Laboratorio virtual para el control de la planta multiprocesos basado en LabView

Abstract

La planta multiprocesos, como su propio nombre indica, es un sistema en el cual se pueden llevar a cabo varios procesos a la vez, tales como el control de temperatura mediante resistencias térmicas e intercambiadores de calor, o el control de nivel. Se trata de un sistema muy atractivo desde el punto de vista académico, pues pone de manifiesto comportamientos propios de sistemas de control presentes en la industria actualmente, además de dar la posibilidad a los alumnos de poner en práctica técnicas de control multivariable, y trabajar con un sistema que presenta retardo en ciertos procesos. El proyecto que aquí se describe consiste en la creación de un laboratorio virtual basado en el Software LabView, de forma que, mediante una interfaz gráfica sencilla realizada en dicho entorno de programación, se da la posibilidad al usuario de interactuar con la planta para realizar ensayos de identificación y control. Este trabajo consta de varias etapas que a continuación se exponen. El primer paso ha sido diseñar un caso de estudio en el cual se ha propuesto una configuración para el sistema de control. Con el fin de conseguir que el sistema trabaje de forma óptima, se han analizado distintos puntos de operación de las variables del mismo. De esta forma, mediante Matlab Simulink, se han llevado a cabo experimentos de identificación y control sobre la planta para elegir qué punto de operación es más conveniente para nuestro propósito, y se ha comprobado que la configuración elegida es adecuada. Con el emparejamiento de variables elegido, y mediante un experimento de control multivariable descentralizado, se ha validado todo lo anterior. El siguiente paso realizado ha consistido en el diseño en LabView de una interfaz gráfica para identificación y control que actúa sobre los modelos lineales identificados anteriormente, implementados también en este Software. Este programa tiene como finalidad que el usuario se familiarice con la interfaz de forma previa, teniendo la posibilidad de realizar ensayos de identificación y control sobre los modelos, sin necesidad de estar conectado a la planta. Para validar que la implementación es correcta, se han realizado pruebas de funcionamiento sobre la interfaz. Posteriormente, se ha diseñado un nuevo programa en el que se han sustitutido los modelos lineales por el sistema real. Para ello, se ha establecido la comunicación entre LabView y la planta vía OPC, y, al tratarse de un sistema real, se ha implementado el arranque y la puesta en el punto de operación del mismo para asegurar un funcionamiento óptimo y la validez de los ensayos. Debido a ciertos problemas técnicos, sólo ha sido posible validar algunas partes de la implementación mediante ensayos. Por último, se ha creado una guía de usuario con el objetivo de aclarar el funcionamiento de los programas de una forma cómoda y sencilla, facilitando así el manejo y la utilización de los mismos.

The multiprocess plant, as its own name says, is a system in which several processes can occur at the same time, such as the temperature control by using termic resistances and heat exchangers, or the level control. It is a very attractive system from the academic point of view, as it shows typical behaviours from control systems present in the industry today, in addition to giving the possibility to the students to practice multivariable control techniques, and working with a system which show delays in some processes. The project described here consists in the creation of a virtual laboratory based on the LabView Software, so that, by using a simple graphical interface made in that programming environment, the user is given the possibility of interacting with the plant to perform identification and control tests. This work consists of several stages wich are exposed below. The first step has been designing a case study in wich it is proposed a configuration for the control system. In order to make the system work optimally, different operating points of the variables of the system have been analyzed. In this way, through Matlab Simulink, some identification and control experiments have been permorfed in the plant for choosing the most convenient operating point for our purpose, and it has been proved that the chosen configuration is suitable. With the pairing of variables chosen, and through a multivariable descentralized control experiment, all of the above has been validated. The next step has been the design in Labview of a graphical interface for identification and control that acts on the linear models identificated previously, also implemented in this Software. This program is intedend for the user to familiarize themselves with the interface in advance, having the possibility of making identification and control tests on the models, without the necessity of being connected to the plant. To validate that the implementation is correct, test run have been performed on the interface. Subsequently, it has been added a new program in wich the linear models have been replaced by the real system. For this, the communication has been stablished between LabView and the plant via OPC, and, as it is a real system, it has been implemented the start-up and put in the operating point to ensure an optimal working and the validity of the essays. Due to certain technical problems, it has only been possible to validate some parts of the implementation through essays. Finally, it has been created a user guide in order to clarify how the programs work in a confortable and simple way, in order to make it easier the handling and use of these.