CAPTULO III

CAPTULO 1METODOLOGA

La metodologa utilizada para el desarrollo del trabajo de aplicacin profesional TAP se estructura en VII etapas:

Etapa I: Recopilacin y anlisis de informacin. Etapa II: Desarrollo de Ingeniera Bsica. Etapa III: Estudio del controlador PID y desarrollo del algoritmo de control.

Etapa IV- Elaboracin de los circuitos impresos y ensamblaje del controlador. Etapa V: Diseo del software en Labview para la comunicacin Controlador-Pc.

Etapa VI: Entonacin y Realizacin de pruebas de Control. Etapa VII: Elaboracin del manual de usuario.

1.1 Etapa I: Recopilacin y anlisis de informacin.

Se realiz la recopilacin de toda la informacin necesaria acerca del proyecto, esta informacin comprendi estudios relevantes con los procesos manejados en el laboratorio de catlisis, especficamente el proceso de cromatografa en el anlisis de compuestos qumicos.

La funcin que cumple el horno de Rampa de Temperatura dentro del proceso fue analizado para poder definir claramente las necesidades existentes, tambin se

estudiaron todas las variables relevantes que justificaron el desarrollo del proyecto, como lo son; importancia del equipo electrnico, nivel de productividad del anlisis, el cual se deseaban mejorar y luego de este anlisis quedaron notoriamente definidos los objetivos del proyecto.

Finalmente se recopil la informacin relacionada con los sistemas a desarrollar, esta informacin incluy: sistemas de control realimentado, dispositivos

microcontroladores que se adapten al proceso de control de temperatura, transductores de temperatura, circuitos de acondicionamiento para transductores de temperatura, dispositivos electrnicos de potencia para ejercer acciones de control, circuitos detectores de cruce por cero, tcnicas de adquisicin de datos a la PC, software para el desarrollo de aplicaciones de instrumentacin y control, sistema de entonacin de controladores PID y dems informacin de inters para el desarrollo

del proyecto.

Esta etapa consisti en lo siguiente:

Estudio de Funcionamiento y operacin del equipo de cromatografa de gases.

Bsqueda de antecedentes y trabajos relacionados con el control de temperatura.

Anlisis y funcionamiento del microcontrolador ATMEGA16

Estudio de circuitos de potencia para conmutacin de triac y deteccin de

cruce por cero.

Estudio Del Software: Orcad 9.1, Livewire, PCB Wizard. Proteus 7.2, AvrStuido 4.0, Labview 7.0, PonyProg2000

1.2 Etapa II: Desarrollo de ingeniera bsica.

Esta etapa comprendi en el estudio y la seleccin de:

Sensor de temperatura (termocupla) Circuito acondicionador (AD595). Microcontrolador (ATMEGA16). Dispositivo electrnico de potencia para ejercer las acciones de control

(TRIAC). La interfaz de comunicacin ms adecuada con la PC (RS-232, LPT). El lenguaje de programacin necesario que cumpliese con los requerimientos.

Circuitos de alimentacin, deteccin de cruce por cero y otros circuitos de

conexin entre el Microcontrolador y la pantalla LCD.

1.3 Etapa III: Estudio del controlador PID y desarrollo del algoritmo de control.

Esta etapa consiste en la bsqueda de informacin referente al ATMEGA16, el respectivo programador y la adecuada alimentacin del modulo; adems de los

circuitos externos para su correcto funcionamiento. Por otra parte el software de programacin, el cdigo del programa principal y el potencial que tiene el lenguaje C para este tipo de aplicacin hacen necesario su utilizacin.

Una vez que se tena el microcontrolador y el software indicado, se llevaron a cabo las siguientes actividades:

Se recopilaron informaciones acerca de algoritmos de control usado en

sistemas de control.

Se estudiaron las configuraciones de los lazos de control y el algoritmo del control PID adems del algoritmo especial para generar la rampa de temperatura.

Se estudiaron las interrupciones generadas por el microcontrolador para producir pulsos usando los temporizadores del mismo. Los pulsos son

modificados en fase y son recibidos por el circuito de potencia.

Se estudiaron los circuitos de conversin de voltaje AC/DC y se seleccionaron reguladores de voltaje de +5VCD, -5VDC. Todos de 1A. Para cubrir las necesidades de consumo de energa, y alimentacin de circuitos del controlador.

Se selecciono el triac de potencia adecuado y un circuito integrado para

manejar la conmutacin del triac. Especficamente el MOC3011.

Una pantalla LCD fue escogida para formar parte del controlador como dispositivo indicador, as como 3 botones para la manipulacin de los datos de entrada necesarios para el funcionamiento del programa.

Se seleccionaron componentes de fcil adquisicin en el mercado regional.

1.4 Etapa IV: Elaboracin de los circuitos impresos y ensamblaje del controlador.

Para este apartado se hizo uso de las herramientas provistas para crear los circuitos impresos a travs de la tcnica de circuitos impresos usada actualmente en el

Laboratorio de Investigacin, control y automatizacin (LICA) tambin llamada tcnica de transferencia trmica con acetatos en baquelitas.

El diseo de los PCB se realiz con el software PCB Wizard y donde cada circuito impreso en la baquelita, se sumergen en cloruro frrico para eliminar el cobre que no se utiliza y crear las pistas de continuidad. Se perforaron los pads a travs de un drimer o taladro con una mecha de precisin y por ultimo se procede a soldar los componentes en la baquelita. Finalmente para garantizar que el mdulo o el circuito creado funcionen correctamente se hacen pruebas de continuidad y alimentacin con

cada circuito por separado.

Se seleccionaron los materiales necesarios para la construccin estructura fsica

del mdulo y se ensamblaron los diferentes circuitos elaborados dentro de una caja plstica, con todos sus interruptores, conectores de energa, pulsadores y visualizador LCD.

1.5 Etapa V: Diseo del software en Labview para la comunicacin Controlador-Pc.

Para este apartado se hizo uso del software de la National Instruments Labview

7.1 donde se configura el puerto serial RS-232 para la comunicacin Computador Controlador y se toma la data de temperatura para ser procesada grficamente en tiempo real y posteriormente almacenada a travs de un archivo de texto u Excel.

Con este software tambin se modifican los parmetros del controlador PID, esto es Kp, ti, td y se envan al controlador, es opcional enviar directamente el setpoint o temperatura deseada (C) y la pendiente de la rampa de temperatura: (C/min) para no ser introducida desde el controlador a travs de los botones de operador.

1.6 Etapa VI: Entonacin y Realizacin de pruebas de Control.

Se realizaron las pruebas en del controlador en lazo abierto para determinar los

valores de Kp, Td, Ti mas adecuados para el proceso de calentamiento que describe el horno. Esto es a traves de la tecnica de entonacin llamada Metodo de Shiner nicols.

Para verificar el funcionamiento del controlador, se coloca un setpoint y con los valores de los parmetros PID previamente obtenidos se describe el funcionamiento del controlador, donde se vara el alfa a travs de pulsos que son recibidos por el circuito de potencia para manipular directamente el Triac.