Sistema de control

Taula de continguts del sistema de control 4. Sistema de control ..................................................................................................................... 1

4.1 Estudi de mercat del sistema de control .............................................................................. 1

4.1.1 PLC .............................................................................................................................. 2

4.1.2 Arduino ........................................................................................................................ 3

4.1.3 Microcontrolador PIC .................................................................................................. 4

4.2 Criteris de selecció .............................................................................................................. 5

4.3 Valoració ............................................................................................................................. 6

4.4 Elecció de la placa Genuino Mega 2560Rev3 ..................................................................... 7

4.4.1 Arduino Software (IDE) ................................................................................................... 8

4.4.2 Programació ................................................................................................................. 9

4.5 Entrades/Sortides Digitals i analògiques ........................................................................... 16

4.6 Desenvolupament del software ......................................................................................... 17

4. Sistema de control 4.1 Estudi de mercat del sistema de control

En aquest apartat s’escull el tipus de controlador que serveix per poder adquirir las dades dels sensors i actuar sobre els actuadors.

Un cop feta la recerca dels diferents sistemes de control al mercat, escollim els tres que més s’adapten a l’aplicació per estudiar-los una mica mes a fons.

• PLC • Arduino • Microcontrolador PIC

Els criteris a comparar entre els següents controladors corresponen a:

• Econòmic • Quantitat de entrades/sortides • Facilitat d’instal·lació.

4.1.1 PLC

Controlador lògic programable o PLC (Programable Logic Controller). Són dispositius electrònics molt utilitzats en l’automatització industrial.

Entradas Alimentació

Fig. 4.1. Estructura PLC i programa per diagrama de contactes

Perquè un PLC compleixi amb la seva funció a controlar, es necessari programar-lo tenint en compte les entrades/sortides i el funcionament desitjat .

AVANTATGES INCONVENIENTS

• Fiabilitat

• Consum

• Preu elevat

• Complexitat de programació

• Dissenyat per a processos industrials

Fig. 4.2. Taula avantatges PLC

4.1.2 Arduino

Arduino és una plataforma de hardware lliure, que consisteix en una placa amb microcontrolador Atmel i AVR i un entorn de desenvolupament que implementa el llenguatge de programació Prcocessing/Wiring i el carregador d’ arrencada (boot loader) que corra a la placa, dissenyat per facilitar l’ us de l’ electrònica en projectes multidisciplinaris.

Sortides

Es ideal per utilitzar en projectes basats en la educació degut al seu baix preu. Hi ha diferents tipus de plaques arduino, Es diferencien en el nombre i tipus d’ entrades/sortides, en la memòria, en la freqüència de treball, en la potencia i en el preu .

Fig.4.3. Arduino UNO i Arduino MEGA


• Baix cost

• Compatibilitat d’ entorns

• Consum

• Codi obert

• Poc fiable


Fig.4.4. Taula avantatges Arduino

4.1.3 Microcontrolador PIC Els PIC ( Peripheral Interface Controller) són una família de microcontroladores de tipus RISC fabricats per Microchip Technology Inc., originalment desenvolupats per a la divisió de microelectrònica de General Instrument.

Es consideren petits ordinadors, en un sol circuit que inclouen, una CPU, una memòria RAM, una memòria ROM i una quantitat d’ entrades/sortides.

Fig. 4.5. Microcontrolador PIC18F4550 i estructura interna

Aquests microcontroladors, es troben a molts de dispositius electrònics, tant domèstics com industrials. Podem trobar diferents tipus de chips, des de 8 pins fins a més de 100. La funció de cada pin es diferent i aquesta ve relaxada en el data sheet del dispositiu.

La programació en aquest cas, es molt variada. Pot ser des de llenguatge ensamblador fins a C.


• Baix cost

• Compatibilitat d’ entorns

• Consum

• Codi obert

• Poc fiable


Fig.4.6. Taula avantatges Arduino

4.2 Criteris de selecció Per realitzar la comparació d’ alternatives per la implementació del sistema de control, utilitzarem un estudi multi criteri amb mitges ponderades.

CRITERIS DEL CLIENT PES PERCENTATGE

Cost 45 %

Consum 10%

Complexitat 15 %

Temps disseny, muntatge i programació 10 %

Nombre entrades/sortides 20%

Fig. 4.7. Taula criteris sistema de control

En la següent taula s’ avaluarà amb una puntuació del 0 al 10, cada una de les tres opcions. Cal destacar que en les 3 opcions podem arribar a tenir el nombre d’entrades desitjat. Degut a que El PLC te mòduls d’ampliació entrades/sortides, els pins del PIC varien en funció del model , i de la mateix manera l’ arduino en funció del que s’adquireixi, es disposen de més o menys entrades. Els altres criteris d’ avaluació estan explicats en l’ apartat 2.3.

OPCIÓ/

CRITERI

Cost CONSUM Complexitat TEMPS Num.

Entrades/s

ortides

PLC 3 9 5 6 10 Arduino

8 9 7 6 10

Microcontrolador PIC 9 9 3 6

10

Fig. 4.8. Taula criteris opcions control

La següent taula ens mostra el resultat final aplicant la ponderació de cada criteri a cada opció

per tal de determinar la opció més adequada.

OPCIÓ PUNTUACIÓ PONDERADA

PLC 5.6 Arduino 8.15

Microcontrolador PIC 8

Fig. 4.9. taula ponderació control

4.3 Valoració Basant-nos en els criteris de selecció del apartat anterior, s’ observa que la millor opció segons els requeriments de la instal· lació i els criteris del client. Es realitza el sistema de control mitjançant arduino.

L’ opció d’ utilitzar un PLC d’entrada sembla molt atractiva degut a la potencia del sistema. Per cal tenir en compte que aquests dispositius, estan dissenyats principalment per aplicacions industrials.

L’opció de implementar un sistema de control mitjançant PIC no es mala idea, tal com s’observa a la taula de ponderació de control. La principal desavantatge es que en el cas de voler

ampliar l’ instal·lació seria més complicat que en qualsevol de les dues opcions, a part s’ hauria de dissenyar una placa per poder fer-ne us

Per tant l’opció més adient es la d’implementar un sistema de control mitjançant Arduino Tot i no ser l’opció més econòmica, es un dels dispositius programables més barats del mercat. Degut a que tenim un temps concret a l’hora de realitzar el projecte, Aquesta opció ens permet estalviar molt de temps ja que es tracta d’ una disposició immediata i no a cal fer moltes adaptacions.

4.4 Elecció de la placa Genuino Mega 2560Rev3 Per determinar quina placa arduino necessitem, es contempla la demanda del projecte, començant per les entrades/sortides de la placa.

Entre sensors i actuadors, tal i com s’ observa en l’apartat 4.5.1, necessitem 40 entrades. Entre altres motius esmentats en l’ altre part del projecte, es per això que es fa servir la placa Genuino MEGA 2560 Rev3.

Aquesta placa disposa de 50 pins, que es poden assignar com entrades o sortides digitals, dels quals 15 poden ser utilitzats com a sortides de PWM, 16 com a entrades analògiques. La placa disposa de port sèrie, connexió USB, Power jack i boto de reset. A traves d’ un ordinador es fa la transferència del software.

Característiques tècniques de la placa

Microcontrolador ATmega2560 Tensió d’ operació 7-12V

Tensió d’entrada recomanada 7-12V Tensió d’entrada límit 6-20V

Entrades/Sortides digitals 54 (15 amb sortides PWM) Pins d’entrades analògiques 16

Pin d’entrada/sortida de corrent 20mA Pin de corren per 3.3V 50mA

Memòria flash 256KB dels quals 8 s’utilitzen per arrencar SRAM 8KB

EEPROM 4KB Velocitat de rellotge 16MHZ

Longitud 101.52mm Amplada 53.2mm

Pes 37g

Fig. 4.10. Característiques Placa Arduino

4.5 Arduino Software (IDE)

La placa del projecte treballa a través d’un software anomenat IDE (Integrated Development Environment).

Aquest Software s’obté a través de la pagina oficial d’arduino. En aquesta pagina es troba la descripció pas a pas sobre com descarregar e instal· lar-lo al PC.

Aquest software conté un editor de text on s’escriu el codi, un àrea de missatges, una consola de test on veurem les sortides de test inclosos els missatges d’errors i altres dades, una barra d’eines amb botons per funcions comuns, com comprovar i carregar programes, obrir o guardar programes.

Fig. 4.11. sketch_jun18a Arduino 1.6.9

Seguidament s’observen algunes icones amb la seva funció descrita.

Compilació (comprova que no hi hagin errors en el codi).

Carrega (Complia i carrega el codi a la placa).

Crear un nou codi.

/ / Obre / Guarda / Monitor serie.

4.5.1 Programació

Introducció

Tal y com es pot observar a la figura 4.3, l’estructura de programació d’arduino necessita com a mínim dues parts perquè s’executi el programa.

• set up() la qual, s’ executarà només una vegada al començar el programa. Aquesta part s’encarrega de la configuració inicial i contindrà la declaració de variables.

• Loop() tal i com indica la paraula, es tracta d’un bucle. Aquesta part s’executarà contínuament, encarregant-se de la lectura de les entrades, i de l’escriptura de les sortides.

Variables

Declarar una variable en Arduino es assignar-li un nom, un tipus i un valor. En el següent exemple, es crea una variable tel tipus enter, anomenada Tev1 i se l´hi assigna un valor 0

int Tev1 = 0 ; //Declaració de la variable Tev1 del tipus enter se li asigna un valor 0

La següent taula, recull el tipus, mesura, rang i algunes observacions que ajuden a entendre la utilitat de les variables.

Tipus Byte Rang Observacions boolean 0.125 Verdader o fals (0 o 1) Nomes te 2 estats

char 1 -128 a 128 Utilitzades per representar un codi de caràcter ASCII

byte 1 0 a 255 Emmagatzemar poc espai

int 2 -32.768 a 32.767 Doble que un byte, pot emmagatzemar valors negatius

unsigned int 2 0 a 65.536 Es més precís que un int però no disposa de valors negatius

long 4 -2.147483648 a 2.147483647 Per representar nombres molt grans

unsigned long 4 0 a 4.294967295 Més precisió que l’ anterior però nomes Abarca valors positius

float 4 -3.4028235E+38 a3.4028235E+38 Emmagatzema valors amb coma flotant

double 8 El doble que del tipus float Emmagatzemar valors molt grans

Fig. 4.13. Taula variables

Funcions

Per dissenyar el programa s’utilitzen funcions. Les funcions son blocs de codi que contenen un conjunt d’estaments que s’executen quan el fil del programa passa per aquesta.

Les funcions es declaren associades a un tipus dels mencionats a la taula 4.13. La funció retornarà un valor del tipus que ha estat assignada. Si es desitja que la funció no retorni ningun valor, cal posar davant void, “tipus buida”.

Un cop declarat el tipus que es desitja que et retorni la funció, s’ escriu el nom de la funció i entre parèntesis els paràmetres que s’han de complir per que aquesta s’executi.

Al costat de cara línia de codi, podem adjuntar un comentari posant davant des barres que impediran que el fil del programa passi a través d’elles.

Seguidament tenim un exemple de l’estructura del codi d’una funció.

type NomDeLaFuncio (Parametres amb condicions) { // nota Tasca a realitzar }

En aquesta memòria s’explica les funcions utilitzades al projecte. En el cas que es desitgi profunditzar en aquest tema, en el següent enllaç trobarem informació gratuïta.

https://www.arduino.cc/en/Tutorial/BuiltInExamples

Entrades/sortides Digitals

pinMode (pin,mode)

� Pin: S’assigna el número de pin de la placa � Mode: S’ordena si desitgem que treballi com a entrada o com a sortida

(INPUT/OUTPUT).

Seguidament al exemple on s’assigna el pin 4 com entrada.

pinMode (4,INPUT); // Pin nº4 es una entrada

Condició IF

Aquesta funció consisteix en que si es compleix una condició s’executa una part del programa.

Per exemple:

Tenint en compte que prèvia ment s’ han declarat les variables utilitzades, en el següent exemple s’observa com condiciona la funció.

If (variable1 = HIGH) // si la variable1 esta en valor alt

{

Valor = 10; // la variable valor es = 0

}

else // si no

{

Valor = 0; // la variable valor serà igul a 0

}

Escriure i llegir pins digitals

En el següent exemple llegim el valor de la entrada numero 0 i l’emmagatzemem a la variable plus.

Plus = digitalRead(0);

En el següent exemple escrivim un 1 lògic a la sortida 2 declarada prèviament.

DigitalWrite (2,HIGH);

Escriure valors a pins PWM i la condició FOR

Alguns dels pins de la placa arduino estan marcats amb el text PWM (Pulse-width modulation) modulació d’amplada de pols. Això el que fa es regular el temps que esta encès i apagat molt ràpidament de manera que aconseguim valors entremitjos.

Si escrivim un valor analògic tenim que tindre en compte que a 255 el pin donarà la màxima tensió y a 0 deixarà de donar.

El següent exemple ajuda a la comprensió

Cons tint led = 2; // avisem que connectarem un led al pin 2

Int intensitat;

Void set up ()

{

pinMode (led, OUTPUT); // declarem el pin 2 com a sortida

}

Void loop ()

{

For (intensitat = 0; intensitat <256; intensitat++)

{

analogWrite (led, Intensitat);

delay (10);

}

//afegim un petit retard per poder apreciar l’increment

For (intensitat = 256; intensitat >=0; intensitat--) //

{

analogWrite (led, Intensitat);

delay (10);

}

}

FOR el que farà es anar executant la instrucció que conté sempre i quan la intensitat sigui inferior a 256, cada cop que s’executa la instrucció incrementa una unitat el valor de la variable intensitat.

En el següent for fa el mateix però de manera inversa. Si connectem un led a la sortida PWM veurem com la intensitat d’aquest augmenta i disminueix.

Llegir entrades analògiques

La placa arduino te alguns pins que són analògics. Aquests pins es declaren com entrada automàticament.

En el següent exemple es llegeix el que hi ha a l’entrada analògica 0.

AnalogRead(0);

Si la entrada a l’entrada 0 no hi ha ningun voltatge, transmet a la placa valors baixos al arduino com 0 i quan llegeixi 5V transmet el valor de 1023.

En el cas que vulguem transmetre aquest valor a una sortida PWM haurem de escalar dividint-lo entre 4.

Temps

Per poder treballar amb el temps real es necessari que ens descarreguem la llibreria Time. Descarregar-la e instal· larla es molt senzill, a la pagina oficial de Arduino explica com descarregar e instal· lar llibreries. El següent esquema ajuda a entendre el funcionament de la llibreria.

#include <Time.h> // Incloem la llibreria al programa

int hora = 0; // Servirà per guardar el valor de les hores

int minut = 0; // Servirà per guardar el valor de les minuts

int segon = 0; // Servirà per guardar el valor de les segons

void setup() {

setTime (00,00,00,03,8,2016); // Arduino en hora (hores, minuts, segons, mesos, anys)

}

Void loop() {

time_t t = now(); //la variable t tipus time_t pren l'hora actual

hora = hour(t); // la variable hora pren el valor de la hora actual utilitzant la funció

minut = minute(); // la variable minut pren el valor del minut actual

segon = second(); // la variable segon pren el valor del segon actual

}

Inclou la llibreria, creem variables destinades a enmagatzemanr el valor de les hores, minuts i segons en variables del tipus enter, posem en hora l’Arduino. Dins el void loop crem una variable tipus time_t a la qual li assignem el valor actual del temps a traves de la funció de la llibreria. Després a les hores, als minuts i als segons els hi assignem el valor a trabes de la funció.

Interrupció

A mesura que vagin sortint, les explico

4.6 Entrades/Sortides Digitals i analògiques Cadascun dels pins digitals, es poden assignar com a entrada o sortida. Cada pin pot proporcionar o rebre, un màxim de 40mA. Disposa d’ una resistència de pull-up ( desconnectat per defecte de 20 a 50Kohm.

En les següents taules es pot apreciar cada una de les entrades/sortides utilitzades en aquesta part del projecte.

Entrades Sistema de reg 1- Sonda humitat 2- Sonda situada a la part de baix del dipòsit 1 3- Sonda situada a la part de baix del dipòsit 2 4- Sonda situada a la part de baix del dipòsit 3 5- Sonda situada a la part de baix del dipòsit 4 6- Sonda situada a la meitat del dipòsit 1 7- Sonda situada a la meitat del dipòsit 2 8- Sonda situada a la meitat del dipòsit 3 9- Sonda situada a la meitat del dipòsit 4 10- Sonda situada a la part de dal del dipòsit 1 11- Sonda situada a la part de dal del dipòsit 2 12- Sonda situada a la part de dal del dipòsit 3 13- Sonda situada a la part de dal del dipòsit 4 14- Polsador reg manual zona 1 15- Polsador reg manual zona 2 16- Polsador reg manual zona 3 17- Polsador reg manual zona 4 18- Selector manual o automàtic

Sortides sistema de reg 19- Electrovàlvula zona 1 20- Electrovàlvula zona 2 21- Electrovàlvula zona 3 22- Electrovàlvula zona 4 23- Indicador verd (dipòsit ple) zona 1 24- Indicador groc (dipòsit a la meitat) zona 1 25- Indicador vermell (dipòsit amb baix nivell) zona 1 26- Indicador verd (dipòsit ple) zona 2 27- Indicador groc (dipòsit a la meitat) zona 2 28- Indicador vermell (dipòsit amb baix nivell) zona 2 29- Indicador verd (dipòsit ple) zona 3 30- Indicador groc (dipòsit a la meitat) zona 3 31- Indicador vermell (dipòsit amb baix nivell) zona 3 32- Indicador verd (dipòsit ple) zona 4 33- Indicador groc (dipòsit a la meitat) zona 4 34- Indicador vermell (dipòsit amb baix nivell) zona 4

Fig. 4.14. Taula Entrades/Sortides Sistema de reg

Entrades Sistema d’alarma 35- Sensor infraroig 1

36- Sensor infraroig 2

Fig. 4.15. Taula Entrades/Sortides Sistema d’alarma

Sortides Sistema d’alarma 37- Sirena

4.6 Desenvolupament del software En aquesta part es troba el codi del programa realitzat per el sistema d’alarma i el sistema de reg.

Abans de començar a llegir el desenvolupament del software a la part 4.4.2, si no es disposen de coneixements de programació en arruïno es aconsellable

Anexes

En la seguent imatge es veu com es distribueixen els pins.

Seguidament es troba la taula de mapeig dels pins i les característiques de la placa

Número de pin Nom del pin Nom del pin mapejat

1 PG5 ( OC0B ) Digital pin 4 (PWM)

2 PE0 ( RXD0/PCINT8 ) Digital pin 0 (RX0)

3 PE1 ( TXD0 ) Digital pin 1 (TX0)

4 PE2 ( XCK0/AIN0 )

5 PE3 ( OC3A/AIN1 ) Digital pin 5 (PWM)

6 PE4 ( OC3B/INT4 ) Digital pin 2 (PWM)

7 PE5 ( OC3C/INT5 ) Digital pin 3 (PWM)

8 PE6 ( T3/INT6 )

9 PE7 ( CLKO/ICP3/INT7 )

10 VCC VCC

11 GND GND

12 PH0 ( RXD2 ) Digital pin 17 (RX2)

13 PH1 ( TXD2 ) Digital pin 16 (TX2)

14 PH2 ( XCK2 )

15 PH3 ( OC4A ) Digital pin 6 (PWM)

16 PH4 ( OC4B ) Digital pin 7 (PWM)

17 PH5 ( OC4C ) Digital pin 8 (PWM)

18 PH6 ( OC2B ) Digital pin 9 (PWM)

19 PB0 ( SS/PCINT0 ) Digital pin 53 (SS)

20 PB1 ( SCK/PCINT1 ) Digital pin 52 (SCK)

21 PB2 ( MOSI/PCINT2 ) Digital pin 51 (MOSI)

22 PB3 ( MISO/PCINT3 ) Digital pin 50 (MISO)

23 PB4 ( OC2A/PCINT4 ) Digital pin 10 (PWM)

24 PB5 ( OC1A/PCINT5 ) Digital pin 11 (PWM)

25 PB6 ( OC1B/PCINT6 ) Digital pin 12 (PWM)

26 PB7 ( OC0A/OC1C/PCINT7 ) Digital pin 13 (PWM)

27 PH7 ( T4 )

28 PG3 ( TOSC2 )

29 PG4 ( TOSC1 )

30 RESET RESET

31 VCC VCC

32 GND GND

33 XTAL2 XTAL2

34 XTAL1 XTAL1

35 PL0 ( ICP4 ) Digital pin 49

36 PL1 ( ICP5 ) Digital pin 48

37 PL2 ( T5 ) Digital pin 47

38 PL3 ( OC5A ) Digital pin 46 (PWM)

39 PL4 ( OC5B ) Digital pin 45 (PWM)

40 PL5 ( OC5C ) Digital pin 44 (PWM)

41 PL6 Digital pin 43

42 PL7 Digital pin 42

43 PD0 ( SCL/INT0 ) Digital pin 21 (SCL)

44 PD1 ( SDA/INT1 ) Digital pin 20 (SDA)

45 PD2 ( RXDI/INT2 ) Digital pin 19 (RX1)

46 PD3 ( TXD1/INT3 ) Digital pin 18 (TX1)

47 PD4 ( ICP1 )

48 PD5 ( XCK1 )

49 PD6 ( T1 )

50 PD7 ( T0 ) Digital pin 38

51 PG0 ( WR ) Digital pin 41

52 PG1 ( RD ) Digital pin 40

53 PC0 ( A8 ) Digital pin 37








61 VCC VCC

62 GND GND

63 PJ0 ( RXD3/PCINT9 ) Digital pin 15 (RX3)

64 PJ1 ( TXD3/PCINT10 ) Digital pin 14 (TX3)

65 PJ2 ( XCK3/PCINT11 )

66 PJ3 ( PCINT12 )

67 PJ4 ( PCINT13 )

68 PJ5 ( PCINT14 )

69 PJ6 ( PCINT 15 )

70 PG2 ( ALE ) Digital pin 39

71 PA7 ( AD7 ) Digital pin 29








79 PJ7

80 VCC VCC

81 GND GND

82 PK7 ( ADC15/PCINT23 ) Analog pin 15








90 PF7 ( ADC7 ) Analog pin 7


92 PF5 ( ADC5/TMS ) Analog pin 5

93 PF4 ( ADC4/TMK ) Analog pin 4





98 AREF Analog Reference

99 GND GND

100 AVCC VCC

https://ramaucsa.wordpress.com/2011/01/31/concepto-plc-controlador-logico-programable/

http://tecnologiarobotica.com/post/microcontroladores/

Sistema de control

Education

Transcript of Sistema de control