Rediseño del Automatizador. Gonzalo Santos
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- Lidia Revuelta
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1 Rediseño del Automatizador. Gonzalo Santos Para facilitar reparaciones y modificaciones en el diseño los sistemas de automatización propuestas se basan en un conjunto de módulos interconectados. Se plantean dos propuestas, un sistema basado en Microcontroladores PIC y otro basado en PCs antiguas recuperadas conectado por el Puerto Paralelo, ambos sistemas comparten gran parte de los módulos para simplificar el diseño y construcción. Parte de los módulos fueron desarrollados en la actividad anterior, terminándose en la actual los faltantes. Para algunos de los módulos ya desarrollados fue necesario introducir algunas modificaciones menores en el diseño y también la fabricación de circuitos impresos para reemplazar los dañados por fallas en el proceso de fabricación y en las pruebas.
2 A) Sistema de Automatización basado en el Microcontrolador PIC18F4550 (HAPA-PIC). 1. Estructura del Hardware: 110V AC Caja de Potencia +10V Botones del Tablero 1 +5V GND Pantalla LCD -10V 2 Fuente de voltaje 3 Caja de Control +10V +5V Modulo de Salidas de Potencia 4 5 GND -10V Unidad de Control 7 Control de Salidas Modulo de Sensores Externos y Comunicación USB/RS-232 Modulo de PH USB RS-232 Humedad Relativa y Temperatura Luz Punta de PH y Conductividad 6 8
3 1. Unidad de Control. Esquema:
4 PCB:
5 Descripción: Se utiliza un Microcontrolador PIC 18F4550 el cual se programa con el Bootloader del proyecto Pinguino que permite la programación directa desde la PC con una interfaz gráfica, todo esto es software libre que trabaja sobre SDCC, Python y QT. Utilizamos un DS1307 para el Reloj-Calendario del sistema con una pila de litio para su funcionamiento en caso de estar apagado el sistema. Una memoria EEPROM 24AA256 para el almacenamiento de los Perfiles de Control y otra información que usa el software de control de manera de reducir el uso de la memoria Flash interna del microcontrolador. Los Perfiles de control se editan a través de la PC y se cargan por la interfaz USB. También permite la programación ICSP. Internamente trabaja con +5 Voltios y utiliza -10 Voltios y +10 voltios para alimentar a los módulos de Sensores externos y PH. Permite la comunicación USB y Serial RS-232. Para interactuar directamente con el usuario dispone de entradas para cuatro pulsadores y salida en una Pantalla LCD, estos se conectan con cable plano y están ubicados en la parte frontal del tablero. Esta diseñado de forma que los elementos en el circuito impreso sean los mínimos necesarios para el funcionamiento del Microcontrolador teniendo para las otras partes conectores de cable plano. Está configurado para el manejo de 6 señales analógicas: Temperatura, Humedad Relativa, Luminosidad, Conductividad, PH y Temperatura del líquido.
6 2. Fuente de Voltaje. Con un Transformador de 12V dual, un puente de diodos y tres reguladores de voltaje se generan -10 Voltios, +5 Voltios y +10 Voltios. Esquema:
7 PCB:
8 3. Módulo de Salidas de Potencia. Esquema:
9 PCB:
10 Descripción: Actúa como puente para las lineas de alimentación de la Fuente hacia la Unidad de Control. Recibe 8 señales de control para las salidas. El control se realiza a través de opto-triac Moc3041 y TRIAC para el manejo directo de aparatos que trabajen con corriente alterna. Permite un máximo de 4A de corriente alterna, esto puede manejar una bomba de ½ HP monofásica, para mayores corrientes por fase debe utilizarse contactores. Tiene salidas para LEDs indicadores de la activación de cada salida.
11 4. Módulo de Sensores Externos y Comunicación USB/RS-232. Esquema:
12 PCB:
13 Descripción: Tiene un conector USB tipo B de placa, que se comunica por dos líneas con la Unidad de control. Un MAX232 con los componentes necesarios para comunicación serial de la Unidad de Control, se conecta por un DB9 cable plano. Los transistores Qrl1 y Qrh1 generan el voltaje de referencia para el funcionamiento de los sensores de Luminosidad y Temperatura/Humedad Relativa respectivamente. Líneas de alimentación de +10V y -10V para la alimentación de los sensores. Tiene las líneas para las señales analógicas de los sensores hacia la Unidad de Control. Tiene dos conectores RJ-45 de placa para la conexión de los Sensores Externos de Luminosidad y Temperatura/Humedad Relativa los cuales fueron explicados en el Informe de la 2da Actividad. 5. Módulo de PH. Este es el Módulo de PH y Conductividad en Líquidos el cual ya se explicó en el Informe de la 2da Actividad.
14 2. Montaje del Hardware: Este se compone de dos cajas: Una Caja de Control y una Caja de Potencia. En la Caja de Control en el interior se colocan la Unidad de Control, el Módulo de Sensores Externos y Comunicación USB/RS-232, el Módulo de PH y Conductividad. La Pantalla LCD y los botones se colocan en la tapa. En la Caja de Potencia en el interior se colocan la Fuente y el Módulo de Salidas de Potencia, en la tapa se ubican los LEDs indicadores y los Bornes de Conexión.
15 1. Piezas de la Caja de Control.
16 2. Piezas de la Caja de Potencia.
17 3. Estructura del Software: 1. Flujo de Control. Lógica Difusa/ Temporizadores/ Alarmas Temperatura PID-T PID-H PID-T PID-TH 4 4 PID-TL 5 5 PID-THL PID-THL PID-THL Salida 1 T Humedad Relativa Luminosidad Configurada por interfaz HAPA H PID PLC Salida Salida 3 L Salida 4 Caja de Conexión Alarma 1 Salida 5 Alarma 2 Alarma 3 Salida 6 Alarma 4 Alarma 5 Salida 7 Alarma 6 Encendido (1) Salida 8 Apagado (0) Señales configuradas por interfaz HAPA Independientes del Perfil Las configuraciones por interfaz del HAPA se almacenan en la memoria EEPROM interna del PIC 18F4550. El resto de las configuraciones se manejan en base a Perfiles los cuales se cargan a través de una PC e interfaz USB en la memoria EEPROM 24AA256 incluida en la Unidad de Control. El bloque de PID entrega 8 salidas numéricas en base a combinaciones algebraicas Proporcionales, Integrales y Derivativas de las entradas analógicas especificadas. Los bloques de Lógica difusa toman la salida PID respectiva y hacen una comparación a mayor o menor del valor de referencia configurado entregando un valor lógico. Los temporizadores activan o desactivan la salida en función del ciclo útil configurado el cual se varía con la salida PID respectiva, con un ciclo de servicio definido en la configuración. Las alarmas toman el reloj de procesos y se activan en base a parámetros de tiempo de inicio, duración, ciclo de repetición y número de repeticiones definidos en la configuración. Las mediciones de variables analógicas se hacen cada minuto con promedios de 32 segundos.
18 2. Memoria EEPROM externa. Memoria EEPROM externa utilizada Perfiles Configuración interna del programa de control 0000H Perfil H Perfil 2 0B00H Perfil 3 0E00H Perfil H Perfil H Perfil H Perfil 7 1A00H Perfil 8 1D00H 2000H Perfil (Direcciones relativas) Configuración PID 000H Otras Configuraciones 100H PLC (Tabla) 200H Configuración PID PID-THL-1 PID-T PID-THL-2 PID-H PID-THL-3 PID-L PID-TH PID-TL T H L T T H L H T H L L T H T L P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D P Ti I D 000H 040H 080H 0C0H Otras configuraciones Lógica Difusa-Temporizadores Alarmas H Título Perfil 140H Descripción del Perfil 150H Etiquetas de las Salidas del PLC H Configuración de Lógica Difusa,Temporizadores y Alarmas (Direcciones relativas) Valor de comparación H & H Ciclo Util Ciclo de Servicio 4000H Ini. Hora Ini. Min. Duración Ciclo Hor. Ciclo Min. Nº Repet. 80H 0H 1H 2H 3H 4H 5H 6H 7H Lógica Difusa Temporizador Alarma
19 3. Interfaz de usuario. Después del encendido se presenta la Pantalla de inicio, pudiendo interactuar con este a través de los botones en el tablero según el siguiente diagrama:
20 B) Sistema de Automatización basado en el PC con interfaz de Puerto Paralelo. Para este se utilizan la mayoría de los módulos del anterior eliminando la Fuente ya que se alimenta utilizando +12V internos de la PC y sustituyendo la Unidad de Control por una interfaz de Puerto Paralelo a Módulos. 1. Estructura del Hardware: Puerto Paralelo Fuente interna PC Caja de Potencia GND +12V 1 Caja de Control 2 3 Unidad de Control PC-Puerto Paralelo Control de Salidas Modulo de Salidas de Potencia Modulo de Sensores Externos y Comunicación USB/RS-232 Humedad Relativa y Temperatura Luz 8 Modulo de PH Punta de PH y Conductividad
21 1. Unidad de Control PC-Puerto Paralelo. Esquema:
22 PCB:
23 C) Módulos modificados. 1. Sensor de Humedad basado en sales higroscópicas. PCB: 2. Sensor de Luminosidad. PCB:
24 Imágenes del fabricación de los circuitos impresos para los elementos faltantes.
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28 Montaje del sistema basado en PIC 18F4550 en el laboratorio (Las cajas aún no se han fabricado por problemas de proveedores).
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