Modelado, simulación y diseño de un banco de pruebas aplicado a un controlador de ciclos usado en un sistema de calentamiento instalado en una plataforma costa afuera Translated title: Modelling, simulation and test bench design applied to integral-cycle controller used on heating system installed in offshore platform

Abstract

El método de control de ciclos completos o “disparo por ráfagas” es una estrategia adecuada in aplicaciones de calentamiento, donde la potencia transferida a elementos resistivos es controlada por regulación de ciclos completos ON-OFF de la fuente de suministro. El método es apropiado para cargas de alta inercia tal cual a los calentadores industriales. El calentador de Glicol instalado en la plataforma costa afuera es usado para evaporar el agua contenida en el gas recirculado. El sistema trabaja basado en control de ciclos pero con un patrón de frecuencia variable cuando la señal de referencia es ajustada. Aunque es un diseño con una topología muy simple, desafortunadamente son desconocidos algunos aspectos técnicos: estructura en bloques, diagrama electrónico del circuito, estrategia de control, ecuaciones y una metodología enfocada para desarrollar pruebas en el laboratorio. En este artículo, en primer lugar, es discutida la descripción global de la unidad de control. Segundo, cada etapa es modelada acorde a términos de funcionalidad: circuito de sincronización, el detector de voltaje cero y la unidad de temporizado donde son calculados los intervalos de conexión y desconexión, inherentes al método de control. Tercero, son mostrados los resultados de la simulación tomando en cuenta cada etapa separadamente y evaluando todo el sistema. Cuarto, el comportamiento experimental es examinado usando un prototipo efectivo para evaluar el controlador. Quinto, las simulaciones con PSpice y las pruebas experimentales son discutidas para verificar la vialidad del análisis teórico. Por último, un arreglo con un controlador lógico programable es propuesto como una posible opción para reemplazar la unidad analógica.

Translated abstract

Integral-cycle or burst firing method is a strategy suited in heating applications, where power transfer to the resistive elements is controlled by regulation whole cycles ON-OFF of supply voltage. This method is appropriate for high-inertia load such as industrial heaters. Heater-Glycol installed in off-shore platform is used to evaporate the water contained on the recirculated gas. This system works based on integral-cycle principle but to variable frequency pattern when reference signal is adjusted. Although is a design with a very simple topology, unfortunately are unknown some technical aspects: block structure, circuit schematic diagram, control strategy, equations and a methodology focused to develop laboratory tests. In this paper, first, an overall description of control unit is discussed. Second, each stage is modeled according functionality terms: synchronization circuit, voltage zero detector and timing unit where are computed intervals both connection and blocking inherent to the control method. Third, simulation results are showed taking account each stage separately and evaluating whole system. Fourth, experimental behavior is examined using an effective prototype to evaluate it controller. Fifth, PSpice simulations and experimental tests are discussed to verify the viability of theoretical analysis. At last, an array with a programmable logic controller is proposed as a possible option to replace the analog unit.