DISEÑO, IMPLEMENTACION Y VERIFICACION DE UN SISTEMA DE...
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DISEÑO, IMPLEMENTACION Y VERIFICACION DE UN SISTEMA DE HARDWARE RECONFIGURABLE PARA APLICACIONES DE CONTROL. JAVIER ERNESTO SANTOS ESTEPA 20141383013 UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS” FACULTAD TECNOLÓGICA, INGENIERÍA EN CONTROL BOGOTÁ DC 2016
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DISEÑO, IMPLEMENTACION Y VERIFICACION DE UN SISTEMA DE
HARDWARE RECONFIGURABLE PARA APLICACIONES DE CONTROL.
JAVIER ERNESTO SANTOS ESTEPA
20141383013
UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS” FACULTAD TECNOLÓGICA, INGENIERÍA EN CONTROL
BOGOTÁ DC 2016
DISEÑO, IMPLEMENTACION Y VERIFICACION DE UN SISTEMA DE
HARDWARE RECONFIGURABLE PARA APLICACIONES DE CONTROL.
MONOGRAFIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL
Tutor del proyecto
ALDEMAR FONSECA
UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS” FACULTAD TECNOLÓGICA, INGENIERÍA EN CONTROL
BOGOTÁ DC 2016
CONTENIDO
JUSTIFICACION
1. INTRODUCCION
2. OBJETIVOS
2.1. General
2.2. Específicos
3. ESTADO DEL ARTE
4. MARCO TEÓRICO.
5. METODOLOGIA Y PLANEACION
5.1. Planeación.
5.2. Metodología
5.2.1. Interfaz gráfica.
5.2.2. Algoritmo de reprogramación de los bloques
5.2.3. Estructura de hardware básica que permita
modificaciones en sus bloques.
5.2.4. Aplicación de la planta de nivel.
6. DESARROLLO DEL HARDWARE RECONFIGURABLE
6.1. Desarrollo de la interfaz gráfica y simulación de la estructura básica.
6.2. Desarrollo del algoritmo de programación del micro controlador.
6.3. Desarrollo del hardware de estructura básica.
6.3.1 Características de los módulos OPAMP.
6.3.2 Características de los módulos PGA.
6.3.3 Características de los módulos ADC
6.3.4 Características de los módulos DAC
6.4. Cálculos realizados.
6.4.1. Cálculos amplificadores con ganancia
6.4.2. Cálculos constantes de integración (parte 1)
6.4.3. Cálculos constante integración (parte 2)
6.4.4. Cálculos constante derivativa (parte 1)
6.4.5. Cálculos constante derivativa (parte 2)
6.4.6. Cálculo sumador
6.4.7. Cálculos restador
6.5. Aplicación en la planta.
6.5.1. Válvula de control proporcional
6.5.2. Sensor de nivel ultrasónico
6.5.3. Sensor de nivel de presión diferencial
6.5.4. Válvulas de apertura de líquido
6.5.5. Tanques de la planta
6.5.6. Prueba con la planta sin controladores
7. RESULTADOS
7.1. Interfaz gráfica.
7.2. Algoritmo de reprogramación
7.3. Aplicación de la estructura básica en los micros controladores.
7.3.1. Resultados del bloque proporcional PGA.
7.3.2. Resultados del bloque integral.
7.3.3. Resultados del bloque derivativo.
7.4. Aplicación en la planta de nivel.
7.4.1. Prueba en lazo abierto.
7.4.2. Prueba en lazo abierto con circuito de corriente.
7.4.3. Prueba en lazo cerrado.
8. Consideraciones
8.1. Sumador digital.
8.2. Posibles combinaciones.
8.3. Configuración de Parámetros adicionales.
8.3.1. Conversor USB-RS232.
8.3.2. Inicio de Matlab
8.3.3. Mensajes de advertencia
8.3.4. Reconfiguración de PSoC
8.3.5. Diagrama de los circuitos finales
9. CONCLUSIONES.
10. BIBLIOGRAFÍA.
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JUSTIFICACION
El proyecto desarrollado y documentado plantea la solución de ciertos
inconvenientes encontrados, como lo es la falta de similitud entre la simulación y el
montaje de sistemas que operan señales o sistemas, el montaje de circuitos y la
búsqueda de componentes que en muchos casos no se encuentran o son
costosos y por ultimo pero no menos importante la falta de aplicación de estos en
diferentes plantas de trabajo que se encuentran en la academia
De tal manera que los resultados del proyecto los cuales fueron documentados y
delimitados tanto en sus resultados como en los campos de trabajo donde se
pueden aplicar, como es el caso de la interfaz gráfica que se desarrolló en un
software cuyo entorno, permite simular y reprogramar el sistema planteado.
El sistema reprogramable que se planteó desde la interfaz gráfica evita el hecho
que se busquen componentes o circuitos de cierta complejidad para realizar algún
tipo de práctica, como ejemplos la derivación de una o más señales o la resta de
dos señales para su posterior inversión de magnitud. Permitiendo que el hardware
con el que se cuenta permita obtener resultados satisfactorios.
Como se ha dicho anteriormente los sistemas se plantearon se hicieron con el fin
de obtener la aplicación de un lazo de control en algún tipo de planta que
mostrara los resultados, puesto que se observó la oportunidad por tiempo y
distancia se utilizó la planta de nivel de líquidos AMATROL.
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1. INTRODUCCION
Este proyecto busca ampliar el espectro desarrollado por el grupo de trabajo
(González M. & Rodríguez S.). Que exploro aplicaciones de los sistemas
reprogramables en el procesamiento de señales análogas utilizando los módulos
análogos y digitales de cierta gama de micro controladores de la empresa cypress,
por lo cual se toman los análisis y comprobaciones documentados en el proyecto,
para plantear nuevos objetivos, además de establecer un nuevo marco de trabajo
tanto en la reconfiguración del sistema físico como en la interfaz que mostrara con
que elementos se cuentan. Permitiendo la realización de un sistema de hardware
reconfigurable para aplicaciones de control.
En la actualidad los sistemas basados en hardware reconfigurable o no
reconfigurable, que se desarrollan para aplicaciones específicas se conocen como
sistemas embebidos, sistemas que pueden analizar o controlar solo un proceso
(ej. frenos ABS), estos sistemas que se desarrollan para enfoques y tareas muy
determinadas, se deben reconfigurar para poder aplicarse a nuevos procesos, o
adaptarlos a alguno ya existente para que se puedan aprovechar de la mejor
manera.
Basados en la idea de desarrollar e implementar un sistema embebido que se
enfoque específicamente en el control de nivel de líquidos, se plantea el objetivo
principal del desarrollo de un software, que permita la simulación y la
reprogramación de ciertos módulos análogos y digitales de un hardware, dicho
hardware se basa en la lógica de un lazo de control cerrado, que además permitirá
que el diseño planteado habilite una gama de posibilidades con la combinación de
cada uno de los módulos utilizados.
De tal forma que el plantear un sistema embebido donde las simulaciones y la
reprogramación sean compatibles, requiere que el diseño se implemente en un
hardware que sea reconfigurable además de ser bastante confiable en sus
resultados para poder verificar el sistema implementado.
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Como se ve en muchos casos la cantidad de circuitos que se encuentran en las
fuentes bibliográficas, los cuales ilustran las configuraciones establecidas para
realizar algún tipo de bloque de control (proporcional, integral o derivativo), pueden
ser fáciles desde el punto de vista teórica, pero si se analiza el tiempo que toma la
búsqueda del montaje, la realización y la comprobación, se observa que el tiempo
aumenta en cierta medida, además de tener en cuenta que muchos de los
resultados teóricos se hacen con base en componentes que no existen como es el
caso de condensadores y resistencias que además de poseer valores no
comerciales el tamaño y la alimentación de los circuitos integrados que se utilizan
para obtener el resultado es otro factor importante que no se tiene en cuenta.
Por tanto todas las fases de diseño y metodología se establecieron para
determinar qué tipo de interfaz sería la más adecuada, junto con la mejor manera
de simular y reconfigurar los módulos necesarios para realizar las prácticas de
verificación donde el tiempo que toma el realizar una práctica sea corto. Estas
verificaciones que se hacen con todos los módulos establecidos en la lógica de
control de lazo cerrado se documentan las respuestas obtenidas y los parámetros
que se pueden modificar.
Como los objetivos establecidos no solo se enfocan en el diseño e
implementación de un sistema de hardware reconfigurable de dos PSOC para
aplicaciones de control, con señales de laboratorio, sino también en la
implementación y obtención de resultados en la planta de nivel de líquidos
AMATROL. Puesto que esta planta contiene cierta cantidad de sensores y
procesos que permiten realizar prácticas para el montaje y verificación en tiempo
real, esto permite realizar una documentación del funcionamiento del sistema
tanto en lazo abierto como en lazo cerrado con y sin algún tipo de control.
De tal forma que el desarrollo planteado permite la verificación de resultados de
manera individual y conjunta, de cada uno de los objetivos establecidos en el
proyecto, concluyendo al final que los resultados obtenidos podrán ampliarse
mucho más si se continúa ampliando márgenes de trabajo e investigación.
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2. OBJETIVOS
2.1. General
Diseñar, implementar y verificar un sistema de hardware reconfigurable para
aplicación en un sistema de control de nivel de líquidos de la planta amatrol.
2.2. Específicos
Diseñar una interfaz gráfica desde Simulink que permita la reconfiguración de
bloques a partir de una estructura de modelo análogo básico.
Diseñar e implementar un algoritmo que permita la reconfiguración de un
hardware de los bloques análogos de un sistema de hardware básico
interconectado con 2 Psoc.
Diseñar e implementar el hardware de estructura básica que permita la
reconfiguración de los bloques análogos de 2 Psoc con los acoplamientos de
voltaje y corrientes junto con conectores de entradas y salidas apropiados
Aplicar y verificar el sistema diseñado en un control de nivel de líquidos de la
planta amatrol de la facultad tecnológica.
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3. Estado del Arte
En la actualidad los sistemas de simulación son en su mayoría ideales,
entendiéndose simulación como una herramienta de depuración que permite
representar mediante software el comportamiento de un sistema, permitiendo
verificar fácilmente los errores en el funcionamiento del mismo, al tratarse de un
software, el comportamiento de los sistemas simulados no es idéntico a la
realidad, esto se debe a que están limitados a la configuración predefinida de sus
componentes, lo que hace imposible que se puedan tomar en cuenta
características físicas como el material de fabricación de los elementos y agentes
externos como la temperatura y señales parasitas, que alteran e influyen en gran
proporción en el resultado obtenido, generando así un alto porcentaje de error en
la relación de los resultados prácticos y de simulación, tomando en cuenta estas
falencias en el proceso de simulación es necesario optar por la implementación de
un emulador, entendiendo que el emulador es una herramienta que consiste en un
complejo sistema electrónico controlado por un software, el cual tiene como
función reproducir el funcionamiento y las características reales del sistema a
emular (Palacios, Remiro, & Lopez, 2006.).
A continuación se presenta una recopilación de artículos relacionados con el
desarrollo e implementación de un emulador enfocado en el software Simulink de
Matlab, estos dan una base teórica para la solución y desarrollo del proyecto,
dando una idea de la utilización de Matlab, Simulink y PSoC permitiendo divisar
las distintas formas de manejo tanto de software como hardware para así poder
analizar y seleccionar la metodología más adecuada para la solución al problema
(MathWorks, 2012), (The MathWorks, “MATLAB - The Language of Technical
Computing”, 2012.), (Joven club de computacion de Cabaiguan).
Gracias a la versatilidad del software Matlab y de las herramientas que contiene,
como Simulink, este es usado para distintas aplicaciones en los proyectos, entre
las más destacadas se encuentran la interfaz gráfica, cálculo, diseño y simulación
de sistemas (Palacios, Remiro, & Lopez, 2006.). Al revisar los artículos
encontrados se encuentra la utilización de Matlab por distinto autores, para
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distintas funciones, por ejemplo los autores Domínguez, Rodríguez y Ruíz en su
diseño de un sistema de digitalización de señal, utilizan el System Generator de
Xilinx junto con Simulink para generar el código necesario para implementar la
FPGA en el proyecto, con el uso de System Generator, los autores lograron
generar que el código del programa tuviera un nivel de abstracción más alto, así
como la reducción de tiempo en la generación de dicho código; adicionalmente los
autores aprovecharon el software Matlab para la creación de la interfaz gráfica
(Dominguez, Rodriguez, & Montero , 2010). Paralelamente los autores Gómez y
Cerquides usan Matlab/Simulink para la creación de la interfaz de usuario para su
simulador de radar, así como el desarrollo de los cálculos matemáticos necesarios
para el tratamiento de las señales que intervienen en el radar, con la utilización de
Matlab los autores lograron la reducción de los tiempos de simulación ya que la
interfaz les permite tomar los datos necesarios en un periodo comprendido en el
rango de los milisegundos (Gomez Almadana , 2007). Por su parte los autores
Jiménez y Pachin usan System Generator y Simulink conjuntamente para el
diseño e implementación desde Matlab de un modulador y demodulador N-QUAM
sobre una FPGA de Xilinx (Jimenez Nuñez & Panchi Campos , 2011). Otro
proyecto basado en la utilización de System Generator y Simulink, es la
Simulación e implementación en FPGA de un esquema de codificación del canal
sujeto al estándar de Wimax (Interoperabilidad Mundial de Acceso por
Microondas) en donde usan conjuntamente estos software para implementar el
código de programa en la FPGA Spartan 3E-Starter (Nuaymi, 2007), (XILINX,
2006), (Marzo Icaza & Estrada).
En el diseño del sistema embebido para el procesamiento de señales ultrasónicas,
los autores Cabrera y Velazco utilizaron Matlab para simular el comportamiento de
las señales ultrasónicas desde el momento en que son emitidas hasta el momento
de la recepción por el sistema. Para la implementación de dicho sistema los
autores utilizaron PSoC, una tecnología desarrollada por Cypress Semiconductor
enfocada al desarrollo de los microcontroladores, creando una integración entre un
bloque análogo y un bloque digital, los cuales pueden interactuar y dar así una
mayor variedad de opciones a la hora de programar (Joven club de computacion
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de Cabaiguan), los autores en este caso utilizan específicamente el bloque
análogo de PSoC para el acondicionamiento de la señal permitiendo así tener una
mayor facilidad de incorporar mejoras en el sistema ya que el tratamiento de la
señal se hace prácticamente en su totalidad dentro del PSoC (Cabrera-López &
Velasco-Medinaa, 2011).
En el desarrollo de un emulador fotovoltaico para el testeo de inversores se usó el
software Simulink para realizar el código en bloques funcionales que luego son
traducidos a lenguaje C con la ayuda de Real Time Workshop (RTW) (GUI),
adicionalmente hacen uso de Embedded IDE Link una ToolBox de Simulink que
permite implementar el código directamente en un microcontrolador (Mathworks),
(Miguel Espinar, 2011). En la Universidad Autónoma de Occidente, Cali Colombia,
con el fin de realizar un control adaptativo de uno de los procesos del laboratorio
de automática se utiliza PSoC por el autor Argote implementando el uso de
algoritmos bioinspirados (C.E. Borges, 2011), obteniendo como resultado un mejor
control de los procesos (Fuertes, 2011). Por su parte el autor Guerrero utiliza una
FPAA y el bloque análogo del PSoC para lograr el diseño de filtros analógicos con
frecuencias de trabajo superiores a 100KHz, con la implementación de estas
tecnologías el autor logra generar los algoritmos necesarios para el diseño de los
filtros (J. J. Cabrera-López, 2007). Así mismo para la implementación de filtros FIR
(M. MARTÍNEZ, 2009). Los autores Torres, Padrón y Hernández del la
Universidad Central de las Villas utilizan los sistemas programables PSoC (Torres,
Padron, Hernandez, & Taboada). En la universidad nacional de la Patagonia los
autores Colombo y Rogel implementan el uso de sistemas reconfigurables PSoC
para el diseño e implementación de un anemómetro ultrasónico 3D (Montoya
Walter), logrando la reducción del número de componentes externos, mejoras en
la velocidad de operación, costos y en general el tiempo de ejecución del proyecto
(Montoya Walter).
Con respecto al tema de los emuladores, en la Universidad Abierta de Cataluña el
autor Bas Gago implementa el emulador de un microcontrolador PIC 16F84
basado en una FPGA, el autor utiliza MPlab para desarrollar el código de
funcionamiento el cual es leído por Emulpic una interfaz de usuario desarrollada
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por el autor en Microsoft C++.NET (Palacios, Remiro, & Lopez, 2006.), desde esta
plataforma se logra también la comunicación con la FPGA y el control del
emulador ya implementado en la misma (Bas Gago, 2010).
En la Universidad Distrital FJDC los autores Delgadillo y Pirajan hacen uso de una
FPAA en complemento con PSoC para realizar una aproximación a un sensor
inteligente reconfigurable y autoadaptable al ambiente (Angel Augusto Custodio
Ruiz, 1999), con la implementación de estas tecnologías en el desarrollo del
proyecto los autores logran que el sistema sea totalmente reconfigurable en
menos de 2 segundos, que tenga un control manual y un control por software, así
como una flexibilidad entre entradas y salidas (Delgadillo & Piraján ). Los autores
Arnal y Bono en el diseño de un sistema de control para un cortacésped, utilizan
PSoC para el procesamiento de las señales provenientes de diferentes sensores
que verifican el comportamiento del cortacésped, esto para tener una idea de
cómo se está comportando este y prevenir posibles fallas, analizando los datos
provenientes de los sensores en una interfaz gráfica hecha en Matlab (Herguedas
& Nuez). Un proyecto similar al anterior realizado en la Universidad Nacional de la
Patagonia, enfocado principalmente a censar la temperatura a diferentes
profundidades del mar, esto con el objetivo de tener un análisis detallado de la
biodiversidad presente en la zona donde estén ubicados los sensores, en este
proyecto los autores Costa y Pujana además de la utilización de PSoC emplean un
módulo Xbee Pro para comunicar el sistema de procesamiento de señal con la PC
(Morales Insignares, Orozco Charrys, & Gamarra Acosta, 2014).
En el desarrollo del simulador de un esquema de modulación y demodulación
OFDM utilizando un modelo de canal multitrayectoria, entiéndase por OFDM
(Multiplexación por División de Frecuencias Octogonales) (Costa, y otros), los
autores Vergara y Estrada hacen uso del software Simulink de Matlab para el
diseño y análisis de un sistema de comunicaciones de banda ancha inalámbrico,
basado en el estándar IEEE 802.16 (Jimenez, Parrado , Quiza, & Suarez).
Los autores Urbina y Martínez por su parte hacen uso de PSoC para
procesamiento de señales, Matlab para ayuda de soporte a las pruebas realizadas
al proyecto y Labview para generar la interfaz de usuario en su implementación de
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un electro miógrafo enfocado principalmente hacia usuarios cuadripléjico (Vergara
Gonzalez, 2008), (Instruments). Para la evaluación del movimiento en tiempo real
y sus aplicaciones la autora Mota implementa circuitos bioinspirados sobre un
PSoC, evaluando el algoritmo descrito en Matlab (Urbina Rojas & Martinez Santa,
2012) (Mota Fernandez, 2007-08).
En la implementación de un sistema que permita el control del flujo de líquidos y
gases, y por medio de chips haga un reconocimiento de los clientes de las
estaciones de gasolina los autores Contreras y Montaña usan PSoC para el
sistema de control y principalmente utilizan su módulo RFID para el
reconocimiento de clientes (egomexico). Para medir los parámetros básicos del
funcionamiento de las baterías de litio, estado de carga (SoC) y estado de salud
(SoH) (Electropedia, Electropedia), (Electropedia, Electropedia), Ferrer usa un
circuito que introduce una señal sinusoidal en las baterías, procesando la señal
obtenida por medio de un PSoC, analizando el cambio de fase de la señal
ingresada, este cambio de fase es debido a la impedancia interna de la batería,
posteriormente genera la visualización del nivel de SoC de la batería en una LCD.
Con el fin de optimizar el diseño en el nivel de cargas dentro de un encaje
protésico para amputaciones a nivel transfemoral el autor Espinosa usa las
herramientas computacionales Solid Edge, Algor, LabView, Matlab, SimiMotion
para simular el comportamiento de las fuerzas involucradas en el interior del
encaje protésico, para la implementación del encaje se usa PSoC para la
adquisición, conversión y análisis de datos de calibración (Gutierrez Olivar,
Lambas Perez, Pascual Albarracin, & Vazquez Gallego, 2005/2006),
(AUTODESK.COMMUNITY), (simi reality motion systems), (Espinosa Ocampo,
2012).
Luego de realizar una análisis de los diferentes documentos que hablan sobre las
aplicaciones nos solo de PSOC sino también de las aplicaciones que permite
MATLAB en los diferentes sistemas emulados y en varias de sus herramientas, se
establece que la mejor manera de realizar el proyecto, es dividir en bloques todo
el proyecto de tal manera que se puedan realizar fases de avance que permitan al
final entrelazarse en uno solo sistema que no solo reconfigure el hardware sino
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que también genere una simulación de cada una de las posibilidades del proyecto,
permitiendo de esta manera que se obtenga resultados concretos y
documentables de tal manera que utilizando la herramienta SIMULINK de
MATLAB se puedan generar las simulaciones, además de establecer una
comunicación con el PSOC para la reconfiguración.
Así como se ve en varios proyectos, que los resultados de una simulación en
MATLAB son bastante confiables, se establece que la división del proyecto en
bloques dejara por último la comprobación de los resultados en la planta de nivel
de líquidos de tal forma que los resultados que se obtengan de los montajes en el
laboratorio no serán lejanos a la realidad encontrada en el montaje.
Marco legal: Decreto 3942 de 25 de Octubre de 2010: Este decreto se enfoca a la protección del derecho de autor, y favorece a los titulares del derecho de autor dando un control a
la explotación de sus creaciones, aprovechándolas económicamente (Ministerio del interior y justicia, 2010). Decreto 4835 de 2008: Regular el cumplimiento de las normas que
protegen el derecho de autor y hacer una inspección y vigilancia a las sociedades de gestión colectiva del derecho de autor, estableciendo la estructura de las mismas y las funciones
de los administrativos (Ministerio del Interior yJusticia, 2008). Decreto número 1360 de 1989: Reglamenta que el soporte lógico (software) es incluido en el Registro Nacional del
Derecho de Autor, explicando los elementos que contiene y especificando los requisitos para diligenciarlo (Ministerio de Gobierno de colombia, 1989).
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4. Marco teórico.
El planteamiento de un sistema embebido que se basara en la teoría de lazo de
control cerrado, proyectando la aplicación directa del diseño en una planta de
control de nivel de líquidos, se puede prestar para muchas interpretaciones, como
lo es el caso de aquellos sistemas que no son reconfigurables por software, sino
que de quererse realizar modificaciones al diseño establecido, se deberán
modificar componentes físicos generando riesgos de algún posible daño, por lo
cual el sistema que se reflejó en los objetivos establecidos a alcanzar, se planteó
como un hardware que tuviera una estructura básica reconfigurable, donde se
pudieran obtener resultados variables por medio de la modificación de parámetros
ya establecidos por software.
De esta manera, para poder modificar todos los bloques del micro controlador
además de poder obtener resultados en tiempo real sin la necesidad de realizar
modificaciones físicas que necesitaran obligatoriamente que el usuario removiera
componentes al circuito ya establecido, se implementó una interfaz gráfica que
involucrara no solo la posibilidad de modificar parámetros dentro del micro
controlador sino también que realizara una pequeña simulación que ilustrara al
usuario, esta interfaz gráfica se realizó en el entorno MATLAB, el cual además de
contar con herramientas que hacen posible la simulación de sistemas con diversas
características, también permite establecer líneas de comunicación con otras
plataformas de desarrollo. (Arce & Vianna Raffo, 2009), (Moore, 2007). Por tal
motivo el establecer que lazo de control y que parámetros se establecerían desde
MATLAB fue la primera etapa en el bloque de la interfaz gráfica.
Entre muchas de las teorías de control el proyecto se basó en la teoría de control
convencional en la cual el análisis de una entrada y una salida permite automatizar
ciertos procesos, como es el posicionamiento de sistemas mecánicos, o el control
de flujos o nivel de agua, de tal forma que el sistema que se diseñó e implemento
desde MATLAB, contiene las características comúnmente presentadas en un lazo
cerrado de control, “Un ejemplo de un diagrama de bloques de un sistema en lazo
cerrado. La salida C(s) se realimenta al punto de suma, donde se compara con la
entrada de referencia R(s). La naturaleza en lazo cerrado del sistema se indica
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con claridad en la figura. La salida del bloque, C(s) en este caso, se obtiene
multiplicando la función de transferencia G(s) por la entrada al bloque, E(s).
Cualquier sistema de control lineal puede representarse mediante un diagrama de
bloques formado por puntos de suma, bloques y puntos de ramificación” (Ogata,
2010).
Una vez se establece en que entorno de programación y que características se
tendrán en cuenta para la simulación y programación del hardware, se establece
que la siguiente línea de trabajo será la implementación del diseño, en un micro
controlador CY8CKIT-059 PSoC® 5LP. Debido que presenta mejoras significativas
con respecto a sus antecesores, ya que cuenta con una tecnología de fabricación
que permite la modificación de los módulos análogos y digitales internos, de esta
manera no solo se cuenta con una herramienta que por su estructura interna
permite implementar por completo todos los puntos que se utilizan en un lazo
cerrado de control, sino que también por la tecnología ARM implícita en su
fabricación permite que se reconfigure internamente sin la necesidad de
desmontar el micro controlador del sistema implementado. (Cuadros Acosta,
2011).
Cumpliendo de esta manera con todos los bloques establecidos para el diseño y
puesta en marcha del proyecto debido a que la interfaz gráfica permitirá verificar
no solo la información técnica de lo que se está modificando en el sistema de
hardware sino que también permitirá visualizar que tipo de sistema se obtendrá
con dichos parámetros. Por tanto la implementación del sistema en la planta
AMATROL de nivel de líquidos permitirá la verificación del sistema diseñado,
teniendo en cuenta que los voltajes y corrientes de la planta son bastante altos,
por lo cual se deben diseñar acoples y protecciones adecuadas evitando que
algún tipo de daño bien sea en el pc donde se implementa la interfaz gráfica o en
el micro controlador.
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5. Planeación y Metodología.
5.1. Planeación.
Con el fin de establecer la mejor manera para el desarrollo e implementación del
proyecto se plantea un cronograma de conocimiento y trabajo continuo. Para
cumplir con todos los objetivos planteados, se establece por medio de un
diagrama de Gantt (Angulo Aguirre, 2013), el cual se muestra a continuación.
Etapa Tiempo (semanas)
Siguiente etapa
Estado de la etapa
Resultado
Conocimiento de la planta donde se implementara el proyecto
1 – 2 Aplicación en la planta de nivel
Completa Se estudian y documentan todos los sensores y actuadores que posee la planta, y las debidas precauciones que se deben tener durante su manejo.
Establecer la mejor opción de interfaz grafica
1-2
Desarrollo interfaz grafica
Completa Se establece que la mejor opción para la interfaz gráfica, es una que muestre los cambios hechos al hardware, además de modificar los parámetros de cualquier PSoC, según lo requiera el usuario.
Estudio del mejor PSoC para el proyecto
1-2 Estructura de hardware básica que permita la reconfiguración de sus bloques
Completa En consecuencia con los planteamientos hechos en el inicio del proyecto, donde se sabe que la tecnología de PSoC tiene posibilidades análogas y digitales, se establece que la actualización del entorno de programación PSoC, además de la llegada de una nueva gama de microcontroladores, como es el caso del PSoC 5LP, permitirá el desarrollo completo de todo el proyecto.
Desarrollo interfaz grafica
3-4 Completa La interfaz gráfica se desarrolla en Matlab, ya que sus toolbox, permiten no solo la conexión con otras plataformas, sino también la implementación de una interfaz gráfica que controle todo e informe del proceso.
Algoritmo de reprogramación de
bloques
5-6 Completa El desarrollo del algoritmo de reprogramación de los bloques del proyecto estará dividido en dos partes, una de las cuales estará en la interfaz gráfica y la otra en el microntrolador
Estructura de hardware básica que permita la
reconfiguración de sus bloques
4-6 Completa La estructura que se estableció y que se seguirá en todo el proyecto es la de lazo de control cerrado, el cual tendrá que diseñarse e implementarse para verificar su funcionamiento.
Aplicación en la planta de nivel
5-6 Completa La aplicación en la planta de nivel deberá ser de manera continua, de tal manera que se pueda establecer que rangos de trabajo tiene la planta cuando se desarrolla algún tipo de comunicación y reprogramación de parámetros.
Tabla 1: Diagrama de Gantt sobre la planeación del proyecto.
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5.2. Metodología
5.2.1. Interfaz gráfica.
La interfaz gráfica junto con la simulación tienen por objetivo principal, el desarrollo
de una herramienta que permita predecir resultados por medio de la simulación de
alguna combinación de la plantilla desarrollada, además de brindar una interfaz
que reprograme los módulos del micro controlador PSoC, sin la necesidad de ir a
la plataforma de programación PSoC creator, permitiendo así mejorar el tiempo de
desarrollo en algún tipo de proyecto.
Por esta razón ese establece una plantilla de predefinida, donde se tenga claro
que módulos son con los que cuenta PSoC, y que posibilidades de combinación
de operaciones se tiene, debido a que se utilizaran dos microcontroladores
PSoC, se proyecta que los resultados obtenidos en uno se duplique, y además
que la interfaz permita la programación de cualquiera de los dos, sin la necesidad
que el usuario modifique parámetros de manera física, si no que la interfaz permita
la reprogramación de cualquiera de los módulos en alguno de los PSoC.
Con respecto a la interfaz y la simulación en la herramienta, Simulink, se tendrá
en cuenta el hecho que los resultados obtenidos podrán ser lo más cercanos a las
simulaciones, ya que los resultados obtenidos a partir de simulaciones tienen la
característica de ser ideales en todo sentido, pero en el caso de un microntrolador
el cual cuenta solo con voltajes de alimentación entre 3.3v 5v, no se podrá
esperar salidas de voltaje superiores a los voltajes de alimentación.
5.2.2. Algoritmo de reprogramación de los bloques
Uno de los objetivos es diseñar una interfaz que permita la reconfiguración de los
bloques de PSoC sin la necesidad que el usuario realice modificaciones físicas, si
no que mediante una interfaz que le genere y le informe que parámetros son los
que tiene disponible y que además le informe que valores no son permitidos en el
micro controlador, se debe tener en cuenta que el código que se generara tanto en
MATLAB como en PSoC debe tener alguna manera de comunicarse y de
interactuar, por lo cual se plantea usar un protocolo USB puesto que el micro
controlador y el pc tienen estos puertos, de esta manera se puede establecer
algún tipo de protocolo de comunicación que sea adecuado y eficaz.
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Sin descartar algún tipo de cambio o mejora en el protocolo de comunicación final,
con el único objetivo que las necesidades de hardware que el usuario llegue a
tener, sean informadas modificadas y realizadas por medio de la interfaz gráfica.
5.2.3. Estructura de hardware básica que permita
modificaciones en sus bloques.
Siguiendo con la línea de desarrollo esperada, se establece el uso de los micro
controladores PSoC, debido a la alta cantidad de módulos digitales y análogos que
posee sin olvidar que cada una de sus familias posee mejoras significativas con
respecto a la anterior, por lo cual se harán pruebas con varias de ellas y se
establecerá cual es la mejor opción para el desarrollo del proyecto, teniendo en
cuenta la facilidad que tenga para la comunicación con la interfaz gráfica, la
cantidad de módulos que se puedan utilizar y modificar entre muchas otras
opciones que permitan un desarrollo adecuado del proyecto.
De tal manera que se pueda establecer que estructura básica será la más
adecuada para el proyecto.
Como el micro controlador y las funciones del resultado final del proyecto pueden
tener malas interpretaciones, se implementaran protecciones y acoplamientos
adecuados en todas y cada una de las entradas y de las salidas de los micros
controladores utilizados.
5.2.4. Aplicación de la planta de nivel.
Uno de los objetivos finales del desarrollo completo del proyecto es la aplicación
práctica del mismo en alguna plataforma que permita visualizar la variación de
parámetros físicos sin la necesidad de algún accionamiento manual, por medio de
establecimiento de algún lazo de control que permita la realimentación de valores
y la modificación de otros. Se escoge la planta de líquidos puesto que tiene
variedad sensores y de propuestas de trabajo ya que posee dos tanque
interconectados cada uno con un nivel diferente y dos sensores de nivel, uno de
presión hidrostática y otro ultras-sónico y una válvula de control proporcional, por
lo cual uno de los estudios llevara a establecer cuál de las herramientas de la
planta será la mejor opción de trabajo.
16
6. Desarrollo del Software y el Hardware reconfigurable.
Como el planteamiento hecho desde el principio donde se explica que bloques se
esperan del proyecto se desarrolla una metodología por bloques, con la finalidad
de obtener resultados separados que al final se puedan unificar en un solo
proyecto.
6.1. Desarrollo de la interfaz gráfica y simulación de la
estructura básica.
Con el propósito de establecer que estructura de hardware básica sería la más
adecuada se hicieron varias consultas y lluvias de ideas, donde se estableció que
los elementos -empleados en forma paralela, encontrados en un lazo cerrado de
control son los más utilizados por los estudiantes tanto en simulación como en
montajes de laboratorio, esto quiere decir que usualmente un estudiante simulara
un integrador o un proporcional y se sumaran los resultados obtenidos, por lo cual
no se encontró información o respuestas donde un estudiante utiliza más de un
integrador o más de un bloque proporcional.
De esta manera se establece que el lazo de control tradicional (figura1), en el cual
se utilizan; 1 restador, 1 bloque proporcional (P), 1bloque integral (I), 1 bloque
derivativo (D), 1 boque de suma.
Es la estructura básica a realizar desde la interfaz hasta la aplicación en forma de
hardware.
Figura1: modelo de lazo de control paralelo.
17
Por lo cual se establece el desarrollo de una estructura básica en Simulink
(figura2), que permita visualizar posibles resultados del hardware, frente a
entradas de cierto tipo en los implementos de laboratorio.
Figura2: Estructura básica implementada en Simulink.
Esta estructura básica de Simulink será controlada por la interfaz gráfica
desarrollada en GUI, de tal manera que se puedan variar los parámetros desde la
interfaz, con el pleno conocimiento de que valores se tienen o se pueden
modificar.
La interfaz gráfica (figura3), cumplirá dos funciones esenciales que serán la
reprogramación de los bloques de los microcontroladores y la generación de una
simulación que permita visualizar que resultados se pueden obtener con los
valores establecidos anteriormente
Figura3: Interfaz gráfica modelo inicial.
18
6.2. Desarrollo del algoritmo de programación del micro
controlador.
Debido a que se pretende la reprogramación de los bloques de PSoC desde una
interfaz gráfica que pueda generar además una simulación, el algoritmo encargado
de esa tarea tendrá como finalidad la comunicación de MATLAB con los micro
controladores, de manera que se pueda reprogramar los bloques adecuados si la
necesidad de realizar modificaciones físicas, por lo cual se utiliza el protocolo de
comunicación USB para comunicar directamente las ordenes generadas por
código desde MATLAB, para ejecutarlas en el micro controlador, pero debido a
problemas propios de procesamiento de PSoC el protocolo USB no demuestra
resultados satisfactorios, además que el entorno de programación de PSoC (PSoC
creator), se actualiza de la versión 3.1 a la versión 3.3, generando cambios en la
estructura de comunicación, que a pesar de ser consultado por varias fuentes
bibliográficas no se encuentran los resultaos esperados.
Por lo cual se opta por usar un protocolo de comunicación compatible con PSoC y
Matlab, este resulta ser el protocolo de comunicación serial RS232, con el cual
Matlab solo necesita de 4 líneas de código (figura4), para realizar la comunicación
y la reconfiguración de los módulos de PSoC.
Figura4: Líneas de código básicas para envió de datos desde MATLAB a los micro controladores.
La primera prueba del protocolo se realiza con el software HERCULES (figura5), el
cual demuestra que los datos que se envían desde MATLAB son compatibles con
el protocolo de comunicación y que además permite él envió de datos hacia
PSoC.
s1=serial('COM10','BaudRate',115200,'Parity','none','DataBits',8,'StopBits',1); fopen(s1); fprintf(s1,'D'); fclose(s1);
19
Figura5: Software Hércules el cual se utiliza para verificar el funcionamiento del conversor RS232.
Como el algoritmo de programación se divide en dos partes ya que una parte que
se encuentra en el código de MATLAB que envía los datos que el usuario desea
reprogramar y la otra en PSoC donde se recibirán los datos y se modificaran los
bloques que se requieran, también en PSoC se utiliza un bloque específico para la
comunicación (figura6), donde se configuran los parámetros procedentes del
código en MATLAB.
Figura6: Bloque UART configurado a 115200 bps, velocidad que también se configura en MATLAB.
Cuando se implementan los dos fragmentos del código se realiza una prueba
donde el micro controlador PSoC prende y apaga el led indicador que tiene
cuando se colocan valores superiores a 0 en el bloque proporcional de la interfaz
gráfica.
Como se digo anteriormente los datos que se envían desde MATLAB llegan al
micro controlador por medio del bloque UART, el cual permite la comunicación de
manera continua y además acepta los valores que se requieren para su
reprogramación total o parcial, además como el micro controlador posee dos
20
bloques UART, el segundo se utiliza para la reconfiguración del segundo micro
controlador.
6.3. Desarrollo del hardware de estructura básica.
Como se mencionó antes se utilizara la estructura básica de un lazo cerrado de
control para la aplicación de los datos obtenidos desde SIMULINK y GUI de
MATLAB, por lo cual se indaga sobre varias familias de PSoC con el fin de
establecer cuál es la mejor opción para el desarrollo del proyecto, y se llega a la
conclusión que la mejor opción es la última familia de PSoC la familia de la gama
5, debido a la facilidad de la comunicación y la variedad de módulos encontrados
en su hardware, como es el caso de los bloques OPAMP, y los bloques PGA y
UART, además de ser completamente compatible con la última actualización del
entorno de programación PSoC creator 3.3, en varias referencias anteriores se
estudió la posibilidad de utilizar el psoc3 el cual viene en formato de tarjeta de
desarrollo y no de microcontrolador, pero debido a las actualizaciones de PSoC
creator se generaron problemas con su protocolo de programación por lo cual se
optó por el psoc5LP.
En la tabla1 se enumeran los módulos necesarios para el proyecto y los
proporcionados por el micro controlador, datos proporcionados por el entorno de
programación de PSoC.
Módulos necesarios Módulos disponibles psoc5LP
4 OPAMP 4 OPAMP
2 PGA 4 PGA o 4 PGA INV
2 UART 4 UART
2 ADC 2 ADC
2 DAC 4 DAC Tabla1: Lista de módulos necesarios para el proyecto y lo módulos disponibles el micro controlador de PSoC.
6.3.1 Características de los módulos OPAMP.
Los módulos OPAMP de PSoC son módulos que proporcionan un bloque de
funcionamiento análogo a partir de un entorno digital, en muchos de los foros que
hablan sobre PSoC se encontró que la aplicación más usual es la de modo
seguidor donde se encuentran excelentes resultados al momento de hacer
21
seguimiento a una señal de entrada con parámetros variables, pero en el caso del
proyecto se utilizaran estos módulos para realizar operaciones de integración,
derivación, suma y resta de señales.
Figura7: Modulo Opamp de PSoC, cuyas entradas se configuran análogas por el propio entorno de desarrollo.
6.3.2 Características de los módulos PGA.
Los módulos PGA figura10, son perfectos para el funcionamiento en modo
proporcional de tal manera que se puede multiplicar una señal por una constante
multiplicativa y la salida será una señal con un valor proporcional establecido
desde PSoC, debido a la estructura interna que maneja PSoC las ganancias que
se pueden obtener son; *1 *2 *4 *8 *16.
Figura8: Modulo PGA de PSoC, Vref debe ir a tierra y vin será cualquier señal.
6.3.3 Características de los módulos ADC
Se encuentra como valor adicional el hecho que los módulos ADC de PSoC
(módulos de conversión análogo digital), funcionan prácticamente de manera lineal
donde se puede configurar la cantidad de muestras que se toman y en qué
momento se pueden accionar, por lo cual se agrega una parte digital al proyecto
donde se pueden sumar o multiplicar señales, pero no de manera análoga si no de
manera digital por medio de los bloques ADC.
22
Figura9: Conversor Análogo Digital.
6.3.4 Características de los módulos DAC
Como todo resultado obtenido, a partir de los módulos ADC, debe mostrarse en
algún modulo conversor de datos digitales a análogos se utiliza el módulo DAC, el
cual permite la salida análoga de datos de PSoC con la característica que el
voltaje del módulo no será superior a 4.08v.
Figura10: Conversor Digital Análogo.
6.4. Cálculos realizados.
Entre los cálculos desarrollados para escoger los diferentes componentes para
obtener los modos de control deseados se encuentran los cálculos realizados a
partir de la información obtenida de la configuración de los modos de control en
amplificadores operacionales, entre los cuales se encuentran aquellos
configurados con condensadores y resistencias y que además tienen voltaje de
alimentación dual (+12 -12).
Por este motivo se reemplazan los valores de referencia y se agrega un nivel
offset a los módulos análogos OPAMP de PSoC.
6.4.1. Cálculos amplificador con ganancia
Una de las aplicaciones más importantes en un amplificador operacional es la
característica de multiplicar las señales de entrada por una constante
preestablecida obteniéndose a la salida una señal con las mismas características
23
de frecuencia pero con una amplitud diferente. Como lo muestra la simulación
realizada la señal en amarillo es la misma señal de entrada y en azul la señal de
salida la cual obedece a la fórmula 1, la cual permite establecer que la ganancia
del circuito es 1, debido a que la resistencia RF y la resistencia R tienen el mismo
valor.
𝑉𝑜 = − (𝑅𝐹
𝑅) ∗ 𝑣𝑖
Formula1: Formula de un amplificador en modo inversor
Figura11: Simulación de un amplificador con ganancia 1 (circuito).
Figura12: Simulación de un amplificador con ganancia 1 (Resultado).
24
6.4.2. Cálculos constante de integración (parte 1)
La constante de integración que se puede obtener utilizando amplificadores
operacionales, resistencias y condensadores, permite realizar la operación a
cualquier señal de entrada, el resultado dependerá si la constante calculada es
adecuada para la señal. Como se en la fórmula 2.
V𝑜 = − (𝟏
R∗C) ∗ 𝑣𝑖
Formula2: Ganancia de integración.
De tal manera que los resultados obtenidos estarán dados por la variación del
potenciómetro digital, el cual ira de 0 ohm a 100.000 ohm, dando como resultado
una variación de la constante de integración entre 100000 y 1, por supuesto entre
la ganancia 100000 y la ganancia 1, existe la posibilidad de no pasar por ciertas
ganancias las cuales están dadas por la variación del potenciómetro digital. Por
medio de las especificaciones técnicas se observa que la variación del
potenciómetro es de 40ohm por lo cual se obtiene la siguiente tabla (tabla2):
Resistencia (ohm) Capacitancia
(microfaradios)
Resultado constante integral ( (𝟏
R∗C))
0 10 100000
40 10 2500
80 10 1250
120 10 833.33
160 10 625
200 10 500
…. ….. ……
99840 10 1.0018
99880 10 1.0012
99920 10 1.0008
99960 10 1.0001
100 000 10 1
Tabla 2: tabla de las ganancias integrales esperadas mediante la variación potenciómetro digital X9C104P.
25
Figura13: Simulación de un amplificador en modo integral (Circuito).
Figura14: Simulación de un amplificador en modo integral (Resultado).
6.4.3. Cálculos constante integración (parte 2)
Con el objetivo de ampliar las posibilidades que se pueden obtener con la
conmutación de diferentes switchs y relés se establece el diseño de un sistema
que permita sumar capacitancias del mismo valor permitiendo ampliar el rango de
posibilidades, de tal forma que no solo se tendrán los valores de la tabla 2, si no
que se amplía el rango de trabajo como se muestra en la fórmula 3 y sus
correspondientes resultados en la tabla 3:
V𝑜 = − (𝟏
(R∗(C+C))) ∗ 𝑣𝑖
Formula3: Formula de un amplificador en modo integrador con dos condensadores de igual valor.
De esta forma se muestra con la fórmula 3 como se pretende ampliar la gama de
posibilidades en el controlador integral, que permite determinar los valores al
aumentar la capacitancia del circuito, en la figura 15, se observa la base teórica de
este procedimiento.
26
Figura15: Explicación del aumento de capacitancia en paralelo. (Fuente: física universitaria sears zemansky)
De tal manera que los resultados obtenidos estarán dados por la variación del
potenciómetro digital, el cual ira de 0 ohm a 100.000 ohm, esto multiplicado por el
valor de los capacitores sumados (C+C). Por medio de las especificaciones
técnicas se observa que el resultado calculado al realizar la variación del
potenciómetro la cual es de 40ohm por lo cual se obtiene la siguiente tabla
(tabla3):
Resistencia (ohm) Capacitancia
(microfaradios)
Resultado constante integral (𝟏
R∗(C+C))
0 20 100000
40 20 2500
80 20 1250
120- 20 833.33
160 20 625
200 20 500
…. ….. ……
99840 20 1.0018
99880 20 1.0012
99920 20 1.0008
99960 20 1.0001
100 000 20 1 Tabla 3: tabla de las ganancias integrales esperadas mediante la variación potenciómetro digital X9C104P.
27
Figura16: Simulación de un amplificador en modo integral (Circuito).
Figura17: Simulación de un amplificador en modo integral (Resultado).
6.4.4. Cálculos constante derivativa (parte 1)
El valor de la constante derivativa que se pretende implementar en el
microcontrolador está dada por la fórmula 5.
𝑉𝑜 = −( (R ∗ C) ∗ 𝑣𝑖)
Formula 5: Formula de un amplificador en modo derivador.
Al igual que en el cálculo de la ganancia integral, la ganancia derivativa se ve
implicado el hecho que el sistema depende del valor del potenciómetro digital, el
cual varia en pasos de 40 ohm.
Por lo cual se calculan los siguientes valores tabla4.
28
Resistencia (ohm) Capacitancia
(microfaradios)
Resultado constante integral (R ∗ C)
0 10 0.00001
40 10 0.0004
80 10 0.0008
120 10 0.0012
160 10 0.0016
200 10 0.002
…. ….. ……
99840 10 0.9984
99880 10 0.9988
99920 10 0.9992
99960 10 0.9996
100 000 10 1
Tabla 4: tabla de las ganancias derivativas esperadas mediante la variación potenciómetro digital X9C104P.
Figura18: Simulación de un amplificador en modo derivador (Circuito).
29
Figura19: Simulación de un amplificador en modo derivador (Resultado).
6.4.5. Cálculos constante derivativa (parte 2)
Con el propósito de ampliar las posibilidades en la constante derivativa se siguió el
procedimiento de la constante integral, en este caso la constante derivativa se
aumentara de igual manera, con un capacitor en paralelo.
𝑉𝑜 = −( (R ∗ (C + C)) ∗ 𝑣𝑖)
Formula 6: Formula de un amplificador en modo derivador, agregando un capacitor en paralelo al circuito.
Al igual que en el cálculo de la ganancia derivativa con un solo capacitor, el
sistema depende del valor del potenciómetro digital, el cual varia en pasos de 40
ohm. Por lo cual se calculan los siguientes valores tabla5.
Resistencia (ohm) Capacitancia
(microfaradios)
Resultado constante integral (R ∗ C)
0 10 0.00001
40 10 0.0004
80 10 0.0008
120 10 0.0012
160 10 0.0016
200 10 0.002
…. ….. ……
99840 10 0.9984
99880 10 0.9988
99920 10 0.9992
99960 10 0.9996
100 000 10 1 Tabla 5: tabla de las ganancias derivativas esperadas mediante la variación potenciómetro digital X9C104P.
30
Figura18: Simulación de un amplificador en modo derivador (Circuito).
Figura19: Simulación de un amplificador en modo derivador (Resultado).
6.4.6. Cálculos sumador
El modo sumador de un amplificador operacional se puede obtener de dos formas,
la forma de sumador inversor y la de no inversor, después de analizar varias
fuentes bibliográficas se concluye que la mejor opción para el proyecto es la no
inversora puesto que no involucra muchos componentes y no requiere
recalcularse sus valores de referencia si las señales de entrada cambian.
Figura20: Simulación de un amplificador en modo sumador (Circuito).
31
Figura21: Simulación de un amplificador en modo sumador (Resultado).
𝑽𝒐 = − (𝑹) ∗ ((𝑽𝟏)
(𝑹𝟏)+
(𝑽𝟐)
(𝑹𝟐))
Formula7: Formula de un amplificador en modo sumador
6.4.7. Cálculos restador
En un lazo de control cerrado el bloque restador es una parte importante puesto
que permite la comparación de dos señales, en el caso del restador con voltajes
de funcionamiento entre 0v y 5v el voltaje v2, es la que marcara la pauta para la
salida, debido a que no hay posibilidad de obtener resultados con valor negativo.
Este resultado negativo seria el resultado de restar una componente v2 mucho
menor a la componente v1.
Figura22: Simulación de un amplificador en modo Restador (Circuito).
32
Figura23: Simulación de un amplificador en modo Restador (Resultado).
𝑽𝒐 = 𝑽𝟐 − 𝑽𝟏
Formula8: Amplificador operacional en modo restador
6.5. Aplicación en la planta.
En el caso de la planta de nivel la cual cuenta con varios modos de operación y de
trabajo, se realiza una prueba y se tabulan todos los datos obtenidos cuando la
planta está en funcionamiento, pero se encuentran varias características las
cuales permiten establecer los siguientes parámetros de funcionamiento.
6.5.1. Válvula de control proporcional
Se utilizara la válvula de control proporcional la cual funciona de 0 a 40 mA, con
lógica inversa, esto quiere decir a que a mayor corriente menor apertura de la
misma, esta válvula cuenta con la característica que a 90Kpa se cierra
completamente a una corriente de 20 mA, por lo cual el rango de trabajo será de 0
a 20 mA, teniendo en cuenta los acoples de necesarios para su funcionamiento
evitando daños.
Figura24: Válvula de control proporcional.
33
6.5.2. Sensor de nivel ultrasónico
El sensor ultrasónico de nivel que se encuentra en el segundo tanque de la planta
entrega los siguientes valores mínimos y máximos cuando el tanque está lleno
19.3 mA y si está vacío 3.9 m, lo cual es ideal para la realimentación de un lazo de
control
Figura25: Sensor de presión diferencial.
6.5.3. Sensor de nivel de presión diferencial
El sensor de presión diferencial también entrega valores en corriente, pero no es
ideal puesto que su valor mínimo es de 6.4 mA y su valor máximo es de 14.2 mA,
indagando por las razones que sucede esto se encuentra con características para
un tanque de mayor proporción, por lo cual sería necesario realizar un circuito se
trasforme el valor minio en 4 mA y el valor máximo en 20 mA, por razones de
facilidad en el circuito se opta por descartar el uso de este sensor.
6.5.4. Válvulas de apertura de liquido
Como la planta funciona como un lazo cerrado el cual permite que el líquido
recircule continuamente desde el tanque de almacenamiento pasa por la tubería y
la válvula proporcional hasta llegar al tanque donde se encuentran los sensores de
nivel, y ciertas válvulas manuales y digitales permiten que el líquido vuelva al
tanque inicial.
Estas válvulas funcionan con 24v de tal manera que presentan total apertura o
total cierre, por lo cual no se puede variar la salida proporcional del líquido, de esta
manera se opta por usar una válvula de apertura manual que se graduara de
34
manera que en estado de nivel estable el flujo de entrada sea igual al de salida,
permitiendo un nivel estable.
6.5.5. Tanques de la planta
Los tanques de almacenamiento de líquido son dos y uno de ellos se subdivide en
otros dos por lo cual se puede decir que se tienen 3 tanques donde dos de ellos
cuentan con sensores de nivel, y por efecto de gravedad las válvulas de apertura
permiten la recirculación del líquido al tanque de almacenamiento, debido a esto el
líquido se pone en circulación gracias a una bomba de nivel de líquido que
funciona a 24v.
6.5.6. Prueba con la planta sin controladores
Estableciendo un lineamiento para observar el funcionamiento de la planta de nivel
se realizan varias pruebas en lazo abierto, con el objetivo de establecer el
comportamiento que tiene la planta con controladores que modifiquen el
funcionamiento.
Figura 24: Estructura de prueba en lazo abierto de la planta de nivel
Esta prueba muestra que la planta funciona de manera continua cuando la válvula
proporcional la cual se alimenta de manera neumática, está abierta a cierta
capacidad, de tal forma que se permita la recirculación del líquido por todo el lazo
de circulación, se evidencia además que la planta no tiene ningún método de
control integrado, sino que simplemente si está encendida la bomba de
recirculación de líquido, la planta sirve y dependiendo de qué nivel de aire tenga
esta, así mismo funcionara. Además se evidencia que el actuador de la planta
funciona con lógica inversa es decir, que entre más corriente tenga la válvula, su
apertura se disminuirá hasta estar totalmente sellada, pero si no hay presencia de
corriente en la válvula la apertura será total.
Actuador
(válvula proporcional)
Variación de nivel
en el tanque
Señal de
entrada
35
7. Resultados.
Referente a los resultados obtenidos con el desarrollo del proyecto se encuentra la
diversidad de operaciones que se lograron obtener, no solo de manera análoga
sino también de manera digital ya que a pesar de la cantidad de líneas de código y
de los módulos implementados, el procesamiento interno de PSoC permitió
ampliar la gama inicial de operaciones.
7.1. Interfaz gráfica.
En el desarrollo y las pruebas preliminares a la interfaz gráfica se encontraron
diversas herramientas que permitieron estructurar una interfaz que además de
reprogramar internamente la estructura establecida de los microcontroladores,
también se logró establecer parámetros de simulación acorde con la realidad, de
tal manera que el usuario puede establecer una pequeña simulación basado en
las posibilidades reales con las que cuenta en PSoC.
Figura26: Interfaz gráfica implementada.
Aprovechándose de esta manera la capacidad que tiene MATLAB para la
transmisión de datos, cuando se cuenta en simulación con los valores
preestablecidos en la estructura básica de control, y si los valores son acorde con
los que el usuario cuenta también se tiene la capacidad para reestructurar el
hardware, sin la necesidad de hacer configuraciones físicas externas, permitiendo
de esta manera que el usuario cuente con herramientas no solo análogas, sino
también con opciones digitales.
36
Figura27: Estructura para la toma de datos para la simulación o la programación.
La interfaz gráfica final permite simular o reprogramar los dos microcontroladores
con alguno de los valores que el usuario necesite, de esta manera se cuenta con
dos simulaciones aparte y con varias posibilidades de reprogramación de
hardware, en el caso del panel donde el sistema simula la aplicación de la
estructura básica de control, que en este caso es la planta de nivel de líquido
amatrol t5552, se simula a partir de una función de transferencia
(elisamanuelcristina), que tiene unos parámetros físicos parecidos al de la planta,
debido a que se pueden producir errores humanos en la aplicación del proyecto se
estableció que si el usuario utiliza la opción planta, el controlador 1 deshabilitara
su funcionamiento y se dedicara exclusivamente al lazo de control, evitando así
que el usuario tenga alguna señal conectada al micro controlador, pudiendo
generar daños al proyecto. Pero si el usuario desea tener el lazo de control
habilitado y además la posibilidad de utilizar el segundo micro controlador podrá
hacerlo, de esta manera se tendrán varias opciones en el sistema que se pueden
verificar en el hardware, como lo muestra la figura25.
Figura28: De izq. a der. Selección de los parámetros del controlador, Simulación de los parámetros y
resultado en el osciloscopio de MATLAB.
37
7.2. Algoritmo de reprogramación
Debido a que el algoritmo de reprogramación debía estar en dos partes puesto
que se reconfigura el hardware a partir de los valores que el software a través de
la interfaz gráfica acepte, por tal motivo el estudio previo de las posibilidades de
comunicación que posee PSoC y que fueran compatibles con MATLAB, permitió
que se obtuviera un resultado satisfactorio tanto en la pruebas básicas de
comunicación como en las pruebas finales.
Como el bloque UART permitió establecer una comunicación continua y sin
percances la reconfiguración de los bloques de PSoC es posible en cualquier
momento de la simulación o montaje. Permitiendo que el usuario tenga tanto la
opción de utilizar los bloques de dos lazos de control, como la posibilidad de
utilizar un lazo de control diseñado para la planta de nivel de líquido y un lazo de
control extra para utilizarlo en algún evento que crea conveniente, además de las
posibilidades digitales de suma y multiplicación que cada uno de los bloques le
permite.
7.3. Aplicación de la estructura básica en los
microcontroladores.
Debido a que las opciones que se pueden obtener de PSoC, se hacen por medio
de sus diferentes arreglos internos que permiten utilizar la capacidad conmutada
para la reconfiguración de parámetros en el micro controlador, hizo posible
obtener varios resultados sin la necesidad de variar parámetros externos o físicos
en el micro controlador, si no que por medio de comandos de software se variaron
parámetros que generaron resultados satisfactorios de acuerdo al proyecto.
El procedimiento establecido para la obtención de resultados de cada uno de los
bloques, fue establecer un lazo de control cerrado en el cual se pudieran variar por
separado los parámetros del bloque proporcional, el bloque integral o el bloque
derivativo dejando los bloques de suma y resta como se muestra en la figura 27,
donde se observa que el bloque restador opera la señal de entrada junto con una
señal de valor cero de tal manera que se puede realizar un seguimiento a la señal
38
de entrada, esta señal de entrada es operada por alguno de los bloques de control
y la salida llega al sumador el cual solo tiene que sumar esta señal de tal manera
que se observa que la señal es igual antes del sumador como a la salida del
mismo.
Figura29: Estructura utilizada para obtener resultados individuales de cada controlador.
7.3.1. Resultados del bloque proporcional PGA.
El bloque PGA de PSoC permite hacer una analogía similar a la de un bloque
proporcional que funciona a partir de amplificadores operacionales puros, como la
lógica de PSoC se basa en capacidades conmutadas, no se tienen las mismas
posibilidades de ganancia, o mejor dicho las ganancias lineales que se pueden
obtener a partir de la variación física de resistencias no se pueden obtener
utilizando el bloque PGA, puesto que la variación física de componentes permite
un rango de posibilidades muchas veces lineal otras veces logarítmico. Pero los
resultados obtenidos son satisfactorios.
Figura30: Ganancia 1 del bloque PGA, con una señal triangular y una cuadrada.
Figura31: Ganancia 1 del bloque PGA, con una señal seno y triangular.
Controlador
P I D
Sumador Salida Señal de referencia
+/-
0
39
Puesto que el bloque PGA solo funciona con valores mayores a cero, la parte
inferior de la señal de entrada se pierde puesto que no cumple con este
requerimiento, como se muestra en las figuras 28 y 29. Por medio de la gráfica
se puede observar que el valor que entra al micro controlador es el mismo de
salida ya que la escala y la magnitud son las mismas en el semiciclo positivo. El
bloque PGA permite la configuración de varios valores en su sección de ganancias
permitiendo obtener varios resultados, debido a que esta variación no es lineal las
ganancias pueden llegar a saturar la salida cuando se salta de una a otra. Con el
fin de obtener señales que no contengan ningún tipo de ruido se colocó un
condensador de 104 en paralelo a la salida la línea de referencia obtenidos el
resultado comparativo de las figuras 30 y 31, donde la figura 30 muestra una señal
contaminada con ruido a causa de los parámetros de capacidad de PSoC, y la
figura 31 donde este efecto se reduce a causa del condensador de salida.
Figura32: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en azul señal de salida. PGA ganancia 2.
Figura 33: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en azul señal de salida. PGA ganancia 2 más
condensador conectado entre la salida y la referencia.
Como se evidencio en imágenes y resultados anteriores a pesar de que las
ganancias del PGA no se pueden variar de manera lineal como se varía un
40
potenciómetro en un amplificador inversor, las ganancias del PGA son bastante
útiles y permiten una variedad de opciones de trabajo en el laboratorio. Ya que la
capacidad que tiene el PGA de adecuarse a las señales de entrada, de esta
manera se obtienen resultados como el de la figura 32.
Figura 34: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en azul señal de salida. PGA ganancia 7 más
condensador conectado entre la salida y la referencia.
7.3.2. Resultados del bloque integral.
El bloque Opamp, que se utilizó en PSoC a pesar de ser de lógica conmutativa
capacitiva permitió, la posibilidad resultados integrales a partir de la variación por
código de los parámetros internos y externos dando como resultado obtenido en
las figuras 33 y 34.
Figura 35: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en azul señal de salida.
41
Integral de una señal seno.
Figura 36: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en azul señal de salida. Integral de una señal cuadrada.
En las figuras anteriores los resultados prácticos en la implementación del
controlador integral, son satisfactorios debido a que se asemejan a resultados
prácticos obtenidos en Simulink como lo muestra la figura 35.
Figura 37: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en morado: señal de salida. Integral de una señal
cuadrada, según Simulink.
7.3.3. Resultados del bloque derivativo.
El bloque Opamp, que se utilizó en PSoC a pesar de ser de lógica conmutativa
capacitiva permitió, la posibilidad de resultados derivativos a partir de la variación
por código de los parámetros internos y externos dando como resultado obtenido
en las figuras 38 y 39.
Figura 38: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en azul señal de salida. Derivada de una señal seno.
42
Figura 39: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en azul señal de salida. Derivada de una señal seno y
triangular.
Como se muestra en las figuras anteriores los resultados prácticos en la
implementación del controlador Derivativo, son satisfactorios debido a que se
asemejan a resultados prácticos obtenidos en Simulink como lo muestra la figura
40.
Figura 40: Señal en amarillo: señal de entrada, Señal en morado: señal de salida. Derivada de una señal
seno, según simulink.
7.4. Aplicación en la planta de nivel.
Igual que el desarrollo del software y el hardware, la aplicación en la planta de
nivel de líquidos, se hace por etapas las cuales se muestran en las figuras (),
De tal manera que en la primera prueba se retoman los resultados obtenidos de
experimentación en la planta de tal forma que se establece que el modo de actuar
de la planta muestra, que si se desea controlar el actuador se deberá modificar la
lógica inversa con la que funciona la válvula.
43
7.4.1. Prueba en lazo abierto.
Partiendo de anteriores pruebas hechas sobre la planta de nivel, se muestra que
habrá dos bloques para realizar la aplicación, uno el bloque hardware y el otro
bloque planta. Donde el bloque hardware tendrá la función de generar; la señal de
referencia, modificar el controlador y acondicionar la señal de realimentación. Por
otro lado el bloque planta estará compuesto por el actuador (válvula proporcional),
y los tanques de líquido donde se verificara la variación del nivel.
Bloque planta
Bloque Hardware
Figura 41: Diagrama de bloques para la aplicación del hardware reconfigurable en la planta.
Como se observa en la figura 41, la prueba en lazo abierto del hardware junto con
la planta permite observar el acoplamiento del controlador junto con los sistemas
propios de la planta, de esta prueba se corrobora uno de los planteamientos
hechos anteriormente, donde se observa que la lógica inversa de la válvula
proporcional la cual funciona de 4 a 20mA, obliga a realizar un circuito que
permita un comportamiento lineal del controlador sobre la planta. Por lo cual se
hace una segunda prueba.
7.4.2. Prueba en lazo abierto con circuito de corriente.
La prueba en lazo abierto de la planta junto con un circuito que acondiciona la
señal de control y permite la aplicación del hardware de manera lineal sobre la
planta, se documenta en los resultados de la tabla (), al igual que la
implementación del circuito de corriente diseñado figura 43.
Controlador
Señal de referencia
(0v a 4v)
+/-
0
Actuador
(válvula proporcional)
Variación de nivel
en el tanque
44
Bloque Hardware Bloque planta
Figura 42: Diagrama para realizar pruebas conjuntas entre el hardware y la planta con un circuito que
modifique la lógica inversa de la planta.
Figura43: Circuito para modificar la lógica de apertura de la válvula.
V2(voltios) V1(voltios) A (V2-V1) B (A*3) C (mA) Apertura de la válvula proporcional
(%) 4 0 4 12 20 0
4 2 2 6 11 50 – 60
4 4 0 0 4 100
Tabla 5: puntos de medida en los 3 experimentos realizados.
Como se muestra en la tabla 5, el voltaje v1 es el voltaje que proviene del
controlador, el voltaje v2 es un voltaje fijo de 4 voltios que sirve de referencia,
después esta diferencia de voltajes en el punto de medición A, es multiplicado por
5
6
7
84
U2:B
LM358N
R1
10k
R3
10k
R2
10k
R410k
3
2
1
84
U5:A
LM358
R6
10k
R7
10k
R5
10k
R91
6
5
4
1
2
U6
OPTOCOUPLER-NPNR8220
L1
1.8u
B1
24v
v-
v-
v-
Conexion_1
Conexion_2
V1
V2 (4v)
B
A
C
Controlador
Señal de referencia
(0v a 4v)
+/- Actuador
(válvula proporcional)
Variación de nivel
en el tanque
0
CTO. De
corriente
45
una constante de amplificación de 3, de tal forma que al llegar al opto acoplador,
la corriente que se encuentra en el punto de medición C, controlara la apertura de
la válvula. De tal forma que con las señales de referencia controlan directamente
la apertura y cierre de la válvula proporcional.
7.4.3. Prueba en lazo cerrado
Cuando las pruebas respectivas sobre el funcionamiento de la planta en lazo
abierto y cerrado muestran que el controlador puede modificar la variación de nivel
en el tanque, por medio de la apertura y cierre de la válvula proporcional, se
realiza una última prueba donde se completa el lazo de realimentación con un
sensor ultrasónico de nivel el cual funciona por colector abierto de tal manera que
al cerrar el circuito interno por medio de algún componente externo se pueden
tomar medidas en corriente o voltaje.
Bloque Hardware Bloque planta
Figura 44: Diagrama para realizar pruebas conjuntas entre el hardware y la planta con sensor de nivel
ultrasónico.
Como se muestra en la figura 44, el sensor de nivel ultrasónico perteneciente al
bloque planta, permite completar el lazo cerrado, permitiendo la verificación de la
aplicación del controlador sobre la planta.
Como uno de los objetivos del proyecto fue la implementación del lazo de control
en la planta de nivel de líquidos amatrol T5552, para obtener resultados y
poderlos comparar, se tomaron dos señales para la comparación; la señal de
Controlador
Señal de
referencia
(0v a 4v)
+/-
Sensor de nivel
ultrasónico
Actuador
(válvula proporcional)
Variación de nivel
en el tanque
CTO. De
corriente
46
referencia y la señal de error, esta última se obtiene de la salida en el restador.
Los resultados obtenidos muestran con claridad la variación de la señal de error
frente a la señal de referencia, figura 45.
Figura 45: Señal en amarillo: señal de referencia, Señal en azul señal de error.
Para evitar la variación de la señal de referencia se dejó estática en el valor de
3.09v, lo cual permite que el nivel del tanque el cual se quiere controlar sea de 7,
como lo muestra la figura 46.
Figura 46: Tanque nivel 3.09v, equivalente al 7 nivel de llenado y la estructura externa del tanque.
Continuando con el seguimiento de la señal de error y la señal de referencia, la
figura 47 muestra en el segunda parte del seguimiento grafico que se le hizo a la
señal donde se concluye que la señal con la aplicación del lazo de control se
muestra que la señal de error llega a 0.
47
Figura 47: Señal en amarillo: señal de referencia, Señal en azul: señal de error. Debido a la aplicación del controlador
PID, cada uno con ganancia 1.
48
8. Consideraciones
8.1. Sumador digital.
Utilizando también los bloques digitales se hace una prueba con el sumador
digital, el procedimiento para obtener resultados se muestra en la figura 48.
Figura48: Estructura utilizada para obtener resultados individuales de cada controlador digital
Para este fin se pretende integrar y derivar la misma señal la cual está en la figura
48, esta señal se configura con parámetros de frecuencia y amplitud que permitan
visualizar tanto la integral como la derivada.
Figura43: De IZQ. a DER. Señal cuadrada original, Señal cuadrada y su integral, Señal cuadrada y su
derivada.
Cuando se configura la señal de entrada y se obtiene del integrador y del
derivador una señal que permita visualizar las características individuales de cada
operación se procede a configurar en la interfaz gráfica el accionamiento de los
módulos ADC y del módulo DAC para permitir la lectura, operación y publicación
de los resultados figura 49.
Controlador
Integral
ADC
DAC
Señal de
entrada +/-
0
Controlador
Derivativo
ADC
49
Figura49: De IZQ. a DER. En azul la derivada de una señal cuadrada, amarillo integral de una señal cuadrada, en Azul la
suma de la derivada y la integral.
8.2. Posibles combinaciones
Como se ha mostrado antes la generación de una interfaz que modificara la
estructura de los micros controladores permite utilizar los bloques de cada uno de
tal manera que se pueden obtener diferentes combinaciones, es así que en figura
50, se muestra la estructura implementada.
Figura50: Estructura Combinatoria del hardware reconfigurable.
8.3. Configuración de Parámetros adicionales.
Tanto en la búsqueda de posibilidades con el fin de obtener la mayor cantidad de
posibilidades en la configuración del microcontrolador, como en el desarrollo del
proyecto el trabajo realizado se hizo por bloques, de esta manera se realizó un
trabajo que se documentó paso a paso, pero a continuación se muestra los pasos
realizados para la configuración y puesta en marcha de todo el proyecto.
Entrada S1
K * S1
Integral (S1)
Derivada (S1)
Sumador
Entrada S2
Salida
50
8.3.1. Conversor USB-RS232.
Para el correcto inicio del proyecto se debe realizar una configuración de inicio, la
cual permitirá la comunicación entre el software y el hardware, este procedimiento
es la búsqueda del puerto ‘COM’ que se genera en Windows, este puerto será
reemplazado en el código de comunicación de Matlab como se muestra a
continuación.
Figura51: En administrador de dispositivos en la ventana puertos (COM y LPT), obtiene la información sobre
el número del puerto que se asigna Windows al conversor USB –RS 232.
Figura52: Línea de código donde se debe reemplazar el puerto que genera Windows, cuando se conecta el proyecto por primera vez.
Después de realizar este proceso, cuando se hace la primera conexión del
proyecto, no se deberá hacer más, puesto que el puerto que se genera queda
configurado siempre con el mismo número.
8.3.2. Inicio de Matlab
Para la puesta en marcha de la interfaz gráfica, se tiene en cuenta que todos los
archivos que componen el proyecto están en una sola carpeta la cual deberá ser
buscada en la barra de búsqueda de Matlab, y dejarla configurada como
predefinida, como se muestra en la figura, después de eso se puede ejecutar
simplemente digitando ‘’ y luego dando enter de esta manera se ejecutara la
s1=serial ('COM5','BaudRate', 15200,'Parity','none','DataBits',8,'StopBits',1);
51
ventana de la interfaz gráfica permitiendo la ejecución normal del proyecto.
Figura53: ’C:Users’ Indica la dirección donde Matlab buscara los archivos a ejecutar.
8.3.3. Mensajes de advertencia
Los diferentes mensajes de advertencia que genera Matlab como se muestra en la
figura, estos mensajes tienen la importancia informativa de mostrarle al usuario
que parámetros son los que puede modificar, mostrándole que valores puede
contar tanto en la parte de la simulación, como en la reconfiguración de los
parámetros del hardware.
Figura54: Mensajes de advertencia generados por la interfaz gráfica, donde se indica si el valor digitado está en los parámetros del software.
8.3.4. Reconfiguración de PSoC
La reconfiguración de PSoC se realizara únicamente cuando el usuario, de clic
sobre el botón de ‘programación’, de esta manera los datos que el usuario está
seguro de cambiar o de probar en el hardware serán los únicos que se cambiaran.
8.3.5. Diagrama del circuitos finales.
52
Figura55: Circuito final del hardware reconfigurable.
Figura56: Bloques utilizados en el microcontrolador PSoC.
53
9. Conclusiones.
A pesar de varias complicaciones con el entorno de programación de
PSoC debido a varias actualizaciones que hicieron que el entorno pasara
de la versión 3.0 a la 3.3, se pudo desarrollar el proyecto de manera
efectiva utilizando los bloques que se ven en la figura 50.
Los cálculos junto con las simulaciones realizadas en la sección 8.4,
permitieron pre visualizar que valores de resistencias y condensadores
los cuales ayudarían a tener resultados similares a cada una de las
simulaciones.
Los parámetros de los bloque integral y derivativo son valores negativos,
lo que quiere decir que cualquier señal positiva que se operada por el
amplificador saldrá con magnitud inversa, pero esto se solucionó,
reemplazando los valores de referencia los cuales usualmente son cero,
en el caso de los módulos OPAMP de PSoC ese terminal se alimentó con
un valor offset el cual permitió visualizar la parte negativa y positiva de la
operación.
Debido a los parámetros que se proyectaron realizar en el proyecto, no se
realizaron las operaciones PID de forma digital, pero se espera que en
entregas futuras del proyecto se pueda realizar este avance.
Las herramientas utilizadas en MATLAB pueden variar con cada versión,
este proyecto se realizó con Matlab 2013B, puesto que en cada
actualización del entorno se suelen cambiar ciertas palabras y
procedimientos de código.
En varias pruebas de laboratorio se recogieron impresiones sobre el
proyecto, donde se destaca la utilidad de un software que permita la
reconfiguración de valores de hardware sin la necesidad de realizar
muchas configuraciones físicas.
Uno de los retos en el diseño del proyecto, fue adaptar la salida de voltaje
en el sumador a la planta, puesto que las impedancias del microntrolador
obligaron al desarrollo de una tierra virtual para evitar caídas de voltaje,
54
además del desacoplamiento por opto acopladores entre la salida del
microntrolador y el lazo de corriente que controla el flujo de la válvula.
El control de los valores en el potenciómetro digital se realiza por medio
de varios pines que permiten la variación hacia arriba o hacia abajo del
valor, en cierta prueba se encontró que los valores integrales y derivativos
presentaban potenciales dañinos para el microcontrolador cuando el valor
del potenciómetro estaba por debajo de los 50K, por tal motivo se colocó
una resistencia fija de 50K al potenciómetro digital. Dando como resultado
que los valores de resistencia varíen entre 50k y 150K
55
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