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Esteban Richmond Salazar

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Presentación del tema: "Esteban Richmond Salazar"— Transcripción de la presentación:

1 Esteban Richmond Salazar
Diseño y construcción de una interfaz de control de nivel, temperatura y flujo de agua en un tanque para uso en prácticas de laboratorio Esteban Richmond Salazar

2 Control automático Conceptos
Proceso Por lotes Contínuos Semicontínuos Variable controlada Variable manipulada Punto de consigna Disturbios Entradas Proceso Salidas

3 Control automático Lazo retroalimentado
Disturbios Controlador Acción de control Elemento actuador Proceso Punto de consigna + - Error Salida del controlador Variable manipulada Variable de proceso Sensor / Transmisor Valor medido

4 Equipo para prácticas

5 Construcción del equipo Vista frontal

6 Proceso Diagrama de instrumentación
H-31 FV 31 q1 FT 11 S FT 31 q3 FV 21 LAH 31 S q2 FT 21 V-31 TT 31 LAL 31 PT 31 P-31

7 Construcción del equipo Vista frontal

8 Construcción del equipo Vista trasera

9 Controlador

10 Controlador Computador Personal + Transmisor
V: Disponibilidad V: Bajo costo V: Flexibilidad V: Capacidad de almacenamiento V: Facilita el manejo de los datos D: Requiere software y hardware adicional

11 Transmisor

12 Transmisor Basado en microcontrolador AVR ATmega16
Económico Personalizable Hasta 16 MIPS a 16 MHz Memoria interna Oscilador RC interno 8 canales ADC de 10-bit 4 canales de PWM Valim. = (4,5 a 5,5) VDC Voper = 0 a 5 VDC

13 Transmisor Programador DAPA
PB0 PB5 (MOSI) PB6 (MISO) PB7 (SCK) RESET XTAL1 XTAL2 1 6 7 8 9 13 12 10 11 VCC GND ATmega16 IC1 J1 DB25 2 16 18 D0 Busy Strobe Init 470 R4 220 R3 R2 1,0k R1 10k R5 D1 C1 27pF + C2 XT1

14 Transmisor Circuito de comunicación
PD0 (RXD) PD1 (TXD) PD2 (INT0) 14 15 16 10 11 VCC GND ATmega16 IC1 J1 DB9 +5 V 4 6 7 8 2 3 5 DTR DSR RTS CTS RD TD C1 1,0μF + IC2 C2 C4 12 1 13 V+ V- R1OUT T2IN T1IN C1+ C1- C2+ C2- T2OUT R1IN R2IN MAX232 C5 C3

15 Transmisor Placa impresa

16 Transmisor BERSAN-avr
1 2 3 4 5 6 7 GD Entradas Analógicas (0-5 VDC) Entradas Discretas (Interruptores) PWM3 (10-bit) PWM4 (8-bit) Alimentación 9 – 15 VDC RS-232 Prog. LED Comunicación LED Encendido RESET PWM2 PWM1 (8-bit)

17 Instrumentos de medición y de acción

18 Medición de flujo Medidores de microturbina de rueda
McMillan 101-8 Salida altamente lineal Alta precisión Tiempo de respuesta corto Bajo costo 200 a 5000 ml/min 0 a 5 VDC 5 a 50 °C

19 Medición de temperatura Sensor basado en transistor
2N3904 (NPN de propósito general) Económico Alta linealidad Alta precisión Respuesta rápida Señal con buena potencia Libre de ruido + B C E 2N3904

20 Medición de nivel Interruptores de nivel magnéticos
Madison M8700-C Económico Diseño simple Indicación puntual Confiables Alarmas de nivel No funcionan para control continuo

21 Medición de nivel Sensor basado en transmisor de presión
Cole-Parmer Diseño simple Alta linealidad Respuesta rápida Económico 0 a 3,5 mH2O 0,5 a 5,5 VDC

22 Actuadores Válvulas de Solenoide Proporcionales (PSV)
Aalborg PSV5S-VA Flujo proporcional Bajo costo Corto tiempo de respuesta 0 a 2850 ml/min 0 a 30 VDC

23 Acondicionamiento de señales

24 Acondicionamiento de señales Temperatura
1 +8 V L7805 In Out Com U1 3 2 + U2 4,7 kΩ R2 1,0 kΩ R1 0-1,0 k R4 10 k R3 R6 0-500 k R5 330  R7 2N3904 Q1 Vo GND 1/4 LM324

25 Acondicionamiento de señales Nivel de líquido
+ U1 10 kΩ R4 Vi 0-1,0 k R2 Vo +5 V 9,1 k R1 1,0 k R3 100 kΩ R5 10 k R6 R7 U2 0-100 k R8 R9 GND 1/4 LM324

26 Amplificación de potencia para válvulas
Q1 TIP120 L1 75 Ω R1 +12 V +30 V + U1 VPWM GND D1 Válvula PSV 1/4 LM324

27 Programas (Software)

28 Software BERSAN-avr (Microcontrolador)
Administra la conversión A/D 6716 conversiones A/D por 12 MHz 1,2 ms por cada 8 canales Se comunica con la PC < bps Conversión D/A PWM 10-bit 0 a 5 VDC No realiza cálculos para controlar el proceso

29 Software BERSAN-pc (Interfaz gráfica para el usuario)
Adquisición de datos (registro) Realiza cálculos para controlar el proceso Modos MANUAL PID Posicional PID Velocidad Intervalo de muestreo variable

30 Software BERSAN-pc

31 Resultados

32 Resultados Sensores y actuadores
Se comprueba la linealidad de todos los sensores. Válvulas se traban ante cambios bruscos hacia los valores bajos (< 4 VDC), y siempre a los valores altos (> 21 VDC). Se presenta ruido en el sensor de nivel a causa de las vibraciones del soporte.

33 Resultados Señal ruidosa

34 Resultados Señal filtrada

35 Resultados Filtrado de señales

36 Resultados Filtrado de señales

37 Resultados Simulación

38 Resultados Simulación

39 Conclusiones y recomendaciones finales

40 Conclusiones Los flujos máximos reales son el 70% del valor de diseño (2850 ml/min), debido al trabamiento de las válvulas PSV. El ruido causado por la bomba genera variaciones de ±5 % del valor instantáneo de la señal de nivel. El atenuamiento de dicho ruido es adecuado para factores de filtro mayores a 0,90. La temperatura de trabajo queda restringida al intervalo de 5 a 50 °C.

41 Conclusiones El tiempo de muestreo y cálculo es menor a los 15 ms, operando a bps, pero conviene trabajar a intervalos mayores. Las gráficas tras la simulación muestran un comportamiento que cumple con el modelo planteado, excepto por las no-linealidades de las válvulas.

42 Recomendaciones Sustituir las válvulas PSV o darles mantenimiento a las actuales. Acoplar el equipo con el Banco Hidráulico Gunt HM-150. Instalar filtro analógico a la señal proveniente del sensor de presión.

43 Muchas gracias por su atención


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