planta didÁctica para instrumentaciÓn y control...
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PLANTA DIDÁCTICA PARA INSTRUMENTACIÓN
Y CONTROL
DIDACTIC PLANT FOR INSTRUMENTATION
AND CONTROL
Miguel Steven Herrera Gómez Estudiante Tecnología en Electrónica (Ciclos
Propedéuticos). Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad
Tecnológica. Email: [email protected]
Edwin Andrés Páez Herrera Estudiante Tecnología en Electrónica (Ciclos
Propedéuticos). Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad
Tecnológica. Email: [email protected]
Aldermar Fonseca Velázquez Ingeniero Electrónico, Especialista en
Telecomunicaciones Móviles, Magister en Docencia, directora semillero de
investigación SITA. Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad
Tecnológica. E-mail: [email protected]
Resumen: En el presente documento se describe el desarrollo de un sistema, el
cual permite el control de las variables físicas humedad, temperatura, y monitoreo
del CO2, con el fin de realizar diferentes practicas demostrativas que permitan
fortalecer los conocimientos en el área de control e instrumentación. Para esto
utilizaremos un PLC Wecon que será el maestro de una red MODBUS por donde
se trasmitirán los datos relacionados con la humedad, temperatura y CO2, el PLC
también estará encargado de controlar la temperatura y la humedad mediante un
PID y un control ON/OFF; a su vez, como complemento, se utilizaran un PC y un
Arduino que serán los esclavos de la red MODBUS, los cuales permitirán modificar
los datos del control y monitorear las variables físicas ya mencionadas, además se
utilizara una tarjeta PSOC que permitirá la adquisición de la temperatura y la
humedad para que el PLC pueda procesarlos. Como resultado se obtuvo un
dispositivo capaz de controlar las variables físicas temperatura, humedad y el
monitoreo del CO2, mediante una visualización local (PC, LCD, Teclado) y remota
(Aplicación Android).
Palabras Clave: Modbus, temperatura, humedad, CO2, interfaz, control, monitoreo,
PID, planta didáctica.
Abstract: In this paper we describe the development of a system, which allows the
control of the physical variables humidity, temperature, and monitoring of CO2, in
order to carry out different demonstrative practices that allow to strengthen the
knowledge in the area of Control and instrumentation. For the use of a PLC, the PLC
is also in charge of controlling the temperature and humidity through a PID and an
on / off control; In turn, as a complement, the use of a PC and an Arduino that serve
the slaves of the MODBUS red, which allow to modify the data of the control and to
monitor the physical variables and those mentioned, also use a PSOC card that
allow the Acquisition of temperature and humidity so that the PLC can process them.
As a result, a device capable of controlling the physical variables of temperature,
humidity and CO2 monitoring was obtained through local (PC, LCD, Keyboard) and
remote (Android Application) visualization.
Keywords: Modbus, temperature, humidity, CO2, interface, control, monitoring,
PID, teaching plant.
1. INTRODUCCIÓN
Hoy en día a nivel industrial muchas empresas se ven obligadas a mejorar la calidad
y la fabricación de sus productos, ya sea por la demanda o la competencia que
existe en el mercado [1], esto hace que la tecnología se convierta en una parte
fundamental de la formación de jóvenes y adultos. Entre estas tecnologías se
encuentra la instrumentación y el control siendo una rama de la ingeniería que se
encarga de facilitar las tareas o trabajos realizados diariamente en las empresas,
invernaderos, sistemas de refrigeración, entre otros [2]. Aunque este tipo de
tecnología es muy común hoy en día, no es tan sencillo de entender para algunas
personas por su complejidad en las áreas de software y hardware de los sistemas
de control.
Controlar variables como la temperatura y humedad o monitoreo del CO2 se ha
convertido en una necesidad del hombre para facilitar la solución a problemas que
se presentan en la vida cotidiana, por esta razón se planea implementar y mejorar
el alcance de la planta didáctica del grupo de investigación Integra, la cual permitirá
reforzar los conceptos de control e instrumentación, de esta manera se podrán
adquirir capacidades de desarrollo e innovación en esta área[3], [4].
El sistema implementado permitirá al usuario controlar la temperatura en un rango
de 10°C a 80°C y una humedad en un rango del 0% a 99%, además permitirá
monitorear el CO2 en un rango de 20 ppm a 2000ppm [5], [6].
2. ESTADO DEL ARTE
En la actualidad se encuentran varias plantas de procesos industriales que se
utilizan para controlar variables físicas como lo son la temperatura, humedad y el
monitoreo del CO2, esto con el fin de permitir un control sobre procesos de
producción en el área industrial, pero muy pocas de estas se utilizan para fortalecer
las áreas de conocimientos sobre la instrumentación y el control, además de que
estas plantas de procesos son costosas, robustas y difíciles de transportar [7]–[10].
En la Figura 1 se observar un ejemplo de una planta industrial de diferentes
variables físicas.
Figura 1 Planta de procesos de control [11]
CONTROL INDUSTRIAL MEDIANTE TELEFONO MÓVIL
En una empresa se tiene a un operario que está encargado de monitorear y
estabilizar las diferentes variables del sistema de diferentes procesos de producción
industriales, por lo tanto este operador tiene que estar continuamente en la sala de
control, pero aparte el operador también es el encargado de reparar las fallas que
se puedan presentar en las diferentes plantas industriales, por esta razón se diseñó
una aplicación para un celular Android con la cual se permita controlar las diferentes
plantas desde cualquier punto de la fábrica [12].
DISEÑO DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA EL MONITOREO EN TIEMPO
REAL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA BAJO INVERNADERO:
Se tiene un invernadero donde se cultivan diferentes tipos de plantas, para cada
una de ellas se necesita una temperatura y humedad adecuada para su crecimiento,
ya que en el espacio donde se encuentra el invernadero se maneja solamente una
temperatura y una humedad que no son las apropiadas para el crecimiento y
desarrollo de todos los tipos de plantas, genera que el agricultor tenga perdidas en
su producción, por esta razón se implementó un sistema que permite el control de
estas dos variables físicas por sectores del invernadero a través de un sistema que
controla diferentes sensores y actuadores, además se le incluyó al proyecto una
aplicación Android para permitir que el agricultor pueda controlar el invernadero
desde cualquier punto con acceso a internet [13].
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO
CON HMI Y PLC:
Se tiene una empresa donde se necesita monitorear constantemente variables
físicas de unos determinados fluidos, utilizando diferentes sensores industriales los
cuales deben tener la capacidad de estar funcionando durante un gran lapso de
tiempo, teniendo en cuenta de que un microcontrolador sencillo no tiene la
capacidad para manipular estos sensores industriales se desea diseñar un sistema
que soporte lo anteriormente dicho, por esta razón en este proyecto se implementó
un sistema robusto con un PLC y sensores industriales los cuales pueden soportar
las características necesarias, además el sistema tiene una interfaz de usuario con
comunicación HMI para permitir que el operario fácilmente manipule los procesos
de la industria [14].
3. MARCO TEORICO
3.1 Sensor de Temperatura
Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de
temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo
eléctrico o electrónico.
Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los
termopares.
El sensor de temperatura, típicamente suele estar formado por el elemento sensor,
de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve y que está rellena de
un material muy conductor de la temperatura, para que los cambios se transmitan
rápidamente al elemento sensor y del cable al que se conectarán el equipo
electrónico [15].
En la Figura 2 se observa el sensor de temperatura PT100.
Figura 2. Sensor PT100 [16]
3.2 Sensor de Humedad
Un sensor de humedad es un dispositivo que mide la humedad relativa en un área
dada. Un sensor de humedad puede ser utilizado tanto en interiores como en
exteriores. Los sensores de humedad están disponibles en formas tanto analógicas
como digitales [17].
En la Figura 3 se observa el sensor de humedad DHT22.
Figura 3. Sensor DHT22 [5]
3.3 Sensor de CO2
Los sensores de CO2 son dispositivos que pueden tomar la contaminación de
dióxido de carbono que se encuentra en el aire, miden la concentración de CO2 por
espectroscopia infrarroja, también llamada sistema de medición por infrarrojo no
dispersivo (NDIR). Puesto que el CO2 atenúa la incidencia de la luz infrarroja en el
sensor de CO2, la señal recibida varía en función de la concentración de CO2 del
aire ambiente [18].
En la Figura 4 se observa el sensor de CO2 MQ7.
Figura 4. Sensor MQ7 [6]
3.4 Controlador lógico programable (PLC)
El PLC es un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se
utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o
procesos, ahorrando costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de los
equipos. Es importante conocer sus generalidades y lo que un PLC puede hacer por
tu proceso, pues podrías estar gastando mucho dinero en mantenimiento y
reparaciones, cuando estos equipos te solucionan el problema y se pagan solos.
En la actualidad el campo de aplicación de un PLC es muy extenso. Se utilizan
fundamentalmente en procesos de maniobras de máquinas, control, señalización,
etc. La aplicación de un PLC abarca procesos industriales de cualquier tipo y
ofrecen conexión a red; esto te permite tener comunicado un PLC con una PC y
otros dispositivos al mismo tiempo, permitiendo hacer monitoreo, estadísticas y
reportes [19].
En la Figura 5 se observa un controlador lógico programable.
Figura 5. PLC [19]
3.5 Aplicación Android
Android es un sistema operativo inicialmente pensado para teléfonos móviles, al
igual que iOS, Symbian y Blackberry OS. Lo que lo hace diferente es que está
basado en Linux, un núcleo de sistema operativo libre, gratuito y multiplataforma.
El sistema permite programar aplicaciones en una variación de Java llamada Dalvik.
El sistema operativo proporciona todas las interfaces necesarias para desarrollar
aplicaciones que accedan a las funciones del teléfono (como el GPS, las llamadas,
la agenda, etc.) de una forma muy sencilla en un lenguaje de programación muy
conocido como es Java [20].
3.6 Actuador de calor
Los actuadores de calor están conformados por semiconductores en donde el flujo
de la corriente eléctrica produce una pérdida de energía que se transforma en calor.
El calor producido por un actuador calorífico se propaga por todo el espacio que lo
rodea [21].
En la Figura 6 se observan resistencias de potencia que se utiliza para disipar calor.
Figura 6. Resistencias para altas temperaturas [21]
3.7 Actuador de humedad
Un generador de humedad son diferentes aparatos que tienen la capacidad de
dividir los fluidos en pequeñas gotas de este fluido, con el fin de poderse dispersar
en el aire [22].
En la Figura 7 se observa un generador de humo frio el cual se utiliza para generar
humedad.
Figura 7. Generador de humo frio [23].
3.8 MODBUS
Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo OSI,
basado en la arquitectura maestro/esclavo (RTU) o cliente/servidor (TCP/IP),
diseñado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos
programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de
facto en la industria, es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de
dispositivos electrónicos industriales.
Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de
medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador.
Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una
unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA).
Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet
(Modbus/TCP)[24].
En la Figura 8 se observa una red MODBUS.
Figura 8. Red MODBUS [24]
3.9 CONTROLADOR PID
Un controlador PID es un mecanismo de control por realimentación ampliamente
usado en sistemas de control industrial. Este calcula la desviación o error entre un
valor medido y un valor deseado.
El algoritmo del control PID consiste de tres parámetros distintos: el proporcional, el
integral, y el derivativo. El valor Proporcional depende del error actual. El Integral
depende de los errores pasados y el Derivativo es una predicción de los errores
futuros. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso por medio
de un elemento de control como la posición de una válvula de control o la potencia
suministrada a un calentador[25].
En la Figura 9 se observa un proceso matemático de un PID.
Figura 9. Proceso matemático de un PID[25].
4. DESARROLLO DEL PROYECTO
Para el desarrollo del proyecto la propuesta realizada fue la siguiente
En la Figura 10 se observa el diagrama de bloques que describe el funcionamiento
de la planta didáctica.
Figura 10. Podemos observar el diagrama de bloques del sistema. Autoría propia
4.1 Bloque de acondicionamiento del sensor de temperatura y humedad.
Es el encargado de tomar los datos del sensor DHT22 y procesarlos para que
puedan ser reconocidos por el PLC.
Este bloque costa de un sensor DHT22, PSOC 5 y dos módulos conversores de
voltaje a corriente.
En la Figura 11 se observa el diagrama de bloques que describe el
acondicionamiento de la humedad y la temperatura.
Figura 11. Bloque de acondicionamiento de la temperatura y humedad. Autoría propia
En la Figura 11 se observa el diagrama de bloques que describe el
acondicionamiento de la humedad y la temperatura.
En la Figura 12 se observa el diagrama de flujo que realiza el PSOC para realizar la
conversión.
Figura 12. Diagrama de flujo del PSOC. Autoría propia
En este bloque se implementaron los siguientes componentes para el funcionamiento del mismo: 4.1.1. Sensor de temperatura y humedad DHT22. El sensor DHT22 es un encapsulado capaz de medir la temperatura y la humedad, y transmitir estos datos por medio de un hilo, su rango de temperatura es de -40 a 80 °C con una precisión del 0.5°C, humedad del 0 al 100% con una precisión del 1%[5]. En la Figura 13 se observa el sensor DHT22.
Figura 13. Sensor DHT22[5].
4.1.2 PSOC 5.
Es un microcontrolador de la familia PSOC que cuenta con gran cantidad de pines
que pueden ser utilizados tanto como entradas y salidas, análogas y digitales[26].
En la Figura 14 se observa el microcontrolador PSOC5.
Figura 14. PSOC5[26].
4.1.3 Modulo conversor de voltaje a corriente ASC 201-1.0
Estos circuitos se basan en que la corriente de salida tiene que ser función de la
tensión de entrada pero independiente de la resistencia de carga[27].
Figura 15. Módulo de voltaje a corriente ASC 201-1.0[27].
4.2 Bloque de acondicionamiento del sensor de CO2.
Es el encargado de tomar los datos del sensor MQ7 y procesarlos para que puedan
ser trasmitidos por la red ModBus.
Este bloque costa de un sensor MQ7 y un Arduino Nano.
En la Figura 16 se observa el diagrama de bloques que describe el
acondicionamiento de CO2.
Figura 16. Bloque de acondicionamiento del CO2. Autoría propia
En la Figura 17 se observa el diagrama de flujo que realiza el Arduino Nano para
realizar el acondicionamiento.
Figura 17. Diagrama de Flujo del Arduino Nano. Autoría propia
4.2.1. Sensor de CO2- MQ7
Este es un sensor que permite la detección de Monóxido de Carbono (CO2), ideal
para detectar concentraciones de CO2 en el aire. El MQ-7 puede detectar
concentraciones en el rango de 20 a 2000ppm[6].
En la Figura 17 se observa el sensor MQ7.
Figura 18. Sensor MQ7[6].
4.2.2. Microcontrolador Arduino Nano.
El microcontrolador Arduino nano es una plataforma física computacional open-
source basada en una sencilla placa con entradas y salidas (E/S), analógicas y
digitales, y en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje
Processing/Wiring[28].
En la Figura 18 se observa el microcontrolador Arduino Nano.
Figura 19. Arduino Nano[28].
4.2.3. Comunicación Modus.
Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de
medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador.
Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una
unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA).
Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).
Cada dispositivo de la red Modbus posee una dirección única. Cualquier dispositivo
puede enviar órdenes Modbus, aunque lo habitual es permitirlo sólo a un dispositivo
maestro. Cada comando Modbus contiene la dirección del dispositivo destinatario
de la orden. Todos los dispositivos reciben la trama pero sólo el destinatario la
ejecuta (salvo un modo especial denominado "Broadcast"). Cada uno de los
mensajes incluye información redundante que asegura su integridad en la recepción.
Los comandos básicos Modbus permiten controlar un dispositivo RTU para
modificar el valor de alguno de sus registros o bien solicitar el contenido de dichos
registros[24].
En la Figura 19 se observa un ejemplo de una comunicación MODBUS.
Figura 20. Red MODBUS[29].
4.3. Actuadores y circuitos de acondicionamiento.
Es el encargado de tomar los datos del PID y del control ON/OFF, para ser aplicados
en los diferentes actuadores.
Este bloque costa de una resistencia calentadora de ambiente, un dimmer digital,
un puente H, un Arduino Nano, un PLC Wecon, un Humificador y ventiladores.
En la Figura 21 se observa el diagrama de bloques que describe los actuadores y
su circuito de acondicionamiento.
Figura 21. Actuadores y circuito de acondicionamiento. Autoría propia
En la Figura 22 se observa el diagrama de flujo que realiza el Arduino Nano para
realizar el acondicionamiento.
Figura 22. Diagrama de flujo del Arduino nano. Autoría propia
En la Figura 23 se observa el diagrama de flujo que realiza el PLC para realizar el
acondicionamiento.
Figura 23. Diagrama de Flujo del PLC. Autoría propia
4.3.1. Resistencia calentadora de ambiente.
Los actuadores de calor están conformados por semiconductores en donde el flujo
de la corriente eléctrica produce una pérdida de energía que se transforma en calor.
El calor producido por un actuador calorífico se propaga por todo el espacio que lo
rodea [21].
En la Figura 24 se observan algunos tipos de resistencias para calentar el medio
ambiente.
Figura 24. Resistencia calentadora de ambiente [21].
4.3.2. Dimmer digital.
Un Dimmer, regulador, atenuador o dímer, sirve para regular la energía en uno o
varios focos con el fin de variar la intensidad de la luz que emiten, cuando las
propiedades de la lámpara lo hacen posible.
Actualmente los circuitos más empleados incluyen la función de encendido al "paso
por cero" de la tensión. La disminución del valor eficaz en la bombilla se logra
recortando la señal en el momento de subida en el punto que se elija (si cortamos
la señal cuando la onda llega a 60 V p.e. se encenderá muy poco, mientras que si
la cortamos al llegar a 200 V se encenderá casi al máximo) [30].
En la Figura 25 se observa un dimmer digital el cual se utiliza como un PWM para
señales analogas.
Figura 25. Dimmer digital [30].
4.3.3 PLC Wecon.
Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC
(Programmable Logic Controller) o por autómata programable, es una computadora
utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar
procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en
líneas de montaje o atracciones mecánicas[31].
En la Figura 26 se observa un controlador lógico programable.
Figura 26. PLC Wecon[31].
4.3.4. Humificador.
Un humificador son los diferentes aparatos que tienen la capacidad de dividir los
fluidos en pequeñas gotas de este fluido, con el fin de poderse dispersar en el aire
[22].
En la Figura 27 se observa un generador de humo frio el cual se utiliza para generar
humedad.
Figura 27.Generador de humo frio [23].
4.4. Visualización local, conexión inalámbrica y aplicación móvil.
Este es el bloque encargado de realizar todo lo relacionado con la interfaz que
permitirá que el usuario interactúe con la planta didáctica.
Este bloque costa de una pantalla LCD Touch, un módulo wifi ESP8266, una interfaz
de usuario para computador, un Arduino Mega y una aplicación móvil (Android),
En la Figura 28 se observa el diagrama de bloques que describe la visualización
local y móvil.
Figura 28. Diagrama de bloques de la visualización local y móvil. Autoría propia
En la Figura 29 se observa el diagrama de flujo que muestra la secuencia que realiza
el Arduino Mega.
Figura 29. Diagrama de flujo del Arduino Mega. Autoría propia
4.4.1. Display LCD-Touch TFT
Una LCD-Touch es un dispositivo que permite visualizar diferentes imágenes y
textos en diferentes colores dependiendo de su fabricación, también incluye un
sensor Touch resistivo que permite al usuario manipular la pantalla sin necesidad
de un teclado[32].
En la Figura 30 se observa una LCD-Touch que permite que un usuario interactúe
con la planta didáctica.
Figura 30. Display LCD 2.8” 240×320 Touch TFT controlador ILI9325[32].
4.4.2. Arduino Mega.
Arduino Mega es una tarjeta de desarrollo open-source construida con un
microcontrolador modelo Atmega2560 que posee pines de entradas y salidas (E/S),
analógicas y digitales. Esta tarjeta es programada en un entorno de desarrollo que
implementa el lenguaje Processing/Wiring[33].
En la Figura 31 se observa el microcontrolador Arduino Mega.
Figura 31. Arduino Mega[33].
4.4.3. Interfaz de usuario para computador (Ladview)
La interfaz de usuario es el medio con que el usuario puede comunicarse con una
máquina, equipo, computadora o dispositivo, y comprende todos los puntos de
contacto entre el usuario y el equipo[34].
En la Figura 32 se observa un ejemplo de una interfaz de usuario en laview.
Figura 32. Ejemplo de una interfaz de usuario en ladview[34].
4.4.4. Módulo Wifi(ESP8266)
Un módulo wifi es el dispositivo capaz de recibir y enviar datos por medio de wifi, y
que su vez estos datos puedan ser tomados y utilizados por un controlador[35].
En la Figura 33 se observa el módulo wifi ESP8266.
Figura 33. Módulo wifi ESP8266[35].
4.4.5. Aplicación móvil (Android).
Una aplicación móvil, apli o app (en inglés) es una aplicación informática diseñada
para ser ejecutada en teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos móviles y
que permite al usuario efectuar una tarea concreta de cualquier tipo profesional, de
ocio, educativa, de acceso a servicios, etc [36].
En la Figura 34 se observa un ejemplo de una aplicación móvil en Android.
Figura 34. Ejemplo de aplicación Android [36].
5. PRUEBAS Y RESULTADOS.
A través del proceso de investigación se obtuvo un prototipo capaz de controlar la
temperatura, humedad y monitorear el CO2, de una manera eficiente y de fácil
manejo, con diferentes tipos de interfaces que permiten al usuario manipular las
variables que determinan el funcionamiento de la planta didáctica.
El proyecto cuenta con tres diferentes tipos de interfaz, dos de estas son locales
una que se utiliza con una laptop y la otra permite al usuario manipular la planta
mediante una LCD-Touch y un teclado, además de una interfaz móvil donde se
podrá observar los datos de las variables físicas y los diferentes manuales de uso.
En la Figura 35 se observa la interfaz de usuario para laptop (Ladview).
Figura 35. Interfaz de usuario en Ladview. Autoría propia
En la Figura 36,37 y 38 se observan diferentes partes de la interfaz de usuario con
LCD-Touch y teclado.
Figura 36.Interfaz de usuario LCD-Touch-Pantalla inicial. Autoría propia
Figura 37.Interfaz de usuario LCD-Touch-Menú principal. Autoría propia
Figura 38.Interfaz de usuario LCD-Touch-visualización de variables. Autoría propia
La aplicación del proyecto es controlar la temperatura, humedad y monitorear el
CO2, esto mediante diferentes actuadores que son resistencias calentadoras de
ambiente, ventiladores y un humificador, todo esto se manipula en un cajón que se
encuentra en la maqueta, en este espacio se encuentra los actuadores y los
sensores.
En la Figura 39, 40 se observan diferentes imágenes donde se muestra los
actuadores en funcionamiento y los sensores que reciben los datos.
Figura 39. Humificador y sensores. Autoría propia
Figura 40. Resistencia calentadora de ambiente. Autoría propia
Para permitir el control de la planta didáctica se implementó una red Modbus con un
PLC Wecon y diferentes microcontroladores que realizan las funciones de captar los
sensores y manipular sus datos para que puedan ser reconocidos por un PLC.
En la Figura 41 se observa la conexión eléctrica del PLC y los microcontroladores.
Figura 41. Conexión eléctrica de PLC y microcontroladores. Autoría propia
El PLC es el maestro de la red Modbus, es el encargado de tomar los datos de
humedad y temperatura por medio de las entradas análogas y procesarlas para ser
utilizadas en el PID que controla la temperatura, además utilizando una activación
ON/OFF se controla la humedad.
En la Figura 42 se observa el código del PLC para la adquisición de los sensores.
Figura 42. Código del PLC para la adquisición de los sensores. Autoría propia
En la Figura 43 y 44 se observa el código del PLC para el control del PID.
Figura 43. Código del PLC para el PID parte 1. Autoría propia
Figura 44. Código del PLC para el PID parte 2. Autoría propia
En la Figura 45 se observa el código del PLC para el control ON/OFF de humedad.
Figura 45.Código del PLC para el control del ON/OFF. Autoría propia
En la Figura 46, 47, 48 y 49 se observa el código del PLC para la comunicación
Modbus.
Figura 46. Código del PLC para red Modbus parte 1. Autoría propia
Figura 47. Código del PLC para red Modbus parte 2. Autoría propia
Figura 48. Código del PLC para red Modbus parte 3. Autoría propia
Figura 49. Código del PLC para red Modbus parte 4. Autoría propia
Para que el control de las variables físicas sea el apropiado se realizó un modelo
matemático en Matlab para poder tomar los resultantes y aplicarlos al proyecto.
En la Figura 50 se observa un ejemplo esquemático de un modelo matemático en
Matlab.
Figura 50. Modelo matemático en Matlab. Autoría propia
Perspectivas y sugerencias
El proyecto finalizado es capaz de controlar de una manera eficiente la temperatura,
humedad y monitorear el CO2, esto a través de diferentes interfaces de usuario que
son sencillas de utilizar y que cuentas con herramientas que permiten una mejor
manipulación de la planta, pero debido a que la planta es pequeña no permite
aplicarse a gran escala. En cuanto al alcance podría realizarse una ampliación
industrial realizando una estructura más grande y utilizar sensores y actuadores de
nivel industrial.
En la Figura 51 se observa la planta didáctica de instrumentación y control en
funcionamiento.
Figura 51. Planta didáctica de instrumentación y control. Autoría propia
6. CONCLUSIONES
• Gracias a los diferentes actuadores y sensores con sus respectivos circuitos
de acondicionamiento permiten que la planta didáctica funcione de una
manera adecuada y precisa, y que el cambio de temperatura y humedad se
haga relativamente.
• Para poder realizar este proyecto se tuvo que aplicar diferentes tipos de
comunicaciones para que se permitiera que el equipo fuera capaz de recibir
los diferentes datos y fuera visualizado en las diferentes interfaces.
• Debido a los diferentes tipos de visualizaciones que cuenta el proyecto el
usuario podrá manipular la planta didáctica de una manera sencilla y efectiva
ya que si no se cuenta con un celular ni una laptop el usuario siempre podrá
interactuar por medio de la visualización local que es la LCD-Touch con
teclado.
• Podemos deducir que gracias a las diferentes partes con las que cuenta
proyecta será fácil de utilizar y aplicar, porque su fabricación tuvo como
propósito que los estudiantes puedan obtener un método que pueda facilitar
su aprendizaje.
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