practica

Modelado, simulación
e identificación de
un proceso térmico

Práctica 2
Curso 2012/2013
Sistemas Automáticos (Cod: 11407)
Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
ETSII

Cap´
ıtulo 1

Objetivos
Las tareas asociadas a esta sesi´n de pr´cticas pretenden:
o
a
1. Consolidar los conocimientos de simulaci´n adquiridos en la pr´ctica anterior.
o
a
2. Practicar el modelado ysimulaci´n de un proceso t´rmico.
o
e
3. Realizar la identificaci´n experimental de los par´metros de un modelo planteando un problema
o
a
de optimizaci´n.
o
4. Determinar la validez de unos datos para identificaci´n.
o
5. Aprender a validar un modelo obtenido experimentalmente.
6. Consolidar los conceptos de punto de equilibrio (o pto de funcionamiento), modelo lineal y nolineal,linealizaci´n.
o
7. Comparaci´n del modelo no lineal y lineal de un proceso.
o

1

Cap´
ıtulo 2

Trabajos previos
2.1.

El proceso t´rmico
e

La maqueta que se utiliza para el ensayo simula el comportamiento de un horno pero a escala
reducida. Para simular los procesos de calentamiento/enfriamiento de un horno, se disipa m´s o menos
a
energ´ el´ctrica en una resistencia de potencia.ıa e

Figura 2.1: Fotos puesto de trabajo proceso t´rmico.
e
El proceso est´ compuesto por varios elementos (ver figura 2.2 y 2.1):
a
2

Accionador (Fuente CC regulable por tensión)

Alimentación (Fuente CC regulable)
Red

+5V, 1A
_

A

V
TensiÛn

Red

Intensidad

A

V
TensiÛn

Intensidad

+15V, 1A
_

_

_

+

_

+

+

GND

Alimentación 24Vcc
Tensiónaplicada al horno

Tensión de control

ALIMENTACI”N
24 V
_

RESISTENCIA HORNO
0 - 24 V

+

Proceso (Horno)

Ventilador
Resistencia

Canal A/D
GND

Canal D/A
GND

Canal 0

Canal 0

Canal 1

Canal 1

Sensor de temperatura
(Termopar tipo K)

4
3

+

+

+

2
_

SENSOR
V TERMOPAR

_

Acondicionador de señal
(transmisor tipo K -> 4-20mA)

_SENSOR
SONDA TIPO K

V. VENT.

1

Selector de la velocidad
del ventilador

0
VEL. VENT.

Medida de temperatura

Placa de conexiones de la
Tarjeta de adquisión de datos
(Conexión de señales con el
ordenador)

Figura 2.2: Esquema del proceso.
1. Proceso t´rmico. Una caja de pl´stico que cubre una resistencia de potencia y que tiene instalado
e
a
un ventilador. Simula elcomportamiento de un horno a escala reducida. La temperatura del
horno depende de la energ´ disipada por la resistencia y de la temperatura exterior. La potencia
ıa
suministrada por la resistencia depende de la intensidad que circula por ella. Por otra parte,el
ventilador introduce continuamente aire proveniente del exterior cuya temperatura es menor o
igual que la del aire que contiene la caja.
2.Accionador. Un dispositivo amplificador de potencia. Se utiliza para suministrar la intensidad
necesaria a la resistencia. La intensidad que circula por la resistencia depende del voltaje de la
entrada a este elemento.
3. Sensor. Un sensor de temperatura que se utiliza para medir la temperatura en el interior de la
caja. En este caso el sensor utilizado es un termopar de tipo K.
El sensorproduce una se˜al el´ctrica proporcional a la temperatura, esta se˜al se pasa por un
n
e
n
circuito acondicionador (transmisor tipo K, 4-20mA). Para poder realizar la lectura con el ordenador la medida en miliamperios se debe convertir a tensi´n, para ello se a˜ade una resistencia
o
n
de precisi´n de 500Ω en serie con el circuito 4-20mA. La medida de la temperatura (en voltios)
o
se toma enbornes de esta resistencia.
El circuito acondicionador para la sonda tipo K est´ calibrado para un rango de [−50 · · · 250]o C,
a
para ese rango se tiene un intervalo de medidas [2 · · · 10]V .
4. Alimentaci´n. Se trata de una fuente de alimentaci´n que suministra la energ´ necesaria para
o
o
ıa
el funcionamiento del sensor y del ventilador.

3

5. Tarjeta de adquisici´n de datos....