Practica # 2: Control de contador de piezas metálicas con VI

Objetivo

Control del conteo de piezas metálicas, por medio de  un sensor inductivo e implementado con  instrumentación industrial.

 Introducción

Los instrumentos de control empleados en las industrias de procesos tales como químicas, petroquímicas, alimenticias, metalúrgicas, energéticas, textil, papel, etc., cuenta con una propiedad terminológica, estos términos definen las características propias de medidas control, estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos de procesos como por ejemplo, indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control.        

Los procesos industriales se desarrollan gracias a distintos tipos de control, actualmente es muy usada la instrumentación virtual ya que con ella se logra realizar un control adecuado de los procesos y la detección de algún problema que haya dentro de este, con lo cual se desarrolla todo el control del proceso desde un cuarto de control con la ayuda de los sensores que sirven para monitorear el proceso y los actuadores que ayudan a realizar ciertas tareas dentro de este, lo cual hace que la producción sea más rápida y eficiente en algunos procesos que el ser humano no deba intervenir continuamente.

Los sistemas digitales de control se utilizan ampliamente debido a su bajo costo en comparación con los analógicos. Presentan ventajas en cuanto inmunidad al ruido, precisión y facilidad de implementar funciones complejas. El principal inconveniente es que tienen una respuesta más lenta, aunque para la mayoría de las aplicaciones esto no es un inconveniente. Los sistemas de control de procesos con realimentación computarizada se utilizan en muchas industrias para controlar sus distintos procesos de fabricación. En el mundo físico, las variables son continuas y es preciso transformarlas, amplificarlas y convertirlas a variables digitales para que un sistema digital las pueda procesar. Los sistemas de adquisición de datos realizan todas estas funciones. En otras palabras, los sistemas de adquisición y conversión de datos se usan para procesar señales analógicas y convertirlas en digitales para su posterior procesamiento o análisis mediante un computador. En general, un sistema de adquisición de datos toma una magnitud física tal como presión, temperatura, posición, etc. y la convierte en una tensión o corriente eléctrica que será posteriormente muestreada y cuantificada (digitalizada). Una vez conseguido esto, todo el posterior tratamiento de la señal se realiza por circuitos electrónicos digitales. En principio tiene lugar un tratamiento electrónico y al terminar éste, la señal se convierte en digital mediante un convertidor o conversor A/D (analógico/digital). Esta salida digital puede ir a diferentes sistemas digitales tales como un ordenador, un controlador digital, un transmisor de datos digital, etc.

Equipo                                

Ø  Sensor inductivo.

Ø  Computadora.

Ø  DAQ (Tarjeta de adquisición de datos con parte digital y analógica)

Ø  Fuente de voltaje variable de 0V a 30V CD

Ø  Multimetro

Ø  Motor de 6V AC

Ø  Transformador de 127V a 12V con derivación.

Material

v  CI: 7404 (Compuerta NOT)

v  Transistor 2N3906

v  Resistencia 120 Ohm

v  Rele a 6V CD

Software

·        National Instruments Labview

 

Fig. 1) Diagrama de Bloques de Control.

 

Procedimiento

1)     Montar el diagrama de conexión de la Fig. 2 que será utilizado para la etapa de potencia.

Fig. 2) Diagrama de conexión de la etapa de potencia.

 

2)     Adquirir la señal de entrada por medio del sensor inductivo y con la ayuda de la DAQ Esta señal entrara a la parte digital de la DAQ ya que será un conteo de eventos a cada vez que el sensor se active. La conexión se hará en el puerto PF10 donde entrara la salida del sensor.

 3)     Realizar el acondicionamiento (se realiza una comparación del datos de entrada con una constante “igual a 5” para indicar la cantidad de piezas a la que se debe de activar el motor por medio de la generación de señal) de la señal por medio de Labview, con el diagrama de la Fig. 3.

 

Fig. 3) Diagrama de control.

 

4)     Una vez adquirida la señal y esta acondicionada, se realiza la generación de señal de salida con la ayuda de la DAQ la cual estará en la parte digital en del puerto P0.0 (Puerto 0 Línea 0) y referenciada a GND.

5)   Teniendo la salida de señal, se acondiciona de igual forma que la señal de entrada, como se muestra en la Fig. 4.

 

Fig. 4) Control de la variable del proceso.

6)     Ya que se tiene el acondicionamiento de la señal de entrada y la de salida, se conectan el circuito completo con la parte de entrada y la de potencia, aclarando que la parte de entrada es por medio del sensor inductivo y la parte de potencia es por medio del la activación del rele.

 

Resultados

Los resultados no fueron los deseados ya que cuando el sensor detectaba la pieza metálica y mandaba la señal al DAQ está al ser adquirida realizaba un conteo constante por lo cual se tiene que acondicionar la señal de entrada de tal forma que  realice un conteo por unidad al detectar la pieza, con otro tipo de sensor. Por lo cual dentro del proceso no se pudo controlar la cantidad de piezas que se van a empaquetar ya que cuando las piezas llegaban a la cantidad indicada por el usuario se activa el motor de la banda de transportación del empaque del producto.

 

Conclusión

La adquisición y generación de señal de flancos fue la deseada, pero el control de esta señal no, con lo cual se concluyo que este tipo de sensor capacitivo no es viable para esta práctica por las características de que al detectar metal, su señal de flanco que envía es constante y no unitaria. 

Con este tipo de control se logro que contara la cantidad de piezas que se deseaban empaquetar por lo cual se realizaba un empaque más rápido y eficiente del producto, dentro de un proceso de conteo rápido.

Se concluyo que el sensor capacitivo no fue el adecuado para este tipo de proceso de conteo por unidad, el asistente de adquisición de datos funciona adecuadamente con las señales de flancos de entrada y salida que se usaron, el acondicionamiento que consto en  una comparación del datos de entrada con una constante igual a 5 v de señal, se realizo por medio de la PC con la ayuda del software VI.

Finalmente, con la participación de todos estos procesos y elementos, aunque uno no fue el adecuado en el caso del sensor capacitivo, funcionaba correctamente ya que el relevador al adquirir la una señal alta, cambiaba de posición NA a posición  NC, energizando un  motor de CA,  para ponerlo en arranque o en paro y  todo esto por indicación del sensor.

 

Practica # 1

Objetivo

Realizar la comunicación de un osciloscopio con la computadora por medio de 2 software.

Introducción

Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc., cuentan con una propia terminología, estos términos definen las características propias de medida, control, estática y dinámica de los diversos intrumentos de proceso como por ejemplo: indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control.

        Equipo                                  Software

Ø  Osciloscopio. (TDS 1012B).                                 - Openchoice

Ø  Computadora.

Ø  Cable RSL                                                            - NI SignalExpress Tektronix Edition

Procedimiento

1)     Realizar la instalación de los software’s Openchoice y NI SignalExpress Tektronix Edition en la computadora.

2)     Una vez instalados se recomienda trabajar con un software a la vez porque puede causar conflictos con el dispositivo.

3)     Realizar la conexión del osciloscopio con la computadora mediante el cable RSL - USB.

4)     Iniciar la manipulación mediante el software Openchoice.

5)     En la  Fig. 1 se muestra la primera comunicación del software y la computadora.

Fig. 1) Primera Medición de señal con Openchoice

6)     Desconectar el USB de la computadora.

7)     Volver a conectar el cable USB a la computadora e iniciar con el software NI SignalExpress Tektronix Edition.

8)     En la Fig. 2. Se muestra la interacción del usuario con el instrumento de medición.

Fig. 2) Primera Medición de señal con NI SignalExpress Tektronix.Edition.

Resultados

Notamos la gran diferencia entre los 2 software y podemos deducir que en Openchoice solo podemos capturar un instante dado de las señales medidas y NI SignalExpress Tektronix Edition aparte de capturar la señal podemos manipular dicha señal desde la computadora sin tener contacto directo con el dispositivo de medición.

En las siguientes figuras (Fig. 3,4 y 5) podemos verificar el funcionamiento del software Openchoice mediante 3 mediciones diferentes que se realizaron.

En la Fig. 3. Observamos que tenemos 2.00 volts/div con un Voltaje pico a pico de 5.12V a una frecuencia de 1KHz.

En la Fig. 4. Cambiamos los volts/ div a 200mV y obtuvimos un Vpico-pico de 1.36V a la misma frecuencia de 1KHz.


En la Fig. 5. Cambiamos los volts/ div a 200mV y obtuvimos un Vpico-pico de 1.57V a la frecuencia de 1KHz.




Fig. 3) Primera Medición de señal con Openchoice



Fig. 4) Segunda Medición de señal con Openchoice

 

 

Fig. 5) Tercera Medición de señal con Openchoice

 

 

En las siguientes figuras (Fig. 6, 7 y 8) podemos verificar el funcionamiento del software NI SignalExpress Tektronix Edition mediante 3 mediciones diferentes de volts/div de la señal.

En la Fig. 6. Observamos que tenemos 5.00 volts/div controlados desde la computadora. En la Fig. 7. Cambiamos los volts/ div a 200mV/div controlados desde la computadora. En la Fig. 8. Cambiamos los volts/ div a 200mV desde la computadora.

 

Fig. 6) Medición realizada a 500mV/div.

 

 

Fig. 7) Medición realizada a 5.00 V/div

 

Fig. 8) Medición realizada a 2.00 V/div.



 

Conclusión

Se logro la comunicación del dispositivo (Osciloscopio) con la computadora mediante los software Open choice y NI SignalExpress Tektronix Edition concluyendo así que para el usuario es mejor utilizar NI SignalExpress Tektronix Edition ya que no tiene contacto directo con los dispositivos de medición (osciloscopio) y se puede manipular los valores de la señal desde la computadora e incluso podemos ver el movimiento de las señales en el monitor de la computadora. En cambio con open choice solo capturamos imágenes, después de manipular la señal directamente desde el dispositivo (osciloscopio).

 

   

 

Tópicos de Control Asistido por Computadora

Adquisición de Datos

 

El propósito de adquisición de datos es medir un fenómeno eléctrico y físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. La adquisición de datos basada en PC utiliza una combinación de hardware modular, software de aplicación y una PC para realizar medidas. Mientras cada sistema de adquisición de datos se define por sus requerimientos de aplicación, cada sistema comparte una meta en común de adquirir, analizar y presentar información. Los sistemas de adquisición de datos incorporan señales, sensores, actuadores, acondicionamiento de señales, dispositivos de adquisición de datos y software de aplicación.

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 condicionamiento, 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).

 A lo largo del curso se ha observado que existen dos tipos de control, el analógico y el digital, si bien es cierto que el primero es el más usado en países del tercer mundo como el nuestro; el segundo es hasta hoy, el más ventajoso a emplear en los procesos industriales. Debido a lo cómodo que resulta tratar exclusivamente con números puros y ser ideal para la resolución de problemas numéricos. Asimismo la alta velocidad conseguida en las señales de mando a los diversos instrumentos de control, permite mantener el set piont casi constante y monitoreado en todo momento.

 Sin embargo este tipo de control frente al analógico, tiene la desventaja de que al muestrear el proceso pierde parte de la información. Lo anterior puede ser corregido con complejos algoritmos matemáticos (al comparar este y el analógico en cuestión de costos, el control digital pierde gravemente) que le asignan versatilidad e interacción amigable en la modificación de parámetros y variables que operan en el proceso.

 El control digital asistido por computador puede:

• Lograr mayor rendimiento de los procesos y por lo tanto una mejor producción con menores costes gracias a la utilización eficiente del material y del equipo.

• Mayor calidad en los productos fabricados a costos muy reducidos.

• Mayor seguridad, ya que la acción de corrección y activación de alarmas es casi inmediata.

 

Control Supervisorio Remoto

La expresión “SCADA” está compuesta por las iniciales de la denominación inglesa “Supervisory Control And Data Adquisition”, que en nuestro idioma se traduce como “Control Supervisorio y Adquisición de Datos”. Sin embargo, dado que los primeros sistemas de supervisión se originaron en los Estados Unidos, se ha generalizado el uso de las siglas SCADA para aludir a dichos sistemas.

Se trata de un sistema capaz de obtener y procesar información de procesos industriales dispersos y de actuar en forma remota sobre los mismos. Esto significa que permite supervisar simultáneamente procesos e instalaciones industriales distribuidas en grandes áreas, tales como las redes de distribución eléctrica, oleoductos, gasoductos, etc. Fig. 1.

Un SCADA no debe confundirse con un Sistema de Control Distribuido (DCS, Distributed Control System), aunque actualmente los principios y tecnologías que utilizan son muy similares. Su principal diferencia consiste en que los sistemas de control distribuido, normalmente se usan para controlar procesos industriales más complejos y restringidos al perímetro de una planta; por ejemplo, los sistemas de control de una refinería, los de una planta de GLP, etc.

El SCADA describe un número de unidades terminales remotas (RTU´s, Remote Terminal Units) instaladas en las cercanías del proceso, las cuales se comunican con una estación maestra (MTU, Master Terminal Station) ubicada en una sala de control central.

 

 

Fig. 1) Sistema de Control Remoto.

 

Control Digital Directo (DDC)

En el control digital que apareció hacia los años 1960, el computador llevaba a cabo todos los cálculos que realizaban individualmente los controladores  P, P+I, P+I+D  generando directamente las señales que van a las válvulas. Este tipo de control se denomina (control digital directo), el computador esta enlazado con el proceso.

 

El DDC permite una transferencia automático-manual sin perturbaciones y admite una fácil modificación de las acciones y de las configuraciones de los sistemas de control lo cual es muy importante en la puesta en marcha de la planta. El DDC tiene la ventaja sobre los controladores convencionales de estar provisto de un calibrado automático que corresponde a las acondiciones de operación instantánea. Es decir, el computador ajusta la calibración de sus algoritmos de acuerdo con una función predeterminada de la variable  medida o de una combinación de variables en lugar de requerir periódicamente la calibración individual de cada instrumento por un instrumentista o especialista tal como acurre en los instrumentos convencionales.

 

Sistema de control que realiza un aparato digital que establece directamente las señales que van a los elementos finales de control.
En la Fig. 2, se muestra el esquema de una computadora trabajando en control digital directo. En este esquema la computadora ejecuta uno o varios algoritmos de control para realizar directamente el control de una o varias variables de un proceso.

 

 

Fig. 2) Control Digital Directo.

Instrumentación Virtual

La rápida adopción de la PC en los últimos 20 años generó una revolución en la instrumentación de ensayos, mediciones y automatización. Un importante desarrollo resultante de la ubicuidad de la PC es el concepto de instrumentación virtual, el cual ofrece variados beneficios a ingenieros y científicos que requieran mayor productividad, precisión y rendimiento.

 

Un instrumento virtual consiste de una computadora del tipo industrial, o una estación de trabajo, equipada con poderosos programas (software), hardware económico, tales como placas para insertar, y manejadores (drivers) que cumplen, en conjunto, las funciones de instrumentos tradicionales. Los instrumentos virtuales representan un apartamiento fundamental de los sistemas de instrumentación basados en el hardware a sistemas centrados en el software que aprovechan la potencia de cálculo, productividad, exhibición y capacidad de conexión de las populares computadoras de escritorio y estaciones de trabajo. Aunque la PC y la tecnología de circuitos integrados han experimentado avances significativos en las últimas dos décadas, es el software el que realmente provee la ventaja para construir sobre esta potente base de hardware para crear los instrumentos virtuales, proveyendo mejores maneras de innovar y de reducir los costos significativamente. Con los instrumentos virtuales, los ingenieros y científicos construyen sistemas de medición y automatización que se ajustan exactamente a sus necesidades (definidos por el usuario) en lugar de estar limitados por los instrumentos tradicionales de funciones fijas (definidos por el fabricante).

 

Fig. 3) LabVIEW.




Control Distribuido

En este esquema, que es el más difundido a nivel industrial en la actualidad se utilizan computadoras o microcontroladores para reemplazar los lazos de control individuales que en el esquema antiguo se implementaban con controladores analógicos. Además se usa una gran computadora de gran capacidad para realizar la función de supervisora que ya se describió en el esquema supervisor anterior, con la diferencia que en el nuevo esquema dicha computadora se auxilia de subsistemas que controlan una red local que sirve de interfaz de comunicación con cada controlador.