Diseño e Implementación de Estrategias de Control Avanzado sobre Plataforma Labview para un Sistema de Calentamiento Inductivo de Fluídos

Abstract

En esta memoria se describen los fundamentos, procedimientos y resultados obtenidos en la implementación de un conjunto de estrategias de control de temperatura sobre una plataforma de automatización industrial. Este desarrollo fue aplicado a una planta piloto de calentamiento inductivo de fluidos de pasada (PPCI) con aplicaciones directas en procesos de Biolixiviación. El principal objetivo del trabajo es obtener una implementación de un sistema de control que sea robusto frente a las perturbaciones medioambientales propias de un contexto de montaña. Este trabajo se enmarca en el proyecto FONDEF D05I10098 “Mejoramiento de Operaciones de Biolixiviación de Minerales de Cobre y Electro-Obtención en Plantas a Gran Altura Mediante Calentamiento de Soluciones por Inducción Magnética”, donde participan la Universidad de Chile, la Universidad Técnica Federico Santa María, IDT S.A. y AngloAmerican Chile.

Las estrategias de control aquí implementadas y evaluadas comparativamente fueron 3: Control PI Tradicional, Control PI Fraccionario (FOPI) y Control Adaptable Combinado por Referencia a Modelo (CMRAC). De este último esquema se desarrollaron 2 versiones para procesamiento en tiempo discreto: una basada en la discretización de la formulación de tiempo continuo de la estrategia (CMRAC-C) y otra a partir de la formulación en tiempo discreto de la estrategia (CMRAC-D). La implementación se realizó en un controlador industrial NI compact FieldPoint programado en ambiente LabView, esto con el fin de contar con una plataforma tecnológica de control confiable bajo condiciones de operación ambientales adversas.

La metodología aplicada comenzó con la programación de las estrategias de control en la plataforma industrial. Luego, se probó su correcta implementación aplicándolas a una planta de prueba, consistente en un motor de inducción manejado por un variador de frecuencia, manipulando este último con el controlador. Los resultados obtenidos en esta planta fueron utilizados para realizar de forma iterativa correcciones y ajustes a la implementación, validando su funcionamiento. Hecho esto, se procedió a probar las estrategias en la PPCI, comparando el desempeño de cada estrategia discutiendo sobre cuál es la más adecuada para las condiciones de operación requeridas. Producto del proceso de corrección iterativo en la planta de prueba se detectaron problemas con la implementación discreta del operador integro-diferencial fraccionario, necesario para la aplicación de la estrategia FOPI. Al utilizar una ventana de datos, la información que se pierde resulta relevante, obteniéndose resultados deficientes. Se propuso una forma de aproximar dichos datos perdidos prolongando el período de validez del resultado, lo que se traduce en un mejoramiento considerable en el cálculo de la acción de control de la estrategia FOPI. Esta aproximación fue validada mediante simulaciones aplicándose a algunos sistemas sencillos y probada experimentalmente en la planta de prueba.

Los resultados obtenidos permiten concluir que, para un punto de operación particular, con cualquiera de las estrategias de control estudiadas puede obtenerse un buen seguimiento de referencia. En estas condiciones, el comportamiento obtenido con las estrategias adaptables es considerablemente más lento que aquel obtenido con los controladores lineales PI tradicional y FOPI. Esto debido a que existe un retardo importante en la lectura de temperatura de la planta, lo que determina una mayor lentitud en la estimación de los parámetros adaptables. Sin perjuicio de lo anterior, las estrategias adaptables aplicadas presentaron comportamientos más robustos que las de parámetros fijos frente a cambios en las condiciones ambientales, lo que determina que potencialmente estas estrategias sean las más adecuadas para la operación del equipo en contexto de montaña. Con respecto a la comparación entre las dos implementaciones realizadas de la estrategia CMRAC, se mostró que con ambas estrategias fue posible obtener resultados de similar desempeño. Tomando en consideración que la versión CMRAC-C es considerablemente más simple y rápida de implementar que la CMRAC-D, además de ser conceptualmente más intuitiva, se sugiere utilizar la primera en el prototipo semi-industrial de 500KW que se esta construyendo dentro del proyecto FONDEF D05I10098.