Diseo de un sistema de adquisicin, centralizacin y monitoreo de datos

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CAPTULO IV DISEO DEL SISTEMA DE ADQUISICIN,

CENTRALIZACIN Y MONITOREO DE

DATOS

4.1 EL SISTEMA DE ADQUISICIN, CENTRALIZACIN Y MONITOREO

DE DATOS.

4.1.1 Descripcin del modo de operacin actual.

La dificultad que se presenta en este horno es que todo el control de funcionamiento y

registro de temperaturas, se lo realiza manualmente. Por ejemplo se tiene que verificar el

valor de temperatura en una zona de coccin, de acuerdo al tiempo de ingreso de las

vagonetas, el cual vara desde 36 a 60 minutos. Comprobar que este dentro de los

parmetros aceptados y a su vez tomar la decisin de aumentar o disminuir la cantidad

de diesel (abriendo o cerrado una vlvula) para subir o bajar la temperatura, como el

horno consta de 12 etapas o zonas de coccin, por tanto el proceso descrito hay que

realizarlo 12 veces. Si se trabaja con un ciclo de ingreso corto (36 minutos), el hornero

tiene que realizar un proceso de registro de temperaturas y presiones en un tiempo

mnimo. Cabe indicar que el hornero a parte de realizar el registro y control de

temperatura tiene que preparar las vagonetas para el ingreso y tambin tiene que sacar

las mismas.

En conclusin, el hornero no tiene el tiempo suficiente para realizar las mediciones y el

registro de temperatura con la suficiente cautela, ya que en la preparacin de las

vagonetas se necesita un tiempo mayor.

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4.1.2 Ventajas respecto al sistema anterior.

El desarrollo de este sistema, dar un aporte importante a la industria cermica y pondr

de manifiesto las bondades de un sistema de adquisicin de datos, automatizacin,

monitoreo y anlisis, mejorando el rendimiento de los recursos que intervienen en un

proceso determinado.

Entre las ventajas que se puede mencionar, con respecto al sistema anterior son:

El registro de los valores de temperatura se lo realizar en forma automtica, con lo cual l hornero tendr ms tiempo para controlar la temperatura, as como tambin

para ingresar y sacar las vagonetas.

Los valores de temperatura se tendrn almacenados en un computador personal, lo cual facilita el anlisis del personal de laboratorio para establecer las posibles fallas

en la produccin.

Se podr visualizar la curva de temperatura del horno en cualquier momento, lo cual ayuda a tener un control permanente de las temperaturas.

Se tendr un registro de las personas autorizadas a manejar el horno. Se podr hacer consultas, ya sea por fecha o por el nmero de vagoneta, para tener

un control de la produccin.

4.2 ESTUDIO DE LOS SENSORES A USARSE.

Para la medicin de temperaturas superiores a los 300C se consideran las ventajas de

los sistemas elctricos, en especial cuando la temperatura a medir rodea los 800C. Los

mtodos utilizados para medir temperatura son:

a. Termocuplas y milivoltmetros

b. Termocuplas y potencimetro a cero.

c. Termocuplas y potencimetro por reflexin.

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En este caso uno de los sensores a utilizarse, son las termocuplas de nquel-cromo, las

cuales se encuentra instaladas en el horno en las zonas 1, 2, 3, 10, 11 y 12. Y las

termocuplas de rodio-platino-rodio, instaladas en las zonas 4, 5, 6, 7, 8 y 9.

Las termocuplas se utilizan extensamente, ya que ofrecen una gama de temperaturas

mucho ms amplia y una construccin ms robusta que otros tipos. Adems, no

precisan alimentacin de ningn tipo. Por lo que se utilizaran las termocuplas instaladas

en el horno para realizar el sistema de adquisicin de datos. Sin embargo, para superar

algunos de los inconvenientes inherentes a las termocuplas y obtener resultados de

calidad, es importante entender la naturaleza de estos dispositivos.

A continuacin se presenta las ecuaciones de transformacin de los milivoltios a los

grados centgrados de los dos tipos de termocuplas, la variable x corresponde a los

milivoltios y la variable y a los grados centgrados.

Ecuacin para la aleacin Nquel-Cromo.

y y m x x my yx x

y x m

y xy xy x

1 12 1

2 1

300 23887 12 207900 300

37 325 12 20723887

300 23887 29158823887 291588 30023887 8 411

. .. .

.

. .. .. .

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Ecuacin para la aleacin Platino-Rodio-Platino

4.3 DISEO DEL HARDWARE.

El hardware a disearse tendr que ser capaz de servir como interfase entre la PC y los

sensores a conectarse en el horno.

En la figura 4.1 se presenta el diagrama a bloques del sistema de adquisicin de datos.

sensores de temperatura

amplificadores de seal

multiplexor analogico

microcontrolador computador

Figura 4.1 Diagrama en bloques de Sistema de Adquisicin de Datos

Como se puede ver en la figura se tiene 12 sensores de temperatura, los cuales nos

entregan un valor en milivoltios de acuerdo a la temperatura en la que se encuentre el

horno, los sensores entregan valores de 0 milivoltios para cero grados de temperatura y

de 49 milivoltios para 1200 C. Dado que el sensor es un objeto sensible, es decir que no

puede entregar una gran corriente de salida, se necesita un acoplador de impedancias, ya

sea un seguidor de tensin o usar un amplificador, se opto por un amplificador, ya que el

convertidor analgico digital necesita una referencia mayor por ejemplo de 0 a 5V.

y y m x x my yx x

y x m

y xy xy x

1 12 1

2 1

800 87 434 7 3451150 800

11348 7 34587 434

800 87 434 642 203287 434 642 203 80087 434 157 797

. .. .

.

. .. .

. .

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Por este motivo la seal de los sensores son amplificadas para que esten en el orden de 0

a 5V.

Para multiplexar las 12 entradas analgicas se opto por usar 2 integrados 4051

(multiplexor analgico), los cuales son capaces de multiplexar 8 seales analgicas,

restando 4 entradas libres para futuras ampliaciones, los multiplexores analgicos son

controlados desde el microcontrolador para la eleccin de la seal. Entonces luego de la

multiplexacin se tiene solamente 2 lneas en las cuales estarn presentes las seales de

entrada analgicas.

Teniendo de esta manera todas la seales analgicas multiplexadas se debe elegir una

integrado que sea capaz de transformar estas seales analgicas en digitales y

transmitirlas al computador para que estas seales sean procesadas y guardadas. El

integrado encargado de realizar este trabajo es el microcontrolador, y el elegido es el

PIC16F871 de microchip, las razones por las cuales sea ha elegido el mismo, es en

primer lugar porque tiene un convertidor analgico digital de 10 bits, de esta manera se

tiene una muy buena resolucin pudiendo acercarme de mejor manera al valor de

tensin real luego de la conversin. Adems acepta hasta 8 entradas analgicas, en el

proyecto se necesita dos.

Otra razn para elegir este PIC es que dispone de un dispositivo o circuito que puede

realizar la comunicacin serial con el PC, necesario para transmitir los datos. Tambin

existe muy buena informacin en el internet, es un chip muy difundido en nuestro

medio, fcil de programar y el costo no es elevado. Por todas estas ventajas se procede a

elegir este chip.

4.4 ELABORACIN DEL SOFTWARE.

4.4.1 Razones para elaborar el sistema.

Las solicitudes de proponer el proyecto, fue motivada por los siguientes objetivos:

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Resolver un Problema.- Las actividades, procesos o funciones que en la actualidad, o quiz en el futuro, no satisfacen los estndares de desempeo o las expectativas y

para lo que es necesario una accin que resuelva las dificultades.

Ejemplo: Disminuir el nmero excesivo de errores en los datos de entrada

eliminando la introduccin manual de los detalles de funcionamiento de un horno

tipo tnel.

Aprovechar una oportunidad.- Un cambio para ampliar o mejorar un rendimiento econmico de la empresa y su competitividad.

Ejemplo: Captura en una base de datos los registros de funcionamiento del horno,

para realizar un anlisis

Uno de los primeros objetivos en la elaboracin del software, es crear una herramienta de productividad personalizada (diseado para una finalidad especfica

dentro de una organizacin determinada), que se adapte a las necesidades del

usuario. Tambin es importante que el sistema presente flexibilidad a nuevas

alternativas.

4.4.2 Programacin en Visual Basic.

Una de las razones importantes de utilizar Visual Basic, es que crea interfaces de usuario

rpidamente con el entorno de desarrollo, depuracin disponible ms eficiente y que es

un lenguaje orientado a objetos.

Para la elaboracin del software se tomar en cuenta los siguientes pasos:

Planificar las tareas del programa. Disear la interfaz del usuario Realizar el cdigo de programa Probar y depurar el programa

El software esta destinado a realizar tareas importantes que se enumeran a continuacin:

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1 Adquirir seales de temperatura de un interfaz, las mismas que deben ser

mostradas y graficadas en pantalla.

2 Llevar un registro en una base de datos del funcionamiento del horno.

3 Realizar el control de turnos y personal.

4 Realizar consultas de las bases de datos.

En el Figura 4.2 se muestra el diagrama a bloques del programa en Visual Basic.

Figura 4.2 Diagrama a bloques del Software.

A continuacin se explicara cada uno de los bloques con su respectivo grfico.

INICIO

FRMLOGIN(Ingresar Clave)

PANTALLA(Menu Principal )

INGRESOS(Ingreso deVagoneta )

PERSONAL(Control Personal)

PARAMETROS(Empresas)

TURNOS(Control de

Turnos)

TEMP(Control

Temperaturas)

GRAFICA(Grfico de

Temperaturas )

frmver(Consultas)

FrmPassW(Cambio dePassword)

A

A

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Formulario Frmloin.- El formulario que se indica en la figura 4.3, sirve para controlar el

ingreso del personal autorizado al sistema, el mismo que podr operar despus de haber

ingresado su cdigo y clave.

Figura 4.3 Formulario Frmlogin

Formulario FrmPassW.- El siguiente formulario sirve para cambiar la clave de los

usuarios, dicha clave se registrar en una base de datos. En la figura 4.5 se presenta el

formulario.

Figura 4.4 Formulario FrmPassW

Formulario Parmetros.- El formulario parmetros se puede utilizar para introducir

informacin de una empresa, su forma se puede visualizar en la figura 4.5

Figura 4.5 Formulario Parmetros

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Formulario Turnos.- El formulario turnos sirve para ingresar y llevar un control de los

turnos que se realizan en una empresa. En la figura 4.6 se muestra el formulario.

Figura 4.6 Formulario Turnos

Formulario Ingresos.- El formulario ingresos, es utilizado para el control de los

ingresos de las vagonetas al horno, con su respectiva hora y fecha. En la figura 4.7 se

presenta el formulario.

Figura 4.7 Formulario Ingresos.

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Formulario Personal.- En este formulario cada persona autorizada a operar el sistema

introduce sus propios datos, los mismos que despus le servirn para ingresar al sistema.

En la figura 4.8 se presenta el formulario.

Figura 4.8 Formulario Personal.

Formulario FrmVer. Este formulario muestra en pantalla una consulta desde la base de

datos, el mismo que puede filtrar los registros y tambin ordenarlos. En este formulario

se pueden hacer consultas por dos opciones (como se ve en la figura 4.9, por cdigo o

nombres), y ordenarlos en forma ascendente o descendente.

Figura 4.9 Formulario FrmVer.

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Formulario Temp.- El siguiente formulario que se presenta en la figura 4.10, se utiliza

para visualizar en pantalla, cada una de las vagonetas que ingresaron al horno, con su

fecha, hora de entrada y la temperatura en cada una de las zonas.

Figura 4.10 Formulario Temp.

Formulario Grfica.- El formulario grfica sirve para realizar el grfico de las

temperaturas de las 12 zonas del horno tipo tnel, este formulario presenta tambin la

opcin de imprimir el grfico mostrado en pantalla. En la figura 4.11 se presenta el

formulario Grfica.

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Figura 4.11 Formulario Grfica.

Cabe indicar que cada uno de los registros se encuentra almacenado en una base de

datos, los cuales pueden ser ingresados desde el formulario presente en pantalla o

directamente.

4.5 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL SOFTWARE.

Las pruebas del funcionamiento del software se realizaron continuamente, hasta que el

programa quede depurado por completo. Tambin valores de temperatura fueron

probados hasta que los mismos obtengan un porcentaje de tolerancia aceptable.