Captulo VPractica 5: Sistema HMI para el control de nivel de un sistema tanque-tanqueResumen: Se disea e implementa un sistema HMI para supervisar y controlar de manera On/Off un sistema de tanques. Debido a las limitaciones de los equipos en el laboratorio, el HMI no se conecta directamente al sistema real, sino a una rutina de MATLAB que proporciona la dinmica del mismo a travs de un modelo.

.Descripcin del sistemaEl sistema real, corresponde al estudiado en el captulo I, donde una bomba carga carga el lquido, que en este caso es agua, desde el tanque inferior N 3 hasta el tanque superior N 1 y de igual forma se desea mantener el nivel del tanque superior entre un mnimo y un mximo. El rel de nivel es el encargado de lograr esa operacin, enviado seales elctricas para encender o apagar la bomba, as como tambin enva seales a la vlvula solenoide para su apertura o cierre, segn sea el caso. El tanque superior tiene un orificio a travs del cual el lquido gracias a las tuberas regresa al tanque inferior

Se desea conectar esta dinmica a un HMI (Human-Machine Interface, Interfaz Hombre-Mquina) con la finalidad de poder controlar y supervisar de manera remota el sistema. Las acciones de control permitidas son el encendido y apagado de la bomba, el encendido y apagado manual de la servo vlvula, el encendido y apagado del rel de control, y el establecimiento del mnimo y mximo del tanque superior.El diagrama de sistema puede ser encontrado en la figura 1 correspondiente al captulo I

Objetivos Objetivo GeneralImplementar una interfaz HMI que permita supervisar y aplicar control On/Off a un sistema tanque-tanque para mantener el nivel entre dos valores de altura.Objetivos Especficos Disear la interfaz HMI en Lookout. Disear la rutina matemtica en MATLAB que corresponda a la dinmica del sistema, a partir del modelo conseguido en el captulo I. Conectar la interfaz de Lookout y la rutina MATLAB.

Marco TericoQue son los sistemas HMI La sigla HMI es la abreviacin en ingles de Interfaz Hombre Maquina. Los sistemas HMI podemos pensarlos como una ventana de un proceso. Esta ventana puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora. Los sistemas HMI en computadoras se los conoce tambin como software HMI o de monitoreo y control de supervisin. Las seales del proceso son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de entrada/salida en la computadora, PLCs (Controladores lgicos programables), RTU (Unidades remotas de I/O) o Drives (Variadores de velocidad de motores). Todos estos dispositivos deben tener una comunicacin que entienda el HMI.Uno de los programas que permite el diseo de un sistema HMI en el computador, es el Lookout que pertenece a National Instruments, este software fue el utilizado para la creacin de nuestro HMI. Funciones de un Software HMI Monitoreo, es la habilidad de obtener y mostrar datos de la planta en tiempo real, estos datos se pueden mostrar como nmeros, texto o grficos que permitan una lectura ms fcil de interpretar. Supervisin, esta funcin permite junto con el monitoreo la posibilidad de ajustar las condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora.

Alarmas, es la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentro del proceso y reportarlos. Control, es la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y a mantener estos valores dentro de ciertos lmites. La aplicacin de esta funcin desde un software corriendo en una PC puede quedar limitada por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema. Histricos, es la capacidad de mostrar y almacenar en archivos, datos del proceso. Esta es una poderosa herramienta para la optimizacin y correccin de procesos. Especificaciones requeridas de nuestro sistema HMI y de la rutina en MatlabEl sistema HMI debe tener las siguientes caractersticas: Mostrar una imagen de la planta y los diversos elementos que la constituyen. Mostrar el nivel del tanque en tiempo real. Mostrar en tiempo real el estado, encendido o apagado de la bomba. Mostrar en tiempo real el estado, encendido o apagado de la vlvula solenoide. Mostrar en tiempo real el estado, encendido o apagado del rel de nivel. Integrar controles para el ajuste de los niveles mnimo y mximo entre los que se desea controlar la altura del lquido en el tanque superior. Integrar interruptores para el encendido y apagado de la bomba, el rel y la vlvula de solenoide. Mostrar un grfico histrico de las siguientes seales: nivel en el tanque superior, estado de la bomba, estado del rel, estado de la vlvula de solenoide. La rutina hecha en Matlab debe independiente, calcular el nivel del tanque de acuerdo a las caractersticas del sistema real, utilizando las ecuaciones matemticas modeladas en el captulo I.

Desarrollo prcticoDiseo del sistema HMIUsando las herramientas de diseo grfico que facilita el software Lookout se logr crear la interfaz que se muestra en la figura 5.1.

Figura 5.1: Diseo de la interfaz Grafica

El panel que se encuentra del lado izquierdo, muestra los interruptores de la bomba, rel y solenoide, adems en la parte inferior de este panel, se puede asignar tanto el nivel mnimo como mximo dentro del cual se debe mantener el nivel del agua. En el panel central, se encuentra el diagrama de la planta donde se muestra el camino de tuberas usado y la bomba de agua, adems de tener en la zona inferior una banda donde es especificado el nivel en tiempo real del lquido en el tanque superior. Finalmente, en el panel derecho se encuentra un diagrama donde se mostrara en tiempo real la actividad tanto de la bomba, solenoide y rel. De esta manera, se ha cumplido con todas las especificaciones del HMI dadas.Implementacin de la rutina en Matlab La dinmica del sistema se simula utilizando el modelo obtenido en el captulo I, que corresponde a la siguiente ecuacin:

Donde: Siendo el primer trmino la representacin del evento de carga del tanque, y el segundo trmino la representacin del evento de la descarga del tanque. Conexin entre HMI y la rutina en Matlab La conexin de la interfaz grafica del sistema HMI hecha en Lookout y la simulacin en Matlab fue posible mediante el protocolo de comunicaciones de Windows conocido como DDE. Las funciones usadas fueron: ddeinit, para el establecimiento de un canal de comunicacin, es decir, definir la ventana de Lookout que tendr comunicacin con Matlab ddereq, para obtener datos en Matlab desde la interfaz grfica ddepoke, para enviar datos desde Matlab hacia la interfaz grfica. En general el sistema interconectado funciona de la siguiente manera, Matlab pregunta a la interfaz grfica los estados de los componentes bomba, rel y vlvula de solenoide, y segn la lgica perteneciente a la rutina decide si el tanque debe llenarse o vaciarse para el siguiente periodo de simulacin. Es realizada la simulacin con su respectivo resultado todo es enviado a la interfaz grfica, y se comienza de nuevo el ciclo, hasta que el usuario decide detener la simulacin

Anlisis de Resultados Luego de probar el sistema HMI implementado en conjunto con la planta del laboratorio, se demuestra que es correcto el funcionamiento de la interfaz. Tambin es validado el modelo matemtico utilizado en el captulo I nuevamente, como el anlisis correspondiente al mismo fue realizado en capitulo anteriores no se expondr nada acerca de ello en este.

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