TARGETA DE INSTRUMENTACION Y CONTROL

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:

Los circuitos y las técnicas que se utilizan son los mismas que se utilizan en el campo laboral y profesional acercando de esta forma el alumno a las problemáticas correspondientes  al diseño de los sistemas de condicionamiento de la señal. El módulo mod. G30A/EV está dividido en ocho circuitos, cada uno con una función específica. Cada circuito está delimitado por una línea segmentada que encierra el diagrama eléctrico del cual resultan asequibles las entradas y las salidas para tomar las

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 

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

 FIGURA 5

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.