laminación
1 . INTRODUCCIÓN
En una línea de laminación en caliente , los hornos de recalentamiento cumplen con la función de incrementar , tan uniformemente como sea posible , la temperatura de los planchones , barras , etc . de acero a niveles apropiados para su laminación . En APM , la temperatura del acero en los hornos es calculada por medio de un modelo matemático conocido como modelos de nivel 2 , el cual , a través de la diferencia entre la temperatura deseada y la obtenida establece referencias de temperatura a seguir en las diferentes zonas del horno por el nivel 1 , basado en las curvas de calentamiento definidas de acuerdo a los diferentes tipos de acero y sus prácticas de calentamiento , prioridades de acero , dimensiones finales , nivel de porcentaje de producción , etc .
El nivel 1 es una composición de controles de temperatura , de flujo aire y gas , que buscan mantener la variable de proceso controlada con respecto a los setpoints de temperatura en las diferentes zonas en el horno ; bajo condiciones de operación , el comportamiento de la temperatura se aprecia como no lineal para una determinada escala de tiempo . Esto debido principalmente a los factores externos que influyen directamente en la producción , por ejemplo , ritmos de empuje , temperatura de los planchones al ingreso del horno , paros en la línea de producción no programados , malas estimaciones en los tiempos de demoras , etc .
El control de temperatura , al recibir las referencias de temperatura provenientes del modelo , ajusta los porcentajes tanto de flujo de aire , como de gas . La relación de flujo aire-gas , varía de acuerdo a la necesidad de aumentar o reducir la temperatura . Sin embargo , la respuesta en ocasiones no es la deseada , ya que existen inercias o sobre impulsos que impiden desarrollar un tiempo de establecimiento corto , lo que conlleva a un consumo de gas mayor al necesario .
Dado lo anterior , se requiere suavizar el comportamiento del flujo de aire-gas , para mantener una temperatura estable , con una respuesta lo suficientemente rápida para no afectar las condiciones dentro del horno y sin aumentar los actuales niveles de oxidación en el acero . Aunado a esto , las condiciones reales del proceso introducen importantes restricciones , tales como disturbios o variación en los parámetros de los sistemas . Estas restricciones , pueden llevar a la falla de los sistemas de control clásicos . Es así , que los bloques de control PID ( proporcional-integral-derivativo ) regularmente usados en la industria , demandan de un buen ajuste para lograr tanto la precisión y la velocidad de respuesta deseadas . Es decir , la obtención de un comportamiento convergente está en función de parámetros iniciales .
Una solución a estos inconvenientes , lo representan las técnicas de control difuso . Un sistema difuso de control es un sistema experto en tiempo real , implementado a partir del conocimiento derivado de la experiencia . El control difuso puede ser visto como una manera heurística y modular de definir sistemas identificados como nolineales .
Para su desarrollo , el proyecto se dividió en dos etapas :
Etapa 1 . Comprende el análisis concreto de las características de control de temperatura de ambos hornos , con el objetivo de establecer un análisis comparativo entre el control PID convencional y el controlador difuso tipo PD ( proporcional-derivativo ) propuesto .
Etapa 2 . Comprende el desarrollo e implementación de los controladores difusos .
El presente documento se estructura de la siguiente manera : en la sección de antecedentes se clarifican algunos de los conceptos y técnicas que se emplean en este estudio . Posteriormente , en la sección de desarrollo , se expone la modelación de los controladores convencionales PID con los que actualmente se trabaja en la línea de laminado en caliente de APM y se explica el diseño del controlador difuso PD propuesto , así como las pruebas comparativas . En la siguiente sección se describen brevemente los procedimientos seguidos para la implementación . Se concluyen con los resultados obtenidos del proyecto .
2 . Antecedentes 2.1 Sistemas Difusos
Se denominan sistemas difusos a aquellos sistemas basados en lógica difusa . Estos sistemas son usados para aproximar descripciones de procesos que son muy complejos para modelarlos de manera precisa . Existen tres tipos de sistemas difusos :
• Sistemas difusos puros .
• Sistemas difusos Takagi-Sugeno-Kang ( TSK ).
• Sistemas difusos con difusificador y con desdifusificador . Este tercer tipo de sistemas difusos le agrega un difusificador y un desdifusificador al sistema puro . El difusificador transforma un valor real de entrada a un conjunto difuso , que es a su vez suministrado posteriormente a la máquina de inferencia . Ésta asocia los conjuntos difusos obtenidos por el difusificador en otros conjuntos difusos y administra la manera en la que las reglas son activadas y combinadas . De la mis-
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