INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS

Informe Técnico de Residencia Profesional

“Interfaz de Monitoreo y Control Festo 485 (IMC Festo 485)”

García Báez Gilberto Miguel

Zayas Olguin David Ernesto

Los Mochis, Sinaloa. A Diciembre de 2015

1

ÍNDICE

Introducción……………………………………………………………........ 3

Justificación…………………………………………..................................... 3

Objetivos…………………………………………………………………… 3

Objetivo general……………………………………………………... 3

Objetivos específicos………………………………………………… 4

Planteamiento del problema………………………………………………... 4

Alcance…………………………………………………………………….... 4

Limitaciones………………………………………………………………… 5

Fundamentos Teóricos…………………………………………………..... 5-7

Metodología/Descripción de actividades…………………………………. 7-8

Resultados………………………………………………………………… 8-20

Recomendaciones…………………………………………………………… 21

Conclusiones…………………………………………………………… 21-22

Fuentes de consulta………………………………………………………… 23

2

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de actividades que las universidades inculcan en los alumnos, mayor

eficiencia en sus habilidades para trabajar y realizar tareas de cualquier tipo. Le

proporciona las herramientas necesarias para estar más preparado. Además, sin olvidar que

contribuye al trabajo en equipo, que es algo muy importante a la hora de estar en una

situación de trabajo laboral.

Por ello, el siguiente archivo pretende exponer los resultados obtenidos a través de la

actividad llamada “Residencia Profesional”, con el proyecto “Interfaz de Monitoreo y

Control Festo 485” (IMC Festo 485). Con el objetivo de analizar si nosotros (estudiante)

hemos sido capaces de lograr todas las metas propuestas.

Así pues, se estarán mostrando y explicando cada uno de los puntos más importantes que

dicho informe deberá llevar. Dónde se realizó el trabajo, es decir explicar al área de trabajo

que se utilizó para llevar a cabo las labores. También cuáles fueron los objetivos manejados

para desarrollar las actividades más importantes dentro del mismo. Los métodos utilizados

y los resultados correspondientes arrojados por las tareas efectuadas. Y explicar las

conclusiones a las que se llegaron a través de esta labor.

Todo esto para proporcionar evidencia que esclarezca y corrobore de una manera eficaz y

sólida todo lo que el joven alumno (nosotros), fue capaz de manifestar en su estadía de

residencia profesional.

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PROBLEMAS A RESOLVER

Actualmente el laboratorio de instrumentación del Instituto Tecnológico de Los Mochis,

cuenta con estaciones de control de proceso de la marca Festo que, debido al paso del

tiempo, han quedado un poco obsoletas y deterioradas de sus controles y se ha de perdido el

software de monitoreo de dichas estaciones. Por lo que el practicar con ellas se ha vuelto un

poco difícil a la hora de hacer uso de las mismas.

Los siguientes son los problemas que propusieron a resolver:

Implementar una interfaz gráfica por computadora de monitoreo y control que

permita utilizar de una manera más sencilla y eficaz la manipulación de las

estaciones de control. Con esto la interacción alumno-máquina será en una manera

más óptima, la cual proporcionará habilidades de pensamiento lógico en el

estudiante y saber qué tipo de respuestas decidir en su manejo.

Agregar un nuevo protocolo de comunicación. Que en este caso fue el USB, que fue

el más óptimo para utilizar debido a las herramientas con las que se contaba.

Acondicionar las señales de control. Esto fue debido a que en cada etapa por las

cuales pasaban las señales de control eran de rangos distintos. Lo que podría

estropear la información que las mismas obtenían. Por lo que se adecuó las señales

en cada fase para mantenerlas estables sin perderse el control de las mismas.

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JUSTIFICACIÓN

Debido a la experiencia adquirida a través de estos módulos y al observar sus ineficiencias,

se decidió el hacer esta mejora para que nuestros compañeros alumnos que pronto han de

practicar con ellas obtengan el mejor estudio de ellas.

La mejora e implementación de controles e interfaces gráficas a cada una de las estaciones

de control Festo, permitirá a los alumnos realizar de manera más dinámica e interactiva las

prácticas. Lo cual les ayudará a adquirir una experiencia más real con respecto al ambiente

profesional-laboral que se les presente en un futuro.

Así pues, durante la práctica profesional que fue proyectada en el periodo del 18 de Agosto

a 5 de Diciembre del 2015, se presentaron todas las maneras posibles de solución a cada

problema que pueda aparecer. De esta manera, al realizar la residencia profesional, se

practicó con los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos en el laboratorio de

electrónica, lo cual nos ayudó a obtener ciertas habilidades con referencia al perfil

profesional que un mañana sea necesario.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Realizar e implementar un sistema de control y monitoreo por medio de un protocolo de

comunicación que interactúe con una interfaz gráfica por computadora.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Implementar la interfaz gráfica de cada estación.

Adaptar el control de la estación por computadora.

Implementar el protocolo de comunicación. (Fue modificado, se cambió la palabra

desarrollar por implementar).

Acondicionar las señales de control.

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ALCANCE

El sistema de monitoreo y control fue capaz de conectarse en red con todas las estaciones y

se podrá utilizar dos o más simultáneamente por medio de una o más computadoras.

Permitiéndoles a los alumnos realizar prácticas paralelamente, sin la necesidad de estar

moviendo físicamente el controlador de cada estación.

LIMITACIONES

La principal limitación que este proyecto contuvo fue: el tiempo de realización. Así como

la falta de material para llevar a cabo la adaptación de todas las estaciones para controlarlas

por computadora. No se tenía el presupuesto necesario para cubrir todo los componentes

para implementar en todas las estaciones.

Otro punto de limitación fue que debido a que el área en la que estábamos trabajando, era

para realizar prácticas. Había momentos en que los alumnos ingresaban a hacer dichas

actividades y nosotros teníamos que suspender nuestros trabajos para poder brindarles

todos los aparatos para que realizaran sus prácticas. Lo cual nos hacía perder tiempo y lo

cual nos hacía aplazar para otro día nuestras labores.

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FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Para la realización de este proyecto es necesario conocer algunas definiciones y teoría

general.

Control: Es el mecanismo para comprobar que las cosas se realicen como fueron previstas,

de acuerdo con las políticas, objetivos y metas fijadas previamente para garantizar el

cumplimiento de la misión institucional.

Interfaz gráfica: Es un dispositivo que permite comunicar dos sistemas que no hablan el

mismo lenguaje. Se emplea el término interfaz para definir el juego de conexiones y

dispositivos que hacen posible la comunicación entre dos sistemas. Sin embargo, cuando

hablamos de interfaz nos referimos a la cara visible de los programas tal y como se presenta

a los usuarios para que interactúen con la máquina. La interfaz gráfica implica la presencia

de un monitor de ordenador o pantalla constituida por una serie de menús e iconos que

representan las opciones que el usuario puede tomar dentro del sistema.

Dispositivos programables: Son dispositivos que carecen de un software precargado para

realizar una función o funciones predeterminadas. A estos se les puede cargar un programa

creado por un usuario para realizar las diferentes funciones deseadas. Ejemplos de estos

son: microcontroladores, arduinos, PLC´s, etc.

Protocolos de comunicación: Definen las reglas para la transmisión y recepción de la

información entre los nodos de la red, de modo que para que dos nodos se puedan

comunicar entre si es necesario que ambos empleen la misma configuración de protocolos.

LabVIEW: Es un entorno grafico de programación. El lenguaje utilizado para programar en

él se llama “Lenguaje G, donde la “G” simboliza que es un lenguaje de tipo gráfico, por lo

que los programas no se escriben, sino que se dibujan. Este programa fue creado por

National Instruments (1976) para funcionar sobre máquinas MAC, salió al mercado por

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primera vez en 1986. Ahora está disponible para las plataformas Windows, UNIX, MAC y

GNU/Linux. La penúltima versión es la 2013, con la increíble demostración de poderse

usar simultáneamente para el diseño del firmware de un instrumento RF de última

generación, a la programación de alto nivel del mismo instrumento, todo ello con código

abierto. Y posteriormente la versión 2014 disponible en versión demo para estudiantes y

profesional.

Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, y su

origen provenía del control de instrumentos, aunque hoy en día se ha expandido

ampliamente no sólo al control de todo tipo de electrónica (Instrumentación electrónica)

sino también a su programación embebida, comunicaciones, matemáticas, etc. Un lema

tradicional de LabVIEW es: "La potencia está en el Software", que con la aparición de los

sistemas multinúcleo se ha hecho aún más potente.

Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no

sólo en ámbitos de Pruebas, Control y Diseño) y el permitir la entrada a la informática a

profesionales de cualquier otro campo. LabVIEW consigue combinarse con todo tipo de

software y hardware, tanto del propio fabricante -tarjetas de adquisición de datos, PAC,

Visión, instrumentos y otro Hardware- como de otros fabricantes.

Convertidor. Del dispositivo, algunas opciones son corriente-voltaje,

voltaje-corriente entre otras. En este caso se utilizó un convertidor

KFU8-USC-1.D el cual tenía los rangos de entrada de 0mA…20mA,

0V…10V, o 0mV…60mV para obtener un rango de salida. Es un

dispositivo capaz de convertir una señal de entrada a otra de salida.

Estas conversiones pueden variar dependiendo de las capacidades de

0/4mA…20mA, 0/2V…10V o 0/1V…5V.

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Sensor de presión: Transductores de presión son elementos que

transforman la magnitud física de presión o fuerza por unidad de

superficie en otra magnitud eléctrica que será la que emplearemos

en los equipos de automatización o adquisición estándar.

Los rangos de medida son muy amplios, desde unas milésimas de

bar hasta los miles de bar.

Switch varicompact: es un dispositivo que permite encender un

actuador con un consumo de voltaje y corriente mayor al que se

tiene a su entrada. En nuestro caso tenemos un voltaje de 0V…

10V con una corriente maxima de 44mA a la entrada del switch

para un actuador de 0V…23V a una corriente máxima de 600mA.

Adquisición de datos: es el proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico o físico

como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Un sistema DAQ consiste de

sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software programable. Comparados con

los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas DAQ basados en PC aprovechan la

potencia del procesamiento, la productividad, la visualización y las habilidades de

conectividad de las PC’s estándares en la industria proporcionando una solución de

medidas más potente, flexible y rentable.

Dispositivo DAQ: El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del

mundo exterior. Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales

analógicas entrantes para que una PC pueda interpretarlas. Los tres componentes clave de

un dispositivo DAQ usado para medir una señal son el circuito de acondicionamiento de

señales, convertidor analógico-digital (ADC) y un bus de PC. Varios dispositivos DAQ

incluyen otras funciones para automatizar sistemas de medidas y procesos.

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Por ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DACs) envían señales analógicas, las

líneas de E/S digital reciben y envían señales digitales y los contadores/temporizadores

cuentan y generan pulsos digitales.

DAQ USB-6008: esta tarjeta de adquisición de datos de la marca National Instruments

cuenta con 8 entradas analógicas de 12 bits, así como 2 salidas analógicas estáticas de 12

bits. Para la realización de este proyecto se utilizó solo una entrada analógica y una salida

analógica, por la cual se llevaba a cabo la lectura y el control de la variable. Para la

utilización de este dispositivo se necesitó instalar el driver NIDAQ980F3 para permitir a la

PC tomar los datos que esta adquiría.

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Estación didáctica de presión (FESTO): esta estación se encarga de mantener el control de

presión de agua dentro de un cilindro, por medio de un controlador PID el cual se pueden

variar las ganancias y observar el comportamiento. Dicha estación cuenta con un

contenedor de agua de acrílico, una bomba, un contenedor metálico, un sensor de presión y

un controlador. El controlador mencionado se sustituyó por un control por computadora

desarrollado en LabView y una DAQ en el cual se puede observar en la pantalla los

recuadros de las ganancias, un manómetro para la presión y una gráfica que muestra la

variable, la salida y el CPID.

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METODOLOGÍA/DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES

Para la realización del proyecto de residencia profesional se utilizó como lugar de trabajo el

área de instrumentación del laboratorio de electricidad y electrónica del Instituto

Tecnológico de Los Mochis, donde se encontraban estaciones de simulación en el control y

monitoreo de pequeños procesos de la marca Lab-Volt y Festo. Nuestro enfoque fue hacia

los módulos Festo.

Una vez que se estableció el área de trabajo, se procedió a discutir los puntos de nuestro

proyecto con nuestro asesor, para aclarar pequeños detalles a corregir o modificar. Después

de esto, se hizo un análisis e investigación del funcionamiento de las estaciones que nos

permitió conocer las necesidades principales y así plantear cual era el material pertinente

para implementar en el reajuste de los módulos. Tras haber seleccionado y obtenido los

componentes correctos para el desarrollo del proyecto, se continuó en hacer los diseños de

los circuitos que se introdujeron al pequeño proceso de las estaciones.

Además, se agregó una interfaz gráfica por computadora que monitoreaba y controlaba

todo lo antes ya mencionado. Y por último, se hizo entrega de las unidades con su

apropiado funcionamiento verificado.

He aquí las actividades más importantes realizadas:

1.- Se hizo reunión con el profesor encargado del área de instrumentación con el fin de

dejar en claro los detalles del proyecto.

2.- Se recopiló y analizó la información de las estaciones.

3.- Se realizó el planteamiento del material necesario para el desarrollo del proyecto.

4.- Se seleccionaron los componentes que se ajustaron a las necesidades del proyecto.

5.-Se implementó el proyecto con los componentes requeridos y se verificó el

funcionamiento del mismo.

6.- Se hizo entrega de las estaciones.

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RESULTADOS

Durante el periodo que se estuvo realizando este proyecto de residencia profesional, se

obtuvo el producto esperado con respecto a lo propuesto en un inicio. Como resultado

logramos el control y monitoreo de la estación de control de presión Festo por medio de

una interfaz gráfica por computadora, hecha gracias al lenguaje de programación gráfico

LABIEW.

La cual obtenía y enviaba datos por medio de una tarjeta de adquisición de datos de

National Instrument (DAQ NI USB-6008), los valores que se conseguían eran provenientes

de un sensor de presión (UPA TYPE 2), el cual registraba la cantidad de presión que

originaba un caudal de agua que pasaba por el mismo y dependiendo de lo adquirido, se

aplicaba una señal de respuesta por medio de la DAQ a un convertidor de corriente-voltaje.

A su vez pasaba por otro convertidor de voltaje-voltaje, donde se amplificaba la señal para

transmitirla a una bomba de agua que operaba en un rango de 0 – 25V a 600 mA. Cabe

resaltar que esa respuesta se podía dar en dos modos: Manual o Automático (eso será

explicado al final de este apartado).

Dentro de todo este proceso coexistía una pequeña sub-etapa que era utilizada para ajustar

el voltaje de entrada a la DAQ, puesto que este dispositivo tenía un rango de operación de

0-5V y el sensor que se utilizaba tenía un rango mayor al de esta (0-20V). Así pues, se tuvo

la necesidad de hacer un circuito divisor de voltaje, que reducía la señal que procedía del

sensor y se adecuaba para que la DAQ trabajara óptimamente. Este diseño fue realizado en

PCB ARES Layout de Proteus Profesional 8.

También, es importante decir que ese mismo rango de voltaje de entrada en la DAQ (0-5V),

lo tenía en su señal de salida. Por lo que también se acondicionó esa fase del proceso, esto a

través de un convertidor de corriente-voltaje que, antes de que esos 5V fueran adquiridos

por dicho dispositivo, se transformaban a corriente a través de un potenciómetro de 5kΩ

que se ajustaba a 250Ω para obtener un rango de 0-20mA. Hecho esto, se procedía a

introducir esa corriente al artefacto antes mencionado.

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Con esto producíamos que esa señal fuera cambiada a voltaje en una escala de 0-10V, el

cual era recibido por un convertidor cd-cd Vari compact, que contenía la estación. Eso nos

ayudaba a llevar a cabo la amplificación de esos 10V hasta 23V para el arranque de la

bomba de agua.

Finalmente, como fue mencionado casi en un principio de esta sección, la interface era

capaz de manipular datos y enviar respuestas en dos modos distintos: Manual y

Automático.

El primer el modo al ser activado, le permitía al usuario manipular a su gusto la variable a

controlar. Proporcionando valores aleatorios que hacían que la bomba actuara de la manera

en que uno deseara. En este caso, el sensor no influía en la señal de respuesta entregada.

Y en el segundo modo, el sensor si influía de manera que, dependiendo de lo que este

dispositivo antes mencionado detectara en cantidad de presión, era enviado a la aplicación

de control y monitoreo. Donde esa variable era ingresada a un control PID que,

automáticamente reajustaba el dato para enviar la señal de respuesta correspondiente y así

mantener una variable estable. Esto se podía lograr por medio de valores que el usuario

manipulaba dentro del control PID como: Setpoint, Kp, Ki y Kd.

Diseño de la tarjeta del circuito divisor de voltaje para ajustartensiones a la entrada y salida de la DAQ. (Prototipo).

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4

3

2

1

1.- Entrada de alimentación: son los puntos donde el circuito que se ve en las imágenes de

arriba, obtiene el voltaje que proviene desde del sensor de presión UPA TYPE 2.

2.- Resistencia Fija: fueron utilizadas para el regular el voltaje de entrada de la misma

tarjeta, su valor es de 10k Ω.

3.- Potenciómetro de precisión: es una resistencia variable que fue utilizada también para

regular la tensión de entrada del circuito. Su valor es de 5kΩ.

Nota: los componentes del punto 2 y 3, conforman lo que se llama divisor de voltaje, que

son una serie de resistencias en paralelo que hacen que la cantidad máxima de tensión

recibida por ellas, sea reducida a un nivel que el usuario desee. Lo anterior resultó de hacer

cálculos con la siguiente formula.

Vsalida = V entrada ( R2R1+R2

)

Dónde:

V salida = Valor deseado de voltaje a la salida del circuito.

V entrada = Voltaje que es proporcionado por el sensor que se utilizó (20V).

R1 = Resistencia fija de 10kΩ.

R2 = Potenciómetro de precisión (en este caso se ajustó a 3.34kΩ para obtener el valor

esperado).

De esta forma, el resultado es el siguiente: Vsalida = 20V ( 3.34kΩ3.34kΩ+10kΩ

)

Vsalida = 20V ( 3.34kΩ13.34kΩ

)

Vsalida = 20V (0.2503)

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Vsalida = 5.006V ≅ 5V

4.- Salida: esta es la última etapa del circuito, es por donde se enviaban los 5V de salida

hacia la tarjeta de adquisición de datos (DAQ).

Enseguida se presentarán las etapas físicas en las que consistió el proyecto. Como se

aprecia en la imagen de abajo, esta es la primera etapa. Donde nuestra interfaz de

monitoreo y control que fue desarrollada en LABVIEW, está conectada a una tarjeta de

adquisición de datos (DAQ), que es por donde nuestra aplicación tiene la capacidad de

recibir y enviar datos a la estación de control. Nótese la al lado izquierdo de la computadora

(el cuadro rojo lo indica).

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En esta ilustración se puede apreciar claramente otra etapa del proceso del proyecto, que es

donde se acondicionan las señales provenientes del sensor utilizado, para adecuadas a un

nivel más óptimo para la DAQ. El pequeño circuito que se encuentra en la mano, es el que

desarrollamos para tal acondicionamiento y el cual fue explicado en las primeras imágenes

de este apartado.

En esta imagen se puede visualizar el circuito de acondicionamiento de señal conectado a

otros dispositivos. Los cuales permiten amplificar las señales que son enviadas desde la

DAQ a la estación de control.

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Aquí se observa lo mencionado en la imagen de arriba, las conexiones entre el circuito

acondicionar de la DAQ y los dispositivos de amplificación.

Una vez obtenidas las señales amplificadas, son enviadas a nuestro actuador. Que en este

caso es nuestra bomba de 23V a 600 mA. Los cables señalados con los óvalos rojos son los

que pertenecen a la bomba. Donde el cable azul es la señal amplificada y el café es tierra

común.

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Y finalmente tenemos lo que viene siendo en conjunto todo. En esta imagen se puede mirar

un diagrama de conexión de cómo está conectado todo. Además de una imagen física del

producto final.

Interfaz de Monitoreo y Control (LABVIEW)

Panel principal de control y monitoreo

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109

431

+23V

+23V

+23V

La siguiente lista contiene lo que es cada punto dentro del programa que observa en la

imagen de arriba.

1.- Botón nivel: permite el acceso a un subpanel de control donde se manipula

y monitorea una variable de nivel. (Contiene sus respectivos leds de habilitado o

deshabilitado). Es de tipo booleano (true o false).

2.- Botón pH: permite el acceso a un subpanel de control donde se manipula y

monitorea la variable pH. (Contiene sus respectivos leds de habilitado o

deshabilitado). Tipo booleano.

3.- Botón presión: permite el acceso a un subpanel de control donde se

manipula y monitorea la variable presión. (Contiene sus respectivos leds de

habilitado o deshabilitado). También es un booleano.

4.- Botón temperatura: permite el acceso a un subpanel de control donde se

manipula y monitorea la variable temperatura. (Contiene sus respectivos leds

de habilitado o deshabilitado). Valor booleano.

5.- Fecha y hora: muestra constantemente la fecha y hora exacta en que nos encontramos

(es realizado una vez que el programa este corriendo).

6.- Botón stop: este botón detiene nuestro programa por completo, deshabilitando todas sus

funciones hasta volverlo activar. No cierra la interfaz. Valor tipo booleano.

21

431

7.- Botón salir: botón que cierra todas las ventanas del programa, tanto la principal como

las secundarias, es decir, se sale por completo del software. Es un booleano.

8.- Colores indicadores: establecidos para mostrar distinguir entre un

subpanel habilidad o deshabilitado.

9.- Run Button: botón que inicializa la aplicación. (General para todas las

pantallas).

10.- Abort Button: aborta la aplicación en caso de que algún error este sucediendo en

ella. (General para todas las pantallas).

Una vez que el usuario hiciera click en uno de los botones que se muestran arriba, una

pantalla secundaria aparecía y automáticamente corría la misma. A continuación se tomó

como ejemplo el panel de nivel para explicar su contenido gráfico.

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Subpanel de control y monitoreo de la variable de nivel.

1.- Tanque: representa de forma gráfica un tanque, indica el nivel de agua con un

valor de tipo numérico doble (lenguajes de programación se maneja así). Haciendo

visual dichos datos sobre la pantalla del panel.

2.- Display: muestra una cantidad determinada en su pequeño recuadro. Es de tipo

numérico doble.

3.- Switch A/M: simboliza un switch que configura el modo de trabajo del panel

para el control de la bomba. Cuando switch esta hacia abajo indica Manual y

cuando esta hacia arriba es Automático.

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4.- Leds indicadores: señalizan el modo en el que se encuentra la aplicación,

iluminándose de un color más claro los pequeños círculos verdes que se

observan en la imagen anterior. También es de tipo booleano.

5.- Led bomba: led que es utilizado para visualizar la condición del actuador

(bomba). Su valor es de tipo booleano (true o false).

6.- Entrada/Salida de voltaje: estos recuadros muestran la cantidad de

voltaje que está entrando y saliendo en el proceso. Esto gracias a la

tarjeta de adquisición de datos (DAQ), el programa es capaz de

interpretar esos valores y mostrarlos en pantalla como se observa en la

imagen. Es de tipo numérico doble.

7.- Setpoint manual: esta barra tiene la habilidad de modificar el nivel de operación del

actuador, estableciendo valores de voltaje que el usuario desee. Se hizo un pequeño

algoritmo para convertir el porcentaje de operación del actuador en su nivel proporcional de

voltaje (como se observa la barra va de 0-100 y

nuestro voltaje va de 0-5). Es de tipo numérico doble.

8.- Grafica: ese gran recuadro permite graficar en el tiempo las variables que se manipulan.

Esto a través de lineas de colores que se son observables en su pequeña pantalla oscura y

que pueden variar en un rango de 0 a 100. No tiene un tipo de valor numérico como tal.

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9.- Indicadores de variables: son los indicadores que hacen distinguir las variables que se

grafican. En estos casos se muestran la variable manipulada (salida), setpotint y error.

10.- Botón salir: cierra y desactiva la pantalla secundaria del proceso que se está

supervisando en ese momento. Valor tipo booleano.

11.- Setpoint: establece un punto de consigna para valor de la señal de la

variable.

12.- Acción proporcional (kp): Por medio del establecimiento de valores

determinados, controla que tan lejos o cercano se encuentra la variable del

valor de SetPoint establecido.

13.- Acción integral (ki): acción que produce una señal de control al tiempo

que la salida del proceso ha sido diferente del punto de consigna (Setpoint).

14.- Acción derivativa (kd): es la velocidad con que la salida del proceso está

cambiando respecto al Setpoint. Es decir, anticipa los cambios que suceden

dependiendo de los dígitos introducidos.

Debido a que ya se explicó el ejemplo del panel de nivel. Se procederá a definir tan solo

una pequeña parte los demás, ya que en esencia casi son lo mismo, solo a diferencia de sus

indicadores gráficos de valores.

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Subpanel de control y monitoreo de la variable de pH.

1.- Meter: llamado así en ingles por la aplicación de LABVIEW,

fue utilizado para indicar la cantidad de pH que se está

produciendo dentro del proceso. Tipo numérico doble.

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Subpanel de control y monitoreo de la variable de presión.

1.- Gauge: representa la cantidad de presión que está pasando por un

caudal de agua dentro del proceso. Donde la aguja se mueve de

izquierda a derecha de menor a mayor valor. Su representación es de

tipo numérica doble.

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Subpanel de control y monitoreo de la variable de temperatura.

1.- Termómetro: señaliza el valor de temperatura que se encuentra en el

momento en que se monitorea este proceso. Su representación es de tipo

numérico doble.

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Código de programación desarrollado en LABVIEW

A continuación se muestra la estructura del programa principal que controlaba y

monitoreaba la estación Festo. Además, se explicará su funcionalidad tomando como

ejemplo el programa de la estación de nivel

El recuadro más grande que se observa representa un ciclo while. Es una estructura cíclica

que permite ejecutar más de función de manera repetitiva. Se detendrá solo si se aplica una

valor booleano (true, 1 o 0). Los recuadros de menor tamaño representan una instrucción if.

Permiten controlar procesos que tienen lugar, típicamente en función del valor de una o

varias variables, de un valor de cálculo o booleano, o de las decisiones del usuario. Debe

aclararse que, como en todo lenguaje de programación, maneja varios tipos de variable

como: Numéricas (int, double, long), Booleanas (0, 1, true, false), String (caracteres de

cualquier tipo #, ~).

Comprendido esto, se procederá a explicar la función que realiza la estructura de la imagen

de arriba. Como se observa, en un principio se encuentra una variable tipo booleano

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(Nivel), que es enviada a nuestra estructura If. Si el valor que recibe es true o 1, entrará a

dicha instrucción y ejecutará la tarea asignada.

En este caso esa orden es que abra un subpanel (ventana secundaria) de control y

consecuentemente lo haga correr. Si el valor es false o 0. Permanece sin hacer algo.

La primer sección, es la etapa donde se abre la ventana secundaria, esto se

logra gracias a la función de nodo de invocación llamada “FP.OPEN”, que

traducido al español es panel frontal abierto. Y para poder ser activada fue

necesario agregar una variable de tipo booleano (true).

El panel secundario es el que se encuentra justo antes de esa función. Ese

cuadro es el que hace referencia al subpanel (Open Vi Reference).

En la segunda parte, esta otro nodo llamado “Run VI”, que tiene como

objetivo el hacer actuar el programa que contiene el VI o la ventana

secundaria. Del mismo modo que “FP.Open”, se debe activar con una

variable de tipo booleano.

Y por último, se localizan condiciones para indicar cuando está habilitado y cuando no, el

subpanel. Donde, si el estatus de error que arroja la

30

3

21

función FP.Open, es falsa, envía una señal booleana a las variables Operando y Detenido

para advertir que la ventana secundaria está habilitada como se observa en la imagen.

Lo mismo sucede en la parte de “RUN VI”, y señaliza que

el subpanel ha sido deshabilitado. Cabe aclarar que

cuando nos referimos a un estatus de error falso, significa

que el programa se está ejecutando correctamente.

Las siguientes son solo referencias de error y referencia del VI utilizado.

La siguiente imagen es parte del mismo ciclo while de la ilustración de arriba. Como se

percibe, en esta otra figura se encuentra otra instrucción if. Solo que esta vez fue utilizada

como un case. Por su traducción al español caso, contiene más de una opción de operación

que puede ser realizada dependiendo del valor que se le asigne. Tenemos dos variables de

tipo booleano: Salir y Stop, las cuales fueron convertidas a un valor de tipo int (entero) por

medio de una función llamada booleano a 0,1. Después haber hecho dicha conversión se

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multiplican por un número cualquier, en nuestro caso agregamos la multiplicación por 1 y

por 2, para darle un orden.

Y consecuentemente, el valor de las variables fue unido por medio

de una operación lógica OR, que hace comparación entre 2 o más

valores y dependiendo de su resultado arroja un nuevo valor que es

ingresado a nuestra instrucción case:

Existen solo dos casos en esta parte del programa, 1 y 2, donde el primero (Salir) ejecuta

una opción de detener y cerrar el programa principal por completo o cancela la acción antes

mencionada. Esto se logra gracias a otra operación case que se encuentra anidada dentro del

primer case que tenemos. El ese case anidado, contiene otras 3 opciones, que son realizadas

de acuerdo al botón que se pulse en el programa: “Left Button” o botón izquierdo detiene el

ciclo while que controla todo el programa en general y además cierra la aplicación

completamente. Aquí se utilizó un nodo invocación parecido a los anteriores, sola que esta

vez tiene la función de cerrar todo panel que se le indique “FP.Close”. Además se les

agrega un valor de tipo booleano en estado true a 3 variables también de tipo booleano: S1,

S2 y S3 que son utilizadas para cerrar otros ciclos while anidados en este principal.

La primera parte muestra un mensaje de advertencia, indicándole al usuario si desea detener

y salir de la aplicación. La siguiente etapa contiene las 3 opciones de los botones que se

mencionaron explicados con anterioridad. Este primer caso mostrado detiene y cierra la

aplicación.

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21

Los siguientes dos casos, muestran una cancelación de detener y cerrar la aplicación. Por

medio de un valor de tipo booleano false que es añadido al loop del ciclo while. Que al

detectar ese valor falso le permite continuar su operación.

El segundo caso (Stop) detiene la aplicación sin salirse de ella, solo proporcionándole un

valor booleano true al loop del ciclo while, que lo detiene y deshabilita. Además, es

designada una variable de tipo booleano false para los indicadores de estado. Que al

momento de ser detenida la aplicación pierden su estado actual para regresar a su valor por

default.

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La subsiguiente imagen es una función diseñada para brindar la fecha y hora constante

actual.

Donde este pequeño cuadro (Get Data/Time) es capaz de obtener la fecha y

tiempo en segundos que en ese momento este sucediendo.

Después se encuentra esta otra fase que adquiere los valores que genera el cuadro anterior.

Long es una variable de tipo entero largo y la variable f o false es booleana hace que el

valor crudo que de fecha y tiempo que entrega el cuadro Get/Data Time sea convertido a un

valor String y configurado por la zona en la que se encuentra la computadora.

Y por último tenemos un arreglo en donde son introducidos los valores String de la fecha y

el tiempo, los cuales se dirigen a ser recibidos por una variable de tipo String (Fecha y

hora). El pequeño cuadro con un guion bajo, representa un espacio en blanco en tipo String,

que fue agregado para darle más orden a ese diseño.

De la misma manera que en la sección de la forma visual de la aplicación. El código de

programación para todos los casos es el mismo. Por lo que con el primer programa

explicado en un principio de este apartado se ha explicado en general todo los demás. Solo

se mostrará una imagen de cómo se componen.

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Código de programación para la estación de presión.

Código de programación para la estación de pH.

Código de programación para la estación de temperatura.

35

El siguiente código que será explicado forma parte de los paneles secundarios. Donde se

diseñaron dos modos de operación: Automático (utiliza PID) y Manual.

En esta primera imagen se observa el programa estando en modo automático. A

continuación se explicaran las partes del programa:

1. Como primer paso se toma la lectura de la DAQ en la cual se lee un valor de voltaje

de 0 a 5 volts l cual se multiplica por 20 para convertir la lectura a un rango de 0 a

100%.

2. Se calcula la ganancia de salida integral por medio de la regla se Simpson, el cual es

un método de integración, para esto se toman tres valores tomados de muestra y

guardados en los shift-register.

36

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

3. Se calcula la ganancia derivativa por medio del cálculo de la pendiente de una recta

tangente que pasa por un punto usando los valores acumulados de muestra en los

shift-register.

4. Se calcula la ganancia proporcional restándole al SetPoint a lectura tomada.

5. Una vez obtenidas las ganancias se procede a sumarlas y delimitarlas en un rango de

0 a 10 para no obtener un valor muy grande a la salida.

6. Una vez delimitada la lectura se multiplica por .5 para obtener un valor de voltaje

equivalente en una escala de 0 a 5V además de multiplicarla por 20 para escalarlo

de 0 a 100% y graficarlo junto al Setpoint y el CPID.

7. Como último se escribe el valor obtenido del PID en la DAQ para llevar a cabo la

acción de control.

8. Indicador de la bomba.

9. Son indicadores de cuando el programa funciona en modo manual o automático (en

este caso automático). Además, se pueden observar una propiedad de las ganancias,

llamada visible. Que al estar en automático (condición true dentro del if), hace

aparecer los cuadros donde se manejan las ganancias. Y hace desaparecer la barra

del modo manual.

10. Y por último tenemos una condición de cerrar y detener este programa, que de la

misma manera que el programa anterior explicado. Se utiliza la propiedad FP.Close

y también otra propiedad llamada Default Vals. Reinit All, que traducido al español

significa reiniciar todos los valores por default.

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La figura que se mostrará a continuación representa el modo manual.

Como se puede apreciar, la diferencia entre ambos modo se puede notarse bastante, ya que

en esta sección solo tenemos un pequeño algoritmo. Donde le dimos la capacidad al usuario

de manipular la variable de la manera que necesitara. Esto por medio de una barra o slide

llamada Setpoint manual donde podemos colocar cualquier valor deseado en un rango de 0

a 100. Después de haber establecido un valor, ese mismo es multiplicado por 0.05 para

brindar un voltaje de salida proporcional a 0-5V. Además de graficar ese valor y la variable

monitoreada.

38

Como fue mencionado arriba en la primera imagen, estando en modo automático son

visibles los cuadros donde se ingresan los valores para ganancias. Al estar en manual, pasa

lo mismo, pero esta vez con la barra Setpoint manual. Solo es visible estando en este modo.

CONCLUSIONES

Durante la estadía que se tuvo en los laboratorios de electrónica del Instituto Tecnológico

de Los Mochis. Los resultados que se obtuvieron de nuestro proyecto llamado “Interfaz de

Monitoreo y Control Festo 485”, fueron satisfactorios.

El proyecto estaba basado en darle una mejora a un módulo de control y monitoreo, debido

a la gran cantidad de tiempo que tenían operando, su practicidad se estaba perdiendo.

Además de que su estado físico se encontraba muy deteriorado. Por lo cual, nos planteamos

el objetivo de renovar todo ese proceso, para darle un toque más moderno, más interactivo

y un mejor estado de operación.

Así pues, en base a la propuesta obtenida, procedimos en realizar de manera progresiva los

objetivos que nos fuimos poniendo durante ese periodo de trabajo. Donde después de haber

examinado y comprendido el funcionamiento de la estación de control, nos dirigimos a

desarrollar una aplicación que hiciera exactamente lo mismo que hacia el controlador que

contenía dicha estación de trabajo. Por lo cual optamos en utilizar una herramienta software

llamada LABVIEW, que por medio de algoritmos desarrollados por nosotros mismos

logramos hacer que funcionará de la manera esperada.

Tras haber logrado obtener eso, seguimos con acondicionar las señales que controlaba la

estación. Ya que el modulo operaba con valores muy altos y nuestra aplicación software

trabajaba con cifras pequeñas. Por lo que diseñamos un pequeño circuito para reducir esas

grandes señales que recibía nuestra interfaz de control. Luego, al estar examinando la

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estación, encontramos que contenía un circuito amplificador que, reutilizamos para nuestro

beneficio. Esto porque también necesitábamos amplificar las mismas señales y debido a

que no conseguimos encontrar un diseño adecuado.

Todas las etapas que íbamos efectuando, las probábamos individualmente para saber si

tenían un funcionamiento correcto. Una vez que se verificaba dicho comportamiento, se

unían todas las fases hasta completar lo que eficientemente resultó hoy. La estación de

control y monitoreo a través de una interfaz gráfica. Con esto, proseguimos en hacer las

pruebas correspondientes a lo planteado en el objetivo general. Y después de haber

obtenido los mejores resultados, terminamos por darle los últimos ajustes para que quedara

lista para ser utilizada.

El desarrollo de esta actividad nos permitió obtener una mejor orientación con respecto

nuestro perfil de profesional. Es decir, logramos tener la habilidad de ser analistas,

emprendedores y creativos al momento de realizar actividades de diseño, innovación,

adaptación y transferencia de tecnología para resolver problemas. Esto nos ha permitido

estar lo mejor preparados posible para salir demostrar, nuestro desempeño en el ámbito

laboral de una manera muy eficaz y óptima.

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RECOMENDACIONES

Una de las recomendaciones más importantes que le hacemos al Instituto Tecnológico de

Los Mochis es que este siempre al pendiente de los proyectos de residencia profesional que

realizan dentro de sus instalaciones. Específicamente en saber que el alumnado cuente con

el material necesario para el desarrollo de los trabajos de dicha actividad mencionada

anteriormente. Puesto que esto, retrasa algunas veces que el progreso de los planes, y no

trae beneficio tanto a estudiantes como al plantel.

Otras de las recomendaciones que podemos hacerle a la institución es que, al momento de

que un alumno vaya a realizar un proyecto de residencia, se le trate de brindar un área

especial de trabajo, para que este pueda trabajar de manera óptima sin ser interrumpido y

sin interrumpir a los profesores y alumnos en las practicas que tengan programadas en las

áreas que contiene el laboratorio de electrónica. De esta manera, el alumno en cuestión no

perdería tiempo al estar realizando sus actividades.

Por último, le recomendamos a la institución que promueva más proyectos de este tipo para

sí misma. Ya que esto le permitiría a la universidad o plantel obtener mayores mejoras en

sus instalaciones o áreas por medio de proyectos que innoven o creen cosas que le

proporcionen un buen beneficio.

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FUENTES DE INFORMACIÓN

http://www.bucaramanga.gov.co/documents/controlinterno/

FOLLETO_ACTUALIZADO_NOVIEMBRE.pdf

http://www.chr5.com/investigacion/investiga_igu/igu_aproximacion_semio-

cognitiva_by_chr5.pdf

http://www.ni.com/data-acquisition/what-is/esa/

http://www.ni.com/pdf/manuals/371303n.pdf

http://www.pepperl-fuchs.com/global/es/classid_1826.htm?

view=productdetails&prodid=29169

http://72.52.239.46/Catalog/documents//20100913130557_1497_7_Transmisor%20de

%20presi%C3%B3n%20Barksdale%20UPA2.pdf

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