Implementación de un control predictivo para un proceso multivariable de nivel y caudal

Abstract

La presente propuesta tecnológica comprende una metodología para la implementación de un Control Predictivo basado en modelo (MPC) que se establece dentro de la ingeniería de control moderno y que se utiliza como herramienta para la regulación de variables cuando técnicas de control clásicas no han sido capaces de manejar condiciones para la planificar, actuar con anticipación o predecir las acciones del controlador a fin de mantener la o las variables de proceso dentro de rangos aceptables. El resultado experimental de esta propuesta ha sido aplicado a un módulo didáctico para el control de variables de caudal y nivel que ha conllevado la utilización del equipo de control PLC S7-1200 principalmente para recibir señales en voltaje de los sensores y para enviar voltaje al variador de frecuencia iG5A, de la misma manera se ha utilizado el servidor de comunicación KEPServerEX para permitir la interacción entre los softwares TIA Portal y la herramienta Simulink de MATLAB, estos han sido ocupados fundamentalmente para el escalamiento de señales y para enviar datos ocupados en el diseño del modelo del controlador MPC; el cual parte con la obtención de ecuaciones en espacio de estados de cada variable, que incluye etapas de: adquisición de datos, procesamiento de datos, modelamiento y validación. Una vez realizado esto se procede a simular el comportamiento del controlador en lazo abierto, con el fin de obtener ajustes de sintonización como: horizonte de control, predicción y tiempos de muestreo. Finalmente se implementa el controlador a los procesos reales de la planta. Este controlador fue comparado con un control proporcional integral derivativo (PID) sintonizados de forma agresiva para ratificar sus características en iguales condiciones, en cuanto a: tiempos de retardo, tiempos de asentamiento, tiempos de levantamiento, porcentajes de sobre impulso y estabilidad. Dando como resultado que el parámetro más evidente al utilizar el control MPC es el de sobre impulso tanto para el proceso de caudal como para nivel, presentando un porcentaje de 1.57% y 1.20% respectivamente. Sin embargo, la mejor estabilización se aprecia en el MPC; ya que el control PID presenta oscilaciones más notorias.