Control de Temperatura con PID.

Materia: Teoria de Control

Profesor: Andrés Manuel Ávila

“Proyecto Final”

Control de Temperatura con PID

Antonio Rolón Chavez

Josue Paredes Salazar

Abraham Vinicio Zavala Miranda

Eduardo Contreras Castillo

28/ Abril /2016

      DESCRIPCION DEL PROYECTO

Objetivo: Mediante los conocimientos obtenidos durante el curso diseñar un control PID capaz de mantener la temperatura dentro de un espacio determinado.

En el actual cuatrimestre al cursar la materia Transferencia de Calor y la materia de Teoría de Control, decidimos crear un proyecto donde llevaramos a cabo conocimiento de ambas materias, ya que nos llamo mucho la atención lo visto sobre los cambios de termperatura, las formas en que se transporta la energia a travez del calor por medio de la conducción, la convección y la radiación.

En cuanto a la temperatura, es una magnitud física que tanto en el ámbito doméstico e industrial es interesante controlar para tener un mayor confort y eficiencia energética. El control se puede realizar tanto manual (control en lazo abierto) como automático (control en lazo cerrado).

El control en lazo abierto es un control de encendido-apagado, en nuestro caso sería para calentar una habitación, un calentador se enciende o se apaga. En control en lazo cerrado se tiene un controlador que compara la variable (temperatura que se mide con un sensor) con la referencia, temperatura que se quiere tener en la habitación, y convertir el error que resulta en una acción de control para reducir el error.

DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL

A continuación, se mostrará los conceptos básicos para entender el sistema de control:

[pic 1]

Variable controlada: Temperatura (°C)

Variable manipulada: Cambio de intensidad y voltaje en los actuadores para desempeñar sus funciones

Controlador: Microcontrolador o Arduino, que en conjunto a los transistores (TIP-31C) recibe señales de valores de temperatura, los cuales controlan el voltaje en las variables manipuladas para mantener una temperatura.

Actuador: Bulbo (para generar calor) / Ventilador (para contrarrestar el calor). Mediante la intensidad de voltaje que reciben estos actuan para desempeñar sus funciones que generan transferencia de calor.

Sensor: LM-35 Dispositivo analogico que recibe temperatura y entrega voltaje.

Planta: Cuarto o cápsula donde esta instalado el sistema de calefacción y/o ventilación.

DESCRIPCIÓN DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES

Controlador:

Arduino UNO ($450) es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una sencilla placa con entradas y salidas, analógicas y digitales, en un entorno de desarrollo que está basado en el lenguaje de programación Procesan.

     Fabricante: Shenzhen Jiayuan Electronic Co., Ltd.

[pic 2]

Transistores (TIP-31C) ($12 c/u)  pequeño dispositivo semiconductor que cierra o abre un circuito o amplifica una señal; se emplea en circuitos integrados para generar bits (ceros y unos).

      Fabricante: Mouser Electronics

[pic 3]

Actuadores:

Bulbo ($39) y Socket ($44) Funcionamiento con corriente directa, bipolar; Voltaje nominal de operación 12V – 18W. Aparato que funciona dentro de nuestro sistema encargado de generar calor, este dependiendo del voltaje que recibe.

[pic 4]

Ventilador ($25) Funcionamiento con corriente directa, Voltaje nominal 12 V. Dentro del sistema es el encargado de disipar el calor en exceso.

[pic 5]

Sensor:

Sensor LM-35 ($39) es un sensor de temperatura de  alta precisión. Tiene una salida de voltaje lineal, la cual siempre mantiene la misma relación (10mV/ºC).

Fabricante: National Semiconductor (NYSE:NSM)

[pic 6]

Características:
- Rango de Medida: -55ºC~150ºC
- Función de transferencia: 10.0mV/ºC
- Rango de trabajo: -55º a 150º Celsius
- Voltaje de alimentación: 4~30VDC
- Consumo de corriente: 60 µA

Planta:

Basicamente nuestra planta es una capsula donde se mantiene la temperatura que esta siendo controlada por los actuadores, que ademas de ellos, tenemos como base un protoboard de tamaño pequeño (30 divisiones nodales) donde esta montado el sensor y el generador de calor.

Materiales:

• Vaso de plástico transparente cap. 1L
• Protoboard
• Base

Fabricante: Ningbo Zhongbo Photovoltaic Technology Co., Ltd.

[pic 7]

DESCRIPCIÓN DE ALGORITMOS DE CONTROL UTILIZADOS.

El programa para nuestro sensor es el siguiente:

float temperatura = 1; //variable para la temperatura

void setup(){

 Serial.begin (9600); //inicia comunicacion serial

}

void loop(){

//Calcula la temperatura usando como referencia 5v

temperatura = (5.0 * analogRead(0)*100.0)/1023.0;

Serial.println (temperatura); //escribe la temperatura en el serial

delay (500); //espera 3 segundos para la siguiente medicion

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