TARJETA DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
TARJETA DE INSTRUMENTACIÓN DE NIVEL
Juan De Dios Peña Torres
judepeto@misena.edu.co
hoy en día todo merece un control y un mantenimiento hasta nuestras propias vidas merecen un control y es por eso que instalaciones eléctricas computadores , empresas maquinas automóviles motocicletas merecen un control y mantenimiento lo mismo pasa en las instalaciones hidráulicas requieren de un control en este caso de nivel y caudal a través de señales análogas
• NORMAS DE SEGURIDAD
Leer detenidamente y atentamente las indicaciones advertencias
contenidas en el presente manual, ya que aprecia información Importante con
respecto a la seguridad durante la
instalación, el uso y el mantenimiento del módulo. Conservar el presente manual
para cualquier consulta adicional o ayuda.
Desembalaje tras haber quitado el embalaje, dejar a un lado todos los accesorios y elementos de
modo que no se pierdan y cerciorarse que este módulo este en excelentes
condiciones y que no presente daños
visibles Antes de llevar a cabo la alimentación del módulo, cerciorarse de que
los cables estén conectados debidamente con la unidad de alimentación, Los
cables de alimentación deberán colocarse de manera tal como para que no puedan
ser pisados o aplastados por objetos .si el módulo presenta aperturas para la ventilación,
con el objetivo de garantizar un funcionamiento fiable del mismo y protegerlo
contra el recalentamiento; las aperturas no deberán
obturarse ni cubrirse. El modulo deberá situarse en una posición que permita una
buena ventilación, no colocar jamás de
módulo sobre carretillas, sopones, trípodes, abrazaderas o mesas inestables, ya
que podría caerse al suelo y causar daños al mismo o a una persona.
Operación de
instalación del módulo deberá ajustarse a las instrucciones del fabricante y deberá realizarse
utilizando los accesorios aconsejados .Este módulo deberá destinarse sólo para
el uso para el cual ha sido manifiestamente concebido, es decir, como sistema
didáctico, y
deberá utilizarse
la supervisión del personal
experto y calificado Cualquier otro uso deberá considerarse impropio y por lo
tanto peligroso.
• 3. PRECAUCIONES
Como todo aparato electrónico o instrumento
este tiene sus precauciones los cuales son elementales a la hora de utilizar
este módulo, en particular, deberán respetarse las normas de uso las cuales
tenemos las siguientes: Temperatura ambiente entre 0o C y 45° C Humedad
relativa entre 20% y 80% Así como deberá evitarse cualquier cambio rápido de
temperatura y humedad .En caso de avería
y/o mal funcionamiento, apagar inmediatamente el equipo y no efectuar
descomposturas. Para llevar a cabo Una eventual reparación, dirigirse al centro
de asistencia técnica o pedir exclusivamente piezas de repuesto originales .El
incumplimiento de lo anterior podrá perjudicar la seguridad del equipo .Si
penetraran objetos o líquidos en el interior del módulo, desconectar el cable
de alimentación y pedir el control por parte de personal calificado antes de
utilizarlo nuevamente
MÓDULOS G30A Y G30B FIGURA 1
EL módulo
G30B/EV permite identificar nuestro estudio estudio teórico y control automático en conjunto con el módulo G30A/1V, un control automático nivel y
de caudal Se compone de un panel de tres bloques donde encontramos los módulos G30A Y G30B y el modulo donde observamos como sube y baja el agua .
FIGURA 1
- MODULO G30B FIGURA 2 : controlador de nivel y de caudal G30B/EV está formado por los bloques siguientes SET-POINT & ERROR AMPLIFIER , PID CONTROLLER , POWER AMPLIFIER
SET POINT : es el valor del bloque que a través del cual se el valor que se quiere adquirir de la magnitud de salida
ERROR AMPLIFIER : realiza una comparación entre el valor planteado por SET -POINT y el valor efectivo que se tiene en la salida
PID CONTROLLER : tiene la función de procesar la señal de salida del bloque ERROR AMPLIFIER
POWER AMPLIFIER .: tiene la función de dosificar la potencia eléctrica suministrada por la fuente de alimentación , actuador para variar el valor de la magnitud de salida
FIGURA 2
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Mod. G30B/EV:
• Panel delantero en material aislante, con los circuitos que
constituyen el módulo y el diagrama eléctrico de cada uno
de ellos representados en serigrafía
• Terminales de medida y conexión
• Set-point regulable a través del potenciómetro rotativo
incorporado
• Conmutación del set-point (caudal/ nivel) con interruptor:
- Margen del set-point del caudal: 0 ÷ 4 l/min
- Margen del set-point del nivel: 0 ÷ 500 mm
• Controlador PID con acciones insertables por separado
• Constantes de tiempo del controlador integral y el
controlador derivativo variables a través de dos
potenciómetros rotativos
• Constante de proporcionalidad del controlador
proporcional variables a través del potenciómetro rotativo
• Amplificador de potencia híbrido (operacionales +
transistores bipolares)
MODULO G30A FIGURA 3:
medidas con un osciloscopio o un multímetro.
Los principales circuitos presentes en el módulo mod. G30A/
EV son:
• Acondicionador de señal para transductor de caudal
• Acondicionador de señal para transductor de nivel
presión
• Convertidor F/V y convertidor V/F
• Display de 3 dígitos para visualizar el valor de la
magnitud medida
• Convertidor A/D de 8 bits y otros tantos LEDs de
visualización del valor convertido
• Detector de umbral
FIGURA 3
FIGURA 3
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Mod. G30A/EV:
• Panel frontal en material aislante, con los circuitos que constituyen el módulo y el diagrama eléctrico de cada uno de ellos representados en serigrafía
• Terminales de medida y conexión
• Margen de transducción:
- Nivel: 0 ÷ 500 mm
- Presión: 0 ÷ 4,9 kPa
- Caudal: 0 ÷ 4 l/min
• Acondicionador para transductor de nivel/presión tipo
puente de Wheatstone. Tensión de salida: 0 – 8 V
• Display de 31/2 dígitos para la lectura directa de los
valores de nivel/caudal
• Detector de umbral con umbral variable. Histéresis
variable con potenciómetro, insertable/desinsertable con
pequeño interruptor
MODULO TY30A:
La unidad externa mod. TY30A/EV está constituida por dos tanques en plexiglás. En el inferior se encuentra una bomba eléctrica para generar que líquido del primer tanque llegue al segundo tanque
vertical y generar las magnitudes de caudal y nivel. A bordo de la unidad se encuentran dos transductores de nivel y caudal. El transductor de caudal es del tipo de “turbina”,
que suministra una salida de pulsos, cuya frecuencia es proporcional al caudal del líquido.
El transductor de nivel opera mediante la presión del nivel de la columna de agua sobre el fondo.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Mod. TY30A/EV:
• Unidad mod. TY30A/EV para la generación de las
magnitudes físicas (caudal y nivel), constituida por:
- Soporte metálico
- 2 Tanques en plexiglás: inferior y superior (vertical)
- Bomba eléctrica
- Válvula de estrangulamiento.
- Transductor de caudal tipo turbina
- Transductor de nivel/presión de tipo galga
extensiométrica
• Cable de tipo DIN 270 con 8 polos para la conexión del
módulo con la unidad exterior
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
Este equipo
se compone de tres módulos el
módulo G30B Y G30A Conjuntamente con la
unidad TY30A/EV, el módulo G30A constituye un equipo didáctico con el que se
podrán analizar las técnicas de transducción de magnitudes físicas tales como el CAUDAL y el NIVEL. En la figura 1
encontramos la ilustración de nuestra unidad y nuestros módulos G30B Y G30A.
Figura 1
MODULO G30A
En dicho módulo G30A se halla toda la parte
electrónica de condicionamiento, de control y de visualización de las
magnitudes físicas que se analizan; en cambio, la unidadTY30A/EV sirve para
generarlas. La unidad TY30A/EV consta también de dos detectores (uno de nivel y
otro de caudal).
El módulo se subdivide en 8 partes, cada una
de las cuales desempeña una función Diferente de las demás. Cada bloque está
representado por un esquema eléctrico y se delimita dentro de una línea de trazos. En el lado derecho del módulo se
hallan dos zonas destinadas a la conexión con la unidad TY30A/EV y con el ordenador externo. A la
derecha, en el ángulo superior, se encuentran los bornes de alimentación del
módulo; hacen falta dos tensiones de 12 Vcc – 0,5 A, una de 5 Vcc – 1A para la
parte lógica y la interfaz del módulo con el ordenador y, por último, una
tensión de +12 Vcc – 1,5 A para alimentar la bomba de la unidad TY30A/EV. La
conexión entre el módulo y la unidad se efectúa a través de dos bornes, uno
rojo y otro negro, y una toma de 8 polos de tipo Din: los bornes y la toma
pueden verse en un costado de la unidad TY30A/EV y en la parte derecha del
módulo. Con estos bornes se alimenta la bomba que hace pasar el agua del tanque
inferior al superior; mientras que a través de la toma Din llegan al módulo las
señales de los transductores. En la figura 1.1 se halla ilustrado el tablero
sinóptico serigrafiado del módulo.
Figura 1.1
MÓDULO G30B/EV
Permite el estudio teórico-experimental de las
técnicas y control automático que se realiza,
junto con el móduloG30A/1V, un control automático nivel y de caudal Se compone
de un panel sinóptico en él; cual se encuentran el diagrama eléctrico de cada
bloque que constituye el circuito completo, las conexiones entre los distintos
bloques y los puntos de medida .se muestra la FIGURA1.2 serigrafía del módulo .Como
se puede observar, el módulo está subdividido. En tres bloques funcionales que
encierran otros tantos circuitos eléctricos.
Figura1.2
Controlador de nivel y de caudal G30B/EV está
formado por los bloques siguientes:
SET-POINT & ERROR AMPLIFIER , PID
CONTROLLER , POWER AMPLIFIER Cuyas
funciones principales son las siguientes:
SET-POINT: es el bloque a través del cual se plantea el valor deseado
para la magnitud de salida . ERROR AMPLIFIER: realiza la función de
comparación entre el valor planteado a través del set-point y el valor efectivamente obtenido en la
salida. PID CONTROLLER: tiene la función
de procesar la señal de error (salida del bloque ERROR AMPLIFIER), de modo que
la salida a suma la curva deseada. POWER
AMPLIFIER tiene la función de "dosificar" la potencia eléctrica
suministrada .por la fuente de alimentación al actuador para variar el valor de
la magnitud de salida.
Estos circuitos eléctricos realizan funciones
bien precisas en el interior del circuito general y por lo tanto se separaron
de manera esquemática. Los tres bloques que constituyen- el módulo G30B/EV se
describirán de manera detallada, tanto desde el punto de vista electrónico como
sistemático en los capítulos subsiguientes. En la parte superior de la derecha
se encuentran los bujes para la conexión a las tensiones de alimentación: se
necesita una tensión de +12 Vcc /0.5 A, una de -12Vcc/0.5 A para .la parte de
control y una tensión de +12 Vcc /-1.5 A para la parte de potencia
(alimentación de la bomba del módulo G30A/EV).Todas las componentes
electrónicas situadas en el módulo G30B/EV son fácilmente accesibles por la
parte trasera del módulo mismo; en efecto, es suficiente desenganchar anchos de
sujeción de la protección de plexiglás para operar directamente en el circuito
.
MODULO
TY30A/EV:
La unidad externa mod. TY30A/EV está
constituida por dos tanques en plexiglás. En el inferior se encuentra una bomba
eléctrica para trasvasar el líquido del primer tanque al segundo vertical y
generar las magnitudes de caudal y nivel.
A bordo de la unidad se encuentran dos
transductores de nivel y caudal. El transductor de caudal es del tipo de
“turbina”, que suministra una salida de pulsos, cuya frecuencia es proporcional
al caudal del líquido. El transductor de nivel opera mediante la presión del
nivel de la columna de agua sobre el fondo. Dicha presión deforma un Strain
Gage que suministra una tensión
Proporcional al nivel. Como lo muestra la figura 1.3
Figura 1.3
MARCO TEORICO
MEDICION DE NIVELES
(Salida analógica) Para medir niveles o
presiones se utiliza el detector de presión situado en el soporte de la columna
vertical de la unidad TY30A/EV.
Definición de una magnitud analógica Un bucle
de medición analógico permite generar una
Tensión continua que evoluciona en función del nivel del agua de la
columna; resultará, pues, que a cada nivel de la columna le corresponde un solo
valor de tensión de salida. Dícese entonces que hay una analogía entre el nivel
y la magnitud que lo representa (en nuestro caso, la tensión de salida del
bucle de medición). Podrá afirmarse, así, que una magnitud o una información es
de tipo ana1ógico cuando varíe de modo continuo, o cuando, por su naturaleza,
no presente ninguna discontinuidad. Esto implica que una magnitud analógica (en
nuestro caso, el nivel de agua de la columna) puede adquirir un número infinito
de valores.
TRANSDUCTORES
Un transductor es un dispositivo que
convierte una magnitud física en eléctrica dentro de grupo de
transductores tenemos algunos ejemplos
los más relevantes como lo son:
transductor de velocidad de presión y nivel de temperatura de caudal de
luminosidad de turbidez y demás existentes
estos toman una señales de oscilación u ondas sonoras aire , de calor de
frio vibraciones mecánicas dependiendo del transductor que estemos hablando y
demás señales que se transforman en señales eléctricas aquí donde nace la instrumentación y
control donde a través de magnitudes
físicas convertidas en magnitudes eléctricas podemos controlar y determinar
daños de en un sistema mecánico,
mecatronico electrónico
TRANSDUCTOR DE NIVEL
Las instalaciones hidráulicas suelen requerir
el control de caudal o bien de nivel del líquido. Entré los diferentes
transductores de nivel disponibles
actualmente los de “STRAIN GAUGE” o transductores extensometricos el funcionamiento de estos transductores se
basa en la piezoresistividad es decir; la
propiedad parte de algunos al cambiar su forma resistencia en función de la
deformación a la que están sometidos . en el diagrama se muestra como está
conectado el puente de cuatro resistencias a lo que se denomina el puente
WHEASTONE como lo muestra la figura
MICRO CONTROLADOR
Un micro controlador es un circuito integrado
de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que
configuran un controlador
PANTALLA LCD
Una pantalla LCD es una pantalla de cristal líquido
que visualiza unos caracteres ,para
hacer funcionar un LCD ,debe estar conectado a un circuito impreso en el que
estén integrados los controladores del display
y los pines para la conexión del display . Sobre el circuito impreso se encuentra el LCD, en total se pueden
visualizar 2 líneas de 16 caracteres cada una , es decir 2x16=32 caracteres
,tiene un consumo de menos de 5 mA y son ideales para dispositivos que requieran una visualización pequeña o
media .
CALIBRACION
La calibración de nuestro sensor se hizo mediante
la medición de la variación de voltaje de salida entregado por la tarjeta de
nuestra planta de nivel y la variación de voltaje del acondicionador de señal
en la salida con esto se calcula la diferencia y se hace la calibración para el
correcto funcionamiento de la planta mediante el amplificador operacional
lm324n como lo muestra la figura 1.5 , que mediante este integrado y un
conjunto de resistencias logro obtener una señal con variación de 0v a 5v , 0v que corresponden cuando mi nivel en
lo más bajo y 5v cuando está en 5L lo más
alto del nivel que puede almacenar el tanque de unidad TY30
DESARROLLO
Para poder controlar el nivel de nuestra
planta se diseñó un circuito de acondicionamiento de señal un amplificador operacional lm324n quien nos permitió tomar
una señal bifilar y convertirla en una
señal unifilar con variación de 0v a 5v para que pudiera ser procesada leída
por el micro controlador PIC16f887 y
este programarlo en lenguaje PIC y
obtener la visualización con la escala en nuestra pantalla LCD
Figura 5 montaje de etapa de
acondicionamiento de señal en protoboard
LIMPIEZA DEL SISTEMA: Utilizar un paño suave
y seco para la limpieza del armazón y del panel sinóptico. Jamás utilizar
insecticidas, productos químicos o disolventes. VIBRACIONES E IMPACTOS Prestar
atención a no causar vibraciones o impactos.
, dentro de estas señales tenemos ejemplos
como la velocidad de un motor con un transductor puedo convertir esas
revoluciones en voltaje, lo mismo pasa
en nuestra planta de nivel.
