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Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraEscuela de Ingeniera Mecnica Elctrica
DISEO DE UN SISTEMA DE CONTROL DIGITAL DIRECTO(DDC). APLICACIN ESPECFICA: CONTROL DE
TEMPERATURA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR
Mario Rmulo Cuc Tarot
Asesorado por: Ing. Axel Wosbely Mendizbal Negro
Guatemala, septiembre de 2003
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
DISEO DE UN SISTEMA DE CONTROL DIGITAL DIRECTO (DDC).APLICACIN ESPECFICA: CONTROL DE TEMPERATURA DE UN
INTERCAMBIADOR DE CALOR
TRABAJO DE GRADUACIN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LAFACULTAD DE INGENIERA
POR
MARIO RMULO CUC TAROT
ASESORADO POR: ING. AXEL WOSBELY MENDIZBAL NEGRO
AL CONFERRSELE EL TTULODE
INGENIERO ELECTRICISTA
GUATEMALA, SEPTIEMBRE DE 2003
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
NMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Sidney Alexander Samuels Milson
VOCAL I Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL II Lic. Amahn Snchez AlvarezVOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Julio Ismael Gonzlez Poldszueck
EXAMINADOR Ing. Edwin Alberto Solares Martnez
EXAMINADOR Ing. Gustavo Benigno Orozco Godnez
EXAMINADOR Ing. Julio Roberto Urdiales Contreras
SECRETARIO Ing. Francisco Javier Gonzles Lpez
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HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de SanCarlos de Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo de graduacintitulado:
DISEO DE UN SISTEMA DE CONTROL DIGITAL DIRECTO(DDC). APLICACIN ESPECFICA: CONTROL DE
TEMPERATURA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR
Tema que me fuera asignado por la Direccin de la Escuela de IngenieraMecnica Elctrica, con fecha 5 de febrero de 2001.
Mario Rmulo Cuc Tarot
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DEDICATORIA
A DIOS Por ser mi amigo fiel, el que me ayuda y gua en los buenos y malos
momentos.
A MIS PADRES Mario Guillermo y Ana Leticia, por su apoyo incondicional y creer
siempre en mi.
A MI ESPOSA Mnica, con todo mi amor, por ser la compaera de mi vida, el
cumplimiento de este objetivo tambin es el de ella.
A MI HIJA Skarleth Denisse, como una muestra del cumplimiento de los objetivos
que debe tener durante el transcurso de su vida.
A MIS
HERMANAS Frida, Heydi, Daylin y Evelyn, con mucho amor, por su cario y
comprensin.
A MIS
ABUELITOS Dominga Quim, Rmulo Tarot (Q.E.P.D.), Lidia Ponce Vda. de Tarot,
por su apoyo brindado.
A MI FAMILIA Con profundo amor y cario, porque este triunfo tambin es suyo;
especialmente a la familia Estrada Tarot.
Y A MIS AMIGOSY COMPAEROS Por haber compartido momentos inolvidables y por ser parte de mi vida.
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AGRADECIMIENTOS
A la Universidad de San Carlos de Guatemala
A la Facultad de Ingeniera
A la Escuela de Ingeniera Mecnica Elctrica,
Por ser la fuente de mis conocimientos adquiridos y
darme albergue como mi casa de estudios.
Al Ingeniero
Axel Wosbely Mendizbal
Por su apoyo y direccin.
A los Ingenieros
Julio Csar Solares y
Enrique Ruiz Carballo
Por su comprensin y apoyo.
A las empresas y personal de GBM,
Ingenio Santa Ana, Alimentos Maravilla,
Maz Industrializado de Centroamrica, S.A. y
Minsa Corporation
Por participar en mi formacin profesional.
A todas las personas que de una u otra manera me dieron su apoyo durante esta etapa
de mi vida.
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I
NDICE GENERAL
NDICE DE ILUSTRACIONES........................................................ IIIGLOSARIO ................................................................................. VRESUMEN .................................................................................. VIIHIPTESIS .................................................................................. IXOBJETIVOS ................................................................................ XINTRODUCCIN ......................................................................... XII
1. CONTROL AUTOMTICO DE PROCESOS...................... 1
1.1 Sistemas de control con retroalimentacin ............... 21.2 Elementos de un sistema de control con
retroalimentacin ..................................................... 31.3 Modos de control en sistemas en lazo con
retroalimentacin ..................................................... 61.4 Controladores digitales ............................................ 131.5 Control por computador .......................................... 15
2. INTERFASE DEL MUNDO ANALGICO CON EL DIGITAL . 19
2.1 Transductor ............................................................ 202.2 Convertidores digitales-analgicos (DAC) ................. 212.3 Convertidor analgico-digital (ADC) ......................... 242.4 Computadora .......................................................... 262.5 Actuador .................................................................. 26
3. SISTEMAS DIGITALES CON MICROPROCESADORES .... 27
3.1 Microprocesador ....................................................... 273.2 Arquitectura de los microprocesadores ...................... 283.3 Elementos de un sistema digital con
microprocesadores ..................................................... 30
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II
4. DISEO DEL HARDWAREDEL SISTEMA.................... 34
4.1 Puertos de control ..................................................... 344.2 Controlador digital .................................................... 394.3 Puertos de lectura y escritura a la PC ........................ 434.4 Interfase con la PC .................................................... 46
5. DISEO DEL PROGRAMA DEL CONTROLADOR ............. 49
5.1 Mdulo de inicializacin ........................................... . 505.2 Mdulo de seal analgica de entrada ....................... 51
5.3 Mdulo de seal de temperatura de consigna ............. 535.4 Mdulo de calculo de error y signo ............................. 555.5 Mdulo de seal de modo de control ......................... 565.6 Mdulo de modo on/off .............................................. 585.7 Mdulo de modo proporcional .................................... 595.8 Mdulo de modo proporcional + integral ..................... 615.9 Mdulo de modo proporcional + integral + derivativo .. 725.10 Mdulo de seal analgica de salida ........................... 80
6. DISEO DEL SOFTWAREDE INTERFASE DEL SISTEMA.. 84
6.1 Mdulo de visualizacin ............................................. 856.2 Mdulo de configuracin ............................................ 856.3 Mdulo de comunicacin ............................................ 85
7. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO................................... 94
7.1 Seccin del hardware ................................................ . 947.2 Seccin de programacin asembler.............................. 957.3 Seccin de programacin en alto nivel ......................... 1007.4 Puesta en marcha ....................................................... 100
CONCLUSIONES ........................................................................... 106RECOMENDACIONES ................................................................... 108BIBLIOGRAFA ............................................................................ 109
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III
NDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1 Sistema de control por accin precalculada 12 Sistema de control con retroalimentacin 3
3 Elementos de un sistema de control con retroalimentacin 44 Control de encendido-apagado 75 Control proporcional 86 Banda proporcional 97 Control proporcional ms integral 108 Control proporcional ms derivativo 129 Control DDC 1710 Interfases analgicas-digitales 2011 Convertidor D/A de 4 bits con salida de voltaje 2112 DAC con amplificador operacional en configuracin sumador 2313 ADC de aproximaciones sucesivas 24
14 Estructura del microprocesador 2815 Estructura de una computadora 3116 Diagrama del sistema 3417 Puertos de control 3818 Controlador digital 4219 Puertos de lectura 4420 Puertos de escritura 4521 Interfase a la PC 4822 Diagrama de flujo del programa del controlador digital 4923 Estructura del softwarede interfase del sistema 84
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IV
TABLAS
I Proporcionalidad entre temperatura, corriente y voltaje
de entrada y entrada binaria 35
II Proporcionalidad entre salida binaria, voltaje, corriente
de salida y porcentaje de apertura de la vlvula 37
III Direcciones utilizadas 39
IV Codificacin de datos 40
V Puertos con la PC 43
VI Puertos con el controlador digital 46
VII Codificacin de datos PC 47
VIII Procesos precalculados A 97
IX Procesos precalculados B 98
X Procesos precalculados C 99
XI Procesos precalculados D 102XII Procesos precalculados E 103
XIII Procesos precalculados F 104
XIV Procesos precalculados G 105
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V
GLOSARIO
CMOS (semiconductor complementario de xido metlico).
Familia de circuitos electrnicos donde su circuito bsico,
es el inversor basada en transistores de efecto campo de
metal xido, con dispositivos de canal n y p fabricadossobre el mismo sustrato.
IC (circuito integrado).Es un cristal semiconductor pequeo
de silicio que contiene componentes elctricos como
transistores, diodos, resistores y capacitores.
Interconectados para formar un circuito electrnico
montados sobre un paquete de metal o plstico con
conexiones externas.
ISA (industry standard architecture). Protocolo de
comunicacin y componentes para conectar tarjetas de uso
especifico a una computadora. Con parmetros mximos
de comunicacin de 16 bits en datos, 8 MHz. de velocidad
de reloj y transferencia de 5MB. por segundo.
LSB (low significant bit). Dentro de un conjunto de bits que
formen un byte o una palabra el LSB es el bit menos
significativo.
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VI
MSB (most significant bit). Dentro de un conjunto de bits que
formen un byte o una palabra el MSB es el bit mas
significativo.
Multiplexor Circuito combinacional que selecciona informacin binaria
de una de varias lneas de entrada y la dirige a una sola
lnea de salida.
PCI (Peripheral Component Interconnect). Protocolo de
comunicaciones y componentes para conectar tarjetas de
uso especifico a una computadora. Permite mayor
velocidad de transferencia y ancho de bits que el bus ISA.
PIC (peripheral interface controller). Dispositivo programable
con perifricos y memoria incluidos.
TTL (lgica transistor transistor). Familia de circuitos
electrnicos donde su circuito bsico es la compuerta
NAND construida con lgica transistor transistor.
USB (universal serial bus). Protocolo de comunicaciones y
componentes para conectar dispositivos externos a una
computadora. Sus ventajas principales son: su velocidad detransferencia de datos, conexin externa, conexin sin
necesidad de apagar el equipo.
VISUAL C++ Lenguaje de programacin de alto nivel, para desarrollar
aplicaciones en entorno Windows.
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VII
RESUMEN
Debido al crecimiento del uso de controladores de procesos en la
industria guatemalteca y la dificultad para conceptualizar su operacin y su
configuracin, se tiene la necesidad de desarrollar un sistema de control quepueda ser visualizado y configurado por medio de una interfase amigable, lo
que permitira una sintonizacin mas eficiente; tenga la capacidad de almacenar
datos, realizar grficas de tendencias y la posibilidad de generar reportes.
Adems tenga la posibilidad de establecer una forma de control mas avanzada
o bien de ofrecer la posibilidad de crecimiento sin tener que realizar grandes
inversiones.
Estudios universitarios sobre el tema de instrumentacin industrial y
sistemas de control han sido tratados como aplicaciones especficas de equipos
ofrecidos en forma comercial, sin llegar al diseo del sistema en su totalidad,
incluyendo la parte tanto del hardware como software.
Por lo tanto, se toma la decisin de realizar el diseo de un sistema de
control, estableciendo las limitantes siguientes: realizar el diseo para un nico
lazo de control, permitir la visualizacin de las variables de proceso y de
configuracin del lazo, pero, no su almacenamiento, y la utilizacin de formas
de control tradicionales. Aunque estas limitantes deben tomarse como posibles
caminos para el crecimiento del proyecto. En esta fase de desarrollo
aumentaran enormemente la complejidad y el tiempo empleado, adems, se
perdera el sentido de aplicacin sencilla y barata.
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VIII
Por lo tanto, se toma como base el diseo de un sistema DDC (Direct
Digital Control), que utiliza a un microprocesador dedicado al control, mientras
mantiene comunicacin con una interfase que le da seales de consigna y
control, adems permite su visualizacin en el monitor de una computadora
personal.
Para las herramientas y materiales utilizados en el desarrollo se toma en
cuenta principalmente la experiencia en el uso de ellas, por ejemplo, se toma ladecisin de utilizar el microprocesador Zilog Z-80 debido a su extendido uso en
el mbito acadmico, los proyectos desarrollados anteriormente en los
laboratorios, la facilidad de adquirir documentacin, aunque el uso de PIC se
este extendiendo grandemente pero el Z-80 sigue consiguindose en el
mercado a precios accesibles; el uso de la interfase ISA, aunque casi en
desuso aun sigue presentndose como la interfase interna mas fcil de
programar debido a los problemas de conseguir documentacin sobre la
programacin del PCI, la falta de experiencia en la programacin de interfases
como USB, adems de que le permite al usuario el uso de computadoras que
generalmente son desechadas para uso de oficina como plataformas para
utilizarlas nicamente para control; para el desarrollo de la interfase visual se
tomo la decisin de utilizar el lenguaje de programacin Visual C ++ debido a
que es la principal herramienta para el desarrollo de aplicaciones para Windows
con capacidad de poder acceder al hardware de la PC.
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IX
HIPTESIS
Se puede realizar el diseo de un sistema que utilice elementos digitales
y una computadora personal para establecer un sistema de control, donde el
controlador est basado en software estableciendo interfaces analgico-digitales para su comunicacin con parmetros normalizados tanto de lectura
como escritura en la forma de seal analgica de 4-20 mA., adems que se
pueda configurar y visualizar por medio de interfases grficas.
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X
OBJETIVOS
General
Diseo de un sistema de control digital directo (DDC) para poderestablecer estrategias de control en base a la lectura de una seal normalizada
de 4-20 mA. y llegar a controlar un proceso (temperatura de un intercambiador
de calor) mediante la actuacin sobre un elemento final de control por medio de
una seal normalizada de 4-20mA., adems que tenga la posibilidad de tener
interfases grficas para su configuracin y la visualizacin del proceso.
Especficos
1 Describir un sistema de control con retroalimentacin y sus diversos
componentes.
2 Describir los modos de control en sistemas en lazo con
retroalimentacin.
3 Describir los diversos tipos de interfaces entre seales analgico-
digitales y seales digitales-analgicas.
4 Describir la arquitectura de sistemas digitales con microprocesadores,
as como sus diversos componentes.
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XI
5 Seleccionar los componentes a utilizar en el diseo del sistema de
control digital directo.
6 Disear el programa en lenguaje de bajo nivel que ser utilizado por
el microprocesador para funcionar como controlador.
7 Disear el software que realizar la interfase grfica y configuracin
del sistema de control digital directo.
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XII
INTRODUCCIN
Un sistema de control digital directo (DDC, direct digital control) es un
sistema basado en microprocesadores aplicado hacia el rea del control
automtico de procesos, donde la funcin principal es desarrollada por unmicroprocesador que toma decisiones basndose en su programacin y en una
seal de entrada para mantener en un valor deseado una caracterstica del
proceso; estando el microprocesador y sus componentes auxiliares conectados
al bus de una computadora personal que realiza funciones de visualizacin y
configuracin. Siendo este un sistema abierto a cualquier tipo de procesos
donde solo se emplee un lazo de control, por motivos de ejemplificacin se har
el control de temperatura de un intercambiador de calor.
El objetivo del sistema DDC es establecer un control automtico para
una variable normalizada de 4-20 mA., que ser leda por medio de un
convertidor analgico digital, dicha variable ser una medida de algn
parmetro fsico (temperatura, presin, flujo, etc.) de un proceso elegido en este
caso temperatura, obtenindose los datos en forma digital.
Al procesar la seal digital de entrada, el microprocesador generar una
seal de salida en base al tipo de control configurado, utilizndose un
convertidor digital analgico para convertirla en forma de corriente de 4-20 mA.
Dicha variable ser utilizada por el actuador del elemento final de control para
regular el proceso deseado, en este caso una vlvula de vapor que regular la
temperatura del intercambiador de calor. Todos estos elementos estarn
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XIII
montados en una tarjeta prototipo conectada al bus de la computadora
personal.
El software de interfase y comunicacin hacia la tarjeta prototipo ser
desarrollado por medio del lenguaje de programacin de alto nivel, presentar
una interfase grfica donde se pueda configurar el tipo de control que se pueda
desarrollar siendo estos: a) encendido-apagado (on-off), b) proporcional, c)
proporcional ms integral, d) proporcional ms derivativo, e) proporcional msintegral ms derivativo, adems se podr esquematizar en forma grfica el
proceso (intercambiador de calor).
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1. CONTROL AUTOMTICO DE PROCESOS
En las plantas de procesos debido a la existencia generalmente de gran
cantidad de variables que se deben mantener en un valor determinado, para
lograrlo de forma manual se debe desarrollar un procedimiento de correccin
que requerira un nmero elevado de operarios, adicionalmente un alto
porcentaje de error humano, por lo tanto, se establece la posibilidad de
desarrollar el control de manera automtica, lo que significa contar con
instrumentos y mecanismos que controlen las variables sin necesidad de la
intervencin del operador.
Se cuentan con diversas configuraciones para poder establecer un
control automtico sobre un proceso determinado siendo estas: el sistema de
control con retroalimentacin, el sistema de control por accin precalculada o
bien una combinacin de ambos. En la figura 1, se observa un sistema de
control por accin precalculada junto a sus elementos.
Figura 1. Sistema de Control por Accin Precalculada
Error
MEDIDA Y
TRANSMISION
CONTROLADOR
PROCESO
ELEMENTO FINAL
DE CONTROL
Punto de
control
Variable
manipulada
Perturbaciones
Variable
controlada
Salida del
productoEntrada de
producto
Fluido o agentede control
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En el sistema de control por accin precalculada, las perturbaciones
de proceso se miden y compensan sin esperar a que un cambio en la variable
controlada indique que ha ocurrido una perturbacin. Es muy til cuando la
variable controlada final no se puede medir o bien cuando se tiene bien definido
el modelo del proceso.
1.1 Sistemas de control con retroalimentacin
Los sistemas de control con retroalimentacin forman parte de nuestra
vida cotidiana, por ejemplo, el conducir el automvil, en el cual la carretera es el
objetivo que se desea tener, la forma de obtenerlo es controlando la direccin
de volante, se comprueba que realmente se est tomando la direccin correcta
por medio de la funcin de medicin que se realiza por medio de la vista y
tomando las decisiones de correccin por medio del cerebro del conductor.
Definiendo retroalimentacin como la propiedad de un sistema en lazo
cerrado, ya que permite que la salida se compare con la entrada del sistema, de
tal manera que la accin de control a realizar se tomar sobre la base de alguna
funcin de la entrada y salida.
En el sistema de control de circuito cerrado, la informacin sobre la
variable controlada se vuelve a alimentar como base para controlar una variable
de proceso, de donde se le designa como control de retroalimentacin oalimentacin inversa de circuito cerrado. Est retroalimentacin se logra a
travs de la accin de un operador (control manual) o por medio de
instrumentos (control automtico).
Se implementan sistemas de control con retroalimentacin para controlar
variables como temperatura, presin, nivel, ph, conductividad, posicin,
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velocidad, etc., dependiendo directamente del tipo de proceso, condiciones
econmicas, facilidades de medicin de variables, etc. Todos estos factores
deben ser tomados en cuenta por el ingeniero de instrumentacin para elegir
los elementos que formarn su sistema de control.
En la figura 2, se presenta un esquema de bloques de un sistema de
control con retroalimentacin junto a los elementos que lo comprenden.
1.2 Elementos de un sistema de control con retroalimentacin
Para establecer un sistema de control con retroalimentacin se debe
contar con varios elementos que realizan las funciones bsicas de medicin,
decisin, ejecucin, a medida que se aumente la complejidad del sistema
pueden ir aumentando los elementos. En la figura 3, se ejemplifica un
intercambiador de calor y sus elementos de control con retroalimentacin:
SENSOR o elemento primario (TE, termopar); TRANSMISOR o elemento
Figura 2. Sistema de Control con Retroalimentacin
Error
MEDIDA Y
TRANSMISION
CONTROLADOR
PROCESO
ELEMENTO FINAL
DE CONTROL
Punto de
control
Variable
manipulada
Perturbaciones
Variable
controlada
Salida del
productoEntrada de
producto
Fluido o agente
de control
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secundario (TT, transmisor de temperatura), estos dos elementos realizan la
funcin de medicin de la variable; CONTROLADOR o cerebro del sistema de
control (TC, controlador de temperatura), realiza la funcin de decisin de la
accin a realizar para mantener la variable en el valor deseado;
CONVERTIDOR (I/P, convertidor corriente-presin), convierte una seal
elctrica en neumtica o viceversa, ELEMENTO FINAL DE CONTROL (vlvula
neumtica), es el que efecta la accin indicada por el controlador para
mantener la variable en el valor requerido por el proceso.
Figura 3. Elementos de un sistema de control con retroalimentacin
TE
TT
TC I/P
TT
TC
I/P
TE: Elemento sensor.(Medicin de temperatura).
TT: Elemento transmisor.(Transmisor detemperatura).
TC: Elemento controlador.(Controlador detemperatura).
I/P: Elemento convertidor.(Convertidor corrientepresin).
Elemento de control final.
Vapor
INTERCAMBIADORDE CALOR
Condensado
Fluido fro
Fluidocaliente
TE
Sensores o elementos primarios.Los elementos primarios estn en contacto
con la variable de proceso yutilizan o absorben energa del medio controlado
para dar al sistema de medicin una indicacin. El efecto producido por elelemento primario puede ser un cambio de presin, fuerza, posicin,medicin
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elctrica, etc. Por ejemplo, en elementos primarios de temperatura tipo
termopar se presenta una variacin de fuerza electromotriz.
Transmisores. Son instrumentos que captan la variable de proceso a travs del
elemento primario y la transmiten a distancia a un instrumento receptor que
tenga la funcin de indicador, registrador, controlador o combinacin de estos.
El elemento primario puede o no formar parte integral del transmisor.
La forma de transmisin puede ser en forma de seal neumtica (de
margen de 3 a 15 psi.) o bien electrnica (de margen de 4 a 20 mA. de corriente
continua), aunque algunos transmisores inteligentes transmiten directamente en
modo digital, la cual depende esencialmente del fabricante.
Convertidores. Son aparatos que reciben una seal de entrada neumtica (3-
15 psi.) o electrnica (4-20 mA. c.c.) procedente de un instrumento y despus
de modificarla envan la resultante en forma de seal de salida estndar. Porejemplo, un convertidor P/I (seal de entrada neumtica a seal de salida
electrnica) o un convertidor I/P (seal de entrada elctrica a seal de salida
neumtica).
Controladores. Son los que comparan la variable controlada (presin, nivel,
temperatura) con un valor deseado y ejercen una accin correctiva de acuerdo
con la desviacin, adems de la seleccin del modo de control a operar.
La variable controlada la pueden recibir directamente, como
controladores locales o bien indirectamente en forma de seal neumtica,
electrnica o digital procedente de un transmisor.
Elemento final de control.Recibe la seal del controlador y modifica el caudal
del fluido o agente de control. Puede ser una vlvula neumtica que efecta su
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carrera completa de 3 a 15 psi., dicha seal se obtiene de los convertidores I/P
(que ha convertido de 4 20 mA.), o bien una vlvula motorizada accionada por
un servomotor elctrico. Debido a la confiabilidad en los sistemas electrnicos
existe auge sobre el uso de los variadores de velocidad como elementos finales
de control, recibiendo directamente las seales electrnicas de 4 20 mA.
desde el controlador.
1.3 Modos de control en sistemas en lazo con retroalimentacin
En los inicios de la era industrial, el control de procesos se realizaba
mediante tanteo, intuicin y en la experiencia acumulada de parte de los
operadores, pero, debido a las exigencias del mercado se fueron desarrollando
teoras del modo de controlar los procesos. A raz de estas teoras fueron
crendose los controladores que representan el cerebro del sistema. Estos
realizan dos funciones esenciales:
Comparan la variable medida con la de referencia o deseada (punto de
consigna) para determinar el error.
Estabiliza el funcionamiento dinmico del bucle de control mediante
circuitos especiales para reducir o eliminar el error.
La reaccin de un controlador a una seal de error es una forma deindicacin del modo de control. En general se aceptan cinco modos bsicos: a)
encendido-apagado (on-off), b) proporcional, c) proporcional ms integral, d)
proporcional ms derivativo, e) proporcional ms integral ms derivativo.
Control de encendido-apagado (on-off). En este modo de control, el
dispositivo corrector final slo tiene dos posiciones o estados de operacin. Si
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la seal de error es positiva, el controlador enva el dispositivo corrector final a
una de las dos posiciones. Si la seal de error es negativa, el controlador enva
el dispositivo corrector final hacia la otra posicin. Este tipo de control se
emplea usualmente con una banda diferencial o zona neutra en la que el
elemento final de control permanece en su ltima posicin para valores de la
variable comprendidos dentro de la banda diferencial. Los ajustes del control se
basan en variar el punto de consigna y la banda diferencial.
Es evidente que la variable controlada oscila continuamente y que estas
oscilaciones variaran en frecuencia y magnitud si se presentan cambios de
carga en el proceso.
Figura 4. Control de encendido-apagado
100 %
50 %0 %
VLVULA
TEMPERATURAContacto Alto
Punto de Consigna
Contacto Bajo
Tiempo
Control proporcional. En el modo de control proporcional, el dispositivo
corrector final no es obligado a tomar una posicin de todo o nada. Sin
embargo, tiene un rango continuo de posiciones posibles. Existe una relacin
lineal continua entre el valor de la variable controlada y la posicin del elemento
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final de control (dentro de la banda proporcional). Es decir, la vlvula se mueve
el mismo valor por cada unidad de desviacin.
En la figura 5, se observa la reaccin de un controlador proporcional y su
punto de consigna es 150 C. El intervalo de actuacin es de 100-200 C.
Cuando la variable controlada est en 100 C o menos la vlvula est
totalmente abierta; a 200 C o ms est totalmente cerrada y entre 100 y 200 C
la posicin de la vlvula es proporcional al valor de la variable controlada. Porejemplo, a 125 C est abierta en un 75%; a 150 C en un 50%.
Figura 5. Control proporcional
Punto deConsigna
Abierta
75 %
50 %
25 %
Cerrada
25 50 75 100 125 150 175 200 250 C
Posicinde la
vlvula
La ganancia del controlador proporcional ser la relacin entre la
variacin en la seal de salida y el error que la produce (diferencia entre la
variable y el punto de consigna). Muchos controladores utilizan en lugar de
ganancia la denominada banda proporcional que es la inversa de la ganancia.
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9
K
BP%100
% =
La banda proporcional es el porcentaje de variacin de la variable
controlada y necesaria para provocar una carrera completa del elemento final
de control, se expresa usualmente en tanto por ciento de su campo de medida
total. Por ejemplo, si la escala del instrumento es 200 C, y se necesitan 50 C
de cambio para provocar una carrera total de la vlvula, el tanto por ciento de labanda proporcional es de 50/200 igual a 25%. En la figura 6, se explica el
concepto de banda proporcional en tanto por ciento, ntese que la banda
proporcional a 100% no puede causar una carrera total incluso para un cambio
completo en la variable controlada.
Figura 6. Banda proporcional
BP%: Banda proporcional
en porcentaje.
K: Ganancia del controlador.
20 40 60 80 100
% Apertura Vlvula
100
80
60
40
20
% Variable
Controlada
500% 200% 100%
50%
20%
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Figura 7. Control proporcional ms integral
Control proporcional ms integral. La posicin del dispositivo de correccin
final depende de dos variables. La parte proporcional que establece la posicin
depende de la magnitud de la seal de error, mientras que la parte integral
establece la integral del tiempo de la seal de error o la magnitud de error
multiplicada por el tiempo que ha persistido.
La variacin de la seal de salida se hace evidente examinando la figura
7, si a la entrada del controlador se introduce un error constante o entre la
variable y el punto de consigna, la seal de salida Posalta un determinado valor
Po1por la respuesta inmediata de la parte proporcional y a continuacin sigue
una variacin gradual a una velocidad proporcional al error.
Tiempo
Variable
o
Tiempo
VlvulaPo
Po
i
Po
Po1
Tiempo de accinintegral = I(minuto por repeticin)
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Del mismo modo que la accin proporcional se defina por la banda
proporcional o la ganancia, la accin integral viene definida por el denominado
tiempo de accin integral. Este es el intervalo de tiempo ante una seal de
entrada en escaln, la parte de la seal de salida debido a la accin integral
iguala a la parte debida a la accin proporcional. El tiempo de accin integral I
en minutos equivale a minutos por repeticin de la accin proporcional. Se
puede expresar la accin integral en repeticiones por minuto, es el nmero de
veces por minuto con que se repite la accin proporcional y que es el recprocomatemtico de minutos por repeticin.
Control proporcional ms derivativo. Cuando existe una regulacin derivada
es porque hay una relacin lineal continua entre la velocidad de variacin de la
variable controlada y la posicin del elemento final del control. Es decir, que el
movimiento de la vlvula es proporcional a la velocidad de cambio de la
variable, mientras ms rpido cambie ms se mover la vlvula.
La variacin de la seal de salida se hace evidente examinando la figura
8, si a la entrada del controlador se introduce un error que cambia
constantemente en el tiempo, o= Ct, la seal de salida Posalta un determinado
valor Po1 por la respuesta inmediata debido a que la derivada de una seal
escaln es infinita y a continuacin sigue una variacin gradual a una velocidad
proporcional a la velocidad que cambia el error.
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Figura 8. Control proporcional ms derivativo
Para definir la accin derivada se considera el tiempo, D, como el
intervalo en que la parte de variacin a causa de la accin proporcional que
equivale a la parte de variacin de la accin derivativa slo cuando se aplica al
instrumento una entrada en rampa.
Se acostumbra a expresar la accin derivada en minutos de anticipo que
representan el tiempo en minutos con que la accin derivada se anticipa al
efecto de la accin proporcional en el elemento final de control.
Tiempo
Variable=Ct
Tiempo
Vlvula
Po
Po
D
P+D
P
Tiempo de accinderivada = D(minuto de anticipo)
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Control proporcional ms integral ms derivativo. En este tipo de control, la
accin correctiva es determinada por tres variables. La magnitud del error, que
es la parte proporcional; la integral de tiempo del error o la magnitud del error
multiplicada por el tiempo que ha persistido, que es la parte integral y la razn
de cambio del error con el tiempo.
Un rpido cambio del error provoca mayor accin correctiva que un cambio de
error lento, esta es la parte derivativa. La ecuacin correspondiente a uncontrolador PID electrnico es:
dt
dKdtKgVo
t "'
0++=
1.4 Controladores digitales
El desarrollo electrnico ha permitido la fabricacin de controladores
digitales basados en microprocesadores con todas las ventajas, por ejemplo, el
ajuste del punto de consigna y las acciones PID sin tener que extraer el
instrumento de su base en el panel, al auto ajuste del instrumento para
acomodarse a las variaciones de rgimen de carga del proceso y el
autodiagnstico del aparato.
Los controladores digitales permiten el ajuste de sus acciones de control
ante las perturbaciones peridicas del proceso. Por este motivo pueden trabajar
con varios algoritmos de control P+I+D. El algoritmo convencional, donde las
Vo = seal de salida de
controlador.
g = ganancia o constante
proporcional.
= seal de error.
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acciones se influyen mutuamente, y que corresponde a los controladores
clsicos neumticos y electrnicos.
epTa
pTD
pTIKVo *
*1
*1*
*
11*
++
+=
El algoritmo de no interaccin entre las acciones (llamado tambinalgoritmo ISA) es:
PVpTa
pTD
pTIKeVo *
*1
*
*
1*
+
+=
El algoritmo llamado industrial es:
++
+= PV
pTapTDPC
pTIKVo *
*1*1*
*11*
En un controlador digital es necesario discretizar los valores de sus
acciones, resultando:
( ) ( ) ( ) ( )[ ]
+++= 211)()( 2 ktktktm
dktkt
i
mkt
eeeT
Tee
T
TekVo
p: operador d/dt.
e: error entre la variable y e
punto de consigna.
K: ganancia (100/banda
proporcional).
TI: tiempo de accin integra
en minutos/repeticin.
TD: tiempo de accin
derivativa en minutos de
anticipo.
Ta: constante de tiempo de
PV: variable deproceso.
PC: punto deconsigna.
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1.5 Control por computador
Con el aumento del tamao de los procesos y el crecimiento de su
complejidad, llega a ser necesario un control ptimo para mantener estndares
de calidad y de seguridad. Adems gracias a la disminucin de los costos de
equipos computacionales de gran procesamiento se ha llegado a establecer
relaciones costo-beneficio ms aceptables para la industria, obteniendo
beneficios en relacin a la eficiencia de produccin, mayor calidad, mayor
seguridad y la gran cantidad de informacin con fines administrativos que se
pueden conseguir.
La optimizacin se consigue desarrollando un modelo que refleje
exactamente el sistema de balance de energa y de materiales del proceso,
realizando el control a travs de mediciones y resolviendo el modelo en forma
matemtica, ya que se obtienen los valores de control sobre las variables delproceso, todo este proceso lo realiza el computador. La eficacia de este sistema
depende de la precisin del modelo matemtico o del algoritmo de control que
se emplee. Este sistema evolucion en dos etapas: el control digital directo y el
control supervisorio.
Tm= perodo de muestreo, es decir, Tm=tk-tk-1.
e(tk)=error o diferencia entre la variable y el punto de consigna.
e(tk-1)=error un incremento de tiempo de muestreo antes.
e(tk-2)=error dos incrementos de tiempo de muestreo antes.
k = ganancia de la accin proporcional.
Ti= min/rep. de la accin integral.
T = minutos de la accin derivativa.
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Control DDC. El computador lleva todos los clculos que se realizan
individualmente con los controladores P+I+D generando directamente las
seales que van a los elementos finales de control. Este sistema realiza las
siguientes funciones: explora las variables de entrada analgicas o digitales; las
compara con los puntos de consigna e introduce la seal de error en el
algoritmo de control correspondiente; enva las seales de salida a los
elementos finales de control del proceso y puede disponer de instrumentos de
respaldo en paralelo con el computador en los puntos crticos y que estosactan como reserva en caso de fallo.
Las seales procedentes de los transmisores de campo se renen en
una terminal y pasan a una unidad de filtrado y acondicionamiento. Estas son
convertidas a seales digitales, para ser usadas en los clculos posteriores de
control. Estas seales de entrada pueden tener varios orgenes; seales de
tensin, provenientes de termopares, restatos, tacmetros, pH, conductividad
o bien seales de corriente provenientes de transmisores.
Seguidamente se conectan a un multiplexor de forma aleatoria o
secuencial, y pasan al computador. El computador permite comprobar cada
seal de entrada y compararla entre lmites prefijados para detectar si sale
fuera de estas magnitudes y determinar a travs de la lgica del computador
sobre las causas de la desviacin iniciando una alarma o bien imprimiendo
instrucciones para la operacin de la planta.
Por otro lado, el computador dispone de varios algoritmos de control, de
los cuales el ms tpico es el PID cuya frmula clsica es:
EKEKEKP DIP
2++=
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Donde:
P = valor incremental de salida
= intervalo de muestreo
E = error de la muestra
E = variacin del error durante el intervalo de muestreo
2E = grado de variacin del error durante el intervalo de muestreo
KP= factor de control proporcional
KI= factor de control integralKD= factor de control derivativo
Figura 9. Control DDC
Seal deEntrada
Analgica4-20 mA
ConvertidorAnlogo-Digital
ConvertidorDigital-Analgico
Sistema conMicroprocesador
para Control
Computador
Seal deSalida
Analgica4-20 mA
Alarmas
Consolade
Operacin
Unidad dediscos
Proceso
Transmisor
I/P
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Generalmente estos algoritmos de control son desarrollados por
microprocesadores dedicados nicamente a esta labor.
Por otro lado, el sistema DDC compara la seal enviada al elemento final
de control con la seal de entrada y determina la aceptacin de la informacin
para la accin de control. Si sta no es aceptable se retiene la ltima posicin
del elemento final de control. El operador es prevenido tomando el computador
una accin de emergencia. De este modo, los lmites de operacin del procesopueden estrecharse con seguridad, de manera que ste puede llevarse a un
punto de operacin crtico sin problemas.
El DDC permite una transferencia automtico manual sin perturbaciones
y admite una fcil modificacin de las acciones y de las configuraciones de los
sistemas de control, lo cual es muy importante en la puesta en marcha de la
planta.
El computador propiamente dicho admite tanto la informacin de entrada
como de salida, la cual la puede almacenar en memorias auxiliares como discos
duros, para posteriores procesos de reporte, adems puede presentarse la
informacin al operador por medio de impresoras, pantallas de rayos catdicos
donde se puedan esquematizar los procesos.
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2. INTERFASE DEL MUNDO ANALGICO CON EL DIGITAL
Una cantidad digital tiene un valor que se especifica por una de dos
posibilidades, como 0 1, BAJO o ALTO, falso o verdadero, entre otras. En
electrnica digital, una caracterstica fsica como un voltaje, toma un valor que
puede ser cualquiera dentro de ciertos rangos especficos; los valores que
estn dentro de un rango se definen de modo que representen el mismo valor
digital. Dando el ejemplo de la tecnologa TTL, en la cual se especifican que
para un 0 lgico el voltaje varia desde 0 V hasta 0.8 V mientras que para el 1
lgico el voltaje puede variar desde 2 V hasta 5 V, siendo diferentes voltajes
para cada tecnologa como por ejemplo, la CMOS. Observando los valores
anteriores se nota que cualquier voltaje que se encuentre dentro del rango 0
hasta 0.8 V ser tomado como 0 lgico y cualquiera que se encuentre desde 2
hasta 5 V, se tomar como un 1 lgico. Los valores exactos no son
significativos debido a que los circuitos digitales responden de la misma manera
para los voltajes que se encuentren dentro del rango especfico.
Una cantidad analgica puede tomar cualquier valor sobre un rango
continuo de valores y, lo ms importante, su valor exacto si es significativo.
Cada posible valor de una cantidad analgica tiene un significado distinto.
La mayor parte de las variables fsicas son de naturaleza analgica y por
lo tanto, pueden tomar cualquier valor dentro de un rango continuo de estos.
Como ejemplos, se puede citar temperatura, presin, intensidad luminosa,
velocidad, flujo, etc. Mientras que los sistemas digitales llevan a cabo todas sus
operaciones internas mediante circuitos digitales, por lo tanto, cualquier
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informacin que tenga que introducirse en un sistema digital, primero debe
ponerse en forma digital. Cuando una computadora se va a utilizar para vigilar
y/o controlar un proceso fsico, el diseador se enfrenta con la diferencia entre
la naturaleza digital de la computadora y la analgica de las variables del
proceso. En la grfica se observan los elementos que participan cuando una
computadora vigila y controla una variable fsica que es analgica:
Figura 10. Interfases analgicas-digitales
ACTUADOR
TRANSDUCTOR ADC
Entradasdigitales
Variablefsica
COMPUTADORA DAC
Salidasdigitales
Controlde unavariablefsica
Entradaanalgica(elctrica)
Salidaanalgica
2.1 Transductor
Generalmente la variable fsica no es elctrica. Un transductor es un
dispositivo que convierte una variable fsica en elctrica.
La salida elctrica de un transductor es una corriente o un voltaje analgico
proporcional a la variable fsica que se esta vigilando. En este elemento estn
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incluidos el sensor y el transmisor de un sistema de control con
retroalimentacin normal.
2.2 Convertidores digitales-analgicos (DAC)
La salida digital de la computadora se conecta a un DAC, que la
convierte a un voltaje o corriente proporcional. La conversin digital-analgica
es el proceso de tomar un valor representado en cdigo digital (como binario o
BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital.
Debido a que algunos convertidores analgicos-digitales utilizan
convertidores digitales-analgicos, es la razn por la cual se inicia el estudio
con este tipo de convertidores.
Figura 11. Convertidor D/A de 4 bits con salida de voltaje
D C B A Vsal
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 00 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 00 1 1 1
0 Volts
1 Volts
2 Volts3 Volts
4 Volts
5 Volts
6 Volts7 Volts
1 0 0 0
1 0 0 11 0 1 0
1 0 1 11 1 0 0
1 1 0 11 1 1 0
1 1 1 1
8 Volts
9 Volts10 Volts
11 Volts12 Volts
13 Volts14 Volts
15 Volts
Entradasdigitales
Salida
analgica
D
C
B
ALSB
MSB
Convertidor
D/A
(DAC)Vsal
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En la figura 2, se muestra un convertidor D/A de 4 bits como diagrama de
bloques, en el cual las entradas digitales D, C, B y A provienen de registros de
salida del sistema digital.
Los 24 = 16 diferentes nmeros binarios representan un valor distinto de
salida de voltaje donde se observa la proporcionalidad entre la cantidad binaria
y la analgica, esta proporcionalidad depender de una constante que es
caracterstica del DAC, con lo que obtenemos la siguiente ecuacin:digitalentradaKanalgicaalida __ =
La constante de proporcionalidad, K, tiene un valor constante para un
DAC dado y tiene tambin otro significado, la resolucin, que se define como la
menor variacin que puede ocurrir en la salida analgica como resultado de un
cambio en la entrada digital. Adems, la salida si se observa bien no es
tcnicamente una cantidad analgica debido a que toma valores discretos, pero
si se aumenta el nmero de bits se podr obtener una salida lo suficientemente
continua para ser analgica.
Claro que se tiene que evaluar varios factores para saber que cantidades de
bits se utilizarn en una aplicacin especifica. Esta caracterstica nos lleva a
definir la resolucin porcentual:
%10012
1_ xporcentualresolucin
N =
La resolucin porcentual nos indica que si se incrementa el nmero de
bits se disminuye el paso entre cada voltaje analgico y, por lo tanto, lo hace
ms continuo.
Tipos de DAC. Existen varios mtodos o circuitos para realizar
conversiones digitales analgicas, se examinarn nicamente esquemas
K = factor de
proporcionalidad
N = nmero de bits
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bsicos debido a que generalmente se encuentran en circuitos integrados y por
lo tanto nicamente se tomarn notas de sus caractersticas significativas.
En la siguiente figura se muestra un circuito bsico de un DAC de cuatro
bits. Siendo las entrada A, B, C y D, binarias que se suponen tienen valores de
0 V o bien 5 V. El amplificador operacin esta en configuracin de sumador, por
lo tanto, suma los valores de ponderacin de los voltajes de entrada. Si
tomamos en cuenta la teora de los amplificadores operacionales donde unamplificador sumador multiplica cada voltaje de entrada por la proporcin del
resistor de retroalimentacin RRal resistor de entrada correspondiente RENT.
Figura 12. DAC con Amplificador Operacional en configuracin desumador con resistores con factores de ponderacin binarios
RR= 2 k
Amp.
Op.
-
+ Vsal
1 k
2 k
4 k
8 k
+ Vs
- Vs
D
C
B
A
Entradas digitales
D C B A Vsal
0 0 0 0 0
0 0 0 1 -0.625
0 0 1 0 -1.250
0 0 1 1 -1.875
0 1 0 0 -2.500
0 1 0 1 -3.125
0 1 1 0 -3.750
0 1 1 1 -4.375
1 0 0 0 -5.000
1 0 0 1 -5.625
1 0 1 0 -6.250
1 0 1 1 -6.875
1 1 0 0 -7.5001 1 0 1 -8.125
1 1 1 0 -8.750
1 1 1 1 -9.375
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La seal o voltaje de salida esta dado por la ecuacin siguiente:
++= ABCDSAL VVVVV
8
1
4
1
2
1
Se observa que los valores de ponderacin son binarios.
2.3 Convertidor analgico-digital (ADC)
La salida analgica (elctrica) del transductor es la entrada al ADC, queconvierte esta entrada en una salida digital. Esta ltima consiste de varios bits
que representan el valor de la entrada analgica. La salida binaria del ADC es
proporcional al voltaje analgico de entrada.
Existen varios mtodos para realizar las conversiones analgicas a
digitales pero nos concentraremos en la de aproximaciones sucesivas debido a
que es la que se utilizar en el controlador digital adems, es uno de los mas
utilizados.
Figura 13. ADC de aproximaciones sucesivas
Lgicade Control
Registro de controlMSB LSB
DAC
Entrada
Analgica COMP
RELOJ
INICIO
EOC
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La forma como trabaja un ADC de aproximaciones sucesivas es la
siguiente, inicialmente la lgica de control borra todos los bits del registro de
control, por lo tanto, el DAC pone en 0 Voltios su salida y si el valor de la
entrada analgica es mayor que 0 el comparador se pone en valor ALTO. En el
siguiente paso la lgica de control pone el MSB a 1 por lo tanto el DAC da en su
salida el valor correspondiente, si este voltaje es ms bajo que la entrada
analgica el comparador seguir en valor ALTO por lo tanto le indicar a la
lgica de control que el cambio de bit no fue suficiente para igualar o superar laentrada analgica que cambiar a uno el siguiente bit despus del MSB con lo
cual aumenta el voltaje a la salida del DAC, la lgica de control realizar este
procedimiento hasta que logre que la salida del comparador pase a valor BAJO,
con lo cual dar una seal de indicacin de finalizacin de la conversin y el
valor correspondiente digital es el que se encuentra en el registro de control.
Tiempo de conversin. La operacin del ADC por medio de aproximaciones
sucesivas la lgica recorre un bit del registro, uno a la vez, y lo pone en 1;
decide si lo mantiene o no en 1 y va hacia el siguiente bit. El procesamiento de
cada bit requiere de un ciclo de reloj; por lo tanto, el tiempo total de conversin
para un ADC de N bits es de N ciclos de reloj. Esto es
tc= N x 1 ciclo de reloj
Este tiempo de conversin siempre es el mismo, sin importar cual sea el valorde la seal analgica de entrada.
Debido a que muchos ADC de aproximaciones sucesivas estn
disponibles en CI, no es necesario el diseo de la circuitera lgica de control.
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2.4 Computadora
La representacin digital de la variable del proceso se transmite desde el
ADC hacia la computadora, que lo almacena y procesa de acuerdo con las
instrucciones del programa en ejecucin. El programa efectuar clculos sobre
la representacin digital de la variable de proceso, para generar una salida
digital que eventualmente servir para controlar el proceso.
2.5 Actuador
A menudo la seal analgica que proviene del DAC esta conectada a
algn circuito o dispositivo que sirve como actuador para el control de la
variable fsica, de acuerdo con el voltaje analgico proveniente del DAC. En
este elemento esta incluido el convertidor y el elemento final de control.
Por lo tanto, se observa que los ADC y DAC funcionan como interfasesentre un sistema digital (la computadora) y el mundo analgico.
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3. SISTEMAS DIGITALES CON MICROPROCESADORES
El microprocesador juega un importante rol en el funcionamiento de la
sociedad actual. El microprocesador puede ser visto como un dispositivo lgico
programable que puede usarse en el control de procesos para encender o
apagar dispositivos, de otra manera, el microprocesador puede ser visto como
un procesador de datos o la unidad de cmputo de una computadora.
Actualmente es utilizado en una gran cantidad de productos llamados productosbasados en microprocesadores, siendo posible trabajar en forma aislada o en
sistemas en conjunto con varios microprocesadores.
3.1 Microprocesador
Es un dispositivo lgico programable consistente en circuitos electrnicos
manufacturados por medio de tcnicas de larga escala, entre sus funciones
estn: a) proporcionar las seales de control y temporizacin para todos los
elementos del sistema con microprocesador, b) extraer las instrucciones y los
datos de la memoria, c) transferir los datos a y desde la memoria y los
dispositivos de entrada/salida, d) decodificacin de instrucciones, e) ejecutar las
operaciones aritmticas y lgicas invocadas por las instrucciones f) responder a
las seales de control generadas en entrada/salida. El microprocesador
contiene toda la circuiteria lgica necesaria para llevar a cabo las anterioresfunciones, pero, en general, no existe manera de tener acceso a la lgica
interna.
En lugar de ello, se controla el microprocesador mediante un programa
formado por varias instrucciones mismo que se coloca en la memoria para que
el microprocesador lo ejecute.
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Inicialmente fue creado el microprocesador de 4 bits (Intel 4004), el cual
fue rpidamente reemplazado por el microprocesador de 8 bits (Intel 8008) y
luego este por el Intel 8080. A mediados de los 70s este microprocesador fue
ampliamente usado en aplicaciones de control y tambin en computadoras
usndolo como CPU. Luego de algunos aos fueron desarrollados el Motorola
68000, el Zilog Z80 y el Intel 8085. El Zilog Z80 tiene compatible el softwarecon
el 8080 pero con algunas instrucciones agregadas, actualmente se han
desarrollado microprocesadores de 16, 32, 64 bits que se han empleado ensistemas de computo para procesamiento matemtico y de datos, mientras los
microprocesadores de 8 bits se siguen utilizando en dispositivos para
aplicaciones de control.
3.2 Arquitectura de los microprocesadores
El microprocesador puede ser dividido en tres partes para la explicacin
de su funcionamiento: la unidad lgica/aritmtica (ALU), el arreglo de registros y
la unidad de control.
Figura 14. Estructura del microprocesador
ALU ArregloRegistros
Control
Direccin del bus
Datos del bus
Control del bus
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Unidad lgica aritmtica (ALU). Esta es la parte del microprocesador que se
encarga de realizar las operaciones lgico aritmticas como adicin,
sustraccin, AND, OR y OR exclusivo.
Arreglo de registros. Esta rea del microprocesador consiste en varios
registros. Estos registros son utilizados para guardar datos temporalmente
durante la ejecucin del programa. Algunos de estos registros son accesibles a
travs de instrucciones.
Unidad de control. Esta parte del microprocesador provee las seales
de control y de temporizacin necesarias para las operaciones del
microprocesador. Esta controla el flujo de datos entre el microprocesador, la
memoria y los perifricos.
Lenguajes de programacin. Cada microprocesador tiene sus propias
palabras, instrucciones y lenguaje. Una instruccin es definida como una tarea
completa, que el microprocesador pueda realizar, por ejemplo, Sumar, para que
esta sea reconocida, ya que debe estar escrita en lenguaje binario conocido
como lenguaje de mquina, claro que esta manera de programar es sumamente
difcil, por lo tanto, los fabricantes de microprocesadores decidieron representar
estas instrucciones en lenguaje binario en forma de palabras parecidas al ingls
llamadas mnemnicos, a esta forma de lenguaje se le llama lenguaje asembler.
Pero, esta forma sigue teniendo el inconveniente, ya que para un
microprocesador diferente existe un lenguaje asembler diferente que no puedeser transferido a otro microprocesador, por lo tanto, se crearon lenguajes que
fueran independientes de la mquina a programar, ejemplo de estos lenguajes
son BASIC, FORTRAN, PASCAL, C, etc. A estos se les llamo lenguajes de alto
nivel. La utilizacin de cada uno de estos tipos de lenguajes depende de la
aplicacin, por ejemplo, en aplicaciones de control donde los programas son
compactos el lenguaje en asembler es bastante prctico, tambin en
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situaciones de tiempo real o de alta frecuencia donde el tiempo de
procesamiento debe ser bien controlado se hace necesario este tipo de
programacin en cambio esto tiene el inconveniente de la depuracin de los
programas o bien la bsqueda de errores, en estos puntos el lenguaje de alto
nivel tiene herramientas que facilitan realizar estas tareas.
3.3 Elementos de un sistema digital con microprocesadores
En un sistema digital con microprocesador se incluyen generalmente
cuatro componentes: microprocesador, entrada, salida y memoria, estos
componentes son organizados alrededor de una trayectoria comn de
comunicaciones llamada bus.En este punto hay que hacer la diferencia entre
microprocesador y microcomputadora, el microprocesador es uno de los
componentes de la microcomputadora mientras que la microcomputadora es un
sistema en si.
A continuacin como ejemplo de un sistema digital con microprocesador
se toma el de una computadora personal.
Las muchas estructuras posibles de computadoras son esencialmente
iguales en principio, aunque varan en el tamao de los canales datos y
direcciones, y los tipos de seales de control que utilizan. Se presenta en el
siguiente diagrama un esquema comn de la arquitectura de una computadora
personal, con sistema de ocho bits y los diversos canales que los interconectan.
Sistema de canales.Tiene tres canales que transportan toda la informacin y
seales implicadas en la operacin del sistema. Estos conectan el
microprocesador a cada uno de los elementos de memoria y E/S, de manera
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que los datos y la informacin puedan fluir entre el microprocesador y
cualquiera de estos otros elementos.
Figura 15. Estructura de una Computadora
Canalde
control
Canal de direcciones
Canal de datos
A15A0
CPU
D7
D0
L/E
12
REI
1 INT2 Etc.
Microprocesador
Circuito
generadorde reloj
Dispositivode entrada
Dispositivode salida
Interfase deentrada
Interfase desalida
RAM ROM
Canal de direcciones
Canal de direcciones
Este es un canal unidireccional, la informacin solo fluye del
microprocesador hacia la memoria o los elementos de E/S. Dependiendo del
tamao del bus de direcciones (8, 16, 32 bits) as sern las posibles direcciones
lgicas, por ejemplo, la de 8 bits generar 28= 256 direcciones posibles, las
cuales podran ser localidades en la ROM o la RAM o una interfase con un
dispositivo de entrada o salida.
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Canal de datos
Este es un canal bidireccional, ya que la informacin fluye del y hacia el
microprocesador, esto depender de la seal de control ya sea de escritura o
lectura. Cuando se realiza la operacin de escritura las terminales de datos del
microprocesador actan como salidas y colocan los datos en el canal
respectivo, que despus se envan a la memoria seleccionada o elementos E/S.
El tamao de los datos depender del nmero de bits que pueda manejar el
microprocesador (8, 16 o 32 bits).
Canal de control
Es el conjunto de seales que se usa para sincronizar las actividades de
los elementos separados del microprocesador, como las seales de escritura o
lectura, interrupciones, o bien las seales de reloj.
Puertos de entrada/salida (E/S). Durante la ejecucin de un programa, el
microprocesador constantemente lee de, o escribe en la memoria. El programa
puede solicitar tambin al microprocesador leer de uno de los dispositivos de
entrada o bien escribir en uno de los dispositivos de salida. En la grfica se
muestra solo un elemento de entrada o salida, pero pueden existir cualquier
cantidad de elementos, los cuales estarn conectados normalmente a travs de
un circuito de interfase. La funcin de la interfase es hacer compatible el
microprocesador y el dispositivo de entrada/salida.
Aunque los dispositivos de entrada/salida se tratan como dispositivos de
memoria, son diferentes en algunos aspectos, uno de los cuales es la
capacidad para interrumpir al microprocesador mientras ejecuta otra tarea, esto
se hace con la finalidad de informarle al microprocesador que se desea
comunicar con el, ni la RAM ni la ROM poseen recursos de interrupcin.
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Entre los dispositivos de entrada pueden estar teclados, convertidores
analgicos a digitales, etc., mientras que los dispositivos de salida pueden ser
diodos, tubos de rayos catdicos, impresoras, otra computadora, etc.
Memoria. La memoria de un sistema con microprocesador se encarga de
guardar informacin binaria como las instrucciones o datos, y provee esta
informacin al microprocesador cuando sea necesario. Para ejecutar
programas, el microprocesador lee instrucciones y datos desde la memoria yrealiza las operaciones en su Unidad Lgico Aritmtica.
Existen varios tipos de memoria pero se expondrn dos grupos:
memorias de solo lectura y de escritura/lectura.
Memoria solo lectura (ROM)
Como su nombre lo indica de esta memoria solo pueden extraerse datos
y solo se puede escribir en ella por medios especiales o bien desde su misma
fabricacin. Generalmente en ella se encuentran programas que no sern
modificados.
Memoria escritura/lectura
Es utilizada como memoria del usuario, puede leerse o escribirse en ella,
pero tiene el inconveniente que generalmente son memorias voltiles, lo cual
significa que si se pierde la energa elctrica se pierden los datos guardados enella.
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4. DISEO DEL HARDWAREDEL SISTEMA
El hardwaredel sistema de control digital directo consta de los siguientes
subsistemas: puertos de control, controlador digital, puertos de lectura y
escritura a la PC y la interfase con la PC, todos estos montados sobre una
tarjeta de expansin conectada a un slot de un computador personal.
A continuacin se muestra un diagrama del sistema:
Seal deEntrada
Analgica
Puertos
deControl
ControladorDigital
ComputadoraPersonal
Seal deSalida
Analgica
Puertosde
lectura ala PC
Puertosde
escrituraa la PC
Interfasea la PC
4.1 Puertos de control
Los puertos de control son las interfases para la lectura y escritura de
seales analgicas normalizadas frente a seales digitales de ocho bits.
Figura 16. Diagrama del sistema
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Convertidor analgico digital. El convertidor analgico digital transformar la
seal analgica de corriente directa con rango de 4 a 20 mA. en una seal
digital de ocho bits en forma proporcional, segn el tabla adjunta, se toman
datos desde 0 a 24 mA. para que el rango de operacin quede en una zona
segura, guardando adems una proporcionalidad entre temperatura y la
correspondiente entrada binaria, nicamente con el propsito de
ejemplificacin:
TEMPERATURA CORRIENTE VOLTAJE ENTRADA(OC) (mA) (Voltios) BINARIA
0 0 0.0000 0000000011 1 0.2083 0000101021 2 0.4167 0001010132 3 0.6250 0001111143 4 0.8333 0010101053 5 1.0417 00110101
64 6 1.2500 0011111174 7 1.4583 0100101085 8 1.6666 0101010196 9 1.8750 01011111
106 10 2.0833 01101010117 11 2.2916 01110100128 12 2.5000 01111111138 13 2.7083 10001010149 14 2.9166 10010100159 15 3.1250 10011111170 16 3.3333 10101010
181 17 3.5416 10110100191 18 3.7499 10111111202 19 3.9583 11001001213 20 4.1666 11010100223 21 4.3749 11011111234 22 4.5833 11101001244 23 4.7916 11110100255 24 4.9999 11111111
Tabla I. Proporcionalidad entre temperatura, corriente y voltaje deentrada, y entrada binaria
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El hardwareestar basado en el circuito integrado ADC 0804, que es un
convertidor analgico-digital de 8 bits que realiza las conversiones por medio
del mtodo de aproximaciones sucesivas.
Se acondicionar la seal analgica de corriente directa de 0 a 24 mA.
de tal forma que a la entrada analgica diferencial, terminal 6 (Vin (+)) y
terminal 7 (Vin (-)) tenga un voltaje proporcional de 0 a 5 VDC. Teniendo la
terminal 1 (CS) permanentemente en modo bajo, mientras que la terminal 3(WR) se utiliza para indicarle al convertidor de que muestree la seal analgica
de entrada indicando al mismo tiempo el inicio del tiempo de conversin. Luego
de terminar la conversin se cambia al estado bajo la seal de la terminal 5
(INTR) para que el microprocesador le enve las seales de seleccin de puerto
de lectura de seal analgica que se lee en la terminal 2 (RD), con esto se
activa la salida de tres estados trasladando los datos digitales hacia el bus de
datos. El circuito de reloj se construye utilizando la terminal 19 (CLK OUT) como
salida de seal de reloj que se conecta a la terminal 4 (CLK IN) a travs de un
resistor de 10 kohms y un capacitor de 15 pF, con lo cual se obtiene una
frecuencia de 640 kHz.
Convertidor digital analgico. El convertidor digital analgico transformar
una seal digital de ocho bits a una seal analgica con rango de 4 a 20 mA en
forma proporcional, segn el tabla adjunta, en la cual se toman datos desde 0 a
24 mA. para que el rango de operacin quede en una zona segura de
operacin, guardando adems una proporcionalidad entre salida binaria y elporcentaje de apertura de la vlvula, nicamente con el propsito de
ejemplificacin. (Vase Tabla II).
El hardware estar basado en el integrado DAC 0832 donde se
convertir la seal digital de ocho bits (terminales 4 a 7 y 13 a 16) hacia la
salida de corriente de 0-1 mA. (terminales 11 y 12) y esta se acondicionar
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hacia la seal de la corriente analgica de 0-24 mA., teniendo la terminal 1
(Chip Select negada) como seleccin de escritura de seal analgica.
SALIDA VOLTAJE CORRIENTE APERTURABINARIA (Voltios) (mA) (%)
00000000 0.0000 0 XX
00001010 0.2083 1 XX00010101 0.4167 2 XX00011111 0.6250 3 XX00101010 0.8333 4 000110101 1.0417 5 600111111 1.2500 6 1301001010 1.4583 7 1901010101 1.6666 8 2501011111 1.8750 9 3101101010 2.0833 10 38
01110100 2.2916 11 4401111111 2.5000 12 5010001010 2.7083 13 5610010100 2.9166 14 6310011111 3.1250 15 6910101010 3.3333 16 7510110100 3.5416 17 8110111111 3.7499 18 8811001001 3.9583 19 9411010100 4.1666 20 100
11011111 4.3749 21 XX11101001 4.5833 22 XX11110100 4.7916 23 XX11111111 4.9999 24 XX
A continuacin se muestra el diagrama del hardware utilizado en los
puertos de control:
Tabla II. Proporcionalidad entre salida binaria, voltaje, corriente desalida y porcentaje de apertura de la vlvula
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Figura 17. Puertos de control
+12V
Entrada
AnalgicaS
alida
Analgica
- +
14
LF347N
208
13
12
8
4 11
10k
+24V
208
150pF
1
cs
4
Vin-
ADC0804
Vin+
clkr
Vr
ef/2
Agnd
86 7 9 19
15
d4
11
13
14
12
d7
d6
d5
16
17
18
d1
d3
d2
d0
clkin
Dgnd
10
intrw
rrd
53 2
Vref
DAC0832LCN
Iout2
Iout1
+5V
8
-
9
+
10
-12V
9 11
Rlb
12 3
gnd
13
19 2 1
81 17
wr1
cs
ile
xfer
wr2
+5V
5
d2
15
16
14 4
d5
d6
d7
d4
d3
6
d0
d1
7
b
Fecha:01/D
iciembre/2002
Ttu
lo:
Puertos
decon
tro
l
Dise
o:MarioRmuloCucTarot
Dibujo:MarioRmuloCucTarot
Pro
yecto:TesisProfesional
SN74LS24
4N
8 1
12
r iha
ur t
s wv x
y
No.:1/1
-
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4.2 Controlador digital
El controlador digital esta basado en un microprocesador Z-80, el cual
tiene clasificadas sus seales en seis grupos: bus de direcciones, bus de datos,
seales de control, seales de peticiones externas, seales de reconocimiento y
especiales, y seales de potencia y frecuencia.
Bus de direcciones. Las terminales de la 30 a la 40 y de la 1 a la 5 son
conocidas como bus de direcciones, con las cuales se utilizan para enviar las
direcciones de registros de memoria o dispositivos de entrada y salida. A
continuacin se lista las direcciones utilizadas junto con su descripcin:
DIRECCIN FLUJO DE DISPOSITIVO DESCRIPCINHEXADECIMAL DATOS0000H - 07FEH Entrada/Salida Memoria Programa del controlador
0000H Salida ADC Inicio de conversin0000H Entrada ADC Lectura de dato digital0001H Entrada ADC Lectura de fin de conversin0001H Salida DAC Escritura de seal analgica0002H Entrada Registro Lectura de temperatura de consigna0002H Salida Registro Escritura de temperatura de salida0003H Salida Registro Escritura de apertura de vlvula0003H Entrada Registro Lectura de modo de control0004H Entrada Registro Lectura de constante proporcional0005H Entrada Registro Lectura de constante integral0006H Entrada Registro Lectura de constante derivativa0007H Entrada Registro Banderas de comunicacin0004H Salida Registro Banderas de comunicacin
Bus de datos
Las terminales de la 7 a la 10 y de la 12 a la 15 son llamadas bus de
datos y son usadas para transferir datos desde y hacia el microprocesador y
Tabla III. Direccionesutilizadas
-
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sus dispositivos de memoria o bien de entrada/salida. A continuacin se lista los
rangos de operacin de los dispositivos de entrada y salida.
DESCRIPCIN RANGO RANGODECIMAL BINARIO
Programa XXXX XXXX XXXX
Seal analgica de entrada 43 - 213 C 0010 1011 - 1101 0101Seal analgica de salida 0 - 100 % 0010 1011 - 1101 0101Temperatura de consigna 43 - 213 C 0010 1011 - 1101 0101
Temperatura de salida 43 - 213 C 0010 1011 - 1101 0101Apertura de vlvula 0 - 100 % 0010 1011 - 1101 0101
Modo de control On/Off 0000 0001Proporcional 0000 0010
P + I 0000 0100P + I + D 0000 1000
Constante Proporcional 0 - 100 0000 0000 - 0110 0100
Constante Integral 0 -15 0000 0000 - 0000 1111Constante Derivativa 0 - 1 0000 0000 - 0000 0001
Banderas de Comunicacin XXXX XXXX
Banderas de Comunicacin XXXX XXXX
Seales de control. Estas seales indican la naturaleza de la operacin
que empieza a ser realizada. Tambin estn las seales que se utilizan para
controlar las operaciones de escritura y lectura, tanto de memoria como los
dispositivos de entrada/salida. La terminal 27 es la seal de Ciclo de Mquina
nm. Uno, la cual no se utiliza en este diseo, la terminal 19 es la seal de
Requerimiento de Memoria que se utiliza junto con la decodificacin de
direcciones para acceder a la memoria, la terminal 20 es la seal de
Requerimiento de Entrada/Salida que se utiliza junto con la decodificacin de
Tabla IV. Codificacin de Datos
-
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direcciones para acceder a los dispositivos de Entrada/Salida, la terminal 21 es
la seal de Lectura que indica que el microprocesador esta listo para leer ya
sea de memoria o bien un dispositivo de Entrada/Salida y la terminal 22 es la
seal de Escritura que indica que el microprocesador coloc un dato en el bus
de datos y que esta listo para escribirlo ya sea en la memoria o en un
dispositivo de Entrada/Salida.
Seales de requerimiento externo. Estas son seales de entrada al
microprocesador que lo interrumpen para que realice un proceso en particular,
estas seales no se utilizan en este diseo.
Seales de reconocimiento y especiales. Estas seales son en respuesta a
peticiones que le indican al dispositivo que lo requiri que su proceso esta listo,
mientras que la especial se refiere al refresco de memoria. Estas seales no se
utilizan en este diseo.
Seales de potencia y frecuencia. Estas seales son la de + 5 VDC yTierra, junto con la seal del reloj externo.
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Figura 18. Controlador digital
8
5
1
3
17
+5V
+5V
+5V
+5V
+5V
3
9
a10
nm
i
4
0
rese
ta
15
25
Z80CPU
26
wa
it
busrq
6
clk
24
16
int
a12
a13
a14
a11
45 23 13
5
3
4
3
6
3
1
3
0
3
3
3
8
a4
a7
a8
a9
a5
a6 a
2a
3a
1a
03
7
3
2
1 10F
SN74LS14N
n.c.
XO-5
2B
at4MHz.4
n.c.
n.c.
n.c.
2
4
1
19
rd
27
busa
k
1
2
2
2
1
4
1
5
d3
d5
d6
d4
ha
lt
18
23
d0
d2
d1
wr
91
0 78 2
1
2
0
rfs
h1N4148
28m
1
mreq
iorq
3
1
0k
+5V
DS
1220Y-1
00
3a
5
D2
231
9 a
8
1a
10
22
a9
2a
7
a
6
D5
D6
D7
D4
D3
a
0
CE
a
3
a
2
654a
4
7 8
a1
D0
WE
D1
OE
ts
ry
vu w
x
cd
c e
Fecha:01/Di
ciembre/2002
Proy
ecto:TesisProfesional
Dibujo:MarioRmuloCucTarot
Diseo
:MarioRmuloCucTarot
Ttulo:Controladordigital.
o
2
GB
Y7
15
13
12
14
10
11
SN
74LS138N
2GA
5
Y6
1 32 6 4
+5V
B
Y1
SN
74LS138N
A
Y0
C G
1
Y4
Y3
Y2
Y5
+5V3 6
C
Y2
2
GB
1 2
AB
Y7
Y0
Y1
2
GA
G
1
4 5
Y5
Y4
Y3
Y6
7
SN74LS14N
1
ba
9
5
2 63
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15
14
ih
10
m
11
12
k
9 7
l n
d
No.:1/1
-
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4.3 Puertos de lectura y escritura a la PC
Se disearon 9 puertos de comunicacin con la PC, los cuales son los
siguientes:
DIRECCIN FLUJO DE DESCRIPCINHEXADECIMAL DATOS
0002H Entrada Lectura de temperatura de consigna0002H Salida Escritura de temperatura de salida0003H Salida Escritura de apertura de vlvula0003H Entrada Lectura de modo de control0004H Entrada Lectura de constante proporcional0005H Entrada Lectura de constante integral0006H Entrada Lectura de constante derivativa0007H Entrada Banderas de comunicacin
0004H Salida Banderas de comunicacin
El puerto de salida esta manejado por un registro de ocho bits 74LS373,
el cual es activado hacia la salida Q negada del flip-floppor medio de la seal
de escritura y lo mantiene hasta que la PC por medio de su seal de lectura
activa la salida, mientras que el puerto de entrada esta manejado por el mismo
tipo de registro solo que la seal de lectura activa la salida mientras que la PC
activa las salidas Q negadas de los flip-flops.
Tabla V. Puertos con la PC
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Figura 19. Puertos de lectura
6Q
15
6D
14
SN74LS374N
SN74LS374N
S
17
RPN
3
D
11
QO
874 13
14 3
EUT
18 1
1 847 13
6D
16
6Q
1Q
2
1D
CLK
OC
1
3D
2D
5D4
D
3Q
9
2Q
65
5Q4
Q
1215
m
A
OC2
CLK
7D
8D
7Q
8Q
19
1
3D
2D
1D
5D4
D
3Q
9
2Q
1Q
5 6
4Q
5Q
12
B
n
SN74LS374N
141
1
F
18
17 743 81
3 18
17
5Q
15
5D
19
OC
1
CLK
8D
7D
8Q
7Q
16
2D
1D
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4D
2Q
6
1Q
52
4Q
3Q
912
C
o
19
8D
6D
7D
8Q
6Q
7Q
16
15
6Q
14
6D
17
16
6D
6Q
CLK
SN74LS
374N
3
1D
11 8
3D
74
2D
13
14
5D4
D
2
1QO
C
1
3Q
2Q
4Q
5Q
965 12
15
4D
SN74LS
374N
CLK
318
7D
8D
11 8
3D
47
2D
1D
13
5D
2
OC
8Q
7Q
19 1
3Q
2Q
1Q
5Q4
Q
95 6 12
j k
str
yv x
u w
Fecha:01/Diciembre/2002
Ttu
lo:
Puertos
de
Lec
tura
Diseo:MarioRmuloCucTarot
Dibujo
:MarioRmuloCucTarot
Proyecto:TesisProfesional
15
5Q
14
5D4
D
SN74LS
374N
CLK
8D
11
18
17
7D
7
2D
43
1D
813
3D
1
OC
8Q
7Q
19
16
2Q
1Q
3Q
4Q
652 912
8D
18
17
6D
7D
8Q
6Q
7Q
19
16
l
No.:1/2
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Figura 20. Puertos de escritura
OC
SN74LS374N
2Q
3Q
5Q
6Q
4Q
8Q
1Q
OC
SN74LS374N
7Q
1Q
3Q
4Q
6Q
5Q 8
Q1Q
OC
SN74LS374N
7Q
3Q
4Q
7Q
6Q
5Q 8
Q2Q
2Q
912
QOI
N P
521 6 9
S U JTR
16
15
19 21 65 6
K
16
12
15
19 21 5 1
915
129 1
6
8
4D
u
13
4D
CLK
2D
3D
1D
4113 7 8
c
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5D
6D
8D
7D
17
14 1
8
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CLK
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311 74
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138 1
7
No.
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4.4 Interfase con la PC
La conexin a la PC se har a travs de un slot bus ISA, del cual se
utilizaron las siguientes seales:
Bus de direcciones. De la terminal A12 a la A19 se tienen 20 lneas de
direccin para poder direcccionar los puertos de comunicacin hacia la tarjeta
de control, a continuacin se detallan las direcciones a utilizar:
DIRECCIN FLUJO DE DESCRIPCINHEXADECIMAL DATOS
0300H Salida Escritura de temperatura de consigna0300H Entrada Lectura de temperatura de salida0301H Entrada Lectura de apertura de vlvula0301H Salida Escritura del modo de control
0302H Salida Escritura de constante proporcional0303H Salida Escritura de constante integral0304H Salida Escritura de constante derivativa0305H Salida Banderas de comunicacin0302H Entrada Banderas de comunicacin
Direccin habilitada (AEN)
En la terminal A11 se tiene la seal que se encuentra activada cuando el
controlador de Acceso Directo a Memoria tiene control del bus de direcciones o
bien se desactiva cuando el microprocesador tiene el control. Por lo tanto, se
utiliza para discriminar las direcciones que son dirigidas por el microprocesador.
Bus de datos
Entre las terminales A2 y A9 se encuentra el bus de datos que consta de
ochos seales, las cuales estarn codificadas de la siguiente forma:
Tabla VI. Puertos con el Controlador Digital
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DESCRIPCIN RANGO RANGODECIMAL BINARIO
Temperatura de consigna 43 - 213 C 0010 1011 - 1101 0101Temperatura de salida 43 - 213 C 0010 1011 - 1101 0101
Apertura de vlvula 0 - 100 % 0010 1011 - 1101 0101Modo de control On/Off 0000 0001
Proporcional 0000 0010P + I 0000 0100
P + I + D 0000 1000Constante Proporcional 0 - 100 0000 0000 - 0110 0100
Constante Integral 0 -15 0000 0000 - 0000 1111Constante Derivativa 0 - 1 0000 0000 - 0000 0001
Banderas de Comunicacin XXXX XXXX
Banderas de Comunicacin XXXX XXXX
Lectura de dispositivo entrada/salida (IOR).La terminal B14 indica al puerto,
junto con la decodificacin de direcciones, que puede poner sus datos en el bus
de datos para ser tomados por el microprocesador.
Escritura a dispositivo entrada/salida (IOW).La terminal B13 indica al puerto,
junto con la decodificacin de direcciones, que lea el dato que se encuentra en
el bus de datos.
Tabla VII. Codificacin de Datos de la PC
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Figura 21. Interfase a la PC
G1
A6
A24
A9
A22
A3
AEN
A5
A4
A27
A11
A28
A26
A25
14
12
10
2
13A
7A8
A23
1
11 9
53 4 6
P5
15
P0 P2P3P4P1SN74
LS688N
2 864 11
13
P6 Q0 Q4Q3Q2P7 Q1 Q6Q7Q5
9
+5V
317 75 1
614
12
18
P=
Q
19
IOW
A1
A29
A30
10K(x6)
A0
A31
IOR
A2
B13
B14
D4
A05
D1
D0
D2
D3
A08
A07
A09
A06
D6
D5
D7
A02
A04
A03
19
DIR+5V
SN74LS245N
1
1
A1G A5A6A3 A7A8A4A2
6342 5 987
B5
14
B2
B1
B4
B3
16
17
18
15
B7
B8
B6
11
13
12
7
Y6
2G
A
5
I A CK E
14
15
12
11
10 1
512
13
14
13 1
011
G
1
+5V
4
Y5
21 63
A
Y0
SN74LS138N
BC
Y3
Y2
Y1
Y4
5 231 6 4
+5V
Y1
BSN74LS138N
2G
A
2G
B
A
Y7
Y6
Y0
C G
1
Y4
Y3
Y2
Y5
9
SN74LS14N
7
1
9
105
4
32 1
186 12
9 13
J B D F
N P TR
Ttulo:
InterfasealaPC
