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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