2011 Medidor de gasolina Ahuizotl Gerardo Mecate Chávez. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO SISTEMA INALÁMBRICO PARA EL MONITOREO DE COMBUSTIBLE. Memoria Que como parte de los requisitos para obtener el titulo de Técnico Superior Universitario en Tecnologías de la Información y Comunicación Área Sistemas Informáticos Presenta Ahuizotl Gerardo Mecate Chávez Aspirante Gerardo Vásquez Vilatta Asesor de la UTEQ Víctor Banda Rodríguez Asesor de la Empresa Lugar y fecha 1
C. AHUIZOTL GERARDO MECATE CHAVEZ Matrícula: 2009319063 Candidato al grado de Técnico Superior Universitario en Tecnologías de la Información y Comunicación Área Sistemas Informáticos. P r e s e n t e AUTORIZACIÓN DE PRESENTACIÓN DE MEMORIA El que suscribe, por medio del presente le informa a Usted, que se le autoriza la presentación de su memoria de la Estadía profesional, titulada: SISTEMA INALAMBRICO PARA EL MONITOREO DE COMBUSTIBLE, realizado en la empresa: Control y Automatización de Sistemas DCMT, Soluciones Estratégicas. Querétaro, Qro., a 10 de Agosto de 2011.. Trabajo que fue revisado y aprobado por el Comité de Asesores, integrado por: ING. VICTOR BANDA RODRIGUEZ Asesor de la Empresa M.E GERARDO VASQUEZ VILATTA Profesor Asesor Se hace constar el NO adeudo de materiales en las siguientes áreas. 2
3
RESUMEN En la actualidad el municipio no cuenta con un sistema electrónico para la medición de combustibles en sus vehículos, por lo cual se desarrollará un sistema para el uso eficiente y adecuado de vehículos y de combustible asignado al personal que cuenta con automóvil. En la industria se han desarrollado proyectos relacionados a la medición de diversos fluidos, de los cuales han sido diseñados para monitorear y controlar la actividad de los mismos. Por lo cual se propuso el proyecto de control y monitoreo de forma inalámbrica del gasto de gasolina por cada vehículo con que cuente el municipio y con esto comprobar el uso eficiente de los recursos del mismo en el servicio de combustible, con el fin de evitar el robo o asignación de gasolina a vehículos no oficiales del municipio. El proyecto planteado es muy extenso y es por eso que ha propuesto desarrollarlo en dos etapas; la primera y de la que trata este documento, consta de el desarrollo de un sistema desarrollado en LabVIEW el cual tratara los datos generados en cada lectura de unidad; la segunda etapa consta de el desarrollo del hardware en si el cual brindara las variables que el sistema procesara para el monitoreo. (Palabras clave: desarrollo, implementación, sistema). 4
ABSTRACT At present, the municipality doesn t have an electronic system for measuring fuel in their vehicles, which will develop a system for the efficient and proper fuel vehicles and personnel assigned to have a car. The industry has developed projects related to the measurement of various fluids, which are designed to monitor and control the activity of the same. Hence it is proposed the project monitoring and control wirelessly from petrol costs per vehicle to the municipality and thereby check the efficient use of resources thereof in the fuel service, in order to avoid allocation of gasoline theft or nonofficial vehicles of the municipality. The proposed project is very extensive and that is why he has proposed in two phases, the first and discussed in this document consists of the development of a system developed in LabVIEW which process the data generated in each reading unit; the second stage consists of the development of the hardware itself would provide the variables which the system processes for monitoring. 5
I N D I C E Página Resumen 3 Abstract 4 Indice 5 I. INTRODUCCION 6 II. ANTECEDENTES 7 III. JUSTIFICACIÓN 8 IV. OBJETIVOS 9 V. ALCANCES 9 VI. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 11 VII. PLAN DE ACTIVIDADES 14 VIII. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS 15 IX. DESARROLLO DEL PROYECTO 16 X. RESULTADOS OBTENIDOS 22 XI. ANÁLISIS DE RIESGOS 23 XII. CONCLUSIONES 24 XIII. RECOMENDACIONES 25 XIV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 25 6
I. Introducción En la actualidad el sistema de transporte colectivo cuenta con diversas deficiencias tanto para el usuario como para los propietarios de las líneas; una de ellas se identifica como el ordeño de tanques, que deja estragos monetarios específicamente a los empresarios; es por eso que DCMT toma iniciativa poniendo en marcha un proyecto capaz de dar solución a esta problemática, creando así la idea de desarrollar un sistema ESCADA que monitoree de forma remota cada una de las unidades, de tal forma que el empresario cuente con una herramienta que le permita detectar oportunamente deficiencias en el desempeño del combustible que portan las unidades. 6
II. Antecedentes Control y Automatización de Sistemas DCMT Soluciones Estratégicas, se dedica a encontrar y/o generar sus propias fuentes de trabajo, dar soluciones a problemas que puedan estar afectando de alguna manera algún proceso, o puedan estar frenando el desarrollo en algún campo de la industria, en estas aéreas es en donde se puedan ofrecer los servicios y así poder brindar soluciones a la industria con la aplicación de herramientas de ingeniería mexicana empleadas para la solución de problemas o desarrollo de proyectos. De esta manera DCMT ha ido teniendo contacto con diferentes industrias, muy importantes, que manejan diferentes giros, uno muy importante es la medición de flujo, en caso muy especifico PEMEX en la medición de hidrocarburos en fase liquida y gaseosa, termoeléctricas privadas, que manejan la transferencia de custodia en sus insumos que tienen de combustible y muchas otras empresas que están relacionadas con este tipo de procesos que necesitan tener un control físico de las variables y que manejan además de un control estadístico tanto de sus insumos así como el de sus consumos. Esto abre un panorama muy amplio de posibilidades en cuanto a búsqueda de aplicaciones que puedan dar pie a nuevos proyectos. Una de estas aplicaciones es que en la actualidad el municipio no cuenta con un sistema electrónico para la medición de combustible de forma remota, por lo cual se desarrollará un sistema capaz de monitorear el consumo de combustible de cada vehículo, de esta manera se podrá tener un control más estricto sobre las unidades, obteniendo así mayores ganancias y reducción de costes a causa del personal. 7
III. Justificación Uno de las principales razones por las cuales se realiza este proyecto es que muchas veces por causa del personal que labora en estas unidades de transporte existen pérdidas monetarias debido al llamado ordeño de tanques ya que vacían y le comunican a la empresa que se acabo la gasolina a lo cual estas tienen que reponer o llenar el tanque nuevamente para que la unidad pueda funcionar de nuevo, a demás de evitar pérdidas por secuestro de las unidades y el robo de la mercancía que llevan dentro. Este proyecto de medidor de gasolina para auditoria en carros trata de evitar los principales problemas que existen en este tipo de empresas y brindarles una opción de solución sencilla, rápida y lo más importante, económico. La manera más sencilla de lograrlo es haciendo un dispositivo que monitoree de manera continua la cantidad de combustible que se encuentra dentro del depósito y tener un historial del mismo a través de una conexión GPS la cual a demás de mandar estos datos a un servidor también mandara la ubicación de la unidad y podrá ser visualizada por el personal de la empresa que lo requiera desde una computadora para llevar un control de cualquier unidad y un historial de los mismos. 8
IV. Objetivos Ser parte importante dentro de empresas de transportes al proporcionar un equipo que sea benéfico para ellos y pueda ayudarles en mejorar sus ganancias evitando el robo del combustible de sus unidades, teniendo un historial del tiempo entre la hora de salida con la hora de llegada a demás de poder saber su localización en tiempo real. V. Alcances Este es un proyecto que pretende ser desarrollado con el fin de tener el control y monitoreo por un sistema de red inalámbrica, debido a que en la actualidad todos los productos tienden a ser controlados vía inalámbrica para descarga de información rápida y sin intervención del personal esto reduce el riesgo de su manipulación y lo hace pasar desapercibido para los operadores. El medidor de gasolina para auditoria en carros trata de lograr un nivel de aceptación alto debido a que puede ser de gran importancia para las empresas de transporte porque a través de una conexión GPRS se puede visualizar en un dispositivo terciario de medición la localización exacta del automóvil en tiempo real que tenga el dispositivo montado, además de que a través de esta conexión puede mandar datos directo a una base de datos en un dominio de internet o también a un dispositivo terciario de medición e ir haciendo un registro o historial de la unidad en la cual este implementado. También se puede monitorear en tiempo real la cantidad de combustible que se encuentra dentro de la unidad con un medidor de nivel tipo flotador o dispositivo primario de medición, el cual mandara una señal y será procesada por un dispositivo secundario de medición el cual mandara la información a una 9
base de datos e ira registrando estos valores en ellas a través de la conexión GPRS siendo visualizada en un dispositivo terciario o una PC. También tendrá un medidor de caudal de tipo (placa, turbina, ultrasónico) o dispositivo primario de medición y detectara cual es la cantidad de combustible que entra al automóvil y habrá una relación de lo que entro al automóvil con respecto a lo que había dentro, esto se manda a la base de datos habiendo una diferencia y con ello saber si el automóvil gasto mas gasolina o está dentro de los limites de consumo, esto se realiza en la base de datos a través de la conexión GPRS siendo visualizada en un dispositivo terciario o una PC. La versatilidad de este proyecto se pretende para poderse adecuar a cualquier vehículo debido a la intrusión mínima al sistema del mismo y con esto abarcar la mayor cantidad de vehículos. 10
VI. Fundamentación Teórica Los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) son aplicaciones de software, diseñadas con la finalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Se basan en la adquisición de datos de los procesos remotos. VI.I Composición De Un Sistema SCADA. Interfaz Operador Máquinas: Es el entorno visual que brinda el sistema para que el operador se adapte al proceso desarrollado por la planta. Permite la interacción del ser humano con los medios tecnológicos implementados. Unidad Central (MTU): Conocido como Unidad Maestra. Ejecuta las acciones de mando (programadas) en base a los valores actuales de las variables medidas. La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (como C, Basic, etc.). También se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. Unidad Remota (RTU): Lo constituye todo elemento que envía algún tipo de información a la unidad central. Es parte del proceso productivo y necesariamente se encuentra ubicada en la planta. Sistema de Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de información del punto donde se realizan las operaciones, hasta el punto donde se supervisa y controla el proceso. Lo conforman los transmisores, receptores y medios de comunicación. Transductores: Son los elementos que permiten la conversión de una señal física en una señal eléctrica (y viceversa). Su calibración es muy importante para que no haya problema con la confusión de valores de los datos. 11
VI.I.I MTU y RTU. La RTU es un sistema que cuenta con un microprocesador e interfaces de entrada y salida tanto analógicas como digitales que permiten tomar la información del proceso provista por los dispositivos de instrumentación y control en una localidad remota y, utilizando técnicas de transmisión de datos, enviarla al sistema central. La MTU, bajo un software de control, permite la adquisición de la datos a través de todas las RTUs ubicadas remotamente y brinda la capacidad de ejecutar comandos de control remoto cuando es requerido por el operador esto se puede observar en la Ilustración. 6.0. Ilustración 6.0 Esquema de conexiones de los elementos de un sistema SCADA. 12
VI.II Funciones Principales del Sistema SCADA. Supervisión remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas. Procesamiento de datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la información que alimenta el sistema, esta información es procesada, analizada, y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de referencia, dando como resultado una información confiable y veraz. Visualización gráfica dinámica: El sistema es capaz de brindar imágenes en movimiento que representen el comportamiento del proceso, dándole al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Estos gráficos también pueden corresponder a curvas de las señales analizadas en el tiempo. Generación de reportes: El sistema permite generar informes con datos estadísticos del proceso en un tiempo determinado por el operador. Representación se señales de alarma: A través de las señales de alarma se logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condición perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales como sonoras. Almacenamiento de información histórica: Se cuenta con la opción de almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse posteriormente, el tiempo de almacenamiento dependerá del operador o del autor del programa. Programación de eventos: Esta referido a la posibilidad de programar subprogramas que brinden automáticamente reportes, estadísticas, gráfica de curvas, activación de tareas automáticas, etc. 13
VII. Plan De Actividades El desarrollo del proyecto consta de cuatro etapas importantes: Análisis de requisitos. Diseño. Implementación. Depuración y pruebas. De las cuales se desglosan sub tareas que se realizaran a lo largo de la estadía profesional. Estas sub tareas se representan en la imagen 4.1. Ilustración 1.4 Diagrama Gantt del proyecto Sistema inalámbrico para el monitoreo de combustible 14
VIII. Recursos Materiales Y Humanos El desarrollo de este proyecto requiere de ciertos recursos necesarios para su inicio y conclusión. A continuación se mostraran las tablas donde se especifican cada uno de ellos. Recursos humanos requeridos. Descripción Cantidad Técnico superior universitario en Mecatrónica 1 Técnico superior universitario en TIC 1 Equipo requerido para el monitoreo individual Descripción Cantidad Medidor de flujo. 1 Modulo de captura de flujo. 1 Modulo de captura de nivel. 1 Modulo de captura de desplazamiento (con sensor tipo inductivo o 1 capacitivo). Modulo de interconexión y comunicación externa. 1 Modulo de interconexión inalámbrica. 1 Descripción Software para monitoreo (para unidad concentradora y para cada estación). Receptor para red inalámbrica (por estación). Computadora (para unidad concentradora y para cada estación). Conexión: modem o internet (enlace de estaciones con unidad concentradora). 15
IX. Desarrollo Del Proyecto El proyecto consiste en desarrollar un software en LabVIEW que tendrá la función de Unidad Central (MTU) conocido como Unidad Maestra, que estará ubicada en la estación de carga de combustible determinado por el cliente. Este software realizara el monitoreo y control del combustible suministrado a los vehículos del municipio que serán Unidad Terminal Remota (RTU) conocido como Unidad Esclavo. IX.I Contenido Del Programa En LabVIEW. El software desarrollado en LabVIEW contendrá los siguientes puntos: Configuración del programa como Unidad Central (MTU). Configuración del programa para monitorear las RTU s. Será un ambiente gráfico donde mostrara las variables a monitorear. Identificación de cada vehículo y el usuario, a su llegada a la estación de carga. Se realizara el análisis mediante una base de datos mostrando: Quién cargo combustible? Cuánto combustible trae el vehículo a su llegada a la estación de carga? Cuánto combustible fue suministrado a la unidad? Qué distancia a recorrido? Generación de un reporte en Excel. 16
IX.II Programa Principal. El programa principal fue diseñado en varias secciones para que fuera más rápido y eficiente a la hora de ejecutar el programa y poder hacer las modificaciones necesarias, a continuación se explicara cada una de estas secciones. Una de estas secciones es la de comunicación serial, esta se configurara para que pueda leer las tres variables a monitorear que son flujo, nivel y distancia. La lógica que se seguirá tanto en el programa en LabVIEW como en el micro controlador será la que se muestra en la Ilustración 9.0. Ilustración 9.2.1 Diagrama de flujo RTU 17
El programa de LabVIEW seguirá la siguiente secuencia del diagrama de flujo Ilustración 9.1, ya que siempre estará leyendo el puerto serial en busca de la llegada de un automóvil para poderlo identificar y enseguida pedir las tres variables. Ilustración 9.2.2 Diagrama de Flujo para Identificar el Vehículo Entonces en el diagrama a bloques se configurara de tal manera que solo se identifique el vehículo primero. 18
IX.III Historial. En esta sección se generara la base de datos que tiene como fin el almacenamiento de toda la información que se genere con el transcurso del tiempo. Se decidió que la base de datos se desarrollara en MySQL, ya que es una herramienta robusta y brinda las suficientes herramientas para brindar soporte. Para la elaboración de la BD se requiere de hacer un previo modelado para poder tener un panorama de que datos se guardaran y cómo será la forma en que serán distribuidos. En las Ilustraciones 9.3.1, 9.3.2 se muestran los diagramas Entidad Relación, los cuales representa de forma grafica, la distribución de los datos que serán guardados cada que se haga una lectura o se ingrese al sistema. Ilustración 9.3.1 Modelo Entidad Relación que guarda los datos de las lecturas 19
Se considero que era necesario separar las tablas de la Ilustración 9.3.2 de las tablas de la Ilustración 9.3.1 ya que la información que almacenaran es diferente, puesto que las de la primera Ilustración, se designaron solo para almacenar la información generada después de cada lectura, mientras que en las tablas de la segunda ilustración se alojaran los datos de cada acceso que se tenga al sistema y de esta forma monitorear que persona, en que día y a qué hora ingreso y salió del sistema, generando así un reporte mas detallado. Ilustración 9.3.2 Modelo Entidad Relación que guarda los datos de accesos al sistema Ilustración 9.3.4 Modelo Relacional que guarda los datos de accesos al sistema 20
Las Ilustraciones 9.3.3 y 9.3.4 representan los Modelos Relacionales de la BD y es en estos modelos donde se especifica con más detalle los atributos de cada tabla, puesto que se indica que tipo de dato almacena cada uno y que dependencia existe entre ellos. Ilustración 9.3.3 Modelo Relacional que guarda los datos de las lecturas Esta BD ha sido normalizada en Primera Forma Normal (1FN), Segunda Forma Normal (2FN) y Tercera Forma Normal (3FN) con el fin de: Evitar la redundancia de los datos. Evitar problemas de actualización de los datos en las tablas. Proteger la integridad de los datos. 21
IV. Resultados Obtenidos Entre los resultados obtenidos, se logro diseñar y desarrollar una base de datos normalizada, capaz de dar sustento a el trafico de información que se generara en el sistema, una vez que este sea implementado en un entorno donde el flujo de datos sea constante. Además se diseño un prototipo no funcional del sistema que manejara los datos generados una vez que la parte del hardware haya sido concluida. 22
XI. ANÁLISIS DE RIESGO A menudo los proyectos en general suelen confrontar diversos factores que complican su desarrollo; este proyecto en especial se las ha tenido que arreglar con cuatro factores que ponen en riesgo su integridad, los cuales son: tiempo, escases de información sobre ciertas aéreas del conocimiento, materiales y recursos económicos; estos puntos son debilidades de alto riesgo puesto que si no se da solución en tiempo y forma las posibilidades de que el proyecto fracase serán más altas, a continuación se dará una explicación de el porqué. El tiempo real que se tenía asignado para el desarrollo del proyecto es el doble de lo que estipula la universidad, ya que la empresa plantea una serie de procedimientos que requieren de cierto tiempo para ser desarrollados. Algunos de los conocimientos que se requieren, no se dominan o por lo menos no en su totalidad ya que la empresa hace uso tecnologías que la universidad no cubre con las materias que imparte y es así como este factor pone en aprietos el buen desarrollo de los procesos. La escases de material, al igual que los puntos anteriores funge un papel muy importante ya que sin este factor todos los procesos se ven forzados a detenerse. Por último y no por eso menos importante, son los recursos económicos puesto que con ellos se es posible obtener gran parte de las herramientas, material y mano de obra que se requieren para la conclusión exitosa de este proyecto. 23
XII. CONCLUSIONES Se logro diseñar un prototipo no funcional del sistema, además de diseñar y desarrollar las bases de datos que darán el solvento adecuado para el almacenamiento de los registros que manejara el sistema, cuando sea implementado en su estado funcional. De tal modo se completo solo una parte de la primera fase del proyecto, la cual está formada solo por software, y se espera que un futuro se logre concluir en su totalidad, para que así se de seguimiento con la fase secundaria que está conformada solo por hardware. Se recomienda hacer uso de metodologías de desarrollo donde se especifique el uso de documentación ya que este aspecto es esencial para reparaciones o actualizaciones futuras que el sistema necesite. 24
XIII. Recomendaciones Se recomienda aprender a hacer uso de las distintas herramientas y metodologías que nos brinda la tecnología, para que de esta manera se pueda aprender a dominar las técnicas necesarias, que logren integrarlas, y así crear soluciones, para las problemáticas que surgen constantemente en un mundo donde las necesidades son cada vez más exigentes; de esta manera se podrá dar paso a la creación de nuevas formas de desarrollar soluciones estratégicas cada vez mas enfocadas a ciertas áreas de el ámbito social y laboral. XIV. Referencias Bibliográficas http://es.wikipedia.org/wiki/normalizaci%c3%b3n_de_bases_de_datos#regla_ No._1_-_La_Regla_de_la_informaci.C3.B3n 25