tecnolÓgico de estudios divisiÓn de ingenierÍa...
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TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS
SUPERIORES DE ECATEPEC
DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y
TELEMÁTICA
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
ASIGNATURA:
INTEGRACIÓN DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
REALIZÓ:
GERARDO PAZOS RODRÍGUEZ
PRESENTACIÓN
El presente manual de prácticas, fue realizado por la asignatura de integración de
Sistemas Automáticos, el cual, intenta proporcionar a los docentes y estudiantes
un material de apoyo que facilite el proceso enseñanza aprendizaje, a través del
trabajo en el laboratorio, reforzado de esta manera, la teoría mostrada en el salón
de clase, de tal forma que el estudiante obtenga el conocimiento y las habilidades
necesarias para seleccionar, sistemas automáticos que requieran elementos
como: servomotores y monitoreo de procesos, así como implementar proyectos de
automatización.
Las prácticas de este manual, son presentadas para que el estudiante logre un
aprendizaje significativo, debido a que están diseñadas de forma que el docente
actué como guía y el estudiante participe activamente, haciendo experimentos y al
mismo tiempo aprendiendo por descubrimiento.
Dicho lo anterior, se justifica el brindar a los alumnos un manual que los encamine
a la aplicación de los conceptos teóricos, permitiendo profundizar más en los
casos prácticos.
CONTENIDO
FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR PASO A PASO .................... 2
1.0- OBJETIVOS ........................................... 2
2.0- DISPOSITIVOS BÁSICOS .................................. 2
3.0- MOTOR PASO A PASO .................................. 3
3.1 INTRODUCCIÓN ....................................... 3
3.2 DESCRIPCIÓN FÍSICA DE UN MOTOR PASO A PASO .......... 3
3.3 CONTROL DEL MOTOR ................................. 4
4.0.- REALIZACIÓN EN EL LABORATORIO ....................... 7
5.0 CUESTIONAMIENTOS. .................................... 10
A.- EFICIENCIA DE LA CANCELACION DEL MOVIMIENTO: .......... 12
B.- REPETIBILIDAD ........................................ 12
C.- FRECUENCIA MÁXIMA DE TRABAJO ........................ 12
D.- DETERMINACIÓN DE LA CARGA ÚTIL ....................... 12
6.0.- CONTROL DE VELOCIDAD ................................ 13
7.0.- CONTROL DE POSICIÓN DE LAZO ABIERTO .................. 15
FUNCIONAMIENTO DE SERVOMOTRO ............................ 18
1.0- OBJETIVOS ........................................... 18
2.0- INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA ....................... 18
3.0.- SERVOMOTOR ....................................... 19
3.1 INTRODUCCIÓN ........................................ 19
4.0 REALIZACIÓN EN EL LABORATORIO ....................... 19
CONTROL EN VELOCIDAD .................................. 19
CONTROL EN POSICIÓN .................................... 20
ADQUISICIÓN DE DATOS PARA EL MONITOREO DE TEMPERATURA ..... 23
1.0- OBJETIVOS .......................................... 23
2.0 INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA ....................... 23
3.0.- SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS ................... 23
3.1 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS ................................................... 23
4.0.- REALIZACIÓN EN EL LABORATORIO ...................... 24
ADQUISICIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS DE UN PLC DESDE UN HMI .. 26
1.0- OBJETIVOS .......................................... 26
2.0.- INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA ..................... 26
3.0.- SISTEMAS HMI (INTERFAZ HOMBRE-MÁQUINA) ............. 26
DEFINICIÓN .............................................. 26
LAZO ABIERTO Y CERRADO ................................. 26
INTERFAZ HUMANO-MÁQUINA ............................... 27
4.0.- REALIZACIÓN EN EL LABORATORIO ...................... 28
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PROTOCOLO DE PRÁCTICAS DE INTEGRACIÓN DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
1.-DATOS GENERALES
1.- Ciclo Escolar:_________ 2.- Institución: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC
3.- Asignatura: Integración de Sistemas Automáticos 4.- Clave: ACB – 0808
5.- Profesor titular:__________________________
6.- Laboratorista:____________________________
7.- Grupo:_________8.- Horario del laboratorio: _______________hrs
9.- Practica No._1_ 10.- Unidad: _1_ 11.- Temática: Servomecanismos.
12.- Nombre de la práctica: Funcionamiento de motor paso a paso.
13.- Número de sesiones que se utilizaran para esta práctica:_5_
2.- EQUIPO # ___________
INTEGRANTES
1.-
2.-
3.-
Coordinador:
Apellido Paterno Apellido Materno Nombre(s)
3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Determinar la precisión de posicionamiento y la velocidad máxima alcanzada por un motor paso a paso.
4.- MARCO TEÓRICO
El estudiante complementaria la investigación de la teoría del funcionamiento del motor paso a paso.
5.- OBJETIVO
Diseñar y construir los círculos necesarios para obtener la precisión de posicionamiento y la velocidad máxima de un
motor paso a paso.
6.- ACTIVIDAD
Diseña los circuitos de control necesarios para operar un motor paso a paso.
7.- PLAN DE TRABAJO
Con la información presentada el estudiante elaborara un plan de trabajo para concluir satisfactoriamente en el tiempo
previsto la práctica.
8.- DESARROLLO
A partir del plan de trabajo el estudiante desarrollará la práctica y presentará un reporte de resultados.
9.- MATERIAL Y EQUIPO
Equipo básico de laboratorio, grabador de PIC’s, materiales: los requeridos por los estudiantes de acuerdo a su
diseño.
10.- CONCLUSIONES
El estudiante concluirá de acuerdo a resultados obtenidos
11.- BIBLIOGRAFIA
La consultada por los estudiantes.
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Práctica 1
Funcionamiento de un motor paso a paso
1.0- OBJETIVOS
En esta práctica se persiguen los siguientes objetivos:
Que el estudiante conozca las principales técnicas de excitación de este tipo de
motores.
Que se familiarice con el uso de los circuitos electrónicos empleados comúnmente en
el accionamiento de motores paso a paso.
Que el estudiante accione un motor paso a paso, con conexión bipolar-paralelo, en
diferentes modos de funcionamiento: medio paso y paso completo con excitación de las
dos fases y de una sola fase.
Que el estudiante realice de forma básica, y en el lazo abierto, el control de velocidad
y de posición de este tipo de motores.
2.0-DISPOSITIVOS BÁSICOS
Se pretende, desarrollar el accionamiento de un motor paso a paso a alto nivel, basado en
el circuito de control L297, que realiza las funciones de generador de fases y conmutación
de la corriente que circula por los devanados y el driver de potencia L298N. Se
recomienda la lectura de las siguientes notas de aplicación:
AN280. – “Controlling Voltage transient in full bridge drives applications”.
AN468. – “Constant current chopper driver ups stepper motor perfomance” (existe versión
traducida el español).
AN470. – “The L297 stepper motor controller”.
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3.0- MOTOR PASO A PASO
3.1 Introducción
Un motor paso a paso es aquel que gira un determinado ángulo (paso) cuando se aplican
entre los extremos de sus bobinas las tensiones adecuadas. El sentido que giro depende
de la secuencia de activación de las bobinas que forman el estator del motor. La velocidad
de giro depende en este caso de la frecuencia de conmutación de las tensiones en los
extremos de dichas bobinas.
Se define el ángulo de paso como el ángulo que describe en eje del motor (rotor) el
aplicarle un impulso. Puede variar de 1° a 90° según el motor. En general, los motores
paso a paso presentan las siguientes ventajas:
Insensibilidad a vibraciones y a variables te tensión de temperatura.
Movimientos muy precisos.
Frecuencia de trabajo variable.
3.2 Descripción física de un motor paso a paso
El funcionamiento de un motor paso a paso se basa en el hecho de que dos imanes
enfrentados tienen a orientarse de forma que el polo norte de uno de ellos este alineado
con el polo sur del otro. En un motor paso a paso el estator está compuesto por varias
bobinas de forma que el aplicar tensión a alguna de ellas se crea un campo magnético en
su interior. Apareciendo en los extremos de la bobina un polo norte y un polo sur (la
polaridad de la bobina depende del sentido de circulación de la corriente y del sentido de
los devanados). El eje (rotor) del motor, que está unido a un imán, se alinea con esa
bobina de forma que el polo sur del imán se orienta hacia el polo norte de la bobina a la
que se está aplicando tensión la aplicación de tensión a la siguiente bobina producirá el
giro del rotor un paso.
El motor que se utiliza en esta práctica es del tipo unipolar, es decir, que sus bobinas
tienen toma intermedia conectada a la tensión de alimentación positiva. Para establecer la
circulación de corriente a través de una bobina hay que aplicar una tensión
correspondiente a masa en uno de sus extremos. Aplicando dicha tensión al otro extremo
de la boina varía el sentido de circulación de la corriente la alimentación al rotor.
En esta práctica se utilizan motores paso a paso unipolares con dos bobinas en el estator.
Por ello es necesario disponer de cuatro terminales del PLD que deben proporcionar las
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tensiones correspondientes a los cuatro extremos de la bobina a través de amplificadores
de corriente. En la Figura 1 se representa el esquema del acoplamiento del sistema de
control a un motor de estas características.
Figura 1 Circuito de acoplamiento entre el sistema de control y el motor unipolar
3.3 Control del motor
Para entender cómo se controla un motor paso a paso, es más sencillo recurrir a un motor
bipolar con un ángulo de paso de 90° como el que se representa en la Figura 2.
Para producir el giro del rotor un ángulo igual al de paso es necesario excitar una de las
bobinas mediante una tensión positiva en uno de sus extremos y una tensión negativa ( o
correspondiente al nivel de masa) en el otro.
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Figura 2 Etapas de alimentación de un motor paso a paso
La tensión positiva aplicada en el extremo A (figura 3a) crea un polo sur (sentido de
devanados) en el saliente correspondiente así como la tensión negativa en B crea un polo
norte. Por ello, el rotor se orienta situando su polo norte en A. Si se quiere avanzar otro
paso, se tiene que aplicar una tensión positiva en el extremo C y una negativa en el
extremo D, con lo que el rotor gira 90° orientando su polo norte hacia C.
El tercer paso se produce al aplicar una tensión positiva en B y una negativa en A. El rotor
gira 90° de nuevo orientado polo norte hacia B. Por último, la vuelta se completa
aplicando una tensión positiva en D y una negativa en C, con lo que el rotor orienta su
polo norte hacia D.
El paso siguiente será idéntico al primero: aplicar una tensión positiva al extremo A y una
negativa al extremo B.
Los extremos de la bobina que no se excita en un momento dado deben presentar la
misma tensión para que no circule corriente.
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La secuencia de activación de las bobinas descrita anteriormente se conoce como de
conducción a una fase y se indica de forma abreviada como AB, CD, BA y DC. El
cronograma (diagrama de tiempos) que corresponde a esta secuencia se presenta en la
figura 3a.
Otra forma de realizar la secuencia de activación de las bobinas, determinada de dos
fases o de paso completo, consiste en activar dos fases a la vez, con lo que el rotor se
alineara entre la posición de ambos polos. Con este método se consigue aumentar el par
y es más idóneo para los motores bipolares. Esta secuencia se representa en la figura 3b.
Figura 3a Secuencia de medio paso Figura 3b Secuencia de paso completo
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4.0.- Realización en el laboratorio
El montaje que se propone para la realización de la práctica se representa en la Figura 4.
Figura 4 Diagrama general
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Para la realización de la práctica, inicialmente no se utilizara un micro controlador,
se verificará el correcto funcionamiento del sistema de forma “manual”, siguiendo
el proceso que a continuación se detalla:
La frecuencia inicial de test de entrada de reloj del L297 (pasos/seg)
será de 100Hz. Si el montaje no funcionase correctamente, se podrá
depurar más fácilmente si los impulsos de la señal de reloj se
introducen manualmente mediante un mecanismo anti rebotes como
el que se adjunta en la Figura 5.
Las señales de control se sentido de giro CW/CCW y de selección de
modo de paso HALF/FULL se han de seleccionar manualmente
VREF inicial para el control de conmutación de 1.4 V
Figura 5 Circuitos anti rebote
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IMPORTANTE:
Ha de tenerse en cuenta que:
VREF=VSENSEmáx= ISENCE · RSENCE < Imáx · RSENCE
Siendo Imáx la indicada en las especificaciones del motor que estamos utilizando. Para que
el motor no resulte dañado, en cualquier caso, se tendrá que cumplir que:
RSENCE > (VREFmáx / Imáx)
Por otra parte el L297 permite la generación automática de fases a partir de cuatro
señales de control: CLOCK, HALF/FULL STEP (medio paso a nivel alto y paso completo a
nivel bajo), CW/ CCW (sentido de giro, sentido horario a nivel alto y sentido antihorario a
nivel bajo) y RESET, que se activa a nivel bajo y que asíncronamente con la señal de reloj
lleva las salidas del L297 al estado inicial (0101).
El L297 puede generar la sucesión de fases correspondientes al modo medio paso y al
modo paso completo con dos fases excitadas o con una sola fase excitada. Para que el
L297 genere las fases correspondientes al modo paso completo con una sola fase
excitada se debe de asegurar que el sistema evolucione de un estado por otro también
par, lo cual se consigue si partiendo del reset, estado 1 (0101), se aplica un medio paso
para alcanzar un estado par. A partir de este estado par, se fija la entrada HALF/FULL
STEP a nivel bajo para mantener la secuencia de estados pares con la cadencia
marcada para la señal de reloj (CLOCK). Para comprobar este modo de funcionamiento,
se pueden introducir los impulsos de reloj manualmente, tal y como se indicó
anteriormente.
El L298N integra un doble puente en H, Este circuito de tecnología bipolar es capaz de
suministrar una corriente de hasta 2 A con disipador externo, aunque para las corrientes
que se van a manejar en muestro montaje, inferiores a 1.41A, no será necesario su
utilización. Los diodos 1N4007 establecen los caminos de recirculación de corriente
indispensables en los modos de conmutación de corriente que se realiza el L297 para el
control del puente H.
Las redes snubber asociadas a cada devanado del motor están constituidas por R9-C3 y
R8-C4. Los resistores R6 y R7 realizan la función de sensores de las corrientes de cada
uno de los devanados del motor paso a paso.
Antes de comenzar con el desarrollo de la parte práctica, se explica los diferentes modos
de control del puente H (L298N).
Control del conmutación de la corriente mediante la actuación sobre las líneas de fase A,
B, C y D (phase chopping),
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Control de conmutación de corriente mediante la actuación sobre las líneas de habilitación
del puente en H (enable chopping).
5.0 Cuestionamientos.
Para ello contesta razonadamente, para cada uno de los casos (phase chopping y enable
chopping), a las siguientes preguntas:
¿Con que señal de entrada al L297 se controla el modo de control del conmutación de la
corriente?
Transistores/diodos que entran en conducción o en corte en casa caso.
Forma de onda de las corrientes.
Forma de onda de las fases A, B, C, y D.
Forma de onda de señales de habitación 1NH1 e 1NH2.
Como es el rizado de la corriente, la disipación en el motor y la disipación del en cada uno
de los casos.
¿Por qué se ofrecen estas dos posibilidades de control del puente H para la excitación de
los motores paso a paso?
Contesta razonadamente a los siguientes apartados, en el supuesto de modo de control
de la conmutación de la corriente actuando sobre las fases A, B, C y D (phase chopping):
Justifica el valor utilizado para los resistores RSENSE y el valor seleccionado de la VREF.
Comprobar las formas de onda de las señales A, B, C y D (salidas del L297) para los
modos de funcionamiento: medio paso y paso completo con excitación de dos devanados
(normal drive) y paso completo con excitación de una sola fase (wave drive)
(IMPORTANTE: VREF = 1.4 V y frecuencia de conmutación de 20 KHz).
Comprobar y justificar el efecto de variar la frecuencia del oscilador de conmutación (la
frecuencia de conmutación se varia actuando sobre el potenciómetro de 220K).
Finalmente, fijar el valor de la frecuencia de conmutación den 20KHz. (IMPORTANTE:
VREF=1.4V).
Comprobar y justificar el efecto de variar la tensión VREF (siempre por debajo de 1.41 V).
Determinar el valor umbral de la tensión de referencia para el cual el motor comienza a
moverse. Varía la tensión de referencia desde el valor umbral al valor de 1.41V en
intervalos de 0.2 voltios (IMPOTANTE: frecuencia de conmutación de 20KHz). Anota en
una tabla los valores máximos de frecuencia de paso que se obtienen en casa caso.
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Contrastar la necesidad de conectar las salidas 1NH1 e 1NH2. (Se pueden habilitar o no
actuando sobre los puentes JP1 y JP2 de la placa de circuito impreso) ¿Qué
precauciones han de tomarse al habilitar independientemente los circuitos L297 y L298N?
Varía la tensión de alimentación del puente en H (L298) desde 10V a 20V en intervalos de
2 voltios y con las condiciones de la frecuencia de conmutación en 20 KHz, y de
VREF=1.4V, construye una tabla en la que anotes para cada casos las frecuencias a las
que se producen resonancias y las frecuencias máximas de pasos posibles.
Contesta razonadamente a los siguientes apartados, en el supuesto de modo de control
de conmutación de la corriente actuando sobre las señales de habilitación 1NH1 y 1NH2
(enable Chopping):
Justifica el valor utilizado por los resistores RSENSE y el valor seleccionado de la VREF.
Comprobar las formas de onda de las señales A, B, C y D (salidas del L297) para los
modos de funcionamiento: medio paso y paso completo con excitación de dos devanados
(normal drive) y paso completo con excitación de una sola fase (ware drive)
(IMPORTANTE: VREF = 1.4 V y frecuencia de conmutación de 20 KHz).
Comprobar y justificar el efecto de variar la frecuencia del oscilador de conmutación (la
frecuencia de conmutación se varia actuando sobre el potenciómetro de 220K).
Finalmente, fijar el valor de la frecuencia de conmutación den 20KHz. (IMPORTANTE:
VREF=1.4V).
Comprobar y justificar el efecto de variar la tensión VREF (siempre por debajo de 1.41 V).
Determinar el valor umbral de la tensión de referencia para el cual el motor comienza a
moverse. Varía la tensión de referencia desde el valor umbral al valor de 1.41V en
intervalos de 0.2 voltios (IMPOTANTE: frecuencia de conmutación de 20KHz). Anota en
una tabla los valores máximos de frecuencia de paso que se obtienen en casa caso.
Varía la tensión de alimentación del puente en H (L298) desde 10V a 20V en intervalos de
2 voltios y con las condiciones de la frecuencia de conmutación en 20 KHz, y de
VREF=1.4V, construye una tabla en la que anotes para cada casos las frecuencias a las
que se producen resonancias y las frecuencias máximas de pasos posibles.
Una vez que se conoce el funcionamiento del circuito generador de fase y del driver de
potencia, conviene realizar una serie de experiencias para entender mejor el
comportamiento de los motores paso a paso, para lo cual conviene situarse sobre una
superficie plana, que permita realizar de posicionado, así como acoplar el eje del motor
algún apéndice que nos sirva de referencia. (IMPORTANTE: VREF = 1.4 V y frecuencia de
conmutación de 20 KHz).
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A.- EFICIENCIA DE LA CANCELACION DEL MOVIMIENTO:
Esta comprobación consiste en la realización consecutiva de dos órdenes inversas,
comprobándose que la posición final de la última coincide con la inicial.
El experimento deberá de realizarse para el modo de funcionamiento medio paso y
paso con las dos fases excitadas.
B.- REPETIBILIDAD
Consiste en realizar repetidas veces un movimiento de gran longitud (gran
número de pasos) desde una misma posición inicial y comprobar que se alcanza siempre
la misma posición final, por ejemplo 40 pasos (para este experimento se aconseja utilizar
un PLD o un microcontrolador para generar la señal de consigna, si bien puede realizar
introducción las señales de control manualmente).
Deberá de realizarse el experimento para el modo de medio paso y de paso
completo con excitación de una y de las dos fases.
C.- FRECUENCIA MAXIMA DE TRABAJO
La velocidad de giro de un motor paso a paso viene dada por la frecuencia de las
señales de fase, que a su vez es función de la frecuencia de la señal de reloj aplicada a la
entrada CLOCK del L297.
La velocidad máxima de giro está limitada por las características electromecánicas del
motor. Los fenómenos de resonancia dependen del modo de funcionamiento.
c.1.- Mediante el uso del generador de funciones (salida TTL), ir aumentando la
velocidad de giro del motor hasta que se produzcan pérdidas de paso y vibraciones
mecánicas (fenómenos de resonancia mecánica) que indiquen el mal funcionamiento
(comprueba este fenómeno con los distintos modos de funcionamiento del motor: medio
paso y paso completo.
c.2.- Anota la velocidad aproximada a la que se producen estos fenómenos.
c.3.- Encuentra la velocidad máxima de giro cuando la tensión de referencia es
de 0.8V y para diferentes modos de funcionamiento.
D.- DETERMINACION DE LA CARGA ÚTIL
La carga útil a desplazar se determina aumentando progresivamente un lastre (par
exterior) hasta que el motor deje de girar.
El Experimento se deberá de realizar para varias frecuencias de paso y en modo paso
completo para dos fases excitadas.
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6.0.- CONTROL DE VELOCIDAD
Como anteriormente se indicó, la gran ventaja de los motores paso a paso reside en
que el control puede realizarse en lazo abierto, con la suficiente precisión, lo cual
implica que los sistemas de control sean sencillos y económicamente interesantes por
no necesitar sensores de movimiento (por ejemplo encoders ópticos).
En esta práctica se desea controlar un motor paso a paso para que gire a una
velocidad de entre 20 y 60 rpm (está en función del grupo de trabajo en el laboratorio),
con las señales de consigna generadas manualmente (las del modo de
funcionamiento en medio paso o en paso completo con una o dos fases excitadas, se
fijará el modo de funcionamiento en modo medio paso, así como las del sentido de
giro)y con un generador de funciones (salida TTL) para la señal de entrada de reloj
CLOCK.
Antes de comenzar con el control de velocidad en lazo abierto debe detenerse en
cuenta que la velocidad angular del eje de un motor paso a paso depende de la
frecuencia que tengan las señales de fase que excitan a los devanados. En nuestro
caso en concreto, como se utiliza el circuito integrado L297 como generador de faces,
las frecuencias de las señales son generadas a partir de la frecuencia de la señal de
reloj aplicada a su entrada CLOCK.
Un motor paso a paso gira un paso en cada período de las señales de fase, por lo que
si la frecuencia de estas señales es f, el motor gira a una velocidad de f
pasos/segundo, bien entendido que el paso en grados depende del modo de
funcionamiento (medio paso o paso completo) y del número de pasos por vuelta que
tenga el motor (200 en nuestro caso).
Si llamamos n al número de pasos por vuelta, cada paso corresponde a 360/n grados
si el modo de funcionamiento es de paso completo (en nuestro caso 360/200=1.8°).
En el modo de funcionamiento en medio paso, el salto corresponderá a 360/(2n)
grados, en nuestro caso a 360/400=0.9°. Si el modo de funcionamiento fuera
micropaso, con m micropaso por paso, cada micropaso correspondería a 360/(n,m)
grados.
Si se desea que el motor gire a una velocidad de rpm, la frecuencia de las señales
de fase, o lo que es lo mismo, el número de saltos por segundo será:
(Vueltas/seg)=360 (°/seg)=) 360 /360 (saltos/seg)= (saltos/seg)
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Funcionamiento es en modo micropasos.
Consideremos el caso de que la frecuencia de giro del motor daba de ser de 60 rpm, y
que el modo de funcionamiento es de medio paso, es decir:
Como el motor que se utiliza en la práctica tiene 200 pasos por vuelta, o lo que es lo
mismo 400 medios pasos/360°, tendremos que la consigna de velocidad angular
deberá de ser:
Que corresponde a 400Hz
Contesta razonando a los siguientes apartados:
1.- Calcula la señal de consigna para conseguir la velocidad asignada a tu equipo.
2.- Justifica el valor utilizado para los resistores y el valor seleccionado de la
3.- Comprobar las formas de onda de las señales A, B, C y D (salidas del L297) para
los modos de funcionamiento: medio paso y paso completo con excitación de dos
devanados (normal drive) y paso completo con excitación de una sola fase (wave
drive). (IMPORTANTE: y frecuencia de conmutación de 20KHz)
4.- Comprobar y justificar el efecto de variar la frecuencia del oscilador de conmutación
(la frecuencia de conmutación se varea cuando sobre el potenciómetro de 220K).
(IMPORTANTE: ).-
5.- Comprobar y justificar el efecto de variar la tención (siempre por debajo de
1.5V). (IMPORTANTE: frecuencia de conmutación de 20KHz)
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7.0.- CONTROL DE POSICIÓN DE LAZO ABIERTO
Para poder abordar esta práctica se deberá a utilizar un microcontrolador.
En esta práctica se deberá girar el eje del motor paso a paso 4 vueltas y media hacia
la derecha, a partir de una posición inicial determinada y a una velocidad de 20 rpm
para los diferentes modos de funcionamiento: medio paso como paso completo con
una o dos fases excitadas (estas opciones serán seleccionables mediante dos
microinterruptores de entrada al microcontrolador). El control se realizara en lazo
abierto.
Como se determinó en el apartado 7 dedicada al control, de velocidad, la velocidad
angular del eje de un motor paso a paso, depende de la frecuencia de las señales de
fase que excitan a los devanados. Esta frecuencia se deducía de la expresión:
(saltos/seg)
Siendo m el número de micropasos que se realizan por paso, n el número de pasos
por vuelta y la velocidad angular en revoluciones por segundo.
En el control de posición hay que determinar, es decir, la señal de consigna, es el
número de saltos que ha de realizar el eje del motor para alcanzar la posición
deseada. Supóngase que se desea alcanzar una posición de g grados. La consigna
tendría que fijarse en el valor:
(g n)/360 pasos
Teniendo en cuenta que cada paso puede estar dividido en m micropasos, el número
de saltos N que debería dar para alcanzar la posición deseada sería de:
N= (g n m)/360 saltos
Debido a que la posición del eje efectúa saltos discretos, la resolución R que podría
alcanzarse en la posición es:
R=360/(n m) °/salto
Es decir, el error máximo que podría cometerse en el caso peor sería de:
á
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Para poder visualizar fácilmente el ángulo que gira el eje del motor se recomienda
poner algún índice o fijar una marca de cualquier tipo en el eje.
Obtengamos la señal de consigna (el número de saltos) para el supuesto de que se
desee que el motor gire tres vueltas y media en un determinado sentido de giro y en el
modo de funcionamiento en medio paso. Como el motor con el que estamos
trabajando es de 200 pasos/vuelta, el número de medios pasos que corresponden a
3.5 vueltas es de:
200 (pasos/vueltas) 3.5 vueltas=700 pasos=1400 medios pasos
La resolución es grados del motor depende del modo de funcionamiento. En el caso
de funcionamiento en paso completo sería de
R=360°/200=1.8°/paso
El error máximo de posición que podría cometerse sería entonces de 1.8°.
En el caso de funcionamiento en modo medio paso, la resolución sería de 0.9° y el
error máximo de 0.9°/paso.
Supongamos además que se desea también que la velocidad sea de 20 rpm, con lo
que la frecuencia de reloj sería de:
30rpm = 30(vueltas/minuto) (1/60) = 0.5 vueltas/seg=0.5 400(medios
pasos/vueltas)=200Hz
Comprueba que el motor gira 4.5 vueltas en el sentido adecuado en los diferentes
modos de funcionamiento.
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PROTOCOLO DE PRÁCTICAS DE INTEGRACIÓN DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
1.-DATOS GENERALES
1.- Ciclo Escolar:_________ 2.- Institución: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC
3.- Asignatura: Integración de Sistemas Automáticos 4.- Clave: ACB – 0808
5.- Profesor titular:__________________________
6.- Laboratorista:____________________________
7.- Grupo:_________8.- Horario del laboratorio: _______________hrs
9.- Practica No._2_ 10.- Unidad: _1_ 11.- Temática: Servomecanismos.
12.- Nombre de la práctica: Funcionamiento de un servomotor.
13.- Número de sesiones que se utilizaran para esta práctica:_5_
2.- EQUIPO # ___________
INTEGRANTES
1.-
2.-
3.-
4.-
5.-
Coordinador:
Apellido Paterno Apellido Materno Nombre(s)
3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Determinar la precisión de posicionamiento alcanzada por un servomotor.
4.- MARCO TEÓRICO
El estudiante investigará la teoría del funcionamiento del servomotor.
5.- OBJETIVO
Diseñar y construir los círculos necesarios para obtener la precisión de posicionamiento de un servomotor.
6.- ACTIVIDAD
Diseña los circuitos de control necesarios para operar un servomotor.
7.- PLAN DE TRABAJO
Con la información presentada el estudiante elaborara un plan de trabajo para concluir satisfactoriamente en el
tiempo previsto la práctica.
8.- DESARROLLO
A partir del plan de trabajo el estudiante desarrollará la práctica y presentará un reporte de resultados.
9.- MATERIAL Y EQUIPO
Equipo básico de laboratorio, grabador de PIC’s, materiales: los requeridos por los estudiantes de acuerdo a su
diseño.
10.- CONCLUSIONES
El estudiante concluirá de acuerdo a resultados obtenidos
11.- BIBLIOGRAFIA
La consultada por los estudiantes.
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PRÁCTICA 2
FUNCIONAMIENTO DE SERVOMOTOR
1.0- OBJETIVOS Desarrollar el tema del diseño de reguladores PID en un marco de simulación de
aplicación práctica.
Mostrar la necesidad de realizar la simulación del regulador diseñado como fase previa al
experimento real.
Controlar en simulación tanto en posición como en velocidad un servomotor
convenientemente identificado para la posterior implementación practica de dicho sistema
de control.
2.0- INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA En la presente práctica se pretende realizar el control en simulación de un servomotor real
mediante el uso de reguladores PID. La simulación se realizar en el entorno de
Matlab/Simulink. Para ello, de lo único que se debe disponer es de la función de
transferencia del sistema del sistema a regular, en este caso el servomotor. Obviamente
es deseable haber realizado la correspondiente práctica de identificación del servomotor
ya que aunque todos son iguales, la función de transferencia puede variar de unos otros
en virtud de una serie de circunferencias. En cualquier caso, si no se ha identificado el
sistema, una función de transferencia prácticamente válida para todos los servos es la
siguiente:
Donde (s) denota la posición angular del eje del servomotor y U(s) la entrada de control
aplicada al mismo (tensión). Por tanto, la anterior función de transferencia proporciona la
relación entre la velocidad angular del eje del servomotor respecto a su entrada de
control. Como se ha comentado, lo que se pretende es controlar dicho servomotor, es
decir, que la salida de éste cumpla una determinadas especificaciones tanto dinámicas
como estáticas. Para ello utilizaremos un esquema de control con realimentación negativa
como el que se propone en la figura 6:
Figura 6 Esquema de control con retroalimentación negativa
19
Donde R(s) denota la referencia que deseamos que siga la salida del sistema, E(s) es el
error entre la salida del sistema y la referencia, U(s) la entrada de control al servomotor, e
Y(s) la señal de salida del servomotor. Por otra parte, G(s) es la función de transferencia
del servomotor (que si utilizamos la propuesta anteriormente, provoca que la salida sea la
velocidad del eje), H(s) es la función de transferencia del sensor (que en este caso
suponemos la unidad), y GR(s) la función de transferencia del regulador calculado.
3.0.-SERVOMOTOR
3.1 Introducción Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este
puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con
tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el servo mantendrá la
posición angular del engranaje. Cuando la señal codificada cambia, la posición angular de
los engranes cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control
como el movimiento de palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan
en radio control, títeres, y por supuesto, en robots.
El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro (una resistencia
variable) esta es conectada al eje central del servo motor. Si el eje esta en el ángulo
correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito checa que el ángulo no es el
correcto, el motor girara en la dirección adecuada hasta llegar al ángulo correcto. El eje
del servo es capaz de llegar alrededor de los 180°. Normalmente, en algunos llega a los
210°, pero varía según el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un
movimiento angular de entre 0 y 180°. Un servo normal no es mecánicamente capaz de
retornar a su lugar, si hay un mayor peso que el sugerido por las especificaciones del
fabricante.
4.0 REALIZACIÓN EN EL LABORATORIO El control del servo motor se realizar tanto en velocidad como en posición (debiendo hallar
posteriormente la función de transferencia que nos proporciona la relación (s)/U(s)).
Analicemos cada una de estas tareas.
CONTROL EN VELOCIDAD Lo que pretende en este caso es controlar la velocidad angular del eje servomotor, es
decir, que la velocidad del eje siga una determinada referencia. Para ello las tareas a
realizar son:
a) Construir el esquema Simulink para simular el comportamiento del sistema en bucle
abierto, observando que se verifiquen las propiedades tanto dinámicas como estáticas
que se desprenden del análisis de su función de transferencia en bucle abierto (ganancia
en régimen permanente, valor final, constante de tiempo y tiempo de establecimiento).
Para realizar esta simulación y todas las siguientes se utilizaron los siguientes
parámetros:
20
Entrada al sistema: escalón unitario
Tiempo de simulación: 2 segundos
Max. step size y Min. step size de 0.01
Las señales a almacenar (visualizar) deben ser la de la salida del sistema y la de control
proporcionada.
b) Construir el esquema Simulink que simule el comportamiento del sistema en bucle
cerrado realimentado negativa y unitariamente. Comprobar, al igual que en el punto
anterior, que la respuesta obtenida cumple las propiedades tanto dinámicas como
estáticas que se desprenden del análisis de la función de transferencia en bucle cerrado.
En vista de los resultados obtenidos:
¿Son aceptables las prestaciones dinámicas que se obtienen en bucle cerrado?
¿Existe error en régimen permanente?
Si existe, ¿a que puede ser debido?
Si existe, obtener la constante de error Kp y el error de posición ep contrastando los
resultados con la respuesta obtenida en simulación.
c) Suponiendo que las prestaciones dinámicas sean aceptables, y en el caso de que exista
error en régimen permanente, es necesario diseñar un regulador que elimine dicho error
sin modificar las prestaciones dinámicas. Para ello se pide:
Diseñar el regulador más simple que elimine el error en régimen permanente.
¿Qué tipo de inconvenientes presenta el regulador diseñado?
Simular el sistema en bucle cerrado incluyendo el regulador diseñado y comentar la
respuesta obtenida. ¿Es la que se esperaba?
Diseñar un regulador en forma que el error en régimen permanente sea inferior o igual al
5% (ep 5%).
¿Cuál de los dos reguladores funciona mejor? Justifica la respuesta
CONTROL EN POSICIÓN En este caso se trata de realizar el control del eje del servomotor en posición, es decir,
que dicho eje se sitúe en una determinada posición dada por la señal de referencia R(s).
En este caso, las tareas a realizar son:
a) Obtener la función de transferencia G(s) = (s) / U(s)
b) En vista de la función de transferencia obtenida, ¿presentara el sistema error en régimen
permanente? Justifica la respuesta.
c) Simular mediante el esquema Simulink correspondiente la evolución de la respuesta del
sistema en bucle cerrado.
¿Presenta la salida error en régimen permanente?
21
Calcular el tiempo de establecimiento. ¿Son aceptables las prestaciones dinámicas en
este caso?
d) Asumiendo que las prestaciones dinámicas no son aceptables, calcular el regulador
necesario que aporte las siguientes presentaciones a la salida:
Tiempo de establecimiento menor o igual a 0.2 segundos (te 0.2 seg)
Sobre oscilación máxima menor o igual al 20% ( )
e) Simular el sistema en bucle cerrado con el regulador obtenido en el punto anterior y
presentar la señal de salida y la acción de control. A la vista de los resultados:
¿Cumple la respuesta a las especificaciones dinámicas propuestas?
Sabiendo que el actuador del servo motor solo acepta tensiones entre -10 y 10 voltios,
¿Se obtiene una buena acción de control?
f) Suponiendo que la acción de control obtenida no es buena, se tendría que diseñar un
regulador que proporcione acciones de control más reducidas. Para ello se deben
proponer unas especificaciones dinámicas más suaves.
Se pide diseñar un regulador para unas especificaciones dinámicas menos exigentes (por
ejemplo te 0.5 seg. y 0.5).
Una vez realizada la simulación con este ultimo regulador y a la vista de los resultados:
¿Se obtiene una acción de control aceptable?
En el caso de que no sea así, y para comprobar el comportamiento real del sistema ante
una acción de control de esa magnitud, se debe introducir un bloque que sature a la
entrada del servomotor (normalmente los actuadores llevan un mecanismo de protección
que consiste en saturar la señal de entrada al máximo y mínimo permitido por el sistema,
en este caso, la acción de control se saturaría entre -10 y 10 voltios).
Una vez simulado el sistema con la entrada saturada, se debe visualizar la respuesta del
sistema y la acción de control saturada. ¿Se obtienen resultados aceptables?
22
PROTOCOLO DE PRÁCTICAS DE INTEGRACIÓN DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
1.-DATOS GENERALES
1.- Ciclo Escolar:_________ 2.- Institución: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC
3.- Asignatura: Integración de Sistemas Automáticos 4.- Clave: ACB – 0808
5.- Profesor titular:__________________________
6.- Laboratorista:____________________________
7.- Grupo:_________8.- Horario del laboratorio: _______________hrs
9.- Practica No._1_ 10.- Unidad: _2_ 11.- Temática: Software para el monitoreo de procesos.
12.- Nombre de la práctica: Adquisición de datos para el monitoreo de temperatura.
13.- Número de sesiones que se utilizaran para esta práctica:_5_
2.- EQUIPO # ___________
INTEGRANTES
1.-
2.-
3.-
4.-
5.-
Coordinador:
Apellido Paterno Apellido Materno Nombre(s)
3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Monitorear los cambios de temperatura a través de una computadora personal.
4.- MARCO TEÓRICO
El estudiante investigará la teoría del funcionamiento de los sensores de temperatura, protocolos de comunicación de la
PC, y el uso de Matlab para la adquisición de datos.
5.- OBJETIVO
Diseñar y construir los círculos necesarios para obtener la temperatura y mostrarla en una computadora.
6.- ACTIVIDAD
Diseña los circuitos de medición de temperatura, conversión analógica digital, interfaz de comunicación, desarrollar el
software de monitoreo.
7.- PLAN DE TRABAJO
Con la información presentada el estudiante elaborara un plan de trabajo para concluir satisfactoriamente en el tiempo
previsto la práctica.
8.- DESARROLLO
A partir del plan de trabajo el estudiante desarrollará la práctica y presentará unreporte de resultados.
9.- MATERIAL Y EQUIPO
Equipo básico de laboratorio, grabador de PIC’s, materiales: los requeridos por los estudiantes de acuerdo a su diseño.
10.- CONCLUSIONES
El estudiante concluirá de acuerdo a resultados obtenidos
11.- BIBLIOGRAFIA
La consultada por los estudiantes.
23
PRÁCTICA 3
ADQUISICIÓN DE DATOS PARA EL MONITOREO DE TEMPERATURA
1.0- OBJETIVOS
El objetivo de la práctica es el de diseñar e implementar un sistema de monitoreo de
temperatura que permita al estudiante verificar en tiempo real y en un determinado
periodo de tiempo la evolución de un prueba de temperatura.
2.0 INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA
Par el desarrollo de la aplicación de monitoreo se utilizaran los lenguajes de programación
C# en conjunto con las herramientas de MATLAB (GUI). Estos lenguajes permiten
desarrollar aplicaciones de medición y automatización de forma visual de manera rápida y
sencilla, esto gracias a la gran variedad de elementos y componentes disponibles.
Este sistema les permite a estudiantes obtener información de manera rápida y sencilla,
sobre el estado de las pruebas de temperatura que se estén desarrollando.
3.0.-SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS
3.1 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS
Como es bien sabido la adquisición de datos es el proceso de obtener información de
manera automatizada por medio de dispositivos capaces de adquirir señales de tipo
analógicas y digitales de manera que puedan ser procesadas por una computadora.
Un sistema de adquisición de datos está definido como una combinación de hardware y
software la cual permite el adquirir, procesar y representar de manera simple la
información.
Los sistemas de adquisición de datos permiten desarrollar controles eficaces para realizar
muestreos de variables físicas como temperatura, humedad, presión, fuerza, entre otras.
Estos datos posteriormente pueden ser analizados, tratados y almacenados con el
propósito de hacer una representación clara de la evolución de un proceso.
Los datos o variables que se capturan durante un proceso de prueba, son analógicos o
digitales, pero su almacenamiento, tratamiento y análisis pueden ser más eficaces si se
maneja de forma digital. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la
eferencia.7 se muestra de manera general los componentes de un sistema de
adquisición de datos.
24
Figura 7. Componentes de un sistema de adquisición de datos
De acuerdo a la figura 7, un sistema de adquisición de datos básicamente está compuesto
por los siguientes elementos:
Sensores y transductores de señal
Tarjeta de adquisición de datos
Bus de datos
Software para el desarrollo de la aplicación
4.0.- REALIZACIÓN EN EL LABORATORIO
Basado en el planteamiento del problema, se describen algunos requerimientos
necesarios para el desarrollo del sistema de adquisición de datos de temperatura:
Desarrollo de una aplicación GUI, que garantice que solo personal autorizado puede tener
acceso a los datos mediante la autenticación del usuario.
Un sistema que permita conocer el desarrollo de la prueba en tiempo real. Esto mediante
una grafica “X” y ”Y” en la cual se presenta la temperatura con respecto al tiempo
transcurrido, tanto para la aplicación local como en la aplicación GUI.
El sistema le permitirá al estudiante o cualquier otro interesado buscar el historial de las
pruebas en dichas aplicaciones bajo determinados parámetros establecidos.
El sistema deberá establecer comunicación con la tarjeta de adquisición de datos para
poder obtener la temperatura del sensor.
El sistema registrara en la base de datos la temperatura obtenida a cada minuto.
El sistema deberá actualizar las lecturas mostradas en la grafica con respecto a la última
temperatura.
25
PROTOCOLO DE PRÁCTICAS DE INTEGRACIÓN DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
1.-DATOS GENERALES
1.- Ciclo Escolar:_________ 2.- Institución: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC
3.- Asignatura: Integración de Sistemas Automáticos 4.- Clave: ACB – 0808
5.- Profesor titular:__________________________
6.- Laboratorista:____________________________
7.- Grupo:_________8.- Horario del laboratorio: _______________hrs
9.- Practica No._1_ 10.- Unidad: _3_ 11.- Temática: Software de monitoreo de procesos.
12.- Nombre de la práctica: Adquisición y manipulación de datos de un PLC desde un HMI.
13.- Número de sesiones que se utilizaran para esta práctica:_7_
2.- EQUIPO # ___________
INTEGRANTES
1.-
2.-
3.-
4.-
5.-
Coordinador:
Apellido Paterno Apellido Materno Nombre(s)
3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Monitorear y manipular los datos de un PLC desde un HMI.
4.- MARCO TEÓRICO
El estudiante investigará la teoría del funcionamiento de los sensores de temperatura, protocolos de comunicación de la
PC, y el uso de Matlab para la adquisición de datos.
5.- OBJETIVO
Realizar la programación necesaria para comunicar un PLC con un HMI.
6.- ACTIVIDAD
Diseña las pantallas necesarias para monitorear y controlar en PLC.
7.- PLAN DE TRABAJO
Con la información presentada el estudiante elaborara un plan de trabajo para concluir satisfactoriamente en el tiempo
previsto la práctica.
8.- DESARROLLO
A partir del plan de trabajo el estudiante desarrollará la práctica y presentará unreporte de resultados.
9.- MATERIAL Y EQUIPO
Equipo básico de laboratorio, grabador de PIC’s, materiales: los requeridos por los estudiantes de acuerdo a su diseño.
10.- CONCLUSIONES
El estudiante concluirá de acuerdo a resultados obtenidos
11.- BIBLIOGRAFIA
La consultada por los estudiantes.
26
PRÁCTICA 4
ADQUISICIÓN Y MANIPULACIÓN DE DATOS DE UN PLC DESDE UN HMI
1.0- OBJETIVOS El objetivo de la práctica es el de diseñar e implementar un sistema de monitoreo de un
PLC que permita al estudiante verificar en tiempo real y en un determinado periodo de
tiempo la evolución de un proceso realizado por el PLC.
2.0.-INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA Para el desarrollo de la aplicación de monitoreo se utilizaran los lenguajes de
programación PROTOOL. Este lenguaje permite desarrollar aplicaciones de medición de
forma visual de manera rápida y sencilla, esto gracias a la gran variedad de elementos y
componentes disponibles.
Este sistema le permite a estudiante obtener información de manera rápida y sencilla,
sobre el estado del proceso que se esté desarrollando.
3.0.-SISTEMAS HMI (Interfaz Hombre-Máquina)
Definición Es una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre PC
(Computadores) en el control de producción, proporcionando comunicación con los
dispositivos de campo (controladores autónomos) y controlando el proceso de forma
automática desde la pantalla del PC. También provee de toda la información que se
genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros
usuarios supervisores dentro de la empresa (supervisión, control calidad, control de
producción, almacenamiento de datos, etc.).
Lazo abierto y cerrado Existen dos tipos de sistemas principalmente. Los no realimentados o de lazo abierto y los
realimentados o de lazo cerrado.
Los sistemas de control realimentado se llaman de lazo cerrado. El lazo cerrado funciona
de tal manera que hace que el sistema se realimente, la salida vuelve al principio para
que analice la diferencia y en una segunda opción ajuste mas, así hasta que el error es 0.
Cualquier concepto básico que tenga como naturaleza una cantidad controlada como por
ejemplo temperatura, velocidad, presión, caudal, fuerza, posición, etc. Son parámetros de
control de lazo cerrado. Los sistemas de lazo abierto no se comparan a la variable
controlada con una entrada de referencia. Cada ajuste de entrada determina una posición
de funcionamiento fijo en los elementos de control.
La realimentación es un mecanismo, un proceso cuya señal se mueve dentro de un
27
sistema, y vuelve al principio de este sistema ella misma como un bucle. Este bucle se
llama “bucle realimentación”. En un sistema de control, este tiene entradas y salidas del
sistema; cuando parte de la señal de salida del sistema, vuelve de nuevo al sistema como
parte de su entrada, a esto se le llama “realimentación” o retroalimentación.
La realimentación y la autorregulación están íntimamente relacionadas. La realimentación
negativa, que es la más común, ayuda a mantener estabilidad de un sistema a pesar de
los cambios externos.
Este esquema es un ejemplo de la aplicación del sistema SCADA en áreas industriales.
Estas áreas pueden ser:
Monitorizar procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de suministro de agua,
para controlar generación y distribución de energía eléctrica, de gas o en oleoductos y
otros procesos de distribución.
Gestión de la producción (facilita la programación de la fabricación).
Mantenimiento (proporciona magnitudes de interés tales para evaluar y determinar modos
de fallo).
Control de calidad (proporciona de manera automatizada los datos necesarios para
calcular índices de estabilidad de la producción)
Administración (actualmente pueden enlazarse estos datos del SCADA con un servidor
ERP (Enterprise Resource Planing) o sistema de planificación de recursos empresariales,
e integrarse como un modulo mas).
Tratamiento histórico de información (Mediante su incorporación en bases de datos).
Interfaz Humano-Maquina
Una interfaz hombre-máquina o HMI (“Human Machine Inferface”) es el aparato que
presenta los datos a un operador (Humano) y a través del cual este controla el proceso.
Los sistemas HMI podemos pensarlos como una “ventana de un proceso”. Esta ventana
28
puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en un PC. Los
sistemas HMI en PC se les conoce también como software HMI o de monitorización y
control de supervisión. Las señales del proceso son conducidas al HMI por medio de
dispositivos como tarjetas de entrada/salida en el PC, PLC’s (Controladores Lógicos
Programables), PAC’s (Controlador de Automatización Programable), RTU (Unidades
Remotas de I/O) o DRIVE’s (Variadores de Velocidad de Motores). Todos estos
dispositivos deben tener una comunicación que entienda el HMI.
La industria de HMI nació esencialmente de la necesidad de estandarizar la manera de
monitorizar y de controlar múltiples sistemas remotos, PLC’s y otros mecanismos de
control. Aunque un PLC realiza automáticamente un control pre-programado sobre un
proceso, normalmente se distribuye a lo largo de toda la planta, haciendo difícil recoger
los datos de manera manual, los sistemas SCADA lo hacen de manera automática.
Históricamente los PLC no tienen una manera estándar de presentar la información al
operador. La obtención de los datos por el sistema SCADA parte desde el PLC o desde
otros controladores y se realiza por medio de algún tipo de red, posteriormente esta
información es combinada y formateada. Un HMI puede tener también vínculos con una
base de datos para proporcionar las tendencias, los datos de diagnostico y manejo de la
información así como un cronograma de procedimientos de mantenimiento, información
logística, esquemas detallados para un sensor o maquina en particular, incluso sistemas
expertos con guía de resolución de problemas. Desde cerca de 1998, virtualmente todos
los productores principales de PLC ofrecen integración con sistemas HMI/SCADA, mucho
de ellos usan protocolos de comunicaciones abiertos y no propietarios. Numerosos
paquetes de HMI/SCADA de terceros ofrecen compatibilidad incorporada con la mayoría
de PLC’s, incluyendo la entrada al mercado de ingenieros mecánicos, eléctricos y
técnicos para configurar estas interfaces por si mismos, sin la necesidad de un programa
hecho a mediad escrito por un desarrollador de software.
SCADA es popular debido a esta compatibilidad y seguridad. Esta se usa desde
aplicaciones pequeñas, como controladores de temperatura en un espacio, hasta
aplicaciones muy grandes como el control de platas nucleares.
4.0.- REALIZACIÓN EN EL LABORATORIO Basado en el planteamiento del problema, se describen algunos requerimientos
necesarios para el desarrollo del sistema HMI:
Desarrollo de una aplicación PROTOOL, que garantice que solo personal autorizado
puede tener acceso a los datos mediante la autenticación del usuario.
Un sistema que permita conocer el desarrollo del proceso en tiempo real. Esto mediante
el uso adecuado de las herramientas de PROTOOL
El sistema le permitirá al estudiante o cualquier otro interesado buscar el historial de los
estados del proceso en determinados parámetros establecidos.
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PROTOCOLO DE PRÁCTICAS DE INTGERACIÓN DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
1.-DATOS GENERALES
1.- Ciclo Escolar:_________ 2.- Institución: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC
3.- Asignatura: Integración de Sistemas Automáticos 4.- Clave: ACB – 0808
5.- Profesor titular:__________________________
6.- Laboratorista:____________________________
7.- Grupo:_________8.- Horario del laboratorio: _______________hrs
9.- Practica No._1_ 10.- Unidad: _4_ 11.- Temática: Abierta.
12.- Nombre de la práctica: Proyecto de semestre.
13.- Número de sesiones que se utilizaran para esta práctica:_10_
Nota: El desarrollo del proyecto se deberá establecer a lo largo del semestre.
2.- EQUIPO # ___________
INTEGRANTES
1.-
2.-
3.-
4.-
5.-
Coordinador:
Apellido Paterno Apellido Materno Nombre(s)
3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Determinar una problemática real.
4.- MARCO TEÓRICO
El estudiante investigará la información necesaria acorde al tema elegido para su proyecto.
5.- OBJETIVO
Resolver la problemática dada.
6.- ACTIVIDAD
Desarrollar los circuitos y programación necesarios para cumplir con el objetivo planteado.
7.- PLAN DE TRABAJO
Con la información presentada el estudiante elaborara un plan de trabajo para concluir satisfactoriamente en el tiempo
previsto el proyecto.
8.- DESARROLLO
A partir del plan de trabajo el estudiante desarrollará la práctica y presentará unreporte de resultados.
9.- MATERIAL Y EQUIPO
Los requeridos por los estudiantes de acuerdo a su diseño.
10.- CONCLUSIONES
El estudiante concluirá de acuerdo a resultados obtenidos
11.- BIBLIOGRAFIA
La consultada por los estudiantes.