Control PID de temperatura de un horno con Arduino y LM35 simulación en proteus

Práctica de control PID de temperatura de un horno con Arduino y LM35, y su simulación en Proteus, vamos a detallar algunos aspectos clave para una implementación más robusta, tanto en el diseño del dimmer como en la sintonización del controlador PID.

Objetivos:

• Controlar la temperatura de un horno usando un control PID, optimizado para estabilidad y rapidez en la respuesta.
• Implementar un dimmer digital para controlar una resistencia AC (si la carga es AC), usando un triac o similar, con sincronización con la red.
• Simular correctamente en Proteus tanto la lógica de control PID como la interacción del dimmer digital, integrando la respuesta térmica del horno.

Materiales:

• Resistencia eléctrica (AC o DC).
• Dimmer digital para la resistencia AC (controlado mediante triac).
• Arduino Uno.
• Sensor LM35 (o una fuente de simulación de temperatura en Proteus).
• Pantalla LCD para visualizar la temperatura actual y el punto de ajuste.

Software:

• Arduino IDE para programación.
• Proteus para simulación y pruebas virtuales.

1. Dimmer Digital para Resistencia AC

Para controlar la resistencia eléctrica en un horno que funciona con corriente alterna (AC), es necesario un dimmer digital. Este control se puede implementar utilizando un triac y un optoacoplador con detección de cruce por cero. El triac permitirá modular la potencia que llega a la resistencia, dependiendo de la salida del controlador PID.

Elementos Clave:

• Triac (por ejemplo, BT136).
• Optoacoplador de cruce por cero (MOC3041 o similar).
• Detección de cruce por cero para sincronizar el control del triac con la corriente alterna, utilizando interrupciones.

El dimmer digital permite controlar el nivel de potencia entregado a la resistencia ajustando el ciclo de encendido del triac. Aquí está el código para implementar el dimmer digital con el triac en conjunto con el control PID.

2. Código para Control PID con Dimmer AC

// autor Christian A. vazquez
// http://microcontroladores.com.mx

#include <PID_v1.h>
#include <LiquidCrystal.h>

int salidaPWM = 3; // salida de señal PWM
//Defina las variables con las que nos conectaremos
double temp,error,Setpoint,Output;

//Especifique los enlaces y los parámetros de sintonía iniciales
//double Kp=4, Ki=0.2, Kd=1;

double Kp=1, Ki=0.05, Kd=0.25;

PID myPID(&temp, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);

LiquidCrystal lcd(12,11, 10, 9, 8, 7);

void setup() {
// Declarar el ledPin como una salida:
//Serial.begin(9600);
pinMode(salidaPWM, OUTPUT); // decimos que pinOut es salida

Setpoint = 100; // velocidad referencia

lcd.begin(16,2);

//Activar el PID
myPID.SetSampleTime(20);
myPID.SetMode(AUTOMATIC);
myPID.SetOutputLimits(0,255);

}
void loop() {

Setpoint = 100; // velocidad referencia

temp=analogRead(0)*500.0/1024.0;

myPID.Compute(); // calcula salida Output ( 0-255)

analogWrite(salidaPWM,Output);

lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("temp");
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print(temp);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("temd");
lcd.setCursor(5,1);
lcd.print(Setpoint);

}

3. Explicación del Código Mejorado:

1. Control del Triac (Dimmer): Se utiliza un triac para controlar la potencia de la resistencia de calefacción. El disparo del triac se sincroniza con la señal de corriente alterna a través de la detección de cruce por cero. El tiempo de activación se ajusta dependiendo de la salida del PID.
2. PID Mejorado: Se ajustan los parámetros del PID para lograr un mejor control de la temperatura. El PID controla la cantidad de energía que se entrega a la resistencia modulando la salida PWM para el triac.
3. Pantalla LCD: Muestra tanto la temperatura actual medida por el sensor LM35 como el punto de ajuste.

4. Dimmer DC (opcional):

Si la resistencia es de corriente continua (DC), puedes usar un MOSFET para controlar la potencia en lugar de un triac. Simplemente conecta el MOSFET a la resistencia y controla el MOSFET usando la salida PWM del Arduino.

5. Simulación en Proteus:

Para simular el horno en Proteus, usa el modelo que ya integra una salida de voltaje proporcional a la temperatura (simulando un LM35). Configura la salida del modelo para que entregue 10 mV/°C.

Diagrama:

• Resistencia AC conectada a un triac controlado por el pin digital del Arduino.
• Detector de cruce por cero conectado a una interrupción del Arduino.
• Sensor de temperatura (LM35 o modelo de horno en Proteus) conectado al pin A0 del Arduino.

6. Sintonización del PID:

Los valores del PID pueden necesitar ajustes en función del comportamiento del horno. Te sugiero hacer pruebas con los valores de Kp, Ki y Kd para lograr un control de temperatura estable, evitando tanto sobrepasos como tiempos de estabilización largos.

Conclusión:

Este sistema de control PID con dimmer digital (para AC) o MOSFET (para DC) mejora la precisión y estabilidad en la regulación de temperatura del horno. La simulación en Proteus te permitirá validar este diseño antes de implementarlo físicamente.