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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
En esta sección se desarrollarán los antecedentes relacionados con el
área de estudio, como también las bases teóricas que presentan vinculación
directa con la investigación y por último el sistema de variables.
1.- ANTECEDENTES
En los antecedentes que mantienen relación con la problemática
planteada, han sido consideradas todas aquellas investigaciones y estudios
de diversa índole, referidos a las variables que conforman la investigación.
Según Egger, Gutierrez y Mouhtar (2008), en su investigación “Sistema
de supervisión y control mediante la red eléctrica convencional para los
dispositivos eléctricos en una edificación empresarial”, la cual tiene
como finalidad el Desarrolló de un Sistema de supervisión y control mediante
la red eléctrica convencional para los dispositivos eléctricos en una
edificación empresarial, el sistema de supervisión y control es un sistema que
le permite al usuario observar y controlar de manera amigable lo que ocur re
en determinado proceso, por otra parte las redes eléctricas convencionales
son las más utilizadas en los cableados de las construcciones actuales,
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como edificios, residencias, entre otros, contienen un voltaje de salida de
aproximadamente 117 VA, a 60 Hz.
Además, este estudio se considero de tipo APLICADO, según el nivel de
diseño de la investigación es DESCRIPTIVO Y DOCUMENTAL. Para el
desarrollo de este proyecto de investigación se utilizó la metodología
planteada por ANGULO (1989), que está estructurado por nueve fases:
definición de las especificaciones, esquema general del hardware,
ordinograma general, adaptación entre hardware y software, ordinograma
modulares y codificación de los programas, implementación del hardware,
depuración del software, integración del hardware con el software, y
construcción del prototipo definitivo y pruebas finales.
Asimismo, en esta investigación se logró comunicar la PC con el
controlador y éste a su vez al sistema mediante el sistema de comunicación
por onda portadora, y activar mediante actuadores (relé mecánico) los
dispositivos ON/OFF mostrándolo a través de un programa amigable y de
fácil manejo para cualquier usuario. Se logró la comunicación entre módulos
vía alambrica y a través de la red eléctrica convencional, además los
módems TDA 5051 son integrados con tecnología de punta que permitió
administrar la data enviada y recibida, asi como proporcionar un diseño
miniatura que ocupando muy poco espacio puede tener tantas bondades.
El aporte generado de este trabajo a esta investigación van en la
implementación de controladores lógicos programables con un sistema
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SCADA para el monitoreo, mostrando la importancia que refleja el trabajo de
grado con respecto a la supervisión automatizada de dispositivos eléctricos
En el mismo orden de ideas, Barboza, Chirinos y Olaria (2007) en su
trabajo especial de grado “Sistema de control y supervisión centralizado
para los compresores de la fábrica de hielo el toro”, la cual tuvo como
propósito implementar un Sistema de Control y supervisión centralizado para
los compresores Frick tipo tornillo, debido a la necesidad de la empresa hielo
el toro de automatizar los procesos en el área de los compresores, para esto
se involucraron aspectos teóricos y prácticos de los sistemas de control e
instrumentación.
Además, La teoría fue sustentada con las investigaciones de los autores
Creus (2002), Ogata (2002). La investigación fue enmarcada dentro del tipo
aplicada, explicativa. El instrumento aplicado para la recolección de datos fue
observación directa al campo y la entrevista. Así mismo para desarrollar este
estudio se estructuro una metodología dividida en cinco fases que explican el
proceso de diseño implementación.
Por consiguiente, estas fases son: Fase 1, Descripción de la situación
actual. Fase 2, Definición operacional del sistema en la cual se describen de
manera detallada las funciones que realizara el nuevo sistema en
comparación con el actual. Fase 3, Especificaciones de los instrumentos.
Fase 4, Diseño del sistema de control, mejora en la velocidad de repuesta,
precisión en el control de la precisión en el control de la presión y
temperatura del compresor en el momento de la succión y descarga.
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Por otra parte, Para el diseño del prototipo, se programó el sistema
centralizado para el control de los compresores; dividido en cuatro etapas,
con sus equipos y señales correspondientes, controladas por el PLC FRICK
QUANTUM LX RWB II y una PC. Mediante el diseño y el desarrollo del
software OPTO22 del PLC, se integraron los equipos y dispositivos de control
para el funcionamiento del sistema centralizado.
Este trabajo de grado presenta un aporte significativo para la
investigación debido a que los planteamientos teóricos son de gran utilidad
para la investigación, como también la importancia que refleja el trabajo de
grado con respecto a la supervisión automatizada de dispositivos eléctricos
Según Bavaresco, Sanchez y Schilling (2011), en su investigación
“Sistema de monitoreo y control automatizado de empaques plásticos
flexibles”, la cual tiene como objetivo un sistema de monitoreo y control
automatizado para extrusoras de empaques plásticos flexibles caso:
PLASTISURCA. El enfoque teórico que sustenta esta investigación fue
presentado por los siguientes autores: Creus (2006), Ogata (2004), Cosco
(2008), Dorf (1997), INDESCA (2005) y Angulo (1986), los cuales hacen
referencia a los sistema de control automatizados y extrusión.
Por otro lado, el tipo de estudio fue de campo y la técnica empleada para
la recolección de datos fue la observación directa junto con entrevistas
estructuradas mediante la aplicación un cuestionario, puesto que se trata de
una investigación que propone el desarrollo de un sistema de monitoreo y
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control automatizado para extrusoras de empaques plásticos flexibles de la
empresa PLASTISURCA.
Asimismo, la metodología utilizada para llevar a cabo esta investigación
está basada en la propuesta de Angulo (1986), adoptando las fases que
propone este se logro definir las correctas para lograr el propósito de la
investigación, quedando resumidas en las ocho (8) siguientes: Definición del
problema, definición de las especificaciones, esquema general del hardware,
ordinograma general, ordinograma modulares y codificación de los
programas, depuración del software, implementación del hardware,
integración del hardware con el software.
Por consiguiente, los resultados de la investigación mostraron como a
través del programa desarrollado mediante software de programación STEP
7 para PLC’s SIEMENS SIMATIC se cumple con el objetivo principal de la
optimización de los procesos, comprobado por el correcto funcionamiento del
sistema de control en el prototipo, concluyendo así el desarrollo del
controlador apto para aplicarse a la extrusión de empaques plásticos
flexibles.
Este trabajo de grado brinda un aporte a la investigación debido a los
basamentos teóricos utilizados para el desarrollo y veracidad de la misma,
así como también aumentar el conocimiento de un sistema de monitoreo
para un dispositivo eléctrico
Por otra parte Arenas, Díaz, Rodríguez y Zapata (2008), en su
investigación “Interfaz hombre máquina para la supervisión de los
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parámetros operacionales de los sistemas de aire acondicionado de
una institución de educación superior”, el cual tiene como propósito
desarrollar una interfaz hombre máquina para la supervisión de los
parámetros operacionales de los sistemas de aire acondicionado de una
institución de educación superior, cuya función fue desarrollar una interfaz de
monitoreo y control del proceso automatizada. Las variables que pueden ser
controladas para garantizar la eficiencia en el uso de los equipos son:
temperatura, humedad, niveles de energía eléctrica, arranque de los equipos
y estado de las válvulas de mantenimiento.
Por otro lado, esta investigación está apoyada bajo los fundamentos
teóricos de Zandin (2005), Pita (2000) y Ogata (1993). Así mismo, el estudio
se clasifico según la finalidad, métodos y forma de obtener los datos, como
proyectiva, descriptiva y de campo. Como técnicas de recolección de datos
se utilizaron la observación directa para determinar el estado del sistema
actual, observación documental para obtener los parámetros de
funcionamiento de los sistemas de aire acondicionado y la entrevista no
estructurada con un especialista del área que permitió obtener los datos del
control y mantenimiento.
Además, se estableció la metodología descrita por Montilva (1999) con
algunas modificaciones realizadas por los investigadores que consta de seis
fases: análisis del sistema actual, definición de los requerimientos, diseño
preliminar, diseño detallado, construcción del sistema y pruebas del sistema.
La interfaz fue desarrollada mediante el uso de la herramienta Wonderware
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Intouch 9.5, donde OPCLINK, fue el enlace con Matrikon OPCserver, que
sirvió con simulador de señales en conjunto con OpenOffice_calc. Como
resultado se obtuvo una interfaz hombre máquina para el control supervisado
de los sistemas de aire acondicionado.
Finalmente, se recomienda la construcción del sistema SCADA, con los
controladores lógicos programables y la interfaz planteada, con el apoyo de
los diseñadores, para asegurar el correcto funcionamiento y mantenimiento
de los equipos de acondicionamiento de aire.
Dicho trabajo de grado expuesto anteriormente, aporta a la investigación
conocimientos en la interacción y relación de los sistemas de supervisión y
control con los sistemas de aire acondicionados, así como aportes teóricos
para fundamentar las bases de la investigación.
Por otra parte Osorio (2007), en su investigación “Manual de
mantenimiento preventivo para los sistemas de aire acondicionado de
la Universidad Rafael Urdaneta”, el cual fue realizado con la finalidad de
estudiar la situación actual de los sistemas de refrigeración (aire
acondicionado), elaborando un manual de mantenimiento que permita llevar
un control y registro de fallas del sistema, mejorando la optimización del
mismo dentro de la Universidad Rafael Urdaneta.
También, Se realizó un estudio al Departamento de Mantenimiento, de la
Universidad Rafael Urdaneta dentro del sistema de aire acondicionado,
considerando los siguientes factores: Falta de almacenamiento adecuado,
calificado, carencia de planes de adiestramiento y falta de coordinación entre
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los jefes y los subordinados. Estos factores fueron evaluados bajo la norma
COVEN1N 2500-93. La metodología empleada consistió en la aplicación de
técnicas de mantenimiento, evaluación de información y herramientas para
realizar el programa de mantenimiento y los costos que este genera.
Posteriormente, Los resultados obtenidos de la recolección de datos en el
campo, contribuyeron en la realización de formatos que permitan evaluar y
hacer seguimiento a través del control de inventario y sistema de
codificación, clasificación según el nivel de criticidad, registro de fallas,
elaboración del plan de mantenimiento y costos estimados del mismo.
La investigación anterior aporta este trabajo de grado conocimientos en el
manejo de sistemas acondicionadores de aire y los parámetros esenciales a
la hora de realizarle mantenimiento, así como aportes teóricos para
fundamentar las bases de la investigación.
Según Diaz (2007), en su investigación “Sistema de información para
los procesos operativos de la sesión de refrigeración en empresas de
servicio”, la cual tiene como propósito primordial desarrollar un sistema de
información para los procesos operativos de la sección de refrigeración en
empresas de servicios; para satisfacer las necesidades de la organización
tomando en cuenta los requerimientos expresados por el encargado de la
sección de refrigeración.
Además, la investigación es de tipo descriptiva, y su diseño es de campo,
transversal y no experimental, el sistema se adaptó basado según la
metodología de Senn (2003), la cual consta de cinco fases ó etapas:
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Investigación Preliminar, Determinación de los Requerimientos, Diseño del
Sistema, Desarrollo de Software, Prueba de los Sistemas. La herramienta de
programación utilizada es Visual Basic 6.0 con un enlace de datos Access
2003. Los resultados de las pruebas de estudio determinaron que el sistema
ofrece una interfaz fácil de manejar por el usuario y además al implantarlo
reducirá los tiempos de espera al cliente garantizando así el mejoramiento
del servicio de la organización.
Este trabajo de grado presenta un aporte significativo para la
investigación debido a que la metodología implementada por el investigador
es de gran importancia para la misma, como también brinda basamentos
teóricos de gran utilidad para la misma.
2.- BASES TEORICAS
2.1- SISTEMA DE CONTROL
Según Distefano (2000, p. 124), un sistema de control, es un
ordenamiento de componentes físicas, de tal manera que ordenen, dirijan o
regulen un mismo sistema a otros sistemas.
La parte del sistema que va a ser controlada se denomina planta o
proceso, la cual es afectada por las señales aplicadas que se denominan
entrada, y estas a su vez producen señales de interés particular denominada
salida. Las señales de entrada y salida pueden tener muchas formas
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diferentes, por ejemplo: pueden ser variables físicas o cantidades abstractas.
Variable física, tales como variables de referencia, variables de ajuste o
deseada para una salida. Cantidades abstracta igualmente son variables
físicas como voltaje, temperatura, presión y otras.
Se puede usar un sistema de control para producir un comportamiento
determinado, es decir, una salida predeterminada. Dicho sistema puede
tener más de una entrada o salida las cuales están bien definidas, o son
entradas cambiables.
2.2- TIPOS DE CONTROL
En la actualidad existen dos tipos de control. Según Ogata (1993, p. 60),
Se plantea el control de lazo abierto en los sistemas de control en los cuales
la salida no tiene efecto sobre la acción de control, es decir, donde entra la
variable y en su salida no habrá un control determinado, para que el sistema
sea estable dependerá de su calibración y las condiciones que pase la
variable en el proceso.
Todo lo contrario en un control de lazo cerrado con frecuencia se llama
así a los sistemas de control retroalimentados, que es la diferencia entre la
señal de entrada y la de retroalimentación, la cual al controlador para reducir
el error y llevar la salida del sistema a un valor
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2.3.- SISTEMA DE CONTROL SUPERVISORIO (SISTEMA SCADA)
Al ser esta la variable principal de esta investigación, se ve obligado a dar
varios puntos de vista de diferentes autores para así lograr una mayor
comprensión y entendimiento, por tal motivo se presentan las siguientes
definiciones de un sistema de control supervisorio:
Según Ogata (1993, p. 75), los sistemas de control de procesos se
definen como los encargados de vigilar los procesos de la planta a través de
redes de computadoras interconectadas que permiten mantener las
condiciones necesarias para que no ocurra ninguna perturbación en los
procesos de la misma. El sistema de control es responsable de tareas tales
como monitorización y vigilancia para el cual existe un número de estaciones
de trabajo (GUS, UWS, UxS, US, ver vocabulario) conectadas a través de
una o más redes de área local, las cuales proveen acceso a un grupo de
servicios distribuidos. La arquitectura física del sistema de control consiste en
una serie de computadores, equipos electrónicos, sensores y actuadores
interconectados.
El control supervisorio es desempeñado por el operador, quién debe
conocer ampliamente el sistema de control. Él debe tomar en cuenta:
• La distribución de la arquitectura del sistema.
• Los tipos de controles predominantes, tales como lazos de control cerrados
automáticamente por el sistema, control secuencial, batch (por carga),
algoritmos avanzados, entre otros.
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• Tipos de variables acopladas.
• Las unidades de adquisición de datos del proceso se representan por los
controladores de lazos PID y PLCs.
• Medios de comunicación a través de redes de área local, conexión directa.
• Distribución de los datos.
Según Zandin y Bright (2005, p. 45), SCADA es el acrónimo Supervisory
Control and Data Acquisition (en español, Control supervisorio y adquisición
de datos). Los sistema SCADA comprenden todas aquellas soluciones de
aplicación, para referirse a la captura de información de un proceso o planta
industrial (aunque no es absolutamente necesario que pertenezca a este
ámbito), para que, con esta información, sea posible realizar una serie de
análisis o estudios con los que se pueden obtener valiosos indicadores, que
permitan una retroalimentación sobre un operador o sobre el propio proceso.
Los sistemas SCADA incluyen: hardware de señal de entrada y salida,
controladores, interfaz hombre maquina, redes, comunicaciones, base de
datos y software. El té rmino SCADA usualmente se refiere a un sistema
central, que monitorea y controla un sitio comple to o un sistema que se
extiende sobre una gran distancia.
La mayor parte del control del sitio es en realidad realizada
automáticamente por una Unidad Terminal Remota (UTR) o por un
Controlador Lógico Programable (PLC). Las funciones del control del servidor
están casi siempre restringidas a reajustes básicos del sitio o capacidades de
nivel de supervisión.
22
2.3.1.- COMPONENTES DE LOS SISTEMAS SCADA Según Zadin (2005, p. 12,47), los sistemas SCADA están compuestos por
múltiples unidades de terminal remota, controladores lógicos programables,
una estación maestra y computador con interfaz hombre máquina (HMI) y la
infraestructura de comunicación.
- La unidad de terminal remota (URT) se conecta físicamente al equipo que
es objeto de control en el sistema y lee los datos de estado como
abierto/cerrado desde una válvula o un interruptor, las medidas como
presión, flujo, voltaje o corriente. A través de la Estación Maestra se
pueden enviar señales a la unidad de Terminal Remota que pueden
controlar, abrir, cerrar, intercambiar la válvula o configurar la velocidad de
la bomba. La Unidad Terminal Remota puede leer el estado de los datos
digitales o medidas de datos analógicos y envía comandos digitales de
salida o puntos de ajuste analógicos
- Un Controlador lógico Programable (PLC) (Programmable Logic
Controller) es un dispositivo electrónico muy usado en Automatización
Industrial, capaz de controlar la lógica de funcionamiento de maquinas,
plantas y procesos industriales, además de realizar operaciones
aritméticas, manejar señales analógicas para efectuar estrategias de
control. Actualmente capaces de comunicarse con otros controladores y
computadores en redes de área local, formando así parte fundamental de
los modernos sistemas de control distribuido.
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- El termino Estación Maestra se refiere a los servidores y el software
responsable para comunicarse con el equipo de campo (UTRs, PLC,
entre otro) en estos se encuentra la interfaz hombre maquina corriendo
para las estaciones de trabajo en el cuarto de control, o en cualquier otro
lado. En un sistema SCADA pequeño, la estación maestra puede estar en
un solo computador, a gran escala, en los sistemas SCADA la estación
maestra puede incluir muchos servidores, aplicaciones de software
distribuido, y sitios de recuperación de desastres.
En los sistemas SCADA la estación maestra a través de la interfaz
hombre maquina usualmente presenta la información al personal
operativo de manera grafica, en forma de un diagrama de representación.
Esto significa que el operador puede ver un esquema que representa la
planta que está siendo controlada.
- La infraestructura y Métodos De Comunicación dentro de los sistemas
SCADA tienen tradicionalmente una combinación de radios y señales
directas, seriales o conexión de modem para conocer los requerimientos
de comunicación, incluso Ethenet e IP sobre SONET es también
frecuentemente usada en sitios con área geográfica extensa.
2.3.2.- INTERFAZ HOMBRE MAQUINA La idea fundamental en el concepto de interfaz hombre maquina es el de
medición, entre hombre y maquina. La interfaz es lo que ‘media’, lo que
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facilita la comunicación, la interacción, entre dos sistemas de diferente
naturaleza, típicamente el ser humano y una maquina como el computador.
Esto implica además, que se trata de un sistema de traducción, ya que los
dos ‘hablan’ lenguajes diferentes: verbo-icono en el caso del hombre y
binario en el caso del procesador electrónico.
De una manera más técnica se define a interfaz de usuario, como conjunto
de componentes empleados por los usuarios para comunicarse con las
computadoras
El usuario dirige el funcionamiento de la maquina mediante instrucciones,
denominadas genéricamente entradas. Las entradas se introducen mediante
diversos dispositivos, por ejemplo un teclado, y se convierte en señales
electrónicas que pueden ser procesadas por la computadora.
Estas señales se transmiten a través de circuitos conocidos como bus y
son coordinadas y controladas por la unidad de proceso central y por un
soporte lógico conocido como sistema operativo. Una vez que la UPC ha
ejecutado las instrucciones indicadas por el usuario, puede comunicar los
resultados mediante señales electrónicas, o salidas, que se transmiten por el
bus a uno o más dispositivos de salida, por ejemplo una impresora o un
monitor.
Según Dyson (1994, p. 124) una interfaz es un conjunto de normas que
definen la interconexión entre dos dispositivos que pueden realizar funciones
diferentes. Punto donde se hace la conexión entre dos dispositivos de
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hardware, entre usuario y un sistema o programa, o simplemente entre dos
aplicaciones.
Según Angulo (1992, p. 518) define interfaz como “una frontera entre el
usuario y la aplicación del sistema del computo (el punto donde el individuo y
la computadora interactúan)”.
Resumiendo entonces se puede decir que, una interfaz de software es
parte de una aplicación que el usuario ve y con la cual interactúa. Está
relacionada con la subyacente estructura, la arquitectura, y el código que
hace el trabajo del software, pero no se confunde en ellos. La interfaz incluye
las pantallas, ventanas, control, menús, la ayuda en línea, la documentación
y el entretenimiento. Cualquier cosa que el usuario ve y con lo que interactúa
es parte de la interfaz.
2.3.3.- TIPOS DE INTERFAZ HOMBRE MAQUINA La universidad Nacional de Quilmes (Buenos Aires, Argentina) en su
cátedra Introducción a las Interfaces Hombre Maquina de la Ingeniería en
Automatización y Control Industrial (2008, p. 2), divide las interfaces hombre
maquina en dos (2) tipos:
- Desarrollos a Medida: En los cuales se refiere a interfaces desarrolladas
para controlar un proceso específico dentro del ambiente industrial,
normalmente no pueden ser modificados por el usuario.
- Paquetes HMI: Son paquetes de software que contemplan la mayoría de
las funciones de los sistemas SCADA, desarrollados para que el usuario
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pueda re-programarlo adaptándolo a las necesidades y actualizaciones
de los equipos industriales, que está destinado a controlar.
2.3.4.- FUNCIONES DE UN SOFTWARE HMI Desde el punto de vista de Ogata (1993, p. 167), dentro de las funciones
que una Interfaz Hombre Maquina debe de realizar, se encuentran
monitoreo, supervisión, avisos de alarmas, control del proceso y registro de
históricos.
- Monitoreo: Es la habilidad de obtener y mostrar datos del proceso en
tiempo real. Estos datos se pueden mostrar como números, texto o
gráficos que permitan una lectura más fácil de interpretar.
- Supervisión: Esta función 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 reportar estos eventos. Las alarmas son reportadas basadas en
límites de control pre-establecidos.
- Control: Es la capacidad de aplicar algoritmos que ajusten los valores del
proceso y así mantenerlos dentro de ciertos límites. Control va mas allá
del control de supervisión, removiendo la necesidad de la interacción
humana. Sin embargo la aplicación de esta función desde un software
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corriendo en una PC, puede quedar limitada por la confiabilidad que
quiera obtenerse del sistema.
- Histórico: Es la capacidad de muestrear y almacenar en archivos, datos
del proceso a una determinada frecuencia. Este almacenamiento de datos
es una poderosa herramienta para la optimización y corrección de
procesos.
Este conjunto de funciones permiten a la interfaz hombre maquina
servir como sistema de apoyo dentro de un proceso luego de la
construcción de la infraestructura de comunicación del sistema SCADA.
2.3.5.- OBJETIVOS DE LA INTERFAZ Recopilando los criterios de todos los anteriores autores referidos, se
concluye indicando a juicio de la presente investigación que estos objetivos
son:
- Eficacia al lograr mediante el diseño de interfaces que tengan enlaces
exactos.
- Eficacia demostrada a través de interfaz que mejoran la velocidad de
enlace y de intercambio de datos para reducir errores.
- Mostrar un diseño de interfaz adecuado para favorecer a un intercambio
apropiado.
- Productividad, considerada a través del apego a los principios del diseño
ergonómico de las interfaces y de sus aéreas de trabajo.
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2.3.6.- PRINCIPIOS PARA EL DESARROLLO DE UNA INTERFAZ Según Ogata (1993, p. 175), en el proceso de desarrollo de una interfaz
de usuario se pueden distinguir cuatro fases o pasos fundamentales:
- Reunir y analizar la información del usuario
- Diseñar la interfaz de usuario
- Construir la interfaz de usuario.
- Validar la interfaz de usuario. Estas fases serán descritas detalladamente
a continuación:
- Reunir y analizar la información del usuario: Se debe concretar que
tipo de usuarios van a utilizar el programa, que tareas van a realizar los
usuarios y como las van a realizar, que exigen los usuarios del programa,
en que entrono se desenvuelven los usuarios (físico, social, cultural)
- Diseñar la interfaz de usuario: Es importante dedicar tiempo y recursos
a esta fase, antes de entrar en la codificación. En esta fase se definen los
objetivos de usabilidad del programa, las tareas del usuario, los objetos y
acciones de la interfaz, los iconos, vistas y representaciones visuales de
los objetos, los menús de los objetos y ventanas. Todos los elementos
visuales se pueden hacer primero a mano y luego refinar con las
herramientas adecuadas.
- Construir la interfaz de usuario: Codificar la interfaz en un lenguaje de
programación adecuado para el tipo de desarrollo, que permita visualizar
el producto para poder probar su funcionamiento.
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- Validar la interfaz de usuario: Se deben de realizar pruebas de uso al
producto, a ser posible con los propios usuarios finales del mismo. Es
importante realizar un diseño que parta del usuario, y no del sistema.
2.3.7.- TENDENCIAS PARA EL DISEÑO Los sistemas de ordenar son cada vez más interactivos y esta tendencia
continuara a medida que las nuevas interfaces se desarrollen. La
interactividad será apoyada por los nuevos recursos de input y output que
llevan muchas ventajas a la utilización de los canales humanos de
comunicación.
El interfaz acepta voz y gesto al mismo tiempo que da más control a los
usuarios que se han de mover a la vez que controlan sistemas y hacen
posible una variedad de aplicaciones virtuales. En referencia a las ventajas
de los componentes físicos del interfaz, hay una investigación activa en
componentes conceptuales parecida a los estilos de interacción. La directa
manipulación de interfaces continuara emergiendo a una más fuerte
adaptación del sistema será desarrollada de acuerdo al tipo de tarea y al
nivel de experiencia del usuario. Agentes inteligentes son también
desarrollados por debajo. Los agentes pueden asignar tareas específicas para
el usuario y después enviarlos a que ejecuten estas tareas.
2.3.8.- ELEMENTOS DE UNA INTERFAZ GRAFICA
Para la presentación de una interfaz grafica no se debe colocar demasiados
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objetos en la pantalla y los que existen deben estar bien distribuidos. Cada
elemento visual influyen en el usuario no solo por si mismo sino también por
su combinación con el resto de elementos presentes en la pantalla.
Elementos de Diseño de pantalla y su percepción visual: se consideran al
definir estos elementos los aspectos de análisis de control, análisis de audio,
y análisis de animación.
(a) Análisis de control: Es probablemente el elemento de la interfaz que con
más frecuencia es mal utilizado. El color comunica información, no es solo
decorativo (ejemplo reforzar mensajes de error). Deben utilizarse
combinaciones adecuadas (por ejemplo, las paletas proporcionadas por
los sistemas operativos). El color debe atraer la atención, pero no cansar
después de un rato de trabajo. Es especialmente importante seguir las
líneas de diseño existente. Principio básico: diseñar primero en blanco y
negro y luego añadir color.
Figura 1. Ejemplo de la utilización de color en una interfaz hombre maquina, Fuente: Rodríguez, Paz y Meléndez (2011)
31
(b) Análisis de audio: primero es preciso ver cuándo es más apropiado que
la información visual. Segundo, determinar el sonido adecuado. Tercero,
permitir la personalización (volumen y desactivación). Como en el caso de
los colores existen guías de uso. En lugar de trabajos abiertos, puede ser
poco efectivo; además, puede ser embarazoso para algunas personas. El
sonido debe usarse para informar, no cuando no añade nada nuevo (por
ejemplo, un mensaje de aviso de correo o de bienvenida,
respectivamente, al iniciar una sesión de trabajo)
Figura 2. Ejemplo de la utilización de audio en una interfaz hombre maquina, Fuente: Rodríguez, Paz y Meléndez (2011)
(c) Análisis de animación: se define como un cambio en el tiempo de la
apariencia visual de un elemento grafico. Ejemplo de uso: progreso de
acciones, estado de procesos (iconos de impresora), acciones posibles
32
(cambios en el cursor a desplazar el ratón). La animación puede ayudar a
subrayar iconos importantes, mostrar el estado de un objeto particular o
explicar su comportamiento.
2.4. - SISTEMAS DE ACONDICIONADORES DE AIRE INDUSTRIAL Según Pita (2000, p 2) “Acondicionamiento de aire es el proceso de
tratamiento del mismo en un ambiente interior con el fin de establecer y
mantener los estándares requeridos de temperatura, humedad, limpieza y
movimiento”.
Comúnmente conocido como sistemas de aire acondicionados, es una
conjunto de equipos que proporcionan aire y mantienen el control de su
temperatura, humedad y pureza en todo momento y con independencia de
las condiciones climáticas.
Los sistemas de aire acondicionado se evalúan según su capacidad
efectiva de refrigeración, que debería medirse en kilovatios. Sin embargo,
todavía se mide en algunas ocasiones en toneladas de refrigeración, que es
la cantidad de calor necesaria para difundir una tonelada de hielo en 24
horas, esto equivale a 3, 5 kilovatios.
2.4.1. - CICLO DE REFRIGERACIÓN Pita (2000, p. 8), en un ciclo teórico en el cual el vapor refrigerante
abandona el evaporador y entra al compresor como vapor saturado y que el
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liquido abandona el condensador y entra al control de refrigerante.
Existen dos presiones en el sistema de refrigeración: las de evaporización
o baja presión y la de condensación o alta presión. El refrigerante actúa
como medio de transporte para mover el calor del evaporador al
condensador donde es despedido a la atmósfera, o en caso de sistemas
enfriados por agua, al agua de enfriamiento. Un cambio de estado liquido a
vapor y viceversa permite al refrigerante absorber y descargar grandes
cantidades de vapor en forma eficiente.
El ciclo básico opera de la siguiente forma: el refrigerante liquido a altas
presiones es alimentado al evaporador a través de un instrumento de control
de refrigerante, por ejemplo una válvula de expansión. Dicha válvula reduce
la presión del refrigerante a la de evaporación o baja presión del sistema.
La reducción de presión en el refrigerante líquido provoca que este se
evaporice. Conforme el refrigerante de baja temperatura pasa a través del
evaporador, absorbe el calor del recinto que se desea refrigerar.
El vapor refrigerante que sale del evaporador viaja a través de la línea de
succión hacia la entrada del compresor. El compresor toma el vapor a baja
presión lo comprime aumentando tanto su presión como su temperatura. El
vapor caliente y a alta presión es bombeado hacia el condensador. Conforme
pasa a través del condensador el gas a alta presión es enfriado por algún
medio externo. En sistemas enfriados por aire, se usa generalmente un
ventilador y un condensador aleteado. En sistemas enfriados por agua, se
emplea generalmente un intercambio de calor de refrigerante a agua. En el
34
condensador el vapor se condensa al perder calor y se repite el ciclo
nuevamente.
2.4.2. - COMPONENTES DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN Pita (2000, p21), un sistema de refrigeración esta compuesto por varios
dispositivos que trabajan de manera cíclica, desarrollando el proceso descrito
anteriormente. De manera general, este sistema esta compuesto por los
siguientes componentes: el compresor, el condensador, el evaporador o
enfriador, la válvula de expansión y el refrigerante.
(A) El compresor:
El compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeración. En primer
lugar succiona el vapor refrigerante y reduce la presión en el evaporador a un
punto en el que puede ser mantenida la temperatura de evaporación
deseada. En segundo lugar, el compresor eleva la presión del vapor
refrigerante a un nivel lo suficientemente alto, de modo que la temperatura de
saturación sea superior a la temperatura del medio enfriante disponible para
la condensación del vapor refrigerante.
(B) El condensador:
Es un dispositivo intercambiador de calor en donde el calor absorbido por
el refrigerante durante el proceso de evaporación es cedido al medio de
condensación. Los condensadores pueden ser de dos tipos dependiendo del
medio de condensación.
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• Condensadores enfriados por aire: Los condensadores enfriados por aire
son fáciles de instalar, baratos de mantener y no requieren agua. Sin
embargo, es necesario su suministro adecuado de aire fresco y el
ventilador puede crear problemas de ruido en grandes instalaciones.
Normalmente se construyen con un área frontal compacta, con varia
hileras de tuberías superpuestas horizontalmente y el aire es forzado a
pasar a través de ellas utilizando un ventilador.
• Condensador enfriado por agua: Cuando se encuentra disponible una
fuente de agua a bajo costo, son preferibles este tipo de condensadores
dado que tienen presiones de condensación mucho más bajas. Además
de esto, el agua, especialmente de manantiales, es generalmente mucho
mas fría que la temperatura del aire durante el día. Normalmente el agua
de enfriamiento se desplaza a través de tuberías o serpentines en el
interior de una carcasa sellada en la que se descarga el gas caliente
procedente del compresor. Una vez condensado el refrigerante, este
puede salir por una línea líquido.
(C) El Evaporador:
Es la parte del lado de baja presión del sistema de refrigeración en la que
el refrigerante líquido hierve o se evapora, absorbiendo el calor del recinto a
medida que se convierte en vapor. Los evaporadores se fabrican en gran
variedad de formas y estilos. El tipo más común es el evaporador de
serpentín ventilador o de convexión forzada en el que el refrigerante se
evapora dentro de tubos con aletas extrayendo el calor del aire que pasa a
36
través del serpentín mediante un ventilador. Sin embargo, en aplicaciones
específicas pueden usarse serpentines sin aletas, serpentines de gravedad
con flujo de aire por convención natural, superficies de placa lisa u otros tipos
especiales de superficies para transferencia de calor.
(D) El refrigerante:
El refrigerante es una sustancia puede absorber grandes cantidades de
calor sensible, si la diferencia de temperatura es grande o el peso de las
sustancias es elevado, a través de un proceso continuo; en la refrigeración
mecánica este proceso se conforma por la evaporación y condensación de
un liquido.
Prácticamente cualquier puede ser utilizado para absorber calor por
evaporación. El agua es ideal en muchos aspectos, pero hierve a
temperaturas demasiado altas para usarse en operaciones de enfriamiento
normales, y se congela a temperaturas demasiado altas para usos en bajas
temperaturas. Un refrigerante debe tener los siguientes requisitos:
- Debe absorber calor rápidamente a la temperatura requerida por la carga
del producto.
- El sistema debe usar el mismo refrigerante constantemente por razones
de economía y para enfriamiento continuo.
(E) La válvula de expansión:
Es el dispositivo más comúnmente utilizado para controlar el flujo de
refrigerante liquido dentro del evaporador de manera optimizada, para
37
permitir el llenado de liquido en el evaporador hasta producir el frió de
manera correcta y optima.
(F) Dispositivos eléctricos de control
La función básica de la mayoría de los dispositivos de control consiste en
conectar o interrumpir un circuito eléctrico que controla un contactor, una
bobina solenoide o alguna otra parte eléctrica del sistema. El tipo de acción
requerido depende de la función de control y del medio que ha de
controlarse.
El punto en que un control cierra un contacto y establece un circuito se
llama punto de conexión. El punto en el que un control interrumpe el circuito
se llama punto de desconexión. La diferencia entre los puntos de conexión y
desconexión se conoce como el diferencial.
El diferencial puede ser fijo o ajustable. Un diferencial muy pequeño
mantiene un control preciso pero puede motivar ciclos cortos en el
compresor. Un diferencial grande proporcionara un mayor ciclo de
funcionamiento, pero puede producir fluctuaciones en la presión o
temperatura que está siendo controlada. Por lo tanto el diferencial de
funcionamiento normal debe ser un valor intermedio.
Entre los dispositivos eléctricos de control se encuentran muchos tipos,
dependiendo de las variables que se desee controlar dentro del sistema de
refrigeración. Entre ellos están:
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- Controles de voltaje y bajo voltaje: Los controles del voltaje están
diseñados para funcionar al mismo voltaje que el que ha sido
suministrado al compresor. Comúnmente se utilizan los controles a 110 y
a 220 voltios. Las exigencias locales frecuentemente piden controles de
bajo voltaje, para esto se utiliza un transformador en el circuito del control
que reduce el voltaje de la línea al voltaje requerido en el control y que
normalmente es de 24 voltios.
- Controles de baja y alta presión: un control de baja presión actúa con la
presión de succión del refrigerante y normalmente se utiliza para regular
el ciclo del compresor con el fin de controlar la capacidad, o como control
limite de baja presión. Un control de alta presión es sensible a la presión
de descarga del compresor y normalmente se utiliza para parar el
compresor en el caso de que exista una presión excesiva.
- Control para el ciclo del ventilador del condensador: Con el fin de
mantener constante la presión de condensación en unidades enfriadas
por aire durante condiciones de baja temperatura, se utiliza
frecuentemente un control de presión que actúa interrumpiendo el circuito
del ventilador del condensador al bajar la presión del condensador y lo
conecta al subir esta. Este control es frecuentemente definido como un
control de alta presión de acción inversa, puesto que actúa en forma
inversa que un control de alta presión normal.
- Termostatos: Un termostato actúa para conectar o interrumpir un circuito
en repuesta a un cambio en temperatura. Normalmente un termostato de
39
refrigeración cerrara su circuito con una elevación de temperatura y lo
interrumpirá con un descenso de esta.
- Control de seguridad de presión de aceite: Es un control que protege
al compresor contra la pérdida de aceite. Si la presión de aceite
desciende por debajo de los límites de seguridad, el control interrumpe el
circuito para detener el compresor.
- Relojes para descongelación: Frecuentemente es deseable detener el
funcionamiento del compresor durante cierto periodo de tiempo para
permitir la descongelación. Con el fin de asegurar que esto se leve a cabo
de modo regular y en el momento adecuado, puede utilizarse un reloj que
abra o cierre los circuitos a intervalos de tiempo predeterminado.
- Relevadores: Consiste en un juego de contactos junto con un conjunto
de bobina magnética que controla la posición del contacto. Los controles
pueden estar normalmente abiertos o normalmente cerrados cuando no
esta energizada la bobina. Un relevador dado puede tener de 1 a 5 o mas
juegos varios circuitos según se desee.
- Relevador de retardo: algunos relevadores se construyen con una
acción de retardo, de modo que puedan ser energizados durante cierto
tiempo predeterminado sin que la bobina magnética accione los
contactos.
- Transformadores: Es un dispositivo eléctrico para transferir energía de
un circuito a otro a una diferente tensión por medio de inducción
electromagnética. Los transformadores se utilizan frecuentemente en los
40
circuitos de control para disminuir la tensión de la línea, a la requerida
para el circuito de control. En el transformador no existen partes móviles y
su acción está determinada por el devanado de sus bobinas.
(G) Motores
Los motores eléctricos se utilizan como fuentes de energía en la gran
mayoría de los compresores de refrigeración y, en la actualidad
prácticamente todos ellos son de corriente alterna . La casi totalidad de los
motores utilizados para la refrigeración son del tipo de inducción, cuyo
nombre proviene del hecho de que la corriente.
2.5.- PLC (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE) Los PLC’s según NEMA (The National Electric Manufactures Association)
(2011), se define como: A un aparato electrónico que opera digitalmente y
usa una memoria programable para el almacenamiento interno de
instrucciones, para implementar funciones especificas tales como lógica,
secuencia, temporización, conteo y aritmética, como controlar maquinas o
procesos por medio de módulos de entrada y salida, discretas o analógicas.
Los PLC´s son controladores, en general, basados en un microprocesador
que acepta señales de entrada para evaluarlas y generar salidas apropiadas
para controlar maquinas o procesos. Los PLC’s son de control lógico y su
función lógica queda determinada por un programa introducido por el
usuario, en el que se indican cómo funcionan los dispositivos de salida en
repuesta a los de entrada. Dado que el programa en cuestión se almacena
41
en una memoria de lectura – escritura, puede introducirse una modificación
en el proceso controlado mediante la programación.
2.5.1.- ARQUITECTURA BÁSICA DE UN PLC
La arquitectura básica de un controlador lógico programable (PLC), según
guía del Instituto de formación Industrial CIED, (2001):
La sección de comandos de una autómata programable desde el punto de
vista conceptual es muy similar a la de un computador dedicado a funciones
del control. Como tal, la arquitectura de un autómata programable puede
dividirse en tres bloques principales:
- CPU. (Unidad de Procesamiento Central)
- Memoria
- Modulos Entrada/Salida (110).
Es la parte central de todo Controlador Lógico Programable, es la
encargada de recibir, interpretar y ejecutar las instrucciones que lleguen
correspondientes al programa en curso. El CPU, es el encargado de
procesar los datos de acuerdo a una lógica pre-establecida y ejercer control
sobre el flujo de información. Existen en el mercado gran variedad de CPU,
que se utilizan en autómatas programables.
2.5.2.- MODULO DE ENTRADA Y SALIDA (I/O)
Son módulos que reciben y/o envían señales al proceso o planta que se
está controlando. Sirven de interfaces entre el PLC y los dispositivos o
42
elementos de campos. Las señales de entrada provenientes por lo general e
sensores, son de naturaleza diversa:
- Voltaje alterno
- Voltaje dc
- Corriente
- Binaria o digital
- Analógicas
Pero siempre deben ser convertidas por los elementos de E/S en señales
binarias capaces de ser comprendidas por el CPU. De manera similar, las
señales que provienen del CPU deben ser convertidas por las unidades E/S
en señales de voltajes AC o DC, o de corriente, analógicas, entre otros.
Otras de las características generales que deben presentar las unidades E/S
son aislamiento y protección.
(A) Entrada Analógica
Los módulos analógicos (AID y DIA), permiten convertir señales
analógicas en señales numéricas digitales y viceversa. La resolución de la
conversación es una función digital del número de bits usados en la parte
numérica. También la rapidez de conversión es una característica esencial.
(B) Salida Analógica
La salida analógica es un producto de la conversación de un valor
numérico digital a través de una tarjeta DIA. Los módulos de salida
analógicos permiten realizar salidas de comandos y regulación. Cada salida
está definida por la naturaleza de la corriente o voltaje usado. Cada salida
43
está definida por la naturaleza de la corriente o voltaje usado. Ejemplo (0-5 v
o 4-20 ma)
(C) Entrada Digital
La tensión de control (tensión de alimentación del emisor o del actuador)
es, en la mayor parte de los casos, +24V o 220V. Estas tensiones no las
puede proporcional directamente el procesador central, este necesita para
ello los apropiados adaptadores de señal. Las tarjetas de entrada digital
adaptan el nivel externo de la señal al nivel interno (+5V). Adicionalmente se
filtran las señales de entrada, es decir, se eliminan las interferencias de las
líneas de señal y se recorta los picos de sobre tensión de breve duración.
Condicionadas por el filtraje, las entradas de señal sufren un retraso, que
según las tarjetas, se encuentra entre 1,4 ms y 25 ms. Si se tienen que
captar las modificaciones de las señales de entrada muy rápidamente, se
aconseja la utilización de tarjetas de entrada con formación de alarmas de
procesos, en las que el filtro de entrada tiene un tiempo de retardo máximo
de 1,5 ms.
(D)Salida Digital
Para poder realizar acciones de control sobre el proceso, el procesador
central necesita e adaptación de la señal, que transforma el estado interno
de la señal en las correspondientes tensiones y corrientes del proceso. Las
tarjetas de salida digital contienen una memoria de datos sobre la que se
escriben los estados de señal enviados a la tarjeta, conduciéndose
44
posteriormente a un amplificador, en donde se dispone de la potencia
necesaria de conmutación.
La protección contra cortocircuitos se realiza electrónicamente en lo
amplificadores de corriente continua y en las salidas e corriente alterna
mediante un fusible de precisión. En la selección de tarjeta de la salida digital
hay que tener en cuenta la frecuencia de conmutación, la carga total y la
corriente residual. La frecuencia de conmutación más alta permitida depende
de la tarjeta y la clase de aparato a controlar. Se encuentra entre los 10KHz
(carga óhmica) y 0,1 Hz (carga inductiva)
2.5.3.- TIPOS DE PLC Existen diferentes tipos de (PLC) según guía del Instituto de formación
Industrial CIED, (2001):
- Micros hasta 32 E/S
- Pequeños hasta 128 E/S
- Medianos hasta 1024 E/S
- Grandes hasta 4096 E/S
- Muy grandes hasta 8192 E/S
2.5.4.- VENTAJAS DE LOS PLC Las ventajas de los PLC comparado con sistemas basados en relee o
sistemas electromecánicos son:
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- Aplicación: El PLC sustituye la lógica de relees y hace funciones de
instrumentación en modos proporcional + integral + derivado (PID)
- Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lógica cableada de un tablero o
de un circuito impreso de un sistema electrónico, mediante un programa
que corre en un PLC.
- Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en la
puesta en marcha y en el ajuste del sistema.
- Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operación del
sistema
- Confiabilidad: Son equipos confiables debido a la sustitución de
componentes electromecánicos con secuencias de instrucciones
programadas.
ü Costos
ü Espacio
ü Modularidad
ü Estandarización
ü Adaptación
ü Comunicación
2.5.5.- DESVENTAJAS DE LOS PLC - Como desventaja se podrá hablar, en primer lugar, de que hace falta un
programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal
46
sentido, pero hoy en día ese inconveniente está solucionado porque las
universidades ya se encargan de dicho adiestramiento.
- El coste inicial también puede ser un inconveniente
- Velocidad: cuando se trata de sistemas de gran complejidad, la repuesta
del PLC puede ser más lenta que en un sistema convencional de relés,
debido al tiempo empleado en explorar el programa completo. Cada dia
los avances tecnológicos aumentan la velocidad de exploración.
- Cambios: la tecnología electrónica cambia constantemente y hace que
equipos sean descontinuados del mercado en tiempo relativamente corto
y se abre paso a modelos más modernos.
- Dependencias: Esta tecnología es importada de mercados foráneos y se
puede ver afectado el suministro de estos equipos por medidas
restrictivas a las exportaciones.
- Especialización: El diseño del control lógico programable está basado en
tecnología muy especial, lo cual demanda personal de soporte
especializado.
2.6.- VARIABLE DE MEDICIÓN Y CONTROL Según INACAP en su artículo publicado sobre Componentes de un
circuito eléctrico y electricidad (2002), se pueden encontrar numerosas
variables de medición y control en los sistemas de hoy en día, para esta
investigación son de gran importancia las siguientes variables:
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- Corriente: La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por
unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los
electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de
Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se
denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un
movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se
aprovecha en el electroimán.
- Tensión: La tensión eléctrica o diferencia de potencial (en algunos
países también se denomina voltaje) es una magnitud física que
cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También
se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el
campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos
posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro.
La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y
depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el
campo eléctrico, que es un campo conservativo .
- Potencia: La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un
flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o
absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el
Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).
- Temperatura: Los átomos y moléculas en una sustancia no siempre se
mueven a la misma velocidad. Esto significa que hay un rango de energía
(energía de movimiento) en las moléculas. En un gas, por ejemplo, las
48
moléculas se mueven en direcciones aleatorias y a diferentes velocidades
algunas se mueven rápido y otras más lentamente.
La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las
partículas en una sustancia. Como lo que medimos en sus movimientos
medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto
y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de
un cazo de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de
agua hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho más grande y tenga
millones y millones de moléculas de agua más que el cazo.
Las personas experimentan la temperatura todos los días. Cuando
hace calor o cuando tienen fiebre sienten calor y cuando está nevando el
frío. Cuando se hierve el agua, se hace que la temperatura aumente y al
crear polos o paletas de helado esperamos que la temperatura baje.
2.7.- PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES Según la asociación de la industria eléctrica-electrónica (AIE) en su
artículo publicado Protocolos de Comunicación Industrial (2006), se expone
lo siguiente: muchas veces escuchamos en la industria la palabra protocolos
de comunicación sin tener claro de que estamos hablando.. En principio un
protocolo de comunicación es un conjunto de reglas que permiten la
transferencia e intercambio de datos entre los distintos dispositivos que
conforman una red. Estos han tenido un proceso de evolución gradual a
49
medida que la tecnología electrónica ha avanzado y muy en especial en lo
que se refiere a los microprocesadores.
Un importante número de empresas en el país presentan la existencia de
islas automatizadas (células de trabajo sin comunicación entre sí), siendo en
estos casos las redes y los protocolos de comunicación Industrial
indispensables para realizar un enlace entre las distintas etapas que
conforman el proceso.
Varios grupos han intentado generar e imponer una norma que permita la
integración de equipos de distintos proveedores. Sin embargo, hasta la fecha
no existe un bus de campo universal.
Los buses de campo con mayor presencia en el área de control y
automatización de procesos son:
- Hart: El protocolo HART (High way-Addressable-Remote-Transducer)
agrupa la información digital sobre la señal analógica típica de 4 a 20 mA
DC. La señal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz,
que representan los dígitos 1 y 0 respectivamente y que en conjunto
forman una onda sinusoidal que se superpone al lazo de corriente de 4-
20 mA, ver fig.1.
Como la señal promedio de un onda sinusoidal es cero, no se añade
ninguna componente DC a la señal analógica de 4-20 mA., lo que permite
continuar utilizando la variación analógica para el control del proceso.
50
- PROFIBUS: Process Field Bus, Norma internacional de bus de campo de
alta velocidad para control de procesos normalizada en Europa por EN
50170.
Existen tres perfiles:
• Profibus DP (Decentralized Periphery). Orientado a
sensores/actuadores enlazados a procesadores (PLCs) o
terminales.
• Profibus PA (Process Automation). Para control de proceso,
cumple normas especiales de seguridad para la industria química
• (IEC 1 1 15 8 -2, seguridad intrínseca).
• Profibus FMS (Fieldbus Message Specification). Para
comunicación entre células de proceso o equipos de
automatización.
- Foundation Fieldbus: Foundation Fieldbus (FF) es un protocolo de
comunicación digital para redes industriales, específicamente utilizado en
aplicaciones de control distribuido. Puede comunicar grandes volúmenes
de información, ideal para aplicaciones con varios lazos complejos de
control de procesos y automatización. Está orientado principalmente a la
interconexión de dispositivos en industrias de proceso continuo. Los
dispositivos de campo son alimentados a través del bus Fieldbus cuando
la potencia requerida para el funcionamiento lo permite.
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- Modbus: Modbus es un protocolo de transmisión para sistemas de
control y supervisión de procesos (SCADA) con control centralizado,
puede comunicarse con una o varias Estaciones Remotas (RTU) con la
finalidad de obtener datos de campo para la supervisión y control de un
proceso. La Interfaces de Capa Física puede estar configurada en:: RS-
232, RS-422, RS-485.
En Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de
transmisión:
• Modo RTU
• Modo ASCII
- Devicenet: Red de bajo nivel adecuada para conectar dispositivos
simples como sensores fotoeléctricos, sensores magnéticos, pulsadores,
etc y dispositivos de alto nivel (PLC, controladores, computadores, HMI,
entre otros). Provee información adicional sobre el estado de la red, cuyos
datos serán desplegados en la interfaz del usuario.
- Ethernet: Es un estándar de redes de área local para computadores con
acceso al medio por contienda CSMA/CD. CSMA/CD (Acceso Múltiple por
Detección de Portadora con Detección de Colisiones), es una técnica
usada en redes Ethernet para mejorar sus prestaciones. El nombre viene
del concepto físico de ether. Ethernet define las características de
cableado y señalización de nivel físico y los formatos de tramas de datos
del nivel de enlace de datos del modelo OSI.
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3.- SISTEMA DE VARIABLES 3.1.- VARIABLE NOMINAL Sistema de Control Supervisorio
Sistema Acondicionador de Aire
3.2.- VARIABLE CONCEPTUAL
Sistema de Control Supervisorio: Según Ogata (1993, p. 75), Los
sistemas de control de procesos se definen como los encargados de vigilar
los procesos de la planta a través de redes de computadoras interconectadas
que permiten mantener las condiciones necesarias para que no ocurra
ninguna perturbación en los procesos de la misma. El sistema de control es
responsable de tareas tales como monitorización y vigilancia para el cual
existe un número de estaciones de trabajo (GUS, UWS, UxS, US, ver
vocabulario) conectadas a través de una o más redes de área local, las
cuales proveen acceso a un grupo de servicios distribuidos. La arquitectura
física del sistema de control consiste en una serie de computadores, equipos
electrónicos, sensores y actuadores interconectados.
Sistema Acondicionador de aire: Según Pita (2000, p 2),
“Acondicionamiento de aire es el proceso de tratamiento del mismo en un
ambiente interior con el fin de establecer y mantener los estándares
requeridos de temperatura, humedad, limpieza y movimiento”.
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Comúnmente conocido como sistemas de aire acondicionados, es un
conjunto de equipos que proporcionan aire y mantienen el control de su
temperatura, humedad y pureza en todo momento y con independencia de
las condiciones climáticas.
3.3.- VARIABLE OPERACIONAL
El sistemas de control supervisorio será el encargado de vigilar las
variables y proceso para el encendido u/o apagado, así como el control de
los sistemas acondicionadores de aire de la Universidad Rafael Belloso
Chacin, a través de un computador conectado a un controlador lógico
programable que permiten mantener las condiciones necesarias para que el
sistema funcione adecuadamente y bajo las mejores condiciones. El sistema
de control supervisorio es responsable de monitorear y vigilar las variables
obtenidas del sistema y así mostrarlas a través de la interfaz hombre
máquina para ser analizadas por el usuario.
El sistema de acondicionamiento de aire de la Universidad Rafael
Belloso Chacin es el encargado de acondicionar el aire interno de las
instalaciones de la organización, para lograr mantener las mejores
condiciones para los empleados así como de los estudiantes que asisten
diariamente a ella, todo esto manteniendo los estándares requeridos de
temperatura, humedad, limpieza y movimiento”.
