Control de Procesos Por Computadora 2015min

5 DE ENERO DE 2015

Control de Procesos por Computadora

Dr. Jaime Cid MonjarazCoordinador del rea de Transferencia de Tecnologa CUVyTT-BUAP

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Dr. Jaime Cid Monjaraz

C U V y T T - B U A P

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50

0

050

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Ciencia centraba toda su atencin en describir einterpretar los fenmenos naturales

La ciencia constituye un cuerpo de conocimientoscrecientes, formado por la sucesin de las ideas,reflexiones y ms todava de las experiencias y lasacciones de una gran corriente de pensadores ytrabajadores

Fuerza motriz del desarrollo de la sociedad.


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La ciencia no se dedica exclusivamente alpensamiento, sino al pensamiento llevadocontinuamente a la prctica y renovado en la prctica.

Por esto, no se puede conocer a la ciencia separada dela tecnologa.

La fusin de la ciencia y la tcnica es un proceso cadavez ms acelerado que ha llevado a la produccinautomatizada.


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Los procesos productivos tienden a utilizar el controlautomtico para mejorar la productividad, la calidad,abaratar costos y evitar riesgos.

Un especialista en control tena que dominar la tecnologade las computadoras analgicas para los clculos.

En los sistemas de control se utilizaban las tecnologasmecnica, neumtica y electrnica de tipo analgico.


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Las computadoras digitales son unaherramientas para el anlisis y el diseode sistemas de control.

El especialista en control dispone deherramientas como Matlab, SIMULINK,Control Classic, Simnon, etc.


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El propsito de estos apuntes es presentar losfundamentos de la teora de control que estrelacionada con el anlisis y diseo desistemas, haciendo nfasis sobre los conceptose ideas bsicas.

La computadora digital con un software paralos clculos y simulaciones de forma que se lepuedan dejar los detalles ms tediosos.


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Sistemas dinmicos pueden estudiarse en cuatro etapas:

1.- Descripcin fsica del sistema (modelado fsico).

2.- Descripcin matemtica del sistema (construccin del modelo).

3.- Anlisis de la descripcin matemtica (solucin del modelo).

4.- Sntesis de una manifestacin preferida del sistema (diseo del sistema).


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Fundamentos

La teora de control convencional o clsica es aplicable solamentea sistemas lineales e invariantes en el tiempo, de una sola entraday de una sola salida.

La teora de control moderna es aplicable con mltiplesentradas y mltiples salidas, lineales o no lineales, variante oinvariantes con el tiempo.

La teora de control moderno es esencialmente un mtodo en eldominio en el tiempo y se basa en el concepto de estado.

21

Fundamentos

Un procedimiento de Diseo

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El utilizar computadoras digitales como componentes de sistemas de control y

medicin surgi alrededor de 1950. Las primeras aplicaciones ensayadas

fueron el control de misiles y de aviones.

Las computadoras eran demasiado grandes, consuman demasiada potencia y

no eran suficientemente fiables. Por esta razn se desarrollaron

computadoras de propsito especfico -analizadores diferenciales digitales

(DDA, de Digital Differential Analyzers)- para las primeras aplicaciones

aeroespaciales.

Los desarrollos ms importantes en el control y monitoreo por computadora se

produjeron en las industrias de proceso.

Antecedentes Histricos


Perodos

a) Perodo de los pioneros ( 1955 ).

b) Perodo de control digital directo ( 1962 ).

c) Perodo de la minicomputadora ( 1967 ).

d) Perodo de la microcomputadora ( 1972 ).

e) Perodo de Algoritmos ( 1988 ).

f) Control Distribuido (1999).

g) Control Cooperativo (2013).

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M E X I C O

EVOLUCION DE LOS SISTEMAS DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION

PRIMERA GENERACION (BULBOS)

SEGUNDA GENERACION (TRANSISTORES)

TERCERA GENERACION (CIRCUITOS INTEGRADOS)

CUARTA GENERACION (MICROPROCESADORES)

QUINTA GENERACION (PROGRAMACION)

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27



M E X I C O

1a. GENERACION (40s)

FABRICACION CON BULBOS

DISPOSITIVOS VOLUMINOSOS

ALTO CONSUMO DE POTENCIA

PROGRAMACION ALAMBRICA (DURA)

MUY BAJA CONFIABILIDAD

MUY BAJA CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO

M E X I C O


Comparacin entre Transistor y Bulbo

30

M E X I C O1a. GENERACION (40s)

M E X I C O


33



34



M E X I C O


FABRICACION CON TRANSISTORES

ALAMBRADO COMPLEJO

MENOR CONSUMO DE POTENCIA

PROGRAMACION POR INSTRUCCIONES (BLANDA)

MAYOR CONFIABILIDAD

MAYOR CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO

MENOR COSTO

Primer Transistor

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Inventores del transistor

37

Bardeen,

Shockley

y Brattain

Lab. Bell

1947


Transistor Actual

38


M E X I C O


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FABRICACION CON CIRCUITOS INTEGRADOS

ALAMBRADO REDUCIDO

MUY BAJO CONSUMO DE POTENCIA

GRAN DESARROLLO DE LA PROGRAMACION

FACILIDAD DE MANEJO

AUMENTO EN SU CAPACIDAD Y VELOCIDAD

DESARROLLO DE REDES

AUN PARA APLICACIONES ESPECIFICAS

Primer Circuito integrado

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Comparacin de Ctos. Integrados con otros objetos

48

M E X I C O


51




FABRICACION CON MICROPROCESADORES

SENCILLEZ EN SU CONSTRUCCION

AUN MAS BAJO CONSUMO DE POTENCIA

DESARROLLO DE LA COMPATIBILIDAD EN LA PROGRAMACION

GRAN DESARROLLO DE PERIFERICOS

DESARROLLO DE PAQUETES DE PROGRAMACION

ALTA CONFIABILIDAD

MUY BAJO COSTO

DE APLICACIN GENERALIZADA.

M E X I C O


Microchip Actual

56

57



1.35 cm

1.22

cm

El transistor como celda unitariaMicroprocessor

Con 7.5 millones de

transistores

0.13 mm = 1.3 cm / 100,000

Capacidad de almacenamiento de la informacin en ICs

Ahora una auto en 1970 comparando con un circuito integrado

1970 1993

velocidad (mph) 100 2,500,000

Potencia (mpg) 20 1,740,000

Costo (1992 $) 20,000 40

Masa (kg) 1,500 0.06

Kilometros (Lt) 20 80,00059

100

102

104

106

108

1010

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Product

SIA Roadmap

Tra

nsis

tors

/Ch

ip

Ao

Encyclopedia

Book

Page

Double/1 Yr

Double/2 Yrs

Double

/1.5 Yrs

16 G

1 G

64 M

4 M

256 K

16 K

1 K

DRAM

10-3

10-2

10-1

100

101

0.1

1

10

1970 1980 1990 2000 2010

Dim

en

sio

n (m

m) C

hip

Are

a (c

m2)

Ao

Gate Length

Junction

Depth

Oxide Thickness

Procesador Intel Core i7-980X Extreme Edition3,33 GHz de velocidad del ncleoHasta 3,6 GHz con la tecnologa Intel Turbo Boost6 ncleos y 12 subprocesos con la tecnologa Intel Hyper-Threading12 MB de cach Intel inteligente3 canales de memoria DDR3 de 1066 MHzTecnologa de procesamiento de fabricacin de 32 nm731 millones de transistores (1.170 millones en el Core i7 980x, con 6 ncleos y 12 MiB de memoria cach).Sofisticada administracin de energa, puedecolocar un ncleo no utilizado en modo sin energa.

Capacidad de overclocking muy elevada (se puede acelerar sin problemas hasta los 4-4,1 GHz).

Intel Pentium 442,000,000 Transistores

Intel Core i71,170,000,000 Transistores

Los ltimos de Intel que pertenecen a la familia Xeon Ivy Bridge-EX. El de 15ncleos tiene 4,300 millones de transistores, est fabricado con tecnologade 22 nm.

65

Moores law

Doubling of the transistor

density on a manufactures die

every 1.5 years (by scaling of

dimensions with a factor 0.7

every three years)

At the same time the switching

speed increases with a factor

1.4 every three years

At the same time the cost per

function decreases with 35%

per year

Exponential growth for over 30 years!Gordon Moore, Electronics, pg. 114 (1965)

67



Microprocesador

encapsuladooblea

M E X I C O


AVANCES EN LA PROGRAMACION PRINCIPALMENTE

MAYOR AUMENTO EN LA CAPACIDAD Y VELOCIDAD

AUMENTO SIGNIFICATIVO EN LA CAPACIDAD DE LAS

MEMORIAS

DESARROLLO DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL

DESARROLLO DE LOS SISTEMAS ABIERTOS

Computadoras en Control de Procesos

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72



REASa) Conocimiento del proceso.

b) Tecnologa de la medida.

c)Tecnologa de las computadoras.

d) Teora de control.

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INFORMACIN

Estado

Razn

Nivel

Forma

Frecuencia

SEALES

Digitales

On-Off

Dominio del tiempo

Tren de pulsos

Dominio de la frecuencia

DC

on

off

t

1-

0-t

0.985

t

t

f

LAS SEALES SE CLASIFICAN DE ACUERDO A LA

INFORMACIN TIL QUE TRANSPORTAN

Analgicas

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Dominio del tiempo

Vibracin

Voz

Sonar

Resolucin

Tasa de muestreo

Exactitud

Disparo

Filtros

Temperatura

Presin

Flujo

Esfuerzo

Exactitud

DC

ECG

Presin de sangre

Transientes

Cromatografa

Resolucin

Tasa de muestreo

Exactitud

Disparos

Consideraciones para seleccionar tarjetas

0.985

t t f

SEALES ANALGICAS

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SEALES DIGITALES

Seal On-Off Tren de pulsos

Entrada:Lectura de un encoder

Salida:Mueve un motor a pasos

ResolucinFrecuencia de reloj

Entrada:Cierre o apertura de uninterruptor

Salida:Abre o cierra una vlvula

Voltaje y corriente de salidaNmero de canales

Consideraciones para seleccionar tarjetas

on

off

t

1-

0-t

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DEFINEN CUALQUIER MAGNITUD O EVENTO

PUEDEN SER REPRESENTADAS EN DIFERENTES

SISTEMAS NUMERICOS

SE PUEDEN PROCESAR, COMBINAR Y SECUENCIAR

CON MAYOR FACILIDAD

SE PUEDEN MODULAR CON MAS FACILIDAD Y

CONFIABILIDAD

SE PUEDEN MULTIPLEXAR CONFIABLEMENTE

EL EFECTO DE SU DEGRADACION ES MENOR QUE

CON LAS DIGITALES

REQUIEREN MENOS ESPACIO DE MEMORIA PARA SU

ALMACENAMIENTO

SEALES DISCRETAS O DIGITALES

Lazo de Adquisicin de Datos y Control

SensorA/D

Conversion

D/A

Conversion

Signal

ConditioningActuator

Isolation

Isolation

Local Data

Processing

SensorConversin

A/D

Conversin

D/A

Acondiciona-

miento

de SealActuador

Proceso

Aisla-

miento

ProcesamientoLocal de Datos

Inte

rfase d

e

Co

mu

nic

aci

n

Aisla-

miento

Acondiciona-

miento

de Seal


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Fundamentos

Sistema de Control de un Robot

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Fundamentos

Sistema de Control de temperatura

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Figure 13.1Conversion of antenna azimuth position control system from:a. analog control tob. digital control

85

86



87



SEGURIDAD

ESTABILIDAD

OPTIMIZACION

PROTECCION AMBIENTAL

RAZONES DEL CONTROLMEXICO

SEGURIDAD

PRESERVAR BAJO CUALQUIER CONDICIONLA INTEGRIDAD DEL PERSONAL Y EQUIPO INVOLUCRADO EN LA OPERACIN DE LOSPROCESOS

MEXICO

SEGURIDAD

MEXICO

ESTABILIDAD

ASEGURAR LAS CONDICIONES DE OPERACIN DE LOS PROCESOS PARA

MANTENER CONTINUAMENTE LA CALIDAD DE LOS PRODUCTOS DENTRO

DE LOS LIMITE ESPECIFICADOS

MEXICO

ESTABILIDAD

MEXICO

OPTIMIZACION

ASEGURAR EL MAXIMO BENEFICIOECONOMICO EN LA OPERACIN DE

LOS PROCESOS INDUSTRIALES

MEXICO

OPTIMIZACION

MEXICO

PROTECCION AMBIENTAL

REDUCIR A SU MINIMA EXPRESION EL IMPACTO ECOLOGICO DE LOS EFLUENTES

DEL PROCESO, PARA CUMPLIR CON TODASLAS NORMATIVIDADES APLICABLES

MEXICO

IMPPROTECCION AMBIENTAL

MEXICO

SISTEMAS DE INSTRUMENTACION Y CONTROL

CONSTITUYEN ARREGLOS DE DISPOSITIVOS MUTUAMENTE INTERRELACIONADOS, QUE CONFORMAN PATRONES

ESPECFICOS DE COMPORTAMIENTO, TENDIENTES A PERMITIR LA OPERACIN AUTOMTICA DE LOS PROCESOS

INDUSTRIALES, TENIENDO COMO PREMISAS LA SEGURIDAD, ESTABILIDAD, CONTROLABILIDAD, PRODUCTIVIDAD Y

EFICIENCIA DE ESTOS PROCESOS.

MEXICO

SISTEMAS DE CONTROL

SISTEMAS DE ADQUISICIN DE DATOS.SISTEMAS DE CONTROL SUPERVISORIO.SISTEMAS DE CONTROL DIGITAL DIRECTO.SISTEMAS DIGITALES DE CONTROL DISTRIBUIDO.

MEXICO

SISTEMAS BASADOS EN MICROPROCESADORES

COMPUTADORAS PERSONALES.MINICOMPUTADORAS.INTERFASES HOMBRE-MQUINA.SISTEMAS MNIMOS.BUS INDUSTRIAL.DISPOSITIVOS INTELIGENTES DE CAMPO.

MEDICIONESLOCALES

ELEMENTOS FINALES

CONTROLESMECANICOS

CONTROL DE DOSPOSICIONES

INSTRUMENTACION

LOCAL

PRIMEROSSERVOMECANISMOS

ACTUADORESNEUMATICOS

PRIMEROSANALIZADORES

TRANSMISIONNEUMATICA

TRANSMISION

ELECTRICA

TRANSMISION4-20 mA

DE CONTROLMANUALES

Evolucin de los Sistemas de Instrumentacin y Control Industrial

DE 1920ANTES 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990

A 1940 A 1950 A 1960 A 1970 A 1980 A 1990 EN ADEL. PER

IOD

O

INST

RU

-M

ENTA

CIO

NC

ON

TRO

LTE

LEM

ETR

IASI

STEM

AS

DE

SE INTRODUCENLOS MICRO-

PROCESADORES

INSTRUMENTACIONEN LA

NUEVOSCONTROLADORES

ELECTRONICOS

SE DESARROLLAN

MAS CAPACES

NUEVOS TIPOS DEVALVULAS DE

SE DESARROLLAN

CONTROL

SE INTRODUCE LACROMATOGRAFIA

DE GASES

NUEVOS PRINCIPIOSDE MEDICION

SE DESARROLLAN

SE DEFINEN LASBASES DEL CONTROLSUPERVISORIO Y DEL

CONTROL DIGITALDIRECTO

SE DEFINEN LASBASES DEL CONTROL

DIGITAL DISTRIBUIDO

PLC'S DIGITALES

SE DESARROLLANLOS PRIMEROS

SE INCREMENTA LACAPACIDAD DE LOS

SISTEMAS DE

DISTRIBUIDOCONTROL

Y DE LOS PLC's

PRIMEROSINSTRUMENTOSELECTRONICOS

PRIMERASCELDAS DE PRESION

DIFERENCIAL

PRIMEROSCONTROLES

NEUMATICOS PID

PRIMEROSCONTROLES

PROGRAMABLESLOGICOS

PRIMERASTECNICAS DE

ENTONAMIENTO

SE DESARROLLA LATEORIA MODERNA

DEL CONTROLAUTOMATICO

LOS PRIMEROSSISTEMAS DE

SE DESARROLLAN

TELEMETRIA

LOS PRIMEROSSISTEMAS DE

SE DESARROLLAN

FIBRA OPTICA

SE DESARROLLANINSTRUMENTOS

CON MEJOREXACTITUD Y

CONFIABILIDAD,CON PRECIOSREDUCIDOS

SE DESARROLLANLAS PRIMERAS

APLICACIONES DECONTROL

AVANZADO

LOS PRIMEROSPROTOCOLOS

SE NORMALIZAN

DIGITALES

SE DESARROLLAN

CON FUNCIONMULTIPLE

INSTRUMENTOS"INTELIGENTES"

LOS CONCEPTOS DESE INTRODUCEN

INTEROPERABILIDADE

INTERCONECTIVIDAD

LOS CANALESSE INTRODUCEN

DE CAMPO

MEXICO

Evolucin de los Sistemas de Instrumentacin y Control Industrial

1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

SISTEMAS DE

CONTROL

MEDIOS

FISICOS

DE MEDICION

Y CONTROL

INSTRUMENTACION ELECTROMECANICA E HIDRAULICA

INSTRUMENTACION NEUMATICA

CUARTOS DE CONTROL

INSTRUMENTACION ELECTRONICA ANALOGICA

ANALISIS Y CROMATOGRAFIA DE PROCESO

CONTROL DE PROCESOS POR COMPUTADORA

CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES (PLCs)

SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO

INSTRUMENTACION INTELIGENTE

COMUNICACIONES VIA F.O.

SEGURIDAD INTRINSECA

BUS DE CAMPO

PRIMEROS CONTROLES PROPORCIONALES

CONTROL PID

CONTROL AVANZADO

CONTROL DE OPTIMIZACION

CONTROL GERENCIAL

EMPLEO INTENSIVO

APLICACION REDUCIDA

APLICACIONES ESPECIFICASO INCIPIENTES

INTRODUCCION DE LA INTERCONECTIVIDAD

E INTEROPERABILIDAD

MEXICO

Medicin y Control

Desarrollo de Nuevos principios qumicos

Desarrollo de la Electrnica

Desarrollo de Nuevas Tcnicas Matemticas

Avances en la Programacin

Desarrollo de los Sistemas de Procesam. de la

Informacin

Desarrollo de Nuevos Materiales

Desarrollo de Nuevos principios fsicos

PRINCIPALES PROMOTORES DE LOS AVANCES EN LA INSTRUMENTACION Y EL CONTROL INDUSTRIAL

MEXICO

Presiones sobre la Industria

AUMENTO EN LOS INSUMOS Y EN LA

MANO DE OBRA

TLC

MAYORES REQUERIIMIENTOS EN

PRODUCTIVIDAD, CALIDADY EFICIENCIA

NUEVASREGULACIONES

AMBIENTALES

MEXICO

Adquisicin de tecnologas

Solucionar problemas de produccin

Fabricar un nuevo producto

Mejorar las caractersticas de desempeode su producto actual

Sector Productivo

Hacer ms eficiente su proceso

Optimizar la produccin de los equipos de laplanta y sustituir los equipos viejos yobsoletos por unos nuevos

Aumentar la capacidad de produccin

Investigacin

Producto Interno Bruto Mercado

Innovacin

Tecnologa

EL CICLO DE INNOVACIN

MECATRNICA

Aplicacin. Muestra de productos mecatrnicos.

SUBSISTEMAS ELECTROMEC-

NICOS y electrnicos

(accionamientos, captadores, etc.)

PRODUCTOS Y SISTEMAS GRAN PBLICO (puertas automticas, escaleras, controles de acceso, tneles de autolavado, etc.)

ELECTRNICA DE CONSUMO(electrodomsticos, juguetes, automatizacin del hogar, etc.).

PRODUCTOS ELECTROMECNICOS Y PARTES DE ALTA PRECISIN (sistemas de almacenamiento inf., servos, sistemas de captacin, etc.).

BIENES DE EQUIPO(mquinas y sistemas

de produccin: mquina-hta.,

manipuladores, sist. de transporte y

almacn, etc.)

PROCESOS AUTOMATIZADOS (integracin de sistemas: clulas flexibles y lneas de produccin).

APLICACIN EN MLTIPLES Y DIVERSOS SECTORES:

Bienes de equipo.

Electrnica de consumo,

Ocio y servicios.

Electromedicina.

Aeronutica.

TIC.

Automvil y

Medios de

transporte.

Investigacin.

Etc.

MECHATRONICS

SISTEMAS MECATRNICOS

Lazo de Adquisicin de Datos y Control

SensorA/D

Conversion

D/A

Conversion

Signal

ConditioningActuator

Isolation

Isolation

Local Data

Processing

SensorConversin

A/D

Conversin

D/A

Acondiciona-

miento

de SealActuador

Proceso

Aisla-

miento

ProcesamientoLocal de Datos

Inte

rfas

e d

eC

om

un

icac

in

Aisla-

miento

Acondiciona-

miento

de Seal

PCA-6157 Procesador Pentium+PCI+ISA+SCSI

BUS ISABUS PCIDE 2 A 192 MB DRAM

SCSI-II Interna

PuertoParalelo

COM1COM2

Mouse PS/2

SCSI-II Externo

Teclado

FDD2 controladores PCI IDE para hasta 4 HDDs

Chipset Intel Mercury

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Arduino

Arduino es una plataforma

Arduino

Arduino

Trabaja con 32 bits y a 400 MHz.

Intel Galileo

Impresora 3D

Caractersticas

Microcontrolador ATmega328Voltaje de operacin 5VVoltaje de entrada (recomendada) 7-12VVoltaje de entrada (lmites) 6-20VPines Digitales E/S 14 (de los cuales 6 proveen salidas PWM )Pines de entradas Analgicas 6Corriente DC por pin E/S 40 mACorriente DC para pin 3.3V 50 mAMemoria Flash 32 KB de los cuales 0.5 KB son usados para bootloaderSRAM 2 KB (ATmega328)EEPROM 1 KB (ATmega328)Frecuencia del reloj 16 MHz

Arduino

Arduino

SOFTWAREENTORNO DE DESARROLLO

Para programar la Tarjeta esnecesario descargarse de lapgina web de Arduino(http://www.arduino.cc/en/Main/Software) el entorno dedesarrollo (IDE).

Configuracin del puerto serie

Arduino

int ledPin = 13void setup() {

pinMode(ledPin, OUTPUT); }void loop() {

digitalWrite(ledPin, HIGH)delay(1000) digitalWrite(ledPin, LOW)delay(1000)

}

Cdigo del primer programa

Arduino

Manejo de una entrada digital, lectura de un pulsador

Arduino

Potencimetro como una entrada

analgica

int potPin = 2; // Pin A/I potint ledPin = 13; // Pin D/O LEDint val = 0; // variable guarda valor del sensor

void setup() {pinMode(ledPin, OUTPUT); // ledPin output}

void loop() {val = analogRead(potPin); // lee valor del sensordigitalWrite(ledPin, HIGH); // enciende LEDdelay(val); //detiene el programa por un tiempo// determinado por la variabledigitalWrite(ledPin, LOW); // apaga el LEDdelay(val); //detiene el programa por un tiempo// determinado por la variable}

Arduino

Recuerda encender el monitor serial para leer los valores del LDR

Midiendo Luz con Arduino

Arduino

Arduino

Estructuras de Control

Arduino

Arduino

Tarjeta Arduino

Carcterizar un Horno

Planta de Segundo Orden y controlador PID

Tarjeta con Simulink

Cmara Web

GUIDE

Android

Propuesta de Proyecto

Proyecto Final


Para marzo de 2015 se aprueban los temas de los proyectos, en abrilharn una presentacin (puede ser un Power Point o equivalente)con el siguiente contenido:-Nombre del Proyecto, integrantes, cartula, etc-Antecedentes (estado del Arte).-Objetivo.-Descripcin funcional.-Diagrama a bloques.-Sistema Fsico.-Sistema Electrnico (Cmara web, sensores, actuadores, tarjeta deadquisicin de datos y control, computadora, interfaz, etc).-Programacin (c, Matlab, Simulink, GUI, Arduino).-Integracin y Pruebas.-Cronograma.

Proyecto Final

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Figure 13.4Steps in analog-to-digital conversion:a. analog signal;b. analog signal after sample-and-hold;c. conversion ofsamples to digitalnumbers

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Ideal sampling and thezero-order hold

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u (t)

muestreador

Entrada al proceso

Muestras de la respuesta

y (k)

~

N puntos de muestra.

k

PROCESO

TIEMPO CONTINUO

t

Muestras de la entrada al proceso

Respuesta del proceso

y (t)

t

TIEMPO DISCRETO

k

muestreador

u (k)

u (k)MODELO

y (k) Estimacin de la salida

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El inverso del muestreo

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Partial table of z- and s-transforms

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z-transform theorems

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Ejercicios de tarea previos al examen parcial:Del Libro de Karl J. AstromComputer- Controlled Systems2.12.22.32.52.82.92.112.12


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303

Pole plot for an underdamped second-order system

304

Step responses of second-order underdamped systems as poles move:

a. with constant real part;b. with constant imaginary part;c. with constant damping ratio

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Second-order systems, pole plots, and step responses

Mapping regions of the s-plane onto the z-plane

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C U V y T T - B U A PCALCULOS PARA LA FUNCION DE TRANSFERENCIA

Proponemos Mp y Tp de los siguientes valores:

Mp = .5 Tp = 1s

Entonces:

21545.)5ln(.

)5ln(.

)ln(

)ln(22

=+

=+

=pp

xMp

Mp

Tp = p/Wd Wd = p = 3.1415

2172.321545.1

1415.3

1 22=

-=

-=

x

WdWn

de la forma general de la funcin de transferencia

22

2

2s

Wn)(

WnWnssH

++=

x

Entonces nos queda de la siguiente forma

35.10386.1s

35.01)(

2 ++=

ssH

385



Ahora el circuito que elegimos que tiene una funcin de transferencia como la propuesta es el siguiente:

Donde:

22

2

s

kWo)(

WosQ

WosH

++

=

Si hacemos que K=1 tenemos que:

Wo = Wn=3.2172

)21545(.2

1

2

1==

xQ =2.32

386



Y sabemos que

2121

1

CCRRWo =

Asi que tenemos:

Wo2=10.35= R1R2C1C2

Si proponemos

R1= 100 KW

R2=1MW

C1= 10mF

Entonces, despejando C2 de la ecuacin anterior tenemos

nFMKRCR

C 61.96)1)(10)(100(

35.1035.10

211

2 ===m

Entonces nuestro circuito queda como sigue:

haciendo la simulacin en Electronics Workbench

387



Como podemos observar se cumple que el tiempo de pico tp es de 1 seg. y el

sobreimpulso mximo es de aprox. .5 cumpliendo as con lo propuesto

388



Despus conectando el PID como se muestra en la siguiente figura

CIRCUITO PID

sabemos que la funcin de transferencia tiene de manera general la siguiente forma.

sKs

KK d

ip ++

para encontrar la funcin de transferencia del circuito anterior tenemos que

( )( )

+

++-=

sCRC

C

R

RsCR

sE

sE

i

o

212

1

1

2

12

1

)(

)(

de donde

( )

( )12

21

2

1

1

2

1

CRK

CRK

C

C

R

RK

d

i

p

=

=

+=

propusimos los sig. valores

m

m

10

100

100

10

2

1

2

1

=

=

=

=

C

C

kR

kR

389



El circuito quedo como sigue

la grafica de la simulacin en matlab fue la sig.

sumador Control PID Planta

390



391



392



393



394



395



Ejercicios de tarea previos al examen parcial:

Del Libro de Karl J. AstromComputer- Controlled Systems

3.13.23.53.63.163.19

Alternativas en Automatizacin:

Computadoras PLCs Hbridos

Ventajas de los Sistemas de Automatizacin Computarizados

nfasis en la Informacin

Gran Flexibilidad

Capacidades de Procesamientoy Almacenamiento Crecientes

Sencillez de Operacin

Alta Conectividad

Portabilidad

Facilidad de Desarrollo Arquitectura Abierta

Estandarizacin

Servicio y Mantenimiento abiertos

Bajo costo

Actualizaciones y mejoras econmicas

Componentes de unSistema de AutomatizacinComputarizado

Computadora Industrial

Interfases de Adquisicin de Datos y Control

Software o programas

Computadoras Industriales

Caractersticas de Gabinetes (1)

Robustos, resistentes a vibracin e impactos

12.3

20.2

43

Indutrial PC-610

Indutrial PC-610



Fuentes de gran capacidad



Tamaos apropiados para montaje industrial



Para intemperie

Montajes tpicos

LCD/EL

Plataformas PC para Automatizacin Industrial

Inteli486DX

IPCs para Rack de 19Estaciones de Trabajo

Industriales

Mini Estaciones de TrabajoIPCs para montaje

en pared

CPUsIndustriales


Caractersticas de CPUs (1)

Calidad industrial en los componentes

Procesadores de tipo TODO-EN-UNO

Desde 286 hasta Pentium

CPUCPU


Caractersticas de CPUs (2)

MTBF alto

WATCHDOG Timer: protege a la IPC contra fallas de software

Amplios rangos de operacin en temperatura, humedad y vibracin

PCA-6157 Procesador Pentium+PCI+ISA+SCSI

BUS ISABUS PCIDE 2 A 192 MB DRAM

SCSI-II

Interna

Puerto

Paralelo

COM1

COM2

Mouse PS/2

SCSI-II

Externo

Teclado

FDD2 controladores PCI IDE

para hasta 4 HDDsChipset Intel Mercury

Intel Pentium

75/90/100/120

/133/150

Conector de teclado

y Mouse PS2

Conector de Poder

Conector

10BASE-T

Conector

10BASE-2/5

(AUI)

Chipset VIA

Hasta 64 MB

DRAM

Controlador

VGA/pantalla plana

Hasta 1MB de

memoria de video

Conector para

CRT

Conectores

para Pantalla

Plana

PC/104

connector

COM2

RS-232

422/485

COM1

RS-232

Interfase de FDD

BIOS AWARD

Flash

Puerto de

impresora

Bidireccional

Hasta 512 KB

de memoria cache

IDE mejorada de

Bus Maestro

Slot PCI

PCM-5860 Computadora Pentium en una Tarjeta


Componentes Adicionales

Teclados de Membrana

Discos de Estado Slido

Mouse industrial

Touchscreen12.3

20.2

43

Interfases para Adquisicin de Datos y Control

Interfases Locales

Transmisores Remotos de BUS

Sistema de Adquisicin de Datos y Control con Interfases Locales

Actuador/Sensor

Acondicionamiento de

Seales

A/D, D/I

D/A, D/O

Acondicionamiento

de Seales

Interfases Locales para Adquisicin de Datos y Control

Entradas Analgicas25 KHz a 330 KHz

12 a 16 bits

8 a 32 canales

Entradas Aisladas

12 a 16 bits

Salida de Voltaje

Salida de Corriente

Salidas Aisladas

Salidas Analgicas Acondicionamiento de Seales

Ganancia de Amplificdores

hasta por 1000

Termopares, RTDs

Multiplexores hasta

256 canales

Aislamiento de Seales

Entradas/Salidas Analgicas

Interfases Locales para Adquisicin de Datos y Control

10111

10011

00100

24 a 144 bits

Salidas TTL, a Relay y

Aisladas

Timers

Salidas Digitales Salidas a RelevadorDe 30 VDC hasta 250 VAC

Formato A, Formato C y SSR

Compatibles con Opto-22

010101011110001

Entradas Digitales

>1Mhz, 24 a 144 bits

Entradas TTL y Aisladas

Interrupciones por Vector

Contadores

Entradas/Salidas Digitales

El Mdulo de Adquisicin de Datos y Control

Especificaciones de la tarjeta.

Entrada Analgica.Canales: 8 entradas.Resolucin: 12 bits, aproximaciones sucesivas.Rango de Entrada: Bipolar, +/- 5V.Convertidor: AD574 o equivalente.Tiempo de Conversin: 25mseg.Exactitud: 0.015% leyendo +/- 1 LSB.No linealidad: +/- 1 bit.Modo de disparo: Disparo por software.Transferencia de datos: por programa.

El Mdulo de Adquisicin de datos y control.

Salida Analgica.

Canales: 1 canal.

Resolucin: 12 bits.

Rango de Salida: De 0 a +5V de 0 a +10V.

Tiempo de establecimiento:30mseg.

Voltaje de Referenicia: Interno -5V y -10V (+/- 0.05V).

Convertidor: AD7541KN, o equivalente.

No linealidad: +/- 0.5 LSB.

Capacidad de Salida: +/- 5mA mx.

El Mdulo de adquisicin de datos y control.

Entrada Digital.

Canales: 16 bits, TTL.

Voltaje de Entrada: Bajo 0.8V mx; alto 2V mn.

Carga de entrada: Bajo 0.4mA mx a 0.5V

Alto 0.05mA mx a 2.7 V

Salida Digital.

Canales: 16 bits, TTL.

Carga de Salida: Bajo 8mA a 0.5V mx.

Alto 0.4mA a 2.4V mn.

417


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440


441


Sistema de Adquisicin de Datos y Control con Interfases Locales

Cableado costoso

No modular

Esquema tpico

Convertidor

RS-232/RS-485

Aislado

Repetidor

RS-485

Dispo-

sitivo 2

Dispo-

sitivo 1

Dispo-

sitivo 3

Dispo-

sitivo N

Dispo-

sitivo 0

Transmisores

Remotos va Bus

Transmisores Remotos va Bus

Interfase cerca de la computadora

Sensor Remoto

T/C

Proceso

Cuarto de Control

A/D

Cable T/C

Ruido

600 mts.

Transmisores Remotos va Bus

Interfase cerca del proceso

Sensor Remoto

T/C

Proceso

Cuarto de Control

Transmisor

Alta

inmunidad

al Ruido

4-20mA0-5V

Digital

600 mts.

Transmisin Digital va Bus

RS-485

Repetidor

RS-485 se Extiende a 1,200 mts.

RS-232

Porqu utilizar el bus RS-485?

Es un estndar de Comunicacin Industrial

Reduce Costos de CableadoComunicacin por 2 hilos

Modular y Fcil de ExpanderRed Multipunto

Comunicacin a 2 Hilos

Costos de Cableado Bajos

Fcil de Instalar y Mantener

B RGY B RGY B RGY

Maestro

RS-485

Fuente de Poder

+10 a +30 VDC

DATA+ (Y)

+Vs(R)

GND(B)

DATA- (G)

Rt Rt

Fuente

de Poder

Local

+-

Transmisores Remotos ADAM Serie 4000

Mdulos de Entradas/Salidas Analgicas

Mdulos de Entradas/Salidas Digitales

Mdulos de Salida a Relevadores

Mdulos Contadores

Mdulos con Memoria Local

Para ambientes Industriales

RS-232

RS-485

MODEM

Micro

Controlador

A/D

D/A

Counter

DI

D

O...

+

RTD

+mV

V

+mA

0 5

DIP

1999

Medicin

Control

Mdulos ADAM 4000

Para Adquisicin de Datos y Control

Inte

rfa

se S

eri

al

Red ADAM RS-485

RTD

mVV

mA

Termopar mVV

mA

Salida a

Relevador

E/S

Digital

mA

V

Repetidor

RS-485

Convertidor

RS-232/RS-

485

Aislado

RS-485

Entra

daEntra

da

Entra

da

Salida Salida Salida

ADAM

4013ADAM

4012

ADAM

4011

ADAM

4060

ADAM

4050

ADAM

4021

Tipos y Rangos de Entradas/Salidas Programables

Sin potencimetros ni Switches

15mV

50mV

100mV

500mV

1V

2.5V

0.20mA

T/C.J

T/C.K

T/C.T

T/C.E

T/C.R

T/C.S

T/C.B

Entrada Salida

23.5 C

7FFF

Unidad de Ingeniera

% de Escala Total

Complemento a 2

33.20%ADAM

4011

Capacidad de Operacin sin Computadora

RS-485 a Maestro

Fuente de Poder

de +10 a +30Vdc

+ -

+

-SSR AC

+Vs

Limita la

Corriente

a 30mA

Mximo

T/C

Horno

Calefactor

ADAM-4011

Controlador ON/OFF Autnomo

Alarmas Alta/Baja Configurables

Listos para Trabajar en Ambientes Industriales

70oC

0oC

Temperatura de

Operacin: 0 a 70 o C

Humedad de Operacin:

ADAM

4000

5%

5%~95% (No condensante)

Diseados para Aplicaciones Industriales

+ -+-

Conexin/Desco-

nexin en Lnea

Monitoreo de

Voltaje para

proteccin del

EEPROM

Proteccin

contra

inversin de

potencia

Instalacin Flexible

Montaje en riel DIN Montaje en

Pared o

Gabinete

ADAM 4000 ADAM 4000 ADAM 4000 ADAM 4000

Apilamiento en

piggyback

Aplicaciones

Monitoreo y Control de Procesos

Sistemas de Control Supervisorio y Adquisicin de Datos (SCADA)

Manejo de Energa

Sistemas de Automatizacin de Edificios

Registro de Datos Remoto

Monitoreo y Control de Temperatura

Pruebas de Productos

Sistema de Automatizacinde Edificio

PC corriendo

Windows

y Genie

ADAM-4011 y

Termopar tipo K Calefactor

Aire Acond.

VentiladorADAM-4060 de

Salidas a Relevador controla A/C, calefactor,

ventilador

ADAM-4011 y

Termopar tipo KCalefactor

Aire Acond.

Ventilador

ADAM-4060 deSalidas a Relevador

controla A/C,calefactor, ventilador

Calefactor

Aire Acond.

Ventilador

ADAM-4060 deSalidas a Relevador

controla A/C,calefactor, ventilador

ADAM-4011 y

Termopar tipo K

Cuarto de Computadoras (5m)

Saln de Entrenamiento (25m)

Area de Produccin (50m)

Ubicacin (Distancia de la PC)

ADAM-4520

ConvertidorRS-

232 a

RS-485

Sistema de Monitoreo de Temperatura

Intercambiador

de Calor

Temperaturade Entrada

Temperaturade Salida

Vapor

Salida deControl

RTD

#1

RTD

#2

RTD

#3

RS-485

4013

4013

4013

Sistema de Monitoreo y Alarma de Calidad del Aire

Estacin1

H2S

25.09%Alarma

Alta

Estacin 1

Cuarto de Control

Sistema de Registro de Potencia

Transmisor

de Watts

Lneas de

Potencia

4-20mA

RS-485

Lmpara de AlarmaSSR

4014D

19999

Sistema de Medicin de Presin

4014D12345

4014D12345

Transmisorde Presinde 2 Hilos



Zona 1 Zona 2 Zona 3

4014D12345

4-20mA 4-20mA 4-20mA

RS-485

Cuarto de Control

Lnea Presurizada

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468


Comunicaciones con Equipos Inteligentes

PLCsIndicadores DigitalesTransmisores de FlujoEquipos AnalticosComputadoras RemotasIndicadores de BsculasTerminales de DatosLectores de Cdigo de Barras

Software

Para Adquisicin de Datos y Control

Software: Dos Alternativas Bsicas

De Paquetevs.

A la Medida

Software de Paquete vs.Software a la Medida

A LA MEDIDA

Programacin en lenguajes especializados

Se requiere de programadores experimentados

Ciclos de desarrollo prolongados

Programas que operan exactamente como se desea

DE PAQUETE

"Programacin" simplificada

"Programacin" por personal no especializado

Desarrollo acelerado

Posibles limitaciones en la operacin

Software de Paquete vs.Software a la Medida

A LA MEDIDA

Dependencia del desarrollador

Actualizaciones costosas

Costo proporcional al tamao del sistema

DE PAQUETE

Dependencia del soporte del fabricante

Actualizaciones econmicas

Costo fijo

GENIE 3.2Software para Adquisicin

de Datos y Control

DDE

AlarmasDiseador

Batch

Dispositivos RS-232

Tarjetas de Adquisicin

de Datos y Control

Mdulos ADAM

Red Ethernet

I/F Hombre-

Mquina

GENIE

wMonitoreo de Procesos

wControl de Procesos

wComunicaciones

Registro

de Datos

Grficas

Histricas

Genie Caractersticas

Soporta todo el Hardware de Advantech

Almacenamiento de Datos en Archivos

Despliegue de Pantallas con Mltiples Herramientas Visuales

Registro y Reconocimiento de Alarmas/Eventos

Genie Caractersticas

Control ON/OFF y PID

Operaciones de Clculo

Comunicacin va Red Ethernet

Despliegue de Pantallas mltiples

Despliegue de Mmicos

Niveles de Seguridad Mltiples

El software de monitoreo y control GENIE

El editor de estrategias es un programa

basado en conos que trabaja bajo

ambiente windows. Tiene asociada una

caja de herramientas representativas de

los posibles bloques de construccin de

estrategias de automatizacin.

Caja de

herramientas

conos

Editor de Estrategas

479

Ejemplo de

estrategia

Caja de

herramientas

El software de monitoreo y

control GENIE

El editor de pantallas es un subprograma

basado en conos que trabaja bajo

ambiente windows. Tiene asociada una

caja de herramientas representativas de

los posibles bloques de pantallas que se

pueden utilizar para crear los paneles

de usuario.

Caja de

herramientas

editor de

pantallas

Caja de

herramientas

Ejemplos de

pantallas

Visualizacin

483

Estrategia para el sensor de temperatura con termopar tipo J.

Estrategias De Control

491Pantalla Principal de Monitoreo

495



Construccin del Cuerpo Principal

496

Pruebas en Campo

497

Inmersin del Mini-Submarino

498


499


500

Pruebas en Campo

501

Dimensiones del dgito

502

PANTALLA INTERACTIVA PARA EL USUARIO

504

Sistema PUMA

Software

Perifricos

Control manual

Brazo robot

Controlador

505

Esquema De Conexin PC - PUMA 200

507

PCL-726

PCL-832

PCL-833

Tarjeta de control

de la etapa de

potencia

Etapa de

potencia

Tarjeta de

encoders

Brazo

Mueca

Encoder

(1 de 6)

Seales digi tales

Seales analgicas

Motor de DC

(1 de 6)

Seal digi tal

Fuente de alimentacin(etapa de potencia)

PC

Proyecto PUMA200

508

511



Preguntas ?

Jaime Cid Monjaraz

Control de Procesos Por Computadora 2015min

Documents

Transcript of Control de Procesos Por Computadora 2015min