Desarrollo del sistema de control de una planta piloto de laboratorio para experimentación de técnicas de control de sistemas de bombeo

Abstract

El proyecto consiste en el desarrollo del sistema de control de una planta piloto de laboratorio que incluirá varios depósitos interconectados, bombas, sensores de nivel, sensores de caudal y válvulas. Dicha planta será utilizada para probar esquemas de control y optimización de sistemas de bombeo. El proyecto incluye la selección de los sensores de nivel y caudal, así como de los actuadores (bombas, válvulas y equipos de control), su prueba y puesta a punto en el laboratorio, y la selección y programación del equipo de control de la planta, que estará basado en un PLC industrial. El equipo de control de la planta deberá poder comunicarse con un ordenador a través de un servidor OPC, de forma que se puedan experimentar de forma simple estrategias de gestión óptima del sistema de bombeo programadas en el ordenador. Una de las claves del sistema será el control en cascada del nivel y el caudal de varios depósitos interconectados. A este respecto, resulta clave la selección y prueba de su correcto funcionamiento de los sensores de nivel y caudal, las bombas con sus amplificadores, y las válvulas. La dificultad estriba en que la planta estará hecha a una escala muy pequeña respecto de las instalaciones reales, y deberá funcionar con una dinámica mucho más rápida (periodos de muestreo del orden de 1 segundo en lugar de 1 minuto), lo que puede ser un inconveniente importante a la hora de medir y controlar el caudal. Para la realización del proyecto, va a ser necesaria la selección y posterior comprobación del correcto funcionamiento de los distintos componentes necesarios para el montaje del experimento, tales como: caudalímetros, sensores de nivel, válvulas direccionales y bombas hidráulicas. Para ello se va a necesitar realizar el montaje de un sistema de bombeo, utilizando depósitos para controlar el nivel del agua, un depósito más grande desde donde se bombeará el agua con las bombas, tubos y todas las posibles conexiones para una correcta distribución de los fluidos. Para la comprobación de los distintos componentes, se usará un Arduino UNO R3 conectado a un PC mediante una aplicación de Java. Con esta plataforma se experimentará con el control de caudal y nivel, verificando el correcto funcionamiento de los sensores y actuadores, empezando las pruebas mediante experimentos en bucle abierto y su posterior ajuste mediante un PID, para así lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo los efectos de las perturbaciones, y comprobación en bucle cerrado. Una vez comprobados los componentes, se seleccionará y programará un PLC industrial con todos los módulos de entrada/salida necesarios para controlar todo el sistema de bombeo, de forma que éste se comunique con un servidor OPC instalado en un ordenador, para que la aplicación de gestión óptima de sistemas de bombeo pueda pasarle fácilmente al PLC las consignas de caudales y niveles, y de forma que se puedan leer los valores de los distintos sensores del sistema.