Diseño de un control inalámbrico del nivel y de la temperatura para el proceso tanque con agua

Abstract

En la actualidad, los métodos de control cableados predominan en el mercado de procesos industriales. Estos métodos poseen mayor eficiencia en comparación a las redes inalámbricas. No obstante, las redes inalámbricas también poseen ventajas que sus contrapartes cableadas no poseen. Por ejemplo, la comunicación inalámbrica no presenta conexiones físicas. Por ende, son capaces de agilizar los procesos industriales que involucran cableado excesivo. Las redes inalámbricas ahorran costos en mantenimiento a las empresas. Finalmente, permiten la comunicación remota entre dos o varios puntos que resultan difíciles de conectar físicamente. Esta tesis se enfoca en el diseño e implementación de sistemas de control inalámbricos para regular la temperatura y el nivel de un tanque de agua ubicado en una planta de estudio multipropósito. El método de control usado es el PID (Proporcional, Integral y Derivativo) y el PI (Proporcional, Integral) debido a su simplicidad y uso común en la industria de automatización. La comunicación inalámbrica se realiza mediante una WLAN (Red de Área local Inalámbrica de 5 GHz. Los módulos inalámbricos SCALANCE fueron utilizados para la topología junto al protocolo de Profinet inalámbrico. Los sistemas de control fueron implementados en el Laboratorio de Automatización Industrial de UTEC (Universidad de Ingeniería y Tecnología), para su uso como material de estudio. Los resultados obtenidos muestran mejor rendimiento por parte de los sistemas de control cableados con respecto a tiempo de estabilización, porcentaje de sobreimpulso y error en estado estable. Los controles inalámbricos pueden presentar un mejor tiempo de estabilización, pero sacrificando otras propiedades como el error y el sobreimpulso. Se observo que el control inalámbrico puede perder comunicación en procesos demasiado largos.

Today, wired control methods reign in the industrial process market. These methods are efficient compared to wireless networks. However, wireless networks have advantages that their wired counterparts do not: Wireless communication does not have physical connections. Hence, they are capable of streamlining industrial processes hampered by excessive cabling. Wireless networks also save companies maintenance costs. And finally, they allow remote communication between 2 or more distant points that are difficult to connect physically. This thesis focuses on the design and implementation of wireless control systems for regulating the temperature and level of a water tank located in a multipurpose study plant. The control method used is the PID (Proportional Integral and Derivative) and the PI (Proportional Integral) due to its simplicity and common use in the automation industry. Wireless communication is established through the use of a 5GHz WLAN. The SCALANCE W774 and SCALANCE W734 wireless modules were used for topology creation together with their wireless Profinet function. The control systems were implemented in the automation laboratory of UTEC (University of Engineering and Technology), for use as study material in automatic control courses. The results obtained demonstrate a higher performance by the wired control systems. Wireless controls tend to have a better settling time, but always sacrificing other critical properties such as error and overshoot. In addition, it was observed that the wireless control can lose communication in long processes.