Virtual reality application of an enclosed tank as a teaching module for automatic control

• Cando Sangoquiza, César Darío ; Morales Chicaiza, Willian David ; Mullo Mullo, Edison Guillermo ; Mañay, Edison ^[1]
  1. [1] ASingenieria
• Localización: Revista Odigos, ISSN-e 2697-3405, Vol. 4, Nº. 2, 2023, págs. 9-28
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Aplicación de realidad virtual de un tanque cerrado como un módulo de enseñanza para el control automático
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• Resumen
  • español

    En el campo de la ingeniería ha surgido la realidad virtual (VR) como una opción de capacitación para que los estudiantes generen habilidades prácticas en el control automático de procesos. El artículo expone una aplicación de VR de un tanque cerrado, que permite introducir estrategias de control de la variable presión, haciendo uso de un microcontrolador y un ordenador. Se logró implementar la interfaz de VR en Unity con el diseño tridimensional de la planta que se muestra al usuario en el monitor de la computadora, el modelo matemático que caracteriza el comportamiento dinámico del proceso y la estrategia de control PID se estableció en el módulo Arduino Uno. La comunicación entre el Arduino y la PC se estableció por medio del protocolo RS-232. El entorno VR consta de un panel para la selección y conexión serial con el Arduino, también con entradas que permite evaluar la estrategia de control como el SetPoint (SP) y la válvula manual (a2), que es el actuador para introducir perturbación al modelo. Con el SP ingresado al sistema de control con perturbaciones de 20, 60 y 90%, el control PID tuvo un buen rendimiento con errores en estado estacionario mínimos. El comportamiento dinámico del proceso se visualiza en el entorno VR con el movimiento del vástago de la válvula de control (a1), se visualiza la variable de proceso (PV) en el transmisor PIT 100-A y las tendencias de las variables (SP, PV y CV). La propuesta puede ser replicada a otros procesos y a variables diferentes como nivel, flujo, etc.

  • English

    In the field of engineering, Virtual Reality (VR) has emerged as a training option for students to generate practical skills in automatic process control. The article presents a VR application of a closed tank, which allows the introduction of control strategies for the pressure variable, using a microcontroller and a computer. The VR interface was implemented in Unity with the three-dimensional design of the plant shown to the user on the computer monitor, the mathematical model that characterizes the dynamic behavior of the process and the PID control strategy was established in the Arduino Uno module. Communication between the Arduino and the PC was established via RS-232 protocol. The VR environment consists of a panel for the selection and serial connection with the Arduino, also with inputs that allows to evaluate the control strategy as the SetPoint (SP) and the manual valve (a2), which is the actuator to introduce disturbance to the model. With the SP entered to the control system with perturbations of 20, 60 and 90%, the PID control performed well with minimal steady state errors.  The dynamic behavior of the process is visualized in the VR environment with the movement of the control valve stem (a1), the process variable (PV) is displayed on the PIT 100-A transmitter and the trends of the variables (SP, PV and CV). The proposal can be replicated to other processes and different variables such as level, flow, etc.