Reporte Final Res Complemento

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Introducción.

Los sistemas de control se aplican en esencia para los organismos vivos, las maquinas y las organizaciones. Estos sistemas fueron relacionados por primera vez en 1948 por Norbert Wiener en su obra Cibernetica y Sociedad con aplicaciones en la teoría de los mecanismos de control. Un sistema de control esta definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzca las posibilidades de fallos y se obtengas resultados buscados. Cerca siendo

Tradicionalmente las leyes de lazo de control involucran simulaciones para estimar la respuesta temporal del sistema con el controlador diseñado antes de su implementación definitiva. Estas simulaciones solos software se llevan acabó utilizando un modelo matemático de la planta en estudio, y los modelos serán mas confiables cuando mas se aproxime el modelo a la planta real.

Utilizando una arquitectura llamada Hardware-in-the-loop, esta tecnología combina el control y monitoreo por un lenguaje de programación. Esta técnica agiliza la implementación de controladores y la evaluación de su respuesta de etapas tempranas del desarrollo permitiendo la corrección y ajuste de parámetros hasta, dado el caso, el remplazo y restructuración de la estrategia de control.

Diciembre 2012 Página 1


introduccion



1. GENESIS VENTURES S.A.P.I.1.1. Introducción.



1.2. Historia de la empresa.



1.3. Organigrama.



1.4. Giro empresarial y ubicación de la empresa.



1.5. Misión, visión y política de la empresa.

Misión.

Somos una firma de consultoría de negocios y de gestión de proyectos en áreas de software, telecomunicaciones y biocombustible. Tenemos nuestra base de operaciones en el corredor fronterizo Ensenada – Tijuana – San Diego.

Visión.

Ser una excelente empresa de servicios de consultoría de negocios y proyectos en América Latina, reconocida por su personal con lata capacidad de análisis, visión estratégica, con capacidad de ayudar a la generación de valor y obtener altos retornos de inversión en las empresas y proyectos usuarios de nuestros servicios.

Objetivo.

Es promover negocios de alto valor agregado conectando empresas y proyectos emprendedores de Latinoamérica y Estados Unidos con necesidades de creación de innovaciones, valor social y económico.



2. Generalidades del departamento donde se participo

2.1. Introduccion.

La ingeniería en electrónica es el estudio y aplicaciones de las distintas ramas de la tecnología. El profesional en el ámbito recibe el nombre de ingeniero. La actividad del ingeniero supone la concentración de una idea en la realidad. Esto quiere decir que a través de técnicas y modelos, y con el conocimiento proveniente de las ciencias, la ingeniería puede resolver problemas y satisfacer necesidades humanas.

La ingeniería en electrónica es una carrera universitaria que se encarga en la creación, el diseño, la programación, la implementación y el mantenimiento de todo tipo de dispositivos. A diferencia de otras ramas de la ingeniería, esta disciplina se ocupa de productos tangibles, como productos lógicos.

2.2 Funciones departamentales.



2.3 Organigrama departamental.



Organigrama

Líder del área de comunicación y protocolos: Coordinación de todas las actividades de diseño, construcción y operación de todo el material científico.

Líder del área de desarrollo de software: Coordinación de todas las actividades relacionadas con desarrollo de software de la empresa para la plataforma.

Desarrollo de software y plataformas de automatización: A cargo del desarrollar las aplicaciones de software.

Líder de hardware y diseño industrial: Desarrollo y modificación de equipo electrónico.

Director de proyectos: Coordinación de todas las actividades de diseño, construcción y validación de los proyectos de la empresa.

Director general: A cargo de la planeación estratégica, relaciones con socio tecnológico.

2.2. Problemas a resolver.


Director General

Director de Proyectos

AdministradorLíder de Software

Líder de Hardware

Líder de comunicacione

s

Desarrollo de Software

Desarrollo de Hardware


Se creara un prototipo que permita la comunicación en diferentes protocolos para distintos dispositivos, facilitando la comunicación en distintas vías. Dicho prototipo es un módulo de interface que lleva el nombre de módulo Wiic. Nota: Los módulos Wiic es propiedad intelectual de la empresa GENESIS VENTURES S.A.P.I. No se podrá mostrar documentación de dichos módulos.

El problema que se presenta que a la llegada de unos prototipos diseñados y realizados por la empresa GENESIS VENTURES S.A.P.I. es necesario la realización de distintas pruebas de comunicación con los diferentes protocolos. Además de analizar el comportamiento del prototipo, realizando las pruebas experimentales a los módulos para así tener un diagnóstico claro de su operación. También es necesaria para la protección de riesgos de las pruebas en un ambiente industrial.

Debido a que estos módulos son un prototipo y aun no hay un banco de prueba estandarizado para observar el comportamiento en un marco de trabajo (ingles framework) de dichos módulos Wiic es necesario la realización de uno.

Desde el inicio fue una propuesta por el departamento para simular un banco de prueba y de esta manera realizar las pruebas experimentales necesarias para los módulos Wiic. Como dicho módulos serán utilizados previamente en ambiente industrial lo cual es necesario un gran conocimiento de dispositivos utilizados en las industrias y los dispositivos utilizados por la empresa GENESIS VENTURES S.A.P.I.Al inicio de las actividades mi conocimiento de tecnologías no era tan basto, así que fue necesario cursos de las tecnologías utilizadas por la compañía como adquisidores de datos de distintas marcas, microcontroladores MSP430 de Texas Instrument, PLC de Mitsubishi Automation, pantallas táctil (inglés touch scrren) GTO1000 de Mitsubishi Automation, entre otros dispositivos.

Es necesario la automatización de fotobioreactores para la crianza de microalgas y de esta manera realizar el proceso para combustibles alternos. Nota: Los combustibles alternos son propiedad intelectual de GENESIS VENTURES S.A.P.I.Por este motivo no se podrá mostrar mucha información acerca del proceso de combustibles alternos y nada más se podrá mostrar la actividad desarrollada.

2.3. Justificación.



El proyecto se origina por llevar a cabo distintas pruebas necesarias para dispositivos electrónicos que son parte de la propiedad intelectual de GENESIS VENTURES S.A.P.I.Se pretende en simular un banco de prueba para así realizar una comunicación entre controladores distribuidos en una red industrial, agilizando la manera de comprobación rigurosa, transparente y repetible hacia el prototipo.

Otra razón, es la necesidad de controlar distintos dispositivos en una red industrial por medio de una arquitectura llamada “Hardware-in-the-loop”. Esta red es capaz de controlar diferentes actuadores y comunicación a distintos dispositivos. Una de sus necesidades más apremiantes en la comunicación entre dispositivos por medio de la arquitectura “Hardware-in-the-loop” en la generación de biocombustible por medio de un proceso automatizado.

El alcance del proyecto no solo beneficiara a la empresa GENESIS VENTURES S.A.P.I. a probar los nuevos prototipos ó módulos Wiic, facilitando la comprobación y proteger el riesgo de las pruebas. Aislando los distintos dispositivos utilizados y no ocurran perdidas de equipo ni de personal. Si no también ayuda en la automatizando los fotobiorreactores agilizando un proceso de generación de combustibles alternos en búsqueda de la mejora ambiental y económica. Facilitando la crianza de microalgas para poder generar el biocombustible.

Al término del proyecto los beneficios serán tangibles al momento que los módulos estén listos para la realización de las distintas pruebas necesarias. El simulador de banco de prueba esta diseñado para conectar y ejecutar (ingles plug and play), así será más rápido las pruebas de los módulos Wiic buscando la disminución de tiempo que es esencial en la producción de equipo.Hablando de la automatización del proceso para generar biocombustibles el beneficio será en el tiempo esperado siendo al término de la automatización de fotobiorreactores. El cual irá de la mano con el simulador de banco de prueba, pero el término de la automatización ayudara a la crianza de las microalgas y así poder producir biomasa para la generación de biocombustible.

2.4. Objetivo general.



Realizar una comunicación entre controladores distribuidos en una red industrial. Con la simulación de un banco de prueba para dispositivos generados por la compañía GENESIS VENTURES S.A.P.I.

Durante el desarrollo de este proyecto se utilizaran dispositivos electrónicos comerciales y otros que son parte de la propiedad intelectual del GENESIS VENTURES SAPI.

2.4.1.Objetivos específicos.

Se espera el desarrollo de un prototipo utilizando una arquitectura “hardware-in-the-loop” lo suficientemente eficientes para la integración de distintos dispositivos como los controladores lógicos programables (PLC).

Se diseñara un lazo de control el cual tendrá un modelo de planta y sistemas integrados bajo prueba. Utilizando el software MATLAB/simulink el cual tendrá un algoritmo para el control de dispositivos en tiempo real.

Se espera del diseño y desarrollo de un algoritmo para el control de distintos actuadores y monitoreo de entradas de un PLC de Mitsubishi Automation de la familia Q la cual pertenece a una de las familias mas avanzadas que existen en el mercado cumpliendo con las necesidades requeridas para la integración de dispositivos. Probando así cada uno de los dispositivos individualmente.

Se realizara un programa para supervisar y controlar actuadores con un pantalla táctil (inglés touch scrren) GTO1000 de Mitsubishi Automation.

Análisis de datos obtenidos en las pruebas experimentales a los prototipos.

Se documentaran las actividades y se realizaran reportes, diagramas, algoritmos y manuales sobre las pruebas experimentales.

Implementación del sistema de medición en los fotobioreactores localizados en el desierto de cerro prieto, Mexicali, Baja California.

3. Comunicación de sistemas de control distribuido en tiempo real.

3.1. Introducción.



3.2 Marco teórico.

Un banco de prueba (ingles test bench) es una plataforma de experimentación de proyectos de gran desarrollo. Los bancos de prueba pueden brindar una forma de comprobación muy rigurosa, transparente y repetible. Son utilizados por equipos industriales que permiten realizar evaluaciones previas para las condiciones de calidad de un parte o de un ensamble.



Los bancos de prueba y control pueden ser automatizados por un PLC como un elemento de control o, en una forma más actual, mediante una computadora personal. La construcción de un banco de prueba radica en poder manipular válvulas, instrumentos de medición, indicadores de parámetros y cualquier otro tipo de herramientas garantizando su correcto desempeño para el futuro.

El objetivo de un banco de prueba radica en la correcta valoración de los equipos que se prueban, confirmando el correcto ajuste y desempeño de acuerdo a algún procedimiento valido, además de dejar una evidencia objetiva.

Cuando se tiene que poner a punto un dispositivo, vehículo, avión, barcos o cualquier instrumento es necesario el conocimiento de su correcto funcionamiento en su ambiente, las cuales siempre son costosas.

Por este motivo cada día son más necesarios los simuladores o bancos de prueba que ayudan a repetir condiciones de prueba en un entorno controlado. Todas estas simulaciones y ensayos de laboratorio son aplicados con más intensidad en lo que se probara, ya que se tienen las condiciones de trabajo más controladas y además necesitan una puesta a punto más delicada para así no averiar lo probado.

No todos los ajustes son proporcionados por la simulación, pero cada vez son más y más fiables. Muchos de estos bancos de prueba tuvieron su origen en los ensayos de fatiga, ya reducían los costes de prueba drásticamente.

3.2.1 Ensayo de fatiga

Un ensayo de fatiga es aquel en el que la pieza está sometida a esfuerzos variables en magnitud y sentido, que se repiten con cierta frecuencia. Muchos de los materiales, sobre todos los que se utilizan en la construcción de máquinas o estructuras, están sometidos a esfuerzos variables que se repiten con frecuencia. Es el caso de los árboles de transmisión, ejes, las ruedas, las bielas, los cojines, los muelles,.. Cuando el material está sometido a



esfuerzos que varían de magnitud y sentido continuamente, se rompe con cargas inferiores a las de rotura normal para un esfuerzo de tensión constante.

Si a un material se le aplica tensiones repetitivas (cíclicas) de tracción, comprensión, flexión, torsión, etc., comenzaremos a pedir los valores de los esfuerzos a que están sometidas las piezas.

El valor máximo de la tensión a que está sometida. El valor mínimo de tensión. La diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo. El valor medio (σmed)

Existe un valor de ΔσF por debajo del cual no se produce rotura por fatiga. Es el límite de fatiga. La carga de fatiga es repetitiva (Cíclica) y posee un valor máximo y un mínimo en cada ciclo. Pues bien, la diferencia entre ambos valores (ΔσF) es el límite de fatiga, independientemente del número de veces que se repite la acción.

En la imagen# se muestra una gráfica, que se observa uno de los ciclos de los esfuerzos variables a los que se está sujeto el material. Esto ciclos se repiten, aunque no necesariamente deben ser iguales. Si la diferencia entre el esfuerzo máximo (σmax) y el esfuerzo mínimo (σmin) que sufre la pieza en un determinado ciclo supera el valor (ΔσF), entonces se corre el riesgo de rotura si este fenómeno se repite durante varios ciclos.

Imagen# - ciclo de trabajo de un material

El ensayo de falla fue diseñado para tener el conocimiento de durabilidad de un dispositivo, maquina o artículo, y así de esta manera podremos constatar cuando un instrumento será necesaria su renovación.

Como podremos darnos cuenta los bancos de prueba fueron necesarios para comprobar si un artículo servirá o conocer la falla de este artículo.



3.2.2. Componentes de un banco de prueba

La estructura de un banco de prueba se diseña según las necesidades de los dispositivos a probar, el marco de trabajo (ingles framework) necesario y los dispositivos a utilizar en la prueba. Como se muestra en la imagen# es la estructura general para la realización de un banco de prueba.

Para la realización de un banco de prueba es necesario tener en cuenta los componentes necesarios como los son:

1. Entrada: Los criterios de entrada o entregables para realizar el trabajo.2. Procedimiento a realizar: Las tareas o procesos que transformaran la entrada

en salida. 3. Procedimiento a verificar: Los procesos que determinan que la producción

cumple las normas.4. Salida: Los criterios de salida o resultados producidos a partir de la mesa de

trabajo.

Existen distintos bancos de prueba, pero algunos de los más comunes se describen a continuación.

Único estímulo – contiene solo un controlador de estímulo y DUT; no contiene ninguna verificación de resultado.

Banco de prueba completo – Contiene conductor estimulo, conocidos los buenos resultado y comparación de resultados

Simulador especifico – banco de prueba está escrito en un formato específico del simulador.

Banco de prueba hibrido – combina técnicas de más de un estilo de banco de pruebas

Banco de prueba rápido – banco de prueba por escrito para obtener la máxima velocidad de simulador.

Funciones del personal en un proceso de prueba en un banco de prueba.

Test Manager: Gestiona la ejecución de las pruebas del programa; hace un seguimiento de los datos de prueba, los resultados esperados y las instalaciones de los programas evaluados.

Test data generator: Genera datos de prueba para el programa a ser probado.



Oracle: Genera predicciones de los resultados de las pruebas previstas, el oráculo puede ser cualquiera de las versiones anteriores del programa o de los sistemas de prototipo. Tenga en cuenta que no es un oráculo de base de datos de la compañía.

File comparator: Compara los resultados de las pruebas del programa con resultados de pruebas anteriores y registra las diferencias en un documento.

Report generator: Proporciona definición de informe y las instalaciones de generación de los resultados de las pruebas.

Dynamic analyzer: Agrega código de un programa para contar el número de veces que ha sido cada instrucción ejecutada. Se genera un perfil de ejecución del programa.

Simulator: Simula el entorno de prueba en donde el producto de software se va utilizar.

3.2.3. Estructura de un banco de prueba.

Un banco de prueba está diseñado según las necesidades del el dispositivo o artefacto a probar, pero casi todos los bancos de prueba necesitan tener una estructura fija y bien formada. Existe una estructura la cual los diseñadores se basan para crear el banco de prueba que más sea conveniente para sus necesidades. La imagen# muestra la estructura de un banco de prueba y la posición de cada componente para un diseño eficiente.



Imagen# - Estructura de banco de prueba y componentes

Los componentes que utiliza esta estructura de banco de prueba son muy utilizados ya que son esenciales para empezar un diseño de banco de prueba.

Generador de estímulo: Se encarga en crear los datos de prueba que utiliza para estimular el diseño. También puede crear los datos en un modo de procesamiento de escritura o programas de captura, como también puede crear datos sobre la marcha para producir simulaciones.

Transductor: Cambia los niveles de abstracción en un banco de prueba. El uso mas común es la traducción de señales a niveles de aplicación, además puede comportarse como maestros inicializando la actividad, como esclavo respondiendo a las soluciones generadas por el diseñador.

Monitoreo de interfaz: Comprobar la correcta señalización y protocolo de transferencia de datos a través de interfaces de diseño. El monitoreo de interface debe de ser independiente de la aplicación y un escrito de una manera que permita su fácil reutilización en la aceleración de hardware.

Verificador de respuesta: Verificar que las respuestas de datos recibidos desde el diseño sean los correctos. Contienen la mayor parte de la información específica de la aplicación en el banco de pruebas y por lo general sólo se puede volver a utilizar cuando el bloque que están monitorizando está siendo reutilizado. Llueve y sigue lloviendo

El desarrollo de un banco de prueba puede ser tan complejo como así sea necesario para facilitar las pruebas de los dispositivos. Existen distintos tipos de bancos de prueba pero el más utilizado es el arriba-hacia abajo (ingles Top-Down) ya que su enfoque suele ser más aplicable a equipo que utiliza un modelo de sistema en su entorno de verificación. El “Top-Down” es beneficioso cuando el diseño requiere la integración de software o dominios analógicos. El enfoque del Top-Down tiene mayores beneficios si el equipo de desarrollo cuenta con un equipo de verificación separada para así poder desarrollar el banco de prueba en paralelo con la implementación del diseño.

Se le nombra arriba-hacia abajo (ingles Top-Down) porque está constituida por dos secciones.

Planta alta Planta baja



En la planta alta se encuentra el monitoreo y control de las pruebas realizadas con la seguridad de que no pueda afectar a un empleado por una falla que pueda ocurrir. Además se encuentran las estaciones requeridas para el control y monitoreo, también debe de contar con un banco de datos para guardar todas las pruebas realizadas y de esta manera constatar el comportamiento de los dispositivos y así también darnos cuenta de cuando ocurrieron las pruebas por si llegara a fallar o simplemente tener una bitácora de las pruebas realizadas.

En la planta baja se tiene todos sistemas de medición, sensores, actuadores y lo que sea necesario para darle un marco de trabajo o lo necesario para las pruebas. Como también los dispositivos, maquinas o herramientas a probar. El motivo el cual se encuentra en la planta baja es para mayor seguridad por cualquier pencarse que pueda ocurrir al correr una prueba, además para facilitar el monitoreo de la planta alta.

La siguiente imagen muestra un ejemplo de un banco de prueba “Top-Down” así como sus secciones y sus componentes. Como planta alta donde se encuentran las distintas estaciones de control y monitoreo, además de la planta baja donde se encuentran el procedimiento de prueba.

Imagen# - Banco de prueba “Top-Down”

3.3 Fundamento Teórico.



Es importante mencionar las tecnologías que hacen referencia al proyecto, además de las materias que sustentan el conocimiento adquirido durante nuestro aprendizaje en la escuela.

3.3.1 PLC.

El termino PLC proviene de las siglas en inglés Programmable Logic Controler, que traducido al español se entiende como “Controlador Lógico Programable”. Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipo en ambientes industriales.

Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar. Esta información es recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno, logran implementarla a través de los accionadores de instalación.

Un PLC es un equipo comúnmente utilizado en maquinarias industriales de fabricación de plástico, en máquinas de embalajes, entre otras; en fin son posibles de encontrar en todas aquellas que realizan maniobras, señalización y control.

Dentro de las funciones de un PLC se encuentran operaciones como las de detección y de mando, en las que se elaboran y envían datos de acción a los preaccionadores y accionadores.

Dentro de las ventajas que tiene un PLC que gracias a ellos es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamaño reducido y mantenimiento de bajo costo, además permite el ahorro de dinero en mano de obra y la posibilidad de controlar más maquinas con el mismo equipo. Sin embargo como sucede en todos los casos, los controladores lógicos programables o PLC presentan ciertas desventajas como es la necesidad de contar con técnicos calificados y adiestrados específicamente para ocuparse de un buen funcionamiento.

3.3.2 Sistema de control.

Un sistema de control es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que permiten influir en el funcionamiento del sistema. La finalidad de un sistema de control es conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores predefinidos.

Un sistema de control ideal debe ser capaz de conseguir su objeto cumpliendo los siguientes requisitos:



1. Garantiza la estabilidad y particularmente ser robusto frente a perturbaciones y errores en los modelos.

2. Ser tan eficiente como sea posible, según un criterio de preestablecido. Normalmente este criterio consiste en que la acción de control sobre las variables de entrada sea realizable, evitando comportamientos bruscos e irreales.

3. Ser fácilmente implementable y cómodo de operar en tiempo real de ayuda de un ordenador.

3.3.3 Adquisición de datos.

La adquisición de datos o adquisición de señales, consiste en la toma de muestras del módulo real (sistemas analógicos) para general datos que pueden ser digitalizar de manera que se pueda procesar en una computadora o PAC. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señales digital. El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ).

La adquisición de datos se inicia con un fenómeno físico o un objeto físico (objeto de investigación) que se desea medir. Esta propiedad física o fenómeno podría ser el cambio de temperatura o la temperatura de una habitación, la intensidad o intensidad del cambio de una fuente de luz, la presión dentro de una cámara, la fuerza aplicada en un objeto, o muchas otras cosa más.

Las materias que ayudaron a desarrollo del proyecto son:

PLC, el cual no encamina a los conocimientos básicos y superiores de un Controlador Lógico Programable, desde los antecedentes, los tipos, las marcas diferentes y las diversas programaciones que existen hacia un PLC.

Control, tiene como objetivo de



4. Hardware-in-the-loop

4.1 Introduccion.



4.2 Arquitectura Hardware-in-the-loop.

La arquitectura Hardware-in-the-loop o en español Hardware de lazo, es un sistema de lazo cerrado que su función principal es el control y monitoreo en tiempo real. Es utilizado en la automatización de embarques, en las industrias de marina, aviones, pero principalmente para la prueba de dispositivos y artefactos militares, por la seguridad y sus bajos costos que puede llegar a tener según la utilización, necesidades y diseño.

Para el diseño y realización de una arquitectura es necesario tomar en cuenta los siguientes componentes:

Controlador, es necesario un controlador que pueda monitorear y controlar, las entradas y salidas que se utilizaran en el diseño. Para el controlador puede ser una PC embebida de un software (MATLAB/Simulink, Python, personalizado), un PLC o un PAC.

Convertidor AD, Se tiene que convertir las señales reales (analógicas) a un ambiente discreto, ya que es necesario un estímulo hacia el proceso simulado.

Simulación de procesos. Normalmente es un simulador de planta real, el cual debe de tener perturbaciones de procesos y simulación de ruido, además podemos cambiar los valores desde una plataforma de embebida. Debe de incluye medición de entrada y a la salida de nuestro proceso un simulador de medición.



Convertidor, Al retroalimentarse debemos de cambiar nuestra señal de salida en ambiente discreto (Digital) a una señal analógica, de esta manera podremos repetir el proceso.

La siguiente ilustración muestra la arquitectura hardware-in-the-loop y sus componentes.

Imagen# - arquitectura de Hardware-in-the-loop

4.2.1 Utilización.

La arquitectura de HIL será utilizada para la simulación de un banco de prueba el cual se probaran los distintos prototipos (propiedad intelectual de GENESIS VENTURE S.A.P.I.). Para la simulación de dicho banco de prueba contaremos con distintos dispositivos los cuales estarán comunicados. Se trabajara con un PLC el cual su función será el control y el monitoreo por medio de un software ya definido.

Al programar un PLC se es necesaria la comunicación puntual con una PC, después el programa, seguido de cargar dicho programa al PLC y todo esto pasa sin perder la comunicación. A todo este procedimiento lleva mucho tiempo y se tiene que tener conexión hasta que termine el procedimiento, así con estos módulos se conectara uno al PLC y otro a una PC, de esta forma se podrán mandar y recibir datos vía alámbrica además de inalámbrica llevando menos tiempo de conexión, mayor maneobrilidad y encontrando esto muy como para los usuario.



4.3 Sistema SCADA

SCADA son la siglas en ingles “Supervisor and data adquisición”, en español lo podremos traducir como control supervisor y adquisidor de datos. Lo que hace un sistema SCADA que atraves de software permita el monitoreo de lo que esté ocurriendo en planta y realizar operación de control. Es una operación indirecta ya que por medio de una PC o pantalla táctil embebida por un software manda una señal que el controlador interpreta y si el controlador tiene programada esa señal, el controlador realiza la función. Además por medio de este sistema puede modificar las funciones del controlador.

La adquisición de datos es muy importante ya que tiene la posibilidad de estar observando que está ocurriendo en pantalla con niveles de tanque, temperatura de motores, y hornos. Todos esos datos al estar en comunicación con una computadora puedo aprovechar las características del disco duro de una computadora y así guardar esta temperatura, conociendo que paso hace una hora, una semana o un mes y la facilidad de realizar históricos. Atraves de los históricos tu puede determinar acciones de mantenimiento, conocer cuanto a estado trabajando un sensor o un actuador.

Un SCADA tiene la habilidad de generar tendencias en tiempo real la cual son gráficos que representan el nivel de temperatura o nivel de agua en tiempo real esta información tiende a perderse si no se es guardad en los datos históricos.

Los sistemas SCADA anteriormente se les conocían como MMI son siglas en inglés “Men Machine Interface”, en español Interface Hombre Maquina. Pero al aparecer mujer en ingeniería ocurrió un conflicto y se cambió el nombre, siglas en Ingles HMI Human Machine Interface, Interface Humano Maquina.

4.3 Sistema SCADA vs. Hardware-in-the-loop.

Los sistemas SCADA es un software embebido en un dispositivo para el control y monitoreo en tiempo real de un proceso son usados en las industrias y también pueden ser usados en banco de prueba. Puedes guardar la información de monitoreo y el control si así es necesario, además de generar tendencias en tiempo real como graficas de lo que se está monitorean.

Su desventaja es que no puede generar procesos de planta solo las puede monitorear. Para tener un sistema SCADA es necesario comprar licencias y actualizaciones, o contratar programadores especializados para la realización de un software que cumpla con las necesidades de la empresa.

En cambio una arquitectura de Hardware-in-the-loop es un sistema de lazo cerrado el cual con distintos componentes pueden simular un marco de trabajo para pruebas repetitivas de objetos. Así como un diseño sencillo y preciso de un banco de prueba que cumpla con las



necesidades requeridas, además que puede controlar y monitorear tanto entradas como salidas. Como también simular un proceso con monitoreo de entrada y salidas, para comprobar nuevos dispositivos.

Pero cuenta con un problema que es hardware, ya que al dañarse cualquier dispositivo es dinero perdido hacia la empresa, en cambio del SCADA como es un software embebido y es necesita un dispositivo para embeberlo.

4.4 Desarrollo de Sistema Hardware-in-the-loop

Se es necesario el desarrollo de un sistema hardware-in-the-loop para el control de distintos dispositivos en una red. Siendo útil para probar una función de control con un proceso simulado antes que el controlador sea aplicado en un proceso real. Si el proceso matemático es utilizado en un simulador de planta que tiene una representación exacta del proceso real. Incluso se puede sintonizar los parámetros del controlador por ejemplo un P o proporcional el cual será el sistema que usaremos para la simulación de nuestro proceso.

Típicamente el controlador se comunica por entradas y salidas (I/O) ordinarias (corriente y tensión digitales). El sistema en donde el control de un proceso es simulado se denota arquitectura Hardware-in-the-loop (HIL). Por esta razón es necesario para las realización de un simulador de banco de prueba que permita realizar la comunicación entre controladores distribuidos en una res industrial, de esta manera agilizara la comprobación rigurosa, transparente y repetitiva hacia los prototipos.



Imagen# -Sistema de prueba.

4.4.1 Diseño arquitectura Hardware-in-the-loop

Se diseñó una arquitectura Hardware-in-the-loop la cual está constituida por distintos dispositivos los suficientemente eficientes para la integración de módulos. En una red de comunicación por distintos puertos. En la siguiente imagen se muestra la arquitectura Hardware-in-the-loop a implementar diseñada para permitir la comunicación entre distintos controladores utilizados en la empresa.

Nota: Este diseño puede ser modificado durante el tiempo transcurrido con distintos dispositivos o diferente arquitectura, pero no dejando fuera el objetivo general.

La cual se tendrá los siguientes dispositivos:

Com/Ethernet, Son puertos de comunicación para él envió y transmisión de datos. Además los tipos de comunicación a utilizar entre dispositivos.

DAQ/PLC/PAC/DS, Los dispositivos se comunicaran por medio de la PC o entre sí, según las especificaciones o requerimientos necesarios.

Nota: Falta definir la el tipo y forma de comunicación que deberán tener cada uno de los distintos dispositivos entre sí.

Software Embebido, Embeberá una PC la cual tendrá un sistema de lazo que permite el monitoreo de las entradas y salidas en ambiente discreto. Además del Proceso.

Proceso, Se realiza una simulación de planta para poder ven el marco de trabajo de dispositivos. Dicha simulación de planta estará en software embebido a una PC y así poder monitorear las entradas y salidas, variando los parámetros que sea necesario.



Imagen# - Arquitectura Hardware-in-the-loop

4.5 Sistemas de comunicación.

La comunicación es la transferencia de información con sentido desde un lugar a otro lugar. En toda comunicación existen tres elementos en un sistema de comunicación (como se muestra en la imagen#): el transmisor, el canal y el receptor. Cada uno tiene una función característica:

1. El transmisor, pasa el mensaje al canal en forma de señal. Para lograr una transmisión eficiente y eficaz, se debe desarrollar varias orientaciones de procesamiento de las señales.

2. Canal de transmisión, o medio es el enlace eléctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Este medio puede ser un par de alambres, un cable coaxial, el aire, etc.

3. Receptor, es extraer del canal la señal deseada del transmisor.



Imagen# - Elementos básicos de un sistema de comunicación

4.5.1 Tipos de RED.

4.5.2 Puertos serie.

Un puerto serie o puerto serial es una interfaz de comunicaciones de datos digitales, frecuentemente utilizado por computadoras y periféricos, donde la información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez, en contraste con el puerto paralelo que envía varios bits simultáneamente.

Se realizara una comunicación por medio de puertos seriales hacia los distintos dispositivos, ya que estos puertos son muy económicos y para la realización de una conexión entre dispositivos facilita su comunicación.

Existen distintos tipos de conectores para la comunicación, así que se buscó comunicación más viable la cual utilizarían los módulos Wiic. De este modo se utilizaran los siguientes:

RS-232, Consiste en un conector tipo DB-25 (de 25 pines), aunque es normal encontrar la versión de 9 pines (DE-9, o popularmente también denominado DB-9), más barato e incluso más extendido para cierto tipo de periféricos.

RS485, está definido como un sistema de bus de transmisión multipunto diferencial, es ideal para trasmiten largas distancias de (35 Mbps hasta 10m y 100 Kbps en 1200m) y atraves de canales ruidosos.

Ethernet, Es un tipo de comunicación puntual esta comunicación va ser la más utilizadas por los módulos Wiic.


http://es.wikipedia.org/wiki/Puerto_paralelo

http://es.wikipedia.org/wiki/Bit

http://es.wikipedia.org/wiki/Perif%C3%A9rico

http://es.wikipedia.org/wiki/Computadora

http://es.wikipedia.org/wiki/Interfaz


4.6 PLC

El PLC (Progammable Logic Controller) es un equipo electrónico programable diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente industrial un proceso secuencial. Se produce una reacción a la información recibida por los captadores del sistema automatizado (células fotoeléctricas, sensores, encoders, teclados, etc.) y actúa sobre los accionadores de instalación (motores, electroválvulas, indicadores luminosos, etc.). En definitiva, se trata de un lazo cerrado entre un dispositivo que controla (PLC) y la instalación en general.

El avance de la automatización ha ido invariablemente unido al avance de los sistemas eléctricos y electromecánicos. A medida que se han ido mejorando los sistemas informáticos y reduciendo el tamaño de los componentes electrónicos. Estas posibilidades suelen estas condicionadas por el número de terminales de entradas y salidas y salidas que posea el PLC. Se clasifican en:

Grandes.- Con más de 512 terminales de (I/O) Medianos.- Hasta 512 terminales (I/O) Pequeños.- Hasta 128 terminales(I/O)

Existen muchísimos módulos diferentes adaptables para cada familia de PLC, siendo los más comunes los de entradas y salidas (I/O) analógicas y digitales, módulos de comunicación, entre otros.

Además de ser un equipo electrónico programable diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente industrial un proceso secuencial. La memoria del proceso del PLC se halla dividida en varias áreas:

Área del programa Área interna Área de datos

Área del programa puede ser de tipo RAM con batería, EPROM o EEPROM. Es la área donde en programador escribe el programa que ha realizado para el PLC. Esto puede realizarse con consolas de programación o mediante un PC utilizando múltiples programas informáticos creados para tal efecto.

Área interna es el área dedicada a los recursos del PLC, como los son los registros de entrada y salida, además de diversos canales especiales.

Área de datos normalmente es de tipo RAM con batería. Es el área dedicada a memorias de datos y registros permanentes.



Como la función de un PLC es el control y monitoreo, de entradas además de salidas nos permitirá utilizarlo en la arquitectura Hardware-in-the-loop (HIL). Su función será para probar los módulos Wiic. Como ya explicando en el apartado 4.2 de este documento será necesario estar con ectado ya sea vía puntal o inalámbrica hacia la PC. Podremos tener comunicación entre dos dispositivos y así el PLC podrá monitorear sensores y controlar distintos tipos de actuadores Como se muestra en la imagen#.

Imagen#.- Diseño HIL con PLC y módulos Wiic.

4.7 PLC Mitsubishi Automation.

Mitsubishi Automation tiene una diversa gama de dispositivos para automatización desde un módulo de entradas y salidas para un PLC hasta Robots. En cuestión de los PLC encontramos diferentes tipos de PLC para las necesidades de todos los usuario y empresa, la diferencia es en costos, memoria del CPU, capacidad de respuesta del CPU, entre otros aspecto. De esta manera no inclinamos por dos familias de PLC de Mitsubishi Automation que cumple con los requerimientos necesarios para la implementación del HIL. Además la utilización de los PLC de Mitsubishi Automation se debido a que la empresa GENESIS VENTURES S.A.P.I. es proveedora es importante la implementación de dispositivos de Mitsubishi.



4.7.1 PLC FX

La serie PLC FX compacto se ha desarrollado durante más de un cuarto siglo, aprobando soluciones a los clientes de una amplia gama de industrias. Con su probada trayectoria de excelente calidad y confiabilidad, la serie FX continua con su tradición de excelencia como PLC compacto del mundo de elección. Además todos los módulos para la serie FX como módulos de entradas y salida (I/O), módulos de velocidad, módulos analógicos, módulos digitales, entre otros. La siguiente imagen se muestra la serie FX y el nivel de puntos (I/O) que tienen cada uno.

Imagen#.- Serie FX y nivel de puntos (I/O)

La Tabla# muestra los modelos de la serie de PLC FX, el voltaje de alimentación, el máximo de entradas y salidas, tipos de entradas y el tiempo de respuesta de un PLC

Tabla#.- Muestra las especificaciones de la serie FX


Model FX1S FX1N FX3G FX3U FX3UC

Power Supply100–240 VAC,

24V DC100–240 VAC,12 - 24V DC

100–240 VAC 100–240 VAC, 24V DC 24V DC

Maximum I/O 30 128 256 (w/CC-Link) 384 (w/CC-Link) 384 (w/CC-Link)

Digital I/O Relay/Transistor Relay/Transistor Relay/Transistor Relay/Transistor Relay/Transistor

Cycle Period/ logical

instruction0.55μs 0.55μs 0.21μs 0.065μs 0.065μs

Memory 2k steps 8k steps 32k steps 64k steps 64k steps


4.7.2 PLC Q and iQ

El PLC Q permite al usuario seleccionarla mejor combinación de módulos CPU y de módulos especiales o de entrada y salidas (I/O) y reunir todos sus componentes sobre una unidad base. Esto permite combinar módulos base y módulos de CPU de alto rendimiento ya que puede trabajar el PLC hasta con cuatro módulos de CPU diferentes. Los módulos CPU llegan a pasar hasta 8000 puntos de entradas y salidas (I/O), así abre un amplio abanico de posibilidades para realizar grandes procesos o líneas de producción. La siguiente foto muestra un PLC Q con un CPU3UDE con el cual se trabajara para la realización de la arquitectura de Hardware-in-the-loop.

Foto#.- PLC de la serie Q

4.7.3 PLC FX VS. PLC Q

El PLC FX se encuentra en un precio accesible en el mercado además que puede comunicarse por medio de una red Ethernet y por puesto serial. Trabaja con 24V de alimentación además de 384 Puntos de I/O como máximo, como también el PLC Mitsubishi de la serie FX3U contiene las entradas y salidas integradas. Pueden agregarse distintos tipos de módulos si así se desea.

La desventaja del FX es que tiene una respuesta muy tardía de CPU y se dificulta la maniobrabilidad

La familia Q e iQ. El PLC Q de Mitsubishi Automation permite al usuario tener la mejor combinación de módulos CPU, módulos especiales, así como módulos de entradas y salidas con diversos dispositivos de hardware. También cuenta con dispositivos de comunicación para una gran variedad de redes, con una gama de controladores que interconexiones a



través de un mismo bus (como se muestra en la imagen#). Con este tipo de controladores de Mitsubishi Automation los usuarios pueden tener control sobre su proceso.

Imagen# - PLC de la familia Q

Desventaja es que es muy costoso ya que tienes que comprar cada módulo por separado.

En conclusión la mejor opción es el PLC Q por su alto rendimiento y maniobrabilidad. Además cuenta con una gran cantidad de módulos y una mejor comunicación desde módulos de comunicación puntual (Ethernet, RS-232, RS-485, etc.), como módulos inalámbricos. También una mayor respuesta de CPU.

4.8 Software del PLC.

Los PLC utilizan un software de desarrollo para programarle instrucciones al PLC, los software de desarrollo son utilizados para el monitoreo de nuestras entradas y salidas. Como todo programa tiene una forma de programación y es necesario saber programar el PLC ya que se tendrá que realizar un programa para un PLC de la serie Q de Mitsubishi Automation y de esta manera controlar un evento.



Existen distintos tipos de programación pero la más utilizada en un PLC hoy en día es la programación escalera o esquema de contactos. Consiste en una línea vertical a la izquierda que se llama línea de BARRA DE BUS y de líneas paralelas que se denominan LINEAS DE INSTRUCCIÓN. En las líneas de instrucciones se colocan los relés o contactos, que puede corresponder con estados de un sistema o condiciones de ejecución.

4.8.1 GX Works2.

El GX Works2 es el software de configuración y programación para los controladores de la serie FX y Q. Lo cual permite que los desarrolladores combinen cinco lenguajes de programación distintos y si así lo desean cada uno con un estilo de programación diferente. También permite guardar en biblioteca partes de proyectos para utilizar en aplicaciones futuras. Esto significa que una vez que escribe y prueba una función, un bloque de funciones, un programa o estructura, puede integrarse a nuevos sistemas en cuestión de minutos. La siguiente imagen muestra el icono del que se utilizara para programar el PLC (software GX Work2).

Imagen#.- Icono del software GX Works2

Las disposiciones del entorno totalmente personalizables se configuran en función de la instalación y no del proyecto, lo que permite que la selección de herramientas y los accesos directos se optimicen siguiendo la propia intuición del usuario. Las herramientas de configuración de módulos de funciones especiales y la red integrada mantienen los archivos del proyecto organizados para acceder a ellos fácilmente. Los parámetros del módulo de función especial se configuran usando las indicaciones y los menús desplegables, y no mediante asignaciones de bytes y bits arbitrarias. Un PLC virtual integrado en la computadora permite la simulación total del sistema incluso antes de que el hardware llegue a las instalaciones. En la siguiente imagen se muestra la en entorno del software GXWork2



Imagen#.- Entorno de GX Work2



5 Simulación de Procesos5.1 Introducción

El presente documento es una recopilación de información que puede ser útil para aquellos estudiantes interesados en conocer esta poderosa herramienta de calculo, simulación y modelado matemático que por demás está el mencionar en esta introducción todos los elogios de que es merecedor este singular programa de calculo matemático por su amplia área de aplicación en el estudio científico.


http://www.monografias.com/Computacion/Programacion/

http://www.monografias.com/trabajos13/discurso/discurso.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/sipro/sipro.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/sisinf/sisinf.shtml


5.2 Sistema de control.

Un sistema de control sirve para controlar el valor de ciertas variables de salida por medio de otras variables de entrada. Existen áreas don donde se pueden aplicar los sistemas de control uno de ellos es el sistema de automatizado el cual no enfocaremos para la realización del simulador de banco de pureba, así primero definiremos que es un sistema automatizdo.La autimatizacion es un sistema donde se transfieren tareas de prodiccion, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos.

Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte de mando Parte operativa

La Parte operativa es la parte que actua directamente sobre la maquina. Son elementos que hacen que la maquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las maquinas como motores, cilindros, compresores, entre otros.

La parte de mando suele ser un controlador programable (tecnología programada), aunque hasta hace poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o modulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el controlador esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarce con todos los dispositivos que constituyen un sistema automatizado.

Los objetivos de la automatización son: Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo costos de la producción y mejora

la calidad de la misma. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimendo los trabajos de peones e

incrementadon la seguridad. Realizar las operaciones posibles de controlar intelectual o manualmente. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades

necesarias en este momento preciso. Simplifica el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes

conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

EL sistema de control de un sistema automatizado permite ejecutar el programa y lograr que el proceso que realice su función definida.



5.3 Lazo de control

Arreglo de elementos orientados al mantenimiento de condiciones específicas en un proceso, maquinaria o sistema. El lazo de control es utilizado para el control y monitoreo de dispositivos, para confirmar su funcionamiento de entradas y salidas. De esta forma es ecensial conocer el funcionamiento del lazo de control. Existen dos tipos de lazo de control abierto y cerrado.

En el control de lazo abierto (figura#) la entrada u(t) actúa directamente cobre el dispostitivo de control (controlador) C del sistema para producir el efecto deceado en la variedad de salida, aunque sin comprobar el valor que toma dicha variable.

Figura#.- Lazo de control abierto

EL lazo de control cerrado tiene una entrada u(t), llamada de referencia o de consigna, que sirve para introducir en el sistema el valor deseado para la salida y(t). Esta salida se mide con un captador M y dicha medida ym(t) se compara con el valor u(t) de la entrada de referencia. La diferencia e(t) = u(t) – ym(t) entre ambos valores incide sobre el controlador C y la salida de este, Uc(t), sobre el elemento actuador A el cual a su vez ejerce la debida acción sobre planta P en el sentido de corregir las diferencias e(t). En la figura# se representado un sistema de lazo de control cerrado.Con un razonamiento intuitivo pdemos llegar a la conclusión de que el sistema de lazo cerrado responde mejor ante la precensia de una entrada perturbadora w(t). Y así es en muchos casos. Sin embargo, hay que ser muy cautos ante este tipo de razonamientos ya muchas veces que puedan fallar.

Figura# - Sistema de lazo cerrado



El procedimiento de medir la señal de salida y restarla de la entrada se llama ralimentacion negativa. El lazo que se forma al realizar la realimentación suele denominarse lazo o bucle de regulación.

5.4 Ambiente practico

Los dos tipos de lazo de control los cuales pueden ser considerados en un ambiente practico como sistema de control de ciclo. Lo cuales son:

Sitmas de control de ciclo cerrado.

En un sistema de control de cilco cerrado la variable de salida es comparar con un parámetro de entrada, y cualquier diferencia entre las dos es usada para lograr que la salida sea acorde con la entrada. La siguiente figura muestra muestra un esquema de sisteam de control de ciclo cerrado.

Figura# - Sistema de control de ciclo cerrado

Sistma de control de ciclo abierto.

Un sistema de control abierto opera sin el ciclo de retroalimentación, sin medir la variable de salida, de manera que no hay comparación entre el valor real de la salida y el valor deseado en el parámetro de entrada. En la figura# se muestra un sistema de control de ciclo abierto.

Figura# - Sistema de control de ciclo abierto.



5.5 Respuesta temporal.

La respuesta temporal de un sistema es el conjunto de valores que toma su salida en función del tiempo cuando al mismo se aplica una entrada dada. Los terminnos de entrada y salida se refiren a una variable (sistema en movimiento), o varios (sistemas multivariables). Existen varios métodos de obtención de la respuesta temporal, de los que mencionaremos los siguientes:

1.-Resolucion de las ecuaciones diferenciales.

Una vez obtenido el método matemático por el medio de ecuaciones diferenciales pueden aplicarse los métodos mateamaticos de resolución analítica las mismas para hallar la respuesta. De este método derivan los métodos basados en la tranaformacion de la place, para el caso de sistemas lineales, y los basados en la integración numérica de las ecuaciones diferenciales, validos para sistemas lineales y no lineales.

2.- Metodo basado en la transfomada de Laplace.

Trabajar en el dominio de Laplace no solamente es útil para la resolución matemática de ecuaciones sino que se presta específicamente para ser utilizado con el concepto de función de transferencia. En general un proceso recibe una entrada u(t) y genera una salida y(t). Si llevamos esta señal al dominio de la Laplace tendremos una entrada U(s) que genera una salida Y(s). La función que relaciona salida con entrada se denomina función de transferencia g(s).

Figura #.-Funcion de transferencia.

De modo que Y(s) = g(s) x U(s).



5.6 Sistema de primer orden

Sabemos que el orden de un sistema con función de tranferencia G(s) = b(s)/a(s) es el grado del polinomio a(s) denominador G(s). La función de tranferencia de un sistema de primer orden estrictamente casual se puede escribir en forma.

(5.0)

Formula #.- sistema de primer orden

Su diagrama de bloque puede verse en la figura#. Para en análisis de un caso, correspondiente.

Figura#.- Diagrama de bloque de un sistema de primer orden.

A entrada impulso y a entrada escalón, con condiciones iniciales nulas.

Se realizara unas demostración el con la finalidad es la dejar en claro como funciona un sistema de primer orden usando la función de transferencia.

Entrada impulso. Respuesta impulsiva

Si u(t) = δ(t), impulso de Directa, hallamos su tranformada de Laplace U(s):

Por lo tanto Y(s), tranformada de Laplace de su salida, es

La respuesta temporal, dada por (5.0) es.



El parámetro 1=ז /a se llama constante de tiempo del sistema de primer orden. En la figura# se ha representado la respuesta impulsiva de un sistema de primer orden.

Figura#- Respuesta a un impulsó

Entrada escalon unitario

Si la entrada al sistema es el escalon unitario, u(t) = 1(t), su transformada de Laplace es

Por lo tanto Y(s), transformada de Laplace de su salida es:

Para hallar la respuesta temporal a partir de

Hemos de calcular el resultado por parates



Una vez ya hallado el resultado , la respuesta dada.

En la figura # se ha presentado la respuesta a una entrada escalón de un sistema de primer orden.

Figura#- Respuesta al escalon del sistema de primer orden.

5.7 Sistemas de segundo orden

Figura# - Diagrama de bloque de un sistema de segundo orden.

Sinedo ωn2=a0/a2, 2 ε ωn=a1/a2. El parametro ωn se le llama frecuencia natural del

sistema mientras ε se denomina coeficiente de amortiguamiento. Su diagrama de bloque



puesde verce en la figura# lo cual analizaremos este caso, correspondiente a entrada a un impulso y a un escalon.

Entrada impulsiva. Respuesta impulsiva.

Si u (t )=δ (t), impulso de directa, hallamos su transformada de la Laplace.

U (s )=L [δ (t ) ]=1

Por lo tanto Y(s), transformada de Laplace de su salida es

Y (s )=U ( s)G (s )=ωn2

s2+2ξωn s+ωn2

Las raíces de la ecuación característica son:

s1,2=−ξωn s± jωn√1−ξ2

Para hallarlos residuos aplicamos

K1=¿

Donde resulta

K1=[ωn2

s2+ξ ωn s+ j ωn2√1−ξ2

]s=s1

= − jω2√1−ξ2

Del mismo modo

K2=[ωn2

s2+ξ ωn s+ j ωn2√1−ξ2

]s=s1

= jω

2√1−ξ2

Con lo quereducido se expresa

K1=jω

2√1−ξ2, ¿−π2

K2=jω

2√1−ξ2,¿π2



Y la respuesta tempora de obtiene ahora aplicando

y (t )= jω

2√1−ξ2e−iωt sin(ωn√1−ξ2)t

En la figura # se ha representado la respuesta de impulso del sistema de segundo orden la cual muestra que tarda mucho en estabilizarse el sistema

Figura# - Respuesta impulsiva del sistema de segundo orden

Entrada escalón unitario

Si la entrada al sistema es un escalón unitario, u (t )=1(t), su transformad de Laplace U (s) es,

Por lo tanto Y (s), transformada de Laplace de su salida es,



Las raíces de la ecuación característica son ahora,

Calculando el residuo de la formula

El modulo y el argumento de K2 son

En coordenadas polares,

La respuesta temporal se obtiene



Figura# - Simulacion de las raíces complejas conjugadas

A veces interesa indicar la respuesta en función de angulos correspondietes a las raíces complejas conjugadas. Dichas raíces son:

De donde

Pero como

Ha de ser

Si introducimos una nueva variable α + Φ = 180°, tenemos



Y ello nos permite expresar la respuesta en funciones de α.

Es interesante la interpretación de la gráfica. Las raíces s2,s3 se halla n situados en un

circuito de radio ωn, formando angulo Φ y – Φ con el eje real; el ángulo α es el suplementario de Φ.

En la siguiente grafica se ha representado la respuesta a una entrada escalo del sistema de segundo orden. Si el sistema tiene condiciones iniciales no nulas se produce de igual modo que el indicador del sistema de primer orden.

Figura# - respuesta al escalón del sistema de segundo orden



5.8 Proporcional Integral Derivativo

Un PID es un mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador.

Figura# - Sistema de lazo cerrado con PID


http://es.wikipedia.org/wiki/Algoritmo

http://es.wikipedia.org/wiki/Realimentaci%C3%B3n


5.8.1 Funcionamiento

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso o sistema se necesita, al menos:

1.- Un sensor, que determine el estado del sistema por ejemplo de vicion, temperatura, de nivel, entre otros

2.- Un controlador, que genere la señal que gobierne al actuador

3.- Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada (reistencia eléctrica, motor, valvula, bomba,etc)

El sensor proporciona una señal analógica o digital al controlador, la cual representa el punto actual en el que se encuentra el proceso o sistema. La señal puede representar ese valor en tensión eléctrica, intensidad de corriente eléctrica o frecuencia. En este último caso la señal es de corriente alterna, a diferencia de los dos anteriores, que son con corriente continua.

El controlador lee una señal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la señal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano, habrá que establecer algún tipo de interfaz(HMI-Human Machine Interface), son pantallas de gran valor visual y fácil manejo que se usan para hacer más intuitivo el control de un proceso.

El controlador resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna, obteniendo así la señal de error, que determina en cada instante la diferencia que hay entre el valor deseado (consigna) y el valor medido. La señal de error es utilizada por cada uno de los 3 componentes del controlador PID. Las 3 señales sumadas, componen la señal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, sino que debe ser transformada para ser compatible con el actuador utilizado.

Las tres componentes de un controlador PID son: parte Proporcional, acción Integral y acción Derivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final, viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente. Se pretenderá lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo posible los efectos de las perturbación.


http://es.wikipedia.org/wiki/Interfaz

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_anal%C3%B3gica


5.8.2 Proporcional.

La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y la constante proporcional como para que hagan que el error en estado estacionario sea casi nulo, pero en la mayoría de los casos, estos valores solo serán óptimos en una determinada porción del rango total de control, siendo distintos los valores óptimos para cada porción del rango. Sin embargo, existe también un valor límite en la constante proporcional a partir del cual, en algunos casos, el sistema alcanza valores superiores a los deseados. Este fenómeno se llama sobreoscilación y, por razones de seguridad, no debe sobrepasar el 30%, aunque es conveniente que la parte proporcional ni siquiera produzca sobreoscilación. Hay una relación lineal continua entre el valor de la variable controlada y la posición del elemento final de control (la válvula se mueve al mismo valor por unidad de desviación). La parte proporcional no considera el tiempo, por lo tanto, la mejor manera de solucionar el error permanente y hacer que el sistema contenga alguna componente que tenga en cuenta la variación respecto al tiempo, es incluyendo y configurando las acciones integral y derivativa.

La fórmula del proporcional está dada por:

El error, la banda proporcional y la posición inicial del elemento final de control se expresan en tanto por uno. Nos indicará la posición que pasará a ocupar el elemento final de control

Ejemplo: Cambiar la posición de una válvula (elemento final de control) proporcionalmente a la desviación de la temperatura (variable) respecto al punto de consigna (valor deseado).

Grafica#.- Proporcional


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Error_permanente&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Error_permanente&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sobreoscilaci%C3%B3n&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Valor_l%C3%ADmite&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplicaci%C3%B3n


5.8.2 Integral

El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control integral actúa cuando hay una desviación entre la variable y el punto de consigna, integrando esta desviación en el tiempo y sumándola a la acción proporcional. El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un período determinado; Luego es multiplicado por una constante I. Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo Proporcional para formar el control P + I con el propósito de obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.

El modo integral presenta un desfasamiento en la respuesta de 90º que sumados a los 180º de la retroalimentación ( negativa ) acercan al proceso a tener un retraso de 270º, luego entonces solo será necesario que el tiempo muerto contribuya con 90º de retardo para provocar la oscilación del proceso. La ganancia total del lazo de control debe ser menor a 1, y así inducir una atenuación en la salida del controlador para conducir el proceso a estabilidad del mismo. Se caracteriza por el tiempo de acción integral en minutos por repetición. Es el tiempo en que delante una señal en escalón, el elemento final de control repite el mismo movimiento correspondiente a la acción proporcional.

El control integral se utiliza para obviar el inconveniente del offset (desviación permanente de la variable con respecto al punto de consigna) de la banda proporcional.

La formula del integral esta dada por:

Ejemplo: Mover la válvula (elemento final de control) a una velocidad proporcional a la desviación respecto al punto de consigna (variable deseada ).

Grafica#.- Integral


http://es.wikipedia.org/wiki/Suma

http://es.wikipedia.org/wiki/Media_aritm%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Integral


5.8.3 Derivativo

La acción derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e integral).

El error es la desviación existente entre el punto de medida y el valor consigna, o "Set Point".

La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo corrigiéndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de esta manera evita que el error se incremente.

Se deriva con respecto al tiempo y se multiplica por una constante D y luego se suma a las señales anteriores (P+I). Es importante adaptar la respuesta de control a los cambios en el sistema ya que una mayor derivativa corresponde a un cambio más rápido y el controlador puede responder acordemente.

La fórmula del derivativo esta dada por:

El control derivativo se caracteriza por el tiempo de acción derivada en minutos de anticipo. La acción derivada es adecuada cuando hay retraso entre el movimiento de la válvula de control y su repercusión a la variable controlada.

Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay inestabilidad en el proceso. Cuando el tiempo de acción derivada es pequeño la variable oscila demasiado con relación al punto de consigna. Suele ser poco utilizada debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las complicaciones que ello conlleva.

El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al punto de consigna con las mínimas oscilaciones

Ejemplo: Corrige la posición de la válvula (elemento final de control) proporcionalmente a la velocidad de cambio de la variable controlada.

La acción derivada puede ayudar a disminuir el rebasamiento de la variable durante el arranque del proceso. Puede emplearse en sistemas con tiempo de retardo considerables, porque permite una repercusión rápida de la variable después de presentarse una perturbación en el proceso.


http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al

http://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_derivada


Grafica#.- Derivativo

5.9 MATLAB

Es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones totalmente orientado para llevar acabo proyectos en donde se encuentre implicados elevado cálculos matemáticos y la visualización gráfica de los mismos. MATLAB integra análisis numéricos, cálculos matriciales, procesos de señales y visualización de graficas en un entorno completo donde los problemas se pueden programar en un modo tradicional.

MATLAB dispone también en la actualidad de un amplio abanico de programas de apoyo especializado, denominados Toolboxes, que extienden significativamente el numero de funciones incorporados en el programa principal. Estos Toolboxes cumbren en la actualidad prácticamente casi todas la áreas principales en el mundo de la ingeniería y la simulación, destacado entre ellos el ‘toolbox’ de proceso de imágenes, señales, control robustos, estadística, análisis financiero, matemáticas simbolica, redes naturales, lógica difusa, identificación de sistemas dinamico, etc. Es un entorno de calculo técnico, que se ha convertido en estándar de la industria, con capacidades no superadas en computación y visuales numéricas. Se muestra el logotipo el cual se uzara para la realziacion de nuestro proceso para el HIL.

Imagen#.-Logo de MATLAB

El lenguaje de computación técnico MATLAB es un ambiente de computación que combina computación numérica, graficos y visualización avanzada, Siendo así un lenguaje de programación de alto nivel.



Sea cual fuera su objetivo, un algoritmo, análisis, graficos, informes o simulación, MATALAB es el sistema ideal para desarrollar sistemas avanzados de control. Permite a ingenieros y científicos a expresar su idea técnica con simplicidad. Adeams puede generar códigos en C para correr un controladores inscrustados con Real Time Workshop.

La imgen# muestra la venta de MATLAB donde se encuentran varios componentes.

Imagen# - Ventana principal de MATLAB

El programa MATLAB es muy utilizado hoy en dia ya que es muy amigable para el desarrollo de distintas operaciones, en la realización del HIL se es necesario un simulador de planta asi que la mejor opción es MATLAB/Simulink.

5.9.1 SIMULINK

Simulink es un entorno de programación visual, que funciona sobre el entorno de programación Matlab.


http://es.wikipedia.org/wiki/Matlab

http://es.wikipedia.org/wiki/Programaci%C3%B3n_visual


Es un entorno de programación de más alto nivel de abstracción que el lenguaje interpretado Matlab (archivos con extensión .m). Simulink genera archivos con extensión .mdl (de "model").

En las imágenes, se puede apreciar el diagrama en bloques de un Radar, en el cuál se muestra que uno de sus bloques de procesamiento de señal, es un filtro Kalman realizado en un script de Matlab.

Luego, se puede apreciar un sistema de control automático, junto a su modelización y finalmente un sistema de un automóvil, vinculando la simulación a un entorno de realidad virtual.

Simulink viene a ser una herramienta de simulación de modelos o sistemas, con cierto grado de abstracción de los fenómenos físicos involucrados en los mismos. Se hace hincapié en el análisis de sucesos, a través de la concepción de sistemas (cajas negras que realizan alguna operación).

Se emplea arduamente en Ingeniería Electrónica en temas relacionados con el procesamiento digital de señales (DSP), involucrando temas específicos de ingeniería biomédica, telecomunicaciones, entre otros. También es muy utilizado en Ingeniería de Control y Robótica. En la imagen# se muestra un simulador el cual embebera un controlador para el monitoreo de entradas y salidas.

Imagen# - Conectado a un hardware de control

Por esta razón se utilizara el MATLAB/Simulink el cual simulara un proceso y de la misma forma podra medir este proceso para el HIL. Ya que puede visualizar graficos de señales continuas como discretas y observaremos los datos digitalizados de una señal continua.



Esta señal sera controlada por medio del PLC Q, que estará comunicado por medio de los módulos Wiic.



6 Adquisidor de datos.6.6 Introduccion.

El procesamiento digital de señales ha conllevado tremendos cambios desde su surgimiento en la década de los setentas. Estos cambios han sido tanto de caracter teórico como tecnológico. Conviene aquí mencionar algunas de los interese principales del área a lo largo de su evolución



6.7 Señales.

En general una señal es cualquier cantidad cuya magnitud se puede representar matemáticamente como función de una o mas variables independientes. Para la realización de la arquitectura HIL se usara exclusivamente el caso de funciones de una variable y esta variable normalmete sera el tiempo.

El concepto de aparecen en una amplia variedad de campos, de manera que las ideas y técnicas asociadas con estos conceptos juegan un papel importatne en ares tan diversos como comunicaciones, aeronaútica, diseño de circuitos, acústica, óptica, sismología, ingeniería biomédica, control de procesos, entre otros.

En general las señales contienen infomacion acerca de la naturaleza o comportamiento de un fenómeno. Los sistemas también pueden transformar señales, es decir un sistema recibe una señal de entrada, ejecuta algún procedimiento sobre esta y produce señales de salida. Esta relación entre señales y sistema puede ser representada de manera general en un bloque como en la figura#.

Figura# - Diagrama a bloques de un sistema en general.

Los voltajes y las corrientes como funciones del tiempo aplicados a un circuito son ejemplos de señales y el circuito en sí es ejemplo de un sistema, el cual responderá a su vez con voltajes y corrientes dependiendo de que se aplique.

Un programa de computadora para el diagnostico de electrocardiogramas puede ser considerado como un sistema que recibe como entrada la señal digitalizada de un electrocardiograma y produce como salida estimaciones cobre parámetros tales como ritmo cardiaco, etc.



6.7.1 Señales continuas y señales discretas.

Existen dos tipos básicos de señales dependiendo de la naturaleza de la variable independiente (tiempo) que considerara: Señales de tiempo continuo y señales de tiempo discreto. Las cuales tiene un conjunto de valores que puede tomar una señal de tiempo continuo o de tiempo discreto.

En una señal de tiempo continuo x(t), la variable tiempo es una variable continua y por ello estas señales estan definidas para cualquier pade instantes de tiempo y para cualquier instante comprendido entre este par. Para este tipo de señales usaremos t para denotar a la variabele independiente de tiempo continuo. La figura# muestra una señal senosoidal un ejemplo de señal de tiempo continua.

Grafica# : Señal continua

Por otro lado, una señal de tiempo discreto es x(n) y solamente esta definida en ciretos instantes discretos de tiempo, de manera que entre cada instante y el siguiente no esta definida dicha seña. Una señal discreta y de tiempo discreto se denomina señal digital.La grafica# muestra una señal discreta de la señal senosoidal.

Grafica# - Señal discreta



6.8 Frecuencia de muestreo

La tasa o frecuencia de muestreo es el número de muestras por unidad de tiempo que se toman de una señal continua para producir una señal discreta, durante el proceso necesario para convertirla de analógica en digital. Como todas las frecuencias, generalmente se expresa en hercios (Hz, ciclos por segundo) o múltiplos suyos, como el kilohercio (kHz), aunque pueden utilizarse otras magnitudes.

6.8.1 Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon

El teorema trata del muestreo, que no debe ser confundido o asociado con la cuantificación, proceso que sigue al de muestreo en la digitalización de una señal y que, al contrario del muestreo, no es reversible (se produce una pérdida de información en el proceso de cuantificación, incluso en el caso ideal teórico, que se traduce en una distorsión conocida como error o ruido de cuantificación y que establece un límite teórico superior a la relación señal-ruido). Dicho de otro modo, desde el punto de vista del teorema, las muestras discretas de una señal son valores exactos que aún no han sufrido redondeo o truncamiento alguno sobre una precisión determinada, esto es, aún no han sido cuantificadas.

El teorema demuestra que la reconstrucción exacta de una señal periódica continua en banda base a partir de sus muestras, es matemáticamente posible si la señal está limitada en banda y la tasa de muestreo es superior al doble de su ancho de banda.

Dicho de otro modo, la información completa de la señal analógica original que cumple el criterio anterior está descrita por la serie total de muestras que resultaron del proceso de muestreo. No hay nada, por tanto, de la evolución de la señal entre muestras que no esté perfectamente definido por la serie total de muestras. En la siguiente grafica se muestra una señal continua en el tiempo y la otra es una señal muestreada de la misma señal de continua.


http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_peri%C3%B3dica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_de_cuantificaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Distorsi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuantificaci%C3%B3n_digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Muestreo_digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%ADodo_de_oscilaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Hercio

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_anal%C3%B3gica


Grafica# - Señal original y muestreo de la misma

Con exactitud cuando se obtiene una señal periódica sinusoidal y es necesario el muestreo periódica de la señal, esto solo podrá ocurrir si la velocidad de muestreo tiene una frecuencia dos veces mayor a la frecuencia original. Cuando sucede esto se podrá observar muestras de la señal original, ya que la señal original es una señal variante en el tiempo solo se observaran varias muestras mas sin embargo no se podrá obtener toda la información de la señal original.Cunado se desea tener un muestreo de la forma de onda mas detallada es es necesario que la velocidad de muestreo tenga una frecuencia igual o mayor diez veces a la señal que se desea muestrear y de esta manera se tendrá una reconstrucción de muestreo exacta a la señal original.

6.8.2 Aliasing

En estadística, procesamiento de señales, computación gráfica y disciplinas relacionadas, el aliasing es el efecto que causa que señales continuas distintas se tornen indistinguibles cuando se muestrean digitalmente. Cuando esto sucede, la señal original no puede ser reconstruida de forma unívoca a partir de la señal digital. Una imagen limitada en banda y muestreada por debajo de su frecuencia de Nyquist en las direcciones "x" e "y", resulta en una superposición de las replicaciones periódicas del espectro G(fx, fy). Este fenómeno de superposición periódica sucesiva es lo que se conoce como aliasing o Efecto Nyquist.

El aliasing es un motivo de preocupación mayor en lo que concierne a la conversión analógica-digital de señales, con el muestreo incorrecto de señales analógicas puede provocar que señales de alta frecuencia presenten dicho aliasing con respecto a señales de baja frecuencia. El aliasing impide recuperar correctamente la señal cuando las




http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_anal%C3%B3gica-digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_anal%C3%B3gica-digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Muestreo

http://es.wikipedia.org/wiki/Computaci%C3%B3n_gr%C3%A1fica

http://es.wikipedia.org/wiki/Procesamiento_de_se%C3%B1ales

http://es.wikipedia.org/wiki/Estad%C3%ADstica


muestras de esta se obtiene a intervalos demaciados lagos. La forma de onda recuperada presenta pendientes muy abruptas.

Para observar un aliasin es presiso transformar la señal continua en un señal en el dominio de la frecuencia. Cuando se realice la tranfomacion la frecuencia a la cual se realiza el muestreo, ws, es importante ya que de ella depende que se presenten o no fenómenos espectrales como el aliasing. El aliasingo curre cuando al muestrear la señal, la transformada de Fourier Ac(w) de la función original tiene componentes que se extienden más allá de ws/2. Esto ocasiona que las réplicas espectrales de la función muestreada se traslapen. Por lo tanto, al reconstruir se obtiene una señal que es un alias de la señal original como se observa en las figura# y figura#



Figura #. Proceso de muestreo sin aliasing. (a) Función continua ac(x), (b) función de muestreo discreta i(x), (c) función muestreada a(x), (e) señal reconstruida = señal original,

(d) filtro de reconstrucción.


http://2.bp.blogspot.com/-wK2djFHROnc/ULhPf6G9d0I/AAAAAAAAA1Q/B96sLRA_fbk/s1600/alias1.tif


Figura 2. Proceso de muestreo con aliasing. (a) Función continua ac(x), (b) función de muestreo discreta i(x), (c) función muestreada a(x), (e) señal reconstruida = señal alias, (d)

filtro de reconstrucción.


http://4.bp.blogspot.com/-VcGazp05Akg/ULhPwRTTVoI/AAAAAAAAA1Y/8IR9X0_sJtE/s1600/aliasing2.tif


6.4 Respuesta en la frecuencia

El análisis de respuesta en frecuencia es la técnica donde una señal de prueba senosoidal es usada para medir puntos sobre la respuesta de frecuencia de una función de tranferencia o duncion de impedancia. El básico set-up es mostrado en la Figura# en la cual una onda senosoidal u(t) es alplicada para un sistema con la función de tranferencia G(s). Despues de que la oscilación momentánea desarrollada para condiciones iniciales ha decaído, la salida y(t) viene a ser una onda senoidal pero con una magnitud diferente Y y fase relativa Φ. La magnitud y la fase de la salida y(t) esta de hecho relacionada con la función de tranferencia G(s) a la frecuencia (ω rad/seg) de la salida sinusoidal.

Figura# - Funcion de transferencia lineal con una entrada de onda senoidal

Figura# - Entrada de onda senoidal y la respuesta en estado estable vista en el osciloscopio. La notación vectorial correspondiente se muestra a la derecha

La fase relativa y magnitud de formas de onda de entrada y salida pueden ser directamente medidos de un osciloscopio (figura#), aunque es inherente de pobre exactitud y en la practica mas métodos sofisticados son requeridos para remover ciertos errores los cuales ocurren debido al ruido, no linealidad y retroalimentación.



La gran ventaja del análisis de respuesta en frecuencia se basa en su frecuencia selectiva natural. Solo un componete espectral de frecuencia es extraído y correspondiente en esa frecuencia puede ser con gran presicion. Esto tiene significativas ventajas donde el sistema bajo consideración tiene resonantes caracteristicos. Espesificamente, las distintas resonancias pueden ser exitadas y estudiadas separadamente sinalterar otros modos oscilatorios.

Figura – El eje de frecuencia normalmente se expresa en escala logarítmica.

Figura# - Informacion de la respuesta en frecuencia.

Mediante mediciones secuanciales la ganacia y la fase en varias frecuancias, una imagen del sistema de respuesta en frecuencia puede ser constituido y trazado tanto como un diagrama de Nyquist en el plano complejo (fig#) o una grafica de ganancia contra frecuencia (fig#). Los siguientes llamados diagramas de Bode porque de su uso se diseñan métodos basados en sistemas de control de Bode.



La ganacia relativa directa y el procedidmiento de medición de fase mencionado anteriormente tienen fondos practicos como un significado de la medición de Respuesta de frecuencia. Estos relaciona la distorsion de las señales de salida que ocurren un sistema de ingeniería. Señales de distorcion de las señales de salida de un dispositivo. Señales distorcionadas son debido a ruido externo el cual infecta las mediciones de salida (como en la figura#) y hace esto muy difícil para medir exactamente la ganancia y la fase. Las señales de distorcion surgen de los efectos no lineales de un sistema, o procedimientos de medición, como que la salida medida no es una senosoidal mas grande (como la figura#). De nuevo la medición directa de ganancia y face es difícil.

Figura#a - Señal de prueba

Figura#b – Señal de prueba

En sistemas practicos, aunque la señal de prueba aplicada podría ser senoidal, la respuesta es frecuentemente distorsonada debido al ruido. El cual la respuesta es en estado estable y tiene una señal de entrada, normalmente observas la señal de entrada y la señal de salida con la misma frecuencia pero diferente fase.

6.5. Diagramas de Bode

Un Diagrama de Bode es una representación gráfica que sirve para caracterizar la respuesta enfrecuencia de un sistema. Normalmente consta de dos gráficas separadas, una que corresponde con la magnitud de dicha función y otra que corresponde con la fase. Recibe su nombre del científico que lo desarrolló, Hendrik Wade Bode.

Es una herramienta muy utilizada en el análisis de circuitos en electrónica, siendo fundamental para el diseño y análisis de filtros y amplificadores.

El diagrama de magnitud de Bode dibuja el módulo de la función de transferencia (ganancia) endecibelios en función de la frecuencia (o la frecuencia angular) en escala


http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_angular

http://es.wikipedia.org/wiki/Decibelio

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Hendrik_Wade_Bode&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Fase_(onda)



logarítmica. Se suele emplear en procesado de señal para mostrar la respuesta en frecuencia de un sistema lineal e invariante en el tiempo.

El diagrama de fase de Bode representa la fase de la función de transferencia en función de la frecuencia (o frecuencia angular) en escala logarítmica. Se puede dar en grados o en radianes. Permite evaluar el desplazamiento en fase de una señal a la salida del sistema respecto a la entrada para una frecuencia determinada. Por ejemplo, tenemos una señal Asin(ωt) a la entrada del sistema y asumimos que el sistema atenúa por un factor x y desplaza en fase −Φ. En este caso, la salida del sistema será (A/x) sin(ωt − Φ). Generalmente, este desfase es función de la frecuencia (Φ= Φ(f)); esta dependencia es lo que nos muestra el Bode. En sistemas eléctricos esta fase deberá estar acotada entre -90° y 90°.

La respuesta en amplitud y en fase de los diagramas de Bode no pueden por lo general cambiarse de forma independiente: cambiar la ganancia implica cambiar también desfase y viceversa. En sistemas de fase mínima (aquellos que tanto su sistema inverso como ellos mismos son causales y estables) se puede obtener uno a partir del otro mediante la transformada de Hilbert.

Si la función de transferencia es una función racional, entonces el diagrama de Bode se puede aproximar con segmentos rectilíneos. Estas representaciones asintóticas son útiles porque se pueden dibujar a mano siguiendo una serie de sencillas reglas (y en algunos casos se pueden predecir incluso sin dibujar la gráfica).

Esta aproximación se puede hacer más precisa corrigiendo el valor de las frecuencias de corte (“diagrama de Bode corregido”). En la siguientes figura se muestra los diagramas de Bode.

Figura – Diagramas de Bode.


http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Hilbert

http://es.wikipedia.org/wiki/Radi%C3%A1n

http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_sexagesimal

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_LTI

http://es.wikipedia.org/wiki/Respuesta_en_frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Respuesta_en_frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Procesado_de_se%C3%B1al


Los diagramas de Bode son de amplia aplicación en la Ingeniería de Control, pues permiten representar la magnitud y la fase de la función de transferencia de un sistema, sea éste eléctrico, mecánico. Su uso se justifica en la simplicidad con que permiten, atendiendo a la forma del diagrama, sintonizar diferentes controladores (mediante el empleo de redes de adelanto o retraso, y los conceptos de margen de fase y margen de ganancia, estrechamente ligados éstos últimos a los llamados diagramas de Nyquist), y porque permiten, en un reducido espacio, representar un amplio espectro de frecuencias. En la teoría de control, ni la fase ni el argumento están acotadas salvo por características propias del sistema. En este sentido, sólo cabe esperar, si el sistema es de orden 2 tipo 0, por ejemplo, que la fase esté acotada entre 0º y -180º.

Así pues, datos importantes a obtener tras la realización del diagrama de Bode para en análisis de la estabilidad de dicho sistema son los siguientes:

Margen de fase: Es el ángulo que le falta a la fase para llegar a los -180º cuando la ganancia es de 0dB. Si la ganancia es siempre inferior a 0dB, el margen de fase es infinito.

Margen de ganancia: Es el valor por el que habría que multiplicar (en decimal), o sumar (en dB) a la ganancia para llegar a 0dB cuando la fase es de -180º.

El sistema representado será estable si el margen de ganancia y el margen de fase son positivos.

6.5.1 Frecuencia de corte.

En los diagramas de bode la frecuencia de corte es el nivel el cual una señal puede llegar, es el alcance de una señal. Una señal al momento de cruzar la frecuencia de corte su valor tiende a caer según sea el caso.

El término frecuencia de corte tiene los siguientes significados:

1. La frecuencia, bien por arriba o bien por debajo de la cual el nivel de salida de un circuito, tal como una línea, amplificador o filtro se reduce por un factor de "raíz de dos partido de dos" al valor de - 3 dB = 70,71% respecto al nivel de referencia de 0 dB = 100%.

2. La frecuencia por debajo de la cual una onda de radio no consigue penetrar una capa de la ionosfera con el ángulo de incidencia requerido para la transmisión radioeléctrica entre dos puntos mediante reflexión en la capa.

3. La frecuencia por debajo de la cual un determinado modo electromagnético no puede ser transmitido en un medio guiado.

Un filtro paso banda tiene dos frecuencias de corte y una frecuencia central, mientras que los filtros de paso alto y paso bajo tienen una sola frecuencia de corte. La frecuencia central de un filtro de paso banda es la media geométrica de las frecuencias de corte superior e inferior.


http://es.wikipedia.org/wiki/Media_geom%C3%A9trica

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_paso_bajo

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_paso_alto

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Frecuencia_central&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_paso_banda

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ionosfera

http://es.wikipedia.org/wiki/Radio_(medio_de_comunicaci%C3%B3n)

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Decibelio

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%ADnea_(telecomunicacion)&action=edit&redlink=1


http://es.wikipedia.org/wiki/Nyquist


6.5 Adquisicion de datos

En palabras más concretas la adquisición de datos o adquisición de señales, consiste en la toma de muestras del mundo real (sistema analógico) para generar datos que puedan ser manipulados por un ordenador u otras electrónicas (sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o PAC. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ). En la figura se muetran alas etapas para poder ser leído por la computadora.

Figura# - Diagrama de flujo de etapas de adquisición de datos

Etapa de transductores:

Los tranductores son dispositivos que convierte una señal física (como por ejemplo, presión, temperatura, luz, etc.) en señales eléctricas de voltaje o corriente.

Etapa de transmicion:

Permite enviar las señales de salida de una etapa hacia otra situada en una localización remota. Para distintas no excesiva, es común emplear un bucle de corriente 4 – 20 mA para la transmicion de las señales.


http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_de_Automatizaci%C3%B3n_Programable

http://es.wikipedia.org/wiki/Digitalizar


Etapa de acondicionamiento:

Contiene circuito electrónicos encargados de transformar las señales de sensado en nuevas variables eléctricas, de forma que sean más fáciles de tratar por el resto de etapas del sistema. Implica filtrado de ruido, escalonamiento, ajuste al rango del convertidos A/D, etc.

Etapa de adquisición:

Eféctua la transformación de la información ánalogica a un formato digital, lo que hace posible un posterior procesamiento y almacenamiento mediante el uso de una computadora.

Etapa de procesamiento:

Tiene lugar dentro de la computadora, consiste en la realización de operaciones sobre la información digital obtenida, para el control de un sistema, detección de situaciones de alarma, correcciones de medidas, alamcenamiento y reportes de información.

6.5.1 Proceso de adquisición de datos

Un sistema discreto es una operación o un conjunto de operaciones que se realizan sobre una señal de entrada x(t) para producir una señal de salida y(n). La señal de salida esta relacionada con la entrada mediante una relación de tranformacion

La descripción de entrada-salida define la tranformacion T en términos de un proceso el cual ocurre por varios dispositivos y reglas matemáticas que permiten obtener los valores de y(n) a partir de los valores de x(t). Esto permite visualizar el proceso de adquisición de datos como una caja negra que realiza la operación T sobre la entrada x(t) para producir la salida T [x (t )]. En la figura# se muestra el sistema a bloques del proceso de adquisición de datos.

Figura# - Sistema a bloques de transformación de señales

De la misma manera que se toma una señal eléctrica y se transforma en una digital para enviarla al ordenador, se puede también tomar una señal digital o binaria y convertirla en una eléctrica. En este caso el elemento que hace la transformación es una tarjeta o módulo de Adquisición de Datos de salida, o tarjeta de control. La señal dentro de la memoria del PC la genera un programa adecuado a las aplicaciones que quiere el usuario y, luego de procesarla, es recibida por mecanismos que ejecutan movimientos mecánicos, a través de servomecanismos, que también son del tipo transductores.



Un sistema típico de adquisición utiliza sensores, transductores, amplificadores, convertidores analógico - digital (A/D) y digital - analógico (D/A), para procesar información acerca de un sistema físico de forma digitalizada.

La adquisición de datos se inicia con el fenómeno físico o la propiedad física de un objeto (objeto de la investigación) que se desea medir. Esta propiedad física o fenómeno podría ser el cambio de temperatura o la temperatura de una habitación, la intensidad o intensidad del cambio de una fuente de luz, la presión dentro de una cámara, la fuerza aplicada a un objeto, o muchas otras cosas. Un eficaz sistema de adquisición de datos pueden medir todos estos diferentes propiedades o fenómenos.

Un sensor es un dispositivo que convierte una propiedad física o fenómeno en una señal eléctrica correspondiente medible, tal como tensión, corriente, el cambio en los valores de resistencia o condensador, etc. La capacidad de un sistema de adquisición de datos para medir los distintos fenómenos depende de los transductores para convertir las señales de los fenómenos físicos mensurables en la adquisición de datos por hardware. Transductores son sinónimo de sensores en sistemas de DAQ. Hay transductores específicos para diferentes aplicaciones, como la medición de la temperatura, la presión, o flujo de fluidos. DAQ también despliega diversas técnicas de acondicionamiento de Señales para modificar adecuadamente diferentes señales eléctricas en tensión, que luego pueden ser digitalizados usando CED.

Las señales pueden ser digitales (también llamada señales de la lógica) o analógicas en función del transductor utilizado.

El acondicionamiento de señales suele ser necesario si la señal desde el transductor no es adecuado para la DAQ hardware que se utiliza. La señal puede ser amplificada o desamplificada, o puede requerir de filtrado, o un cierre patronal, en el amplificador se incluye para realizar demodulación. Varios otros ejemplos de acondicionamiento de señales podría ser el puente de conclusión, la prestación actual de tensión o excitación al sensor, el aislamiento, linealización, etc. Este pretratamiento del señal normalmente lo realiza un pequeño módulo acoplado al transductor.

DAQ hardware son por lo general las interfaces entre la señal y un PC. Podría ser en forma de módulos que pueden ser conectados a la computadora de los puertos (paralelo, serie, USB, etc...) o ranuras de las tarjetas conectadas a (PCI, ISA) en la placa madre. Por lo general, el espacio en la parte posterior de una tarjeta PCI es demasiado pequeño para todas las conexiones necesarias, de modo que una ruptura de caja externa es obligatorio. Las tarjetas DAQ a menudo contienen múltiples componentes (multiplexores, ADC, DAC, TTL-IO, temporizadores de alta velocidad, memoria RAM). Estos son accesibles a través de un bus por un micro controlador, que puede ejecutar pequeños programas. El controlador es más flexible que una unidad lógica dura cableada, pero más barato que una CPU de modo que es correcto para bloquear con simples bucles de preguntas.

Driver software normalmente viene con el hardware DAQ o de otros proveedores, y permite que el sistema operativo pueda reconocer el hardware DAQ y dar así a los programas acceso a las señales de lectura por el hardware DAQ. Un buen driver ofrece un alto y bajo nivel de acceso.


http://es.wikipedia.org/wiki/Temporizador

http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplexor

http://es.wikipedia.org/wiki/Demodulaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor


Ejemplos de Sistemas de Adquisición y control: · DAQ para recoger datos(datalogger) medioambientales (energías renovables e ingeniería verde). · DAQ para audio y vibraciones (mantenimiento, test). · DAQ + control de movimiento(corte con laser). · DAQ + control de movimiento+ visión artificial (robots modernos). Se puede observar en la figura# un esquema a bloque de un sistema de adquicision de datos.

Figura# - Esquema a bloques de un S.A.D.

6.5.2 Acondicionamiento de señales

El transductor es un elemento que convierte la magnitud física que vamos a medir en una señal de salida (normalmente tensión o corriente) que puede ser procesada por nuestro sistema. Salvo que la señal de entrada sea eléctrica, podemos decir que el transductor es un elemento que convierte energía de un tipo en otro. Por tanto, el transductor debe tomar poca energía del sistema bajo observación, para no alterar la medida.

De la salida arrojada de un transductor llega a la entrada de una etapa de acondicionamiento de señales es la etapa encargada de filtrar y adaptar la señal proveniente del transductor a la entrada del convertidor analógico / digita. Esta etapa contien circuitos electrónicos encargados de transformar las señales de sensado en nuevas variables eléctricas, de forma que sean más fáciles tratar por el resto de la etapa, el sistema implica un filtrado de ruido, escalonamiento, ajuste del rango del convertidos A/D, que llegan a una memoria para así ser llevados a un banco de datos y procesarlos en un dispositivo.

Por lo general las señales eléctricas de campo viene contaminadas por ruido, armónicos, caídas de voltaje o de corriente y otros fenómenos que distorcionan la señal. Ademas de el común de las tarjetas de adquisición de datos estana diseñadas para recibir señales de corriente en un rango de 4 – 20 mA o señales de votaje -5 a 5 Vcd. Por otra parte es necesario que la señal eléctrica sea limpiada y llevadas dentro de estos rangos.


http://es.wikipedia.org/wiki/Transductor


Se requiere de un aislamiento de o filtraje, la misma se puede conectar directamente a la tarjeta de adquisición de datos. En esta etapa de acondicionamiento de señal podemos encontrar subetapas aunque no todas están simpre incluidas en una tarjeta (DAQ).

Amplificacion.

Para conseguir la mayor precisión posible la señal de entrada debe ser amplificada de modo que su máximo nivel coincida con el máximo nivel que el convertidor o tarjeta puede leer, de este modo se aprovecha todo el rango de dispositivos. Normalme se usan amplificadores operacionales para amplificar las señales y tener una facilidad al momento de muestrear.

Aislamiento.

El aislamiento eléctrico entre el transductor y el ordenador, es importante para proteger al estado transitorio de alta tensión que puede dañarlo. Un motivo adicional para usar aislamiento en el garantizado que las lecturas del convertidor no son afectados por diferencias en el garantizar que las lecturas del convertidor no son afectadas por diferencias de potencial de masa o por tensiones en modo común. Cuando el sistema de adquisición y la señal a medir están ambas referidas a masa pueden aparecer un “bucle de masa”, que puede devolver resultados erróneos.

Multiplexado.

El multiplexado es la comunicación de las entradas del convertidor, de modo que con un solo convertidor podemos medir los datos de diferentes canales de entrada. Puesto que el mismo convertidor esta midiendo diferentes canales, su frecuencia máxima de conversión se la original dividida por el numero de canales muestreados.

Filtrado.

El fin del filtro es eliminar las señales no deseadas de la señal que estamos observando. Las señales alternas, tales como la variación, necesitan un tipo distinto de filtro, conocido como filtro antialiasing, que es un filtro pasa bajo pero con un corte muy brusco, que elimina totalmete las señales de mayor frecuencia que la máxima a medir, ya que se si no se eliminarse aparecería superpuestas a la señal medida, con el consiguiente error.



6.6 Convertidor A/D – D/A

Un convertidor Analogico/Digital es un dispositivo que presenta en su salida una señal digital (binaria) a partir de una señal analógica de entrada, (normalmente de tensión) realizando las funciones de muestreo, cuantificación y codificación.

Figura# - Muestreo, Cuantificacion, codificación

En la etapa de muestreo, el convertidor toma muestras de entrada a un ritmo regular dado por la frecuencia de muestreo Fm o, lo que es equivalente a tomar una muestra en un tiempo T = 1/Fm. Según la “Condicion de Nyquist”, la frecuencia de muestreo mínima debe ser de dos veces la frecuencia de onda analógica que se quiere discretizar.

La cuantificación implica la división del rango continuo de entrada en una serie de pasos (2N) dodne N es el número de bits, de modo que para infinitos valores de la entrada la salida sólo puede presentar una serie determinada de valores. Por lo tanto la cuantificación implica una perdida de información a menor cantidad de bits.

La codificación es el paso por el cual la señal digital se ofrece según u determinado código binario, de modo que las etapas posteriores al convertidor puede leer estos datos adecuadamente.



Figura# - graficas de conversión de datos

6.7 DAQ

Existen distintos dispositivos de adquisitores de datos pero el adquisidos de datos que mejor se no adecua es la es NI ESB-6009 el cual no va ayudar al procesamiento de señales y asi controlar el proceso que se encotrara en el programa MATLAB/Simulink.

El NI USB-6009 de National Instrument brinda funcionalida de adquisición de datos básicos para aplicaciones como registro de datos simple, medidas portátiles y experimentos académicos de laboratorio. Para usuarios de Mac OS X y Linux, descargue el software NI-DAQmx Base y programe el USB-6009 con LabVIEW o C. Para un muestreo más rápido, medidas más precisas, soporte para calibración y mayor número de canales, considere los dispositivos de adquisición de datos de alto rendimiento energizados por bus.

DAQ Multifunción de Bajo Costo de 14 Bits, 48 kS/sContiene

8 entradas analógicas (14 bits, 48 kS/s) 2 salidas analógicas (12 bits a 150 S/s), 12 E/S digitales; contador de 32 bits Energizado por bus para una mayor movilidad, conectividad de señal integrada La versión OEM está disponible Compatible con LabVIEW, LabWindows/CVI y Measurement Studio para Visual Studio .NET Software controlador NI-DAQmx y software interactivo NI LabVIEW SignalExpress LE para registro de datos.

La siguiente figura contiene el DAQ que se utilizara para la arquitectura HIL.



Figura# - NI USB – 6009



7 Pruebas Realizadas.

7.1 Introducción.



7.2 Prueba numero 1

Objetivo.

Es necesario saber el funcionamiento de todos los dispositivos a utilizar y el tiempo de retardo de cada uno y como nos puede afectar. El primero sera un convertidor datafoth de voltaje a corriente.

Problema a resolver.

Sacar el tiempo de retardo entre la señal del generador de salida al dataforth y la salida del dataforth al osciloscopio.

Restricciones

1) Sobre cada señal de entrada y salida en el osciloscopio y ver el tiempo de retrasó de la señal de entrada hacia la señal de salida.

Diagrama.

Se diseño un diagrama el cual se guiara para la conexión.

Se generara una señal senosoidal de voltaje de 10V para con frecuencia de variable para las mediciones que necesitaremos

De la salida del convertidor de voltaje a corriente va dirigida a una resitencia de 220 ohm ya que el osciloscopio solo mide voltaje no corriente

El osciloscopio tendrá dos canales para de esta manera medir la entrada o señal de salida del generador y la salida que va dirigida a la resitencia


Generador de señales

DATAFORTHConvertidor V/C

Resistencia 220 ohm

Osciloscopio


La forma de conexión se muestra en la imagen # de la cual se realizo para el objetivo principal que es el simulador de banco de prueba.

Imagen# - conexión del Dataforth

Mediciones.

Se realizaron mediciones de con un osciloscopio para observar el comportamiento del convertidor y ver el tiempo de retardo.

La grafica # se observa la señal del generador (azul) y la señal del dataforth

Grafica# - Señal de entrada y señal de salida del datafoth

En la grafica# se muestra las dos señales sobrepuestas, la señal de entrada contra la señal de salida con una frecuencia baja.



Grafica# - Senales sobrepuesta de entrada y salida en voltaje.

Con al variar la frecuncia de 88.3 HZ se puede observa el desfasamiento el cual ocurre un error de respuesta a la frecuencia.

Grafica# - Señales transpuestas del dataforth



7.3 Prueba #2

Objetivo

Para la realización de la arquitectura Hardware-in-the-loop se es necesario la prueba del controlador PLC Q que se utilizara, se realizara la misma prueba de que se realizo con el Dataforth. Saber la el tiempo de retardo del PLC Q pero acoplado con el dataforth.

Problema a resolver.

Conocer el tiempo de retardo entre la señal del generador de salida al PLC Q. La salida de PLC Q la cual se observara en el osciloscopio.

Restricciones.

1) Se realizara un programa para activar los modulos ADC y DAC 2) De la salida del Dataforth de la prueba uno sin resitencia se dirigirá a los modulos

Q62AD – DGH (convertidor análogo digital) el cual solo recibe corriente y sera convertida en forma digital.

3) Por medio de un programa se realizara una conversión de corriente a voltaje, el cual el voltaje sera la salida por medio del modulo Q62DA-FG hacia el osciloscopio.

Diagrama.

Giagrama # - Diseño de prueba dos.


Generador de señales

DATAFORTHConvertidor V/C

Osciloscopio

PLC Q

Software GX Work2


La conexión fue la correcta ya que de la prueba uno solo se conecto el PLC hacia un modulo especial Q62AD-DGH (convertidor A/D). Como salida del modulo especial Q62DA-FG hacia el osciloscopio. Se utilizaron clemas para la protección de los dispositivos como el PLC, módulos especiales, Datafoth, el generado y el osciloscopio como se muestra en la imagen#.

Imagen# - Conexión de prueba dos



La imagen# muestra la conexión con todos los dispositivos funcionando.

Imagen# - Conexión de prueba dos funcionando

Software PLC



Los sistemas de control se pueden realizar con diversas tecnologías (mécanicamente, neumaticament, electronicament, etc.) pero sus elemtos esenciales, serán indicados a continuación, son siempre los mismos. Advertimos, no obstante, que traducción defectuosa del Ingles o por uso generalizado de algunos términos. Así, en nuestra área de conocimiento el término controlar se usa en el sentido de gobernar o conducir, mientras que el lenguaje coloquial se dice a veces “controlar” con otro significado.



Anexos

Programar escalera para un PLC

Un diagrama de relés o esquemas de contactos consiste en una línea vertical a la izquierda que se llama BARRA DE BUS y de líneas paralelas que parten de ella denominadas líneas de instrucción. En las líneas de instrucción se colocan los relés o contactos, que puedan corresponder con estados del sistema o condiciones de ejecución. Las combinaciones lógicas de ejecución. Las combinaciones lógicas de estos contactos determinan cuando y como se ejecutan las instrucciones del esquema, situadas al final de las líneas de instrucción. Todos los contactos, a efectos de programación, llevan asignados una dirección de bit, a excepción de los contactos que representan los estados del sistema, que llevan asignados una dirección de canal.

Todo contacto del diagrama de relés está ON u OFF dependiendo del estado del bit operando asignado. Una condición normalmente abierta está en ON si el bit asignado esta en ON, y en OFF si el bit asignado esta en OFF. Una condición de normalmente cerrada esta en ON si el bit asignado está en ON. Generalizando, se utiliza una condición normalmente abierta si ese desea hacer algo cuando un bit este en ON y se utiliza una condición normalmente cerrada si se desea hacer algo cuando un bit este en OFF Ejemplo:

Imagen#.- Ejemplo de contactares.



La primera línea representa una condición normalmente abierta donde la instrucción se ejecuta cunado A esta en ON. La segunda representa una condición normalmente cerrada, donde la instrucción se ejecuta cuando B está en OFF.

Bibliografia de Harry Nyquist

Nació en Suecia. Fue el hijo de Lars Jonsson Nyquist y Katrin Eriksdotter. Sus padres tuvieron siete hijos: Elin Teresia, Astrid, Selma, Harry Theodor, Aemelie, Olga Maria y Axel. Harry Nyquist migró a Estados Unidos en 1907, luego ingreso a la universidad del norte de Dakota en 1912 y recibió una diplomatura y un máster en ingeniería eléctrica en 1914 y 1915, respectivamente. Después recibiría un Ph.D. en física en la universidad de Yale en 1917.

Trabajo en el departamento de desarrollo e investigación de AT&T desde 1917 hasta 1934, y continuo cuando la empresa cambio a Bell Telephone Laboratories en ese año, hasta su retiro en 1954. Nyquist recibió la Medalla de honor IEEE en 1960 por “Conocimientos fundamentales al conocimiento cuantitativo del sonido térmico, transmisión de datos y retroalimentación negativa”. En octubre de 1960 fue galardonado con la medalla de Stuart Ballantine del Instituto Franklin “por sus análisis teóricos y sus inventos prácticos en el campo de sistemas de comunicación durante los pasados cuarenta años incluyendo, particularmente, sus originales trabajos en las teorías de transmisión telegráfica, sonido térmico en conductores eléctricos y en la teoría de sistemas de retroalimentación.” En 1969 fue premiado por la Academia nacional de Ingeniería con la medalla fourth Founder “en reconocimiento de sus contribuciones fundamentales para la ingeniería.”

Nyquist vivió en Pharr, Texas después de su retiro, y murió en Harlingen, Texas el 4 de abril de 1976. Como un ingeniero en los laboratorios Bell, Nyquist hizo un importante trabajo en sonido térmico, la estabilidad en amplificadores de retroalimentación, telegrafía, fax, televisión, y otros importantes problemas de comunicación. Junto a Herbert E. Ives, ayudó a desarrollar la primera máquina fax de AT&T, esto fue hecho público en 1924. En 1932 publicó un clásico papel en estabilidad de amplificadores de retroalimentación. El criterio de estabilidad de Nyquist pues ahora ser encontrado en todos los textos de teoría de control de retroalimentación.

Su temprano trabajo teórico en la determinación de requerimientos de banda ancha para transmitir información hecho los fundamentos para posteriores avances por Claude Elwood Shannon, quien desarrollo la Teoría de la información. En particular, Nyquist determino que el número de pulsos independientes que pueden ser puestos a través de un canal de telégrafo por unidad de tiempo es limitado por el doble del ancho de banda del canal, y publicó sus resultados en el documento “Certain factors affecting telegraph speed (1924) and Certain topics in telegraph Transmission Theory (1928)”. Su regla es esencialmente una dualidad que es conocido como el Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon.

Se retiró de Bell Labs en 1954 y murió en Harlingen, Texas.


http://es.wikipedia.org/wiki/Texas

http://es.wikipedia.org/wiki/Harlingen

http://es.wikipedia.org/wiki/1954

http://es.wikipedia.org/wiki/Bell_Labs

http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_muestreo_de_Nyquist-Shannon

http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_informaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Claude_Elwood_Shannon

http://es.wikipedia.org/wiki/Claude_Elwood_Shannon

http://es.wikipedia.org/wiki/Medalla_de_honor_IEEE

http://es.wikipedia.org/wiki/AT%26T


Un PLC (Controlador Lógico Programable

Cuando se programa el PLC en esquemas de contactos primero se tiene que verificar el código que no contenga ningún error, además de escribir el programa en el área de programa el cual se escribirá en la RAM, EPROM ó EEPROM. Seguido de correr el programa para supervisar y controlar las acciones del PLC.Encontramos mucha perdida de tiempo en programar, verificar, escribir el programa en memoria y después correr el programa. Además de tener una comunicación por medio de USB o por Ethernet y una PC dedicada todo este procedimiento que necesita el PLC. Cuando estos paso se realizan en una modificación de un PLC ocurre mucha perdida de tiempo y esto lo trasladamos en una línea de producción. La línea de producción tendrá que parar asta que la modificación se efectué perdiendo mucho dinero para una fabrica.



Además de realizar un simulador de un banco de prueba para la integración de un prototipo realizado por la empresa GENESIS VENTURES S.A.P.I. utilizando una arquitectura Hardware-in-the-loop. Los datos arrojados de dichas pruebas serán analizados para diagnosticar la modificación o aceptación del prototipo.En el mundo empresarial el ahorro de tiempo es esencial por el valor que tiene. Al perder tiempo perdemos dinero, de este modo se ha buscado distintas soluciones

Una de las necesidades mas apremiantes en los procesos industriales son el tiempo en una línea de producción entre menos tiempo se tarde una modificación en un PLC obtendremos menos perdida de producción para fabricas.

Glosario de término.

PAC – Controlador de automatización programable

Entradas : Son las terminales que tiene el sistema de control por los que puede recibir estímulos que influye en su evolución. Puede ser:

Entrada de mando o de control : sirven para introducir ordenes Entradas de referencias o consigna: son las entradas de mando que imponen los

valores deseados a sus correspondientes salidas. Entradas perturbadoras: Son entradas que reciben estímulos indeseados.

Salidas: Son los terminales que tiene el sistema de control para emitir la respuesta, es decir, para que la respuesta pueda ser observada por el hombre o medida por máquina.

Planta: es el objeto que se desea controlar. Es un conjunto de componentes y piezas ensamblados entre sí y que cumplen una determinada función.

Proceso: es una serie de operaciones que se realizan sobre uno o varios objetos con un fin determinado.

Perturbaciones: son alteraciones que se pueden producir en los componentes de una planta o proceso.



Controlador: es un dispositivo que procesa la señal e(t) es decir la diferencia entre la entrada de referencia u(t) y la medida de la salida ym(t), y produce una señal de salida u(t) adecuada para controlar la planta.

Actuador: Es el dispositivo que convierte la señal de salida del controlador uc(t) en otra señal u(t), posiblemente de distintas naturaleza y generalmente de mayor potencia, y la aplica a la planta o proceso.

Dato: Representación simbólica (numérica, alfabética...), atributo o característica de un valor. No tiene sentido en sí mismo, pero convenientemente tratado (procesado) se puede utilizar en la relación de cálculos o toma de decisiones.

Adquisición: Recogida de un conjunto de variables físicas, conversión en voltaje y digitalización de manera que se puedan procesar en un ordenador.

Sistema: Conjunto organizado de dispositivos que interactúan entre sí ofreciendo prestaciones más completas y de más alto nivel. Una vez que las señales eléctricas se transformaron en digitales, se envían a través del bus de datos a la memoria del PC. Una vez los datos están en memoria pueden procesarse con una aplicación adecuada, archivarlas en el disco duro, visualizarlas en la pantalla, etc...

Bit de resolución: Número de bits que el convertidor analógico a digital (ADC) utiliza para representar una señal.

Rango: Valores máximo y mínimo entre los que el sensor, instrumento o dispositivo funcionan bajo unas especificaciones.

Transductor - Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida.


http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Bus_de_datos

Reporte Final Res Complemento

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