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Informe Control de Estacionamiento Mediante Pics
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Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la automatizacin de un estacionamiento con
capacidad de administrar 20 puestos, mediante la utilizacin de un dispositivo electrnico de procesamiento de
informacin con comunicacin va bus de campo by Santander, Roberto ; Torres, Josu is licensed under a Creative
Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported License.
Universidad Nueva Esparta
Facultad de Ingeniera
Escuela de Electrnica
Trabajo de Investigacin
Lnea de Investigacin: Diseo y desarrollo de aplicaciones o dispositivos de
control de tipo Electrnico.
Tema: Sistema de Control
Ttulo: Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la
automatizacin de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos,
mediante la utilizacin de un dispositivo electrnico de procesamiento de
informacin con comunicacin va bus de campo.
Tutor: Ing. Marn, Gustavo Trabajo de Investigacin
Presentado por:
Br. Santander Roberto C.I: 20.050.335
Br. Torres Josu C.I: 17.146.409
Para optar por el Ttulo de:
Ingeniero Electrnico
Septiembre, 2013
Caracas, Venezuela
II
Universidad Nueva Esparta
Facultad de Ingeniera
Escuela de Electrnica
Trabajo de Investigacin
Lnea de Investigacin: Diseo y desarrollo de aplicaciones o dispositivos de
control de tipo Electrnico.
Tema: Sistema de Control
Ttulo: Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la
automatizacin de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos,
mediante la utilizacin de un dispositivo electrnico de procesamiento de
informacin con comunicacin va bus de campo.
APROBADO
JURADO
EVALUADOR
Ing. Jos Musso
C.I.: 6.912.197
Tutor (a)
Ing. Marn Gustavo
C.I: 1.729.850
Septiembre 2013
Caracas, Venezuela
III
DEDICATORIAS
Dedicamos este trabajo de grado a nuestros padres que con su esfuerzo y
sacrificio otorgaron la oportunidad de tener una educacin de primera, nos
aconsejaron a luchar por nuestras metas y ser constantes en nuestros sueos.
Dedico este trabajo de grado a mis padres que me ensearon los valores que
me permitieron ser la persona luchadora que soy hoy, a mis hermanos que me
apoyaron cada da a seguir los estudios y a mi novia que me animo constantemente
para llegar a completar esta meta y muchas ms.
Josu Germn Torres Araque.
Dedico este trabajo de grado a mis padres que en todo momento me brindaron
su apoyo y fueron la fuente de motivacin para luchar por esta gran meta. A mis
familiares que siempre estuvieron apoyando, y a mis amigos que brindaron su ayuda
para facilitar muchas de las cosas que se requirieron para culminar este trabajo de
grado.
Roberto Jos Santander Orta.
IV
AGRADECIMIENTOS
Dios, Jess y el Espritu Santo nos guiaron e iluminaron el camino para llegar
hasta donde estamos hoy en da.
Agradecemos a nuestra familia por permitirnos finalizar la carrera, por los
diferentes sacrificios que hicieron cada da por ayudarnos a llegar hasta aqu, por
animarnos cuando fallamos y demostrarnos que el final de la Universidad es el
principio de la vida.
Agradecemos a nuestros compaeros de clase, sin darse cuenta cada uno de
ellos dejo un aprendizaje en nuestra vida que valoraremos cada da.
Tambin damos gracias a nuestro tutor Ingeniero Gustavo Marn, que nos
record la responsabilidad como tambin la importancia de trabajar en equipo para
lograr un objetivo, tambin al profesor Licenciado Andrs Montesinos por todo el
apoyo a lo largo del trabajo de grado.
Finalmente agradecemos a todas aquellas personas que directa o
indirectamente nos apoyaron en nuestro trabajo de grado.
Josu Torres y Roberto Santander
V
RESUMEN EN ESPAOL
Institucin: Universidad Nueva Esparta
rea: Ingeniera Electrnica
Ttulo: Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la
automatizacin de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos,
mediante la utilizacin de un dispositivo electrnico de procesamiento de
informacin con comunicacin va bus de campo.
Autores: Santander, Roberto. C.I. 20.050.335
Torres, Josu. C.I. 17.146.409
Tutor: Ing. Marn Gustavo
Palabras Claves: Estacionamiento, Bus de campo, Sistema de Control Distribuido,
RTU.
La problemtica que se aborda con este trabajo de grado es el largo tiempo y el
tener que recorrer todo el estacionamiento para conseguir un puesto donde estacionar
el vehculo. Mediante esta problemtica se necesita recurrir ante la tecnologa en este
caso de la electrnica para desarrollar sistemas de control inteligentes que permitan
mejorar la eficiencia y varios beneficios conexos, esto ha generado los llamados
estacionamientos inteligentes.
Los estacionamientos inteligentes bsicamente permiten la utilizacin del recinto con
la mxima eficiencia, comodidad al usuario para encontrar con rapidez el puesto
donde va a estacionar el vehculo, disminuir las colas de esperas por un puesto de
VI
estacionamiento y mejorar considerablemente la atencin al cliente. Por lo tanto, se
ve la necesidad de disear un sistema de estacionamiento inteligente que entrega un
aporte para mejorar la calidad de vida de los usuarios gracias a esta optimizacin que
se logra.
La presente investigacin tiene por objeto el diseo e implementacin a escala, de un
sistema de estacionamiento inteligente que pueda distribuir controladamente el
acceso de vehculos dentro de un rea determinada, para un grupo de puestos
establecidos. Para ello utilizaremos un sistema de control distribuido el cual se
comunica mediante un bus de campo con sensores establecidos en los diferentes
puestos de estacionamiento.
VII
SUMMARY IN ENGLISH
Institution: Universidad Nueva Esparta
Area: Electronic Engineering
Title: Develop of a Distributed Control System prototype to the automation of a
parking lot with a handle capacity for 20 places, using a processing electronic device
for information with a bus field for communication.
Authors: Santander, Roberto. I.D. 20.050.335
Torres, Josu. I.D. 17.146.409
Tutor: Engineer Marin Gustavo
Key Words: Parking, Fieldbus, Distributed Control System (DCS), Remote Terminal
Unit (RTU).
This Grade job deal with the problem of time consuming and long distance to cover
along the parking area to get a place where to park the vehicle. Due to this dilemma
it is a necessity to concur to the technology in this case to the electronic to develop an
smart control system that allow to improve the efficiency and some others related
benefits, this problem is generating the called smarts parking.
The smart parking basically allow the utilization of an enclosed area with high
efficiency and comfort to the user to find very quickly a place to park the vehicle and
improve the attention to the client. For this reason, we see the necessity to design a
smart system for parking; it gives a contribution to improve the quality of live to the
users thanks to this optimization that is possible to reach.
VIII
The present investigation has the objective to design and implement to scale, a smart
parking system that can contribute, in a controlled manner, the access of vehicles
inside a defined area, for a number defined places or lots for parking. To get this
objective we will be using a Distributed Control System which gets communication
through a Field bus with established sensors in each lot of the parking area.
IX
ndice
DEDICATORIAS .................................................................................................................. III
AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... IV
RESUMEN EN ESPAOL .....................................................................................................V
SUMMARY IN ENGLISH ................................................................................................. VII
INTRODUCCIN ................................................................................................................... 1
CAPTULO I EL PROBLEMA INVESTIGACIN ............................................................ 4 1.1 El Planteamiento del Problema. ...................................................................................... 4 Interrogantes ............................................................................................................................. 11 1.2 Objetivos ............................................................................................................................... 12
1.2.1 Objetivo general. ....................................................................................................................... 12 1.2.2 Objetivos especficos. .............................................................................................................. 12
1.3 Justificacin de la Investigacin ................................................................................... 13 1.4 Delimitaciones .................................................................................................................... 15
1.4.1 Geogrfica .................................................................................................................................... 15 1.4.2 Temporal ...................................................................................................................................... 15 1.4.3 Temtica ....................................................................................................................................... 15 1.4.4 Tcnica .......................................................................................................................................... 16
1.5 Limitaciones ........................................................................................................................ 17
CAPTULO II MARCO TEORICO ................................................................................... 18 2.1 Antecedentes de la Investigacin ................................................................................ 18 2.2 Bases Tericas .................................................................................................................... 21
2.2.1 Sistema de Control. .................................................................................................................. 21 2.2.1.1 Sistema de Control de lazo abierto. ............................................................................................ 22 2.2.1.2 Sistema de Control de lazo cerrado. ........................................................................................... 23
2.2.3 Sistema de Control Distribuido (SCD) .............................................................................. 24 2.2.3.1 Historia .................................................................................................................................................... 25 2.2.3.2 Organizacin ......................................................................................................................................... 27
2.2.4 Unidad Terminal Remota ...................................................................................................... 28 2.2.4.1 Caractersticas de la UTR ................................................................................................................ 29 2.2.4.2 Operacin de la UTR .......................................................................................................................... 30
2.2.5 Bus de campo ............................................................................................................................. 30 2.2.5.1 Definicin. .............................................................................................................................................. 30 2.2.5.2 Objetivo. .................................................................................................................................................. 31 2.2.5.3 Ventaja de Bus de campo. ............................................................................................................... 31 2.2.5.4 Profibus ................................................................................................................................................... 33
2.2.5.4.1 Ventajas del PROFIBUS ........................................................................................................... 37 2.5.5 Modbus........................................................................................................................................................ 37
2.5.5.1 Transmisin sobre redes Modbus. ........................................................................................ 39
X
2.2.6 MAX 232 ....................................................................................................................................... 40 2.2.7 PIC 16F870 .................................................................................................................................. 41 2.2.8 PIC 16F877-20. .......................................................................................................................... 42 2.2.9 Comparador Dual LM393 ...................................................................................................... 43 2.2.10 Integrado MOC3011 ............................................................................................................. 44
2.3 Definicin de Trminos Bsicos ................................................................................... 45 2.3.1 Conexin ....................................................................................................................................... 45 2.3.2 Interfaz .......................................................................................................................................... 45 2.3.3 Software ....................................................................................................................................... 45 2.3.4 Automatizacin ......................................................................................................................... 46 2.3.5 Monitoreo .................................................................................................................................... 46
3.1 Tipo de Investigacin. ...................................................................................................... 47 3.2 Diseo de la Investigacin.............................................................................................. 48
3.2.1 Diseo No Experimental ........................................................................................................ 48 3.2.2 Documental ................................................................................................................................. 49 3.2.3 Campo ............................................................................................................................................ 49
3.3 Poblacin y Muestra ......................................................................................................... 50 3.3.1 Poblacin. ..................................................................................................................................... 50 3.3.2 Muestra. ........................................................................................................................................ 50
3.4 Tcnicas e instrumentos de Recoleccin de Datos. ............................................... 52 3.5 Validacin y Confiabilidad del Instrumento ............................................................ 52 3.6 Tcnica de Procesamiento de la Informacin ......................................................... 53
CAPTULO IV SISTEMA PROPUESTO ........................................................................ 63 4.1 Diagrama de Bloques ....................................................................................................... 63 4.2 Desarrollo Tcnico ............................................................................................................ 64
4.2.1 Sensor ............................................................................................................................................ 65 4.2.1.1 Componentes ........................................................................................................................................ 65 4.2.1.2 Circuito ................................................................................................................................................... 66 4.2.1.3 Funcionamiento .................................................................................................................................. 68
4.2.2 RTU ................................................................................................................................................. 70 4.2.2.1 Componentes ........................................................................................................................................ 70 4.2.2.2 Circuito .................................................................................................................................................... 71 4.2.2.3 Funcionamiento .................................................................................................................................. 73 4.2.2.4 Software .................................................................................................................................................. 74
4.2.3 Maestro ......................................................................................................................................... 75 4.2.3.1 Componentes ........................................................................................................................................ 75 4.2.3.2 Circuito .................................................................................................................................................... 76 4.2.3.3 Funcionamiento .................................................................................................................................. 78 4.2.3.4 Software .................................................................................................................................................. 79
4.2.4 Maqueta ........................................................................................................................................ 80 4.2.5 Interfaz Visual ............................................................................................................................ 81
4.3 Recursos Administrativos .............................................................................................. 83 4.3.1 Recursos Humano .................................................................................................................... 83 4.3.2 Recursos Tcnicos .................................................................................................................... 83
XI
CAPTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................... 87
BIBLIOGRAFA .................................................................................................................. 91 Referencias Bibliogrficas ..................................................................................................... 91 Referencias de Trabajos de Grados.................................................................................... 91 Referencias de Fuentes Electrnicas ................................................................................. 92
ANEXOS ............................................................................................................................... 98
XII
ndice de Figura
Figura N 1. Venta de vehculos nuevos en la Repblica Bolivariana de Venezuela. Perodo de 1.991 a 2.011. ____________________________________________________________________________________________________ 6 Figura N 2. Sistema de Control. _______________________________________________________________________ 21 Figura N3. Sistema de Control de lazo abierto. _______________________________________________________ 23 Figura N4. Diagrama de sistema de control de lazo cerrado. _______________________________________ 23 Figura N 5. Comparacin de Sistema de Control Central y Sistema de Control Distribuido. _______ 26 Figura N 6. Un bus de campo homogneo para la automatizacin completa del proceso. _________ 34 Figura N 7. Profibus. ___________________________________________________________________________________ 35 Figura N 8. Sistema combinado. _______________________________________________________________________ 36 Figura N 9. Aplicacin general del protocolo MODBUS. _____________________________________________ 39 Figura N 10. Diagrama MAX 232. _____________________________________________________________________ 41 Figura N 11. Diagrama PIC 16F870. __________________________________________________________________ 42 Figura N 12. Pic 16F877-20. ___________________________________________________________________________ 43 Figura N13. Comparador Dual. _______________________________________________________________________ 44 Figura N14. Integrado ILCT6. _________________________________________________________________________ 44 Figura N15. Grfico. Pregunta N1. ___________________________________________________________________ 54 Figura N16. Grfico. Pregunta N2. ___________________________________________________________________ 55 Figura N17. Grfico. Pregunta N3. ___________________________________________________________________ 56 Figura N18. Grfico. Pregunta N4. ___________________________________________________________________ 57 Figura N19. Grfico. Pregunta N5. ___________________________________________________________________ 58 Figura N20. Grfico. Pregunta N6. ___________________________________________________________________ 59 Figura N21. Grfico. Pregunta N7. ___________________________________________________________________ 60 Figura N22. Grfico. Pregunta N8. ___________________________________________________________________ 61 Figura N22. Diagrama Circuito del Sensor. ___________________________________________________________ 66 Figura N23. 3D placa del Sensor. ______________________________________________________________________ 67 Figura N24. Placa del Sensor. _________________________________________________________________________ 67 Figura N26. Diagrama Circuito RTU. _________________________________________________________________ 71 Figura N27. 3D de la Placa del RTU. __________________________________________________________________ 72 Figura N28. Placa del RTU. ____________________________________________________________________________ 72 Figura N29. Diagrama Circuito del Maestro _________________________________________________________ 76 Figura N30. 3D Placa del Maestro ____________________________________________________________________ 77 Figura N31. Placa del Maestro. ________________________________________________________________________ 77 Figura N31. Maqueta. __________________________________________________________________________________ 80 Figura N32. Interfaz Visual ___________________________________________________________________________ 82 Figura N34. Osciloscopio (Frecuencia) ______________________________________________________________ 86
ndice de Tabla
Tabla N1. Esquema de ajuste aprobado al (200%) ____________________________________________________ 9 Tabla N2. Esquema de ajuste aprobado (100%) _______________________________________________________ 9 Tabla N3. Encuesta. Pregunta N1 ____________________________________________________________________ 53 Tabla N4. Encuesta. Pregunta N2 ____________________________________________________________________ 54 Tabla N5. Encuesta. Pregunta N3 ____________________________________________________________________ 55
XIII
Tabla N6. Encuesta. Pregunta N4 ____________________________________________________________________ 56 Tabla N7. Encuesta. Pregunta N1 ____________________________________________________________________ 57 Tabla N8. Encuesta. Pregunta N6 ____________________________________________________________________ 58 Tabla N9. Encuesta. Pregunta N7 ____________________________________________________________________ 59 Tabla N10. Encuesta. Pregunta N8___________________________________________________________________ 60 Tabla N11. Componentes Sensor ______________________________________________________________________ 65 Tabla N12. Componentes RTU _________________________________________________________________________ 70 Tabla N13. Componentes Maestro ____________________________________________________________________ 75 Tabla N14. Recursos Humanos ________________________________________________________________________ 83 Tabla N15. Recursos Tcnicos _________________________________________________________________________ 84
1
INTRODUCCIN
Hoy en da a nivel mundial usuarios con necesidad de reas para el parqueo de
sus vehculos buscan establecimientos con mayor comodidad desde el punto de vista
del acceso y el sitio final de parqueo. Estacionamientos con tecnologa como en
Disney Land dividen los sectores por colores que permiten a los usuarios acceder a
zonas dependiendo de la hora de llegada de los usuarios.
Un estacionamiento o zona de parqueo es un rea fsica con la capacidad de
recibir diferentes tipos de vehculos en donde pueden permanecer cerrados por largos
periodos de tiempo en un sitio determinado, estos espacios o puestos son delimitados
por lneas de colores llamativos. Esto permite a los usuarios mientras dejan sus
vehculos realizar diferentes actividades fuera del rea de parqueo.
Aunque los estacionamientos como el de Disney Land se han vuelto
eficientes para parques temticos; en el caso de centros comerciales, oficinas
comerciales y estacionamientos particulares donde el flujo de entrada y salida de
vehculos es constante, se complica el modo de mantener esta eficiencia en la
utilizacin de los puestos, si no se tiene un personal en constante comunicacin y con
un control permanente en el rea de parqueo.
La bsqueda de solucin a la problemtica antes expuesta ha trado como
consecuencia el uso de la tecnologa en este caso de la electrnica para desarrollar
sistemas de control inteligentes que permitan mejorar la eficiencia y varios beneficios
conexos, esto ha generado los llamados estacionamientos inteligentes.
2
En esencia el estacionamiento inteligente permite la utilizacin del recinto con
la mxima eficiencia, comodidad al usuario para encontrar con rapidez el puesto
donde va a estacionar el vehculo, disminuir las colas de esperas por un puesto de
estacionamiento y mejorar considerablemente la atencin al cliente.
La necesidad de disear un sistema de estacionamiento inteligente entrega un
aporte para mejorar la calidad de vida de los usuarios gracias a esta optimizacin se
logra: un uso ms adecuado del parque automotor, logrando disminuir las diferentes
emisiones que pueden producirse durante el tiempo que el usuario permanezca con el
vehculo en marcha para encontrar un puesto, disminuir el tiempo de bsqueda a los
usuarios, mejoras en el consumo de gasolina y permite a los usuarios contar con ms
tiempo para realizar sus respectivas tareas.
La presente investigacin tiene por objeto el diseo e implementacin a
escala, de un sistema de estacionamiento inteligente que pueda distribuir
controladamente el acceso de vehculos dentro de un rea determinada, para un grupo
de puestos determinado. Para ello utilizaremos un sistema de control distribuido el
cual se comunica mediante un bus de campo con sensores establecidos en los
diferentes puestos de estacionamiento.
La estructura de la investigacin lo componen los siguientes captulos; el
captulo I trata sobre la descripcin del problema donde se expone la necesidad de
3
adaptacin tecnologa inteligente a la infraestructura del estacionamiento, capaz de
manejar automticamente el ingreso, parqueo y salida de los vehculos.
En el captulo II se detalla el marco terico donde describimos las bases
tericas que sustentan el presente trabajo investigativo incluyendo diferentes
conceptos, funciones de un controlador distribuido a utilizar, funciones de sensores
de radio frecuencia, diferentes componentes electrnicos y mecnicos que facilitaran
la adaptacin tecnologa del estacionamiento.
En el captulo III se explica el tipo de investigacin a utilizar, el diseo de la
investigacin a desarrollar especificando otros detalles como la poblacin y muestra
que a travs de la tcnica e instrumentacin de recoleccin de datos para la
investigacin brindar informacin importante para la elaboracin de la encuesta
como mtodo fundamental en la recoleccin de datos.
En el captulo IV se detalla el sistema propuesto mediante un diagrama de
bloques del sistema electrnico de control distribuido prototipo, donde se establece el
funcionamiento interno del sistema, incluyendo la interrelacin que existe entre los
diferentes dispositivos interconectados.
4
CAPTULO I EL PROBLEMA INVESTIGACIN
1.1 El Planteamiento del Problema.
A nivel mundial el desarrollo tecnolgico es determinante para mejorar las
tecnologas existentes en un pas, es por ello que mientras las ciudades progresan, la
poblacin aumenta y el parque automotor crece con cada habitante que adquiere un
vehculo, permitiendo a estas personas mejorar su calidad de vida al transitar a
diversas reas mediante el transporte particular.
Esta calidad de vida se ve reducida cuando un usuario se encuentra en reas
de gran congestin vehicular, al tratar de ubicar un espacio destinado a resguardar la
integridad fsica del vehculo mientras no se encuentra cerca del mismo. En cualquier
pas del mundo existen reas determinadas para estacionar vehculos particulares.
Segn la investigacin de Pacheco, H. (2.010) Anlisis del exponencial
crecimiento del parque automotor ante la falta de infraestructura y la escasez de
petrleo donde comentan que el crecimiento de pases como China es lder en el
mercado mundial de fabricacin de vehculos con un crecimiento del 45,5%
comparado con su produccin de siete coma nueve millones de vehculos (7,9 MM)
producidos solamente en el 2.009. En segundo lugar vemos pases como Estados
Unidos, Japn, Brasil, Alemania e india como los mayores productores de vehculos a
nivel mundial.
Dentro de la investigacin tambin plantean el hecho del crecimiento
desmesurado de la cantidad de vehculos en el parque automotor, ha creado un
desbalance en la infraestructura de las ciudades. Es por ello que el nmero de
estacionamientos no se adaptan a la cantidad de vehculos existentes en el mercado,
5
es comn ver reas donde instalen barreras de metal para evitar que los autos se
apoderen de las zonas verdes o reas de esparcimiento.
En referencia a Latinoamrica se puede observar el crecimiento en pases
emergentes como Brasil, Mxico, Colombia, y Argentina donde solo Brasil es capaz
de competir a nivel mundial pero los dems pases de Latinoamrica producen una
cantidad considerables de vehculos sin tener en cuenta que las inversiones en
infraestructura no permiten adaptar el crecimiento del parque automotor a las
diferentes ciudades.
Otra parte, el parque automotor en Argentina presenta estadsticas de
crecimiento considerables, segn Quiroga, A. (2012, Abril). Internet. Incremento
del parque automotor. Demanda en crecimiento, indica que Argentina es uno de los
pases con mayor crecimiento en la regin, el parque automotor es de 10 millones de
vehculos, los indicadores presentan que solo en el ao 2.011 las ventas de vehculos
subieron en 29,5%.
Por su parte en Venezuela el crecimiento del parque automotor est a nivel de
los pases de la Comunidad Andina segn la investigacin El Parque Automotor en
la Repblica Bolivariana de Venezuela 1990-2011, estratos medios de la poblacin y
elecciones 2.012, indica que el parque automotor en Venezuela para el ao 2.011 era
de 2.487.874 vehculos, lo cual se estima que desde el ao 1.990 hasta la actualidad
existi un crecimiento de alrededor del 113%.
As mismo, podemos sealar que la cantidad de vehculos vendidos en la
dcada del 2001 hasta 2011 supera en gran proporcin a los vendidos en la poca de
6
1990 hasta 2000, segn la investigacin El Parque Automotor en la Repblica
Bolivariana de Venezuela 1990-2011, estratos medios de la poblacin y elecciones
2.012 la capacidad de adquisicin del venezolano mejoro permitiendo as que
nuevos venezolanos puedan acceder a vehculos nuevos o usados.
Figura N 1. Venta de vehculos nuevos en la Repblica Bolivariana de
Venezuela. Perodo de 1.991 a 2.011.
Fuente: Universidad de los Andes. [En lnea].
En Venezuela existen reas capacitadas para resguardas vehculos
particulares, los estacionamiento existen en zonas residenciales, zonas comerciales,
zonas industriales, entre otros. Aunque se encuentra gran variedad de zonas de
aparcamiento se pueden separar de manera general en pblicos y privados.
En un artculo de la prensa reseado por el Diario El Universal (25/06/2008)
Numero de estacionamientos se reduce en 15% en dos aos, indican que la cantidad
7
de estacionamientos vigentes registrados en la Asociacin Nacional de Propietarios
de Garajes y Estacionamientos, por sus siglas (A.N.P.A.G.E) como ser llamada de
ahora en adelante en la presente investigacin de grado, manifiesta que en Caracas a
partir del 2.005 existan 1.100 garajes o estacionamientos, actualmente se encuentran
operativos 930 segn los datos de estudio de (A.N.P.A.G.E). Explica tambin que
menos del 40% se encuentra activo pues actualmente de 500 afiliados solo 183 se
mantienen activos y prestando servicio en la Gran Caracas.
A raz de todos estos problemas se llevaron a cabo diferentes estrategias por
los estacionamientos, para continuar prestando el servicio de parqueo de vehculos de
manera eficiente, algunas empresas encargadas de aparcamiento se encargan de
contratar mayor cantidad de personal para establecer vigilancia continua del
estacionamiento tratando de mantener el flujo de vehculos de manera eficiente.
Suele ocurrir que este tipo de sistemas carece de precisin a la hora de buscar
puestos para los conductores de vehculos particulares, generando congestiones en
avenidas o calles con alto flujo de trfico, incluso la necesidad de duplicar el personal
de seguridad para tratar de mantener el flujo de vehculos dentro del estacionamiento.
Sin embargo, algunos sistemas implantados en estacionamientos
semiautomticos con dispositivos de conteo de puestos, donde el estacionamiento es
programado a travs de equipos para los diferentes usuarios y el mismo se encarga de
contar la cantidad de carros que entrar y salen para establecer si puede generar un
recibo de entrada o (ticket) al usuario, esto genera incomodidades en los clientes
8
siendo que; deben permanecer buscando una zona de parqueo dentro del
estacionamiento.
En los procesos de adaptacin tecnolgica, existen sistemas capaces de
administrar el pago del recibo mediante la implementacin de taquillas
automatizadas, con la finalidad de optimizar el tiempo de salida del vehculo. Aunque
estas mejoras son pequeas, el problema de la asignacin y monitoreo del
estacionamiento continua latente para los usuarios y dueos de establecimiento.
Estas adaptaciones tecnolgicas generan un costo que los dueos de las reas
de parqueo deben asumir para poder mejorar sus recintos. Como un proyecto de
mejora para los dueos de estacionamientos el Gobierno Nacional realizo un ajuste en
los precios regulados, segn Gaceta Oficial nmero 39936.
Segn esta resolucin los ajustes aprobados fueron los siguientes. El primero
se realiz mediante un aumento del 200%, a partir del 4 de Junio de 2.012, el segundo
corresponde al 100% al precio existente antes de la resolucin, este comenz a ser
efectivo a partir del 30 de Octubre de 2.012.
Estas medidas de aumento, permiti a los dueos de reas de parqueo, un
crecimiento total del 300% con respecto a los precios establecidos antes de la
resolucin oficial. Para ejemplificar lo expuesto, a continuacin se muestra unas
tablas para observar de manera consecutivas los aumentos del costo final del
estacionamiento.
9
Tabla N1. Esquema de ajuste aprobado al (200%)
ESQUEMA DE AJUSTE APROBADO (200%)
TIPO O CATEGORIA
DE
ESTACIONAMIENTO
TIPOS DE
VEHICULOS
PRECIOS
POR LA
PRIMERA
HORA O
FRACCIN
ADICIONAL
(BS)
PRECIOS
POR
FRACCIN
MENOR O
IGUAL A
30
MINUTOS
(BS)
PRECIO
POR
PUESTO
FIJO
(BS)
NO
ESTRUCTURALES
VEHICULO
LIVIANO Bs. 2,10 Bs. 0,80 Bs. 180
VEHICULO
DE CARGA Bs. 2,40 Bs. 0,90 Bs. 210
ESTRUCTURALES
NO MECANICOS
VEHICULO
LIVIANO Bs. 3,00 Bs. 1,15 Bs. 240
VEHICULO
DE CARGA Bs. 3,45 Bs. 1,30 Bs. 270
TERRENOS
DESCUBIERTOS
TODO TIPO
DE
VEHICULOS Bs. 1,20 Bs. 0,50 Bs. 105
Fuente: Gaceta Oficial N 39.996 (2012)
Tabla N2. Esquema de ajuste aprobado (100%)
ESQUEMA DE AJUSTE APROBADO (100%)
TIPO O CATEGORIA
DE
ESTACIONAMIENTO
TIPOS DE
VEHICULOS
PRECIOS
POR LA
PRIMERA
HORA O
FRACCIN
ADICIONAL
(BS)
PRECIOS
POR
FRACCIN
MENOR O
IGUAL A
30
MINUTOS
(BS)
PRECIO
POR
PUESTO
FIJO
(BS)
NO
ESTRUCTURALES
VEHICULO
LIVIANO Bs. 2,80 Bs. 1,10 Bs. 240
VEHICULO
DE CARGA Bs. 3,20 Bs. 1,25 Bs. 280
ESTRUCTURALES
NO MECANICOS
VEHICULO
LIVIANO Bs. 4,00 Bs. 1,50 Bs. 320
VEHICULO
DE CARGA Bs. 4,60 Bs. 1,75 Bs. 360
TERRENOS
DESCUBIERTOS
TODO TIPO
DE
VEHICULOS Bs. 1,60 Bs. 0,60 Bs. 140
Fuente: Gaceta Oficial N 39.996 (2012)
10
A manera de promover el desarrollo tecnolgico, se ha tratado de adaptar
sistemas con innovaciones implementados por compaas como Techniclite C.A.,
donde se maneja el estacionamiento a travs de un sistema centralizado que permita
el control de los diferentes puestos de estacionamiento en tiempo real, aunque gran
parte del desarrollo del sistema se adapta a cada estacionamiento, son soluciones
costosas que estn fuera del alcance de estacionamiento pblicos.
En consecuencia a esta problemtica y tratando de aportar soluciones que
permitan minimizarla nos hemos planteado como trabajo de tesis de grado desarrollar
un sistema de control distribuido prototipo para la automatizacin de un
estacionamiento. Este prototipo a escala, ser capaz de administrar 20 puestos de
estacionamiento mediante la utilizacin de un dispositivo electrnico de
procesamiento de informacin con comunicacin va Bus de Campo, permitiendo al
sistema la ubicacin de puestos de estacionamiento disponible mediante seales
luminosas ubicadas en reas estratgicas.
11
Interrogantes
Cmo se desarrollara un sistema electrnico de control distribuido prototipo
para la automatizacin de un estacionamiento con capacidad de administrar 20
puestos de manera eficiente mediante?
Cmo se determinara la distribucin de los diferentes componentes para la
implementacin del sistema automatizado dentro del espacio fsico del
estacionamiento?
Cul ser el sistema controlador eficaz de manejar los diferentes
componentes necesarios para construir el estacionamiento inteligente que
pueda manejar 20 puestos?
Cmo ser el dispositivo electrnico idneo de censar cada uno de los 20
puestos de estacionamiento?
Cmo ser la sealizacin que permita guiar a los usuarios a travs del
estacionamiento al puesto asignado por el sistema de control distribuido?
Cules sern las caractersticas principales del sistema de control distribuido
capaz de manejar las diferentes operaciones que se requieren para la
automatizacin del estacionamiento inteligente?
Cul ser el mtodo de comunicacin de los dispositivos del sistema
prototipo de control distribuido?
Cul sera la interfaz visual del sistema de control distribuido capaz de
manejar la automatizacin del estacionamiento de 20 puestos que permita
administrar y operar el sistema?
Cmo se podra construir un prototipo del sistema de control distribuido para
manejar las diferentes operaciones que se requieren para la automatizacin del
estacionamiento inteligente?
Cmo se puede probar el sistema de control distribuido eficaz de manejar la
automatizacin del estacionamiento inteligente?
12
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general.
Desarrollar un sistema electrnico de control distribuido prototipo para la
automatizacin de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, de
manera eficiente, mediante la utilizacin de un dispositivo electrnico de
procesamiento de informacin con comunicacin va Bus de Campo.
1.2.2 Objetivos especficos.
Determinar la distribucin para la adaptacin de los diferentes componentes
requeridos en la construccin del sistema electrnico de control distribuido
prototipo en la automatizacin del estacionamiento de 20 puestos.
Disear el sistema electrnico de control distribuido prototipo a utilizar en la
automatizacin del estacionamiento de 20 puestos.
Desarrollar un mtodo de sealizacin que permita al usuario la ubicacin de
los puestos libres mediante un sistema interconectado de bajo consumo con la
capacidad de guiar al usuario a travs del estacionamiento de 20 puestos.
Determinar las caractersticas principales del sistema de control distribuido
del estacionamiento con capacidad de administrar los 20 puestos de
estacionamiento de manera automatizada.
Construir el sistema electrnico prototipo de control distribuido para el
procesamiento de informacin que permita administrar de manera inteligente
el rea de parqueo establecido para los clientes.
Desarrollar la interfaz visual del estacionamiento inteligente con capacidad de
administrar los 20 puestos de estacionamiento de manera automatizada.
Probar el sistema de control distribuido capaz de administrar los 20 puestos de
estacionamiento de manera automatizada.
13
1.3 Justificacin de la Investigacin
Orientndonos al progreso y la evolucin social se establece el planteamiento
de disear un sistema inteligente idneo de administrar los puestos disponibles que se
encuentran en un estacionamiento, a travs del uso de un sistema de control
centralizado de deteccin de vehculos para determinar si el puesto est disponible o
se encuentra ocupado, innovando el manejo que actualmente poseen los
estacionamientos.
Esta investigacin traer beneficios tanto a los clientes como dueos de
establecimientos de parqueo de vehculos, en la utilizacin de un estacionamiento
inteligente, otorgando un servicio amigable a los usuarios, para la bsqueda de un
puesto no se transforme en una prdida de tiempo.
Por su parte es de importancia para la poblacin que posee reas de parqueos,
el beneficio se ver reflejado al tener la capacidad de optimizar la distribucin fsica
del estacionamiento permitiendo mejorar los tiempos de ingreso y egreso de los
vehculos, ubicacin de puestos, como eficiencia mxima en el uso del
estacionamiento.
De igual manera es beneficioso para los usuarios que es dueo de vehculos
particulares o comerciales el beneficio se ver reflejado en la disminucin de tiempo
para ubicacin de puestos, disminucin de la contaminacin en las reas alrededor de
estacionamiento, disminucin en el desgaste del vehculo por esperas innecesarias.
Para la realizacin de esta investigacin se dar a conocer la estructura de un
sistema electrnico de control distribuido prototipo, el cual ser capaz de automatizar
14
la distribucin equitativa de los 20 puestos asignados en el rea de parqueo
disponibles para los diferentes clientes, como tambin mejorar el sistema de
administracin del mismo, mediante la adquisicin y almacenamiento de datos
estadsticos, permitiendo al administrador del estacionamiento llevar en tiempo real la
utilizacin del espacio fsico del estacionamiento, como tambin el ingreso y egreso
de vehculos.
Al mismo tiempo se espera que esta investigacin sirva de base a futuros
investigadores en trabajos para el desarrollo de los sistemas de control distribuido,
que cada da se utilizan ms en los sistemas comerciales e industrial.
15
1.4 Delimitaciones
El trabajo de investigacin estar delimitado bajo los siguientes aspectos.
1.4.1 Geogrfica
La investigacin documental se estar realizando en las siguientes casas de
estudios Universidad Nueva Esparta ubicada en el Municipio el Hatillo, Universidad
Simn Bolvar ubicada en el Municipio el Baruta, en la Universidad Catlica Andrs
Bello ubicada en el Municipio Libertador y a travs consultas en lnea en la diferentes
casas de estudio ubicadas en diferentes pases.
El desarrollo del prototipo se realizara en el Municipio Libertador, Avenida
Urdaneta, Edificio Caoma piso 1, oficina 106, Empresa Venelectra, S.R.L.
Las pruebas del prototipo se realizara en el Municipio Libertador, Avenida
Urdaneta, Edificio Caoma piso 1, oficina 106, Empresa Venelectra, S.R.L.
1.4.2 Temporal
Esta fase tiene una estimacin para la elaboracin de la investigacin ser de 9
meses, desde el mes de Septiembre de 2012 al mes de Julio de 2013.
1.4.3 Temtica
El Trabajo de Investigacin est orientado en el rea de Electrnica
especficamente en las reas de Digitales.
16
1.4.4 Tcnica
Este trabajo desarrollara un sistema de control distribuido prototipo para la
automatizacin de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos,
mediante la utilizacin de un dispositivo electrnico de procesamiento de
informacin con comunicacin va bus de campo.
El desarrollo del sistema de deteccin de vehculos se realizar mediante
sensores magnticos que envan una seal al controlador determinando la
disponibilidad del puesto.
El desarrollo de la sealizacin que permitir a los usuarios ubicar los puestos
disponibles constar de un grupo de leds luminosas, repartidas estratgicamente por
diferentes ubicaciones del estacionamiento.
La interfaz visual que permitir conocer la existencia de errores en la
comunicacin del hardware, como tambin conocer que puesto se est escaneando
por el sistema las 24 horas de da.
17
1.5 Limitaciones
El presente trabajo de investigacin se pueden presentar algunas dificultades
para obtener los diferentes componentes electrnicos que se requieran para
desarrollar el sistema de control distribuido prototipo ya que muchos de estos son
importados y el control cambiario en Venezuela para comprar en exterior por
personas naturales limita un monto por persona anualmente.
Por otro lado, se presenta la limitante en los tiempos del periodo acadmico
2013, siendo que por reformas de la casa de estudio se redujera a 14 semanas,
trayendo como consecuencia no poder finalizar el estudio a tiempo para la defensa y
vernos obligados a pedir prrroga para su defensa.
18
CAPTULO II MARCO TEORICO
2.1 Antecedentes de la Investigacin
En el presente captulo se desarrolla la aproximacin terica del estudio, la
cual tiene como propsito fundamentar el desarrollo del presente proyecto. En tal
sentido, se asume la revisin bibliogrfica. Al respecto se presenta a continuacin una
revisin documental conformada por una serie de investigaciones que constituyen un
acercamiento inicial a uno de los objetivos del presente estudio.
En primer lugar se encuentra la investigacin por Valente. A -(2009) dirigida
a un estudio titulado Sistema de Monitoreo Automtico de Puestos de
Estacionamiento Vehicular. Trabajo de Grado. Facultad de Ingeniera de Sistemas.
Universidad Nacional Abierta. Estado Tchira. Venezuela. Teniendo como desarrollo
principal el diseo e implementacin de un sistema que de manera automtica pueda
monitorear la cantidad y disponibilidad de puestos desocupados en un
estacionamiento en particular.
El objetivo de este proyecto es servir como un precedente y base para
desarrollar sistemas de monitoreo y deteccin de disponibilidad de espacios para
estacionar. La investigacin se orient en base a la utilizacin de sensores y
microcontroladores para la adquisicin de datos y de all hemos tomado ciertas ideas
con el fin de perfeccionarlas.
El microcontrolador es el principal dispositivo que se utiliza en una tarjeta de
adquisicin de datos, la cual se encarga de tomar un conjunto de variables fsicas,
convertirlas en tensiones elctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar
en un computador.
19
El aporte para esta investigacin es el prototipo usado, el cual est constituido
por un sistema de monitoreo para un estacionamiento de ocho puestos, con un
mdulo de adquisicin de datos, el cual le transmite la informacin a una
computadora PC. Esta la procesa y a su vez la almacena en una base de datos.
El presente proyecto se relaciona en el diseo e implementacin de un sistema
que pueda adquirir datos en tiempo real, sobre la disponibilidad de puestos
desocupados, para poder hacer uso de esta informacin y centralizarla para permitir
utilizar la misma a los usuarios, teniendo mucha similitud con el proyecto a realizar,
en cuanto al principio de adquisicin de datos.
Por otro lado se encuentra el estudio realizado por Arellano, Prieto y Mora, -
(2009) titulado Estacionamiento Inteligente Trabajo de Investigacin. Pontificia
Universidad Catlica de Chile. Facultad de Ingeniera Elctrica. El cual consiste en la
deteccin de los espacios de estacionamiento para poder determinar su estatus de
Ocupado o Desocupado.
Entre uno de sus objetivos se encuentra el estudio de detectar mediante
sensores la disponibilidad de puestos en un estacionamiento, el cual utiliza un
microcontrolador para poder determinar cuntos puestos estn de disponibles y
cules no lo estn, y de esta manera visualizarlos mediante un software que se
instalara en un PC.
La trasmisin de datos se realiza mediante un Bus de Campo y una red de
comunicacin Modbus, para con este sistema pasar la informacin recolectada por los
sensores y llevarla a los microcontroladores que son los que toman la decisin de
disponibilidad.
20
La investigacin se relaciona con el trabajo de grado mediante el manejo de
un sensor para la deteccin de los puestos de un estacionamiento, y que a travs de
un microcontrolador determinar la disponibilidad de la misma, de esta manera dando
una cierta inteligencia a los estacionamientos, por lo tanto se observa la similitud con
investigacin.
Por ltimo se encuentra el estudio realizado por Cristologo. I. (2008)
titulado: Diseo de un Sistema Electrnico para el Aviso Automtico de
Disponibilidad en Estacionamiento Vehicular Trabajo de Grado. Pontificia
Universidad Catlica del Per. Facultad de Ciencias e Ingeniera. Este trabajo va
enmarcado en el uso de tecnologa electrnica actual para buscar solucin a la
problemtica presentada en los grandes estacionamientos especialmente en centro
comerciales para conseguir espacios para estacionar el vehculo de manera efectiva y
rpida.
En esta investigacin se desarrolla un sistema de conteo electrnico de
vehculos para estacionamientos que permitira al conductor saber si hay o no
espacios disponibles en el recinto y en qu rea del local se puede estacionar.
Uno de los objetivos de la investigacin es brindar una inteligencia y una
automatizacin a los sistemas ya existentes en el mercado, a travs de una
implementacin de componentes electrnicos y microcontroladores que permitir el
manejo de datos para determinar la disponibilidad de espacios para estacionar.
La investigacin de Cristologo I. se relaciona en el diseo e implementacin
de un sistema que permita a los usuarios saber la disponibilidad de puesto que posea
el recinto. Adems de la utilizacin de sensores para la deteccin en los puestos, as
mismo se estar utilizando microcontroladores para el manejo de los datos, lo que en
este sentido se asemeja al presente trabajo de investigacin a realizar.
21
2.2 Bases Tericas
2.2.1 Sistema de Control.
Segn el programa de doctorado de la Universidad de Jan (2006), Sistemas
de Control Inteligentes. define un sistema de control de la siguiente manera:
Conjunto o combinacin de componentes que acta conjuntamente y que
cumple un determinado objetivo
En la siguiente figura se puede observar un diagrama de bloque de un sistema
de control:
Figura N 2. Sistema de Control.
Fuente: Universidad de Jan.
Los sistemas de control estn compuestos por elementos bsicos, los cuales
permiten manipular las diferentes variables que componen el sistema:
Seal de referencia: es la seal que introducimos al sistema para obtener
una seal de salida.
Seal de salida: es la variable que se obtiene al final del sistema.
22
Perturbaciones: son las variables que al introducirse en el sistema
provocan desviaciones en la seal de salida deseada.
Detector de error: es el dispositivo que se encarga de comparar la variable
de referencia con la variable de realimentacin, permitiendo generar un
resultado que es utilizado para estabilizar el sistema.
Regulador: es el dispositivo encargado de modificar la seal que el
detector de error introduce, con la finalidad de controlar la respuesta de la
seal de salida del sistema.
Preaccionador: es el dispositivo encargado de amplificar la seal del
regulador.
Actuador: es el dispositivo encargado de mantener la variable de la salida
en el valor deseado.
Planta: es donde se realiza el control de la variable de salida del sistema.
Los sistemas de control pueden dividirse en sistema de control de lazo abierto
como tambin sistema de control de lazo cerrado.
2.2.1.1 Sistema de Control de lazo abierto.
El sistema de control de lazo abierto es aquel en donde el control de la
variable de salida no es insertada nuevamente en el sistema, por lo tanto si existe una
desviacin en la variable de salida no ser corregido de manera automtica. Este tipo
de sistema suele ser menos complejo.
En la siguiente figura se muestra un diagrama de bloque del sistema de control
de lazo abierto:
23
Figura N3. Sistema de Control de lazo abierto.
Fuente: Romero, A. (2007)
2.2.1.2 Sistema de Control de lazo cerrado.
El sistema de control de lazo cerrado funciona a travs de un transductor que
permite la realimentacin, logrando mantener en todo momento la variable de la seal
de salida en el transductor que permite estabilizar el resultado deseado en caso de
requerir una intervencin automtica.
En la siguiente imagen se muestra un diagrama de bloques de un sistema de
control de lazo cerrado:
Figura N4. Diagrama de sistema de control de lazo cerrado.
Fuente: Romero, A. (2007)
24
2.2.3 Sistema de Control Distribuido (SCD)
Simn, J. define a los Sistema de Control Distribuido como lo siguiente:
Sistema de Control que mediante elementos distribuye a sub-sistemas
diferente asignaciones y que todas ellas estn conectadas a travs de una red
de comunicacin y monitoreo.
Los Sistemas de Control Distribuido tambin son conocidos por sus siglas en
ingles DCS (Distributed Control Systems). A diferencia de los clsicos sistemas
centralizados, los cuales concentran todo su poder de control en un nico elemento,
los sistemas de control distribuido reparten su potencia de tratamiento de la
informacin en todo el espacio. Esto brinda una mayor seguridad y flexibilidad en la
red de control.
La filosofa de funcionamiento de los sistemas de control distribuido, es
entonces, la transferencia de tareas especficas a distintas unidades de control
repartidas en todo el sistema. Estos controladores digitales tienen la capacidad de
controlar individualmente un cierto de nmero de variables, con lo cual disminuye
considerablemente el riesgo de fallas en el sistema.
Bsicamente estos sistemas estn formados por los siguientes elementos:
Unidades de interface con campo I/O; unidades de clculo o procesadores de control,
que pueden ser o no redundantes; unidades de almacenamiento de datos histricos;
pantallas de acceso para operacin y para ingeniera.
25
Los sistemas de control distribuido son sistemas propietarios cuyos
dispositivos y aplicaciones dependen del fabricante. Sin embargo tienen la capacidad
de admitir dispositivos de instrumentacin y control de otros fabricantes, es decir, son
sistemas de arquitectura abierta que permiten sin ningn problema la interconexin
de dispositivos de distintos proveedores.
En la mayora de los casos los sistemas de control distribuido se apoyan en
otros sistemas de control, como los PLC (Controlador Lgico Programable) y los
SCADA (Control Supervisorio y Adquisicin de datos), para complementar y brindar
otras funciones al sistema. Tambin tienen la capacidad de comunicarse con otras
estaciones encargadas de gestionar el proceso, control avanzado, modelos
matemticos, entre otras actividades.
2.2.3.1 Historia
En los 70, fue cuando surgi este sistema, se utilizaban los paneles analgicos
para realizar todas las tareas de supervisin remota de los procesos, sin embargo, las
necesidades de utilizar los recursos disponibles ms eficientes e inteligentemente,
fueron las principales razones para buscar sistemas capaces de mejorar
la competitividad de las empresas.
Los SCD (sistema de control distribuido) estn basados en microprocesadores,
concebidos inicialmente como reemplazos funcionales para la instrumentacin
electrnica de panel.
26
Sistema de Control Central Sistema de Control Distribuido
Los SCD se desarrollaron de tal manera que para las compaas de fabricacin
que poseen sistemas avanzados, se han hecho comercialmente viables para el
mejoramiento de la exactitud, operatividad, habilidad computacional y lgica.
Los SCD pasaron de reemplazos de paneles de control a redes totalmente
integradas a las operaciones de planta. Este progreso ha sido impulsado en parte por
la revolucin en la tecnologa de los microprocesadores y el software. El Sistema
provee una estructura ms organizada que otros sistemas como el Control Central.
Observamos en la siguiente figura la comparacin entre ambos sistemas.
Figura N 5. Comparacin de Sistema de Control Central y Sistema de
Control Distribuido.
Fuente: Villajulca, J (2008)
27
2.2.3.2 Organizacin
Segn Villajulca, J. (2008).
Los Sistemas de Control Distribuido se estn transformando
en plataformas computacionales distribuidas con suficiente
rendimiento para soportar aplicaciones en tiempo real de gran
escala y tener la capacidad de escalonar tareas a unidades pequeas.
Los estndares de sistemas abiertos estn permitiendo a los SCD
recibir informacin de diversos conjuntos de plataformas
computacionales similarmente compatibles, incluyendo negocios,
informacin de laboratorio, mantenimiento y otros sistemas de
planta, as como dar informacin a estos sistemas para apoyo de
mltiples aplicaciones.
Los SCD tradicionalmente estn organizados en cinco
grandes subsistemas: Unidad de Control Local, Estacin de
Operador, Estacin de Ingeniera, Redes de Comunicacin, Otros
sistemas.
Unidades de control local:
Son una o varias cabinas que alojan fuentes de alimentacin,
mdulos controladores, mdulos de entradas/salidas, regletas de
conexin. En esta unidad es donde se realiza el control lgico y la
de adquisicin de datos.
Estacin de Operador:
Son equipos autnomos con pantallas y teclados, que
permiten el acceso de operador al proceso, para modificar puntos
de consigna, seales de salida, arrancar secuencias y poner en
marcha o parar motores, etc. La pantalla informa al operador las
alarmas existentes, le muestra las tendencias de las variables y le
presenta automticamente informes que le ayudan a tomar las
decisiones ms adecuadas en cada caso.
28
Estacin de Ingeniera:
Son equipos autnomos, desde los cuales se permite la
configuracin y carga de la programacin de control.
Redes de Comunicacin:
Estn formadas por dos buses redundantes que permiten
transmitir datos a alta velocidad entre unidades de control local,
estaciones de operador e interfaces.
Son redes de plantas, orientadas al control distribuido, que
integran un conjunto de protocolos enlazados entre si y
estructurados de acuerdo con el modelo OSI. En los niveles de red
y de transporte se utiliza el estndar TCP/IP.
Otros equipos al sistema.
Adems de los anteriores, a travs de la misma red de
comunicaciones, se pueden incorporar al sistema diferentes equipos
especializados en funciones complementarias a las propias de
control.
2.2.4 Unidad Terminal Remota
Segn Ordoez, G. Define:
Es un dispositivo basado en microprocesadores, el cual permite
obtener seales independientes de los procesos y enviar la informacin a
un sitio remoto donde se procese. Generalmente este sitio remoto es una
sala de control donde se encuentra un sistema central SCADA el cual
permite visualizar las variables enviadas por la UTR. El sistema de
control y adquisicin de datos remotos se comunica con otros sistemas de
automatismo tales como PLC, sistemas de control y sistemas remotos.
Las UTR son equipamientos electrnicos las cuales son capaces
de recolectar datos, realizar clculos matemticos, generar las bases de
29
datos necesarias y trasmitir a una estacin central distante del lugar donde
esta se encuentra. Con el propsito de conectarse con los sistemas de
recoleccin de datos existentes u otros tipos de instrumentales, recolectar
y guardar datos y realizar la comunicacin con la computadora de la
estacin central de comando.
Las UTR o Unidades Terminales Remotas de un sistema SCADA, son
ordenadores ubicados en el campo, los cuales se encargan de procesar la informacin
y la interaccin entre el Servidor SCADA y los distintos elementos de campo
(Sensores, Actuadores). Las UTRs son unidades independientes, encargadas de la
adquisicin de datos y en la actualidad, tambin poseen la capacidad de realizar
algoritmos de control.
2.2.4.1 Caractersticas de la UTR
Tienen una unidad de procesamiento y en ocasiones unidad de procesamiento
de respaldo.
Poseen una memoria de programa, datos y de acceso aleatorio.
Puertos de comunicacin (Serial, Ethernet, etc.).
Fuente de alimentacin y en ocasiones fuente de alimentacin de respaldo.
Diversas protecciones necesarias para garantizar el funcionamiento correcto y
confiable de la UTR.
Mdulos e interfaces de entrada y salida.
Driver para la comunicacin con el Servidor SCADA (Por ejemplo: Drivers
Profibus y Modbus).
Sistema de ejecucin en tiempo real.
Driver para el manejo de los mdulos de entrada y salida.
30
2.2.4.2 Operacin de la UTR
La Unidad Terminal Remota se encarga de escanear sus entradas, cada cierto
tiempo t, definido como el tiempo de acceso o adquisicin. Puede realizar ciertas
operaciones, que incluyen el procesamiento de los datos adquiridos, o el cambio de
estado de una determinada variable. Generalmente utilizan la forma de comunicacin
pedido/respuesta, es decir el Servidor SCADA es el que inicia la comunicacin para
la obtencin de un determinado valor. Ciertas UTRs, en la actualidad contienen
dentro de su programacin algoritmos de control, y procesamiento de alarmas, tal
como un PLC, por lo que en ocasiones la nomenclatura es intercambiable [4].
2.2.5 Bus de campo
2.2.5.1 Definicin.
El Ing. Kaschel, H. y el Ing. Pinto, E. define el Bus de campo de la siguiente
manera:
Un bus de campo es un sistema de transmisin de informacin (datos) que simplifica enormemente la instalacin y operacin de mquinas y
equipamientos industriales utilizados en procesos de produccin.
La investigacin de la de Universidad de Oviedo del Ing. Diez, A. definen el
bus de campo como:
Un bus de campo es un trmino genrico que describe un conjunto de redes de comunicacin para uso industrial, cuyo objetivo es sustituir
las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo
de control a travs del tradicional bucle de corriente de 4-20mA.
Tpicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto montadas
sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo con
transductores, actuadores y sensores.
Con respecto a la investigacin de la Universidad Nacional de San Luis del
Ing. Villa, R. conceptualizan el bus de campo as:
31
Bus de Campo: Redes digitales bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie que conectan dispositivos de campo como
transductores, actuadores, sensores, mdulos de E/S, controladores de
velocidad, terminales de operador con los sistemas de control: PLCs,
PCs, NC, RC, etc.
2.2.5.2 Objetivo.
El objetivo del bus de campo es mejorar la calidad de transferencia de
informacin y reducir los costos finales en que se acarrean, sustituyendo la tecnologa
de control centralizado a tecnologa de control distribuido. Parte de las ventajas que
esto genera es el envo de informacin digital, ya que esto mejora la precisin con
respecto a la transmisin de informacin.
Segn la investigacin del Ing. Kaschel, H. y el Ing. Pinto, E. agrega lo
siguiente con respecto al bus de campo:
Cada dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones propias de control, mantenimiento y
diagnstico. De esta forma, cada nodo de la red puede informar en
caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier
anomala asociada al dispositivo. Esta monitorizacin permite
aumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de
mantenimiento necesarias.
2.2.5.3 Ventaja de Bus de campo.
Parte de lo descrito anteriormente en el objetivo describe una de las ventajas
esenciales del bus de campo, donde la reduccin de costos y la simplicidad del
sistema le dan una gran cantidad de puntos positivos a este tipo de configuraciones.
La investigacin de la de Universidad de Oviedo del Ing. Diez, A. plasma en
su investigacin las ventajas del bus de campo:
32
La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la que los hace ms atractivos a los usuarios finales, es la reduccin de costos. El
ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de
instalacin, ahorro en el costo de mantenimiento y ahorros derivados
de la mejora del funcionamiento del sistema.
Una de las principales caractersticas de los buses de campo es una
significativa reduccin en el cableado necesario para el control de una
instalacin. Cada clula de proceso slo requiere un cable para la
conexin de los diversos nodos. Se estima que puede ofrecer una
reduccin de 5 a 1 en los costos de cableado. En comparacin con
otros tipos de redes, dispone de herramientas de administracin del
bus que permite la reduccin del nmero de horas necesarias para la
instalacin y puestas en marcha.
En otra investigacin del Ing. Kaschel, H. y el Ing. Pinto, E. agregan lo
siguiente con respecto a las ventajas del bus de campo:
El hecho de que los buses de campo sean ms sencillos que otras
redes de uso industrial como por ejemplo MAP, hace que las
necesidades de mantenimiento de la red sean menores, de modo que la
fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta. Adems, los buses de
campo permiten a los operadores monitorizar todos los dispositivos
que integran el sistema e interpretar fcilmente las interacciones entre
ellos. De esta forma, la deteccin de las fuentes de problemas en la
planta y su correccin resulta mucho ms sencilla, reduciendo los
costos de mantenimiento y el tiempo de parada de la planta.
Existe una gran variedad y cantidad de buses de campo en la actualidad entre los
ms usados comnmente se encuentran los siguientes:
AS-Interfase
CAN
Ethernet POWERLINK
33
Profibus
Modbus
Para los efectos de este trabajo de grado consideraremos el uso de alguno de los
dos ltimos nombrados en la anterior lista.
2.2.5.4 Profibus
Segn Almacn el concepto de Profibus lo define como:
Profibus es una de los buses de campo abiertos que cumple con todos
los requerimientos en un rango muy amplio de aplicaciones. Es
tambin la norma de comunicaciones favorita en el continente europeo
y presume de tener el mayor nmero de instalaciones operando en el
mundo. Adems de ser abierto, no pertenece a ningn fabricante en
particular, est certificado y es a todas luces un producto orientado a
satisfacer las necesidades de automatizacin y control de procesos en
las prximas dcadas. Es abierto, porque permite que los dispositivos
de los diversos fabricantes certificados en este bus se comuniquen
entre ellos sin necesidad de utilizar interfaces. Las principales
normalizaciones derivan de los estndares europeos EN 50170 y DIN
19245.
34
Figura N 6. Un bus de campo homogneo para la automatizacin
completa del proceso.
Fuente: A&D AS SM ID.
Su historia se remonta a un proyecto que fue investigado desde el ao
1987 hasta el ao 1990 estaba realizo por los fabricantes: ABB, AEG,
Bosch, Honeywell, Moeller, Landis&Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall,
RMP, Sauter-cumulus, Siemens y cinco institutos alemanes de
investigacin. Adicionalmente algunos autores afirman que el gobierno
alemn. Todos estos experimentos permitieron el resultado definitivo de
un borrador de la norma DIN 19245, el que sera el estndar Profibus. En
el ao 1993 se logr definir el estndar Profibus-DP.
El origen europeo del Profibus, fue una de las razones por la cual esta
tecnologa no tuvo auge inicialmente en Estados Unidos, Canad y
Mxico, aunque la gran calidad del producto mereca estar en el mercado.
Este protocolo no pertenece a ningn fabricante en particular, aunque
inicialmente el desarrollo fue alemn al final fueron cedidos los derechos
de uso. Grupos internacionales como Profibus International y Profibus
Trade Organization promovieron la promocin de los productos que
35
permiten el auge de esta tecnologa, el IEC aprob las especificaciones de
Profibus como norma internacional (IEC 61158).
Segn Almacn la automatizacin del Profibus es la siguiente:
Profibus cumple con los requerimientos de automatizacin y control mediante
tres perfiles del protocolo que son compatibles entre s: Profibus-FMS,
Profibus-DP y Profibus-PA.
Figura N 7. Profibus.
Fuente: Villa R.
Los dos primeros constituyen los perfiles tpicos de comunicacin de
Profibus mientras que el ltimo es un perfil de aplicacin, construido a
travs de la combinacin del perfil de comunicacin DP con un
conjunto de funciones adicionales. Estas adiciones proveen a PA con
tecnologa de transmisin y alimentacin de dispositivos por medio
del bus, cubriendo as las necesidades de los dispositivos de campo.
Profibus-FMS, Fieldbus Message Specification (Especificacin de
Mensaje de bus de campo), es el perfil de comunicacin capaz de
manejar todas las tareas intensivas de transferencia de datos muy
comunes en las comunicaciones industriales, por lo que se le considera
la solucin universal para la transferencia de informacin en el nivel
superior y de campo del modelo jerrquico de automatizacin. Es la
solucin general para tareas de comunicacin a nivel de control.
36
Tambin puede ser empleado para tareas de comunicacin extensa y
compleja. Est concebido para comunicar elementos de campo
complejos que dispongan de interface FMS. Se pueden alcanzar
velocidades de transmisin de hasta 1,5 Mb/sg. En funcin del medio
utilizado. Sistema multi-maestro.
Figura N 8. Sistema combinado.
Fuente: Rosado L
Profibus-DP, Decentralized Periphery (Periferia Descentralizada),
Est optimizado para ofrecer mayor velocidad, eficiencia y bajo costo
de conexiones porque fue diseado especficamente para establecer la
comunicacin crtica entre los sistemas de automatizacin y los
equipos perifricos.
Velocidades de comunicacin de hasta 12 Mb/sg. Esta versin de
Profibus est diseada especialmente para comunicacin entre
sistemas automticos de control y E/S distribuidos a nivel de campo
(periferia distribuida). Los mensajes de diagnstico se transmiten
sobre el bus y se recuperan en la estacin maestra. Es un sistema
mono-maestro.
37
Profibus-PA, Process Automation (Automatizacin de Procesos), En
Profibus-PA se utiliza la tecnologa de transmisin especificada en
IEC 1158-2. Es una transmisin sncrona a 31.2 kbits/seg que satisface
requerimientos muy importantes en las industrias qumica y
petroqumica: seguridad intrnseca y suministro de energa a los
dispositivos a travs del bus mediante el simple uso de cable de cobre
de dos hilos. De esta manera, es posible utilizar Profibus en reas
peligrosas Se pueden utilizar topologas lineales, en rbol y estrella.
2.2.5.4.1 Ventajas del PROFIBUS
Segn la Fuente: A&D AS SM ID. Las ventajas el Profibus son las siguientes:
Reduccin de costos:
Menores gastos de planificacin y de ingeniera, as como gastos de puesta en marcha ms reducidos en comparacin con la transmisin
convencional de seales a travs de conexiones punto a punto en
paralelo.
La conexin directa de dispositivos de proceso, especialmente en la zona Ex, permite ahorrar en cableado y componentes mecnicos para
la interconexin, la distribucin la alimentacin y el montaje.
Configuraciones de instalacin de coste optimizado para una elevada disponibilidad y seguridad mediante Flexible Modular Redundancy
Proteccin de personas y mquinas:
Alto contenido informativo y comunicacin bidireccional para funciones avanzadas de diagnstico para la deteccin y la eliminacin
ms rpida y precisa de fallos.
2.5.5 Modbus.
Segn la investigacin del Cruz F, (2006). Diseo de una estacin de
monitoreo de procesos. Define Modbus de la siguiente manera:
38
El protocolo MODBUS es un bus de campo, se puede definir
como el medio de comunicacin entre diferentes equipos de un
sistema de automatizacin, esto puede ser, desde un sensor o un
actuador, hasta una computadora o un autmata programable. Los
antiguos sistemas de control, basados en grandes computadoras
centrales y kilmetros de cableado resultaban ser inapropiados para las
exigencias del momento del mercado donde los procesos de
fabricacin necesitaban de una automatizacin ms flexible, robusta y
que adems reduzca los costos de instalacin y mantenimiento.
El protocolo MODBUS fue desarrollado por Modicon a finales
de los aos 80's. Este protocolo fue usado como un servidor de
comunicaciones cliente maestro-esclavo entre diferentes dispositivos
como son los PLCs, debido a su simplicidad y especificacin abierta
actualmente es utilizado por diferentes fabricantes. Entre los
dispositivos que lo utilizan se puede mencionar: PLCs, HMI (Human
Machine Interface o Interface de Maquina Humana), RTU (Remote
Terminal Unit), controladores, sensores y actuadores remotos.
En el rea de las comunicaciones en entornos industriales, la
estandarizacin de protocolos es un tema en permanente discusin,
donde intervienen problemas tcnicos y comerciales. Cada protocolo
esta optimizado para diferentes niveles de automatizacin y en
consecuencia responden al inters de diferentes proveedores.
MODBUS define una estructura de mensaje que los
controladores reconocern y usaran, independientemente del tipo de
redes sobre la que comuniquen. Proporciona el estndar interno que
los controladores usan para el anlisis de los mensajes. Durante la
comunicacin sobre una red MODBUS, el protocolo determina como
cada controlador conocer su direccin de dispositivo, reconocer un
mensaje direccionado a l, determinara el tipo de accin a tomar y
extraer cualquier dato u otra informacin contenida en el mensaje.
39
Figura N 9. Aplicacin general del protocolo MODBUS.
Fuente: Rivas F.
2.5.5.1 Transmisin sobre redes Modbus.
Segn la investigacin de Cruz, F. Diseo de una estacin de monitoreo de
procesos. Aplicacin a una columna de destilacin define la transmisin sobre redes
Modbus de la siguiente manera:
Los puertos estndar MODBUS utilizan una interfaz serie
compatible RS-232C. La norma EIA RS-232C define las patillas del
conector, cableado, niveles de seal, velocidades de transmisin y
control de paridad. Los controladores se comunican usando una
tcnica maestro-esclavo, en la cual solo un dispositivo (el maestro)
puede iniciar transacciones (llamadas \peticiones). Los otros dispositivos (los esclavos) responden suministrando al maestro el dato
solicitado, o realizando la accin solicitada en la peticin.
La Peticin: El cdigo de funcin en la peticin indica al
dispositivo esclavo el tipo de accin a realizar. Los bytes de datos
contienen cualquier informacin adicional que el esclavo necesitara
para llevar a cabo la funcin. Por ejemplo el cdigo de funcin 032
pedir al esclavo que lea registros mantenidos (holding registers) y
responda con sus contenidos. El campo de datos debe contener la
informacin que indique al esclavo en que registro debe comenzar y
cuantos ha de leer. El campo de comprobacin de error proporciona un
mtodo para que el esclavo valide la integridad del contenido del
mensaje recibido.
40
La Respuesta: Si el esclavo elabora una respuesta normal, el
cdigo de funcin contenido en la respuesta es una rplica del cdigo
de funcin enviado en la peticin. Los bytes de datos contienen los
datos recolectados por el esclavo, tales como valores de registros o
estados. Si ocurre un error, el cdigo de funcin contenido en la
respuesta es diferente al cdigo de funcin enviado en la peticin, para
indicar que la respuesta es una respuesta de error y los bytes de datos
contienen un cdigo que describe el error. El campo de comprobacin
de error permite al maestro confirmar que los contenidos del mensaje
son vlidos.
El protocolo MODBUS establece el formato para la peticin
del maestro, colocando en ella la direccin del dispositivo esclavo (0
en caso de \difusin), un cdigo de funcin que define la accin solicitada, cualquier dato que haya de enviarse y un campo de
comprobacin de error. El mensaje de respuesta del esclavo est
tambin definido por el protocolo MODBUS. Contiene campos
confirmando la accin tomada, cualquier dato que deba devolverse y
un campo de comprobacin de error. Si el mensaje que se recibe por el
esclavo es defectuoso o el esclavo es incapaz de realizar la accin
solicitada, construir un mensaje de error y lo enviara como respuesta.
Los sistemas de control distribuidos son utilizados para
sistemas de comunicaciones, permiten la transmisin de informacin e
interconexin de mltiples dispositivos de proceso con inteligencia,
estos son capaces de soportar el protocolo de comunicaciones de la red
y para elaborar la informacin que esta requiera. Algunas de las redes
seran Ethernet/TCP/IP o Industrial-Ethernet.
Las ventajas de este sistema es que disponen de un grado de
inteligencia que pueden conformar clulas autnomas de control con
su propia capacidad de procesado y almacenamiento, estas son
independientes de sus hermanas.
2.2.6 MAX 232
Es una pieza especialmente utilizada en sistemas alimentados por bateras, ya
que su bajo consumo de energa en modo de apagado reduce la disipacin de potencia
a menos de 5W. El MAX232 no utiliza componentes externos y se recomienda para
aplicaciones donde el espacio placa de circuito impreso es fundamental. Requiere de
una alimentacin de 5v. Su funcin bsica es convertir los niveles de las lneas de un
41
puerto serial RS232 a niveles TTL y viceversa, generando internamente tensiones que
son necesarias para el estndar RS232.
Algunas de las aplicaciones para este integrado son:
Computadoras porttiles.
Modem de bajo poder.
Traduccin de interfaz.
Sistemas alimentados por bateras RS232.
Redes MultiterminalesRS-232.
En la siguiente figura se observa Integrado MAX 232.
Figura N 10. Diagrama MAX 232.
Fuente: Datasheet MAX 232.
2.2.7 PIC 16F870
Es un Microcontrolador, que presenta cualidades importantes que facilitan
tareas en el rea de Electrnica, con tan solo un integrado de 28 pines de alimentacin
de 5v y presentando una gama de instrucciones de hasta 35 palabras y consta de una
velocidad de funcionamiento de 20MHz.
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El PIC 16F870 es totalmente reprogramable y se puede utilizar tantas veces
sea necesario, posee 3 bloques de memoria, lo que permite tener acceso simultaneo a
memoria programable y a la memoria de data debido a que tiene buses separados.
En la siguiente figura se observa el Integrado PIC 16F870.
Figura N 11. Diagrama PIC 16F870.
Fuente: Datasheet PIC 16F870.
2.2.8 PIC 16F877-20.
Es un microcontrolador con grandes prestaciones de trabajo, tiene un tiempo
de respuesta no mayor a 200 nano segundos para la ejecucin de instrucciones, igual
que otros microcontroladores es sencillo de programar ya que no posee ms de 35
43
instrucciones las cuales pueden ser adaptadas para una variedad de funciones que
puede cumplir el PIC.
Su CPU con tecnologa RISC permite operar a una velocidad en DC de 20
MHz, posee 40 pines entre los cuales posee entradas y salidas. El rango de operacin
va desde 2.2v hasta 5.0v y 25 mA, otra de sus caractersticas principales es la
capacidad trabajar con bajo consumo de energa en un modo dormido.
Figura N 12. Pic 16F877-20.
Fuente: Datasheet PIC 16F877-20
2.2.9 Comparador Dual LM393
El comparador dual es un dispositivo electrnico capaz de comparar dos
voltajes independientes. Estos dispositivos tienen caractersticas de operar con una
sola fuente de poder y trabajan en un rango de voltaje entre 2 V hasta 36 V, la
temperatura de operacin se ubica entre los 0C hasta los 70C.
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En la siguiente figura se observa el diagrama del integrado LM 393.
Figura N13. Comparador Dual.
Fuente: Datasheet PIC LM393
2.2.10 Integrado MOC3011
Es un aislador ptico compuesto por un diodo emisor de luz el cual permite
trabajar con una seal baja de tensin para controlar un alto voltaje alimentando a un
dispositivo segn una seal de activacin. Sus caractersticas principales son alta
capacidad de aislamiento de voltaje, tamao reducido y bajo costo.
Figura N14. Aislador ptico.
Fuente: Datasheet MOC3011
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2.3 Definicin de Trminos Bsicos
2.3.1 Conexin
Segn Gonzlez, D. (2012). Definicin, define:
Una conexin (del latn connexo) es un enlace o una atadura que une una cosa con otra. El trmino nombra a la accin y efecto de
conectar (unir, enlazar, establecer relaciones).
Las conexiones pueden
