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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.

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Presentación del tema: "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."— Transcripción de la presentación:

1 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 EntradasSalidas Proceso

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

4 Equipo para prácticas

5 Construcción del equipo Vista frontal

6 Proceso Diagrama de instrumentación S q1q1 q2q2 q3q3 S PT 31 FT 21 FT 11 FV 21 TT 31 LAL 31 LAH 31 FT 31 FV 31 P-31 V-31 H-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 V alim. = (4,5 a 5,5) V DC V oper = 0 a 5 V DC

13 Transmisor Programador DAPA PB0 PB5 (MOSI) PB6 (MISO) PB7 (SCK) RESET XTAL1 XTAL VCC GND ATmega16 IC 1 J1J1 DB25 VCC D0 Busy Strobe Init GND 470 R4R4 220 R3R3 470 R2R2 1,0k R1R1 10k R5R5 VCC D1D1 GND C1C1 27pF + C2C2 + GND XT 1

14 Transmisor Circuito de comunicación PD0 (RXD) PD1 (TXD) PD2 (INT0) VCC GND ATmega16 IC 1 J1J1 DB9 +5 V DTR DSR RTS CTS RD TD GND C1C1 1,0μF + 16 VCC +5 V IC 2 C2C2 1,0μ F + 15 GND C4C4 1,0μF V+ V- R1 OUT T2 IN T1 IN C1+ C1- C2+ C2- T2 OUT R1 IN R2 IN MAX232 GND C5C5 1,0μF + C3C3 + GND

15 Transmisor Placa impresa

16 Transmisor BERSAN-avr GD Entradas Analógicas (0-5 V DC ) Entradas Discretas (Interruptores) PWM3 (10-bit) PWM4 (8-bit) Alimentación 9 – 15 V DC RS-232Prog. LED Comunicación LED Encendido RESET PWM2 (10-bit) PWM1 (8-bit)

17 Instrumentos de medición y de acción

18 Medición de flujo Medidores de microturbina de rueda McMillan Salida altamente lineal Alta precisión Tiempo de respuesta corto Bajo costo 200 a 5000 ml/min 0 a 5 V DC 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 –+

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 mH 2 O 0,5 a 5,5 V DC

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 V DC

23 Acondicionamiento de señales

24 Acondicionamiento de señales Temperatura 1 +8 V L7805 In Out Com U1U U2–+U2– +8 V 4,7 k R2R2 1,0 k R1R1 0-1,0 k R4R4 10 k R3R3 4,7 k R6R k R5R5 330 R7R7 2N – Q1Q1 VoVo GND 1/4 LM324

25 Acondicionamiento de señales Nivel de líquido +U1–+U1– 10 k R4R4 ViVi 0-1,0 k R2R2 VoVo +5 V 9,1 k R1R1 1,0 k R3R3 100 k R5R5 10 k R6R6 100 k R7R7 +U2–+U2– k R8R8 10 k R9R9 GND 1/4 LM324

26 Amplificación de potencia para válvulas Q1Q1 TIP120 L1L1 75 R1R1 +12 V+30 V +U1–+U1– V PWM GND D1D1 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 V DC 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 ( 21 V DC ). 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

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37 Resultados Simulación

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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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