• Author / Uploaded
• Elsy Hp

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

TEMA: SISTEMA DE CONTROL DE LLENADO DE TANQUE POR RECICLADO DE AGUA EN DOMICILIO DOCENTE: ING.

INTEGRANTES:

2018

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

Contendo INTRODUCCION ............................................................................................................ 4 CAPITULO I .................................................................................................................... 5 DEFINICIÓN DEL PROYECTO ..................................................................................... 5 JUSTIFICACION ......................................................................................................... 5 OBJETIVOS ................................................................................................................. 5 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 5 OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................... 5 MARCO TEORICO ...................................................................................................... 6 DESCRIPCION DE LOS VIDEOS CONSIDERADOS PARA ESTE PROYECTO .. 6 CAPITULO II ................................................................................................................... 7 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO .................................................................................... 7 DIAGRAMA DE BLOQUE ......................................................................................... 7 DIAGRAMA DE OPERACIONES (DOP) .................................................................. 7 CAPITULO III .................................................................................................................. 8 ANÁLISIS Y DISEÑO CONCEPTUAL DEL SISTEMA DE LLENADO DE TANQUE POR RECICLADO DE AGUA ................................................................................................. 8 PRE-LAZO DE PROCESO .......................................................................................... 8 DIAGRAMA DE BLOQUES ................................................................................... 8 P&ID.......................................................................................................................... 8 LAZO PRINCIPAL DEL PROCESO ........................................................................... 9 DIAGRAMA DE BLOQUES ................................................................................... 9 P&ID.......................................................................................................................... 9 POST-LAZO DEL PROCESO ................................................................................... 10 P&ID........................................................................................................................ 11 CAPITULO IV ............................................................................................................... 12 ANÁLISIS Y DISEÑO DETALLADO ......................................................................... 12 CAPITULO V ................................................................................................................. 13 PROGRAMACIÓN Y USO DE TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS ARDUINO .................................................................................................................................................. 14

2

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL CAPITULO VI ............................................................................................................... 22 PRUEBAS EN PROTOBOARD .................................................................................... 22 CAPITULO VII .............................................................................................................. 24 CONSTRUCCIÓN DEL CIRCUITO IMPRESO ADICIONAL AL ARDUINO ........ 25 CAPITULO VIII ............................................................................................................. 28 SUPERVISIÓN, COMUNICACIÓN Y HMI ................................................................ 28 CAPITULO IX ............................................................................................................... 31 PUESTA EN MARCHA ................................................................................................ 31 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 36 RECOMENDACIONES ............................................................................................. 36 REFERENCIAS .......................................................................................................... 37 ANEXOS..................................................................................................................... 37

3

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

INTRODUCCION Es de vital importancia y necesario empezar a desarrollar sistemas o dispositivos que permitan preservar el agua, teniendo en cuenta que aun con el avance tecnológico que se tiene en estos días, todavía hay población que no puede acceder al servicio de agua potable en el lugar donde viven, y personas que por el contrario lo tienen y desperdician este líquido vital en grandes cantidades, por esto es tan importante concientizarse ya que el agua es un recurso no renovable, y por ende se debe comenzar a hacer un uso eficiente de esta para lograr un equilibrio entre el gasto y lo que realmente se necesita consumir. Con este trabajo se pretende presentar una alternativa de diseño para un sistema de reciclaje de aguas grises en el hogar, lo cual conduce a un ahorro significativo de agua potable, partiendo del hecho de captación de aguas grises, aguas que están levemente contaminadas para reciclarlas, teniendo en cuenta que esta es una gran alternativa para el manejo de este tipo de aguas ya que permiten el uso de tecnologías no tan costosas para su tratamiento. El presente trabajo tiene por objetivo diseñar y construir un prototipo para realizar el control de nivel de agua tanto de manera analógica como digital, orientado a su utilización en prácticas de control automático sobre un prototipo a escala que representa un sistema real. Se busca producir un equipo de laboratorio de fácil manejo y mantenimiento; y, que permita entender de manera conveniente los problemas de control de nivel de agua. El equipo didáctico a construir permitirá realizar un estudio práctico de las diferentes técnicas de control aplicadas a un sistema real. El equipo en sí, consta de un prototipo de nivel de agua que está formada por un tanque acoplado, y un módulo de control principal dividido en dos submódulos, analógico y digital. Para realizar el control digital del prototipo se requiere de un sistema de adquisición de datos y de un computador que deben ser conectados al módulo principal de control.

4

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

CAPITULO I DEFINICIÓN DEL PROYECTO JUSTIFICACION El agua es uno de los recursos más preciados. Reciclar el agua que se usa no sólo es ecológico, también asegura una mayor autonomía en el caso de llegar a existir escasez de este valioso líquido. Debido a la escasez de agua, la sociedad está tomando conciencia de la importancia de reciclar el agua que se consume. Se podrían ahorrar una cantidad considerable de litros de agua al año por familia con un sistema de tratamiento de aguas grises, donde su función será limpiar el agua del aseo personal (lavado, ducha, baño) haciéndola útil para otros usos con agua no potable: lavar el jardín, la cisterna, vaciar el inodoro, en definitiva, para aquellos usos no potables. Se trata de un sistema electro-mecánico, que tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real sobre los elementos que realizan el reciclaje de aguas grises. El presente proyecto se realiza con el fin de hacer que el reciclar el agua usada sea una de las mejores opciones para reducir costos en el hogar, y sobre todo, para tener un consumo sostenible del agua, y hacer un uso eficiente de esta. El agua es un recurso escaso, vital para el ser humano. Cualquier acción que esté a nuestro alcance para poder reducir el consumo de tan preciado elemento, quedará sobradamente justificada. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseño y simulación de un sistema para reciclaje de aguas grises en el hogar OBJETIVOS ESPECIFICOS  Ubicar los puntos de captación de aguas grises en el hogar.  Diseñar un sistema de llenado de tanque a partir de la detección de sensores.  Conocer que tipos de sensores serían los adecuados para ser usados en el control de agua.  Diseñar los esquemas mecánicos del sistema de reciclaje.  Diseñar el esquema de almacenamiento de aguas grises.

5

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL  Implementación de los esquemas mecánicos y de almacenamiento mediante software. MARCO TEORICO Este trabajo consiste en realizar y buscar la manera de controlar un nivel de un tanque que nos permita de forma automática llenarlo, es decir si es nivel de agua alto que baje y si es nivel de agua bajo que se llene pero este debe ser de forma automática ya que para las aplicaciones laborales un humano controlando esto no nos sería de gran ayuda y nos costaría mucho que más que usando la simplificación actual que tenemos con la tecnología de los micro controladores AVR. Los controladores de nivel son dispositivos cuya finalidad es la de obtener la garantía de mantener el nivel del líquido o fluido en un rango de variación establecido. Estos equipos son herramientas muy importantes en lo que son procesos de producción, almacenamiento (ya sea de algún tipo de líquido o de un sólido), etc. También se ha visto la necesidad de utilizarlos en automatización de procesos y es que proporcionan mayor precisión en la fabricación de piezas, llenado de envases y en nuestro caso controlar el nivel de un tanque de almacenamiento. Mantener controlado el nivel del líquido en los diferentes depósitos nos ayuda a obtener información del volumen del líquido, así como también el tiempo de llenado, un ejemplo de esto es el tanque de combustible de un vehículo. DESCRIPCION DE LOS VIDEOS CONSIDERADOS PARA ESTE PROYECTO

6

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

CAPITULO II DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DIAGRAMA DE BLOQUE

DIAGRAMA DE OPERACIONES (DOP) Agua Reciclable

1

Controlador (S.P)

1

Activador de Valvulas Drenaje por exceso

2

Llenado de tanque

2

Sensor de Nivel

3

Tratamiento

4

Uso

Agua en tanque listo para usarse en domicilio

7

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

CAPITULO III ANÁLISIS Y DISEÑO CONCEPTUAL DEL SISTEMA DE LLENADO DE TANQUE POR RECICLADO DE AGUA PRE-LAZO DE PROCESO DIAGRAMA DE BLOQUES

REJAS MECANIZADAS

CÁMARA DE REJAS

TAMIUZADO

DESAGUE DESACEITADO DE SUPERFICIE

MICROTAMIZADO

TANQUE

P&ID

8

MICROTAMIZADO

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL LAZO PRINCIPAL DEL PROCESO DIAGRAMA DE BLOQUES El diagrama de bloques presentado muestra el sistema de llenado de un tanque de almacenamiento de agua, preferiblemente para sistemas de llenado de tanques a nivel de edificios o centros comerciales, pero adaptable a una casa. El proceso inicia cuando el agua es suministrada por la empresa pública, la válvula electrónica instalada en la tubería previa al tanque de almacenamiento de agua puede ser accionada manual y remotamente desde un pc o controlador automático para permitir el paso de agua hacia el tanque. Si se desea utilizar la válvula manual se debe accionar una palanca ubicada en las válvulas que va a permitir abrir y cerrar dicha válvula para el flujo o no de agua, (es necesaria este cierre manual para proveer posibles fallas en el futuro). El control electrónico consiste en un programa previamente instalado en el pc donde existe la opción de abrir o cerrar, que según sea la señal digital de salida va a ser convertida a una señal análoga por medio de un conversor análogo digital que permitirá la acción de la válvula electrónica. En el llenado del tanque se controlará los niveles de agua, con un flotador, este avisara mediante una señal al computador, en qué nivel se encuentra el agua en el tanque, (se podrá diseñar para alertar al usuario si los niveles de agua son demasiados bajo, este nivel dependerá del usuario lo especifique en el diseño del controlador). Como también al estar lleno el tanque en el nivel deseado mandara una señal digital a pc, y esta a su vez a la válvula electrónica la cual cortara el flujo de agua al tanque. AUTOMATICO

TUBERÍA

VÁLVULA ELECTRONICA

SWITCH

TANQUE

MANUAL COMPUTADORA

P&ID

9

SENSOR DE NIVEL

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL POST-LAZO DEL PROCESO El proceso sigue una vez que el agua está en el tanque, y que el llenado se haya completado, el agua pasa por un filtro llamado jarra de aire, la cual elimina todo el aire que pueda tener el agua y la hace más fluida, después sigue su recorrido por la tubería y llega a un filtro la cual elimina el 99.9% de partículas de un tamaño menor a la mitad del grosor del cabello como puede ser arena, tierra o sedimentos con esto se protege los electrodomésticos, ropa, etc. Y finalmente es transportado por una bomba a las diferentes áreas del domicilio.

10

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL P&ID

te

11

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

CAPITULO IV ANÁLISIS Y DISEÑO DETALLADO Primero se realizó el lazo central este consistía en el llenado de tanque con agua atraves del control de un set point que contenía la información que es la cantidad de agua que será llenada en el tanque A medida que el tanque se llene dependiendo de la cantidad de agua el actuador se activara porque se habría llegado a la cantidad que el set point indica asi se regula la cantidad de agua para que esta no rebase Este proceso fue graficado en 3 diagramas 

DOP



P&ID



BLOQUES

Cada se encuentra con explicado en las hojas anteriores, se consideró cada uno de los procesos realizados para la ilustración de los diagramas además se tuvo en cuenta todos los implementos Luego de esto se buscó información para realizar el prototipo físico teniendo en cuenta que, materiales debía de usarse esto se explicara en los siguientes capítulos se ensamblo, se hizo un programa en el cual se decodificaba cada una de las funciones que cumplirían las herramientas, se hicieron pruebas antes con los materiales para ver si estos funcionaban correctamente, así como en el caso de sensor de ultrasonido ya que este medirá la distancia entre y gracias a esto se sabrá hasta que nivel se llenó el recipiente Luego de esto se hizo la prueba en Arduino se buscó en la barra de herramientas los dispositivos a usar se ensamblo y se compilo el código.

12

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL -para el caso del prelazo se tomo en cuenta la recolección del agua junto con su desinfección los procesos de tamizado pretamizado y también

CAPITULO V

13

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

PROGRAMACIÓN Y USO DE TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS ARDUINO RECONOCIMIENTO FÍSICO DEL ARDUINO ESPECIFICANDO SU ARQUITECTURA EN SUS PARTES INTERNAS 

Arduino

Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Está pensado para artistas, diseñadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos.

PARTES DEL ARDUINO Potencia - USB (1) / Conector de Adaptador (2)

14

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Cada placa Arduino necesita una forma de estar alimentado eléctricamente. Esta puede ser alimentado desde un cable USB que viene de su ordenador o un cable de corriente eléctrica con su respectivo adaptador. La conexión USB es también cómo va a cargar código en su placa Arduino. NO utilice una fuente de alimentación superior a 20 voltios, ya que se puede dañar la placa Arduino. La tensión recomendada para la mayoría de los modelos de Arduino es de entre 6 y 12 voltios. Pines (5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF) Los pines en la placa Arduino es donde se conectan los cables de un circuito. El Arduino tiene varios tipos diferentes de entradas, cada uno de las cuales está marcado en el tablero y utilizan para diferentes funciones: • GND (3): Abreviatura de "tierra" (en Ingles). Hay varios pines GND en el Arduino, cualquiera de los cuales pueden ser utilizados para conectar a tierra el circuito. • 5V (4) y 3.3V (5): Son los suministros pin 5V 5 voltios de energía, y los suministros de pin 3.3V 3.3 voltios de potencia. • Analógico (6): El área de pines en el marco del 'analógica' etiqueta (A0 a A5) son analógicas. Estos pines pueden leer la señal de un sensor analógico (como un sensor de temperatura) y convertirlo en un valor digital que podemos leer. • Digital (7): Son los pines digitales (del 0 al 13). Estos pines se pueden utilizar tanto para la entrada digital (como decir, si se oprime un botón) y salida digital (como encender un LED). • PWM (8): Usted puede haber notado la tilde (~) al lado de algunos de los pines digitales (3, 5, 6, 9, 10 y 11). Estos pines actúan como pines digitales normales, pero también se pueden usar para algo llamado Modulación por ancho de pulsos (PWM, por sus siglas en Ingles).

15

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL • AREF (9): Soportes de referencia analógica. La mayoría de las veces se puede dejar este pin solo. A veces se utiliza para establecer una tensión de referencia externa (entre 0 y 5 voltios) como el límite superior para los pines de entrada analógica. Botón de reinicio (10) Empujando este botón se conectará temporalmente el pin de reset a tierra y reinicie cualquier código que se carga en el Arduino. Esto puede ser muy útil si el código no se repite, pero quiere probarlo varias veces. Indicador LED de alimentación (11) Este LED debe encenderse cada vez que conecte la placa Arduino a una toma eléctrica. Si esta luz no se enciende, hay una buena probabilidad de que algo anda mal. LEDs RX TX (12) TX es la abreviatura de transmisión, RX es la abreviatura de recibir. Estas marcas aparecen un poco en la electrónica para indicar los pasadores responsables de la comunicación en serie. En nuestro caso, hay dos lugares en la Arduino UNO donde aparecen TX y RX - una vez por pines digitales 0 y 1, y por segunda vez junto a los indicadores LED de TX y RX (12). Estos LEDs nos darán algunas buenas indicaciones visuales siempre nuestro Arduino está recibiendo o transmitiendo datos (como cuando nos estamos cargando un nuevo programa en el tablero). Microcontrolador (13) Lo negro con todas las patas de metal es un circuito integrado (IC, por sus siglas en Ingles). Piense en ello como el cerebro de nuestro Arduino. La principal IC en el Arduino es ligeramente diferente del tipo de placa a placa tipo, pero es por lo general de la línea de ATmega de CI de la empresa ATMEL. Esto puede ser importante, ya que puede necesitar para saber el tipo de IC (junto con su tipo de tarjeta) antes de cargar un nuevo programa desde el software de Arduino. Esta información se puede encontrar en la escritura en la parte

16

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL superior de la IC. Si quieres saber más acerca de la diferencia entre diversos circuitos integrados, la lectura de las hojas de datos suele ser una buena idea. Regulador de Voltaje (14) Esto no es realmente algo que se puede (o debe) interactuar con el Arduino. Pero es potencialmente útil para saber que está ahí y para qué sirve. El regulador de voltaje hace exactamente lo que dice - que controla la cantidad de tensión que se deja en la placa Arduino. Piense en ello como una especie de guardián; se dará la espalda a una tensión adicional que podría dañar el circuito. Por supuesto, tiene sus límites, por lo que no conecta tu Arduino a nada superior a 20 voltios. 

Sensor ultrasonidos HC-SR04

El sensor HC-SR04 es un sensor de distancia de bajo costo que utiliza ultrasonido para determinar la distancia de un objeto en un rango de 2 a 450 cm. Destaca por su pequeño tamaño, bajo consumo energético, buena precisión y excelente precio. El sensor HC-SR04 es el más utilizado dentro de los sensores de tipo ultrasonido, principalmente por la cantidad de información y proyectos disponibles en la web. De igual forma es el más empleado en proyectos de robótica como robots laberinto o sumo, y en proyectos de automatización como sistemas de medición de nivel o distancia. 

Pantalla LCD 16×2

17

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

El LCD(Liquid Crystal Dysplay) o pantalla de cristal líquido es un dispositivo empleado para la visualización de contenidos o información de una forma gráfica, mediante caracteres, símbolos o pequeños dibujos dependiendo del modelo. Está gobernado por un microcontrolador el cual dirige todo su funcionamiento. 

Protoboard

La protoboard (breadboard en inglés) es una placa que posee unos orificios conectados eléctricamente entre sí siguiendo un patrón horizontal o vertical. Es empleada para realizar pruebas de circuitos electrónicos, insertando en ella componentes electrónicos y cables como puente. Es el boceto de un circuito electrónico donde se realizan las pruebas de funcionamiento necesarias antes de trasladarlo sobre un circuito impreso. Esta placa puede llamarse de varias formas, las más comunes son “protoboard“, “breadboard“, “placa

protoboard” o incluso “placa de pruebas“. 

Potenciómetro 10kΩ

18

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

Un potenciómetro de 10 kohm es uno de los dos usos que posee la resistencia o resistor variable mecánica (con cursor y de al menos tres terminales). Conectando los terminales extremos a la diferencia de potencial a regular (control de tensión), se obtiene entre el terminal central (cursor) y uno de los extremos una fracción de la diferencia de potencial total, se comporta como un divisor de tensión o voltaje.

Los potenciómetros limitan el paso de la corriente eléctrica (Intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual que en una resistencia, pero en este caso el valor de la corriente y la tensión en el potenciómetro las podemos variar solo con cambiar el valor de su resistencia. En una resistencia fija estos valores serían siempre los mismos. 

Resistencia 220Ω

Una resistencia es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor según la ley de Joule. También establece una relación de proporcionalidad entre la intensidad de corriente

que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos, relación conocida como ley de Ohm. En general, una resistencia podrá tener diferente comportamiento en función del tipo de

corriente que circule por ella.

19

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Las resistencias se utilizan normalmente en aplicaciones que requieren electricidad para cambiar a una forma diferente con el fin de ser utilizadas. Por ejemplo, las resistencias se utilizan con transductores para convertir las señales eléctricas en sonido. Sin embargo, las resistencias de potencia se utilizan con mayor frecuencia para regular la propia potencia y limitar la cantidad de energía que puede pasar en los circuitos digitales o en los pequeños motores para que la corriente no dañe los componentes eléctricos. 

Cables

Con este cable dupont hembra hembra 10cm realiza tus conexiones de forma más profesional, sin soldaduras, sin falsos contactos y sin desorden. Los cables vienen en un arnés de cable plano de 40 conductores, cada uno con su conector independiente. Puedes separarlos todos y utilizarlos de manera individual. Un cable dupont para prototipos, es un cable con un conector en cada punta, que se usa normalmente para interconectar entre sí los componentes en una placa de pruebas. Se utilizan de forma general para transferir señales eléctricas de cualquier parte de la placa de prototipos. Instrumentos A Utilizar

20

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

21

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL ESQUEMA DE CONEXIONES DE ENTRADA Y SALIDA

CAPITULO VI PRUEBAS EN PROTOBOARD Fotos del prototipo en PROTOBOARD. Para realizar la conexión de las partes, piezas y componentes en dispositivo de prueba físicamente, se procedió a lo siguiente: En primer paso se conecto el lcd, para ello fue necesario soldar pines en la pantalla ya que este no lo traía. Luego se instalo también un potenciómetro para poder controlar la luminosidad de la pantalla y fuera visible. Luego se conecto el sensor de ultrasonido para que

22

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL pueda controlar el nivel de agua. Y por ultimo se instaló la alarma en el cual utilizamos un buzzer pasivo, caracterizado por provocar melodías modificando su frecuencia.

23

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

CAPITULO VII

24

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

CONSTRUCCIÓN DEL CIRCUITO IMPRESO ADICIONAL AL ARDUINO Interruptor de nivel de agua líquido sensor de nivel automáticamente bombeo de drenaje Protección Control circuito

TARJETA COMPLEMENTARIA IDEAL Dispositivo encontrado en internet y se basa en las necesidades reales del bombeo de la mina de la planta familiar y en una cuidadosa investigación y desarrollo.El producto se basa en la detección del nivel de agua de la piscina (torre de agua) para controlar el relé de alta corriente para lograr el control del agua de bombeo. Con tamaño pequeño, cableado simple, bajo consumo de energía, gran capacidad de conmutación, fuerte antiinterferencias, características de alta estabilidad. Puede ser estable para lograr la piscina (torre de agua) cuando el agua abre automáticamente la bomba (válvula solenoide) bombeando agua, se detiene completamente cuando la bomba de agua (válvula solenoide). Nota: El producto no se merece la sonda, no es necesario comprar otra sonda, con el cable casero puede reemplazar la sonda, el hilo cortado alrededor de 2 cm, para que pueda estar directamente en el agua dentro del sensor desnudo. Tablero Pcb, tablero de grado militar, tamaño 4*7 cm. Solo placa PCB: solo placa de circuito PCB.

25

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

26

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL TARJETA COMPLEMENTARIA PROPUESTA Este automático no usa ningún tipo de flotante o sistema mecánico, solo hay que poner un cable tipo telefónico o de portero eléctrico (que se consigue en cualquier ferretería o negocio de electricidad) dentro del tanque y actúa como sensor en los niveles mínimo y máximo donde se quiere que la bomba arranque y se detenga siguiendo las indicaciones del instructivo que se entrega, lo más importante es que no llegan los 220 V al tanque por lo que es mas seguro. Funciona con 12 V para casas rodantes, motorhomes, o sistemas con energía solar Para motores de hasta 1/2 HP consultar por mas potencia. Se instala en el tablero y al tanque solo llegan los tres cables de control, también se puede usar con bombas trifásicas. Viene en 12V o 220 V (el precio de la publicación es por el de 12 V y para un motor de hasta 1/2 HP consulte por potencias mayores).Solo llega un cable tipo portero eléctrico al tanque con muy baja tensión por lo que brinda mucha mas seguridad y es mas económico.

27

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

CAPITULO VIII SUPERVISIÓN, COMUNICACIÓN Y HMI Los puertos serie son la forma principal de comunicar una placa Arduino con un ordenador. Gracias al puerto serie podemos, por ejemplo, mover el ratón o simular la escritura de un usuario en el teclado, enviar correos con alertas, controlar un robot realizando los cálculos en el ordenador, encender o apagar un dispositivo desde una página Web a través de Internet, o desde una aplicación móvil a través de Bluetooth. Existen un sin fin de posibilidades en las que se requiere el empleo del puerto serie. Por tanto el puerto serie es un componente fundamental de una gran cantidad de proyectos de Arduino, y es uno de los elementos básicos que debemos aprender para poder sacar todo el potencial de Arduino. Prácticamente todas las placas Arduino disponen al menos de una unidad UART. Las placas Arduino UNO y Mini Pro disponen de una unidad UART que operan a nivel TTL 0V / 5V, por lo que son directamente compatibles con la conexión USB. Por su parte, Arduino Mega y Arduino Due disponen de 4 unidades UART TTL 0V / 5V. Para realizar la conexión mediante puerto serie únicamente es necesario conectar nuestra placa Arduino empleando el mismo puerto que empleamos para programarlo. MEDIO FISICO

28

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PUERTO UTILIZADO UART-USB

HERRAMIENTA VIRTUAL: SOFTWARE ARDUINO Y JAVA

Se ha propuesto un diseño de un sistema de monitoreo del nivel de agua en los tanques elevados bajo coste y con comunicación vía mensaje de texto (SMS). Su desarrollo se ha basado en la plataforma de hardware libre Arduino, junto con recursos software de código de java, App Inventor2, Php, My Sql Server, lo que favorece la reducción de los costes. Inicialmente, se estudian los sensores y detectores actualmente disponibles en el mercado, y las posibilidades hardware ofrecidas por Arduino, para poder tomar una decisión adecuada a los objetivos de este trabajo. Para el desarrollo del Proyecto, se han implementado tres subsistemas de detección independientes con el objetivo de medir dos parámetros diferentes, la alarma correspondiente ante una situación de riesgo. También se crea una comunicación vía

29

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL mensaje de texto (SMS), a través de la cual se controla el nivel de los tanques elevados. Posteriormente, dichos subsistemas se han adaptado a un diseño conjunto, manteniendo la independencia de sus partes para la posible adaptación del detector a distintos parámetros de medida o para trabajar en otros entornos de operación sustituyendo los subsistemas.

30

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

CAPITULO IX PUESTA EN MARCHA

Calibrando el sensor de nivel de agua con Arduino Ha llegado la hora de empezar a programar. Lo primero que debemos hacer es calibrar el sensor de nivel de agua con Arduino. Para ello se va a utilizar una jarra medidora es decir, una jarra que tiene marcadas las medidas. Así podremos asignar una medida del sensor de ultrasonidos a una cantidad de líquido. Esto nos permitirá saber que cantidad de líquido tenemos en el recipiente. Algo que se tomo en cuenta es que el sensor de ultrasonidos mide la cantidad de espacio vacío en el recipiente. Por lo tanto, si se conoce la capacidad total del recipiente, al restar la cantidad de espacio vacío sabremos cuánto líquido hay.

Entonces, según este esquema general se conocera que valor obtenemos con el sensor de ultrasonidos cuando está vacío, cuando está lleno y una medida conocida. Esta última medida se hará con vaso medidor calculando el valor para 1000 ml. Antes de comenzar con las medidas, debemos de tener en cuenta que el vaso debe ser cilíndrico es decir, la base debe ser del mismo diámetro que la parte de arriba. Si intentamos medir en un recipiente que no es cilíndrico, en forma de cono, las medidas no serán proporcionales.

31

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Calcular la media para eliminar el ruido En todos los sistemas electrónicos se genera un ruido debido al movimiento de los electrones, al propio sensor, la placa de Arduino, etc… Esto se traduce en una variación o fluctuación en las medidas que vamos obteniendo a través del sensor. Para eliminar este tipo de ruido se suele aplicar un filtro paso bajo que elimina las frecuencias bajas, justo donde se encuentra el ruido. La forma más sencilla de aplicarlo a través de la programación es hacer una media de los valores que se van obteniendo. Pero no solo para eliminar el ruido, calculando la media podemos eliminar las fluctuaciones debidas al movimiento del recipiente. Imagínate un deposito de gasolina de un coche. Cuando va en marcha el combustible no está quieto, se va moviendo. Si se quiere medir con un sensor de ultrasonidos sería complicado si no se utiliza alguna técnica como esta.

Dependiendo del número de muestras que utilicemos para obtener la media, podremos tener un valor más preciso o menos preciso. Pero esto también influye en cuánto tarda en estabilizarse la medida cuando se produce un cambio. Por lo tanto, si cogemos un número alto de muestras, la media será más precisa pero tardará más tiempo en reflejar los cambios. Por el contrario, si cogemos un número bajo de muestras, la media será menos precisa pero veremos reflejados más rápidos los cambios. Elegir uno u otro dependerá de lo que queramos conseguir, rapidez o precisión.

Otro factor a tener en cuenta es el tamaño del tipo de dato que vamos a almacenar. Debemos de tener mucho ojo ya que podemos provocar un desbordamiento. Todas las muestras se irán almacenando en una variable para luego calcular la media, por lo tanto si elegimos un número alto de muestras debemos asegurarnos que no nos saldremos de rango.

32

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL En este caso yo voy a elegir precisión, voy a coger un rango de muestras de 100. El código es muy parecido al que hemos utilizado para probar el sensor de ultrasonidos al que he añadido el cálculo

de

la

media

cada

100 valores.

A continuación se mostrara el código final utilizado en el Arduino.

#include // Entre los símbolos buscará en la carpeta de librerías configurada // Lo primero is inicializar la librería indicando los pins de la interfaz LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // Definimos las constantes #define COLS 16 // Columnas del LCD #define ROWS 2 // Filas del LCD int speakerPin = 13; int numTones = 10; int tones[] = {261,277,294,311,330,349,370,392,415,440,466,494}; // Configuramos los pines del sensor Trigger y Echo const int PinTrig = 7; const int PinEcho = 6; // Constante velocidad sonido en cm/s const float VelSon = 34000.0; // Número de muestras const int numLecturas = 100; // Distancia a los 100 ml y vacío const float distancia100 = 2.5; const float distanciaVacio = 12.4; float lecturas[numLecturas]; // Array para almacenar lecturas int lecturaActual = 0; // Lectura por la que vamos float total = 0; // Total de las que llevamos float media = 0; // Media de las medidas bool primeraMedia = false; // Para saber que ya hemos calculado por lo menos una void setup() { // Iniciamos el monitor serie para mostrar el resultado Serial.begin(9600); // Ponemos el pin Trig en modo salida pinMode(PinTrig, OUTPUT); // Ponemos el pin Echo en modo entrada pinMode(PinEcho, INPUT); // Inicializamos el array for (int i = 0; i < numLecturas; i++) { lecturas[i] = 0;

33

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL } // Configuramos las filas y las columnas del LCD en este caso 16 columnas y 2 filas lcd.begin(COLS, ROWS); } void loop() { // Eliminamos la última medida total = total - lecturas[lecturaActual]; iniciarTrigger(); // La función pulseIn obtiene el tiempo que tarda en cambiar entre estados, en este caso a HIGH unsigned long tiempo = pulseIn(PinEcho, HIGH); // Obtenemos la distancia en cm, hay que convertir el tiempo en segudos ya que está en microsegundos // por eso se multiplica por 0.000001 float distancia = tiempo * 0.000001 * VelSon / 2.0; // Almacenamos la distancia en el array lecturas[lecturaActual] = distancia; // Añadimos la lectura al total total = total + lecturas[lecturaActual]; // Avanzamos a la siguiente posición del array lecturaActual = lecturaActual + 1; // Comprobamos si hemos llegado al final del array if (lecturaActual >= numLecturas) { primeraMedia = true; lecturaActual = 0; } // Calculamos la media media = total / numLecturas; // Solo mostramos si hemos calculado por lo menos una media if (primeraMedia) { float distanciaLleno = distanciaVacio - media; float cantidadLiquido = distanciaLleno * 100 / distancia100; int porcentaje = (int) (distanciaLleno * 100 / distanciaVacio); // Mostramos en la pantalla LCD lcd.clear(); // Cantidada de líquido lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(String(cantidadLiquido) + " ml"); // Porcentaje lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(String(porcentaje) + " %"); Serial.print(media); Serial.println(" cm");

34

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Serial.print(cantidadLiquido); Serial.println(" ml"); if (porcentaje >10){ tone(speakerPin,tones[10]); delay(500);} } else { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Calculando: " + String(lecturaActual)); noTone(speakerPin); } delay(500); } // Método que inicia la secuencia del Trigger para comenzar a medir void iniciarTrigger() { // Ponemos el Triiger en estado bajo y esperamos 2 ms digitalWrite(PinTrig, LOW); delayMicroseconds(2); // Ponemos el pin Trigger a estado alto y esperamos 10 ms digitalWrite(PinTrig, HIGH); delayMicroseconds(10); // Comenzamos poniendo el pin Trigger en estado bajo digitalWrite(PinTrig, LOW); }

A continuacion se muestra la pantalla LCD mostrándonos cuando de volumen tiene nuestro tanque(jarra) y además muestra cuanto se ha utilizado de la capacidad total:

35

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL CONCLUSIONES Existen plataformas de hardware libre, como lo es el Arduino, una placa con un controlador y un entorno de desarrollo, su sencillez y bajo costo nos permiten hacer múltiples diseños y múltiples tipos de uso de éste. Recurrimos al uso del Arduino puesto que permite realizar muchas tareas, ahorrando elementos electrónicos y en sustitución, el uso de un lenguaje de programación, lo que hace que sea de muy fácil uso. Logramos aplicar los conocimientos adquiridos en clase de Electrónica para el diseño de este proyecto. Diseñamos un circuito que tiene o podría tener mucha utilidad en la vida diaria ya que: Los sensores de nivel de agua trabajan midiendo directamente la altura del líquido sobre una línea de referencia. Este circuito es de gran utilidad no solo para la industria sino para todas las personas que deseen tecnificar y tener mejor control del almacenamiento de agua en su casa, empresa o microempresa. RECOMENDACIONES A continuación se recomienda mejoras para este presente proyecto que no se pudieron realizar. 

Utilizar un sensor de ultrasonidos más preciso y potente



Soporte para el sensor con anclajes que no permita que se mueva



Crear una PCB con todos los componentes

36

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL REFERENCIAS CONTROL DE NIVEL PARA TANQUES DE AGUA CON REALIMENTACIÒN. http://docentes.uni.edu.ni/fec/Alejandro.Mendez/Nivel1.pdf SENSOR DE NIVEL DE AGUA CON ARDUINO https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/sensor-de-nivel-de-agua-con-arduino/

ANEXOS

37