrollar su actividad enlotes o paquetes, es decir, no trabajan de forma continua sino que, por ejemplo, se introducen las materiasprimas en un contendor en el orden adecuado, se realizan las operaciones necesarias y una vez terminadasse concluye el lote y se inicia el siguiente.
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corta la banda en pequeños cubos para facilitar su transporte y almacenamiento. De aquíes donde la planta extrae su nombre de granulado.
2.1.4 Envasado
Finalmente se envía el grano hasta los silos de producto terminado, mediante untransporte neumático, y se envasa según especificaciones de pedido.
2.2 Descripción del Rodillo
El proyecto se va a centrar únicamente en la regulación de la temperatura delrodillo delantero de la laminadora de la instalación número 2. Los resultados de esteproyecto junto con la valoración de la rentabilidad del proyecto global deben servir paratomar la decisión de hacer extensivo este concepto al resto de rodillos de las otras doslaminadoras de que se dispone.
Por es emotivo en primer lugar se va a realizar una breve descripción de lalaminadora.
Ilustración 2: Laminadora vacía
Una laminadora se compone básicamente de dos grandes rodillos, los cualesgiran sobre su eje mediante un sistema de engranajes. Estos rodillos están atemperadosmediante un circuito de entrada de vapor o de agua, según si se desea calentarlos oenfriarlos. Ver Ilustración 8:Esquema situación inicial rodillo.
Los dos rodillos se encuentran en posición paralela y giran en sentido opuesto,de forma que tienden a introducir la masa que se encuentra sobre ellos por entre suseparación.
Para poder controlar la separación entre los rodillos, la laminadora dispone dedos motores en los laterales (D1 y D2) que sirven para separar o juntar los rodillossegún sea necesario.
La caída de cargas se efectúa en uno de los extremos de la laminadora, mientrasque en el otro se extrae la cinta o banda, para introducirla a continuación, en un baño derefrigeración.
Mediante el ajuste de la separación de los rodillos (D1) se consigue controlar elgrueso de la cinta de extracción de los rodillos.
D1
D2
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EXTRACCIÓN DECINTA O BANDA
A BAÑO REFRIGERACIÓN
CAIDA DE CARGASDESDE AMASADORA
Ilustración 3: Laminadora con carga
El operario ajusta las consignas de temperatura de los rodillos para que la masase pegue al rodillo delantero y no se pegue al trasero. Con esto consigue garantizar laexistencia de masa en la superficie del rodillo delantero y, por lo tanto, la extracción delproducto de forma frontal.
En las siguientes fotografías pueden verse los rodillos de la laminadora mediantedos puntos de vista distintos: vista real y vista térmica.
Rodillo delantero:
Ilustración 4: Rodillo delantero
24.4°C
212.5°C
100
200
Ilustración 5: Rodillo delantero. Vista térmica
Puede observarse como la masa se reparte por todo lo largo de la laminadora.Las cargas caen por la parte superior derecha de la imagen, mientras que la banda deextracción se encuentra en la parte izquierda de la imagen.
Por la fotografía térmica se observa que la masa ronda los 200 ºC.
Y el rodillo trasero:
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Ilustración 6: Rodillo trasero en carga
22.7°C
205.5°C
100
200
Ilustración 7: Rodillo trasero en carga. Visión térmica
Se observa como el rodillo trasero se mantiene a unos 100ºC. Esto da una ideade la cantidad de refrigeración que precisa el rodillo trasero respecto al delantero.
2.2.1 Características del Rodillo a Controlar
El rodillo de la laminadora, en el cual se pretende modificar el sistema de controlde temperatura, está compuesto por 6,3 Tn de fundición de acera al Carbono con untemplado en la superficie.
El rodillo tiene una longitud de 2140 mm, con un diámetro externo de 660 mmy un diámetro interno de 190mm.
Evidentemente este va a ser un factor básico en la respuesta térmica del sistema.
2.2.2 Importancia del Sistema de Control de Temperatura
El operario selecciona una consigna de temperatura para el rodillo con el fin depoder controlar el sistema en los diferentes modos de operación que pueda encontrar.
La masa de producto que cae sobre los rodillos puede caer a diferentestemperaturas, según el tipo y el color que se determine en la receta del producto.
Además las técnicas utilizadas por el operario, en base a una experiencia de másde 20 años, pone de manifiesto que una temperatura demasiado alta en la superficie delos rodillos implica que el producto se desprenda del rodillo. A su vez, una temperaturademasiado baja implica que el producto se encartone en la parte superior.
El comportamiento esperado del rodillo delantero respecto del trasero serátotalmente distinto, es decir, el operario espera que la masa se pegue al rodillo delanteropara poder extraer la banda (ver Ilustración 3: Laminadora con carga) pero a la veznecesita que el producto no se pegue en el trasero. Y para controlar esto la únicaherramienta de que dispone es el control de temperatura de cada rodillo. La calidad delcontrol de temperatura junto con las características físicas del propio rodillo marcarán laeficiencia de la instalación.
Y no solo se cambian las consignas de temperatura de los rodillos por motivosintrínsecos del material en producción, sino que además se producen regularmentesituaciones que precisan nuevos ajustes de temperatura, como limpiezas, paros técnicos,paros de producción, etc...
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Todo ello tiene una gran implicación en la productividad de la instalación,puesto que provoca cortes de la banda de extracción y por lo tanto retrasos en laevacuación del producto.
En definitiva, existe y debe existir una gran flexibilidad en las temperaturas detrabajo y por lo tanto el sistema debe hacer frente a todas y cada una de las posiblessituaciones que se puedan presentar. Más adelante se profundizará más en este punto.
2.2.3 Elementos del Sistema Inicial del Control de Temperatura
En primer lugar se ha realizado un esquema de la situación inicial en la que seencontraba el rodillo al principio del presente proyecto, Ilustración 8:Esquema situacióninicial rodillo.
TICSAGR02T010
Agua6 bar
Vapor 6 bar
Línea de condensado
SISTEMA INICIAL REGULACIÓN RODILLOS
GR02Y011 GR02Y012
PURGADOR
PURGAMANUAL
(1) (2)
(3)
(4)
Ilustración 8:Esquema situación inicial rodillo
2.2.4 Rango Partido de Aporte de Energía Calorífica.En dicha ilustración pueden observarse dos válvulas automáticas con
posicionador neumático:
• GR02Y011 la cual permite la entrada de agua a 6 bar
• GR02Y012 la cual permite la entrada de vapor a 6 bar
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Ambas válvulas automáticas disponen de válvulas manuales que permiten elbypass2, representadas en el esquema por (1) y (2).
El control de estas dos válvulas se realiza mediante un único lazo3 analógicoconfigurado como un rango partido. Esto significa que las válvulas comparten la mismasalida analógica del PLC y están calibradas tal y como se indica en la Ilustración9:Rango partido.
En dicha ilustración puede observarse, en primer lugar, que se compone de unlazo de 4 a 20 mA. Se ha representado además la salida analógica en porcentaje parapoder hablar, en el desarrollo de este proyecto, en términos porcentuales.
Ilustración 9:Rango partido
• Cuando el sistema está a 0%(4 mA) la válvula de aporte de agua (GR02Y011)está totalmente abierta, mientras que la de aporte de vapor (GR02Y012) estátotalmente cerrada.
• Cuando el sistema está al 50% (12 mA) las dos válvulas están totalmentecerradas.
• Cuando el sistema está al 100% (20 mA) la válvula de aporte de aguaGR02Y011 está cerrada y la de aporte de vapor GR02Y012 está totalmenteabierta.
2 Bypass, en este contexto, indica que al accionar la válvula manual se está actuando sobre el
sistema independientemente de lo que indique el controlador. Esto permitirá al operador actuardirectamente sobre el sistema.
3 La palabra lazo suele utilizarse en instrumentación para definir todo el cableado referente a unTAG o elemento de instrumentación. En este caso el lazo es compartido, puesto que el sistema estáconfigurado como un rango partido.
GR02Y011
20124 mA
% salidaanalógica0 50 100
00
100100
GR02Y012
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El resto de casos son fácilmente deducibles por extrapolación. El plano deinstrumentación del lazo puede verse en el Anexo 3: Lazos de Instrumentación,Ilustración 93: GR02Y011/Y012 antes de la modificación.
2.2.4.1 Medida de Temperatura
También se dispone de una medida de temperatura GR02T010 con una sondaPt1004 que mediante un convertidor de Ohms a miliamperios (4 a 20) permite informarde la temperatura al PLC. La ubicación de la sonda de temperatura no es la ideal, esdecir la sonda no recoge la medida en la superficie de los rodillos, pero por motivostécnicos todavía no se ha encontrado solución para mejorar este aspecto.
Antes de este proyecto se realizaron pruebas con diferentes tipos de sensorestérmicos, entre los cuales el pirométrico era el que ofrecía mayores ventaja. Pero existendos problemas básicos que dificultan su implantación:
• El índice de reflexión del metal: La superficie del rodillo no es uniforme y tieneciertas machas y grietas que producen falsas lecturas en la medida de latemperatura superficial.
• La masa que cubre el rodillo impide la lectura de la superficie del rodillo, puestoque en ocasiones el rodillo se encuentra totalmente cubierto de masa.
Por es emotivo se desestimó la idea y se mantuvo la sonda actual.
La energía calorífica suministrada por las anteriores válvulas se introduce en elrodillo, de forma que circula por toda la superficie para llegar finalmente a la cámara deextracción del condensado. El diseño del rodillo está realizado con la intención de quela energía calorífica suministrada llegue lo antes posible a la superficie. Esto puedeobservarse en la anterior Ilustración 8:Esquema situación inicial rodillo.
2.2.4.2 Purgador
Finalmente puede observarse una línea de condensado en la salida del rodillo.Esta línea tiene como finalidad evacuar el condensado generado en el interior de losrodillos. Para ello se dispone de un purgador de bolla. Este purgador funciona siguiendoel principio de un flotador. Cuando en el interior del rodillo se genera licuado, este seacumula en la salida del circuito por la propia presión del sistema. Al acumularse ellicuado hace elevar la bolla del purgador, que a su vez abre una válvula de expulsiónpor medio de un enclavamiento mecánico. Ver la Ilustración 10: Purgador automático.
También puede observarse en la Ilustración 8:Esquema situación inicial rodilloque la función de purgado dispone también de dos válvulas manuales:
• (3) bypass hacia el condensado
• (4) Purgador manual.
4 Resistencia de platino que varía su valor óhmico en base a la temperatura siguiendo la siguiente
relación: R = R0 (1+ 0.00385*T). Estas sodas se caracterizan por tener un valor nominal de 100O a 0ºC.
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Ilustración 10: Purgador automático
2.3 Importancia de la Operación Manual en el Rendimiento de la Instalación
En el momento en que se inició el proyecto, se asumía que la experiencia ydestreza del operario destinado a la laminadora era clave en cuanto al rendimiento de lainstalación.
Después de una primera evaluación, puede ponerse de manifiesto que:
• El operario no confía en el sistema de regulación de temperatura del rodillo.
• No confía en la temperatura indicada en el panel, puesto que dicha temperaturano representa directamente a la superficie del rodillo.
• Además indica cierta desconfianza en cuanto a las variaciones bruscas detemperatura indicadas en panel, en principio, sin una explicación clara.
Por ese motivo debe actuar sobre el sistema mediante las válvulas indicadas enla Ilustración 8:Esquema situación inicial rodillo.
De forma general se observa que algunos operarios actúan directamente sobrelas válvulas de bypass y anulan las válvulas automáticas. Y todo ello lo hacen paragarantizar el suministro de calor que creen necesario en base a su experiencia.
Otros trabajan sobre la purga para garantizar la efectividad de la entrada delcalor suministrado.
A parte de los problemas que generan este tipo de actuaciones en los cambios deturno y sobre el propio rodillo, lo cierto es que en un elevado porcentaje de los casos esla única forma de actuar.
Ha de tenerse en cuenta la gran diversidad de productos que se producen en estasinstalaciones. Y todos y cada uno de ellos tienen unas características distintas, seamasan a temperaturas distintas y se comportan de forma distinta sobre los rodillos.
Además, y con demasiada frecuencia, se producen situaciones como limpiezas,paros por motivos de producción o técnicos, que motivan el vaciado completo de losrodillos para, al cabo de cierto tiempo, volverlos a llenar para poder continuar con laproducción. Todo ello repercute de forma no lineal sobre el sistema, y la velocidad en larespuesta térmica del sistema puede provocar retrasos motivados por la gran inerciatérmica del rodillo.
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Por todo ello se pone de manifiesto la importancia de la operación manual en elsistema, y por lo tanto, de la destreza y experiencia que deben tener los operarios parapoder desarrollar su trabajo de forma satisfactoria.
Por el contrario, esto provoca muchos problemas de cara a la estandarización delos procesos de trabajo. Provoca, también, dificultades en la inserción de nuevo personalen estos lugares de trabajo, sin olvidar el resultado de aquellos operarios que nodisponen de la suficiente destreza para este lugar de trabajo.
En el siguiente apartado será desarrollada la información aquí planteada.
2.4 Análisis del Sistema Inicial
Para poder iniciarse cualquier tipo de análisis, en primer lugar debe plantearse dequé fuentes se dispone para poder obtenerse los datos necesarios. Por ese motivo loprimero que se realizó fue registrar en el sistema SCADA5 todas las variables posibles:
• GR02T010_X è Medida Temperatura rodillo delantero Calle-2
• GR02T010_Yè Salida regulador Temperatura rodillo delantero Calle-2
• GR01T010_Wè Consigna Temperatura rodillo delantero Calle-2
• EU02N007_X è Intensidad de la amasadora. Nos permitirá deducir si elsistema está en marcha y por lo tanto si habrá carga sobre los rodillos.
NOTA: en todas las gráficas utilizadas en este proyecto aparecen estosparámetros registrados junto a la presión del rodillo. Aunque en la fase inicial no sedisponía de esta información, se han tomado datos posteriores que, teniendo en cuentaque el comportamiento observado es el mismo, pueden ayudar a entender mejor laevolución del proyecto.
En este apartado se va a documentar la situación del control inicial detemperatura mediante gráficas que permitirán poner de manifiesto el punto de partida yque permitirán, en los siguientes apartados, poder observar la eficiencia de los cambiosimplantados. Por ese motivo desde este momento el proyecto se va a centrar únicamenteen el sistema de control y su instrumentación.
Para comprender los datos presentados en las posteriores gráficas, en primerlugar se presenta un esquema del lazo de control del sistema inicial, de forma que puedaapreciarse como interactúa el PLC con la planta en su diseño inicial.
En la Ilustración 11 puede observarse encuadrado en azul los TAG6’s delelemento sensor de temperatura GR02T010_X y por otro lado el del elemento actuadorGR02T010_Y7. Esta última señal se valora del 0 al 100% y se aplica a la salida
5 SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) Aplicación Software especialmente
diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de producción, con el objetivo de permitir aloperador supervisar y controlar la producción.
6 Siglas que sirven para designar a un elemento en instrumentación (válvula, transmisor detemperatura, ...). Suele utilizarse este concepto para contabilizar y nombrar la instrumentación de unaplanta.
7 Puede observarse que se utiliza el mismo TAG para el elemento sensor que para el actuador.Esto es así porque el lazo de control está planteado desde el punto de vista del PLC, de forma quemediante los subíndices se identifica “_X” al elemento de medida, “_Y” al elemento actuador y porúltimo para la consigna se utiliza o bien “_W” o bien “_SP”. Está notación es interna del departamento decontrol.
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analógica del PLC (en este caso mediante un lazo de 4-20 mA) para que las válvulasGR02Y011 y GR02Y012 actúen sobre el sistema según una configuración de rangopartido (ver: Ilustración 9:Rango partido).
Puede observarse que este control consiste en un PID8 aplicado al sistema con laúnica posibilidad, desde el punto de vista del sistema de control, de cambiar la consignay las bandas.
PID
+ _
GR02T010_Y GR02T010_XGR02T010_SP
PLANTA
DISEÑO INICIAL DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO
ErrorTemp.
Ilustración 11: Control PID rango partido temperatura
El resultado de esta regulación puede tipificarse en los siguientes casos quepretenden definir las diferentes circunstancias en las que se puede encontrar el rodillo.
2.4.1 Rodillo en Carga sin Oscilación de la Salida del Controlador
Como modelo puede tomarse la Ilustración 12: Graf_Rodillo con masa a 178ºCsin oscilación en la salida.
La línea azul EU02N007_X indica que el sistema de amasado está en marcha, yademás puede deducirse, por la periodicidad de la curva, cuando la amasadora vierte lacarga sobre los rodillos. Está información deberá estar presente en cada una de lasgráficas mostradas, puesto que el sistema no se comporta de la misma forma con cargaque sin ella.
Puede verse también como el sistema, cuando recibe cargas con ciertafrecuencia, mantiene la salida del regulador (línea roja) GR02T010_Y al 0%(refrigeración al máximo) motivado por la imposibilidad de llegar a la consigna. Esteerror estacionario puede ser incluso beneficioso puesto que el sistema se estabiliza encuanto a la temperatura y la salida del control.
Pero sobretodo, lo que más se pone de manifiesto en esta representación es elpoco control que tiene el regulador sobre el sistema. En ocasiones el controlador oscilaen su salida entre el 0 y el 100% de su actuación. En otras ocasiones el controladormantiene constante su salida sin conseguir disminuir el error.
8 Es un control basado en el seguimiento del error ,obtenido al efectuar la diferencia entre la
medida y una consigna de cierta magnitud, y aplicándole un efecto Proporcional, Integral y Derivativo.
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Ilustración 12: Graf_Rodillo con masa a 178ºC sin oscilación en la salida
A destacar que la variación de la salida obtenida es de 150(+2 ÷ –6) ºC.
2.4.2 Rodillo en Carga con Oscilación de la Salida del Controlador
Ver la siguiente gráfica:
Ilustración 13: Graf_Rodillo con masa a 180ºC con oscilación en la salida
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La línea azul EU02N007_X indica que la amasadora se encuentra en marcha, ypor lo tanto los rodillos reciben cargas de una forma más o menos periódica. En estecaso la amasadora dispensaba carga a unos 180ºC aproximadamente.
Puede apreciarse como la salida del controlador trabaja casi como un sistemaTODO-NADA, es decir, un controlador que, o abre al 100% la entrada de vapor o abreal 100% la entrada de agua. Esto puede apreciarse en la línea roja GR02T010_Ycorrespondiente al rango partido de la salida del controlador, puesto que saltacontinuamente del 0% (refrigeración 100% abierta) al 100% (calefacción 100% abierta).Ver: Ilustración 9:Rango partido.
La variación obtenida en la temperatura GR01T010_X (línea verde) es de 140(+5.9 ÷ -9.7) ºC.
Hay que añadir a esto que el impacto producido por este aporte violento de frío ycalor al rodillo en tan corto tiempo puede provocar averías e incluso fisuras en el metal.La reparación de un rodillo de estas características tiene grandes consecuencias sobre lainstalación, no solo en cuanto al coste consecuente provocado por la reparación sinotambién por los días de paro que comporta.
La situación representada en este gráfico es el caso más habitual en el que seencuentra la instalación. Se supone que el calor medio aportado por el sistema, dentrode la inestabilidad presentada, es el necesario puesto que el sistema está en marcha.
2.4.3 Rodillo sin Carga con Oscilación de la Salida del Controlador
Ilustración 14: Graf_Rodillo en proceso de vaciado total de masa
Puede observarse como la amasadora deja de aportar cargas al rodillo (línea azulEU02N007_X) y la salida del controlador sigue oscilando (línea roja GR02T010_Y).
En este caso la temperatura obtenida GR01T010_X es de 140 (+5.5 ÷ -8.3) ºC.
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2.4.4 Rodillo en Carga con PI Lento
Como es lógico, una de las mejoras que se intentaron aplicar en primerainstancia, fueron actuar sobre el regulador PID para ajustarlo con el objetivo dedisminuir la dispersión de temperatura presentada. El resultado fue el mostrado en laIlustración 15.
Mediante el ajuste de las bandas del PID, básicamente disminuyendo laconstante proporcional y aumentado la integral, se consiguió controlar mejor el sistema.Esto se pone de manifiesto si se observa la temperatura obtenida GR02T010_X (líneaverde) de 160 (+0.8 ÷ -1.3) ºC. En el fondo puede apreciarse que el sistema siguefuncionando con una salida en oscilación, pero al aumentar su periodo se consigueamortiguar el efecto brusco de dispersión de temperatura.
Ilustración 15: Graf_Rodillo con masa y regulador PID lento
Esto, a priori, puede parecer una buena solución al problema de control, pero locierto es que solo cubre una parte del problema.
Debe recordarse que en el apartado 2.3, Importancia de la Operación Manual enel Rendimiento de la Instalación, se puso de manifiesto la no-linealidad en cuanto alproceso de trabajo de este sistema. Esto quiere decir que este tipo de regulador resuelvelas situaciones normales de trabajo, pero en cuanto se vacía el rodillo por limpieza oavería, en el caso de que el regulador esté enfriando, el control reacciona tan despacioque lo enfría del todo. Esto tiene grandes inconvenientes porque implica retrasos depuesta en marcha motivados por esperar la atemperación de los rodillos.
2.4.5 Conclusiones del Primer Análisis
Puede observarse que en general hay diferentes problemas a analizar:
• Las bruscas oscilaciones en la salida del rango partido GR02T010_Y
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• La poca estabilidad de la temperatura resultante del control GR02T010_X
• Y la dificultad de evaluar la acción del operario sobre el sistema, en loselementos manuales de bypass y purga.
2.4.5.1 Bruscas Oscilaciones en la Salida del Regulador
Ya se ha comentado la problemática de producir bruscas oscilaciones en lasalida del controlador del rango partido GR02T010_Y. Se debe evitar la oscilación entreel aporte de agua y el aporte de vapor en cortos periodos de tiempo. Esto puede tenerconsecuencias a medio plazo en paros por avería y altos costes de mantenimiento.
En referencia al apartado 2.4.4, Rodillo en Carga con PI Lento, se podría asumirque cambiando las bandas del regulador el problema estaría resuelto. Es decir, si se haceel PID más rápido o más lento, según si el sistema está en carga o no, se podría resolverel sistema.
Pero esto solo solventaría una parte del problema, puesto que la automatizaciónque pretende el presente proyecto debe automatizar todas las manipulaciones manualesde los diferentes elementos del sistema mediante una solución global.
2.4.5.2 Estabilidad de la Temperatura
Uno de los principales inconvenientes que existe es no poder disponer de unamedida directa sobre la superficie del rodillo.
Una vez asumido esto, debe plantearse una estrategia que permita una solucióneficiente. Por ese motivo se ha decidido buscar un controlador que permita mantener lafuente de calor interna del rodillo lo más estable posible. Con ello se pretende que latemperatura que llegue a la superficie también lo sea.
El sistema de control debe ser lo suficientemente rápido en su actuación comopara mantener estable la fuente de calor interna del rodillo, y deberá tenerse en cuenta labaja velocidad de respuesta del sistema térmico en cuanto a la manipulación de laconsigna en el modo de operación del usuario.
Deberá tenerse en cuenta la alta flexibilidad que comporta la utilización delsistema, puesto que el objetivo no va a ser marcar temperaturas estándares de trabajo,puesto que la abanico de productos que se producen es muy elevado y cada uno tienesus propias características. Se supone que el operario, al observar el rodillo en carga escapaz de discernir si precisa elevar la temperatura del rodillo o por el contrario si lo queprecisa es reducirla. Esto implica que el control sobre el que se va a desarrollar elproyecto es relativo, es decir, se cambia la consigna en base al comportamiento de lamasa sobre el rodillo.
Esto refuerza el objetivo marcado en este subapartado, ya que al incrementar laestabilidad de la temperatura facilitará el control que ejecuta el operario sobre lainstalación.
2.4.5.3 Evaluar la Acción del Operario sobre el Control de Temperatura
Después de investigar las acciones que llevan a cabo los operarios sobre elsistema, se observan ciertos puntos en común y ciertas contradicciones. Algunasacciones a primera vista parecen lógicas y otras en cambio no lo parecen tanto.
Pero lo cierto es que se hace muy complicado sacar conclusiones sobre los datoshistóricos teniendo en cuenta las posibles manipulaciones del operario sobre los bypassy las purgas.
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Por ese motivo se decide seguir por el camino seguro hacia la automatizaciónque se pretende conseguir. Esto quiere decir que si se comparan los elementosaccionados manualmente por el operario con los que se accionan automáticamente enparalelo por el autómata, se pone de manifiesto un punto clave a automatizar: elpurgador.
Esto significa que se deberá instalar, como mínimo, una válvula conposicionador automático en paralelo con el purgador. Con ello se conseguirá que el PLCtenga acceso, aunque sea de forma paralela, a los mismos elementos que dispone eloperario. Todo esto será desarrollado en el apartado 3 Primera Fase de Mejora
2.5 Evaluación del Potencial de la Mejora
En este apartado se pretende efectuar una valoración que permita cuantificar elpotencial de mejora. Dicha valoración se realizará en base a los datos históricos de losque se dispone hasta la fecha.
Por motivos de confidencialidad no pueden revelarse datos concretos respecto alas producciones de las instalaciones susceptibles de mejora. Por ese motivo se harealizado el estudio en valor porcentual sobre el caudal promedio tipificado9.
%TOTAL INSTALACIÓN
Disponibilidad de la instalación enbase a (365 días x 24 h) 100 100
Paros planificados - 30 70
Paros por corte de cinta respecto altiempo total (365diasx24h) - 2,5 67,5
Peso relativo de la atemperación delrodillo en los cortes de cinta % 50
Mejora sobre la instalación % + 1,25
Número de instalaciones de estascaracterísticas (unidades) x 2
Mejora total porcentual % 2,5
Tabla 1: Valoración potencial de mejora
Puesto que lo que se pretende es cuantificar el potencial de la mejora, en estatabla puede observarse que, partiendo del 100% de disponibilidad de la instalación a uncaudal medio aceptado, y restando el 30% del tiempo total por paros planificados(limpiezas, cambios de partida, etc...) se obtiene una disponibilidad de instalación del70%.
Del tiempo restante hay un 2,5% de paros motivados por “cortes de cinta” (obanda de extracción de la laminadora), pero no todos estos paros son achacables a laincorrecta temperatura de los rodillos, puesto que hay otros motivos que tambiénpueden implicar “paros por corte de cinta”, como cargas mal amasadas con grumos oproblemas en el tren de arrastre.
9 Es el caudal promedio, al que se considera que debe producir la planta, para un producto
tipificado. Con este caudal extrapolado a los 365 días del año se obtiene la capacidad anual total de lainstalación.
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Efectuando una valoración ponderal del peso de la atemperación de los rodillosen el concepto “paro por corte de cinta” se ha establecido un valor de un 50%, en base ala larga experiencia de la producción en la instalación.
Todo ello proporciona un potencial de mejora de un aumento del 1,25% de ladisponibilidad de la instalación. Y puesto que se disponen de dos instalaciones en totalde estas características, el potencial total obtenido sería de un 2,5% sobre el total de lasdisponibilidades.
3 Primera Fase de MejoraEsta primera fase de mejora pretendía dar una respuesta a la problemática de
control, antes definida en el apartado 2.4 Análisis del Sistema Inicial , mediante lasherramientas de las que se disponía en ese momento.
El punto más importante a mejorar en esta fase era lo que se podría llamar efectode sobrepresión.
Para entender este efecto lo primero que debe conocerse es la relación existentepara el vapor saturado de agua, entre la presión y la temperatura. Esto puede observarseen la siguiente gráfica:
Presión/Temperatura: vapor saturado
0
5
10
15
20
100 120 140 160 180 200 220 240
Ilustración 16:Relación Presión /Temperatura Vapor saturado
Recuérdese que en el sistema inicial no había medida de presión, y que por lotanto, se desconocía la presión que alcanzaba el rodillo.
Pero teniendo en cuenta la gráfica anterior, sí se conocía que en algunos casos latemperatura medida era superior a los 160 ºC. Esto ponía de manifiesto que, porejemplo cuando la masa de las cargas caía a más de 200ºC sobre los rodillos, podíaocurrir que la presión superara los 6 bar.
Las consecuencias eran que:
• Aunque el PID abría la válvula de entrada de agua al 100%, puesto que el aguaes suministrada a 6 bar, no podía superar la presión interna del rodillo (>6 bar) yentrar dentro. Prueba de ello era que, en esas circunstancias, al tocar la tuberíade la entrada de agua estaba caliente, puesto que el calor en el interior del rodilloretrocedía.
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• Otra posibilidad era que el purgador, instalado en la línea de salida delcondensado, despresurizara el sistema. Pero esto no ocurría por que en el interiordel rodillo el calor era tan elevado que todo el agua se encontraba en forma devapor, y además el purgador está diseñado para impedir la despresurización alpurgar el sistema.
En resumen este efecto fue el llamado efecto de sobrepresión.
Y puso de manifiesto la importancia del bypass manual del purgadorrepresentado por (3) en la Ilustración 8:Esquema situación inicial rodillo. Se conocíaque el operario actuaba sobre este bypass y sobre la purga manual (4), y se confirmabael motivo por el cual lo realizaba. Era pues un buen punto de partida en el desarrollo dela automatización del sistema.
3.1 Automatización del Sistema Inicial “Semimanual”
En base al efecto de sobrepresión, antes mencionado, se realizaron las siguientesmodificaciones sobre el sistema inicial:
TICSAGR02T010
Agua6 bar
Vapor 6 bar
Línea de condensado
Modificación Primera FaseGR02Y011 GR02Y012
PURGADOR
PURGAMANUAL
(1) (2)
(3)
(4)
PICGR02P013
GR02Y014
Ilustración 17: Esquema rodillo primera fase automatización
Cambios realizados.
• Instalación de un medidor de presión GR02P013 en el mismo lugar que la tomade la temperatura, es decir, en la salida de la línea de condensado del rodillo. Elplano del nuevo lazo puede verse en el Anexo 3: Lazos de Instrumentación ,Ilustración 97: GR02P013.
• Sustitución de la válvula manual (3) de bypass del purgador por una válvulaautomática con posicionador automático que permitirá el control de la oberturade la misma. El plano del nuevo lazo puede verse en el Anexo 3: Lazos deInstrumentación, Ilustración 95: GR02Y014.
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Esta modificación permitirá el control de la presión en el interior del rodillo.
3.2 Sistema de Control
En cuanto a la elección del sistema de control de la presión, puede decirse que ladecisión fue complicada.
En primer lugar se pensó en realizar dos lazos de control totalmenteindependientes pero con la misma disposición que el existente en la temperaturamostrado en la Ilustración 11: Control PID rango partido temperatura, pero ¿cómoestablecer la consigna de presión?
Otra posibilidad era realizar un sistema en cascada donde la salida del reguladorPID actuara sobre la consigna del regulador de presión en modo de supervisión, peroesto permitía solo regular sobre la presión.
Finalmente se decidió seguir un camino puramente teórico. En base a la relaciónexistente entre la presión y temperatura del vapor saturado (Ilustración 16:RelaciónPresión /Temperatura Vapor saturado) se realizó el siguiente control:
PID+ _
GR02T010_Y GR02T010_X
GR02T010_SP
PLANTA
DISEÑO CONTROL PRIMERA FASE AUTOMATIZACIÓN
+ _
PID GR02P013_Y GR02P013_X
Conversión T_SP � P_SP
ErrorTemp.
Ilustración 18: Control conversión consigna T->P
En la ilustración anterior puede observarse el esquema lógico implantado en elPLC.
Cuando el operario introduce una consigna de temperatura en el panel, elprograma calcula la conversión a la consigna de presión teórica para que los dosreguladores actuaran de forma independiente pero con el mismo objetivo.
Para implantar este sistema se tubo que linealizar a tramos la curva temperatura-Vapor para poder implantarla en el PLC, puesto que el autómata no permite laintroducción de ecuaciones complejas.
La implantación de esta nueva función en el autómata puede verse en la funciónFC22. Función de Linealización para Conversión de Consigna Temperatura / Presión.
Durante la puesta en marcha del nuevo concepto, se puso de manifiesto que larelación teórica presión-temperatura no era la esperada y se tuvieron que realizar varios
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ajustes, básicamente sobre un Offset general, que permitía subir y bajar la curva conresultados variados.
Se tomaron medidas de la presión, cuando la temperatura era más o menosestable, para obtener ciertos datos que permitieran ajustar la curva teórica, pero losresultados pusieron de manifiesto la imposibilidad del procedimiento.
A continuación se muestra la siguiente tabla que pretende poner de manifiestolas diferentes presiones a las que puede trabajar el rodillo con la misma consigna detemperatura.
Tabla 2: Datos presión / temperatura
En general, los resultados a priori eran algo más satisfactorios que los iniciales,pero lo más habitual era lo representado en la siguiente ilustración.
Puede observase como al cambiar la consigna de temperatura GR02T010_W(línea marrón) cambia automáticamente la consigna de presión GR02P013_W (líneaazul).
Ilustración 19: Graf_Rodillos en carga Fase primera
Temperatura consigna
GR02T010_W(ºC)
Temperatura media medida
GR02T010_X (ºC)
Presión consigna
GR02P013_W (bar)
Presión media medida
GR02P013_X (bar)
140 140 ± ? T 3.6 3.9
140 140 ± ? T 3.6 2.9
140 140 ± ? T 3.6 3.3
140 140 ± ? T 3.6 3.3
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También puede observarse que la relación aparente entre la medida detemperatura GR02T010_X (línea verde) y la medida de la presión GR02P013_X (líneamagenta). Esta relación parecía indicar que si se conseguía ajustar la curva deconversión de consignas quizás se pudiera conseguir juntar los dos efectos deregulación en uno único.
Pero el resultado no fue el esperado. En primer lugar por la poca repetibilidad dela relación presión-temperatura sobre la medida real, y en segundo lugar porque cuandoun regulador dominaba sobre el otro producía un error estacionario. Ver Ilustración 20:Gráfica regulación presión primera fase.
Esto pone de manifiesto el error de conversión que se produce de formaaparentemente aleatoria. Mas adelante, durante la última fase de este proyecto sedescribirán los motivos por los cuales se produce esta poca repetibilidad entre larelación de la temperatura y presión, definida por lo que, más adelante se llamará efectovapor saturado.
También puede observarse que, cuando el sistema de presión no entra enregulación, el sistema aparentemente se comporta igual que antes de realizar el cambio.Esto es así porque el regulador tiene una consigna superior a la medida y por lo tanto nollega abrir la válvula de despresurización del rodillo GR02Y014. Esto da lugar a lavariación brusca de aporte de vapor a aporte de agua en un corto periodo. Este efecto noha sido posible evitarlo en esta fase previa de mejora.
3.2.1 Ventajas e Inconvenientes
La principal ventaja de este sistema ha sido controlar las sobrepresionesproducidas en el interior del sistema. Mediante el control actual se consigue que laaportación de energía calorífica sea más efectiva y que no se ponga en peligro todo elsistema de juntas y tuberías como consecuencia de las sobrepresiones producidas en elinterior del rodillo.
Además se dispone de toda la instrumentación necesaria para poder controlar elsistema de la misma forma que lo hace el operario, con el añadido de conocer unparámetro más de proceso, la presión interna del rodillo.
El principal inconveniente del sistema es la dificultad en el ajuste de la curva deconversión de consignas.
Otro inconveniente a tener en cuenta es el hecho de que las dos regulacionesactúan independientemente de forma que pueden llegar a entorpecerse mutuamente.
3.2.2 Resultados del Sistema de Control
El resultado de esta primera fase es parcialmente satisfactorio. Se confirma laimportancia de controlar la presión del vapor, aunque se pone de manifiesto que eldiseño del control actual no es el adecuado.
Puede verse en la siguiente Ilustración 20: Gráfica regulación presión primerafase, por ejemplo, que cuando las consignas son acertadas el sistema entra enregulación, consiguiéndose resultados de menor variabilidad.
En esta ilustración la regulación de presión (línea negra GR02P013_Y) domina,al menos durante la fase inicial, sobre la de temperatura (línea roja GR02T010_Y). Enesta fase inicial, puede observarse como el regulador de presión consigue estabilizar lamedida de temperatura (línea verde GR02T010_X), pero manteniendo un errorestacionario provocado por la conversión de consignas.
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En este punto ya se empieza a vislumbrar la idea de que regular con la válvulade despresurización, manteniendo las válvulas de rango partido lo más estables posibles,puede ser una solución a probar. Este concepto fue desarrollado en la última fase delproyecto de mejora.
Ilustración 20: Gráfica regulación presión primera fase
En la Ilustración 21, se observa que en algunos casos donde la conversión deconsignas es más acertada, el sistema funciona dentro de unos márgenes más acertados.
Ilustración 21: Grafica regulación correcta en primera fase
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Este caso podría ser un ejemplo de lo que se podía pretender conseguir en estaprimera fase de mejora. Los dos sistemas de control están orientados hacia el mismosobjetivo y esto tiene consecuencias positivas en la estabilidad del sistema. Aunquefinalmente domina el regulador de presión, con el resultado de un error estacionario deunos 8ºC.
3.2.3 Conclusiones
Esta fase ha aportado una nueva perspectiva al problema. Se ha observado que laregulación de presión puede ser clave en la solución buscada. Cada vez es más evidentela correcta decisión en la inclusión de un nuevo elemento de control, la válvulaGR02Y014 de despresurización.
Pero también es evidente la necesidad de cambiar de concepto en cuanto aldiseño del sistema de control. Este control debe englobar todas las variables yactuadores hacia un mismo objetivo común.
Esto será lo que se espera de los próximos apartados.
4 Tecnología Fuzzy como Solución al Problema4.1 ¿Porqué FUZZY?
Una vez terminada y analizada la fase inicial del proyecto de mejora deatemperación del rodillo se debía tomar una decisión sobre como modificar el sistemade control para poder continuar con el proyecto.
En este momento fue donde, principalmente por los dos objetivos citados en elapartado 1.1Objetivos del Proyecto, se decidió estudiar la viabilidad de la lógicaFUZZY como solución.
Como suele ocurrir con muchos otros temas, en control no tiene porque existiruna solución única a un problema determinado. Esto quiere decir que quizás,continuando la investigación con las herramientas de las cuales se disponen (SIMATICSTEP 7 10y PID) se hubiera encontrado una solución suficientemente satisfactoria.
Pero en este caso había un factor determinante en la decisión a tomar, y era quelos operarios más expertos eran capaces de controlar el sistema manualmente.
Entonces había que convertir el sistema de control actual en un control expertoque adquiriera los conocimientos de los mismos operarios expertos. Y para esto, una delas mejoras herramientas que existe es el control por lógica FUZZY.
Este proyecto debía partir de la base de algo que funcionara, y FUZZY ofrecía laposibilidad de transferir ese conocimiento al control del PLC.
4.2 Procedimiento Genérico de Implantación de un Control FUZZY en unSistema en Funcionamiento
En este apartado se pretende mostrar un procedimiento de actuación, que puedaservir de guía en la implantación de un sistema FUZZY, sobre un sistema real enfuncionamiento.
10 Lenguaje de programación que utilizan los PLC’s de SIEMENS.
32
Evidentemente este procedimiento ha sido el que se ha seguido en este proyectoy ha surgido de la experiencia que se ha ido adquiriendo. Además se ha basado siempreen criterios lógicos y empíricos, cosa que permite aplicar el conocimiento general de laplanta a la hora de explicar las irregularidades que se observan, y a su vez, darlessolución.
Recolectar procedimientos de actuación de Operarios expertos
¿El controlador es satisfactorio?
Sintonizar sus procedimientos manuales con los automáticos existentes
Fin del proceso de mejora
NO
SI
Diseñar un modelo de control junto con la instrumentación adicional necesaria
Corrección del fallo del modelo en manual sobrelos elementos del sistema automático
DOMINIO DELSISTEMA
“Se lo que quiero y busco la manerade que el controlador lo haga”
Ilustración 22: Procedimiento implantación FUZZY
Este procedimiento se expone de forma secuencial en los siguientessubapartados.
4.2.1 Recolectar Procedimientos de Actuación de los Operarios Expertos
Consiste en seleccionar aquellos operadores, usuarios del sistema a mejorar, másexpertos de la planta para obtener el máximo de información que puedan proporcionar.Dicha información deberá ser procesada, pero no filtrada. Se recomienda hacerlo así, yaque en algunos casos puede ser que ciertas operaciones parezcan ilógicas en esemomento y vayan cobrando significado, a medida que se va desarrollando el proyecto.
Este apartado inicial permitirá conocer en profundidad la realidad del sistema aanalizar. El técnico de control de procesos suele conocer su sistema de control y suinstrumentación, pero dispone de menos información sobre la utilización de loselementos manuales.
Además esta fase puede proporcionar al técnico la visión de producción de laproblemática que ha generado el proyecto de mejora en cuestión.
La información obtenida puede ser discutible pero suele estar basada enincidencias reales.
Este apartado deberá ayudar a conocer el problema desde un punto de vista másglobal y multidisciplinar.
33
4.2.2 Proceso de Sintonización entre las Actuaciones Manuales con los SistemasAutomáticos Existentes.
Una vez se conocen los procedimientos manuales realizados por el operarioexperto para solventar problemáticas del sistema automático actual (en el caso de que lohaya), deberá realizarse un proceso de sintonización.
Este proceso tiene como objetivo analizar los motivos por los cuales el operarioactúa de una u otra forma, en ciertas circunstancias. Esta información deberácompararse con la actuación del sistema automático existente, de forma que puedaobservarse el efecto del solapamiento de actuación.
En definitiva pretende poner de manifiesto las limitaciones del sistema existentey detectar posibles soluciones, instrumentación adicional necesaria, etc...
4.2.3 Efectuar un Primer Modelo de Control
En base al apartado anterior se genera un modelo de control, a modo deprototipo, teniendo en cuenta aquella instrumentación adicional que se precise.
Este modelo debe poderse poner en práctica. Para ello se deberán efectuar laspruebas teniendo en cuenta los riesgos inherentes de la propia planta. Esto quiere decirque si dichas pruebas pueden poner en peligro alguna de las partes de la instalación, sedeberán realizar todas las pruebas previas necesarias para minimizar el riego al mínimo.En algunos casos podrán realizarse pruebas en vacío o con producciones menospeligrosas o delicadas.
4.2.4 Corrección del Modelo ONLINE.
Se propone que una vez el modelo esté en marcha en la planta, en el caso que sedetecte un defecto, se intente controlar el sistema en manual actuando sobre loselementos automáticos.
En el caso de que el problema resida en los parámetros del controlador, lasolución es clara, corregir la parametrización y seguir el análisis.
Pero en el caso de que el modelo no sirva en ciertas circunstancias, si se es capazde volver a controlar el sistema, aunque sea de forma manual actuando sobre loselementos de que se dispone, esto indicará el camino de la solución.
El hecho de ser capaz de controlar el sistema de forma manual indica un altoconocimiento del sistema, y pone de manifiesto que lo que se necesita es solo encontrarla forma de implantarlo, consiguiendo que lo haga también el controlador automático.
FUZZY permite entrar en el controlador y realizar los cambios, en base a lalógica que lo ha generado. Este es el motivo por el cual se ha seleccionado FUZZY eneste tipo de problemática como el controlador ideal a utilizar.
Esta filosofía dará lugar a otro modelo, al cual se le aplicará la misma filosofíade mejora que al anterior, y todo ello de forma iterativa hasta encontrar el sistema decontrol definitivo.
La realización de este procedimiento permite, no solo encontrar el controladorque solvente el problema inicial, sino también conocer el proceso en profundidad encuanto a sus limitaciones, no linealidades, malas operaciones del operador, etc...
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4.3 Recolectar Información para Convertir el Sistema de Control en Experto.
Tal y como se indica en el procedimiento esquematizado en el aparatado 4.2, elobjetivo de este capítulo es recolectar los procesos manuales de actuación del operariopara comprender el qué, el cuando y el porqué de su actuación.
Esta recolección de datos se realizó una vez conocido en profundidad el proceso.Ha de tenerse en cuenta que muchas veces el operario actúa sistemáticamente, de formaque puede pasar por alto detalles que, a priori pueden parecer poco importantes pero queluego pueden indicar soluciones no consideradas.
A continuación se muestran ciertas situaciones tipificadas que se consideraronen el desarrollo del primer modelo del controlador FUZZY.
4.3.1 Temperatura Demasiado Alta
Uno de los problemas a los que debe hacer frente el operario es al de tener latemperatura demasiado alta y no poder disminuirla con el sistema de control. Esteproblema repercute en que la masa tiende a desprenderse del rodillo y a hincharse comoun globo de chicle sobre la superficie del rodillo. Esto se detecta porque estas burbujasde aire explotan débilmente de igual forma que lo haría un chicle.
También puede observarse el efecto de temperatura demasiado alta en la bandade extracción de material, ver Ilustración 3: Laminadora con carga, puesto que el puntodonde se desprende la banda de extracción del rodillo tiende cada vez más a subir sobrela superficie del rodillo y en el sentido de giro del mismo. La cinta de extracción puedellegar incluso a la parte superior, donde se encuentra la masa, de manera que llega acortarse provocando un paro por corte de cinta.
Ante esto, el operario actúa abriendo el bypass del agua (1), ver Ilustración8:Esquema situación inicial rodillo, y abriendo el bypass del purgador (3) o (4).
El operario indica que una vez la temperatura disminuye, vuelve a cerrar losbypass para evitar una bajada en picado de la temperatura. En otros casos mantenía elbypass del purgador (3) abierto parcialmente durante toda la producción.
Como ya se explicó en el apartado 3., Primera Fase de Mejora, esto podía habersido consecuencia de la presión alcanzada en el interior del rodillo. Se recuerda que,según la curva Ilustración 16:Relación Presión /Temperatura Vapor saturado, se puedenalcanzar presiones por encima de los 6 bares en el interior del rodillo, a temperaturasmayores de 160 ºC. Esto quiere decir que en ese momento la refrigeración no capaz deentrar en el rodillo, puesto que el agua se suministra a unos 6 bar de presión y por lotanto no tiene presión suficiente para entrar en el sistema.
En ciertos productos el operario deja abierto parcialmente el bypass del agua pormotivos poco claros. Este punto será clave en la parte final del proyecto.
Todos estos aspectos refuerzan la idea de que debe poderse trabajar con lapresión para poder mejorar el control del sistema.
4.3.2 Temperatura Demasiado Baja.
Cuando la temperatura es muy inferior a la consigna, la masa no se pega alrodillo y forma en la superficie una capa dura que dificulta el movimiento de la masa.Esto se observa sobre toda la superficie del rodillo y además en la banda de salida deproducto. Cuando esta banda tiende a bajar respecto al corte de las cuchillas.
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En cuanto a la actuación de los operarios ante esta situación hay ciertacontradicción.
• Unos afirman que actúan sobre el purgador manual (4) de la salida de licuado
• Otros actúan sobre el bypass del vapor para reforzar el aporte de calor. Estosincluso dejan el bypass abierto en aquellos materiales que consideran oportunos.
Lo cierto es que en principio no tiene mucho sentido actuar sobre el purgador enesta situación, puesto que disminuir la presión en el rodillo no puede facilitar elcalentamiento del mismo, pero ellos mantienen que de esta forma expulsan el licuadogenerado en el interior y facilitan la entrada del calor. Estos afirman, también, que estamaniobra solo se realiza unos minutos y que a continuación cierran el purgador.
Lo que sí puede parecer lógico es que, ante la necesidad de aumentar el calor enel rodillo, se aporte más caudal de calor mediante el bypass. Esto pone de manifiesto laduda de si el Kv de la válvula de vapor es el adecuado. Por otro lado el hecho de que semantenga el bypass abierto durante toda la producción pone de manifiesto, o bien que elKv de la válvula, otra vez, es limitado, o que no se confía en la regulación actual y sequiere garantizar un aporte constante de calor.
4.3.3 Finalización de la Producción
En este caso puede ocurrir que el operario deje una fina capa de producto sobreel rodillo o bien que lo vacíe por completo. En ambos casos la situación cambiatotalmente.
En el caso de que se deje una fina capa de material sobre el rodillo, se observaque el producto tiende a calentarse, puesto que todo el trabajo mecánico llevado a cabopor el motor se traduce en temperatura transmitida a la masa, hecho que quedaconfirmado al observar que el consumo del motor se mantiene alrededor del 50% de lapotencia nominal.
Esto provoca que el operario abra el purgador manual (4) para controlar latemperatura del rodillo.
En el caso de vaciar totalmente el rodillo, el operario se asegura que esténcerradas las purgas (3) y (4) junto con el bypass de aporte de agua (1), y abre el bypassde entrada de vapor (2). Esto le permitirá arrancar con el rodillo delantero bien caliente.
4.3.4 Inicio de Producción
Para poder empezar de una forma adecuada, el rodillo delantero debe estar biencaliente en su superficie. Normalmente el trasero suele estar más frío. Con esto seconsigue que al caer la carga se pegue al rodillo delantero y no al trasero, y además seevitará que la carga se desprenda al suelo. Para facilitar esta maniobra, normalmente sedejan caer las primeras cargas a una temperatura más elevada de la normal.
En esta situación suele encontrarse la válvula de bypass de entrada de vapor (2)totalmente abierta y el resto de bypass están cerrados.
Esto es un claro indicio de que el caudal que proporciona la válvula automáticade entrada de vapor no es suficiente como para elevar la temperatura del rodillo envacío a la temperatura deseada. Normalmente los operarios ponen una consigna devacío de unos 145 a 150 ºC, y solo se pueden conseguir unos 135 ºC.
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4.3.5 Conclusiones sobre la Recolección de Datos
Se observa que realmente existen limitaciones en el control que generan lanecesidad de actuar manualmente sobre los elementos de control.
Y a su vez se observa la necesidad de controlar la presión como elemento claveen la optimización.
Se observa, también, que donde el operario debe actuar más habitualmente essobre el purgador del sistema. En algunos casos actúa sobre el aporte energético de aguao vapor pero suele hacerlo de forma continua, es decir, no juega con estos elementospara afinar el sistema.
4.4 Adquisición del Software de SIEMENS para el Desarrollo del Proyecto.
Puesto que uno de los objetivos iniciales en este proyecto era resolver laoptimización del control mediante lógica FUZZY, se puso de manifiesto la necesidad deencontrar las herramientas necesarias que permitieran su aplicación.
La única solución planteable era encontrar una herramienta de la firmaSIEMENS compatible con los PLC’s estándar de SIEMENS que se utilizan en la firmaBAYER, es decir S7-300 y S7-400.
Esta era la única solución posible puesto que para cualquier sistema existente enlos medios de producción debe tenerse en cuenta los siguientes aspectos:
- Debe ser lo más estándar posible
- Debe ser fácil de implantar, modificar y reparar.
- Debe ser lo más abierta posible.
- No debe requerir ni SOFT, ni HARD prototipo
Esto quiere decir que no era demasiado viable plantearse desarrollar un microque resolviera las necesidades, teniendo en cuenta que la planta dispone ya de una redde PLC’s de última generación conectados entre sí mediante buses de comunicación quepermiten integrar con facilidad cualquier modificación deseada.
Por ese motivo se consultó a SIEMENS la situación de las herramientas FUZZYpara estos PLC’s. La respuesta fue bastante desoladora, “desde hace algún tiempo sehabía dejado de comercializar en España este producto puesto que no se utilizaba”.
Este proyecto no pretende discutir la utilización de la lógica FUZZY en losautomatismos industriales, pero pudo saberse por fuentes alternativas que otrosdistribuidores han potenciado mucho más esta tecnología, y no acababa decomprenderse porque una marca líder en el mercado como SIEMENS habíaabandonado esta tecnología.
Finalmente se hizo una consulta a la sede de SIEMENS-AG, en Alemania dondese confirmó que sí existía el producto y que se podía adquirir.
Una vez adquirido el producto, se inició una de las fases más duras del presenteproyecto. El problema que surgía no era la herramienta suministrad en sí, puesto quecomo podrá verse a continuación sobresale por su simplicidad, sino la conexión delsoftware con el PLC.
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4.4.1 Descripción del SOFT FUZZYCONTROL++ V4.0
La herramienta de desarrollo adquirida fue FUZZYCONTROL++ V4.0. Estaherramienta utiliza los conceptos generales de la lógica FUZZY pero a un nivel muysimplificado.
4.4.1.1 Proceso de Fuzzificación
El proceso de Fuzzificación de las entradas analógicas del sistema está formadopor funciones muy simples como las trapezoidales o, como un caso especial delanterior, las triangulares. En la siguiente ilustración además puede verse, de una formamuy simplificada como se fuzzyfican los datos.
Ilustración 23: Proceso Fuzzificación
Suponiendo una medida de 51 m, y teniendo en cuesta que se han definido tresfunciones trapezoidales (small, medium y large), puede observarse sobre el eje Y lafuzzyficación de la medida.
Es decir, para convertir la medida en valores comprensibles para Fuzzy, estaprimera fase convierte la medida 51 m en 0,3 “small”+ 0,7 “medium”+ 0 “large”
4.4.1.2 Proceso de Inferencia
El proceso de inferencia solo permite funciones AND. En cambio permiteseleccionar la variable “Fuzzificada” negada. Esto permite abrir el abanico deposibilidades restringida por la única función AND.
Ilustración 24: Reglas del proceso de inferencia
Cada una de estas reglas será procesada con los valores obtenidos para cadafunción (“small”, “medium” y “larga”) en el proceso de fuzzyficación de la entrada.
4.4.1.3 Proceso de Defuzzyficación
Este proceso se basa en el método singleton en el cual cada salida miembro
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0,2 0,3
0,7
0
1
-0,5-1-0,3
3.07.03.02.0
7.0*03.0*5.02.0*1*−≈
++−−−
=∑
∑v
v
b
bvb
µ
µ
vbµ
b/bmax
neg_large neg_small zero pos_largepos_small
Ilustración 25: Proceso de Defuzzyficación
(“neg_large”, neg_small”, ”zero”, “pos_small”, “pos.large”) se indica mediante unalínea recta sobre el valor seleccionado. Una vez realizado el proceso de inferencia seasigna un peso a cada miembro definido en la salida. La salida del sistema se basará enel método de centro de gravedad, es decir:
Con ello, puede verse que este sistema tendrá en cuanta el peso de todas lasreglas del proceso de inferencia, y la media ponderada dará lugar a la salida delregulador.
4.4.2 Nuevos Bloques Aportados por el SOFT
Al descomprimir los bloques suministrados en el Software FUZZY CONTROL++, que a su vez deberán insertarse en la librería de bloques disponibles en el PLC, seobserva que se crean dos subcarpetas, una para S7-300 y otra para S7-400. Estadistinción se hace básicamente por la memoria máxima permisible en la programación.Como es sabido los S7-400 son los PLC’S de gama más alta de SIEMENS y por lotanto admiten bloques funcionales de mucha más capacidad.
Esta diferencia deberá tenerse en cuanta desde el inicio de la configuración delbloque FUZZY, en las herramientas de programación, puesto que es lo primero quepregunta la aplicación al abrir un nuevo archivo.
Existen tres tipos de bloques FUZZY suministrados:
Una función de fuzzyficación para poder leer directamente la entrada de valoresanalógicos desde periferia (entrada analógica en la tarjeta) FC30, y otro para salidasanalógicas de escritura directa a periferia FC31.
Estas funciones son opcionales puesto que pueden usarse en la lectura deentradas y escritura de salidas, o bien utilizar directamente las conexiones del bloqueFuzzy que se presenta a continuación.
El bloque más importante es el Bloque Funcional FB30 (por defecto). Estebloque es imprescindible para que pueda ejecutarse la lógica FUZZY en el PLC. Es unbloque genérico que contiene las pautas de funcionamiento de la lógica FUZZY tal ycomo se ha explicado en el apartado anterior. En el caso de utilizar funciones como laFC30 no deberá conectarse nada a la patilla de entrada del bloque. Pero si se deseatrabajar con memorias intermedias podrá utilizarse la conexión directa al bloque (input /output).
Esto es extrapolable a las salidas.
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ENTRADAANALÓGICA
SALIDAANALÓGICA
BLOQUE FUZZY
Ilustración 26: Bloques FUZZY CONTROL ++
Este bloque deberá llevar asociado un DB (Bloque de Datos) donde residirán losparámetros de configuración que informarán al PLC de cómo se desea que funcione lalógica FUZZY. Este bloque será el que se configurará en las herramientas de SIEMENSy se transferirá desde el PC de ingeniería hasta el PLC.
Cuando se modifique alguna de las características del regulador implantado, solodeberá remplazarse el DB en cuestión en el PLC, y en el siguiente SCAN11 de programase ejecutará el nuevo control FUZY.
4.4.3 Ventajas e Inconvenientes del SOFT.
Las ventajas que pueden obtenerse, como consecuencia de la utilización de lalógica Fuzzy, pueden ser muchas y en diferentes sentidos. Por ese motivo, e incluso conla simplicidad del Soft de SIEMENS ya comentada en los apartados anteriores, puededecirse que son muchas las posibilidades. Pero el principal inconveniente es el propiodiseño del software.
En la infraestructura habitual en los sistemas de control de producción de unafábrica, existe un PC conectado al puerto de programación de todos y cada uno de losPLC’s del proceso. Esta infraestructura es ideal para las puestas en marcha demodificaciones y nuevos procesos. El procedimiento habitual de actuación en lasmodificaciones es, primero trabajar sobre el programa en el PC de ingeniería, y ensegundo lugar enviar el programa al PLC y ejecutarlo. De esta forma se mantiene elproyecto residente en el PC de ingeniería actualizado.
Esta operativa habitual de trabajo puede facilitar la comprensión de algunos delos siguientes inconvenientes.
En la instalación del software FUZZY CONTROL ++ V4.0, en primer lugarllama la atención el echo de que no se instale junto al resto de herramientas deSIMATIC de SIEMENS, sino que lo hace aparte.
11 Ciclo que realiza la CPU del PLC desde que lee las variables de la periferia y ejecuta el
programa hasta que escribe las salidas en la periferia.
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Este software sirve para configurar un DB (bloque de datos), que será el únicoelemento transferido al PLC, para informarle de cómo debe actuar el controladorFUZZY programado. Este DB solo puede transferirse directamente al PLC. Esto puedeser que no parezca un inconveniente pero puede producir problemas en las copias deseguridad. Cuando un técnico de control realiza una cambio en el controlador FUZZYdebe conectarse directamente al PLC y transmitírselo. Puesto que no ha podido trabajaren las herramientas de SIMATIC, ni informarle al programa de seguridad en el PC deingeniería del nuevo DB transferido al PLC, deberá efectuar una lectura ONLINE delDB y transferirlo al Proyecto general del PLC. Si esto no se realiza se corre el riesgo deque, por cualquier motivo, al transferir el programa del PC de ingeniería al PLC seescriba un DB antiguo en el PLC.
Para transferir el DB el SOFT FUZZYCONTROL++ debe utilizarse uncomando de conexión al PLC. En este comando se permiten dos opciones, conexiónmediante una aplicación de SIEMENS llamada COMSL que sirve para configurar redes,o bien sin conexión, utilizando el puerto MPI (puerto de programación). El problema esque en ambos casos pide por defecto la ubicación de un archivo (S732.dll) que estáintegrado en el SOFT COMSL. Por ese motivo debe tenerse instalado en el PC laaplicación COMSL de SIMATICNET con su respectiva licencia y compra de software,aún en el caso de que se quiera utilizar el puerto de programación directamente.
Este problema ha sido informado a SIEMENS Alemania y pone de manifiestoque el SOFT no está suficientemente depurado como para su comercialización al pormayor.
Para llegar a las conclusiones arriba mencionadas se ha tenido que desarrollaruna importante tarea de prueba / error sin cobertura de ningún tipo, puesto que no se haencontrado a nadie que esté utilizando este SOFT.
Todo esto empeora si se tiene en cuenta que si se intenta conectar el PC con elPLC mediante un sistema operativo WINDOWS NT, el sistema se cuelga de formadescontrolada sin explicación alguna.
Por todo lo anterior, y con las inmensas posibilidades que se están abriendo conla lógica FUZZY, se ha remitido una nota informativa a SIEMENS que se espera aportesoluciones y no impida la evolución de la tecnología.
4.5 Primeras Pruebas con el SOFTWARE Y TEST en un PLC Fuera del Sistemade Producción.
Como es lógico, antes de implantar un nuevo sistema con un nuevo módulo deprogramación sin ningún tipo de experiencia previa, era preciso realizar ciertas pruebasen un PLC fuera de producción que permitiera demostrar, por un lado el correctofuncionamiento de los bloques suministrados, y por otro la correcta utilización de losmismos.
El principal riesgo en la utilización de nuevos bloques de programación en unPLC, es el paro de la CPU del PLC. Evidentemente esto provoca un paro total de laproducción y habitualmente ciertos problemas en la restauración bajo presión delsistema.
Todo esto sirve para poner de manifiesto la importancia de este TEST previo aldesarrollo del control, puesto que, aunque no tiene una importancia directa en la mejoradel control de temperatura, es fundamental para la consecución del objetivo con éxito.
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4.5.1 Realización de un Primer Modelo de TEST.
En esta fase se pretende conectar un S7-300 a un PC para efectuar las pruebas deconexión necesarias en la transferencia del bloque DB, y a su vez verificar la correctaprogramación con los nuevos Bloques FUZZY suministrados.
PC
PLC
Generador 4-20 mA Tester
DB
EntradaAnalógica Salida
Analógica
Ilustración 27: Esquema TEST del SOFT FUZZY
En la Ilustración 27: Esquema TEST del SOFT FUZZY, se muestra laconfiguración del primer modelo de TEST. Este esquema permite probar todo lo citadoen el párrafo anterior.
El objetivo a conseguir en este test es muy sencillo, realizar un programa en elPLC que efectúe la lectura de una entrada analógica, ejecute un bloque funcionalFUZZY y transfiera la salida del bloque a una salida analógica. Para ello se dispone deun generador de 4 a 20 mA, el cual introducirá la señal a un canal de entrada del PLC yel TESTER leerá la salida analógica del PLC. Esto permitirá aprender como debeprogramarse el PLC y verificar todo el lazo, tanto la parte de SOFT como la de HARD.
4.5.1.1 Conexión entre el PC y el PLC.
Este punto generó uno de los problemas que más tiempo hubo que invertir parasolventarlo. El detalle de la problemática está desarrollado en el apartado 4.4.3Ventajase Inconvenientes del SOFT.
Está conexión es clave en el desarrollo del proyecto ya que permite enviar el DB(bloque de datos) con los datos configurados en la herramienta FUZZY que definecomo debe actuar el regulador. Una vez diseñado el control adecuadamente no tendráporque usarse de nuevo la conexión hasta que se desee modificar o introducir un bloquenuevo.
La comunicación es bidireccional, es decir permite tanto leer como escribirDB’s.
NOTA: Solo permitirá la conexión si existe previamente el DB en la CPU delPLC. En caso de que no exista o no se ejecute dentro del SCAN el sistema responde conun error al intentar la conexión.
4.5.1.2 Programación del PLC
Cuando se está realizando el programa con las herramientas SIMATIC en el PCde ingeniería, al colocar el bloque FUZZY en el programa, este mismo indica que debe
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crearse un DB. Al aceptar, se crea un DB con las características adecuadas para elcontrol FUZZY.
Es muy importante no transferir el programa si antes no se ha enviado el DB deinstancia (bloque general vacío) a la CPU del PLC. Esto puede producir un fallo y pararla CPU.
Durante la fase de TEST se probó de conectar al FB30, que contiene el módulogeneral de FUZZY, directamente entradas analógicas, y/o realizar las entradas y salidasmediante los bloques suministrados por FUZZY. El sistema funcionó correctamente.
4.5.1.3 Control FUZZY Realizado en el TEST
Este control solo tiene como objetivo realizar un seguimiento de la entradaanalógica sobre la salida.
Esto se llevó a término mediante una sencilla configuración representada en laIlustración 28.
Puede observarse que en la Fuzzyficación de la entrada se ha divido el SPAN entres funciones de pertenencia (Memberschip), las cuales están dispuestas para que lastransiciones de una a otra sean de forma lineal. En las salidas se han establecido trespuntos repartidos equitativamente por el SPAN de salida. Finalmente mediante lasreglas arriba mencionadas se consigue que la salida del PLC siga a la entrada según elvalor analógico introducido.
Ilustración 28: Control FUZZY TEST
El resultado fue plenamente satisfactorio, e incluso el seguimiento de la entradarespecto de la salida era del orden del error del conversor A/D de la entrada y de lasalida, pues podía apreciarse la variación en algunos casos del dígito.
4.5.2 Conclusiones del TEST
Este TEST a puesto de manifiesto un procedimiento tanto en la programacióncomo en la implantación que va a ser fundamental en la instalación del primer prototipopara disminuir al máximo el riesgo de paro de la CPU del PLC.
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En este apartado del proyecto se han descubierto ciertos matices, que noquedaban especificados en el manual de usuario del Software adquirido, y que serán devital importancia para el éxito de implantación del proyecto. Además se han puesto demanifiesto nuevas limitaciones que deberán tenerse en cuenta en el desarrollo delprototipo inicial.
Por todo esto se considera que esta fase ha concluido con éxito las expectativasinicialmente planteadas.
5 Estrategia y Desarrollo del Control FuzzyEn este apartado se pretende exponer la progresión en el diseño del controlador
FUZZY de forma que pueda valorarse tanto la progresión de mejora conseguida comolas dificultades a las cuales se ha tenido que hacer frente.
Es muy importante destacar, en cada una de las fases del siguiente desarrollo, losmotivos por los cuales se ha modificado el controlador, los indicios que han motivoconocer mejor el funcionamiento interno del sistema y la facilidad de trasladar esteconocimiento en el controlador FUZZY.
El principal peligro que podía provocar un cambio en el control del sistema era,como ya se ha indicado en el apartado anterior, provocar un error en la CPU del PLC ypararla. Para evitar esto se decidió colocar un control que no afectara demasiado alfuncionamiento global del sistema.
Pero para ello era necesario cambiar el programa del PLC en marcha, es decir enproducción, e implementar un conmutador que permitiera, de forma instantánea,cambiar del nuevo controlador al viejo. Para la consecución de este objetivo se decidióutilizar una marca interna de memoria del PLC que permitiera conmutar del controladorPID al controlador FUZZY. Este punto ha sido considerado durante todo el desarrollodel proyecto, y se han realizado todos los cambios del programa en base a esto.
Este SWITCH fue ubicado en el OB112 del programa general del PLC, de formaque si se le asignaba un valor 0, el controlador utilizado era un PID, mientras que si sele asignaba un 1 el controlador asignado era el FUZZY (ver OB1 Bloque OrganizativoPrincipal).
5.1 Fase 1. Implantación de un Primer Modelo Sencillo que Permita laValidación de la Programación Minimizando el Riesgo de Paro de la CPU.
En esta fase inicial se parte de la base teórica conseguida durante la fase inicialde mejora (ver: 3. Primera Fase de Mejora), y de los elementos necesarios para podercontrolar el sistema.
5.1.1 Diseño del Lazo del Controlador
El controlador sobre el cual se inició esta fase pretende ser una continuación dela primera fase de mejora, es decir, pretende conseguir una variación de la consigna delregulador PID de presión para que, en base no a la consigna de temperatura sino al errorde temperatura, se consiga asociar las dos variables.
Este concepto intenta acercarse a un tipo de controladores llamados CONTROLEN CASCADA. Este tipo de control es muy utilizado en controladores donde la
12 Bloque organizativo general de programación en un PLC de SIEMENS. Este bloque es por el
que empieza a ejecutarse el programa en cada SCAN del autómata.
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variable de control no puede mantenerse dentro del punto de consigna, por óptimos quesean los ajustes del controlador, debido a las perturbaciones que se producen enalguna condición de proceso.13
+ _CONSIGNA_SP
CONTROL EN CASCADA
Error
CONTROLADOR TEMPERATURA
CONTROLADOR PRESIÓN
VALVULAPRESIÓN
PROCESO
SENSORPRESIÓN
SENSOR TEMPERATURA
+ _
Ilustración 29: Control en CASCADA
Este controlador precisa escoger de forma eficaz una variable secundaria, eneste caso la presión, con una velocidad de respuesta más alta que la del lazo principal ydebe poder contrarrestar las perturbaciones que afecten al lazo principal del sistema.
Por ese motivo, el controlador que se decidió instalar tenía las siguientescaracterísticas:
PID+ _
GR02T010_Y GR02T010_X
GR02T010_SP
PLANTA
DISEÑO CONTROL FUZZY PRIMERA PRUEBA
GR02P013_Y GR02P013_X
FUZZY
++
z ¹-
PID+_
ErrorTemp.
1,5 – 7 bar
? P_SP
Ilustración 30: Control FUZZY en cascada
La principal diferencia con el controlador en cascada es que el sistema delrodillo precisa poder actuar sobre dos actuadores a la vez, es decir un rango partido parael aporte de calor y una válvula de despresurización para el control de la presión.
13 Extraído del libro de Antonio Creus “INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL”
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Esto obliga a que se deba mantener el otro canal PID de control del rangopartido, GR02T010_Y, con el objetivo de que las dos regulaciones sumen susactuaciones.
Puede observarse que a la salida del controlador FUZZY hay una integración.Este es uno de los puntos comunes en todo el proyecto.
Como se ha dicho en apartados anteriores del proyecto, la consigna detemperatura es variable, y además se desconoce la posición absoluta de las válvulas paracada consigna posible. Por ese motivo la única manera de enfocar el controlador eraintroducir el error de temperatura al controlador FUZZY y obtener un incremento desalida. Dicho incremento podía ser positivo o negativo.
Finalmente debía integrarse este incremento para obtener la salida absoluta. Estose realizó mediante la utilización de una memoria interna del PLC intermedia.
Otra constante en todo el proyecto es realizar una limitación de la salida integraldel controlador. Para ello se debió programar un módulo que realizara esta función en elautómata. En este caso se limitó la salida de consigna entre 1,5 a 7 bar.
5.1.2 Configuración Controlador FUZZY
A continuación debía prepararse el diseño interno del controlador FUZZY. Paraello se utilizó el siguiente control representado en la Ilustración 31, donde se muestra enlas diferentes ventanas, cada una de las funciones de pertenencia, tanto de las entradascomo de las salidas. Además podrá observarse como de la caja “If ... then” se desplieganlas reglas aplicadas al controlador. Esté procedimiento de representación del reguladorFUZZY será el utilizado en el desarrollo de todo el proyecto.
Ilustración 31: Control FUZZY 0. Control P013_SP
Como puede observarse este control era bien simple. Se analizaba el signo delerror, si era positivo se disminuía la consigna de presión del regulador GR02P013,mientras que si era negativo se aumentaba.
5.1.3 Resultados Gráficos de la Regulación
En la siguiente gráfica puede apreciarse como, una vez ajustados los límites desaturación de la salida de consigna de presión, el sistema se optimiza notablemente.
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Ilustración 32: Gráfica regulación FUZZY 0.
En esta gráfica puede observarse también cómo, antes del ajuste de la presiónlímite inferior, la presión se mantiene siempre por debajo de la consigna. Esto hace queel PID de regulación de la presión no trabaje y el sistema en general se comporte comoen la fase anterior.
En cambio, al aumentar los límites de salida de la consigna de presiónGR02P013_SP (línea azul) entre 1,5 y 7 bar, la regulación de la presión se pone enmarcha (línea negra GR02P013_Y).
El resultado obtenido es fácil de identificar en la gráfica. Se disminuye el errorde la medida de temperatura (línea verde GR02T010_X) respecto de la consigna amenos de 2 grados
Por contrapartida, la salida del regulador de temperatura GR02T010_Y sigueoscilando de 0 al 100%, y el regulador PID de presión actúa de forma similar al de latemperatura.
5.1.4 Fase de Optimización
En esta fase se pretende realizar pruebas que permitan poner de manifiestoestrategias de mejora.
5.1.4.1 Forzado de la Salida Rango Partido Constante
En esta fase se forzó la salida del rango partido de aporte de vapor o agua, deforma que se pudiera observar el efecto de la regulación de la presión de formaindependiente.
En la Ilustración 33 puede observarse como al forzar GR02T010_Y al 100%, esdecir calentando al 100% con vapor, el sistema se estabiliza, e incluso se produce elefecto deseado que la consigna y la medida de presión (GR02P013-W consigna -> línea
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azul, GR03P013_X medida -> línea magenta) entren en regulación. Esto puede verse enel gráfico anterior marcado con un círculo azul.
Ilustración 33: Gráfica FUZZY 0. Pruebas de forzado
Al final la amasadora deja de amasar cargas (EU02N007_X línea azul) y elsistema tiende al error estático.
Se realizaron continuos ajustes en las funciones del módulo controlador FUZZYsin resultados demasiado contundentes.
5.1.5 Efecto Condensado
Este fue, probablemente, uno de los descubrimientos más importantes realizadosque, posteriormente, permitió mejorar el control del sistema, y sobre todo,comprenderlo mejor.
El efecto condensado se pone de manifiesto en la Ilustración 34 fruto de laexperimentación con el sistema en marcha.
Puede observarse como, al continuar con las mismas pruebas realizadas en elcapítulo anterior, en “P1”se forzó la salida GR02T010_Y (línea roja) al 0% (aporte deagua al 100%) y al cabo de un momento hubo una disminución brusca y rápida de latemperatura(GR02T010_X línea verde).
A simple vista puede parecer un efecto normal, pero lo cierto es que la presión(GR02P013_X línea magenta) no se había hecho eco del suceso, y en cuanto en “P2” secambió de la lógica FUZZY a la lógica PID inicial, mediante el SWITCH del programadel PLC, el sistema se recuperó de una forma bastante rápida.
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Esto ponía de manifiesto uno de los problemas que ya tenía el controlador inicialPID del sistema. Cuando el regulador abría durante cierto tiempo la válvula de agua al100%, se producía una acumulación de condensado sobre la sonda de temperatura,puesto que dicha sonda se encontraba situada en el tubo de condensado.
Ilustración 34: Gráfica Efecto condensado
Se supone que por motivos de capacidad del purgador, en estas circunstancias seproduce una acumulación del licuado que altera la medida de la sonda de temperatura,aunque realmente esta disminución de temperatura no existiera.
Esto explica porqué los reguladores PID oscilan con rangos tan elevados (verIlustración 14: Graf_Rodillo en proceso de vaciado total de masa), y porqué losoperarios no creen en las indicaciones de temperatura del panel.
5.1.6 Corrección del Efecto Condensado
Durante la presente fase de corrección se decidió realizar pruebas forzando larefrigeración al 50 % de agua en continuo, y sin forzar, limitando el aporte de agua al50%.
En la Ilustración 35 pueden observarse tres tramos. En el primero estáfuncionando el controlador ajustado FUZZY, tal y como se indica en Ilustración 30:Control FUZZY en cascada, sin ninguna restricción. Puede observarse un error en lamedida de la temperatura (GR02T010_X línea verde) de unos 7 u 8 grados.
En la segunda parte puede observarse el regulador Fuzzy funcionando con unaporte de agua forzado al 50%, tal y como indica la línea roja GR02T010_Y. Se observaque el control mejora notablemente, disminuyendo el error máximo de temperaturarespecto de la consigna a 2 o 3 grados.
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Finalmente se pone en servicio las dos regulaciones sin forzado, pero se limita laobertura máxima del aporte de agua al 50%. El resultado es algo peor, pero sigue en unorden de error de unos 3 grados.
Ilustración 35: Gráfica corrección efecto condensado
Durante esta fase de mejora se realizaron diferentes pruebas variando lavelocidad de respuesta del módulo FUZZY e incluso de las bandas del PID del controlde presión, y se consiguió controlar el sistema en régimen de carga por debajo de los 2grados de error.
5.1.7 Conclusiones
El hecho de conocer y poner medidas al efecto condensado pone de manifiestoque se ha conseguido controlar mejor el sistema. Se observa que las oscilaciones sonmenos bruscas, pero se sigue sin conseguir que la salida de rango partido GR02T010_Yentre en regulación.
Puede observarse que cuando se fuerza una salida constante en el rango partido(GR02T010_Y vapor / agua) la presión es capaz de regular con un error muy bajo yestable.
Pero por otra parte este sistema de control no es capaz, por sí solo, de mantenerestable el aporte de energía del sistema y de regular, con el regulador de presión, a latemperatura.
Por ese motivo el siguiente objetivo será conseguir lo planteado en el párrafoanterior, es decir, intentar controlar el sistema con el regulador de rango partidoGR02T010 cuando el error sea elevado, mientras que cuando dicho error sea inferiorentre la regulación de presión GR02P013.
50
5.2 Fase 2. Integración del Controlador FUZZY
Para poder regular según las especificaciones planteadas en las conclusiones delapartado anterior, una posible solución puede ser la integración de los doscontroladores.
En la fase 1, el controlador de presión parece que cumplía en un alto grado lasexpectativas marcadas inicialmente, mientras que el controlador de temperatura no secomportaba de forma estable.
Esta será la base de esta segunda fase.
5.2.1 Diseño del Lazo de Control Integrando los PID’s en FUZZY
El diseño propuesto en esta fase puede representarse en el siguiente esquema:
+ _
GR02T010_Y GR02T010_X
GR02T010_SPPLANTA
DISEÑO CONTROL FUZZY 2ªfase
GR02P013_Y GR02P013_X
++
z ¹-
++
z ¹-
FUZZY
0 – 100 %
0 – 100 %
? T_Y
? P_YErrorTemp.
Ilustración 36. Lazo control Fuzzy Fase 2
Puesto que la finalidad del presente apartado es conseguir que el regulador detemperatura GR02T010 se comporte de una forma especial, lo mejor es integrar estecontrol en el módulo FUZZY para que, aprovechando las ventajas de esta lógica, puedarealizarse el control deseado.
Esta misma filosofía es aplicada al controlador inicial de la presión basado en uncontrol en cascada. La simplicidad del esquema aquí propuesto refuerza el concepto dela potencialidad de la lógica FUZZY, puesto que mediante un único error se va acontrolar dos lazos con dos actuaciones distintas.
Esta simplicidad se traducirá en poder controlar mejor el sistema.
Este lazo también deberá trabajar con una integración en su salida, y por lo tantodeberá programarse en el PLC un módulo de saturación, de forma que se garantice quela salida está dentro de los límites permitidos (ver anexo adjunto de formación).
5.2.2 Configuración del Controlador FUZZY
La Ilustración 37 pretende mostrar la estrategia utilizada en esta fase de laoptimización.
Puede observarse que se sigue con la filosofía de la simplicidad del regulador ensí, es decir, solo hay 5 reglas en el controlador, una entrada (error temperatura) y dos
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salidas (incremento salida de presión y incremento de la salida rango partido detemperatura).
Esto significa que se va a sustituir al controlador PID de la temperaturaGR02T010 por un regulador PI en lógica FUZZY.
Debe tenerse en cuenta que al integrar la salida y actuar de forma proporcionalsobre la entrada del error, lo que se está realizando es un controlador PI, pero con laventaja que este tipo de controladores FUZZY permiten entrar en el regulador y actuarsegún sea necesario.
Ilustración 37: Diseño controlador. Fase 2
Esto mismo será aplicable al control realizado en la presión GR02P013.
En este caso se Fuzzyfica la señal de entrada (error temperatura) en 5 funcionesde pertenencia.
Por el diseño de la Desfuzzyficación de la salida de ambas funciones puedeobservarse que el regulador de presión actuará mucho más rápido cuando el error detemperatura sea muy elevado que cuando sea muy bajo. Se pretende que el regulador depresión trabaje en la banda estrecha del error y se sature fuera de ella.
5.2.3 Resultados Gráficos de la Regulación.
En la Ilustración 38 puede verse el cambio sufrido en el control al activar estanueva versión del controlador FUZZY, en régimen de producción.
Puede observarse el cambio en la regulación de la fase 1 a la fase 2, después deprovocarle una perturbación de +7ºC. En la fase 1 el sistema oscilaba, aunque losresultados obtenidos empezaban a denotar una mejora en el control.
En cambio, al arrancar la fase 2, aun con la perturbación provocada, el sistemaadquirió una nueva perspectiva. No solo se había conseguido anular las bruscas
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oscilaciones en los elementos de salida sino que también se había disminuido el errormáximo respecto de la consigna, ubicándose por debajo del grado.
Ilustración 38.: Gráfica arranque Fuzzy. Fase 2
La lectura de la gráfica no puede ser mejor, la salida del regulador del rangopartido GR02T010_Y se hace estable una vez entra en regulación, la salida delregulador de la presión oscila para realizar el ajuste fino del sistema y la presión medidapuede evaluarse como muy estable.
5.2.4 Efecto Vapor Saturado
Este punto, junto con el apartado 5.1.5 Efecto Condensado, son los dos efectosmás importantes a destacar en el desarrollo del proyecto.
Para la comprensión de la importancia de este apartado es mejor realizar unaexposición temporal de cómo se desarrollaron los hechos
5.2.4.1 Proceso de Detección y Análisis
Una vez ajustado los parámetros de la fase 2, tal y como se planteó en el anteriorapartado, se consiguieron unos resultados que, a priori, eran suficientemente buenospara un sistema de control de estas características.
Por ese motivo se consideró finalizado el proyecto.
Al cabo de dos días, el departamento de producción realizó un aviso técnico deavería, en el cual se podía leer que el rodillo delantero de la calle-2, en vacío, estabademasiado frío y no conseguía la temperatura suficiente como para poder arrancar lainstalación.
Una vez se supervisó la avería se detectó que la válvula GR02Y011 (verIlustración 17: Esquema rodillo primera fase automatización) estaba bloqueada, de
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forma que solo tenía un recorrido posible de entre un 60% hasta el 100%. Eso significaque aunque el sistema diera la orden de cerrar la válvula, ésta solo permitía comomínimo el paso del 60% del agua.
En base a esta situación se procedió a la reparación de la válvula y se volvió aponer la instalación en servicio.
El resultado fue totalmente distinto al anterior:
Ilustración 39: Gráfica inestable por efecto vapor saturado
Puede observarse como inicialmente la temperatura (GR02T010_X línea verde)y la presión (GR02P013_X línea magenta) son muy estables, pero de formaincontrolada el sistema empieza a oscilar (salida de presión GR02P013_Y línea negra) eincluso oscila la salida del rango partido (GR02T010_Y línea roja). Pero lo que másllama la atención es como oscila la presión. Este efecto no se había visto en ningunagráfica anterior.
5.2.4.2 Proceso de Control Manual del Sistema
Volviendo a la metódica propuesta en la Ilustración 22: Procedimientoimplantación FUZZY, se tomaron las riendas de la instrumentación en manual y seforzó el sistema para ver de qué forma se podía conseguir controlarlo.
Las pruebas realizadas dieron lugar a la siguiente gráfica representada en laIlustración 40.
Puede observar como, después de forzar la salida del rango partidoGR02T010_Y (Línea roja), solo se consigue que el sistema entre en regulación si lasalida del rango partido parte de una zona de refrigeración.
Se deduce que en este caso el efecto vapor saturado juega a favor de laregulación. Esto quiere decir que si se regula únicamente con el aporte de presión devapor seco, es decir, si el sistema está en producción y solo se tiene un aporte energético
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de vapor, en teoría si la relación presión y temperatura se mantuviera constante entoncesla regulación también podría funcionar.
Pero lo cierto es que este vapor deja de ser saturado, de forma que esta relaciónjuega en contra de la regulación.
Ilustración 40: Gráfica pruebas sobre el efecto vapor saturado
En resumen, para que el controlador sea eficiente, el sistema debe partir de lazona de refrigeración para garantizar que en su interior haya vapor saturado.
Esto se detectará fácilmente observando la presión GR02P013_X (líneamagenta), puesto que hasta que no se estabiliza no se consigue entrar en regulación.
5.2.5 Corrección del Efecto Vapor Saturado
En esta fase de corrección se pretende solventar el problema planteado en elapartado anterior, efecto vapor saturado, utilizando únicamente el controlador Fuzzy.
Para ello se realizan cambios sobre la salidaincremental GR02T010_Y de forma que elregulador tendiese a enfriar más que a calentar.
Los resultados no fueron convincentes. Elsistema es demasiado inestable puesto que eloperario al cambiar la consigna de temperatura
produce sobre el regulador un cambio de cuadrante (de refrigeración a calentar oviceversa) que puede poner el sistema en zona inestable.
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Por ese motivo deberá plantearse una nueva estrategia que permita solventar esteproblema.
5.3 Fase 3. Resolución del Efecto de Vapor Saturado.
En esta fase se pretende resolver la problemática del efecto vapor saturadoutilizando un criterio distinto, pero a la vez muy simple e intuitivo. Es decir, si antes deque se detectara la avería en la válvula GR02Y011 el sistema funcionaba, ¿porque noforzar este modo de trabajo cuando interese?
Dicho de otra forma lo que se propone en esta fase de mejora es inducir unOffset mínimo de abertura de la válvula de aporte de aire (GR02Y011) cuando seaconveniente, es decir, cuando la laminadora se encuentre en modo de producción.
5.3.1 Diseño del Lazo de Control
El diseño del lazo de control pasa inicialmente por deshacer el rango partidoexistente para la salida GR02T010_X (ver descripción del lazo de control en el capítulo2.2.3 Elementos del Sistema Inicial del Control de Temperatura).
Esto significa que si se debe controlar de forma independiente a la válvula deaporte de vapor GR02Y012 y a la válvula de aporte de agua GR02Y011, se deberádisponer de una salida analógica independiente por válvula desde el PLC. Ver en elAnexo 3: Lazos de Instrumentación, Ilustración 94: GR02Y011/Y012 después de lamodificación.
El lazo de control propuesto será:
+_
GR02T010_YGR02T010_X
GR02T010_SPPLANTA
DISEÑO CONTROL FUZZY 3ªfase
GR02P013_Y GR02P013_X
++
z ¹-
++
z ¹-
FUZZY
GR02Y011
GR02Y012
Aporte Agua (0 – 50 %)
Aporte Vapor (50 – 100 %)
AMASADORA EN MARCHA
0 – 100 %
0 – 100 %
0 – 30 %
SI
NO
? T_Y
? P_Y
ErrorTemp.
Ilustración 41: Lazo control Fuzzy Fase 3
En este esquema puede apreciarse como se ha separado la actuación de las dosválvulas (GR02Y011, GR02Y012) sobre la planta.
También puede observarse que mediante un SWITCH, generado por programa yactuado en base a la intensidad de la amasadora (EU02N007_X) retardada, se conmuta ados situaciones diferentes (ver 9.6 FC26. Función Control Amasadora).
56
En el caso de que la intensidad de la amasadora sea superior a 45 A durante 10minutos, el sistema entiende que los rodillos tienen carga y entonces limita el recorridode la válvula de aporte de agua a un límite inferior del 30% (abertura del 40% de laválvula GR02Y011).
Cuando se detecta que la intensidad de la amasadora (EU02N007_X) es inferiora 45 A durante 5 minutos, se considera que la laminadora está vacía y se le quita elOffset del 40% de abertura a la válvula GR02Y011.
Con esto se pretende conseguir vapor saturado en el interior del rodillo en carga,y evitar que cuando la laminadora se vacíe, el rodillo se enfríe demasiado (comoconsecuencia del Offset de apertura de la válvula GR02Y011).
5.3.2 Configuración del Controlador FUZZY
En esta fase se pretendía separar de una forma muy contundente la regulacióndel rango partido GR02T010 de la regulación de la presión GR02P013.
La intención era hacer trabajar el regulador del rango partido cuando el errorfuera superior a cierto valor, y el regulador de la presión para ajustar el margen fino.
Puesto que este controlador es aproximadamente el definitivo, se va a definir endetalle la funcionalidad del mismo.
Ilustración 42: Diseño controlador. Fase 3
En primer lugar puede observarse que se han realizado 7 funciones depertenencia de entrada (error de temperatura) como proceso previo de Fuzzyficación delos datos.
La siguiente tabla es un resumen de los nombres y rangos asignados a lasdiferentes funciones de pertenencia. Estos datos son los que se han introducido en elmódulo de control Fuzzy para configurar el controlador según el esquema anterior.
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Nombre de lafunción
Punto deesquina 1
Punto deesquina 2
Punto deesquina 3
Punto deesquina 4
nega_LL -250 -250 -7.5 -6.5
nega_L -7.5 -5 -5 -2.5
negativ -5 -2.5 -2.5 0
zero -2.5 0 0 2.5
positiv 0 2.5 2.5 5
posi_H 2.5 5 5 7.5
Posi_HH 5 7.5 250 250
Tabla 3_ Datos funciones entrada regulador FUZZY fase 3
Una vez definidas las funciones de entrada del error de temperatura, deberáprocederse a definirse las salidas.
FunciónGR02T010_Y
Punto de salida FunciónGR02P013_Y
Punto de salida
enfr_LL -0.2 dism_LL -0.6
enfr_L -0.05 dism_L -0.2
enfri -0.005 disminu -0.05
zero 0 zero 0
calient 0.005 aument 0.05
cali_H 0.05 aume_H 0.2
cali_HH 0.2 aume_HH 0.6
Tabla 4_Datos funciones salida regulador FUZZY fase 3
Finalmente deben mostrarse las reglas empleadas en el regulador:
En esta tabla puededesprenderse toda la filosofía delproyecto de regulación. Si el errores negativo tiendo a aumentar elefecto de calentar y a cerrar laválvula de despresurización
GR02Y014 para que aumente la presión y en consecuencia la temperatura.
En cambio si el error es positivo, el rango partido tiende a enfriar y la válvula dedespresurización a abrir para disminuir la presión.
Puede observarse que la regulación de temperatura GR02T010 tiene unosincrementos mínimos que serán utilizados cuando el error de temperatura sea inferior a
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± 2,5 ºC (ver Tabla 4_Datos funciones salida regulador FUZZY fase 3 ). Esto se harealizado con el objetivo de evitar el error estacionario en aquellas zonas de regulacióndonde la presión se sature sin llegar a controlar el sistema. Podrá observarse que enestos casos la salida del regulador irá variando muy lentamente hasta llegar a laconsigna.
5.3.3 Resultados Gráficos de la Regulación.
En este apartado puede demostrarse ya la efectividad del regulador implantado.Para ello se han seleccionado dos gráficas que pueden aportar esta confirmación.
En la Ilustración 43 puede observarse que se parte del regulador PID inicial peroen unas circunstancias bastantes óptimas comparado con lo visto anteriormente. Inclusola temperatura ha tenido que escalarse en esta gráfica a ±10ºC respeto de la consignapara poder apreciar mejor la evolución del sistema. Pero al activar el controladorFUZZY de la fase 3 el regulador mejora de forma muy notable, de manera que laoscilación de la temperatura (GR02T010_X línea verde) se coloca con un error pordebajo de 0,1 ºC.
Por otra parte se realizaron pruebas que demostraran la estabilidad del sistema.A continuación se presenta la Ilustración 44 donde se pone de manifiesto la robustez delsistema obtenido.
Ilustración 43: Gráfica regulador Fuzzy. Fase 3
En la Ilustración 44 puede observarse el comportamiento del controlador, enprimer lugar ante un escalón de 5 grados positivos. Puede observarse como la medida dela temperatura GR02T010_X (línea verde) tiene una velocidad de respuesta muy buenapuesto que alcanza la consigna, con un error por debajo del grado, en aproximadamente6 minutos. Y todo ello con un sobrepico de 1,1 ºC.
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Ilustración 44: Gráfica Fuzzy fase 3. Pruebas de forzado
A continuación se realiza una perturbación al sistema variando bruscamente lasalida de rango partido GR02T010_Y (línea roja), del 90 % (aporte de vapor al 80%) al10% (aporte de agua al 80%). La respuesta del sistema es sorprendente. El sistema actúatal y como se ha diseñado inicialmente, intenta solventar la perturbación utilizando laválvula de descompresión (GR02P013_Y línea negra), puesto que el error detemperatura es muy pequeño. En cambio el rango partido casi no varía.
El hecho de que el sistema pueda trabajar, en carga, tanto con aporte de vaporcomo con aporte de agua, evidencia un grado de robustez muy elevado y pone demanifiesto nuevas estrategias futuras para este regulador. Está claro que la estabilidaddel sistema la aporta el Offset mínimo de aporte del agua, puesto que garantiza que en elinterior del rodillo siempre haya vapor saturado.
Finalmente se vuelve a cambiar la consigna del sistema de 145 a 140 ºC con losmismos resultados obtenidos inicialmente.
5.3.4 Conclusiones
En esta fase se ha conseguido estabilizar el sistema, consiguiendo erroresmáximos de temperatura del orden de 0,1 grados.
En este momento se ha conseguido sentar la base del controlador FUZZY quedebe proporcionar la estabilidad del sistema inicialmente planteada.
Pero es en este punto donde debería recordarse la particularización de lautilización de las laminadoras en la instalación en funcionamiento normal, es decir, sieste regulador cumple con las expectativas en las diferentes situaciones en las que unoperador puede colocar el sistema.
Los nuevos focos de mejora estarán basados en:
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• ¿Qué ocurre cuando la amasadora se para pero los rodillos se quedan llenos demasa?
• ¿Qué ocurre cuando el rodillo está vacío y no consigue la temperatura necesariapara que al caer la primera carga, la masa se le quede pegada?
• ¿Puede optimizarse el sistema energéticamente, de forma que no haya un aportesimultanea de agua y vapor al rodillo?
Realmente todas estas cuestiones son las que se han planteado, una vez se haconseguido que el sistema sea estable, y deberán ser analizadas en la siguiente fase demejora.
5.4 Fase de Mejora Continua
En esta fase se van a describir las mejoras desarrolladas en la fase final delproyecto, y siguiendo con el procedimiento utilizado en las fases anteriores, segúnIlustración 22: Procedimiento implantación FUZZY, dentro del bucle de mejora una vezse defina el problema detectado a mejorar.
5.4.1 Amasadora Parada con los Rodillos Llenos de Masa
Este efecto, ya en la fase 3, era un efecto previsible, aunque se desconocía lamagnitud de sus consecuencias. Puesto que no se disponía del registro de la intensidadde la laminadora en el PLC, la única forma de poder decidir si se aportaba un Offsetmínimo de agua al sistema, era mediante la temporización de la intensidad de laamasadora (ver Ilustración 41: Lazo control Fuzzy Fase 3) .
Pero los resultados pusieron de manifiesto la irregularidad de este modo detrabajo y el efecto en la regulación.
En la siguiente gráfica se puede apreciar este efecto:
Ilustración 45: Gráfica amasadora parada con rodillos con carga
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Partiendo de la base de que esta gráfica ha sido registrada verificando quesiempre ha habido carga sobre los rodillos, el efecto antes mencionado se pone derelevancia.
Al pasar 5 minutos sin amasar ninguna carga, el PLC decide quitar el Offset deagua a los rodillos. Puesto que el regulador de rango partido GR02T010_Y (línea roja)se encuentra en posición de aporte de vapor, se puede deducir que en este instante elsistema deja de recibir aporte de agua.
A partir de este momento el sistema empieza a padecer el llamado efecto vaporno saturado (ver 5.2.4 Efecto Vapor Saturado), de forma que la presión empieza aoscilar y a su vez la temperatura (error máximo ± 4,4 ºC).
Puede observarse también el efecto de volver a abrir el Offset, puesto que sevuelve a activar al cabo de 10 minutos de amasar una carga, tal y como se indica en lailustración anterior. En los siguientes 10 minutos, el sistema alcanza el nivel de vaporsaturado interno, de forma que la presión del rodillo se estabiliza y, en consecuencia,también lo hace la temperatura.
Es preciso concretar que este efecto solo se produce en el momento en que laamasadora deja de dispensar cargas y el controlador se encuentra en zona decalentamiento por vapor, es decir, si la salida del regulador FUZZY del rango partidoGR02T010_Y está por encima del 50%.
También debería añadirse que este efecto era más o menos agudo dependiendodel tiempo que se tardara en reiniciar el amasado.
5.4.1.1 Lazo de Control
Para resolver este problema se decide llevar la intensidad de la laminadora alPLC. Para ello hubo que realizar un nuevo lazo de entrada analógica algo complejo,debido a la situación actual del variador de frecuencia del motor de la laminadora (verIlustración 96: GR02N080).
+ _
GR02T010_Y
GR02T010_X
GR02T010_SPPLANTA
DISEÑO CONTROL FUZZY MEJORA CONTINUA
GR02P013_Y GR02P013_X
++
z ¹-
++
z ¹-
GR02Y011
GR02Y012
Aporte Agua (0 – 50 %)
Aporte Vapor (50 – 100 %)
0 – 100 %
0 – 100 %
0 – 30 %
? T_Y
? P_Y
ErrorTemp.
FUZZY
OFFSETAGUA
GR02N080_X
Ilustración 46: Esquema lazo control fase mejora
62
A continuación hubo que variar el concepto del lazo expuesto en la Ilustración41: Lazo control Fuzzy Fase 3 tal y como se indica en la Ilustración 46.
En este esquema puede observarse como se ha sustituido el interruptor de Offsetmínimo de agua a la válvula GR02Y011 calculado en base a la intensidad de laamasadora, por una salida más del regulador FUZZY que realiza este cálculo de formalineal en base a la intensidad de la laminadora (GR02N080_X). Como puede suponersela intensidad de la laminadora ofrece la información directa del estado de la laminadora.Pero para establecer dichos límites deberán realizarse las calibraciones previasoportunas que permitan ajustar el módulo Fuzzy.
5.4.1.2 Parametrización del Control FUZZY
Para poder parametrizar el control FUZZY, en primer lugar había que conocerlos valores de intensidad que pudiesen identificar el estado de la laminadora.
La gráfica siguiente recoge estos estados:
Ilustración 47: Gráfica de calibración modo trabajo laminadora
Esta gráfica puede ser muy interesente porque aporta una información hastaahora no disponible.
Se puede establecer tres niveles de intensidad que a su vez representan tresmodos de trabajo distintos:
• Si la intensidad se encuentra sobre el 60% del valor nominal de la intensidad delmotor, se considera que la laminadora está en carga.
• Si la intensidad se encuentra alrededor del 50% de la intensidad nominal, seconsidera que la laminadora tiene una fina capa de producto en su superficie. Serecuerda que este modo de trabajo es muy utilizado para que los rodillosmantengan su temperatura, cuando la partida siguiente es del mismo tipo a laanterior.
63
• Si la intensidad es inferior al 40% del valor nominal se considera que lalaminadora carece de carga en su superficie.
En base a estos datos, tomados de una forma totalmente empírica se procede a lainserción de nuevas reglas en el controlador Fuzzy.
En la Ilustración 48 puede observarse que no se ha variado en nada elcontrolador de la fase 3, sino que se ha añadido una entrada más (intensidad de lalaminadora “Int_Lamina”) que actúa sobre la nueva salida (Offset de la válvula deaporte de agua “OFFSET_Y11”).
Las dos reglas añadidas establecen que si la laminadora está vacía el Offset seanule, mientras que si se considera en carga, el Offset se coloque al 40%.
Vacía EnCarga Cerrada Abierta
Ilustración 48: Control Fuzzy fase mejora
5.4.1.3 Resultado Gráfico de la Mejora
Ilustración 49: Gráfica amasadora parada con rodillos llenos
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En este caso el resultado hace que la laminadora no sufra el efecto vapor no saturado.Esto puede apreciarse, por comparación con la Ilustración 45: Gráfica amasadora paradacon rodillos con carga, respecto a la que se muestra en la Ilustración 49.
Puede observarse como durante más de 45 minutos la amasadora deja de amasarcargas (EU02N007_X línea negra), pero el sistema no sufre ninguna variación térmica(GR02T010_X línea verde), puesto que la intensidad de la laminadora (GR02N080_Xlínea azul oscuro) se mantiene siempre por encima del 45% de la intensidad nominal.
El resultado obtenido es una variación máxima de la temperatura medidarespecto de la consigna de 0,2ºC.
5.4.2 Laminadora sin Carga en Superficie.
Uno de las pocas tareas que aún exigía que los operarios actuaran de formamanual sobre el sistema era cuando los rodillos se quedaban sin masa en su superficie.
En este caso la temperatura máxima conseguida se encontraba alrededor de los130 ºC. Las consecuencias de que el rodillo no estuviera lo suficientemente calienteeran que, al caer la primera carga sobre el rodillo, la masa no se pegara al rodillodelantero. Al no pegarse la masa se desprendía al suelo y había que ayudarlamanualmente a colocarla sobre el rodillo. Esta tarea, además del fuerte esfuerzo queprovoca por parte del operario, da lugar a retrasos en la puesta en marcha y en ocasionesa la generación de residuos.
Por ese motivo, el operario debía abrir el bypass del vapor de forma manual (verválvula (2) de la Ilustración 17: Esquema rodillo primera fase automatización)consiguiendo aumentar la temperatura del rodillo a unos 150 ºC.
5.4.2.1 Solución al Problema
En este caso la solución no se ha basado ni en el lazo de control, ni en elcontrolador FUZZY, puesto que el comportamiento del sistema es el adecuado:
• Obertura al 100% de la válvula de la entrada de vapor GR02Y012
• Cierre total de la válvula de aporte de agua GR02Y011
• Cierre total de la válvula de descompresión GR02Y014
Si a esto se le adjunta el hecho de que al abrir el bypass del vapor el sistema secalienta todavía más, el problema reside claramente en el caudal de vapor aportado alsistema.
Para incrementar el caudal de aporte de vapor se incrementó el Kv de la válvulaautomática GR02Y012.
El valor de Kv existente inicialmente era de 0,4. Una vez modificada la válvulael nuevo valor de Kv era de 1. Debe recordarse que esto no significa que se hayaincrementado el caudal de vapor por encima del doble. Ha de tenerse en cuenta que elresultado final dependerá de otros factores como la curva característica de la propiaválvula, las variaciones debidas a la ubicación de montaje e incluso el diferencial depresión real obtenido.
El resultado de cambiar la válvula fue que durante la siguiente puesta en marcha,se consiguió que el rodillo llegara a una temperatura de unos 155 ºC con una presión de4,8 bar.
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En cuanto a la regulación del sistema, se puede observar que no hay ningúnindicio que indique el cambio del regulador FUZZY. El sistema sigue ajustándose deforma automática sin ningún tipo de problema.
Este apartado queda pues resuelto, y con él, queda solucionado la única acciónmanual que debía hacer el operario.
Por ese motivo y llegado a este punto, puede asegurarse que el sistema quedatotalmente automatizado.
5.4.3 Balance Energético de la Mejora
Este es uno de los aspectos mas dudosos de todo el proyecto. Para poder exponerdichas dudas, se propone observar la siguiente gráfica.
En esta representación se deduce el efecto que se produce, en un sistema encarga estable, que se encuentra en zona de calentamiento (salida reguladorGR02T010_Y línea roja al 80%).
En un principio puede pensarse que el sistema, de forma natural debería estarúnicamente refrigerándose, es decir, aportando únicamente agua.
Pero en cambio al forzar el sistema a aportar únicamente agua (GR02T010_Y al30%), el sistema es capaz de regular correctamente pero aumenta algo más lainestabilidad. Esto puede apreciarse en el incremento de la variación de la medida de latemperatura (línea verde GR02T010_X) junto con el incremento de la variación de lamedida de presión (GR02P013_X línea magenta).
En el momento en que se fuerza el sistema aproximadamente a su situacióninicial, es decir con la salida del regulador GR02T010_X sobre el 70%, el sistemavuelve a perder esa leve inestabilidad que había aparecido.
Lo cierto es que este efecto es demasiado leve como para tenerlo en cuenta en unperiodo tan corto de prueba del sistema. Pero lo que sí es importante tener en cuenta es
66
que el concepto de mezclar las energías (vapor de agua y agua de refrigeración) no tieneporque ser una idea descabellada y podrá considerarse en estrategias futuras antesituaciones anómalas que puedan surgir.
De todas formas este concepto no se desarrollará en detalle puesto que no pareceque ofrezca un potencial de mejora significativo en este momento.
Otro aspecto funcional del sistema de control resultante es como puedecontrolarse, de igual forma, el sistema tanto si el rango partido se encuentra en zona deaporte de vapor, como si se encuentra en zona de aporte de agua.
Este efecto solo se acentúa cuando se cambia de consigna de temperatura. Eneste caso el sistema detecta un error suficientemente elevado como para darle másimportancia a la regulación de rango partido. Por ese motivo, la salida GR02T010_Ysuele cambiar de cuadrante, es decir, cambia de aportar vapor a agua o viceversa, segúnel caso. Esto no perjudica en nada la regulación, tal y como se indica en la anteriorilustración pero ayuda a disminuir el error de una forma más rápida.
6 Coste Global del ProyectoEn cualquier proyecto, para poder tomar una decisión de viabilidad, es necesario
valorar el coste requerido respecto al potencial ofrecido.
En el apartado 2.5 Evaluación del Potencial de la Mejora , ya se realizó unanálisis previo del potencial que podía aportar este proyecto.
En este apartado, una vez desarrollado el proyecto en detalle, y conociendo cuales sonlos nuevos elementos necesarios, junto con las modificaciones precisas, podrá realizarseel siguiente presupuesto.
Si se realiza la comparación de este coste respecto al potencial del presenteproyecto, podría asegurarse que en menos de un año estaría amortizada la inversión, ypor lo tanto viabiliza el resultado final del proyecto.
Ha de tenerse en cuenta que en el presupuesto se ha considerado la compra ymontaje de 4 transmisores de presión, cuando en realidad el sistema de control FUZZYno lo precisa (ver Ilustración 46: Esquema lazo control fase mejora).
Este proyecto propone el montaje de los transmisores de presión por un motivode diagnóstico y supervisión del sistema. La información aportada por este transmisorexplica muchos de los problemas detectados por producción. Pone de manifiesto,también, malas actuaciones manuales, e incluso, ayuda a detectar posibles mejoras.
COSTE MaterialMontaje
InstrumentaciónMontaje tuberos Unidades Subtotal
Válvulas automáticas con posicionador 600 300 900 4 7.200,00 € Transmisor de presión 350 250 4 2.400,00 € Programación Step 7 600 1 600,00 € Tarjetas de entradas analógicas PLC 200 1 200,00 € Tarjetas de salidas analógicas PLC 200 1 200,00 € Planificación 300 1 300,00 € Pequeño material 400 1 400,00 €
TOTAL 11.300,00 €
Tabla 5. Presupuesto general del proyecto
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Además será preciso en el ajuste del regulador para el rodillo trasero, puesto que estetiene ciertas características de trabajo que deberán tenerse en cuenta en la puesta enmarcha del sistema global de la laminadora.
7 ConclusionesCuando se inició el presente proyecto, en ningún momento se había planteado
como objetivo el diseñar un controlador que permitiera conseguir disminuir el error detemperatura respecto de la consigna por debajo del grado centígrado.
Esto significa que los resultados obtenidos han sido muchos mejores quecualquier suposición optimista.
Por ese motivo se proponen dos ejemplos clave como pruebas de lo que seafirma en el párrafo anterior: por un lado la gráfica Ilustración 43: Gráfica reguladorFuzzy. Fase 3, donde se expone un ejemplo de cómo funcionaba antes el sistema decontrol y como funciona ahora, y la siguiente representación:
Ilustración 50: gráfica resumen control FUZZY
Esta gráfica es clave en la evaluación del resultado obtenido por varios motivos.
En primer lugar se puede apreciar como el sistema de control, en carga, es capazde regular manteniendo el error sobre 0,1 ºC.
En segundo lugar puede apreciarse como se ha cumplido el objetivo quepretendía separar la regulación de rango partido GR02T010 para errores de temperaturaelevados y la regulación de despresurización GR02P013 para el ajuste fino. En lagráfica puede observarse como la regulación está controlada básicamente por laGR02P013_Y ( línea negra), mientas la línea roja prácticamente no oscila(GR02T010_Y) debido a que el error de temperatura es demasiado pequeño.
Otro aspecto muy importante de esta gráfica es que pone de manifiesto el efectovapor saturado. Mediante el ajuste de la escala de las medidas de temperatura
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(GR02T010_X línea verde) y presión (línea azul GR02P013_X) puede observarse larelación directa que existe entre estas dos magnitudes, sin desfase temporal y con unorden de magnitud parecido. Esto demuestra que la teoría de regular la temperatura delrodillo mediante la medida de presión es posible, aunque en este caso no haya sidonecesario.
En definitiva, una vez llegados a este punto, todos los problemas e interferenciasa las que ha estado sometido el proyecto durante su desarrollo han sido explicados ydemostrados mediante pruebas gráficas.
Esto evidencia que el método implantado de mejora continua en este proyecto adado sus frutos. Tal y como se ha expuesto en la Ilustración 22: Procedimientoimplantación FUZZY, se ha conseguido conocer en profundidad el funcionamiento delproceso, se ha conseguido dominar manualmente el sistema como metódica previa a laimplantación en el control Fuzzy, y finalmente se ha conseguido implantar de una formasatisfactoria.
Y esta funcionalidad de mejora continua no se da por terminada. Cada vez quese detecte cualquier foco de mejora, podrá implantarse el método aquí planteado, entraren el regulador FUZZY e introducir las reglas necesarias para mejorarlo.
Por otra parte, es posible que el comportamiento del controlador Fuzzy no seaexactamente el mismo que el que proponían los operarios expertos encuestados, pero sipuede asegurarse que sigue la misma filosofía, aunque incorporando todo aquelconocimiento que ha ido generando el técnico de control durante el proyecto.
Y todo ello ha dado lugar a un controlador FUZZY muy sencillo, fácil eintuitivamente comprensible, sin reglas complejas basadas en criterios teóricos.
En definitiva, se ha demostrado que la lógica Fuzzy ha proporcionado un controlabierto, flexible y fácil de entender.
Abierto porque, durante todo el desarrollo del proyecto, se ha entrado en elinterior del controlador para insertar nuevas reglas y funciones teniendo claro el cambiode comportamiento resultante que iba a implicar sobre el controlador.
Flexible porque cada vez que ha surgido la necesidad de incorporar nuevasentradas o salidas al controlador, no ha sido necesario empezar de nuevo el diseño delcontrolador, sino que se iba amoldando según las necesidades.
Pero el hecho de que el sistema resultante fuera comprensible era algoimpredecible. Lo cierto es que en la industria se valora más un sistema sencillo quefunciona correctamente que uno complejo ininteligible. Este será un punto que aportarácredibilidad en la implantación de esta nueva tecnología en los sistemas de controlactualmente en servicio.
En cuanto al controlador Fuzzy solo queda añadir una última característica quepodría definirse como un controlador compacto. El hecho de que puedan insertarsetantas variables de entrada y salida como sean necesarias para el control y puedan serevaluadas internamente de la forma que se desee. Esto pone de manifiesto un conceptohasta ahora poco utilizado en la industria. Permite realizar controladores que actúensegún diferentes variables, y en consecuencia sustituir extensos programas en PLC’sque realizaban estas relaciones a base de código de programación.
Otro de los aspectos que deberían resaltarse en este proyecto ha sido laestandarización del proceso de mejora seguido en este proyecto. A parte de facilitar la
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implantación de un regulador FUZZY en cualquier sistema, constituye un valor añadidoen este proyecto, puesto que pretende marcar unas pautas sistemáticas de trabajo, que enocasiones se pasan por alto, pero que permiten facilitar la evolución de cualquierproyecto de mejora.
Con este procedimiento (ver Ilustración 22: Procedimiento implantaciónFUZZY) junto con el Anexo 1: Transparencias de Formación sobre Fuzzy, se pretendepromocionar la utilización de la lógica FUZZY entre los técnicos de control de laindustria, y en concreto entre los ubicados en Bayer Tarragona.
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8 Anexo 1: Transparencias de Formación sobre Fuzzy8.1 Introducción
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LÓGICA FUZZY (Difusa)LÓGICA FUZZY (Difusa)Lenguaje simbólico vs Lenguaje numérico
Descripción y aplicaciones
Ilustración 51: Diapositiva 1
Diferencia entre conceptos:
Precisión: Me cae una masa encima de 1500 kg a una velocidad de 45,3 m/s. Enbase a la aceleración de la gravedad puede calcularse a que velocidad debo apartarme.
Significativo: Apártate ya que te cae encima una piedra.
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¿Porque ¿Porque FuzzyFuzzy??
l Aparece en los años 60 y actualmente está en gran expansión.
l la sencillez conceptual de los Sistemas basados en Lógica Difusa
l su facilidad para adaptarse a casos particulares con pocas variaciones de parámetros
l su habilidad para combinar en forma unificada expresiones lingüísticas con datos numéricos
l y el no requerir de algoritmos muy sofisticados para su implementación.
Ilustración 52: Diapositiva 2
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Desde su aparición en la década de los 60 hasta nuestros días, las aplicaciones dela Lógica Difusa se han ido consolidando, paulatinamente al comienzo, y con undesbordado crecimiento en los últimos años.
Se encuentran en soluciones a problemas de control industrial, en predicción deseries de tiempo, como metodologías de archivo y búsqueda de Bases de Datos, enInvestigación Operacional, en estrategias de mantenimiento predictivo y en otroscampos más.
Las principales razones para tal proliferación de aplicaciones quizás sean:
• la sencillez conceptual de los Sistemas basados en Lógica Difusa
• su facilidad para adaptarse a casos particulares con pocas variaciones deparámetros
• su habilidad para combinar en forma unificada expresiones lingüísticascon datos numéricos
• Y el no requerir de algoritmos muy sofisticados para su implementación.
8.2 Lógica Difusa en la automatización industrial
En los últimos años, la lógica difusa ha demostrado su amplio potencial en usosindustriales de la automatización.
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Lógica Difusa En La Automatización IndustrialLógica Difusa En La Automatización Industrial
lMientras que el controlador tradicional, como el PID, trabaja muy bien cuando el proceso a controlar se encuentra en condiciones estables, tiene muchos problemas en otros casos como:– La presencia de fuertes distorsiones (no-linealidades)– Variaciones temporales de los parámetros del proceso (no-
linealidades).– Presencia de tiempos muertos o de no uso.
lLa razón de esto es que un regulador PID asume que el proceso tiene un comportamiento totalmente lineal. lEl verdadero potencial reside en el control multi-variable.
Ilustración 53: Diapositiva 3
Mientras que esta simplificación es factible en condiciones estables, las fuertesdistorsiones pueden empujar el proceso a un punto de trabajo demasiado alejado deldeseado. En estos casos, la asunción de linealidad no resuelve el problema. Lo mismosucede si un proceso cambia sus parámetros en un cierto plazo temporal.
En estos casos el reemplazo de los reguladores PID por los reguladores basadosen lógica difusa han demostrado ser más adecuados en muchas más ocasiones que lostradicionales.
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8.3 Control Multi-variable
El verdadero potencial de la lógica difusa en aplicaciones industriales reside enel diseño de reguladores multi-variables.
En la utilización de reguladores tradicionales, puede ser una restricción trabajarcon una única variable de entrada. Además el operario suele tener varios reguladoresdistintos en un mismo proceso a sintonizar. A este tipo de control suele llamarse“Control de Supervisión” e implica un conocimiento multi-variable del sistema, y sueleser un conjunto de controles PID no relacionados entre ellos.
En algunos casos, la sintonización de estos reguladores es llevada a cabomediante complejas modelizaciones matemáticas del proceso, que además de encarecerel proceso por incrementos de SOFT y HARD, puede ser no aplicable en PLC’s.
Aquí es donde la lógica difusa proporciona una solución más elegante yaltamente eficiente al problema. La lógica difusa permite a los ingenieros diseñarreguladores multi-variables aplicados en base al conocimiento disponible del proceso.Estos controladores difusos permiten integraciones con reguladores PID’s, y convivenperfectamente entre la lógica aplicada en la programación de los PLC’s.
8.4 Teoría de Conjuntos Difusos
Una buena estrategia para presentar la teoría de Conjuntos Difusos, consiste enrecordar algunos aspectos de la teoría de conjuntos convencionales (que llamaremosconjuntos concretos), y a partir de allí hacer una extensión a los conjuntos difusos:
Un conjunto concreto se define como una colección de elementos que existendentro de un Universo. Así, si el universo consta de los números enteros no negativosmenores que 10:
U={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}
entonces podemos definir algunos conjuntos como, por ejemplo:
A={0,2,4,6,8}
B={1,3,5,7,9}
C={1,4,7}
etc.
Con estas definiciones hemos establecido que cada uno de los elementos delUniverso pertenece o no a un determinado conjunto. Por lo tanto, cada conjunto puededefinirse completamente por una función de pertenencia, que opera sobre los elementosdel Universo, y que le asigna un valor de 1 si el elemento pertenece al conjunto, y de 0si no pertenece.
Tomando como ejemplo el conjunto C enumerado arriba, su función depertenencia uC(x) sería de la siguiente forma:
uC(0)=0, uC(1)=1, uC(2)=0, uC(3)=0, uC(4)=1, uC(5)=0, uC(6)=0, uC(7)=1,uC(8)=0, uC(9)=0
Ahora bien, un Conjunto Difuso se define de forma similar, con una diferenciaconceptual importante: un elemento puede pertenecer parcialmente a un conjunto.
De esta forma, un conjunto difuso D definido sobre el mismo universo U puedeser el siguiente:
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D={20%/1,50%/4,100%/7}
La definición anterior significa que el elemento 1 pertenece en un 20% alconjunto D (y por tanto pertenece en un 80% al complemento de D), en tanto que elelemento 4 pertenece en un 50%, y el elemento 7 en un 100%.
En forma alternativa, diríamos que la función de pertenencia uD(x) del conjuntoD es la siguiente:
uD(0)=0.0, uD(1)=0.2, uD(2)=0.0, uD(3)=0.0, uD(4)=0.5, uD(5)=0.0, uD(6)=0.0,uD(7)=1.0, uD(8)=0.0, uD(9)=0.0
Las primeras diferencias que se hacen evidentes entre los Conjuntos Concretos ylos Conjuntos Difusos son las siguientes:
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Diferencias entre conjuntos Diferencias entre conjuntos concretos y difusosconcretos y difusos
l La función de pertenencia asociada a los conjuntos concretos sólo puede tener dos valores lógicos: 1 ó 0, mientras que en los conjuntos difusos puede tener cualquier valor entre 0 y 1.
l Un elemento puede pertenecer (parcialmente) a un conjunto difuso y simultáneamente pertenecer (parcialmente) al complemento de dicho conjunto.Lo anterior no es posible en los conjuntos concretos.
l Las fronteras de un conjunto concreto son exactas, en tanto que las de un conjunto difuso son, precisamente, difusas, ya que existen elementos en las fronteras mismas, y estos elementos están a la vez dentro y fuera del conjunto.
Ilustración 54: Diapositiva 4
• La función de pertenencia asociada a los conjuntos concretos sólo puedetener dos valores: 1 ó 0, mientras que en los conjuntos difusos puede tener cualquiervalor entre 0 y 1.
• Un elemento puede pertenecer (parcialmente) a un conjunto difuso ysimultáneamente pertenecer (parcialmente) al complemento de dicho conjunto.
• Lo anterior no es posible en los conjuntos concretos, ya que constituiríauna violación al principio del tercer excluido.
• Las fronteras de un conjunto concreto son exactas, en tanto que las de unconjunto difuso son, precisamente, difusas, ya que existen elementos en las fronterasmismas, y estos elementos están a la vez dentro y fuera del conjunto.
¿Qué sentido puede tener el pertenecer parcialmente a un conjunto? En muchoscasos puede tener más sentido que pertenecer totalmente a un conjunto; veamos algunosejemplos:
Ejemplo 1: Supóngase que se desea definir el conjunto de los estudiantes de lacarrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad que están cursando el quinto semestrede la carrera. ¿Cómo clasificar a un estudiante que cursa dos materias de cuarto
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semestre, tres de quinto y una de sexto? ¿Y a otro que toma una materia de quintosemestre, y cinco de sexto? Evidentemente ambos son en parte miembros del conjuntoEstudiantes de quinto semestre, pero sólo lo son parcialmente.
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Ejemplo conjuntosEjemplo conjuntos
150 170 190 Estatura(cm)
BAJO MEDIANO ALTO
0
1
Conjunto concretoo lógico
150 170 190 Estatura(cm)
BAJO MEDIANO ALTO
0
1
Conjunto difuso
MEMBERSHIP (Funciones de pertenencia)
MEDIANO ALTO179 cm 181 cm
MEDIANO 0,6ALTO 0,4
MEDIANO 0,4ALTO 0,6
179 cm 181 cm
Ilustración 55: Diapositiva 5
Ejemplo 2: Supóngase que se desea clasificar a los miembros de un equipo defútbol según su estatura en tres conjuntos: Bajos, Medianos y Altos. Podría plantearseque se es Bajo si se tiene una estatura inferior a, por ejemplo, 160 cm, que se esMediano si la estatura es superior o igual a 160 cm e inferior a 180 cm, y se es alto si laestatura es superior o igual a 180 cm, con lo que se lograría una clasificación enconjuntos concretos.
¿Sin embargo, qué tan grande es la diferencia que existe entre dos jugadores delequipo, uno con estatura de 179.9 cm y otro de 180.0 cm? Ese milímetro de diferenciaquizás no represente en la práctica algo significativo, y sin embargo los dos jugadoreshan quedado rotulados con etiquetas distintas: uno es Mediano y el otro es Alto. Si seoptase por efectuar la misma clasificación con conjuntos difusos estos cambios abruptosse evitarían, debido a que las fronteras entre los conjuntos permitirían cambiosgraduales en la clasificación.
La diapositiva 5 muestra cómo podría hacerse tal clasificación: El universo dediscurso sería el conjunto continuo de todas las posibles estaturas (el intervalo[130cm,210]cm por ejemplo. Las funciones de pertenencia de cada uno de los tresconjuntos Bajo, Mediano y Alto se han graficado. La forma de estas funciones depertenencia no debe ser necesariamente la de la diapositiva 5, pues depende de lo que seentienda por "Bajo", "Mediano" y "Alto". Las figuras que se muestran a continuación,plantean otras alternativas para definir dichas funciones.
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Ilustración 56: Formas de funciones de pertenencia
8.5 Operaciones entre conjuntos difusos
Las tres operaciones básicas entre conjuntos concretos, Unión, Intersección yComplemento, se definen también para los conjuntos difusos, intentando mantener elsignificado de tales operaciones. La definición de estas operaciones se hace empleandoel concepto de función de pertenencia de los conjuntos.
Intersección: el resultado de efectuar la operación de Intersección entre dosconjuntos difusos A y B definidos sobre el mismo Universo, y con funciones depertenencia uA(x) y uB(x) respectivamente es un nuevo conjunto difuso An B definidosobre el mismo universo, y con función de pertenencia uAn B(x), dada por:
uAn B(x)= uA(x)(*)uB(x)
En donde el operador (*) debe satisfacer las siguientes propiedades:
x(*)y = y(*)x
(x(*)y)(*)z = x(*)(y(*)z)
si x<y y z<w entonces x(*)z < y(*)w
x(*)1=x
Todo operador que satisfaga las propiedades anteriores se conoce como una T-Norma, y representa la Intersección de dos conjuntos difusos. Dos de los operadoresmás sencillos son el mínimo y el producto clásico (en adelante se denotarán por min y *respectivamente). La Ilustración 57 y la Ilustración 58 muestran la intersección de losconjuntos Bajo y Mediano de la figura 1, cuando se emplean los operadores mínimo yproducto.
Ilustración 57: Operación Intersección de los conjuntos BAJO y MEDIANO empleando el mínimo
Ilustración 58: Operación Intersección de los conjuntos BAJO y MEDIANO empleando el producto
Unión: el resultado de efectuar la operación de Unión entre dos conjuntosdifusos A y B definidos sobre el mismo Universo, y con funciones de pertenencia uA(x)
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y uB(x) respectivamente es un nuevo conjunto difuso AUB definido sobre el mismouniverso, y con función de pertenencia uAUB(x), dada por:
uAUB(x)= uA(x)(+)uB(x)
En donde el operador (+) debe satisfacer las siguientes propiedades:
x(+)y = y(+)x
(x(+)y)(+)z = x(+)(y(+)z)
si x<y y z<w entonces x(+)z < y(+)w
x(+)0=x
Todo operador que satisfaga las propiedades anteriores se conoce como una S-Norma, y representa la Unión de dos conjuntos difusos. Uno de los operadores mássencillo es el máximo (en adelante se denotará por max). La Ilustración 59 muestra launión de los conjuntos Bajo y Mediano, cuando se emplea el operador máximo.
Complemento: el resultado de efectuar la operación de Complemento sobre unconjunto difuso A definido sobre un Universo, y con función de pertenencia uA(x) es unnuevo conjunto difuso A' definido sobre el mismo universo, y con función depertenencia uA'(x), dada por:
uA'(x)= 1-uA(x)
La siguiente ilustración muestra el complemento del conjunto Bajo.
Ilustración 59: Operación Unión de los conjuntos BAJO y MEDIANO empleando el máximo
Ilustración 60: Operación Complemento del conjunto BAJO
Otras operaciones como las relaciones entre conjuntos difusos, la composiciónde relaciones y el principio de extensión no se incluyen en este documento.
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OPERADORES LÓGICOS DE OPERADORES LÓGICOS DE FUZZYCONTROL ++ V4.0FUZZYCONTROL ++ V4.0
l Solo permite la función AND.l Se permite realizar la función AND del valor o del
valor negado.l La función T-norma actúa por el valor mínimo del
grado de pertenencia.
Ejemplo sobre un posible par de valores de dos conjuntos:
0,3 “MUY_CALIENTE” AND 0,5 “ALTA_PRESIÓN” = 0,3
Ilustración 61: Diapositiva 6
En el SOFT FUZZYCONTROL ++ V4.0 las funciones utilizadas en las reglasestán restringidas a AND y la negación del conjunto.
El valor de la función AND será el menor de los dos.
8.6 Principios de Lógica DifusaEs bien conocido que la teoría de conjuntos, el álgebra booleana y la lógica
tradicional son isomorfas, bajo transformaciones adecuadas. Esto significa que tienenuna estructura subyacente similar, y que por tanto las definiciones que se hagan en unacualquiera de las tres teorías se puede llevar a las otras dos, mediante transformacionesadecuadas. La Tabla 6 muestra la correspondencia de algunos operadores.
Teoría deConjuntos
Álgebra Booleana Lógica Tradicional
Intersección Conjunción AND
Unión Disyunción OR
Complemento Negación NOT
Tabla 6: Correspondencia entre operadores de la Teoría de Conjuntos, el Álgebra Booleana y la LógicaTradicional
Ahora bien, el razonamiento lógico consiste en la combinación de proposicionespara producir nuevas proposiciones; así, la combinación de las proposiciones "X es A" y"Y es B" mediante el operador AND da como resultado la proposición "X es A AND Y esB". La tabla 1 sugiere que puede representarse esta combinación mediante un operadoranálogo a la Intersección de Conjuntos.
Lo anterior es posible porque en la lógica tradicional toda proposición puedetener uno de dos valores: verdadero o falso, lo que corresponde en la teoría deconjuntos concretos a los únicos dos valores que puede tomar la función de pertenenciapara cualquier conjunto: 1 ó 0.
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Ahora bien, en lógica difusa una proposición puede representarse por unconjunto difuso: "X es A" corresponde a un conjunto A con función de pertenenciauA(x), mientras que "Y es B" corresponde a un conjunto B con función de pertenenciauB(y), y la combinación de estas dos proposiciones con el operador AND, es decir laproposición "X es A AND Y es B" corresponde a un nuevo conjunto difuso AANDB confunción de pertenencia uAANDB(x,y)= min(uA(x),uB(y)).
En donde se ha utilizado el operador min para efectuar la intersección de los dosconjuntos, pero en general podría haberse utilizado cualquier T-Norma.
Nótese que los universos de discurso sobre los cuales están definidos losconjuntos A y B no son necesariamente el mismo, son, por ejemplo U y Vrespectivamente, mientras que el conjunto AANDB está definido sobre el universo UxV.
En forma análoga, al operador lógico OR puede hacerse corresponder a una S-Norma, mientras que al operador lógico NOT puede hacerse corresponder elcomplemento.
8.7 Operador de ImplicaciónUn análisis especial debe hacerse con el operador lógico de implicación =>, que
combina dos proposiciones con la expresión SI... ENTONCES... (IF ... THEN...), y quees el fundamento de las inferencias realizadas en sistemas de lógica difusa.
Ante todo, conviene precisar que el interés por el operador => consiste enencontrar una forma de interpretar proposiciones semejantes a las utilizadas en laexperiencia común para describir conocimientos. Es decir, encontrar un caminomatemático para evaluar proposiciones como las siguientes: "Si las vibraciones sonaltas entonces el rodamiento está desgastado", o "Si los ingresos del cliente son bajosEntonces su capacidad de endeudamiento es poca".
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Operador de implicaciónOperador de implicación
l El operador ⇒ consiste en encontrar una forma de interpretar porposiciones semejantes a las utilizadas en la experiencia común para describir conocimientos.
l Si las vibraciones son altas Entonces el rodamiento está desgastado
l Si la presión es muy elevada entonces la temperatura es muy alta.
Ilustración 62: Diapositiva 7
Ahora bien, la implicación => de la lógica tradicional tiene una tabla de verdadque se muestra en la Tabla 7.
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Tabla 7: Tabla de verdad de la implicación lógica tradicional
Esta tabla de verdad puede obtenerse también con los operadores básicosConjunción, Disyunción y Negación con, por lo menos, dos expresiones distintas:
(p=>q)<=>(~(p^(~q)))
(p=>q)<=>((~p)^q)
Las anteriores equivalencias permiten deducir expresiones para la implicación dela lógica difusa: Para combinar dos proposiciones "X es A" y "Y es B" en la forma "IF Xes A THEN Y es B", debe representarse a cada una de dichas proposiciones porconjuntos difusos con funciones de pertenencia uA(x) y uB(y) respectivamente, yentonces la proposición combinada estará representada por un conjunto difuso A=>B,cuya función de pertenencia estará dada por
uA=>B(x,y) = 1 - min(uA(x),(1 - uB(y))) ó bien
uA=>B(x,y) = max(1 - uA(x),uB(y))
No obstante, las expresiones anteriores (que llamaremos implicaciones lógicas oimplicaciones IF-THEN) no son necesariamente las más útiles para efectuar inferencias,particularmente en aplicaciones de ingeniería. La razón puede hallarse revisando laTabla 7: La implicación de la lógica tradicional es verdadera en tres condiciones, y sóloes falsa si la primera proposición es verdadera y la segunda es falsa, lo que puedeinterpretarse con la máxima "La verdad nunca implica falsedad".
La tabla de verdad de la implicación indica en qué condiciones un razonamientoes formalmente correcto, pero no necesariamente útil. Veamos unos ejemplos:
"Si 1=2 Entonces 3=3" es una implicación formalmente correcta, porque unafalsedad ( 1=2) puede implicar una verdad ( 3=3), y para ello basta con sumar al ladoizquierdo 2 y al lado derecho 1 (recuérdese que partimos de 1=2).
De igual forma la proposición "Si 1=2 Entonces 2=3" también es formalmentecorrecta, porque una falsedad puede implicar una falsedad, y para ello basta con sumar 1a cada lado de la igualdad.
¿Los dos ejemplos anteriores son formalmente correctos, pero qué utilidad puedeextraerse de ellos en aplicaciones de ingeniería? En realidad sólo implicaciones en lasque ambas proposiciones sean verdaderas pueden tener utilidad práctica, y esto es asíporque las relaciones causa-efecto son las que interesan en Ingeniería, y no elformalismo de una implicación.
Visto lo anterior, se concluye que las expresiones de implicación que son útilespara efectuar inferencias lógicas son en realidad operadores AND, es decir, T-Normas.
Al utilizar T-Normas como implicaciones, llamamos a éstas implicaciones deIngeniería o Implicaciones AND. Nuevamente, las T-Normas más usadas comoimplicación son el mínimo y el producto.
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8.8 Inferencia en Lógica DifusaLa Inferencia lógica consiste en la combinación de proposiciones para producir
nuevas proposiciones. Así, al combinar la proposición "X es A" con la proposición "IF Xes A THEN Y es B", se puede inferir la proposición "Y es B".
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Proceso de inferenciaProceso de inferencia
l La operación más importante para el desarrollo y creación de Reglas Lógicas es la implicación, simbolizada por "→ " que representa el "Entonces" de las reglas heurísticas: Si (...) Entonces (→ ) (...).
Ejemplo:
Si Error_Temperatura = Muy_alta Y Presión=Muy_alta ENTONCES Válvula_presión = Abrir Mucho
Ilustración 63: Diapositiva 8
Una inferencia como la presentada en el párrafo anterior sólo es posible en lalógica tradicional si la primera proposición ( "X es A") es idéntica a la primera parte dela segunda proposición ("( IF) X es A"); sin embargo, en la lógica difusa estas dosproposiciones no necesariamente deben ser idénticas, debido a que las fronteras de losconjuntos no son precisas. Así, al combinar la proposición "X es A*" con la proposición"IF X es A THEN Y es B", puede obtenerse la proposición "Y es B*".
La combinación de estas proposiciones para efectuar la inferencia tiene susoporte matemático en la Extensión Cilíndrica y en la Composición de Relaciones,temas que no se han tratado en este documento.
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Defuzzyficación Defuzzyficación de datosde datosl FUZZY CONTROL++ no permite trabajar con
trapecios en la salida (singleton)l Métodos:
– Centroide (centro de masas), utilizado en la V4.0– Media de máximos
0 25 50 75 100
Cerrada Media Abierta1
Aberturaválvula
Ilustración 64: Diapositivita 9
La función de salida en la aplicación FUZZYCONTROL ++ se basará en elmétodo centro de masas” o centroide, aunque existen otros métodos utilizados.
8.9 Sistemas de Lógica DifusaLos mecanismos de Inferencia presentados en el capítulo anterior permiten
obtener Conjuntos difusos a partir de la combinación de Conjuntos difusos con reglas dela forma IF... THEN... Un Sistema de Lógica Difusa aprovecha esos mecanismos comoel motor de cálculo de un sistema cuyas entradas y salidas son números concretos.
Cada una de las variables de entrada y de salida tiene una representación dentrodel Sistema de Lógica Difusa en forma de Variables Lingüísticas. Una variablelingüística tiene, entre otras cosas, una colección de atributos que puede adquirir lavariable, y cada atributo está representado por un conjunto difuso. Así, retomando elejemplo de la figura 1, la variable Estatura tendría tres atributos, Bajo, Mediano y Alto,y cada uno de estos atributos estaría representado por el conjunto difuso respectivo de laIlustración 55. Estos atributos reciben el nombre de Valores Lingüísticos.
Debido a que un Sistema de Lógica Difusa puede, en general, tener variasentradas y varias salidas, la forma genérica de las reglas presentes en la Base de Reglases la siguiente:
IF X1 es A1 AND X2 es A2 AND ... AND Xm es Am THEN Y1 es B! AND Y2 esB2
AND... AND Yn es Bn
En estas reglas, A1,A2,..., Am,B!,B2,...,Bn son Valores Lingüísticos de lasVariables Lingüísticas respectivas.
El siguiente ejemplo quizás ayude a entender la estructura de un Sistema deLógica Difusa:
Ejemplo 3: Una entidad financiera necesita determinar qué tanto dinero puedeprestarle a sus clientes. Para ello quiere utilizar como únicos criterios de evaluación los
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ingresos mensuales y el promedio de ahorro mensual de cada cliente. Se propone comosolución un Sistema de Lógica Difusa con las siguientes características:
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Variables Lingüísticas: Variables Lingüísticas: entradas y salidas (1/3)entradas y salidas (1/3)
l Ejemplo: Una entidad financiera necesita determinar cuanto dinero puede prestarle a sus clientes.
l Criterios de evaluación: Ingresos mensuales y el promedio de ahorro mensual de cada cliente.
Sistema de lógica FUZZY
Ingreso
AhorroPréstamo
Ilustración 65: Diapositiva 10
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Variables Lingüísticas: Variables Lingüísticas: entradas y salidas (2/3)entradas y salidas (2/3)
0
1
0
1
0
1
Muy Grande
Grande
Poco GrandeMuy Alto
NormalAlto
Poco pequeñoAltoMedio
PequeñoMedioBajo
Muy PequeñoBajoMuy Bajo
PréstamoAhorroIngreso
Ilustración 66: Diapositiva 11
El Sistema recibe dos entradas, el Ingreso Mensual y el Promedio Mensual deAhorro y entrega una salida, el montante máximo del Préstamo. Estas tres variables serepresentan internamente por las Variables Lingüísticas Ingreso, Ahorro y Préstamo,cuyos Valores Lingüísticos se muestran en la Ilustración 66: Diapositiva 11.
Las reglas que deben existir en la Base se pueden obtener con un poco de sentidocomún; por ejemplo, si el Ingreso es Muy Bajo y el Ahorro es Bajo, el Préstamo debeser Muy Pequeño, mientras que si el Ingreso es Muy Alto y el Ahorro es Alto, el
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Préstamo debe ser Muy Grande. Lo anterior significa que deben existir por lo menos lasdos reglas siguientes:
IF Ingreso es Muy Bajo AND Ahorro es Bajo THEN Préstamo es Muy Pequeño.
IF Ingreso es Muy Alto AND Ahorro es Alto THEN Préstamo es Muy Grande.
En forma similar pueden obtenerse las demás reglas, que se presentan en formaresumida en la Tabla.
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Variables Lingüísticas: Variables Lingüísticas: entradas y salidas (3/3)entradas y salidas (3/3)
Muy AltoAltoMedioBajoMuy Bajo
Muy Grande
GrandePoco Grande
NormalPoco Pequeño
Alto
GrandePoco Grande
NormalPoco Pequeño
PequeñoMedio
Poco Grande
NormalPoco Pequeño
PequeñoMuy Pequeño
Bajo
INGRESOS
AHORRO
Ilustración 67: Diapositiva 12
Nótese que el diseño de las Variables Lingüísticas y de la Base de Reglas haseguido criterios subjetivos, pero extraídos del sentido común, y no ha sido necesarioplantear complejos modelos matemáticos. Aún así, el sistema diseñado permitesolucionar el problema planteado, con algunas características interesantes: por ejemplo,si las políticas crediticias de la entidad cambian para restringir los préstamos, basta conmodificar algunas casillas de la tabla 4 para adecuar el sistema, o bien se puedenmodificar las funciones de pertenencia de la figura 16.
Nótese que un sistema como el del ejemplo 3 es fácil de entender para unapersona que no haya participado en el diseño del mismo, porque la forma en que haquedado expresado el conocimiento en forma de reglas es clara, y la definición de losvalores lingüísticos corresponde también a conceptos sencillos. Dicho de otra forma, apartir del sistema del ejemplo 3 una persona puede extraer conocimiento de tipolingüístico sobre el proceso de asignación de crédito, tan sólo observando la Ilustración67.
84
8.10 Ejemplo de cálculo del FUZYCONTROL++ V4.0
18/05/03 FUZZY 8
Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamientoaplicado al control de aplicado al control de
aceleración de un vehículoaceleración de un vehículo
FuzzyficaciónX
Variables no FUZZY
VariablesFUZZY
Inferencia(en base a reglas) DeFuzzyficación
VariablesFUZZY
Y
Variables no FUZZY
Ilustración 68: Diapositiva 13
En un proceso general donde se pretende incluir un regulador Fuzzy deberátenerse en cuenta las siguientes fases:
De forma previa deberán prepararse las unidades de entrada de formaconveniente (unidades de ingeniería).
A continuación deberán fuzzyficarse los datos de entrada. Eso significa quedeberán evaluarse las entradas en base a sus funciones de pertenencia.
El siguiente proceso será llamado de Inferencia, donde se evalúan cada una delas reglas introducidas en el controlador.
Finalmente se realiza un proceso de defuzzyficación de los datos obtenidos desalida. Esta podrá considerarse la salida del regulador.
18/05/03 FUZZY 9
Definición de las funciones Definición de las funciones de pertenenciade pertenencia
µDistancia
µVelocidad
Corta Media Larga
Media RápidaLenta
Distancia [m]
Velocidad [m]
30 60 90 120
50 100 150
1
1
0
0
Ilustración 69: Diapositiva 14
85
18/05/03 FUZZY 10
0
1
-0,5-1
vbµ
b/bmax
neg_alto neg_bajo zero pos_altopos_bajo
0,5 1
Funciones de pertenencia de Funciones de pertenencia de salidasalida
Ilustración 70: Diapositiva 15
Definición de las funciones de la salida. Estas funciones serán utilizadas en lasreglas del controlador, por ese motivo deberán definirse antes de redactar dichas reglas.
18/05/03 FUZZY 11
Definición de reglasDefinición de reglas
=pos_altaTHEN=LentaAND= LargaIFR7
= pos_bajaTHEN= MediaAND= LargaIFR6
= pos_bajaTHEN=LentaAND= MediaIFR5
= zeroTHEN= MediaAND= MediaIFR4
=neg_bajaTHEN=RápidaAND= MediaIFR3
=neg_bajaTHEN= MediaAND= CortaIFR2
=neg_altaTHEN=RápidaAND= CortaIFR1
Actuación bTHENCondición Velocidad
ANDCondición Distancia
IFRegla
Ilustración 71. Diapositiva 16
86
18/05/03 FUZZY 12
Fuzzyficación Fuzzyficación de los datosde los datos
FuzzyficaciónX
Variables no FUZZY
VariablesFUZZY
µDistancia
µVelocidad
Corta Media Larga
Media RápidaLenta
Distancia [m]
Velocidad [m]
30 60 90 12051
50 100 150110
0,7
0,3
0,2
0,8
1
1
0
0
Ilustración 72: Diapositiva 17
18/05/03 FUZZY 13
Proceso de inferenciaProceso de inferencia((selección valor mínimo)selección valor mínimo)
VariablesFUZZY
Inferencia(en base a reglas)
VariablesFUZZY
=pos_alta 0THEN=Lenta 0AND= Larga 0IFR7
= pos_baja 0THEN= Media 0,8AND= Larga 0IFR6
= pos_baja 0THEN=Lenta 0AND= Media 0,7IFR5
= zero 0,7THEN= Media 0,8AND= Media 0,7IFR4
=neg_baja 0,2THEN=Rápida 0,2AND= Media 0,7IFR3
=neg_baja 0,3THEN= Media 0,8AND= Corta 0,3IFR2
=neg_alta 0,2THEN=Rápida 0,2AND= Corta 0,3IFR1
Actuación bTHENCondición Velocidad
ANDCondición Distancia
IFRegla
Función SUMA (0,5) -> FUZZYCONTROL ++Función MÁXIMO (0,3)
Ilustración 73: Diapositiva 18
Cuando hay más de una regla sobre una posición de salida, podría aplicarse dostipos de funciones distintas:
MAX: Donde se seleccionará como valor de la posición, el valor máximo de laposición de salida.
SUM: Se toma la suma de cada una de las reglas con esa determinada salida.
87
18/05/03 FUZZY 14
vbµ
0
1
-0,5-1 b/bmax
neg_large neg_small zero pos_largepos_small
Proceso de Proceso de DefuzzyficaciónDefuzzyficación
DeFuzzyficación
VariablesFUZZY
Y
Variables no FUZZY
-0,32
32.07.03.02.0
7.0*05.0*5.02.0*1*−≈
++−−−
=∑
∑v
v
b
bvb
µ
µCENTROIDE: Centro de masas
0,2
0,5
0,7R1
R2+R3
R4
Ilustración 74: Diapositiva 19
8.11 Ejemplos de aplicación simple
18/05/03 FUZZY 15
EJEMPLOS DE APLICACIÓNEJEMPLOS DE APLICACIÓN
l Adaptación de las bandas de un PIDl Reconocimiento de un error con decisión
lógical Linealizaciónl Control multivariable
Ilustración 75: Diapositiva 20
88
18/05/03 FUZZY 16
Adaptación de las bandas de un PID (1/3)Adaptación de las bandas de un PID (1/3)
Ilustración 76: Diapositiva 21
Se pretende realizar un PID que adapte sus bandas en base a la medida de latemperatura de salida.
18/05/03 FUZZY 17
Adaptación de las bandas de un PID (2/3)Adaptación de las bandas de un PID (2/3)
Ilustración 77: Diapositiva 22
89
18/05/03 FUZZY 18
Adaptación de las bandas de un PID (3/3)Adaptación de las bandas de un PID (3/3)
Ilustración 78: Diapositiva 23
18/05/03 FUZZY 19
Reconocimiento de un error con decisión Reconocimiento de un error con decisión lógica (1/2)lógica (1/2)
l En un proceso de medida de presión, una variación repentina de la medida puede representar una situación de peligro.
l En prevención del peligro debe abrirse una válvula de seguridad.
Ilustración 79: Diapositiva 24
Se pretende detectar una variación brusca de temperatura para actuar sobre unaválvula de expansión.
Para ello será necesario construir una señal derivada de la presión que permitadetectar tendencias en la medida.
90
18/05/03 FUZZY 20
Reconocimiento de un error con decisión Reconocimiento de un error con decisión lógica (2/2)lógica (2/2)
Ilustración 80: Diapositiva 25
18/05/03 FUZZY 21
Linealización Linealización (1/3)(1/3)l El control de procesos no lineales es a menudo
complicado.l Un sistema Fuzzy diseñado adecuadamente mejora
el comportamiento del sistema.l Haciendo esto el proceso resultante se comportará
casi linealmente y puede ser controlado de forma más fácil.
Ilustración 81: Diapositiva 26
Suponiendo un proceso no lineal, se pretende realizar una linealización sobre elproceso para que el controlador vea la planta como un sistema lineal.
91
18/05/03 FUZZY 22
LinealizaciónLinealización (2/3)(2/3)Receta: Mida la ganancia del proceso estático en diferentes puntos de trabajo.Excite el proceso con una señal constante y observe el valor de salida resultante
Ilustración 82: Diapositiva 27
Se presenta una receta para el diseño de un convertidor linealizador de sistemasno lineales.
Inyectar varias señales de diferente entrada sobre el proceso en forma de escalónpara detectar la salida obtenida.
Sobre esta tabla deberá realizarse la linealización.
18/05/03 FUZZY 23
LinealizaciónLinealización (3/3)(3/3)
Ilustración 83: Diapositiva 28
Superficie de salida de la linealización del sistema.
92
18/05/03 FUZZY 24
+_
GR02T010_Y
GR02T010_X
GR02T010_SP
PLANTA
ControlControl multivariablemultivariable (1/3)(1/3)
GR02P013_Y GR02P013_X
++
z ¹-
++
z ¹-
GR02Y011
GR02Y012
Aporte Agua (0 – 50 %)
Aporte Vapor (50 – 100 %)
0 – 100 %
0 – 100 %
0 – 30 %
? T_Y
?P_Y
ErrorTemp.
FUZZY
OFFSETAGUA
GR02N080_X
Ilustración 84. Diapositiva 29
Una de las aplicaciones más importantes de la lógica difusa es el control multi-variable.
A estos controladores pueden introducírseles un alto número de entradas ysalidas que permiten diseñar un controlador de forma global.
18/05/03 FUZZY 25
Control Control multivariable multivariable (2/3)(2/3)
Ilustración 85: Diapositiva 30
93
18/05/03 FUZZY 26
ControlControl multivariablemultivariable (3/3)(3/3)
FUZZY
Ilustración 86: Diapositiva 31
Ejemplo de un regulador FUZZY. En la marca roja el sistema cambió de unregulador PID a un regulador FUZZY.
8.12 Ejemplos de aplicación compleja:Para confirmar el uso real de esta tecnología, se han seleccionado algunos
ejemplos extraídos de proyectos llevados a la práctica, con resultados comprobados.
18/05/03 FUZZY 32
Ejemplos Complejos de Ejemplos Complejos de AplicaciónAplicación
l Control en grúas contra sacudidas.l Control de quemado en plantas de incineraciónl Control dosificación en plantas de tratamiento
de aguasl Control de temperatura en máquinas de
moldeado de plásticol Control de la climatizaciónl Control del conversor de energía en un molino
de viento.
Ilustración 87: Diapositiva 32
94
8.12.1 Control en Grúas contra sacudidasEn el control de los puentes grúa, el objetivo es colocar una carga en punto
determinado. El control de la sacudida que se produce, debido a la flexibilidad delcable, ha sido algo inasumible para los reguladores tradicionales. Para poder llevar acabo este control eran precisos costosos modelajes matemáticos que, en muchasocasiones, no podían llevarse a la práctica.
El operador humano era la única posibilidad de control viable hasta la llegadadel control Fuzzy. Esta lógica se basará directamente en la experiencia del ser humano.Este concepto fue aplicado en una grúa de 65 Tn que transporta piezas a unas 500yardas en Alemania en 1995.Se consiguió un aumento del rendimiento del 20% y unadisminución de la accidentabilidad provocada por la falta de atención humana en elcontrol.
La solución precisó 10 entradas, 2 salidas y 4 bloques de reglas con un total de75.
18/05/03 FUZZY 33
Control en Grúas Contra Control en Grúas Contra SacudidasSacudidas
ll Objetivo: Colocar una carga sobre Objetivo: Colocar una carga sobre un punto en concreto.un punto en concreto.
ll Diferentes variables de entrada.Diferentes variables de entrada.ll Controles basados en modelos Controles basados en modelos
matemáticos altamente complejosmatemáticos altamente complejos
ll 10 entradas10 entradasll 2 salidas2 salidasll 4 bloques de reglas con 4 bloques de reglas con
un total de 75 reglasun total de 75 reglasll Mejora del proceso del Mejora del proceso del
20%.20%.
Ilustración 88: Diapositiva 33
8.12.2 Control de quemado en plantas de incineración.
18/05/03 FUZZY 34
Control de Quemado en Control de Quemado en Plantas de IncineraciónPlantas de Incineración
ll Objetivo: Objetivo: –– Mantener una temperatura ardiente estable.Mantener una temperatura ardiente estable.–– Reducir al mínimo la generación de gases Reducir al mínimo la generación de gases
tóxicos.tóxicos.–– Evitar la corrosión en cámaras ardientesEvitar la corrosión en cámaras ardientes
ll Dificultades:Dificultades:–– Valor calórico de la basura fluctuante.Valor calórico de la basura fluctuante.–– Imposibilidad de medida directa de la Imposibilidad de medida directa de la
posición del fuego y la forma.posición del fuego y la forma.
ll Resultado:Resultado:–– Controlador convencional genera un error de Controlador convencional genera un error de
10 10 MgMg/h de vapor. Con lógica Fuzzy se /h de vapor. Con lógica Fuzzy se disminuye a menos de 1 disminuye a menos de 1 MgMg/h/h
Ilustración 89: Diapositiva 34
95
Mantener una temperatura ardiente estable en las plantas de incineración yreducir al mínimo la generación de gases tóxicos, así como evitar la corrosión en loscompartimentos ardientes, son los principales inconvenientes en el control de una plantade estas características.
A todo ello hay que añadir que el valor calorífico de la basura fluctúafuertemente, así como la imposibilidad de medir directamente la posición y la forma delfuego.
Si lo que se precisa es generar energía eléctrica estable, lo que se precisará esque la planta se comporte también lo más estable posible.
En controles Fuzzy recientes aplicados a plantas de incineración de Hamburgo yMannheim, en Alemania, se ha conseguido un éxito destacable. Si la capacidad degeneración de vapor de un horno es de 28 Mg/h, usando un regulador convencionalestándar de la industria, la generación del vapor fluctuaba cerca de los 10Mg/h enapenas una hora. El regulador de lógica difusa era capaz de reducir la fluctuación amenos de 1Mg/h. Esta robustez fue también demostrada en la impresionante mejorasobre las emisiones de NOx, SO2, CO2, etc.
8.12.3 Control dosificación en planta de tratamiento de aguasLos procesos de tratamientos de aguas son una combinación de procesos
biológicos, químicos y mecánicos. Esto hace que la creación de modelos matemáticoscompletos se convierta casi en algo insuperable.
Sin embargo hay una gran cantidad de experiencia humana que se puedeexplotar para el diseño automatizado del regulador.
En una aplicación de lógica difusa en Bohn, la dosificación del líquido FeCl3para la precipitación del fosfato se ha automatizado con éxito. Los cambios de lalegislación requieren limitar la cantidad total de fosfato en las emisiones en 1 mg/l. Para
extraer el fosfato del agua, seagrega el FeCl3, de forma quelo sedimenta sobre el lodo.
Las variables que sedefinieron en el controladorFuzzy consistían en laconcentración del fosfato endiferentes puntos de medidas,su derivada, el flujo del agua,su derivada, etc. En estaaplicación se realizó unacombinación del reguladordifuso con reguladores PIDconvencionales.
El regulador resultante utilizaba 207 reglas para expresar la estrategia de controlbasada en 5 variables de entrada. El tiempo total de puesta en marcha fue de 3 meses yproporcionó ahorros de cerca del 50% de FeCl3, comparado con el consumo anterior.Se recuperó la inversión en menos de medio año.
96
8.12.4 Colocación de temperatura en máquinas de moldeado de plástico.
18/05/03 FUZZY 35
Control de Temperatura en Máquinas Control de Temperatura en Máquinas de Moldeado de Plásticode Moldeado de Plástico
ll Objetivo: Objetivo: –– Mantener una temperatura Mantener una temperatura
estable que permita alcanzar estable que permita alcanzar una alta y constante calidad una alta y constante calidad del producto.del producto.
ll Dificultades:Dificultades:–– Elevados tiempos medios Elevados tiempos medios
intermedios.intermedios.–– Acople entre las diferentes Acople entre las diferentes
zonas de caldeo.zonas de caldeo.
Ilustración 90: Diapositiva 35
8.12.5 Control de la climatizaciónLos sistemas de control del clima revelan un alto potencial para los ahorros de
energía. En una aplicación reciente en un Hospital importante de Europa, la integraciónde la lógica difusa consiguió proporcionar un ahorro de cerca del 25% en energíaeléctrica, es decir en unos 50.000$ por año.
Aprovechando conocimientos como que cuando se levanta la temperatura, lahumedad relativa del aire disminuye, y dotando al sistema de los sensores y actuadoresadecuados, se consiguieron los resultados antes mencionados.
Ilustración 91: Diapositiva 36
97
8.12.6 Control de un conversor de energía en un molino de viento.En los últimos años, los adelantos técnicos hicieron factible el uso comercial de
la energía eólica. La tendencia a aumentar la capacidad de las plantas fomentó unamejora del cociente coste/ beneficio. Sin embargo, tales convertidores de energíarequieren controles avanzados para asegurar una alta eficacia y una suficiente vida útil.
El regulador debe fijar el ángulo de las láminas del rotor basándose en lasituación del viento y su dirección. Este ángulo será básico para la eficiencia y eldesgaste ante situaciones de ráfagas repentinas.
Por ese motivo se realizó el control de un molino de viento en base a laexperiencia humana, con resultados muy prometedores.
98
9 Anexo 2: Programa en STEP 7 Implantado en el Proyecto.En este Anexo se muestra la extracción del programa STEP-7 actualmente en
servicio en el PLC de control de las laminadoras.
El PLC de las laminadoras actualmente está destinado, básicamente, al controlde los lazos analógicos existentes en las laminadoras y los baños de refrigeración. Elmotivo por el cual este S7-300 tiene solamente estas funciones se remonta a la decisiónde sustituir un armario destinado a la ubicación de controladores y registradores a puntode quedarse obsoletos. Por ese motivo se instaló un S7-300 junto a un panel de controlOP-37 que sustituyera este armario de controladores y registradores.
El objetivo final era sustituir este S7-300 por una ET-200 (estación de entradas ysalidas de periferia descentralizada) que permitiera integrar todo el control en un únicoproyecto.
9.1 Estructura General del Programa
En primer lugar se presenta la estructura del programa general del autómata:
Ilustración 92: Esquema general del programa S7
Puede verse que hay dos OB’s destacables en condiciones normales deoperación:
• El OB1 es el OB principal del programa, el cual se ejecuta cíclicamente, deforma que al aumentar el programa, aumenta el SCAN de este OB, es decir, eltiempo en que el programa ha terminado de ejecutarse una vez por completo.
• El OB35 es un OB a modo de interrupción, es decir, cada 100ms se interrumpela ejecución del OB1 y pasa a ejecutarse el OB35.
Las partes del programa que puedan ejecutarse sin precisión en la periodicidadtemporal pueden ubicarse en el OB1, mientras que las que precisen una ejecucióntemporal constante, deberán ejecutarse en este OB35.
99
Por ese motivo se han ubicado en el OB1 funciones como el FC22(linealización) y la conversión de unidades de ingeniería a salidas analógicas (FC86).
Puede ser discutible la colocación, en el OB1, de la lectura de entradas analógica(FC85 AO -> unidades de ingeniería). Esto se ha realizado así para mantener ladisposición inicial del programa. No se ha variado porque de momento no parece sernecesario, aunque queda anotado para tenerlo en cuenta en el futuro.
El resto de OB’s tienen funciones específicas en el PLC como por ejemplo en elarranque, ante un fallo de programa o de periferia, etc...
9.2 OB1 Bloque Organizativo Principal
Tal y como se ha explicado en el apartado anterior este bloque es el principal, esdecir, es el primer bloque que inicia el programa y donde se anidan el resto desubbloques y funciones programadas.
El Bloque contiene el siguiente código, con todas las funciones donde no seconsidera que la precisión en la frecuencia de ejecución sea imprescindible.
BLOQUE : OBl OB ESTRUCTURA DEL PROGRAMA
segm.: 1 RESET BIT S ERROR
U "OB 80 ERROR"
R "OB 80 ERROR"
U "OB 81 ERROR"
R "OB 81 ERROR"
U "OB 85 ERROR"
R "OB 85 ERROR"
U "OB 87 ERROR"
R "OB 81 ERROR"
U "OB 121 ERROR"
R "OB 121 ERROR"
U "OB 122 ERROR"
R "OB 122 ERROR"
segm.: 2 FORZAR SWITCH FUZZY/PID
U "SWITCH FUZZY/PID"
ON "SWITCH FUZZY/PID"
S "SWITCH FUZZY/PID"
// R "SWITCH LAMIN C2 CARGA"
segm.; 3 LLAMADA A MODULOS
CALL "FC COMPARACIONES ANALOGI"
100
CALL "BITS ALARMAS->OP37"
CALL "Al ---> lNGENlERlA"
CALL "lNGENlERIA ---> AO"
CALL "INFO CMINT PID"
CALL "LINEALlZACIÓN"
CALL "OFFSET_CORRECT"
En el segmento 2 puede observarse la generación del SWITCH que permitirácambiar del controlador inicial (PID) al nuevo control FUZZY. Todo el programadeberá contemplar este SWITCH de forma que la conmutación permita el cambio delógica sin ningún tipo de problema para la producción normal de las instalaciones.
9.3 OB35. El Bloque Organizativo ejecutado cada 100ms
Este bloque puede considerarse como una interrupción del SOFT SIMATICSTEP 7 que se pone a disposición del programador, de forma que todas las funcionesque se inserten en este bloque se ejecutarán cada 100 ms con mayor prioridad que elOB1. Esto asegurará que los PID’s y las integraciones realizadas no queden afectadaspor las variaciones del SCAN global del autómata.
El OB 35 contiene el siguiente código:
Bloque: OB35 OB DE TIEMPO DE l00mS
Segm.: 1
CON EL SFC20 HAGO UN "retten" I UN "laden" PARA SALVAR LASMARCAS A PARTIR DE
LA 200 HASTA LA 300.
CALL "BLKMOV"
SRCBLK :=P#M 200.0 BYTE 100
RET VAL:=MW202
DSTBLK :=P#DB127.DBXO.0 BYTE 100
CALL "FUZZY CONTROL TEMP LAMIN"
CALL "STANDARD LOOP"
TM BASE:=T#20MS
COM RST:=FALSE
DB NBR :="DB AUX REGULACIÓN"
CALL "LLAÇOS_REGULACIO"
COM RST:=FALSE
CYCLE :=T#20MS
CALL "BLKMOV"
SRCBLK :=P#DB127.DBXO.0 BYTE 100
RET VAL:=MW202
101
DSTBLK :=PtM 200.0 BYTE 100
Segm.: 2 comunicaciones con PLC Generales
CALL "COM_GEN"
En este bloque solo hay que destacar el hecho de que se ha incluido el FC24("FUZZY CONTROL TEMP LAMIN") para que se ejecute cada 100 ms. Esto permitiráque las integraciones se realicen con el mismo periodo de tiempo.
9.4 FC22. Función de Linealización para Conversión de Consigna Temperatura /Presión
Esta función fue diseñada en la primera fase de mejora (3. Primera Fase deMejora), en la cual se pretendía resolver el problema mediante una conversión deconsignas temperatura / presión en base a la tabla Ilustración 16:Relación Presión/Temperatura Vapor saturado.
Para poder llevar a cabo esta conversión debía realizarse una linealización atramos, debido a que el PLC no admite funciones complejas de cálculo.
Dicha linealización se varió sobre un Offset para intentar ajustarla a la realidadmedida sobre el rodillo. Toda esta información ha sido desarrollada en el capítulo 3.
A continuación se muestra la realización del programa en AWL14:
Seqm.: 3 GR02PO13_SP
Se establece el setpoint de presión a través del setpoint detemperatura.
U "SWITCH FUZZY/PID"
SPB M003
M010: L "DATOS DE PLC".GR02T010_PID_SP
L 1.390000e+002
>R
SPB M017
L "DATOS DE PLC".GR02T010 PID SP
L 7.770000e-002
*R
L 7.347l00e+000
-R
T MD 80
L 2.000000e+000
<R
SPB M011
14 Lenguaje de programación muy utilizado en los autómatas SIEMENS.
102
L MD 80
T "DATOS DE PLC".GR02PO13 PID SP
SPA M003
M017: L "DATOS DE PLC".GR02T010 PID SP
L 1.520000e+002
>R
SPB M012
L "DATOS DE PLC".GR02T010 PID SP
L 1. 159000e-001
*R
L 1.264300e+001
-R
T "DATOS DE PLC".GR02P013 PID SP
SPA M003
M012: L "DATOS DE PLC".GR02T010 PID SP
L 1. 660000e+002
>R
SPB M018
L "DATOS DE PLC".GR02T010 PID SP
L 1.511000e-001
*R
L 1.796400e+001
-R
T "DATOS DE PLC".GR02PO13 PID SP
SPA M003
M018: L "DATOS DE PLC".GR02T010 PID SP
L 2.541000e-001
*R
L 3.553300e+001
-R
T "DATOS DE PLC".GR02PO13 PID SP
SPA M003
M011: L 2.0000006+000
T "DATOS DE PLC".GRO2P013_PID_SP
9.5 FC24. Función Fuzzy Control Temperatura Laminadoras
Realmente este es el bloque más importante en este proyecto puesto quecontiene los principales elementos del regulador FUZZY.
103
El código es el siguiente:Bloque: FC24 EDULADOR FUZZY PARA LOS RODILLOS DE LALAMINADORA
Segm.: 1 SALTO EN CASO DE SWITCH NO ACTIVADO EN FUZZY
UN "SWITCH FUZZY/PID"
SPB MFI
Segm.: 2 CONFECCIÓN ERROR TEMPERATURA GR02T0l0
L "DATOS DE PLC".GR02T0l0_X
L "DATOS DE PLC".GR02T0l0_PID_SP
-R
T “Err_Temp_GR02T0l0"
Segm.: 3 FUZZY DE CÁLCULO DE CONTROL DEL RODILLO DELANTERO DECALLE-2
CALL “Fuzzy Contro14K" , "DBfuzzy GR02P013_SP"
INPUTl :="Err Temp GR02T010"
INPUT2:="COMM GENERALES".DBD520 //INT LAMINANDORA C2
INPUT3 :=
INPUT4 :=
INPUT5 :=
INPUT6 :=
INPUT7 :=
INPUT8 :=
OUTPUT1:="INC_GR02T010_Y"
OUTPUT2:="INC_GR02P013_SP"
OUTPUT3:="Offset_Agua_Lamin_C2"
OUTPUT4:=
INFO :="info_fuzzy"
Segm.: 4 MODULO DE LIMITACIÓN DE LA SALIDA GR02P013_Y(GR02Y014)
L "DATOS DE PLC".GR02YO14_Y
T "AUX_GR02P013_SP"
L “AUX_GR02P013_SP"
L "INC_GR02P013_SP"
+R
T "AUX_GR02P013_SP"
104
L "AUX_GR02P013_SP”
L 1.000000e+002
<R
SPB MAl
L 1.000000e+002
T "AUX_GR02P013_SP"
SPA FIN
MAl: L "AUX_GR02PO13_SP"
L 0.000000e+000
>R
SPB FIN
L 0.00000e+000
T "AUX_GR02P013_SP"
FIN: L "AUX_GR02P013_SP"
// L 1.000000e+002 //Forzado directo de salida GRO2Y014
T "DATOS DE PLC".GR02Y014_Y
Segm.: 5 MODULO DE LIMITACIÓN DE LA SALIDA GR02T010_Y
L "DATOS DE PLC".GR02Y011_12_Y
T "AUX_GR02T010_Y"
L "AUX_GR02T010_Y"
L "INC_GR02T010_Y"
+R
T “AUX_GR02T010_Y"
L "AUX_GR02T010_Y"
L 1.000000e+002
<R
SPB MA2
L 1.000000e+002
T "AUX_GR02T010_Y"
SPA FI2
MA2: L "AUX_GR02T010_Y"
L 0.000000e+000
>R
SPB FI2
L 0.000000e+000
T "AUX_GR02T010_Y”
FI2: L "AUX_GR02T010_Y"
// 7.000000e+00l // Forzado directo de salida GR02Y010_Y
105
T “DATOS DE PLC".GR02Y0ll_12_Y
Segm.: 6 FIN SALTO BYPASS SI NO HAY SWITCH FUZZY
MFI: BE
Este programa será comentado por segmentos.
En el segmento uno se introduce un salto condicionado al SWITCHFUZZY/PID, de forma que si el SWITCH está a cero, el programa salta por completotodo el FC 24.
En el segmento dos se calcula el error de temperatura GR02T010 respecto de laconsigna.
En el segmento tres se ejecuta el controlador FUZZY en base al error de latemperatura y la intensidad de la laminadora. Como salidas se obtiene el incrementosobre las salidas del rango partido GR02T010 y de la despresurización GR02P013.Además se obtiene el Offset de obertura mínimo de la válvula de agua GR02Y011.
En el segmento 4 se realiza el módulo integrador y limitador de la salida de laválvula de despresurización.
Finalmente en el segmento 5 se realiza lo mismo que en el segmento 4, pero estavez para la salida de rango partido GR02T010_Y.
9.6 FC26. Función Control Amasadora
Esta función solo fue utilizada durante la Fase 3. Resolución del Efecto deVapor Saturado., puesto que aún no se disponía de la intensidad de la laminadora en elPLC.
El código es el siguiente:
Bloque: FC26 CONTROL MARCHA AMASADORA
Segm.: 1 Detección amasadora C-2 en marcha
L "COMM GENERALES 2".DBD520 //intensidad EU02N007_X
L 4.500000e+001 //Limite intensidad paraamasadora en marcha
>R
= "AUX_AMASA_C2_MARCHA"
Segm.: 2
UN "AUX_AMASA_C2_MARCHA"
L S5T#5M
SE "TEMP _AMASA_C2_PARADA"
106
U "AUX_AMASA_C2_MARCHA"
S “aux_mem_impuls_int"
U "aux_mem_impuls_int"
L ST#10M
SE TEMP_AMA_C2_MARCHA"
U TEMP_AMAS_C2_PARADA"
R "aux_mem_impuls_int"
U "TEMP_AMAS_C2_PARADA"
R SWITCH LAMIN C2 CARGA"
U "TEMP_AMA_C2_MARCHA"
S "SWITCH LAMIN C2 CARGA"
Puede observarse en el segmento 1 como se realiza una comparación con 45 Apara poder detectar si la amasadora está o no en marcha.
En el segmento 2 hay dos temporizadores. El primero se activa si se mantiene laintensidad de la amasadora por debajo de los 45 A durante, al menos, 5 minutos.
El segundo temporizador se activa si se detecta que la amasadora está en marchadurante más de 10 minutos.
9.7 FC75. Función Información de Control de PID
En este módulo hubo que insertar el SWITCH de conmutación entre PID yFUZZY para poder controlar el sistema según el regulador deseado.
El código utilizado fue el siguiente.Bloque: FC75 PASO DE INFO. DE CMINT A PID' s
Segm.: 7 GR02T0l0
CONTROLADOR TEMPERATURA RODILLO ANTERIOR LAMINADO CALLE-2
CALL "INFO_CMINT_DB"
Mesura:="DATOS DE PLC".GR02T010_X
Consigna :="DATOS DE PLC".GR02T010_PID_SP
Proporcional:="DATOS DE PLC".GR02T010_PID_BP
Integral :="DATOS DE PLC".GR02T010_PID_BI
Derivada :="DATOS DE PLC".GR02T010_PID_BD
DB_PID :="DB INSTANCIA GR02T010"
Auto Manual :="DATOS DE PLC".GR02T010_PID_AM
Sortida :="AUX PID GR02T010_Y”
U "SWITCH FUZZY/PID"
SPB FI
L "AUX PID GR02T010_Y"
107
T "DATOS DE PLC".GR02Y011_12_Y
Segm.: 11 GR02P013
CONTROLADOR PRESION RODILLO ANTERIOR LAMINADO CALLE-2
CALL "INFO_CMINT_DB"
Mesura :="DATOS DE PLC".GR02P013_X
Consigna :="DATOS DE PLC".GR02P013_PID_SP
Proporcional:="DATOS DE PLC".GR02P013_PID_BP
Integral :="DATOS DE PLC".GR02P013_PID_BI
Derivada :="DATOS DE PLC".GR02P013_PID_BD
DB PID :="DB INSTANCIA GR02PO13"
Auto Manual :="DATOS DE PLC”.GR02P013_PID_AM
Sortida :="AUX_PID_GR02P013_Y"
U "SWITCH FUZZY/PID"
SPB FI1
L "AUX_PID_GR02P013_Y"
T "DATOS DE PLC".GR02Y014_Y
De todo el código solo se ha insertado el referente al presente proyecto, es decirlos PID’s del rango partido GR02T010 segmento 7, donde puede observarse que segúnla posición del SWITCH se transfiere o no la marca obtenida del PID, y el segmento 11donde se aplica el mismo criterio.
9.8 FC86. Función Conversión de Unidades de Ingeniería a Salida Analógica
Respecto a este bloque solo hay que comentar como se ha realizado el Offset dela válvula de entrada de agua (ver segmento 7)
Puede observase también, anulado por las dos barras posteriores, donde seencontraba el SWITCH definido en el FC 26 para saber cuando se podía considerar quela amasadora estaba llena, en base a la intensidad de la amasadora.
Bloque: FC86 CONV AA A UNIDADES PLC
Segm.: 7 GR02Y0ll/Y012
SALIDA CONTROL TEMPERATURA RODILLO ANTERIOR LAMINADO CALLE-2
L 1.000000e+002
L “DATOS DE PLC”.GR02Y0ll/12_Y
-R
T "GR02Y011/12_Y"
T "SALIDA AUX GR02Y011"
108
// UN “SWITCH LAMIN C2 CARGA"
// SPB M01
L "Offset_Agua_Lamin_C2"
L "SALIDA_AUX_GR02Y0ll"
<R
SPB M01
L "Offset_Agua_Lamin_C2” //ABERTURA M1NIMA DEL 40%
T "SALIDA_AUX_GR02Y011"
M01: CALL “LIMITES DE AO" //AGUA
NBITS:=12
OGR :=1.000000e+002
UGR :=0.000000e+000
XA :="SALIDA AUX GR02Y011"
BG :=PAW324
CALL "LIMITES DE AO" //VAPOR
NBITS:=12
OGR :=1.000000e+002
UGR :=0.000000e+000
XA :="GR02Y011/12_Y"
BG :=PAW368
109
10 Anexo 3: Lazos de Instrumentación
Ilustración 93: GR02Y011/Y012 antes de la modificación
110
Ilustración 94: GR02Y011/Y012 después de la modificación
111
Ilustración 95: GR02Y014
112
Ilustración 96: GR02N080
113
Ilustración 97: GR02P013
114
Ilustración 98: GR02T010
115
ILUSTRACIONESIlustración 1: Iteración en el desarrollo del proyecto de mejora ............................ 7
Ilustración 2: Laminadora vacía.......................................................................... 11
Ilustración 3: Laminadora con carga................................................................... 12
Ilustración 4: Rodillo delantero ........................................................................... 12
Ilustración 5: Rodillo delantero. Vista térmica..................................................... 12
Ilustración 6: Rodillo trasero en carga ................................................................ 13
Ilustración 7: Rodillo trasero en carga. Visión térmica........................................ 13
Ilustración 8:Esquema situación inicial rodillo.................................................... 14
Ilustración 9:Rango partido................................................................................. 15
Ilustración 10: Purgador automático ................................................................... 17
Ilustración 11: Control PID rango partido temperatura....................................... 19
Ilustración 12: Graf_Rodillo con masa a 178ºC sin oscilación en la salida.......... 20
Ilustración 13: Graf_Rodillo con masa a 180ºC con oscilación en la salida......... 20
Ilustración 14: Graf_Rodillo en proceso de vaciado total de masa....................... 21
Ilustración 15: Graf_Rodillo con masa y regulador PID lento ............................. 22
Ilustración 16:Relación Presión /Temperatura Vapor saturado ........................... 25
Ilustración 17: Esquema rodillo primera fase automatización ............................. 26
Ilustración 18: Control conversión consigna T->P .............................................. 27
Ilustración 19: Graf_Rodillos en carga Fase primera .......................................... 28
Ilustración 20: Gráfica regulación presión primera fase...................................... 30
Ilustración 21: Grafica regulación correcta en primera fase................................ 30
Ilustración 22: Procedimiento implantación FUZZY............................................ 32
Ilustración 23: Proceso Fuzzificación.................................................................. 37
Ilustración 24: Reglas del proceso de inferencia.................................................. 37
Ilustración 25: Proceso de Defuzzyficación ......................................................... 38
Ilustración 26: Bloques FUZZY CONTROL ++................................................... 39
Ilustración 27: Esquema TEST del SOFT FUZZY ................................................ 41
Ilustración 28: Control FUZZY TEST .................................................................. 42
Ilustración 29: Control en CASCADA.................................................................. 44
Ilustración 30: Control FUZZY en cascada.......................................................... 44
Ilustración 31: Control FUZZY 0. Control P013_SP............................................ 45
Ilustración 32: Gráfica regulación FUZZY 0. ...................................................... 46
Ilustración 33: Gráfica FUZZY 0. Pruebas de forzado......................................... 47
116
Ilustración 34: Gráfica Efecto condensado .......................................................... 48
Ilustración 35: Gráfica corrección efecto condensado ......................................... 49
Ilustración 36. Lazo control Fuzzy Fase 2............................................................ 50
Ilustración 37: Diseño controlador. Fase 2.......................................................... 51
Ilustración 38.: Gráfica arranque Fuzzy. Fase 2.................................................. 52
Ilustración 39: Gráfica inestable por efecto vapor saturado ................................ 53
Ilustración 40: Gráfica pruebas sobre el efecto vapor saturado........................... 54
Ilustración 41: Lazo control Fuzzy Fase 3 ........................................................... 55
Ilustración 42: Diseño controlador. Fase 3......................................................... 56
Ilustración 43: Gráfica regulador Fuzzy. Fase 3.................................................. 58
Ilustración 44: Gráfica Fuzzy fase 3. Pruebas de forzado .................................... 59
Ilustración 45: Gráfica amasadora parada con rodillos con carga ...................... 60
Ilustración 46: Esquema lazo control fase mejora................................................ 61
Ilustración 47: Gráfica de calibración modo trabajo laminadora ........................ 62
Ilustración 48: Control Fuzzy fase mejora ........................................................... 63
Ilustración 49: Gráfica amasadora parada con rodillos llenos ............................ 63
Ilustración 50: gráfica resumen control FUZZY................................................... 67
Ilustración 51: Diapositiva 1 ............................................................................... 70
Ilustración 52: Diapositiva 2 ............................................................................... 70
Ilustración 53: Diapositiva 3 ............................................................................... 71
Ilustración 54: Diapositiva 4 ............................................................................... 73
Ilustración 55: Diapositiva 5 ............................................................................... 74
Ilustración 56: Formas de funciones de pertenencia ............................................ 75
Ilustración 57: Operación Intersección de los conjuntos BAJO y MEDIANOempleando el mínimo ...................................................................................................... 75
Ilustración 58: Operación Intersección de los conjuntos BAJO y MEDIANOempleando el producto .................................................................................................... 75
Ilustración 59: Operación Unión de los conjuntos BAJO y MEDIANOempleando el máximo...................................................................................................... 76
Ilustración 60: Operación Complemento del conjunto BAJO ............................... 76
Ilustración 61: Diapositiva 6 ............................................................................... 77
Ilustración 62: Diapositiva 7 ............................................................................... 78
Ilustración 63: Diapositiva 8 ............................................................................... 80
Ilustración 64: Diapositivita 9 ............................................................................. 81
Ilustración 65: Diapositiva 10 ............................................................................. 82
Ilustración 66: Diapositiva 11 ............................................................................. 82
117
Ilustración 67: Diapositiva 12 ............................................................................. 83
Ilustración 68: Diapositiva 13 ............................................................................. 84
Ilustración 69: Diapositiva 14 ............................................................................. 84
Ilustración 70: Diapositiva 15 ............................................................................. 85
Ilustración 71. Diapositiva 16.............................................................................. 85
Ilustración 72: Diapositiva 17 ............................................................................. 86
Ilustración 73: Diapositiva 18 ............................................................................. 86
Ilustración 74: Diapositiva 19 ............................................................................. 87
Ilustración 75: Diapositiva 20 ............................................................................. 87
Ilustración 76: Diapositiva 21 ............................................................................. 88
Ilustración 77: Diapositiva 22 ............................................................................. 88
Ilustración 78: Diapositiva 23 ............................................................................. 89
Ilustración 79: Diapositiva 24 ............................................................................. 89
Ilustración 80: Diapositiva 25 ............................................................................. 90
Ilustración 81: Diapositiva 26 ............................................................................. 90
Ilustración 82: Diapositiva 27 ............................................................................. 91
Ilustración 83: Diapositiva 28 ............................................................................. 91
Ilustración 84. Diapositiva 29.............................................................................. 92
Ilustración 85: Diapositiva 30 ............................................................................. 92
Ilustración 86: Diapositiva 31 ............................................................................. 93
Ilustración 87: Diapositiva 32 ............................................................................. 93
Ilustración 88: Diapositiva 33 ............................................................................. 94
Ilustración 89: Diapositiva 34 ............................................................................. 94
Ilustración 90: Diapositiva 35 ............................................................................. 96
Ilustración 91: Diapositiva 36 ............................................................................. 96
Ilustración 92: Esquema general del programa S7............................................... 98
Ilustración 93: GR02Y011/Y012 antes de la modificación.................................. 109
Ilustración 94: GR02Y011/Y012 después de la modificación.............................. 110
Ilustración 95: GR02Y014 ................................................................................. 111
Ilustración 96: GR02N080................................................................................. 112
Ilustración 97: GR02P013 ................................................................................. 113
Ilustración 98: GR02T010 ................................................................................. 114
118
TABLASTabla 1: Valoración potencial de mejora ............................................................. 24
Tabla 2: Datos presión / temperatura .................................................................. 28
Tabla 3_ Datos funciones entrada regulador FUZZY fase 3................................. 57
Tabla 4_Datos funciones salida regulador FUZZY fase 3 .................................... 57
Tabla 6: Correspondencia entre operadores de la Teoría de Conjuntos, elÁlgebra Booleana y la Lógica Tradicional ...................................................................... 77
Tabla 7: Tabla de verdad de la implicación lógica tradicional ............................ 79
119
PALABRAS CLAVE
A
ABS, 7
B
BATCH, 7, 115
bypass, 12, 14, 19, 21, 23, 31, 32, 33, 63
Bypass, 13, 115
C
CONTROL EN CASCADA, 41
D
DB, 36, 37, 38, 39
E
efecto condensado, 45, 46
efecto de sobrepresión, 22, 23
efecto vapor saturado, 26, 50, 51, 52
F
FUZZY, 5, 7, 28
K
Kv, 32, 63
L
lazo, 12, 15, 39, 41, 47, 48, 52, 53, 59,60, 63, 65, 115
P
PID, 5, 6, 15, 18, 19, 22, 24, 29, 41, 42,44, 45, 46, 47, 48, 55, 96, 97, 98, 99,101, 102, 103
PLC, 7, 12, 15, 21, 24, 29, 33, 34, 35,36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 45, 48, 52,58, 59, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101,102, 103, 115
Pt100, 12
purgador de bolla, 13
R
rango partido, 12
S
SCADA, 14, 115
SCAN, 36, 39, 95, 97, 115
singleton, 35
T
TAG, 15, 115
120
BIBLIOGRAFÍA[1] Antonio Creus, “Instrumentación Industrial”, Ed. Marcombo, 6ª edición 97
[2] Josep Balcells y Jose Luis Romeral, “Autómatas programables”,Ed.Marcombo, 97
[3] www.fuzzytech.com
[4] Siemens, FuzzyControl++, User´s manual, 98
[5] Article: the computer applications journal (Circuit Cellar INK): “PracticalFuzzy-Logic Design”, 1996
[6] Oscar G. Duarte, artículo “Sistemas de lógica Difusa, Fundamentos”,http://www.geocities.com/[email protected]
[7] Oscar G. Duarte, artículo “Aplicaciones de lógica difusa”,http://www.geocities.com/[email protected]
