PROYECTO FINAL DE
CARRERA
INGENIERÍA
ELECTRÓNICA
DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL Y
MONITORIZACIÓN
DE APLICACIONES INDUSTRIALES
Por Gerardo Iborra Badía(geiba@alumni.uv.es)
Septiembre 2006
El sistema diseñado, nos permite el control y monitorización de
entornos
industriales. Este sistema está diseñado para realizar tareas de
automatización
sobre procesos industriales realizando las funciones
típicas de un SCADA.
Está formado por 3 etapas:
La etapa de acondicionamiento se encarga de adaptar los niveles de las
señales
provenientes de los sensores a niveles aptos para la electrónica de
la
etapa de control, y viceversa, adaptar las señales provenientes de la
etapa de
control a señales que sean aptas por los actuadores industriales
presentes en la
planta.
En la industria podemos encontrar dos tipo de señales:
digitales y analógicas.
El tipo de señales digitales que se ha elegido para realizar el
acondicionamiento
son las señales que pueden estar en [24V o 0V]. Hemos elegido este
tipo de señales
porque son las que utilizan la mayoría de sensores industriales
digitales que
podemos encontrar en el mercado.
Por lo que respecta a señales analógicas hemos realizado el
acondicionamiento
para señales que van de [15V a -15V].
Las señales digitales las acondicionamos para que sean apdas por la
tecnología
TTL de la etapa de control,es decir, para que sean [5V o 0V]:
Señales digitales: [24V ; 0V]<--> [5V ; 0V]
Las señales analógica las acondicionamos para sean aptas para los
conversores
presentes en la etapa de control, estos conversores trabajan con
señales que
van de [2,5V a 0V]:
Señales analógicas: [15V ... -15V]<--> [2,5V ... 0V]
Los interfaces de entrada y de salida utilizados para realizar
el acondicionamiento
son los siguientes:
-
- Interfaces de entrada:
- -Interfaz de entrada todo nada con aislamiento
galvánico.
- -Interfaz de entrada analógico.
- Interfaces de salida:
- -Interfaz de salida con rele.
- -Interfaz de salida con transistor NPN.
- -Interfaz de salida con transistor PNP.
- -Interfaz de salida analógico.
La etapa de control se encarga de adquirir las señales que le
proporciona
la etapa de acondicionamiento. La etapa se implementa mediante un
microcontrolador .
El micro adquiere las señales, realiza las rutinas de control que se
hayan
programado y envía las señales de control a la etapa de
acondicioanmiento
para que sean devueltas al entorno industrial una vez se hayan
adaptado a los nivles adecuados.
Además de realizar la adquisición y el envío de las señales de
control,
se realiza la communicación del estado de las señales a la etapa de
visualización.
La rutina de control, programada en C, que hemos implementado en el
micro es la típica
de procesos
industriales. Esta secuencia de control se observa en la siguiente
figura:
- Los recursos del micro utilizados para implementar esta
funcionalida son
los siguientes:
-
- - Puertos de E/S.
- Lo utilizamos para adquirir y enviar las señales
digitales.
- - Temporizadores.
- Utilizamos dos temporizadores, uno para marcar el
tiempo de scan de
la rutina de control y el otro para marcarle la tasa
de comunicación (bps)
al puerto serie del micro.
- - Conversores AD/DA.
- Utilizaremos los conversores del micro para
adquirrir las señales
analógicas acondicionadas y sacar las señales
analógicas hacia la etapa
de acondicioanmiento.
- - Puerto serie.
- Lo utilizamos para comunicar con la etapa de
visualización y enviarle
el estado de las señales que maneja la etapa de
control.
- - Watchdog.
- Nos sirve para monitorizar la evolución de la
rutina de control. Permite
saber si la rutina de control se ha bloqueado por
algún motivo.
- - TIC.
- El tempotrizador de intervalos lo utilizamos para
guardar periódicamente
paramétros que nos permiten almacenar variables de
interés para nuestro sistema
- - Power Monitor.
- Lo utilizamos para monitorizar la alimentación del
sistema y en caso de
una perdida de alimentación guardar los valores de
estado y variables
para tener constancia de en que estado se encontraba
nuestro sistema para
cuando este arranque con posterioridad.
La etapa de visualización se encarga de mostrar mediante un interfaz
gráfico,
que está implementado sobre un PC, la evolución del proceso. Mediante
esta etapa,
a parte de visualizar el proceso también podemos actuar sobre él y
enviarle a
la etapa de control comandos para que se ejecute la rutina de control
que le
indiquemos en modo full-duplex.
La realización del interfaz se hace mediante el lenguaje de
programación Java.
Los bloques funcionales del programa se muestran en la siguiente
figura:
Podemos observar que el programa principal está formado por dos hilos
(Threads).
El primer hilo es el encargado de ejecutar el interfaz gráfico y se
encarga de
gestionar los eventos que produce el usuario (eventos de ratón,
eventos de teclado,
eventos de botones,...) y de visualizar la información que le manda la
etapa de
control sobre el estado del proceso industrial que controla.Además,
hemos implementado
funciones administrativa que nos permiten registrar y almacenar un
histórico de eventos.
Esto nos permite tener registradas las eventualidades para que quede
constancia de ellas.
El segundo hilo se encarga de la comunicación, este se encarga de leer
por
polling el puerto serie. Para ello hemos realizado un programa en Java
que llama
a un driver de coumnicación escrito en código nativo (C++), que
se encarga de acceder
a los registros del puerto serie mediante las funciones de la API que
implementa Windows.