Lazo Cerrado de Posición

A continuación se detalla una aplicación hidráulica desarrollada en Bi-Yak, consistente en el posicionamiento de un cilindro hidráulico, mediante un lazo cerrado del tipo PID. Para llevar a cabo el control PID se ha utilizado un módulo electrónico de Parker comunmente utilizado en aplicaciones hidráulicas, aunque también podría haberse utilizado un plc convencional con función PID integrada, etc.

La implementación del lazo cerrado de posición incluye los siguientes elementos:

1. Módulo electrónico PID. Su función es gestionar la señal de la válvula proporcional que posiciona el cilindro hidráulico, de acuerdo a una consigna de posición (SP) establecida y el valor de feedback devuelto por el sistema hidráulico (PV), correspondiente a la posición actual del vástago del cilindro hidráulico. Una vez posicionado de acuerdo a la señal de consigna, el módulo PID se asegurará de mantener el posicionamiento del cilindro respecto al valor de consigna (SP) frente a las posibles variaciones del sistema. En nuestro caso, se trata de un modelo PID00A-40X de Parker, correspondiente a un módulo PID.
2. Válvula proporcional. Se trata de un modelo Parker D1FPES0CB9NS00, gobernada con señal de corriente 4-20mA suministrada por el módulo PID.
3. Sensor de posicionamiento. En nuestro caso es un sensor a tres hilos con salida 4-20mA, modelo Balluff BTL7-E100-M0130-B-S32.
4. Cilindro de posicionamiento. Se trata de un cilindro hidráulico fabricado en Bi-Yak, con una carrera de 130 mm.
5. Consigna de posición (SP). En este caso hemos utilizado un potenciómetro resistivo de 10K óhmios conectado al módulo PID, a través de sus pines de tensión -10vdc y +10vdc. La consigna de posicionamiento es, por tanto, un valor de tensión eléctrica, proveniente del pin central de un potenciómetro resistivo. Asimismo podría utilizarse un plc o cualquier otra fuente de tensión o corriente convencional (parametrizando adecuadamente el módulo PID).
6. Visualizador de la posición actual del cilindro (PV) en mm. Para mejorar la interacción con el sistema hidráulico se ha dispuesto de un visualizador digital con entrada de corriente 4-20mA, tarado a la longitud correspondiente a la carrera total del cilindro (130mm).

Las siguientes imágenes se corresponden a los diferentes elementos que intervienen en la aplicación:

Módulo PID

• El módulo PID utilizado en este caso, permite ser parametrizado en aplicaciones hidráulicas de lazo cerrado de posicionamiento, presión y velocidad, parametrizándolo adecuadamente a través del software gratuito suministrado por el fabricante. Otras soluciones alternativas al control PID planteado incluirían un plc con funciones PID integradas, módulos o drivers electrónicos programables de diferentes fabricantes, etc.
  
  Cabe destacar que en la mayoría de aplicaciones PID de posicionamiento, tanto en el caso del módulo utilizado como en el caso de que se hubiera utilizado un plc, etc., es suficiente con parametrizar el valor de la ganancia P, resultando más compleja la parametrización en lazos cerrados de presión y velocidad.





Válvula Proporcional






Control de 4-20mA



• El sensor de posición cierra el lazo con una señal de feedback (lo que comunmente se conoce como variable de proceso del sistema o valor actual, PV), permitiendo la correción necesaria a la salida del módulo PID, en función de las ganancias P,I, D. En este caso se corresponde con un sensor de tres hilos Balluff, 4-20mA.






Sensor de posición



• El cilindro hidráulico utilizado está fabricado en nuestras instalaciones de Bi-Yak en Vitoria-Gasteiz, y tiene una carrera total de 130mm.






Cilindro hidráulico de posicionamiento



• Para nuestro caso, la consigna de posición proporcionada al módulo PID se logra mediante un potenciómetro resistivo de 10k óhmios, alimentado a través del módulo PID Parker. El módulo PID recibe esta señal y la transforma a 4-20mA para gobernar la válvula proporcional.






Consigna de posición mediante potenciómetro



• Para visualizar la posición actual del cilindro hidráulico se ha utilizado un visualizador convencional con señal de 4-20mA, que visualiza la posición actual del cilindro en mm.






Visualizador de posición



• El software gratuito "ProxD" del fabricante Parker permite parametrizar el módulo PID adecuadamente, ajustando la señal de consigna, el rango de señal que gobierna la válvula porporcional, el tipo de sensor que cierra el lazo (PV), así como otros parámetros del proceso.

Software gratuito ProxD