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UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD
PUNTA ARENAS
MONITOREO A DISTANCIA
PLANTA OXIGENO HOSPITAL REGIONAL
DE PUNTA ARENAS
CLAUDIO ENRIQUE ULLOA ASTORGA
-2006-
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD
PUNTA ARENAS
MONITOREO A DISTANCIA
PLANTA OXIGENO HOSPITAL REGIONAL
DE PUNTA ARENAS
TRABAJO DE TITULACION PRESENTADO EN CONFORMIDAD
A LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL TITULO DE:
“INGENIERO EJECUCION ELECTRICIDAD”
PROFESOR GUÍA:
SR. RUBÉN CARVALLO BARRIENTOS
PROFESOR PATROCINANTE:
SR. DAGOBERTO HERNANDEZ AGUILERA.
CLAUDIO ENRIQUE ULLOA ASTORGA
-2006-
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo esta dedicado a Jessie y Paloma gracias por toda su paciencia y por darme
fuerzas para seguir avanzando.
Quiero agradecer especialmente a la familia Ulloa Astorga y Diaz Barón sin su apoyo no
lo hubiera logrado.
Quiero dar las gracias a don Álvaro Osorio N, Rubén Carvallo B, Dagoberto Hernández
A, Alejandro Garay A, Directiva Hospital Regional de Punta Arenas, a mis compañeros de
trabajo de la Unidad de Electrónica, a la Unidad de Informática, a mis compañeros de curso y
profesores de Ingeniería Plan Especial.
CAPITULO 1: INTRODUCCION
CAPITULO 2: OXIGENO ELEMENTO VITAL
CAPITULO 3: PLANTA OXIGENO HOSPITAL DE PUNTA ARENAS
CAPITULO 4: ADQUISICION DE DATOS BASADA EN PC
CAPITULO 5: EQUIPAMIENTO DE LABORATORIO
CAPITULO 6: DESARROLLO DEL PROYECTO
CAPITULO 7: DESARROLLO EN AMBIENTE LABVIEW
CAPITULO 8: CONCLUSIONES
ANEXOS
i
INDICE
Pagina
RESUMEN……………………………………………………..…...……………………………..…..vi
CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN.
1.1 Antecedentes……………………………...………………….………………………………1
1.2 Objetivos del Proyecto……………………………………………….………………………2
CAPITULO 2: OXÍGENO ELEMENTO VITAL.
2.1 Introducción………………..………………………….…………………..…………..…......3
2.2 Funciones Respiratorias del Oxígeno……………….….………………………….…...….3
2.3 El Cerebro y la Falta de Oxígeno……………………..…….……….…………………...…3
2.4 Formas de Producir Oxígeno…………..……………..…….………………………………3
2.5 Equipo para Manejo Transporte y utilización de Gases...…………………………….…4
2.6 Peligros del Oxígeno………..………………………..…….………………………………..4
2.7 Detección de Fallas y Fugas.………………………..…….………………...…………..…4
2.8 Norma Vigente para el Oxígeno……………………..…….………………………….……4
2.9 Modelo PSA…………………..……………..…….………………………………….………4
2.10 Proceso de Separación del Oxígeno………………..…….……………………….………5
CAPITULO 3: PLANTA OXÍGENO HOSPITAL DE PUNTA ARENAS.
3.1 Estadísticas de Producción.………………..…………….…..……………….…...………..7
3.1.1 Producción Central de Oxígeno Septiembre 2003 a Marzo 2005……….……………...7
3.1.2 Producción de Oxígeno vs AGA Chile…………. …………………………………………7
3.2 Funcionamiento Planta de Oxígeno de Punta Arenas………………….……………......8
3.2.1 Sistema de Aire Comprimido…………….………….………………………………………8
3.2.2 Secadores y Generadores de Oxígeno……..…...…………………….…………………..8
3.2.3 Banco de Oxígeno para Respaldo………………………...…….………………...……….9
3.2.4 Suministro de Oxígeno a Hospital……………………………….…………..………..….10
3.2.5 Alarmas……………………………….…………………...…………………………………10
ii
3.3 Características de los Equipos..……………….………..……..…………….……………10
3.3.1 Generadores de Oxígeno……………………………….. ……….……………………….10
3.3.2 Compresores de Aire………………………………………….….………………………...11
3.3.3 Estanque de Aire 2m³ Central de Aire………………….………………………………...12
3.3.4 Analizador de Oxígeno Conspec P2259…………………….…………………..………13
3.3.5 Transductores de Equipo Analizador de Oxígeno Conspec…………………………...15
3.3.6 Secadores por Absorción………………….………………………………………………16
3.3.7 Sistema de Respaldo Control Automático Western……………………………………..17
3.3.8 Estanque Receptor de 2m³ para Aire Central Oxígeno…………………………………18
3.3.9 Estanque de 2m³ Oxígeno Limpio………………………………………...………………19
3.3.10 Compresor RIX……………………………………………………………………………...19
3.3.11 Bancos de Respaldo Planta de Oxígeno…………………………………………………20
3.4 Sistema Eléctrico Central de Oxígeno………………………………………………...….21
CAPITULO 4: ADQUISICIÓN DE DATOS BASADA EN PC.
4.1 Introducción………………………………………………………………………………….24
4.2 Transductores…...……………………………………………………………….………….25
4.3 Acondicionamiento de Señales……………………………………………………………25
4.4 Tarjeta de Adquisición de Datos…………………………………………………….........26
4.4.1 Configuración de Tarjetas de Adquisición con Labview………………………………..27
4.4.2 Componentes de Tarjeta de Adquisición de Datos……………………………………..27
4.4.2.1 Interfases…………………………………………………………………………………….27
4.4.2.2 Conjunto de Circuitos Entrada Análoga………………………………………………….28
4.4.2.3 Conversor Análogo Digital…………………………………………………………………28
4.4.2.4 Conversor Digital Análogo…………………………………………………………………28
4.4.2.5 Conjunto de Circuitos de Entrada Salida………………………………………….……..29
4.4.2.6 Conjunto de Circuitos del Contador……………………………………………………….29
4.4.3 Parámetros a medir en Tarjeta de Adquisición de Datos………………………………29
4.4.3.1 Numero de Canales………………………………………………………………………...29
iii
4.4.3.2 Razón de Muestreo…………………………………………………………………………29
4.4.3.3 Resolución………………………………………………...…………………………………30
4.4.3.4 Multiplexado…………………………………………………………………………………31
4.4.3.5 Rango………………………………………………………………………………………...31
4.4.3.6 Ganancia…………………………………………………………………………………….32
4.4.3.7 Canales de Salida Análoga………………………………………………………………..32
4.4.3.8 Entradas y Salidas Digitales……………………………………………..………………..32
4.4.3.9 Tiempos de Entrada y Salidas…………………………………………………………….32
4.4.3.10 Ancho de Código………………………………………………………………………….32
4.4.3.11 Ruido……………………………………………………………………………………….33
4.4.4 Conexiones Entradas Análogas…………………………………………………………...33
4.4.4.1 Modo Diferencial…………………………………………………………………………….33
4.4.4.2 Modo RSE……………………………………………………………………………………33
4.4.4.3 Modo NRSE…………………………………………………………………………….……33
4.4.4.1 Configuración Diferencial…………………………………………………………………..34
4.4.4.2 Configuración Unipolar RSE……………………………………………………………….34
4.4.4.3 Señal NRSE…………………………………………………………………………………35
CAPITULO 5: EQUIPAMIENTO DE LABORATORIO.
5.1 Introducción………………………………………………………………………………….36
5.2 Módulos de Acondicionamiento 5B42………………………………………………..…...36
5.3 Backplanes 5B01………………………………………………………………………...….38
5.4 Adaptador de Conexiones SC-2050…………..……………………………………….….39
5.5 Tarjeta Adquisición de Datos NI-PCI 6025E…………………………………..…………40
5.5.1 Modo de Entrada……………………………………………………………………………42
5.5.2 Diagrama de Distribución de Pines Tarjeta 6025E……………………………………...43
5.5.3 Salidas Análogas y Digitales Tarjeta 6025E……………………………………………..44
5.6 Block de Conexiones CB-50……………………………………………………………….45
5.7 Alarmas de Salida…………………………………………………………………………..46
iv
CAPITULO 6: DESARROLLO DEL PROYECTO.
6.1 Introducción…………….…………………………………………………………...……….47
6.2 Instalación y Configuración del Hardware………………………………….……..………47
6.2.1. Canales de Entrada…………………………………………………………………………47
6.2.2. Parámetros de Pureza de oxígeno ……………………………………………………….49
6.2.3. Parámetro de Dióxido de Carbono……………………………...………………….……..50
6.2.4. Parámetros de Monóxido de Carbono…………………………………………..………..50
6.2.5. Canales de Salida Alarmas………………………………………………………………..53
CAPITULO 7: DESARROLLO EN AMBIENTE LABVIEW
7.1 Introducción………………………………...………………………………………………..55
7.2 Labview Integrado a Redes y Web………………………………………………………..56
7.3 Programa…………………………………………………………….……………………….57
7.3.1 Panel Frontal………………………………………………………………………………...57
7.3.2 Diagrama de Bloques………………………………………………………………………58
7.3.2.1 Adquisición Canales de Entrada…………………………………………………………..58
7.3.2.2 Almacenamiento de Datos…………………………………………………………………59
7.3.2.3 Canales de Salida de Alarma……………………………………………………………...61
7.3.2.4 Publicación de Pagina de Panel de Control Vía Internet……………………………….62
7.4 Mejoras al Proyecto…………………………………………………………………………63
CAPITULO 8: CONCLUSIONES.
Conclusión………………………………………………………………...................................64-65
ANEXOS.
A Cuadro de Valores Empresa ETT…………………………………………………………66
A.1 Propuesta Nº1……………………………………………………………………………….66
A.2 Propuesta Nº2……………………………………………………………………………….66
B Distribución Equipos Planta de Oxígeno………………………………………………....67
v
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………….……………………..68
vi
RESUMEN
El presente trabajo comprende el monitoreo a distancia de la planta generadora de
oxígeno del Hospital Regional de Punta Arenas.
El recinto hospitalario actualmente posee una planta de oxígeno, pero sin contar con la
infraestructura necesaria en el ámbito de la adquisición electrónica en forma remota de los
datos para dar una oportuna respuesta ante cualquier situación o problema acontecido en la
generación y distribución de oxígeno clínico desde la planta generadora hasta las distintas
unidades de recepción hospitalarias tales como Uci, Pabellón, Pediatría, Neonatología, etc.
Para el desarrollo del proyecto se analizará la adquisición de datos y el traspaso de la
información de una variable de tipo análoga a una variable de tipo digital para ser comprendida
por el funcionario técnico a cargo del proceso. El objetivo del proyecto es monitorear tres tipos
de señales diferentes agregándose otras según sea el requerimiento futuro de la planta
generadora.
.
1
1.1 ANTECEDENTES.
En septiembre del año 2003, se instaló en el recinto del Hospital Regional de Punta
Arenas la planta generadora de Oxígeno, obedeciendo el requerimiento del Servicio de Salud
de Magallanes de obtener en forma propia el aire medicinal. A su vez la instalación de la planta
de oxígeno permitió bajar los costos que, hasta ese momento se efectuaba a proveedor
externo; el cual proveía el vital elemento mediante la instalación de un estanque criogénico
emplazado en el recinto hospitalario.
La construcción de la planta de Punta Arenas tomó por experiencia, lo ocurrido en el
Hospital Carlos Van Buren de Valparaíso, la que fue instalada en 2002. Con su implementación
se pudo comprobar que producir oxígeno por ellos mismos les costaría alrededor de $100 el
metro cúbico cuando se estaba pagando $700 el metro cúbico. En el caso de Punta Arenas y
Coyhaique el precio alcanza hasta $1000 el metro cúbico, por razón de que el flete encarece
los costos.
En el caso del Hospital Carlos Van Buren lo que incentivó a realizar el proyecto fue que
reduciría los gastos de oxígeno en un 80%. Indica el Hospital que como promedio se esta
ahorrando entre 12 y 14 millones de pesos mensuales, descontando el valor del mantenimiento
del equipo.
La planta generadora de Punta Arenas, trabaja bajo norma PSA, y produce 280
litros/hora con lo cual satisface la actual demanda del recinto hospitalario, que se compone de
148 tomas murales de oxígeno y 143 tomas de vacio. Además debe entregar una pureza de
oxígeno de 93%±3%, sin fluctuaciones por efecto de presión.
La planta se encuentra emplazada al interior del recinto hospitalario con una superficie
construida de 65,86 mt², y la administración depende de la jefatura de servicios generales del
Hospital Regional. Los recursos humanos asociados comprenden un supervisor y tres
operadores en turnos rotatorios, con lo cual la planta se mantiene bajo supervisión constante
las 24 horas.
2
1.2 OBJETIVO DEL PROYECTO.
Dotar a la planta generadora de Oxígeno del Hospital Regional de Punta Arenas de un
sistema electrónico de adquisición de datos mediante software Labview, para entregar la
información en línea de los niveles de la planta al operador o supervisor, logrando una mejora
en el tiempo de respuesta y resolutividad en caso de falla. Además el sistema electrónico se
proyectará para verificar los parámetros de:
• Cantidad de Oxígeno puro en estanque de entrega.
• Cantidad de Dióxido de Carbono presente en estanque de entrega.
• Cantidad de Monóxido de Carbono presente en estanque de entrega.
El proyecto además deberá entregar señales de alarma, las que comprenderán:
• Aviso a celular de operador.
• Aviso sonoro (Bocina de Alarma 24 Volts).
• Aviso visual (Baliza de Alarma 24 Volts).
• Aviso página Web (Mediante pagina Web de Hospital Regional).
3
2.1. INTRODUCCION.
El ser humano vive sumergido en un mar de aire. Sin él, la vida no sería posible ya que
es un recurso natural indispensable para el desarrollo de la vida en la tierra. De los gases que
lo componen, el oxígeno resulta imprescindible para el mantenimiento de las funciones vitales
del hombre. A continuación se nombra sus características principales.
• Definición: Elemento químico gaseoso, incoloro, inodoro e insípido.
• Símbolo químico: O.
• Formula química: O2.
• Peso atómico: 15,9994.
• Numero atómico: 8.
• Densidad a 0º c y 101,3 kPa: 1.429 g/l.
2.2 FUNCIONES RESPIRATORIAS DEL OXÍGENO.
El sistema respiratorio realiza dos funciones fundamentales para la vida: el transporte
de oxígeno del ambiente hasta la sangre y el dióxido de carbono desde la sangre al
exterior del cuerpo. Estas dos funciones son inversas.
2.3 FORMAS DE PRODUCIR OXÍGENO.
En la producción de oxígeno medicinal, en Chile, se conocen dos formas:
1. Licuefacción.
2. Tamizaje Molecular.
2.4 EQUIPO PARA MANEJO TRANSPORTE Y UTILIZACIÓN DE LOS GASES.
Los cilindros de alta presión para gases comprimidos son envases de aceros de calidad
especial, fabricados sin uniones soldadas y tratados térmicamente para optimizar sus
propiedades de resistencia y elasticidad.
Estos cilindros son cargados a alta presión, comprimiendo el gas en el reducido espacio
interior del cilindro.
4
2.5 PELIGROS DEL OXÍGENO.
1. Normalmente se respira una mezcla de gases que contiene un 21% de oxígeno y 78%
de nitrógeno y un 1% de otros gases.
2. El Oxígeno es que es un gas oxidante por su propia naturaleza.
2. El Oxígeno en contacto directo con la materia orgánica se inflama.
2.6 DETECCIÓN DE FALLAS Y FUGAS. INDICADORES:
1. Manómetros con baja lectura.
2. Silbidos ininterrumpidos.
3. Conectores mal instalados.
4. Fugas por conexión.
5. Redes en mal estado.
2.7 NORMA VIGENTE PARA EL OXÍGENO.
2.7.1 NCh. Nº 2196 para gases comprimidos, redes de distribución y requisitos para su
construcción y funcionamiento.
2.7.2 Norma canadiense CAN/CSA-Z305.6-92.
Norma de parámetros de gases que se utiliza como estándar en las platas generadoras
del país, consta esta norma de los siguientes parámetros:
1. 93% Vol. /Vol. pureza.
2. CO<5ppm.
3. CO2<100 ppm.
4. Metano<25 ppm.
5. Oxido nitroso<5 ppm.
2.8 MODELO PSA.
El modelo PSA implementado en la generación de oxígeno medicinal es actualmente un
estándar de construcción de plantas de oxígeno medicinal dentro de los hospitales de Chile.
5
Al inicio del proceso se extrae aire de la atmósfera a través de compresores de baja
presión los que a su vez entregan el aire a un acumulador. A continuación se procede a enviar
el aire a secadores y filtros que son los encargados de extraer toda la humedad presente en el
aire. Después de la etapa de secado de aire se procede a ingresar a generadores los que
contiene zeolita que es un material poroso amarillento que atrapa el nitrógeno y deja pasar el
oxígeno. La zeolita figura 2.1 es una especie de tamiz molecular lo que la diferencia del
proceso de licuefacción.
¡Error!
Figura 2.1.Compuesto Zeolita.
2.9 PROCESO DE SEPARACIÓN DEL OXÍGENO.
1 Etapa de Absorción: a elevada presión el nitrógeno es absorbido mientras el oxígeno
queda libre. La presión permite que las moléculas de nitrógeno penetren los poros de la
zeolita.
2 Etapa de Regeneración: el nitrógeno es luego eyectado vía despresurización de forma
de regenerar el absorbente. La despresurización permite una difusión de las moléculas
de nitrógeno desde la zeolita al medio ambiente.
Una vez que se produce la separación de oxígeno y nitrógeno, un compresor de alta
presión envía el oxígeno hacia un acumulador que es el elemento final antes del envio hacia
los pacientes. Si la línea de distribución falla, entra en acción el banco de respaldo que
igualmente pasa a través del compresor de alta presión para ser enviado al acumulador.
6
El proceso PSA se describe en la figura 2.2.
Figura 2.2.Proceso PSA.
7
3.1 ESTADISTICAS DE PRODUCCION.
A continuación se entregan gráficos de producción de la planta de oxígeno,
correspondientes a la producción y comparación de gastos.
3.1.1 PRODUCCIÓN DE LA CENTRAL DE OXÍGENO SEPTIEMBRE 2003 A MARZO 2005.
11919,5
31172,8
16989,9
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
M3
2003 2004 2005
AÑOS
CENTRAL Oxígeno
Figura 3.1.Grafica Producción de Central de Oxígeno.
3.1.2 PRODUCCIÓN DE OXÍGENO V/S AGA CHILE DE AÑO 2002 A MARZO 2004.
61020
0
31485
11919,5 11790
31172,8
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
m3
2002 2003 2004Años
AGA ChileCentral Oxigeno
Figura 3.2. Grafica de Producción Oxígeno Central Oxígeno v/s AGA Chile.
8
3.2 FUNCIONAMIENTO PLANTA DE OXÍGENO DE PUNTA ARENAS.
3.2.1 SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO.
El sistema neumático o de aire comprimido es alimentado por tres compresores modelo
SK-26. Estos son de tipo tornillo. Su funcionamiento esta dirigido por un secuenciador de
partida remoto MAC-41 y es el que toma el control de cada compresor. Este secuenciador
controla los equipos aplicando el principio de presiones escalonadas, activando o desactivando
la carga de aire en cada compresor según sea el requerimiento, además permite la rotación de
equipos programada según se requiera.
Este sistema toma un compresor como líder de carga y los restantes son enclavados de
tal manera que se accionen secuencialmente a medida que se requiera más presión en la red.
A continuación el aire entra a un estanque contenedor de 2m³, el que debe retener la
humedad evacuando el aire por la parte superior y dejando el agua en la parte inferior.
3.2.2 SECADORES Y GENERADORES DE OXÍGENO.
El sistema de generación de oxígeno posee dos modos de funcionamiento un modo
manual y otro automático. El ocupado actualmente es el manual, el que permite seleccionar los
equipos indistintamente (secadores y generadores de oxígeno) permitiendo trabajar con los
secadores Nº1 o Nº2 y con los generadores de oxígeno Nº1, Nº2 y Nº3 según se seleccione en
el tablero de control.
Los secadores poseen evacuación de agua en forma automática mediante una válvula
solenoide controlada desde el del tablero de control.
El aire seco entra al estanque de 2 m³ de la central de oxígeno, este actúa como
acumulador para su posterior paso a generadores de oxígeno
En los generadores de oxígeno de marca OGSI, se efectúa el proceso de separación
del oxígeno del nitrógeno, mediante zeolita. Los equipos trabajan alternadamente, mientras uno
realiza la separación de los compuestos químicos el otro comienza el llenado de aire seco y el
tercero procede con la purga de nitrógeno hacia el exterior.
Una vez obtenido la materia prima (oxígeno) se procede a acumular el elemento en un
estanque de oxígeno puro de 2 m³ que deberá trabajar con un rango de pureza de 93% con
9
variaciones de ±3%, el estanque debe poseer una presión de trabajo de 50 psi. A continuación
la línea de distribución se conecta con el hospital.
3.2.3. BANCO DE OXÍGENO PARA RESPALDO.
El sistema de respaldo esta constituido por dos bancos Nº1 y Nº2 de botellas con
oxígeno comprimido a 2200 psi y una autonomía total de 100 horas.
El Banco Nº1 esta ubicado a la derecha del sistema controlador de bancos (Western),
se compone de 10 botellas de una capacidad de 7,5 m³ a 2200 psi, con autonomía de 20
horas, manteniendo la línea de suministro a 50 psi. El otro Banco Nº2 se ubica al lado
izquierdo del sistema controlador de bancos (Western), se compone de 40 botellas de una
capacidad de 7,5 m³ a 2200 psi y entrega una autonomía de 80 horas, manteniendo la línea de
suministro a 50 psi.
Los Bancos entran en funcionamiento cuando la presión de red hacia el consumo baja
de 50 psi, activando el Banco Nº1 y suministrando el caudal necesario para suplir la baja de
presión y estabilizar el suministro a un mínimo de 50 psi.
Esto puede suceder cuando el consumo sea mayor a la entrega del sistema, en ese
caso entra en funcionamiento el banco de respaldo para suplir la diferencia de suministro, a su
vez también entra en funcionamiento cuando exista una situación de baja pureza de oxígeno y
exista cambio de generador por activación de la alarma por baja pureza de oxígeno (alarma se
activa bajo el 90% de pureza). Cuando ocurre el cambio automático de generador de oxígeno
se bloquea el suministro de oxígeno desde el estanque al consumo del Hospital, entrando a
suministrar el caudal necesario el Banco Nº1 por un lapso de 90 minutos mientras se estabiliza
la producción de oxígeno.
El Banco Nº2 entra en operación solo en el caso de que el Banco Nº1 se descargue por
una demanda superior a las 20 horas de funcionamiento. En esta situación entrará en
funcionamiento automáticamente el Banco Nº2.
El sistema de respaldo (Banco Nº1 y Banco Nº2) se mantendrá con una carga de
alrededor 2200 psi por medio del compresor de oxígeno RIX acoplado al sistema, este
10
compresor debe ser utilizado en sistema de carga automática. La carga automática del banco
de oxígeno esta condicionada por tres factores:
1. La presión del banco Nº1 debe ser inferior a 1800 psi.
2. La presión del estanque de oxígeno debe ser superior a 55 psi. Mínimo y un máximo de
70 psi.
3. El compresor RIX debe estar operando en modo automático de carga.
3.2.4 SUMINISTRO DE OXÍGENO A HOSPITAL.
El sistema de generación de oxígeno entrega un caudal de operación de 280
litros/minuto a una pureza de 93%±3%.
Se suministra este caudal a la red de distribución con una presión de servicio de 50 psi.
La baja de presión al interior del estanque de oxígeno es originada por el
funcionamiento del sistema con sobreconsumo.
3.2.5 ALARMAS.
Este sistema de generación de oxígeno cuenta con alarma en todos los equipos que
estan incorporados en los paneles de control de cada equipo Además se cuenta con tres
alarmas de operación que son Pureza de Oxígeno, presencia de Dióxido Carbónico y Monóxido
de Carbónico en Estanque de Oxígeno.
3.3 CARACTERISTICAS DE EQUIPOS.
En el proceso de producción de oxígeno intervienen equipos especiales para la
distribución de oxígeno medicinal, cumpliendo cada uno con los estándares requeridos para
mantener el nivel de pureza de oxígeno exigido para la distribución a pacientes.
3.3.1 GENERADORES DE OXÍGENO.
Los generadores de oxígeno son el componente principal dentro de la línea de
producción. Actualmente la planta de oxígeno posee tres generadores en la central de oxígeno,
dos generadores modelo OG-375 con una capacidad de entrega de 9.0 m³/hora c/u y un
11
generador OG-500 con una capacidad de 13 m3/hora. Además todos poseen drenaje
automático de nitrógeno hacia la atmósfera.
El generador es fabricado por la empresa canadiense OGSI, y su concentración de
oxígeno es de 93%±3%, con un requerimiento de aire comprimido de 1,93 m3/min. (68 pies
cúbicos por minuto), el consumo de energía es de 0.2 Kw. Su tensión de trabajo es 220 V,
posee un nivel de ruido 70 dB a 1 metro.
La presión de entrada a los generadores es de 72 psi, su presión de salida es 56 psi, en
su tablero de control se encuentran alojadas 6 válvulas solenoides controladas por un PLC
marca Direct Logic 105 que controla las válvulas de aire a los generadores y además controlar
la purga del residuo.
Se muestra figura 3.3 Generador de Oxígeno OGSI OG-375.
Figura 3.3.Generador de Oxígeno Vista Externa e Interna.
3.3.2 COMPRESORES DE AIRE.
La planta de oxígeno cuenta con tres compresores de aire marca Kaeser modelo SK 26
(figura 3.4). Los compresores son de tipo tornillo, lubricado con aceite, su presión de trabajo es
101,5 psi, con una capacidad de flujo de 2,4 m3/min., el motor trabaja a un consumo de 11
Kw/Hora. con entrada trifásica. Los compresores cuentan con un sistema basado en PC, con lo
12
cual puede procesar información sobre las funciones críticas y de control del compresor así
como las de mantenimiento. La función de estos compresores es captar el aire de la atmósfera
para comprimirlo hasta una presión de 110 psi y una temperatura de trabajo de 70º C.
Los compresores trabajan controlados por un módulo programador marca Kaeser MAC-
41, el cual alterna el trabajo de los equipos para que tengan el mismo desgaste.
Figura 3.4.Compresor Kaeser SK26. 3.3.3 ESTANQUE DE AIRE 2m³ CENTRAL DE AIRE.
De fabricación canadiense su capacidad es de 2 m³/min., y posee purga manual del
residuo líquido producto de la humedad que queda en el fondo del estanque. El estanque de
aire (figura 3.5) tiene su salida de aire en la parte superior. Cumple con dos funciones en el
proceso:
1. Trampa de agua, retenedora de agua antes de pasar el aire a secadores de aire.
2. Acumulación o mantener flujo de aire constante para los secadores de aire.
13
Figura 3.5.Estanque Aire 2m³ Central de Aire.
3.3.4 ANALIZADOR DE OXÍGENO CONSPEC P2259.
El controlador de gas multicanal Conspec P2259 es un microcomputador que concentra
el sistema de procesador central y el visor para utilizarlo con los sensores remotos de gas. El
sistema detecta, monitorea, muestra y transmite las concentraciones de gases combustibles y
tóxicos. Al sistema se pueden conectar hasta 4 sensores remotos de gas.
El monitor de panel multicanal es un microprocesador ubicado en el panel de control y
monitoreo que esta diseñado para aceptar múltiples entradas de RTD, de monitores de gas,
frecuencia o señal de tensión o corriente proveniente de los instrumentos, el panel entrega una
visión permanente de las lecturas en el visor digital de cristal liquido, además de información de
salida para el control de las alarmas.
Un operador desde la botonera puede activar los relés internos e ingresar los valores
preestablecidos como ajustes para activar las alarmas. Opcionalmente se puede suministrar un
señalizador de salida y un transductor de salida de 4-20mA para conectarlo a los sistemas DCS
y PLC.
En su interior se encuentran alojados tres sensores que son: Pureza de Oxígeno (O2),
Dióxido de Carbónico (CO), Monóxido de Carbono (CO2).
La construcción del equipo pertenece a la empresa Conpec Controls de origen
14
canadiense y su modelo es OGSI P2259. Este equipo esta contenido en gabinete tipo NEMA
4X no metálico, su alimentación de energía es de 115 /24 volts DC con un consumo de energía
de 33 Watt. El analizador como salidas tiene posibilidad de entregar la lectura de
eventualidades de gráficos históricos de 15 minutos a 24 horas, conexión a impresora y
además entregar alarmas visuales que constan de 3 indicadores visuales mas una sonora.
Posee el analizador una memoria de 64 Kb y una resolución de 12 bits del convertidor
A/D, y contactos para relé de alarmas de 10 Amp 220 Volts, Cuenta con un diplay de cristal
líquido (LCD) de 8 líneas gráficas de lectura continúa.
Actualmente se dispone de tres indicadores de alarma visual y un indicador sonoro
montado en tablero de control de central de Oxígeno.
La figura 3.6 muestra el equipo montado en gabinete, se puede observar además el
display de cristal líquido, led de señal de estado de los gases, manómetros de presión, led de
operación de la máquina, flujómetro, etc.
Figura 3.6. Analizador Conspec.
En figura 3.7 se muestra el interior del analizador, donde se encuentran alojadas las
tarjetas de conexión del equipo con transductores, como también los transductores
propiamente tal y la conexión entre componentes.
15
Figura 3.7. Interior Analizador Conspec.
3.3.5 TRANSDUCTORES DE EQUIPO ANALIZADOR DE OXÍGENO CONSPEC.
El analizador de gases Conspec trabaja conectado a tres sensores que son:
• P2416 Dióxido de Carbono (CO2) con rango de medición de 0-500 ppm
• P2261 Monóxido de Carbono (CO) con rango de medición de 0-50 ppm.
• P 2761 Oxígeno (O2) con parámetro de 0-100%.
Los transductores remotos de gas (figura 3.8) incluyen un indicador led de trabajo
normal, alarma, falla sensor o verificación de calibración, tienen una salida de 4 a 20 mA para
conectarlo a los sistemas P2259 Y P2260 de la empresa Conspec. Los transductores se
combinan con el controlador multicanal P2259. Algunas de sus características son:
1. Instalación en gabinete NEMA 4-4x no metálico.
2. Alimentación eléctrica 24 Volts 30 mA por canal.
3. Calibración fácil por una persona.
4. Reestablecimiento automático después de interrupción de alimentación eléctrica.
5. Salida opcional 4-20 mA.
6. Temperatura de trabajo entre -20º C y 45º C.
7. Humedad no condensada entre 0 a 99%.
16
Figura 3.8. Transductores Remotos de Gases. 3.3.6 SECADORES POR ABSORCIÓN.
Se cuenta con dos secadores de aire marca Kaeser modelo KAD 165 (figura 3.9), son
los encargados de secar el aire absorbiendo toda la humedad, esta es purgada
automáticamente mediante válvulas solenoide. La presión de trabajo es de 101,5 psi.
Su capacidad de flujo es de 4,67 m³/min. Su alimentación eléctrica es de 220 V, y su
punto de condensación a presión de trabajo es de -73 ºC.
Los secadores cuentan con una tasa de depuración de 50.7-101.5 psi. Como promedio
máximo 345,1-419 psi, el aire disponible promedio es 4 m³/min. La máxima presión de trabajo
es 152.2 psi.
Figura 3.9 Secador por Absorción.
17
3.3.7 SISTEMA DE RESPALDO CONTROL AUTOMÁTICO WESTERN.
Es el sistema encargado de monitorear el estado en la línea de distribución, verifica que
se encuentre trabajando con una presión de 50 psi, que es la presión que debe mantenerse por
toda la línea dentro del recinto hospitalario. Si la presión baja, automáticamente el sistema
cierra la válvula de salida de la línea proveniente de la planta generadora, y abre la válvula de
la línea que viene de los cilindros del banco de respaldo uno y dos.
La unidad de control del sistema de respaldo tiene un visor digital que indica el nivel de
presión tanto en los cilindros como en la línea de presión. Esto evita la posibilidad de errores
por parte de los operarios producto de la mala lectura de los indicadores en los manómetros de
presión cuando se verifica el estado de la línea de presión y los cilindros.
El sistema cambia automáticamente al segundo banco de cilindros cuando se vacía el
primer banco. El sistema se reinicia automáticamente una vez que los cilindros vacíos se
reemplazan.
La unidad de control del modelo incluye reguladores internos de línea dual que se
ajustan desde 30 a 60 psi.
La figura 3.10 muestra el rack del controlador automático Western; se ve la vista externa
en donde va montado los indicadores de presión de la línea procedente de la planta
generadora, como además los indicadores de presión del banco primario y el banco
secundario.
Figura 3.10.Sistema Automático Western Vista Externa e Interna.
18
La figura 3.11 muestra el panel visor de presiones de las líneas de distribución.
Figura 3.11. Panel Indicadores de Presión Líneas de Distribución. 3.3.8 ESTANQUE RECEPTOR DE 2 M³ PARA AIRE CENTRAL OXÍGENO.
El estanque receptor de aire (figura 3.12) es el encargado de contener el aire totalmente
seco proveniente de los secadores para contenerlos y a continuación pasarlos a una próxima
etapa que son generadores de oxígeno que es la en que se separa el oxígeno del nitrógeno.
Su presión de trabajo es 110 psi y su presión de prueba es 217.5 psi.
Figura 3.12.Estanque Aire Central Oxígeno.
19
3.3.9 ESTANQUE DE 2 M³ OXÍGENO LIMPIO.
El estanque de Oxígeno limpio (figura 3.13) es el encargado de contener el gas a una
presión de 50 psi, y enviarlo hacia los servicios clínicos, además cumple la función de
suministrar oxígeno a los cilindros del banco de respaldo. La presión de trabajo del equipo es
variable y se encuentra asociada además a la pureza que entrega la planta, encontrándose
momentos de poco consumo a 65 psi, mediano consumo a 60 psi, y alto consumo a 50 psi.
Figura 3.13.Estanque Oxígeno Limpio. 3.3.10 COMPRESOR RIX.
También llamado compresor de alta presión, es el encargado de llenar los cilindros del
banco de respaldo con una presión de trabajo de 2200 psi. El compresor RIX de la figura 3.14
es un compresor de oxígeno que es lubricado en seco, su motor es de 1.5 HP y requiere una
alimentación de 220 Volts, el caudal es 0.85 a 3.39 m³/h. La capacidad de llenado es de 10
botellas/máximo por día y su presión de succión es de 30,4-71.3 psi.
20
Figura 3.14. Compresor RIX. 3.3.11 BANCOS DE RESPALDO PLANTA DE OXÍGENO.
La función del banco de respaldo es la de entregar flujo constante en caso de falla de la
planta por un periodo aproximado de tres días.
El banco se compone de banco primario y banco secundario, ambos en figura 3.15. El
banco primario consta de 10 cilindros y posee una autonomía aproximada de 18 horas y el
banco secundario, el cual posee 40 cilindros con una autonomía aproximada de 48 horas.
Estos datos del consumo son estimativos para el periodo de verano en que el consumo
es el mas bajo del año.
Figura 3.15.Banco de Respaldo Planta Oxígeno.
21
Figura 3.16 diagrama de proceso de la producción de producción de oxígeno.
Figura 3.16. Proceso de Producción Oxígeno Hospital Regional. 3.4 SISTEMA ELÉCTRICO CENTRAL DE OXÍGENO.
La actual planta de oxígeno se encuentra conectada a la red eléctrica del Hospital
Regional, la red eléctrica posee un sistema de respaldo; compuesto por un grupo electrógeno
de 270 Kva. La planta de oxígeno necesita una energía eléctrica de 840 Kw/h por día, lo que
promedia un consumo mensual de 25.200 Kw/h. La figura 3.17 muestra tablero eléctrico de
central de oxígeno.
Figura 3.17 Tablero de Fuerza Central de Oxígeno.
22
En la figura 3.18 se muestra el diagrama eléctrico de tablero de la central de oxígeno,
este tablero alimenta:
• Tres compresores Kaeser.
• Dos secadores por absorción Kaeser.
• Tres generadores de oxígeno Conspec.
• Un compresor RIX.
• Iluminación interior.
• Control automático Western.
Además de tablero de central se conecta a tablero de control donde se aloja el PLC
Siemens serie LOGO que realiza el proceso de control de válvulas solenoides de salida de
residuo. En tablero de control se proporciona 24 v DC a equipos mediante fuente de poder de
PLC Siemens. La alimentación de 24 volts es necesaria para el encendido de led’s de
indicadores de tablero, fuente de poder para PLC, alimentación de válvulas solenoides de
purga, etc.
Figura 3.18. Diagrama Eléctrico Central de Oxígeno.
23
En la figura 3.19 Tablero de Control Central de Oxígeno.
Figura 3.19. Vista Interna Tablero de Control.
En figura 3.20 se muestra diagrama de alimentadores de equipos de proceso.
Figura 3.20. Diagrama Alimentadores Central de Oxígeno.
24
4.1 INTRODUCCIÓN.
Los computadores tienen gran cantidad de aplicaciones en distintas áreas, gracias a
que son dispositivos programables de propósito general muy eficientes al trabajar con grandes
volúmenes de información y fáciles interfases con el usuario.
Adquirir datos es el proceso de medir los parámetros físicos que los transductores
transforman en señales de tipo eléctrica e introducirlos al sistema. Cuando se adquieren, se
producen procesos que intervienen los datos adquiridos como alarmas, control guardar datos,
escalados de datos, etc.
Posteriormente a la adquisición de datos se realiza el análisis para extraer información
útil a partir de la cual se reportan los datos, se visualizan resultados y se comparte la
información.
La función de adquirir datos es una de las tareas más complejas, porque en un sistema
basado en computador la adquisición se realiza mediante hardware especializado de medición
que puede desglosarse en:
• Transductores o Sensores.
• Conectividad de la señal o de los Transductores y sensores.
• Acondicionamiento de la señal.
• Conversión analógica-digital.
En figura 4.1 se puede observar un sistema de adquisición de datos típico.
Figura 4.1. Modelo de Adquisición de Datos.
25
La tarjeta de adquisición de datos se considera como un sistema de adquisición
completo; sin embargo la tarjeta es solo uno de los componentes del sistema. A diferencia de la
mayoría de los instrumentos autónomos, no se pueden conectar señales directamente a la
tarjeta de adquisición. Algún accesorio debe acondicionar la señal antes que la tarjeta la
convierta en información digital. Finalmente el software controla el sistema adquiriendo datos,
analizándolos y presentando los resultados.
4.2 TRANSDUCTORES.
Existe una gran variedad de acuerdo a las necesidades como medición de temperatura,
presión, flujo de fluido, etc. Se muestra la Tabla 4.1 donde se muestran los diferentes tipos de
transductores.
Tabla 4.1 Tipos de Transductores
Fenómeno Físico. Transductores.
Temperatura. Termocuplas, RTD’s, Termistores.
Luz. Foto sensores, Celdas Fotoconductivas.
Sonido. Micrófono.
Fuerza y Presión. Strain Gauges, Transductores Piezoeléctricos, celdas de Cargas.
Posición y Desplazamiento. Potenciómetros, LVDT’s, Encoder Óptico.
Flujo o Caudal. Medidores Hidrostáticos, Flujo metros Rotacionales, Flujo metros
ultrasónicos.
Ph. Electrodos Ph.
4.3 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES.
El acondicionamiento de la señal es uno de los componentes más importantes en un
equipo de adquisición de datos basado en PC. Diferentes señales requieren de algún tipo de
preparación antes de ser digitalizadas. Por ejemplo los termopares producen señales
amplificación, filtrado y linealización.
Algunos transductores, como termistores, galgas y acelerómetros, requieren de
alimentación eléctrica además de la amplificación y filtrado, mientras que ciertas señales
pueden requerir aislamiento para proteger el sistema de variaciones de tensión. Idealmente un
26
equipo debería permitir todo tipo de acondicionamiento incluido la combinación de algunos
procesos, si bien este ha de adaptarse a las posibles necesidades.
Es conveniente conocer algunos de los términos de los sistemas de acondicionamiento
de datos.
• Amplificación: la mayoría de los transductores entregan una señal de muy bajo nivel
para una amplificación directa, usando tarjetas de acondicionamiento de datos. Ejemplo
las termocuplas y strain-gauges suministran menos de 50 mV.
• Aislamiento: puede ser definido como la separación de una señal de otra para prevenir
interacciones entre éstas; existe un grado de aislamiento entre canal a canal. Los tres
beneficios de la aislación galvánica son: protección al ruido, ruido reducido y alto
rechazo de voltaje en modo común.
• Filtrado: se utiliza para remover señales indeseadas, ya que gran cantidad de ruido se
genera a causa de la corriente alterna.
• Suministro eléctrico de Energía: los acondicionadores de señal proveen alimentación
eléctrica para algunos tipos de traductores, ya que por ejemplo los strain-gauges, RTD’s
y termsitores, requieren de una señal de excitación de tensión o corriente externa.
• Linealización: es otra función típica de los módulos de acondicionamiento. Esta
capacidad se debe utilizar en los casos de transductores tales como, termocuplas,
RTD’s y strain-gauges que poseen una respuesta no lineal a los cambios en el
fenómeno que se está midiendo.
4.4 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.
Las tarjetas de adquisición de datos están diseñadas para economizar tiempo y dinero,
todas ellas ocupan un computador como plataforma. La señal que se mide con las tarjetas
puede ser enviada al computador a través de varias estructuras de buses.
Las tarjetas ocupan la tecnología de measurement-ready (listo para mediciones) y
plug&play (conectar y operar). Las especificaciones técnicas estan dadas por el número de
canales, razón de muestreo, resolución y rango de entrada.
27
4.4.1 CONFIGURACIÓN DE TARJETAS DE ADQUISICIÓN MEDIANTE LABVIEW.
Las tarjetas DAQ son tarjetas insertables que permiten la entrada y salida de datos del
computador a otros aparatos, donde se conectan sensores, y transductores, para interactuar
con el mundo real. Los datos que entran y salen pueden ser señales digitales o análogas, o
simplemente conteos de ocurrencias digitales, tanto de entrada, como de salida.
Existen tarjetas de alto y bajo desempeño. Las de alto son programables, y facilitan
altas velocidad de manejo de información, pues son en cierta forma inteligentes y suficientes,
tal como un sistema Stand Alone, y por tanto no comprometen mucho la velocidad y
rendimiento del computador.
Las tarjetas como cualquier otro periférico, requieren de sus parámetros de
programación, y hasta protocolos de comunicación, por lo que se necesita de un software driver
que maneje programar aplicaciones con los beneficios de dichas tarjetas, de una forma
sencilla.
LabVIEW ofrece acceso a los driver desde las rutinas de configuración. Los driver
disponibles son para las tarjetas de la NI National Instruments.
La configuración se hace a través del programa anexo a LabView, NI-DAQ.
4.4.2 COMPONENTES DE TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.
4.4.2.1 Interfases: una tarjeta de adquisición de datos poseen tres interfases para recibir o
enviar señales.
1. Conector de Entrada y Salida: Medio por el cual la señal ingresa o sale de la tarjeta de
adquisición el conector puede tener 50, 68 o 100 pines.
2. Conjunto de Interfaz de Entrada y Salida del Computador: Esta diseñado para
transferir información de un lado a otro desde la tarjeta al computador. Esto dependerá
del tipo de protocolo de bus que se esté utilizando.
3. Bus de Integración del Sistema en Tiempo Real: El bus RTSI esta diseñado para
compartir y sincronizar señales entre múltiples señales de tarjetas de adquisición de
datos en el mismo computador.
28
4.4.2.2 Conjunto de Circuitos de Entrada Análoga: Después de ingresar al conector de
entradas y salidas, la señal análoga se transmite a través del conjunto de circuitos de
entrada análoga. Después se transmite la señal al conversor análogo digital. El conjunto
de circuitos de entrada análoga consiste en un multiplexor y un amplificador de
instrumentación.
1. Multiplexor: Conmutador que solo conecta uno de varios canales de entrada al
amplificador de instrumentación. A su vez cuando se adquieren datos desde múltiples
canales, el multiplexor conmuta con todos los canales, conectándolos secuencialmente
al amplificador.
2. Amplificador de Instrumentación: Este elemento puede amplificar o atenuar la señal
que recibe. Su propósito es asegura que la señal tenga el rango del conversor análogo
digital.
En la figura 4.2 se señala el conjunto de circuitos al interior de la tarjeta en forma de
bloques y su posterior salida a través de conector tipo PCI de computador.
Figura 4.2. Bloques Internos Entrada y Salida Análoga Tarjeta PCI. 4.4.2.3 Conversor Análogo Digital: El conversor realiza la función de transferir una tensión
análoga en un número de formato digital que se envía al computador. Se puede utilizar
la funcionalidad de entrada análoga, en una amplia gama de aplicaciones desde
pruebas a suministro de energía
4.4.2.4 Conversor Digital Análogo: Este conversor toma un número en formato digital y lo
convierte en una señal análoga que es transmitida al exterior de la tarjeta a través de
29
una interfaz de entradas o salidas. Este conversor es útil para la generación de señales
de corriente continua (amplitud), tonos específicos (frecuencias), y formas de onda. Se
puede utilizar la funcionalidad de la salida análoga de la tarjeta de adquisición de datos
en aplicaciones desde sistemas de control utilizando un controlador PID para
servomotores.
4.4.2.5 Conjunto de Circuitos de Entrada y Salida Digital: Este conjunto puede realizar las
funciones de entrada o salida. Las líneas digitales no tienen la temporización. Son muy
útiles para medir el estado de una señal digital.
4.4.2.6 Conjunto de Circuitos del Contador: Los contadores adquieren y generan señales
digitales. Tienen señales de temporización incorporadas llamadas bases de tiempo que
los hacen ideales para generar la velocidad de señales digitales.
4.4.3 PARÁMETROS A MEDIR EN TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.
4.4.3.1 Número de canales: Número de canales analógicos o digitales de entrada que tiene la
tarjeta de adquisición, se especifican si son entradas simples o diferenciales, ya que
existen tarjetas con ambas características. Las tarjetas de entrada simple estan
referidas a un punto tierra en común. Estas se usan cuando la señal es de nivel alto
(mayor a un volts), y la longitud de los cables desde la fuente de señal a la tarjeta es
inferior a cinco metros. En caso contrario deberán usarse entradas diferenciales, los que
para cada canal tiene su propia tierra de referencia y reducen o eliminan los errores
causados por las señales de ruido.
4.4.3.2 Razón de Muestreo: Parámetro que determina el tiempo que se ocupa para la
conversión análoga digital. Una razón de muestreo más alta realizará una mejor
representación de la señal original que una razón de muestreo más lenta. Una
frecuencia de muestreo lenta puede originar la señal llamada aliasing, que es una señal
con una frecuencia distinta a la verdadera.
Por teorema Nyquist, la frecuencia de muestreo debe ser por lo menos el doble del
componente de frecuencia máxima contenida en la señal que se desea digitalizar. Por
30
ejemplo señales de audio convertidas a señales eléctricas generalmente tienen
componentes de hasta 20 Khz.; por lo tanto, se necesitará una tarjeta con una tasa de
muestreo mayor que 40 Khz. para adquirir la señal adecuadamente. La figura 4.3
muestra el efecto de una medición efectuada tomando varios puntos de muestra de la
señal.
Figura 4.3.Muestra de Señal con Varios Puntos de Prueba.
La figura 4.4 muestra una señal tomando pocos puntos de medición o efecto de poca
razón de muestreo o aliasing. Se puede observar que la señal interpretada no
corresponde con la señal original con lo que se presenta el problema de lectura errónea
de los datos.
Figura 4.4. Muestra con baja Razón de Muestreo. 4.4.3.3 Resolución: Número de bits que ocupa el conversor análogo digital para representar la
señal análoga. Una alta resolución significa que la amplitud de la señal bajo captura ha
sido separada en una mayor cantidad de divisiones, lográndose con esto hacer
detectables todos los pequeños cambios de la señal medida.
La figura 4.5 muestra la resolución de un conversor análogo digital de tres bits.
31
Figura 4.5. Resolución de Conversor análogo digital de tres bits. 4.4.3.4 Multiplexado: Una técnica común para medir varias señales con un solo conversor
análogo digital es el multiplexado. El multiplexor muestra un canal, luego conmuta el
próximo y así sucesivamente. Es decir, efectúa el mismo trabajo que hace un solo
conversor de varias entradas, teniendo en cuenta los costos y tiempos de muestreo
correspondiente. Para obtener el número de muestras por canal (x) se debe considerar
la ecuación siguiente.
X= [nº (muestras/seg.)]/nº canales
4.4.3.5 Rango: Se trata de la relación de los niveles de tensión máximo y mínimo que el
conversor análogo digital puede cuantificar. Las tarjetas de adquisición ofrecen rangos
seleccionables entre 0 y 10 volts o +/- 10 volts, donde el rango, la resolución y la
ganancia determinan cual será el menor cambio de tensión detectable. Esto se
determina la siguiente ecuación.
Rango/ (ganancia x 2 ^resolución).
Ejemplo: Una tarjeta de adquisición de 12 bits de resolución con un rango de entrada
de 0 a 10 volts y una ganancia unitaria detecta un cambio mínimo de 2.4 mvolts,
mientras que la misma tarjeta pero con un rango de -10 a +10 volts detecta solamente
4.8mvolts.
32
4.4.3.6 Ganancia: Es referida a la amplificación o atenuación de la señal sea esto en una etapa
anterior a la digitalización. Al aumentar la ganancia de la señal se decrementa el rango
de la entrada del conversor análogo digital, con esto se permite que el conversor utiliza
tantas divisiones digitales como le sea posible para representar la señal.
4.4.3.7 Canales de salida análoga: los circuitos de la salida análoga son a menudo requeridos
para proporcionar un estímulo para los sistemas de control. Según las características de
los conversores digital análogos, determina la calidad de la señal de salida, esto es
tiempo de conversión, rango de trabajo y resolución. Lo dos primeros trabajan unidos y
determinan la velocidad en que el conversor análogo digital puede cambiar el nivel de la
señal de salida.
4.4.3.8 Entradas y salidas digitales: las interfases de entrada o salida son a menudo
ocupados en computadores con sistemas de adquisición de datos para control de
proceso, generación de patrones de prueba y comunicación con equipos periféricos. En
cada caso, los parámetros importante incluyen el número de líneas digitales, el rango en
que los puede aceptar y la fuente de datos digitales en estas líneas, como también su
capacidad en corriente.
4.4.3.9 Tiempos de entrada y salida: los circuitos contadores/medidores de tiempo son
usados por muchas aplicaciones, incluyendo la cuenta de eventos digitales, tiempo de
pulsos digitales y generación de ondas cuadradas y pulsos.
4.4.3.10 Ancho de códigos: los parámetros de rango, ganancia y resolución que tiene una
tarjeta de adquisición determinan el menor cambio en la entrada de tensión. Este
cambio de tensión representa un bit menos significativo (lsb) del valor digital y es
llamado ancho de código.
El cambio de tensión mas pequeño se calcula con la siguiente formula:
33
4.4.3.11 Ruido: el ruido es un agente interno o externo que distorsiona la señal antes de que
sea convertida en una señal digital. El ruido externo se puede limitar utilizando un
acondicionamiento de datos adecuado. Se puede minimizar el ruido sobremuestreando
la señal y tomando el promedio de los puntos sobre muestreados.
4.4.4 CONEXIONES ENTRADAS ANÁLOGAS.
Existen tres modos de conectar las señales al amplificador de instrumentación de la
tarjeta de adquisición (PGIA): DIFF, NRSE y RSE.
4.4.4.1 Modo Diferencial: en un sistema de medición diferencial ninguna entrada al
amplificador de instrumentación es referenciada a tierra de sistema.
4.4.4.2 Modo RSE: la medición en este modo se realiza con respecto a la tierra del sistema.
4.4.4.3 Modo NRSE: en modo NRSE, todas las mediciones son aun realizadas con respecto a
una referencia común como en el modo RSE, pero a diferencia del anterior, la tensión
de referencia puede variar con respecto a la tierra del sistema.
La configuración de las entradas dependerá fundamentalmente del tipo de señal que
conectemos, en concreto de si la señal es flotante o esta referida a la misma masa del sistema
de medida (Tarjeta). La figura 4.6 muestra los tipos de conexiones de entrada análoga.
Figura 4.6. Conexiones Entradas Análogas.
34
4.4.4.1 CONFIGURACIÓN DIFERENCIAL.
1. Configuración Diferencial - Señales Referidas a Masa.
Cada una de las entradas tiene su punto de referencia por separado. Se utilizan dos
canales de la tarjeta para cada entrada diferencial. El número de canales se reduce a la mitad.
(En la PC-1200 pasa de 8 a 4 en la NI-6014 pasa de 16 a 8).
Con este tipo de conexión el amplificador rechaza:
• La tensión en modo común de la señal. Por ejemplo las interferencias procedentes de la
red eléctrica que estan presentes en ambos terminales.
• La diferencia de potencial entre la masa de la señal y la de la tarjeta.
Esta configuración esta indicada para:
• Señales de entrada de bajo nivel (menores de 1 V).
• Los cables de conexión son mayores de 3 m.
2. Configuración Diferencial - Señales Flotantes.
Si se desea medir señales referidas a masa con una configuración diferencial se debe
añadir unas resistencias que proporcionen un camino de retorno para las corrientes de
polarización del amplificador. Sin camino de retorno se puede provocar la saturación del
amplificador. Los valores típicos de las resistencias de polarización estan entre 10 kΩ y 100
kΩ).
La inclusión de estas resistencias presenta inconvenientes:
• Reduce drásticamente la impedancia de entrada del amplificador de instrumentación.
• Provoca una tensión de offset en la entrada debido a la diferencia de valor entre las
corrientes de polarización que atraviesan las resistencias.
4.4.4.2 CONFIGURACIÓN UNIPOLAR (RSE, REFERENCE SINGLE ENDED).
1. Configuración Unipolar - Señales Flotantes.
En esta conexión la masa es común para todos los canales y el amplificador. Esta
configuración es común para todos los modelos de tarjeta, con la diferencia del número total de
canales.
35
2. Configuración Unipolar - Señales con Masa de Referencia.
El modo RSE con señal a masa de referencia No se recomienda, ya que la conexión
de señales con masa de referencia a una configuración unipolar del amplificador provocaría un
bucle de corriente entre masas debido a la diferencia de potencial (∆Vg) entre ambas.
4.4.4.3 SEÑAL NRSE.
1. Pseudo-diferencial (NRSE, Non Reference Single Ended).
Puede apreciarse que aunque todas las señales de entrada tienen masa común (habría
que conectarla a AISENSE) esta es diferente a la del amplificador (AIGND).
2. Configuración Pseudo diferencial - Señales Referidas a Masa.
El modo NRSE con señal referida a masa.
Esta configuración NRSE esta indicada para medir señales con masa de referencia, ya
que así se consigue que el amplificador rechace:
• La tensión en modo común de la señal (p. ej. ruido presente en ambos terminales).
• No se dispone de masas de referencia separadas para cada señal de entrada lo que
puede resultar un problema, sobre todo si las señales de entrada no tienen masa común.
36
5.1 INTRODUCCION.
En este capitulo se determinaran las características técnicas necesarias para obtener
una señal lo mas fiel posible a la muestra original.
5.2 MÓDULOS DE ACONDICIONAMIENTO 5B42.
El acondicionamiento de señales analógicas es necesario para el aislamiento de las
mismas, para evitar el ruido y para amplificar. Existe una serie de módulos del fabricante
Análog-Devices englobados bajo el nombre de “5B” que permiten diferentes posibilidades de
acondicionamiento canal por canal.
La figura 5.1 muestra un modelo de acondicionadores 5B42.
Figura 5.1. Acondicionador de Datos 5B42. Para el desarrollo del proyecto se utilizarán módulos 5B42-01 y 5B42-02, que convierten
una señal de entrada de corriente en un rango de 4-20 mA a una salida en forma de tensión el
primero entre 1 a 5 Volts y el segundo entre 2 y 10 Volts. Además el módulo actúa como filtro
ante el ruido y ofrece aislamiento ante una conexión accidental en la línea de tensión.
Los módulos de acondicionamiento 5B42 poseen las siguientes características:
• Exactitud ±0.05% FSR ±4 µA RTI.
• Estabilidad Offset de Entrada ±0.5 µV/ºC.
• Estabilidad Offset de Salida ±0.5 mV/ºC.
• Estabilidad de Ganancia ±0.5 ppm/ºC.
• Lazo de Suministro de Tensión 20V@4 a 20 mA
37
• Requerimiento Eléctrico 200 mA o +5 V DC
• Resistencia de Entrada 25Ω
• Ancho de Banda 100 Khz.
• Aislamiento 1500 V.
El módulo trabaja en un rango de temperatura entra -40 º C y 85 º C, y se encuentra
encapsulado en un paquete modular con conectores tipo plug-in compatible con blackplanes
5B01. La figura 5.2 muestra su diagrama de bloques funcional, donde puede apreciarse dos
zonas internas delimitadas por una barrera de aislamiento.
Figura 5.2.Diagrama de Bloques 5B42. En tabla 5.4 se muestra el número de pines de módulo 5B42.
TABLA 5.4
1 SENSOR - 6 ENTRADA ALTA 20 I/O COMUN
2 SENSOR + 16 COMUN 21 RESERVADO
3 EXITACION - 17 +5V DC 22 LECTURA
4 EXITACION + 18 Vin 23 ESCRITURA
5 ENTRADA BAJA 19 Vout
38
5.3 BACKPLANES 5B01.
Es una regleta de conexión de módulos 5B. Este módulo figura 5.3 de conexiones se
encuentra en configuraciones de 8 canales ó 16 canales y necesita una alimentación de 5V.
La entrada de la señal varía según sea el tipo de módulo de acondicionamiento que se
ocupe ya que existen además módulos como:
• Entrada sensor temperatura y salida de tensión (5B35).
• Entrada tensión y salida corriente (5B39).
• Entrada frecuencia y salida tensión (5B45).
Figura 5.3. Rack Backplanes 5B01.
La figura 5.4 muestra el diagrama de conexión de canales, alimentación eléctrica y
salida de la señal.
Figura 5.4. Diagrama de Conexión Backplanes 5B01.
39
El slot de salida se denomina “voltaje I/O”, y es el encargado de enviar o recibir señal en
forma de tensión.
5.4 ADAPTADOR DE CONEXIONES SC-2050.
Es un accesorio para la adquisición de datos de la serie E. Es aplicable a la serie 5B,
SC-204X, ER-8, SC-206X y SSR. Además el adaptador posee tres conectores repartidos en
dos análogos y uno digital, y un conector de salida de 50 pines a tarjeta de adquisición de
datos.
El adaptador SC-2050, se compone de cinco slots:
• J1 Conector a tarjeta adquisición de datos serie E.
• J2 Conector de salida a Block CB-50.
• J3 Conector de entradas análogas.
• J4 Conector de entradas y salidas análogas.
• J5 Conector de entradas y salidas digitales.
La figura 5.5 muestra el adaptador en su forma física y slots de conexiones.
Figura 5.5. Adaptador SC-2050.
La figura 5.6 muestra un modelo de conexión entre equipos a través de tarjeta
adaptadora SC-2050. Se puede apreciar como entrada análogas equipos de la serie B y
entradas digitales de la serie SSR, todas de la National Instruments.
40
Figura 5.6.Ejemplo de Conexión SC-2050.
5.5 TARJETA ADQUISICION DE DATOS NI-PCI 6025E.
En esta sección se indican las principales características de la tarjeta de adquisición de
datos 6025E de National Instruments (figura 5.7). Posee una resolución de 12 bits y una
velocidad máxima de muestreo de 200 Khz. para cada canal. El rango máximo de entrada esta
entre +10V y -10V y el mínimo entre +50mV y -50mV, dispone de 16 canales de entrada y de
dos canales de salida analógicos con razón de muestreo máxima de 10 KS/s y resolución de 12
bits, así como de 8 líneas de entrada o salida digital (TTL, CMOS).
Posee además Triggering digital, Dos contadores de 24 bits y Configuración simple con
software NI-DAQ.
Los canales de entrada analógicos son configurables mediante software. Tienen tres
posibles modos de entrada: nonreferenced single-ended (NRSE), referenced single-ended
(RSE) y diferencial (DIFF). Los modos single-ended proporcionan 16 canales de entrada,
mientras que el modo DIFF proporciona 8 canales de entrada. El dispositivo se puede
programar de tal modo que se obtengan 12 canales por ejemplo, 4 canales en modo DIFF y 8
canales en modo RSE.
Un canal configurado en modo DIFF usa dos líneas de entrada analógicas. Una línea
conectada a la entrada positiva del amplificador de instrumentación de ganancia programable
(PGIA), y el otro conectado a la entrada negativa del PGIA. Un canal configurado en el modo
RSE usa una línea de entrada analógica conectada a la entrada positiva del PGIA, y la entrada
negativa del PGIA se conecta internamente a tierra (AIGND). Finalmente, un canal configurado
41
en el modo NRSE usa una línea de entrada analógica que se conecta a la entrada positiva del
PGIA. La entrada negativa del PGIA se conecta a la entrada analógica (AISENSE).
Figura 5.7.Tarjeta de Adquisición 6025E.
La tarjeta posee entrada bipolar, cada canal puede ser programado con una ganancia
única de 0.5, 1.0, 10, 100. La tabla 5.1 entrega la precisión de medida.
TABLA 5.1 PRESICION DE MEDIDAS.
Ganancia Rango de Entrada Precision
0.5 -10 a +10 V 4.88 mV
1.0 -5 a +5V 2.44 mV
10.0 -500 a +500 mV 244.14 µV
100.0 -50 a +50 mV 24.41 µV
La Figura 5.8 muestra la arquitectura interna en forma de bloques de la Tarjeta de
Adquisición de Datos NI 6025E.
42
Figura 5.8.Arquitectura Interna Tarjeta 6025E. 5.5.1 MODO DE ENTRADA.
Las tarjetas de adquisición de datos tienen tres modos diferentes de entradas: NRSE,
RSE y Diferencial. La configuración de la entrada diferencial es la más recomendada por
ofrecer estabilidad al circuito. Los canales configurados con entrada diferencial usan dos líneas
de entrada análoga, una línea se conecta a la entrada positiva de la tarjeta y la otra se conecta
a la entrada negativa. La figura 5.9 muestra el modo de entrada diferencial.
Figura 5.9. Entrada en Modo Diferencial.
43
5.5.2 DIAGRAMA DE DISTRIBUCION DE PINES TARJETA 6025E.
Figura 5.10. Distribución de Pines Tarjeta 6025E.
AIGND: Entrada Tierra Análoga.
ACH (0-15): Canales Entrada Análoga.
AISENSE: Detección Entrada Análoga.
DACOUT (1-2): Canales Salida Análoga.
AOGND: Tierra Salida Análoga.
DGND: Tierra Señales Digitales.
DIO (0-7): Entradas o Salidas Digitales.
PA (0-7): Puerto A Líneas Digitales Bidireccionales.
PB (0-7): Puerto B Líneas Digitales Bidireccionales.
PC (0-7): Puerto C Líneas Digitales Bidireccionales.
+5V: Alimentación.
SCANCLK: Reloj.
EXSTROBE: Strobe Externo.
PF10/TRIG1: Trigger 1.
PF11/TRIG2: Trigger 2.
PF12/CONVERT: Entrada Datos Convertidos.
PF13/GPCTR1_SOURCE: Contador Fuente.
PF14/GPCTR1_GATE: Contador de Entrada.
GPCTR1_OUT: Contador de Salida.
PF15/UPDATE: Entrada Actualizaciones.
PF16/WFTRIG: Trigger Waveform.
PF17/STARTSCAN: Comienzo Escaneo.
PF18GPCTRO_SOURCE: Contador 0 Fuente.
PF19GPCTRO_GATE: Contador 0 Entrada.
GPTR0_OUT: Contador 0 Salida.
FREQ/OUT: Frecuencia Salida.
44
5.5.3 SALIDAS ANÁLOGAS Y DIGITALES TARJETA 6025 E.
La tarjeta suministra dos canales de salida análoga de tensión en los conectores de
entrada y salida. El rango bipolar es fijo en ±10 Volts.
Se muestra la Figura 5.11 muestra la salida análoga de dos canales llamados
DACOUT0 y DACOUT1.
El canal denominado AOGND es la tierra de referencia de la señal de salida análoga.
Figura 5.11.Salidas Análogas. Para la salida digital la tarjeta posee 8 líneas de entradas y salidas digitales (TTL o
CMOS). Un ejemplo de su conexión se muestra en la figura 5.12. Se señalan dos entradas
digitales una de tipo TTL y otra de tipo CMOS, además de una salida de 5 V como señal para
activar un dispositivo.
Las entradas y salidas digitales se encuentran en los pines DIO (0-7) y además se
cuenta con tres puertos de líneas de datos bidireccionales llamados PA, PB y PC.
45
Figura 5.12.Entradas y Salidas Digitales. 5.6 BLOCK DE CONEXIONES CB-50.
El block de conexión CB-50 es un dispositivo que opera como conector de salida para
señales de salida que son enviadas por la tarjeta de adquisición de datos a través de un cable
de bus de 50 pines, el dispositivo internamente transforma la línea de bus de 50 pines a
terminales atornillables.
La figura 5.13 muestra el block de conexiones CB-50.
Figura 5.13. Block de Conexiones CB-50.
46
5.7 ALARMAS DE SALIDAS.
Para las alarmas de salida es necesario de los siguientes elementos:
1. Dos relés de estado sólido de entrada 5 Volts y Salida 250 Volts.
2. 1 Baliza 220 Volts.
3. 1 Sirena 200 Volts.
La figura 5.14 muestra los tres componentes de alarma.
Figura 5.14. Señales de Alarma y Relé Estado Sólido.
47
6.1 INTRODUCCION.
El presente capítulo comprende el desarrollo físico de la instalación del proyecto para
monitorear los tres parámetros necesarios en la producción de oxígeno medicinal que son
pureza de oxígeno, nivel de dióxido carbónico y nivel de monóxido de carbono. La
determinación de la activación de alarma se efectuará a través de un conjunto de componentes
capaces de dar pronto aviso a operador para que este, a su vez, entregue una oportuna
asistencia técnica al problema acontecido en la planta.
La figura 6.1 muestra el modelo que se obtendrá al instalar los componentes.
Figura 6.1 Modelo General Adquisición de Datos.
6.2 INSTALACION Y CONFIGURACION DEL HARDWARE.
6.2.1 CANALES DE ENTRADA.
El proyecto se analizará comenzando desde los transductores montados en el interior
del analizador Conspec.
Cada canal cuenta con 6 terminales de salida hacia los transductores, pero en el
modelo P2259 solo son necesarios cuatro terminales (seis terminales para modelo P2260).
En la figura 6.2 se muestran los cuatro canales de conexión que estan montados en las
tarjetas de interfaz de transductores múltiples del módulo Conspec P2259. Estas tarjetas
realizan la conexión de los transductores con el analizador de oxígeno.
48
Figura 6.2. Conexión de Canales Entrada.
El cable de cuatro terminales consiste en dos circuitos independientes, cada uno
funcionando mediante dos terminales. El primer par de terminales funciona como un conector
de señal análoga de 4-20 mA, que indica la concentración de gas. El segundo par de
terminales se usa para encender y controlar el led en el transductor además de monitorear el
interruptor de calibración del transductor.
Como descripción de terminales se muestra tabla 6.1.
Tabla 6.1
Terminal Nº Descripción
1 Positivo señal transductor 4-20 mA
2 Negativo señal transductor 4-20 mA
3 Alimentación transductor 24 volts
4 Tierra alimentación transductor
En las entradas de la señal del transductor terminales 1 y 2 se conectará cable de
instrumentación el cual enviará la señal a la sala de operador, como lo muestra la figura 6.3
para un solo canal.
49
Figura 6.3. Conexión Desde Canales a Sala Operador. 6.2.2 PARÁMETROS DE PUREZA DE OXÍGENO.
En la producción de oxígeno se toma como parámetro de pureza mínimo un 90% y un
máximo de 98% que es lo que puede alcanzar a producir la planta. El transductor de pureza de
oxígeno convierte la magnitud física del gas en salida de corriente proporcional lo que se puede
definir por la ecuación de la recta “y=mx±b”.
La salida de corriente del transductor varía entre 4 y 20 mA, el transductor P2761 se
puede calibrar para que tome como cero absoluto el 75% de pureza y pureza completa el
100%. En la figura 6.4 se muestra el gráfico correspondiente a la relación Pureza vs. Corriente.
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30
I mA
Pur
eza
O2
Figura 6.4. Gráfico Relación Pureza de O2/Corriente Transductor.
50
6.2.3 PARÁMETROS DE DIOXIDO DE CARBONO.
Al producir oxígeno medicinal también se genera dióxido de carbono que debe
mantenerse bajo los 100 ppm. El transductor de dióxido de carbono P2416 convierte la
magnitud física del gas en salida de corriente proporcional lo que se puede definir por la
ecuación de la recta “y=mx±b”.
La salida de corriente del transductor P2416 varía entre 4 y 20 mA.
Los parámetros del transductor van de un cero nivel de CO2 a 100% como máximo.
En la figura 6.5 se muestra el gráfico correspondiente a la relación nivel de dióxido de
Carbono y corriente de salida del transductor.
06,25
15,62521,875
31,2537,5
46,87553,125
62,568,75
78,12587,5
100
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25I miliamperes
Niv
el C
O2
Figura 6.5. Gráfico Relación CO2/Corriente Transductor
6.2.4 PARÁMETROS DE MONOXIDO DE CARBONO.
Al producir oxígeno medicinal además se genera monóxido de carbono que debe
mantenerse bajo los 5 ppm. El transductor de monóxido de carbono P2261 que convierte la
magnitud física del gas en salida de corriente proporcional lo que se puede definir por la
ecuación de la recta “y=mx±b”.
La salida de corriente del transductor P2261 varía entre 4 y 20 mA,
51
En la figura 6.6 se muestra el gráfico correspondiente a la relación nivel de Monóxido de
Carbono y corriente de salida del transductor.
0
0,46875
0,9375
1,40625
1,875
2,34375
2,8125
3,28125
3,75
4,21875
4,68755
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25
I miliamperes
Nive
l CO
Figura 6.6 Relación Nivel CO/Corriente Transductor. Al realizar la conexión en la tarjeta interfaz de transductores canales 1, 2 y 3 se envía la
señal a través de cable de instrumentación apantallado a 50 metros donde se encuentra la
oficina del operador de turno. La figura 6.7 muestra el recorrido de la canalización del cable
apantallado entre planta de oxígeno hasta la sala de operador.
La canalización de datos se realizará por tubería PVC de 16 mm. El cual podrá contener
los tres pares de cables de instrumentación
Figura 6.7 Plano recorrido Canalización de la Señal.
52
Al ingresar la canalización a sala de operador se conectara los tres pares de cable a
módulos de adquisición 5B42 los que serán montados en regleta backplanes 5B01, la regleta
contendrá seis módulos acondicionadores dos para la señal de pureza de oxígeno, dos nivel de
dióxido de carbono y los últimos para monóxido de carbono.
Los módulos montados en regleta backplane 5B01 serán , cuatro de tipo 5B42-
02(Oxígeno y Dióxido de Carbono) y dos 5B42-01 (monóxido de Carbono).
Se opta por módulos 5B42-02 por su salida entre 2 y 10 Volts por ampliar el margen
entre medidas que se obtendrá en la entrada de la tarjeta de adquisición de datos PCI 6025E.
La tabla 6.5 entrega la relación de nivel de corriente señal de transductores y tensión de
salida de módulos acondicionadores de datos 5B42.
TABLA 6.5 Relación corriente y Tensión.
I (mA) I (mA) I (mA) Canal 1 Volts Canal 2 Volts Canal 3 Volts
O2 CO2 CO 4,00 2,00 4,00 2,00 4,00 1,00 4,64 2,32 4,50 2,25 4,50 1,12 5,28 2,64 5,00 2,50 5,00 1,25 5,92 2,96 5,50 2,75 5,50 1,37 6,56 3,28 6,00 3,00 6,00 1,50 7,20 3,60 6,50 3,25 7,00 1,75 7,84 3,92 7,00 3,50 7,50 1,87 8,48 4,24 8,00 4,00 8,00 2,00 9,12 4,56 8,50 4,25 9,00 2,25 9,76 4,88 9,00 4,50 9,50 2,37 10,40 5,20 10,00 5,00 10,00 2,50 11,04 5,52 10,50 5,25 11,00 2,75 11,68 5,84 11,00 5,50 11,50 2,87 12,32 6,16 12,00 6,00 12,00 3,00 12,96 6,48 13,00 6,50 13,00 3,25 13,60 6,80 13,50 6,75 13,50 3,37 14,24 7,12 14,00 7,00 14,00 3,50 14,88 7,44 14,50 7,25 15,00 3,75 15,52 7,76 15,00 7,50 16,00 4,00 16,16 8,08 15,50 7,75 16,50 4,12 16,80 8,40 16,00 8,00 17,00 4,25 17,44 8,72 17,00 8,50 17,50 4,37 18,08 9,04 18,00 9,00 18,00 4,50 18,72 9,36 19,00 9,50 18,50 4,62 19,36 9,68 19,50 9,75 19,00 4,75 20,00 10,00 20,00 10,00 20,00 5,00
53
En oficina de operador se encuentran alojados el módulo 5B01 con sus módulos
acondicionadores de datos 5B42-02 y 5B42-01 adema se encuentra el block de conexiones
SC2050.
Del módulo 5B01 se realizará la conexión mediante cable de 26 pines desde el slot de
salida de tensión hasta el slot de entrada y salida análoga J4 de la tarjeta adaptadora de
conexiones SC2050.
La tarjeta SC2050 envía a su vez la señal a través de slot J1 de 50 pines hacia tarjeta
de adquisición de datos 6025E por medio de cable MIO 16. Para realizar la conexión de
entrada de la tarjeta se ocuparán seis canales de entrada análogos correspondientes a los
canales ACH0, ACH1, ACH2, ACH3, ACH4 y, ACH5, conectadas en modo diferencial. A
continuación se muestra tabla 6.6 que señala el modo de conexión de entradas análogas.
TABLA 6.6 ENTRADAS ANALOGAS
CANAL ENTRADA PINES TARJETA 6025E
CANAL 0 (+) 3 (ACH0)
CANAL 0 (-) 5 (ACH1)
CANAL1 (+) 7 (ACH2)
CANAL 1 (-) 9 (ACH3)
CANAL2 (+) 11 (ACH4)
CANAL2 (-) 13 (ACH5)
6.2.5 CANALES DE SALIDA (ALARMAS).
Las salidas del proceso de adquisición de datos serán dos: uno hardware (figura 6.8) y
otra software. En el presente capítulo se señalarán las de tipo hardware.
Se configurarán las salidas a través de los dos canales análogos de 5 Volts que entrega
la tarjeta de adquisición 6025E. Los canales análogos de salida se activaran mediante software
cuando exista algún error en los parámetros de las tres entradas de la planta. Desde el
computador montado en la sala de operador las salidas análogas son DAC0OUT y DAC1OUT.,
Las salidas ingresan al módulo adaptador SC2050 por slot J4 de entrada análoga.
54
Internamente el slot J4 se conecta a slot J2. Éste conecta la tarjeta adaptadora con
bloque terminal CB50 mediante cable de 50 pines. El block posee salidas atornillables para
conectarse a dos relés de entrada 5 Volts y salida 220 Volts los que activarán una baliza y una
bocina. Estas alarmas se colocarán en un lugar visible en el área de trabajo del operador.
La Tabla 6.7 muestra los canales de salida de tarjeta de adquisición.
TABLA 6.7 CANALES DE SALIDA.
CANAL SALIDA PINES TARJETA 6025E
CANAL 1 + 20 (DAC0OUT)
CANAL 1 - 1 (AIGND)
CANAL 2 + 21 (DAC1OUT)
CANAL 2 - 2 (AIGND)
Figura 6.8 Modelo Conexión Salidas Análogas.
55
7.1 INTRODUCCION.
Al estudiar la configuración de los sistemas de adquisición de datos modernos DAQ
(Data Acquisition System), basados en equipos PC (Personal Computer), se observa que una
de las partes que componen dichos sistemas, es el software que controla y administra los
recursos del computador, presenta los datos, y participa en el análisis.
Analizándolo de este modo, el software es un tópico muy importante que requiere de
especial cuidado. Para los sistemas DAQ se necesita de un software de instrumentación, que
sea flexible para futuros cambios, y preferiblemente que sea de fácil manejo, siendo lo mas
poderoso e ilustrativo posible.
Programas y lenguajes de programación que cumplan con lo dicho existen en gran
número en el mercado actual, como por ejemplo Visual Basic, C, C++, Visual C++, Pascal,
LabWindows CVI, Labview, y muchos otros confeccionados específicamente para las
aplicaciones que los necesiten.
Para elaborar el algoritmo de control y toma de datos en el proyecto de monitorización a
distancia de Planta de Oxígeno, se consideró que el lenguaje más apto es el LabVIEW
(Laboratory Virtual Engineering workbench), y las razones son varias:
• Es muy simple de manejar, debido a que esta basado en un nuevo sistema de
programación gráfica, llamada lenguaje G.
• Es un programa enfocado hacia la instrumentación virtual, por lo que cuenta con
numerosas herramientas de presentación, en graficas, botones, indicadores y controles,
los que son muy esquemáticos y de gran elegancia. Estos serían complicados de
realizar en bases como c++ donde el tiempo para lograr el mismo efecto sería muchas
veces mayor.
• Es un programa de mucha potencia donde se cuenta con librerías especializadas para
manejos de DAQ, Redes, Comunicaciones, Análisis Estadístico, Comunicación con
Bases de Datos (Útil para una automatización de una empresa a nivel total).
• Con este software las horas de desarrollo de una aplicación por ingeniero, se reducen a
un nivel mínimo.
56
• Como se programa creando subrutinas en módulos de bloques, se pueden usar otros
bloques creados anteriormente como aplicaciones por otras personas.
7.2 LABVIEW INTEGRADO A REDES Y WEB.
Hoy en día la WEB es parte esencial en la producción de materias primas. Otorga la
capacidad de mejorar la manera en que diseña, fabrica y prueba sus productos. Se puede usar
la WEB como una herramienta para reducir el tiempo de diseño, asegurar la calidad y compartir
información a lo largo de la línea de producción
Al usar las tecnologías de red en los sistemas de adquisición de datos, se puede
realizar entradas y salidas en el piso de producción, distribuir procesamiento adicional para
análisis en el centro de control, almacenar información post-análisis en bases de datos
corporativas y desplegar información clave a clientes alrededor del mundo vía browser de
WEB.
Una herramienta muy conveniente para unir todas las piezas es el software LABVIEW el
cual provee una plataforma para diseñar un sistema de prueba que toma ventaja de las
tecnologías mas recientes mientras el ambiente sigue enfocado en desarrollar sus aplicaciones
rápidamente.
Con el Internet LabVIEW se puede usar para enviar un correo electrónico de alarma.
Las notificaciones electrónicas después pueden ser creadas para los operadores que
usan teléfonos móviles para recibir alertas del piso de producción cuando ciertos valores del
proceso exceden límites establecidos. El operador recibe actualizaciones a medida que la
prueba se lleva a cabo y así puede usar su tiempo en tareas más productivas.
57
7.3 PROGRAMA.
7.3.1 PANEL FRONTAL.
El desarrollo del programa implementado en Labview, fue realizado en el laboratorio de
adquisición de datos del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de
Magallanes.
El diseño de panel frontal (figura 7.2) comprende tres indicadores circulares que se
activan al producirse un cambio en los parámetros medidos, cuenta además con indicadores de
la lectura que entra a la tarjeta y se incluyen gráficos de cada parámetro en que se esta
efectuando la medición.
Para la activación de las alarmas se estableció como parámetros los siguientes:
1. Oxígeno: Lectura mínima 90% de pureza o 6,8 Volts lectura de tarjeta de adquisición.
2. Dióxido de Carbono: Lectura máxima 84,37 ppm o 8,75 Volts lectura de tarjeta de
adquisición.
3. Monóxido de Carbono: Lectura máxima 4,06 ppm o 4,25 Volts lectura de tarjeta de
adquisición.
Figura 7.2 Panel Frontal.
58
7.3.2 DIAGRAMA DE BLOQUES.
Luego de construir el panel frontal se adiciona el código utilizando representaciones
gráficas de funciones para controlar los objetos del panel frontal. El diagrama de bloques
contiene este código fuente gráfico. Los objetos del panel frontal aparecen como terminales.
Los objetos del diagrama de bloques incluyen terminales, subVI’s, funciones,
constantes, estructuras y cables, los cuales transfieren datos hacia otros objetos del diagrama
de bloques.
El desarrollo de diagrama de bloques completo se puede observar en la figura 7.3
Figura 7. 3 Diagrama de Bloques Programa Memoria.VI.
7.3.2.1 ADQUISICION CANALES DE ENTRADA.
Los canales de entrada son tres cada uno correspondientes a las entradas de señal que
entrega los transductores montados en panel del analizador de oxígeno Conspec.
En la figura 7.3 se muestra el canal de entrada de oxígeno. El canal se denota con la
función AI ONE PT el cual adquiere solo una señal. La función anterior además posee dos
59
entradas una BAJO y ALTO los cuales indican a la tarjeta los niveles permisibles de las
entradas del canal.
La entrada BAJO corresponde al nivel de tensión mínima de entrada a la tarjeta la cual
esta configurada en 0 Volts y la entrada ALTO corresponde al nivel de tensión máximo que
será de 10 Volts.
Los canales asignados son canal1 O2, canal2 CO2 y canal 3 CO.
La entrada de canales análogos se describe en la figura 7.4.
Figura 7.4.Canales Análogos de Entrada. 7.3.2.2 ALMACENAMIENTO DE DATOS.
Una de las funciones principales que debe efectuar el programa es almacenar la
información de los tres parámetros, para servir como registro histórico de los eventos
acontecidos, estadística, etc. y además para entregar información vía Web o correo a la
empresa encargada de la puesta en marcha de la planta.
Para lograr almacenar correctamente los datos en una planilla Excel, es necesario
configurar el nombre de archivo que servirá de base de datos para el almacenamiento de la
información estadística. Este puede ser uno con la extensión TXT o DAT.
Se ha establecido una extensión TXT para abrirlo en formato Excel. La figura 7.5
muestra el esquema general del almacenado de datos.
60
Figura 7.5. Esquema general Almacenado de Datos.
El icono VI OPEN/CREATE/REPLACE FILE de la subpaleta FILE I/0. Este VI muestra
una caja de dialogo interactiva, para abrir o crear un archivo , la función PATH entrega la ruta
de almacenamiento, esto a conveniencia del programador, la figura 7.6 muestra el icono OPEN
OR CREATE y sus componentes.
Figura 7.6 Icono OPEN OR CREATE.
El siguiente icono de la línea de almacenamiento de datos es la función WRITE FILE
figura 7.7 de la subpaleta FILE I/O. Esta función escribe las cadenas de caracteres
concatenadas al archivo.
Figura 7.7 Icono WRITE FILE.
La función CLOSE FILE de la subpaleta FILE I/O es la encargada de cerrar el archivo, la
figura 7.8 muestra el icono además de la función ERROR, encargado de emitir un aviso en
caso de producirse un error en el almacenamiento de datos.
61
Figura 7.8 Icono CLOSE.
El archivo creado se nombra Memoria.TXT, este archivo es abierto en una planilla Excel
y esta separado en tres columnas, la primera entrega la fecha, la segunda columna entrega la
hora, minutos y segundos, la ultima columna entrega el dato que esta procesando la tarjeta de
adquisición de datos. Los datos se pueden ver en la tabla 7.1.
TABLA 7.1 Datos Archivo Memoria.TXT
03/03/2006 10:02:50 92,70 03/03/2006 10:02:51 92,60 03/03/2006 10:02:52 92,70 03/03/2006 10:02:53 92,80 03/03/2006 10:02:54 93,00 03/03/2006 10:02:55 92,20 03/03/2006 10:02:56 92,50 03/03/2006 10:02:57 92,00
7.3.2.3 CANALES DE SALIDA DE ALARMA.
Se configuran dos salidas, una para una salida a luz de alarma y otra salida para relé de
sirena de alarma.
La salida se identifica por el icono VI AO UPDATE CHANNEL localizado en la paleta
FUNCTIONS/DATA ACQUISITION/ANALOG OUTPUT retorna el valor especificado de tensión
usando el canal de salida análogo. El icono de la figura 7.9 está asociado a una constante que
indica el número de dispositivo ocupado, en este caso el 1, y además se debe configurar la
constante que determina el canal de salida en este caso canal de salida 0 y canal de salida 1.
Figura 7.9 Icono AO ONE PT.
62
7.3.2.4 PUBLICACIÓN DE PÁGINA DE PANEL DE CONTROL VÍA INTERNET.
Labview entrega la posibilidad de publicar la aplicación a través de Internet, dando la
oportunidad a distintos usuarios fuera de la planta para que puedan informarse del estado de
trabajo de la planta. Entre los usuarios se nombran directivos hospitalarios, empresa encargada
de la puesta en marcha de la planta (con residencia en Stgo), supervisores, etc.
Para realizar una publicación de los datos en tiempo real, se establece que se ocupará
el sitio Web del Hospital de Punta Arenas llamado saludmagallanes.cl. En este sitio se puede
ofrecer la capacidad de acceso solo a usuarios autorizados dando seguridad en la entrega de
datos y ofreciendo otra funcionalidad al sitio Web.
La caja de dialogo de configuración de página Web se puede observar en la figura 7.10.
Figura 7.10 Caja Dialogo Configuración Servidor Web.
Para configurar la página Web de Labview se debe realizar los siguientes pasos:
1. Seleccionar TOOLS-OPTIONS donde se despliega la caja de dialogo OPTION.
2. Seleccionar WEB SERVER CONFIGURATION.
3. Se habilita ENABLE WEB SERVER.
4. Al realizar el paso anterior se configura el servidor Web por defecto, el computador debe
contener la dirección correspondiente al dominio de la página Web del hospital.
5. Si no se encontrase la dirección habilitada se debe digitar en la sección WEB SERVER
CONFIGURATION.
63
6. Se debe establecer en CONTROL BROWSER ACCESS que panel de quiere tener
visible en la Web se debe configurar en WEB SERVER: BROWSER ACCESS la opción
VISIBLE VI’s
7. Realizar click en botón OK y se cierra la opción grabando los cambios.
7.4 MEJORAS AL PROYECTO.
El programa labview esta afecto a cambios de versión y optimizaciones que pueden ir
mejorando la resolutividad y ofreciendo una mayor versalitidad a la hora de escoger una
actualización de equipos.
La versión ocupada en este trabajo fue Labview 6.0, hoy en día se encuentra en el
mercado la versión 8.0 ofreciendo mejoras como por ejemplo la integración de correo
electrónico lo que existe en la versión 7.0.
El hardware ocupado en el trabajo ya cuenta con una actualización y además se puede
adquirir a un precio inferior con lo cual se obtienen mejores prestaciones y baja el costo total de
la implementaron del proyecto.
64
CONCLUSIONES.
Las conclusiones que se pueden destacar al finalizar este trabajo son las siguientes:
• El presente trabajo es un proyecto pionero dentro del proceso de producción de plantas
de oxígeno medicinal del Ministerio de Salud existente en el país.
• Cuando se decidió adquirir un equipo de adquisición se buscó un sistema capaz de
aportar algo más que la adquisición de datos de los transductores en un ensayo. Por
ello se apostó por un equipo de adquisición basado en PC. Un equipo de estas
características ofrece un diseño modular y el resultado es un sistema que se adapta
perfectamente a las necesidades del laboratorio ya que el punto de partida es la
instrumentación empleada y la metodología de los ensayos que se realizan.
Este tipo de equipos permiten mejoras continuas es sus prestaciones y variabilidad en
uso. Pero la innovación más significativa es el hecho de aportar al hardware de
adquisición un potente software que permite participar en el ensayo de manera activa
gracias a su programabilidad y posibilidad de comunicarse con otros equipos.
• LABVIEW es un potente software de adquisición de datos escrito en lenguaje G, para
trabajar en cualquier tipo de proceso, tanto industrial como de laboratorio. Superando a
lenguajes presentes en el mercado tales como Visual Basic, C, C++, etc.
• Es necesario seguir innovando en la ampliación de los parámetros que se quieran
adquirir, el proyecto puede ampliarse para medir el Nitrógeno presente en el interior de
la planta, lo cual es muy importante ya que es un elemento peligroso cuando se
acumula por causa de falla en el venteo del elemento. El sistema además podría
diseñarse para ser un sistema de control automático, aprovechándose de los PLC
existentes para realizar el control, con lo cual además de monitorear se conseguiría
controlar la planta de oxígeno a distancia.
65
• El proyecto al ser realizado en el laboratorio de la Universidad de Magallanes, contó con
el hardware necesario para satisfacer toda la realización de la experiencia, pero al
consultar con el proveedor en el país de la empresa National Instruments (Empresa
ETT), se estableció que los equipos del proyecto se encuentran en desventaja de precio
con equipos existentes en la actualidad y además estos últimos equipos poseen
mejores prestaciones que los ocupados en el proyecto.
• El proyecto cuenta con apoyo por parte de los organismos directivos para su
implementación en un plazo cercano, aprovechando la nueva construcción hospitalaria
en la zona norte de la Ciudad.
• La incorporación de tecnologías modernas entrega beneficios como ahorro de tiempo
en pruebas, reducción hora mantenimiento, anticipo a un evento, todo comprendido en
un tiempo estimado de tres semanas.
• La aplicación de WEB simplifica la entrega de información, tanto de forma interna como
al exterior a travéz de página Web de corporación o pagina Web para mantenedores del
sistema en otra ciudad.
66
A.- CUADRO VALORES EMPRESA DISTRIBUIDOR EN CHILE DE NATIONAL
INSTRUMENTS EMPRESA ETT.
A.1 Propuesta Nº 1.
Los valores de la siguiente figura A.1 corresponden a una cotización por equipos
ocupados en laboratorio de la Universidad de Magallanes. No incluye valor de software
Labview.
Figura A.1. Propuesta Equipos Laboratorio UMAG. A.2 Propuesta Nº 2. Los valores de la propuesta Nº 2, corresponden a lo ofrecido por la empresa
distribuidora como actualización de los equipos que se ocuparon en el proyecto ofreciendo una
mejora tanto en tecnología como en costo, se adjunta además el valor del software Labview 7.1
Professional.
Figura A.2. Propuesta Equipos Actualizados.
67
B. DISTRIBUCION DE EQUIPOS PLANTA DE OXÍGENO.
La figura B.1 muestra la distribución de equipos y la construcción de la actual planta de
oxígeno de Punta Arenas.
Figura B.1. Planta de Arquitectura Planta de Oxígeno.
68
BIBLIOGRAFIA.
• Trabajo de titulación Sr. Alejandro Candía “Instrumentación Unidad Proceso de
Perforación LVT ENAP” Año 2003.
• Trabajo de titulación Sr. Jaime Tobar “Banco de Pruebas Motor ALTAIR” Año 2001.
• Programación Grafica para Instrumentación y Control Labview 5.0 Departamento de
Ingeniería Eléctrica ITESM Octubre 1999.
• Proyecto Strenght Nissan Barcelona Febrero 2003.
• Manual Labview Básico Curso I Versión 6.0 Noviembre 2001.
• Manual Labview 7.0 Año 2004.
• Manual Operador de Oxígeno Hospital Van Buren año 2002.
• Manual Usuario Analizador de Oxígeno Conspec.
• Manual Usuario Compresor RIX.
• Manual Usuario Secadores por Absorción.
• Pagina Web www.ett.cl.
• Pagina Web www.ni.com.
• Pagina Web www.infolatam.ni.com.
• Pagina Web www.pnud.cl.
• Pagina Web www.triplexchile.cl.
• Mail [email protected].
• Mail ayuda [email protected].
• Pagina Web www.analogdevices.com
69
PROYECTO DE TITULACIPROYECTO DE TITULACIÓÓNNIngenierIngenieríía Ejecucia Ejecucióón Eln Elééctricactrica
Plan Especial.Plan Especial.
Monitoreo a Distancia Planta Monitoreo a Distancia Planta OxOxíígeno del Hospital Regional de geno del Hospital Regional de
Punta ArenasPunta Arenas
Claudio Ulloa Astorga
Marzo 2006
IntroducciIntroduccióón.n.
La planta productora de oxLa planta productora de oxíígeno desde sus geno desde sus inicios en el ainicios en el añño 2003 , ha permitido un o 2003 , ha permitido un significativo ahorro en los costos de la significativo ahorro en los costos de la adquisiciadquisicióón del elemento.n del elemento.
Actualmente se generan 280 litros/hora, Actualmente se generan 280 litros/hora, satisfaciendo la demanda, que se compone de satisfaciendo la demanda, que se compone de 148 tomas murales.148 tomas murales.
La planta fue diseLa planta fue diseññada para entregar una ada para entregar una pureza de oxpureza de oxíígeno de 93%geno de 93%±±3%.3%.
EstadEstadíística de Produccistica de Produccióón Periodo 2003 a n Periodo 2003 a 2005.2005.
11919,5
31172,8
16989,9
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
M3
2003 2004 2005
AÑOS
CENTRAL Oxígeno
Objetivos del Proyecto.Objetivos del Proyecto.
Dotar a la planta generadora de OxDotar a la planta generadora de Oxíígeno un geno un sistema electrsistema electróónico de adquisicinico de adquisicióón de datos n de datos mediante software Labview, para la entrega de mediante software Labview, para la entrega de informaciinformacióón en ln en líínea de los niveles de Onea de los niveles de O22, CO, CO22 y y CO al operador o supervisor, logrando una CO al operador o supervisor, logrando una mejora en el tiempo de respuesta y resolutividad mejora en el tiempo de respuesta y resolutividad en caso de fallaen caso de falla..
Beneficios del Proyecto.Beneficios del Proyecto.
Entregar informaciEntregar informacióón en tiempo real del estado de n en tiempo real del estado de la planta.la planta.GeneraciGeneracióón de informes histn de informes históóricos del proceso ricos del proceso de produccide produccióón.n.Avisos inmediatos mediante alarmas en caso de Avisos inmediatos mediante alarmas en caso de fallas.fallas.Ofrecer seguridad al operador para diagnosticar Ofrecer seguridad al operador para diagnosticar la falla.la falla.Poder en aumentar los parPoder en aumentar los paráámetros de medicimetros de medicióón n Ej. (NitrEj. (Nitróógeno, Presigeno, Presióón en ln en líínea ,Temperatura nea ,Temperatura ,etc.).,etc.).
Normas para OxNormas para Oxíígeno.geno.
NCh. NNCh. Nºº 2196 para gases comprimidos, 2196 para gases comprimidos, redes de distribuciredes de distribucióón y requisitos para su n y requisitos para su construcciconstruccióón y funcionamiento.n y funcionamiento.
Norma canadiense CAN/CSANorma canadiense CAN/CSA--Z305.6Z305.6--9292
Norma Canadiense CAN/CSA.Norma Canadiense CAN/CSA.
93% pureza Ox93% pureza Oxíígeno.geno.CO<5ppm.CO<5ppm.COCO22<100 ppm.<100 ppm.Metano<25 ppm.Metano<25 ppm.Hidrocarburos halogenados<5ppm.Hidrocarburos halogenados<5ppm.Oxido nitroso<5 ppm.Oxido nitroso<5 ppm.
Usuarios de Oxigeno.Usuarios de Oxigeno.
PEDIATRIAPEDIATRIA UCI ADULTOSUCI ADULTOSNEONATOLOGIANEONATOLOGIA
Modelo PSA.Modelo PSA.
El modelo PSA implementado en la El modelo PSA implementado en la generacigeneracióón de oxn de oxíígeno medicinal es geno medicinal es actualmente un estactualmente un estáándar de construccindar de construccióón n de plantas de oxde plantas de oxíígeno medicinal dentro de geno medicinal dentro de los hospitales de Chile.los hospitales de Chile.
Proceso PSAProceso PSA
Al Paciente
Compresor Acumulador
Secadory
Filtros
Torre B
Acumulador
Compresorde Alta
Respaldo
Filtros
Torre A
Estado Actual Planta OxEstado Actual Planta Oxíígenogeno
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..
COMPRESORES
AIRE DE LA ATMOSFERA
Compresor Kaeser SK26.Compresor Kaeser SK26.
Compresor de tipo Compresor de tipo tornillo.tornillo.PresiPresióón de trabajo n de trabajo 101,5 psi.101,5 psi.Capacidad de flujo Capacidad de flujo 2,4 m2,4 m³³/min./min.Consumo de energia Consumo de energia de 11 Kw/hora.de 11 Kw/hora.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..ESTANQUE DE AIRE
Estanque de Aire 2 mEstanque de Aire 2 m³³
Trampa de agua.Trampa de agua.Acumulador de flujo Acumulador de flujo de aire constante de aire constante para los secadores de para los secadores de aire.aire.Purga manual de Purga manual de residuo liquido.residuo liquido.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..
SECADORES POR ABSORCIÓN
Secadores de Aire Kaeser KAD165.Secadores de Aire Kaeser KAD165.
Cumplen con la Cumplen con la funcifuncióón de secar el n de secar el aire absorbiendo toda aire absorbiendo toda la humedad.la humedad.PresiPresióón de trabajo n de trabajo 101,5 psi.101,5 psi.Capacidad de flujo Capacidad de flujo 4,67 m4,67 m³³/min./min.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..
ESTANQUE DE AIRE
Estanque de Aire 2 mEstanque de Aire 2 m³³
Es un estanque Es un estanque contenedor de aire contenedor de aire seco para pasarlos a seco para pasarlos a etapa de los etapa de los generadores.generadores.PresiPresióón de trabajo n de trabajo 110 psi.110 psi.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..GENERADORES DE
OXÍGENO
Generador de Oxigeno OGSI OGGenerador de Oxigeno OGSI OG--375/500.375/500.
Modelo OGModelo OG--375 con 375 con capacidad de entrega de capacidad de entrega de 9 m9 m³³/hora./hora.Modelo OGModelo OG--500 con 500 con capacidad de entrega de capacidad de entrega de 13 m13 m³³/hora./hora.ConcentraciConcentracióónn de de oxoxíígeno de 93geno de 93±±3%.3%.PresiPresióón de Salida 56 n de Salida 56 psipsi..
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..
ESTANQUE DE OXÍGENO
Estanque de 2mEstanque de 2m³³ de Oxde Oxíígenogeno Limpio.Limpio.
Contenedor del gas a Contenedor del gas a una presiuna presióón promedio n promedio de 50 psi.de 50 psi.Suministra oxSuministra oxíígeno a geno a los servicios cllos servicios clíínicos.nicos.Suministra oxigeno a Suministra oxigeno a los cilindro de los cilindro de respaldo.respaldo.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..
ANALIZADOR CONSPEC
Analizador de oxAnalizador de oxíígeno Conspec P2259geno Conspec P2259
Microcomputador que Microcomputador que detecta , monitorea, detecta , monitorea, muestra y transmite las muestra y transmite las concentraciones de concentraciones de gases combustibles y gases combustibles y ttóóxicos.xicos.posee panel multicanal posee panel multicanal que entrega una visique entrega una visióón n permanente de las permanente de las lecturas tomadas.lecturas tomadas.
Indicadores de Alarma Existentes.Indicadores de Alarma Existentes.
Luces Exteriores. Bocina en Tablero de Control.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..
COMPRESOR RIX
Compresor RIX.Compresor RIX.
PresiPresióón de trabajo n de trabajo 2200 psi.2200 psi.Caudal entre 0,85 a Caudal entre 0,85 a 3,39 m3,39 m³³/hr./hr.Lubricado en seco.Lubricado en seco.Capacidad de llenado Capacidad de llenado de cilindros es 10 de cilindros es 10 botellas/mbotellas/mááximo Por ximo Por ddíía.a.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..BANCOS DE RESPALDO
Bancos de Respaldo.Bancos de Respaldo.
Banco primario de 10 Banco primario de 10 cilindros con cilindros con autonomautonomíía de 18 a de 18 horas.horas.Banco secundario de Banco secundario de 40 cilindros con 40 cilindros con autonomautonomíía de 48 a de 48 horas.horas.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..
CONTROL AUTOMATICO WESTERN
Sistema de respaldo control automSistema de respaldo control automáático tico Western.Western.
Encargado de Encargado de monitorear la lmonitorear la líínea de nea de distribucidistribucióón a 50 psi.n a 50 psi.El sistema cambia El sistema cambia automautomááticamente al ticamente al segundo banco de segundo banco de cilindros cuando se cilindros cuando se vacvacíía el primer banco.a el primer banco.
Modelo de producciModelo de produccióón Planta Hospitaln Planta Hospital..
OXÍGENO AL PACIENTE
AdquisiciAdquisicióón de Datosn de Datos
AdquisiciAdquisicióón de Datos.n de Datos.
En un sistema basado en computador, la En un sistema basado en computador, la adquisiciadquisicióón se realiza mediante hardware n se realiza mediante hardware especializado de mediciespecializado de medicióón que puede n que puede desglosarse en:desglosarse en:
Transductores o Sensores.Transductores o Sensores.Conectividad de la seConectividad de la seññal o de los al o de los Transductores y sensores.Transductores y sensores.Acondicionamiento de la seAcondicionamiento de la seññal.al.ConversiConversióón analn analóógicagica--digital.digital.
Modelo de Acondicionamiento de Datos.Modelo de Acondicionamiento de Datos.
Hardware Ocupado en Hardware Ocupado en Proyecto.Proyecto.
ProyecciProyeccióón Ln Líínea de Datos.nea de Datos.
PLANTA DE OXIGENOPLANTA DE OXIGENO
SALA OPERADORSALA OPERADOR
Transductores de Gases Conspec.Transductores de Gases Conspec.
P2416 DiP2416 Dióóxido de xido de Carbono.Carbono.P2261 MonP2261 Monóóxido de xido de Carbono.Carbono.P2761 Oxigeno.P2761 Oxigeno.
06,25
15,62521,875
31,2537,5
46,87553,125
62,568,75
78,12587,5
100
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
I mA
Niv
el C
O2
ppm
00,46875
0,93751,40625
1,8752,34375
2,81253,28125
3,754,21875
4,68755
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25
I mA
Niv
el C
O p
pm
75,00
78,00
81,00
84,00
87,00
90,00
93,00
96,00
99,00
100,00
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
I mA
Pure
za O
2Salida de Corriente Transductor Dióxido de Carbono.
Salida de Corriente Transductor Monóxido de Carbono.
Salida de Corriente Transductor Pureza de Oxígeno.
Tarjeta ConexiTarjeta Conexióón Conspec.n Conspec.
TerminalesTerminales
1.1. Positivo sePositivo seññal al transductor 4transductor 4--20 mA.20 mA.
2.2. Negativo seNegativo seññal al transductor 4transductor 4--20 mA.20 mA.
3.3. AlimentaciAlimentacióón n transductor 24 volts.transductor 24 volts.
4.4. Tierra alimentaciTierra alimentacióón n transductor.transductor.
Trazado de LTrazado de Líínea.nea.
50 mt.
Sala Operador.Sala Operador.
6 canales
Cable 26 pines
Cable 100 pines MIO-16
Cable 50 pines
A relé
A relé
Regleta ConexiRegleta Conexióón 5B01n 5B01
Diagrama Esquemático.
Salida de Tensión.
MMóódulos 5B42dulos 5B42--01 y 5B4201 y 5B42--02.02.
Los acondicionadores 5B42 Los acondicionadores 5B42 son los encargados de son los encargados de convertir una seconvertir una seññal de 4al de 4--20mA a tensi20mA a tensióón de salida n de salida entre 1 a 5 volts en primer entre 1 a 5 volts en primer modulo y 2 a 10 volts en modulo y 2 a 10 volts en segundo modulo.segundo modulo.
Adaptador SCAdaptador SC--2050.2050.
J3 ENTRADA
ANALOGA. J1 A TARJETA DAQ.
J2 A CONECTOR CB-50.
Sala Operador.Sala Operador.
4-20mA
2 Canales entre 1-5 V
4 Canales entre 2-10 V Datos
Salida
5 Volts
5 Volts
Datos
Entrada
Tarjeta de AdquisiciTarjeta de Adquisicióón de Datos NIn de Datos NI--PCI PCI 6025E (National Instruments).6025E (National Instruments).
••16 entradas an16 entradas anááloga razloga razóón de n de muestreo mmuestreo mááxima 200Ks/s y xima 200Ks/s y resoluciresolucióón de 12 bits.n de 12 bits.••2 salidas an2 salidas anáálogas razlogas razóón de n de muestreo mmuestreo mááxima 10 xima 10 KsKs/s y /s y resoluciresolucióón de 12 bits.n de 12 bits.••32 l32 lííneas de I/O digital (TTL o neas de I/O digital (TTL o CMOS).CMOS).••2 Contadores de 24 bits.2 Contadores de 24 bits.••ConfiguraciConfiguracióón simple con NIn simple con NI--DAQ.DAQ.
Pines tarjeta DAQ PCI 6025E.Pines tarjeta DAQ PCI 6025E.
FREQ/OUT: Frecuencia Salida.
GPTR0_OUT: Contador 0 Salida.
PF19GPCTRO_GATE: Contador 0 Entrada.
PF18GPCTRO_SOURCE: Contador 0 Fuente.
PF17/STARTSCAN: Comienzo Escaneo.
PF16/WFTRIG: Trigger Waveform.
PF15/UPDATE: Entrada Actualizaciones.
GPCTR1_OUT: Contador de Salida.
PF14/GPCTR1_GATE: Contador de Entrada.
PF13/GPCTR1_SOURCE: Contador Fuente.
PF12/CONVERT: Entrada Datos Convertidos.
PF11/TRIG2: Trigger 2.
PF10/TRIG1: Trigger 1.
EXSTROBE: Strobe Externo.
SCANCLK: Reloj.
+5V: Alimentación.
PC (0-7): Puerto C Líneas Digitales Bidireccionales.
PB (0-7): Puerto B Líneas Digitales Bidireccionales.
PA (0-7): Puerto A Líneas Digitales Bidireccionales.
DIO (0-7): Entradas o Salidas Digitales.
DGND: Tierra Señales Digitales.
AOGND: Tierra Salida Análoga.
DACOUT (1-2): Canales Salida Análoga.
AISENSE: Detección Entrada Análoga.
ACH (0-15): Canales Entrada Análoga.
AIGND: Entrada Tierra Análoga.
Modos de Entrada.Modos de Entrada.
La conexiLa conexióón de canales n de canales de entrada se realizara de entrada se realizara en modo diferencial, el en modo diferencial, el cual es el modo cual es el modo adecuado para cables de adecuado para cables de conexiconexióón mayores de 3 n mayores de 3 metros y rechaza las metros y rechaza las interferencias interferencias procedentes de la red procedentes de la red elelééctrica. ctrica.
Entradas AnEntradas Anáálogas.logas.
13 (ACH5)CANAL2 (-)
11 (ACH4)CANAL2 (+)
9 (ACH3)CANAL 1 (-)
7 (ACH2)CANAL1 (+)
5 (ACH1)CANAL 0 (-)
3 (ACH0)CANAL 0 (+)
PINES TARJETA 6025E
CANAL ENTRADA
PC06515ACH6
GND6414ACH13
PC16313ACH5
GND6212ACH12
PC26111ACH14
GND6010ACH11
PC3599ACH3
GND588ACH10
PC4577ACH2
GND566ACH9
PC5555ACH1
GND544ACH8
PC6533ACH0
GND522AIGND
PC7511AIGND
CANAL 0 +
CANAL 0 -
CANAL 1 +
CANAL 1 -
CANAL 2 +
CANAL 2 -
Salidas AnSalidas Anáálogas.logas.
23 (AOGND)CANAL 2 (-)
21 (DAC1OUT)CANAL 2 (+)
23 (AOGND)CANAL 1 (-)
20 (DAC0OUT)CANAL 1 (+)
PINES TARJETA 6025E
CANAL SALIDA
PB47323AOGND
GND7222RESERVER
PB57121DAC1OUT
GND7020DAC0OUT
PB66919AISENSE
GND6818ACH15
PB76717ACH7
GND6616ACH14
PC06515ACH6
GND6414ACH13
PC16313ACH5
GND6212ACH12
PC26111ACH14
GND6010ACH11
PC3599ACH3
GND588ACH10
PC4577ACH2
GND566ACH9
PC5555ACH1
GND544ACH8
PC6533ACH0
GND522AIGND
PC7511AIGND
CANAL 1 +CANAL 2 -
COMUN CANAL 1 Y 2
Tabla Resumen ParTabla Resumen Paráámetros.metros.
5,00 20,00 10,00 20,00 10,00 20,00
4,75 19,00 9,75 19,50 9,68 19,36
4,50 18,00 9,00 18,00 9,04 18,08
4,37 17,50 8,50 17,00 8,72 17,44
4,25 17,00 8,00 16,00 8,40 16,80
3,75 15,00 7,25 14,50 7,44 14,88
3,37 13,50 6,75 13,50 6,80 13,60
3,00 12,00 6,00 12,00 6,16 12,32
2,87 11,50 5,50 11,00 5,84 11,68
2,50 10,00 5,00 10,00 5,20 10,40
2,00 8,00 4,00 8,00 4,24 8,48
1,75 7,00 3,25 6,50 3,60 7,20
1,50 6,00 3,00 6,00 3,28 6,56
1,37 5,50 2,75 5,50 2,96 5,92
1,00 4,00 2,00 4,00 2,00 4,00
COCO2O2
VoltsCanal 3VoltsCanal 2VoltsCanal 1
I (mA)I (mA)I (mA)
ProgramaciProgramacióón de Trabajo en n de Trabajo en Software Labview.Software Labview.
Ventajas de Labview.Ventajas de Labview.Es muy simple de manejar, debido a que esta Es muy simple de manejar, debido a que esta basado en un sistema de programacibasado en un sistema de programacióón grn grááfica.fica.Es un programa enfocado hacia la Es un programa enfocado hacia la instrumentaciinstrumentacióón virtual, por lo que cuenta con n virtual, por lo que cuenta con numerosas herramientas de presentacinumerosas herramientas de presentacióón.n.Es un programa de mucha potencia donde se Es un programa de mucha potencia donde se cuenta con librercuenta con libreríías especializadas para as especializadas para manejos de DAQ, Redes, Comunicaciones, manejos de DAQ, Redes, Comunicaciones, AnAnáálisis Estadlisis Estadíístico, Comunicacistico, Comunicacióón con Bases n con Bases de Datos.de Datos.Con este software las horas de desarrollo de Con este software las horas de desarrollo de una aplicaciuna aplicacióón , se reducen a un nivel mn , se reducen a un nivel míínimo.nimo.
Panel de Control.Panel de Control.
Diagrama de Bloques.Diagrama de Bloques.
Costos del ProyectoCostos del Proyecto
Valores dispositivos de Laboratorio.Valores dispositivos de Laboratorio.
El valor en moneda El valor en moneda nacional alcanza a nacional alcanza a $2.100.000 pesos.$2.100.000 pesos.
Nota: valor del dNota: valor del dóólar $530 lar $530 pesos.pesos.
Valores de dispositivos ActualizadosValores de dispositivos Actualizados
El valor de los El valor de los insumos en moneda insumos en moneda nacional alcanza a nacional alcanza a $1.600.000 pesos.$1.600.000 pesos.El valor del software El valor del software Labview versiLabview versióón 8 es n 8 es de $3.020.375de $3.020.375Total $4.620.375Total $4.620.375
Nota valor del dNota valor del dóólar $530 lar $530 pesospesos..
El software ocupado en este trabajo fue El software ocupado en este trabajo fue Labview 6.0, hoy en dLabview 6.0, hoy en díía se encuentra a se encuentra versiones posteriores ofreciendo la versiones posteriores ofreciendo la integraciintegracióón de correo electrn de correo electróónico.nico.
El hardware ocupado en laboratorio ya cuenta El hardware ocupado en laboratorio ya cuenta con una actualizacicon una actualizacióón siendo adquirido a un n siendo adquirido a un precio inferiorprecio inferior..
Mejoras al Proyecto.Mejoras al Proyecto.
Modelo Mediante TCPModelo Mediante TCP--IP.IP.
ConclusiConclusióónn..El presente trabajo es un proyecto pionero dentro del El presente trabajo es un proyecto pionero dentro del proceso de producciproceso de produccióón de plantas de oxn de plantas de oxíígeno medicinal geno medicinal del Ministerio de Salud existente en el padel Ministerio de Salud existente en el paíís.s.
Es necesario seguir innovando en la ampliaciEs necesario seguir innovando en la ampliacióón de los n de los parparáámetros que se quieran adquirir, ademmetros que se quieran adquirir, ademáás podrs podríía a disediseññarse para ser un sistema barse para ser un sistema báásico de control sico de control automautomáático aprovechando PLC existentes.tico aprovechando PLC existentes.
La aplicaron de WEB simplifica la entrega de La aplicaron de WEB simplifica la entrega de informaciinformacióón, tanto de forma interna como al exterior en n, tanto de forma interna como al exterior en forma de pforma de páágina Web de corporacigina Web de corporacióón o pagina Web para n o pagina Web para mantenedores del sistema en otra ciudad.mantenedores del sistema en otra ciudad.
BibliografBibliografíía.a.Trabajo de titulaciTrabajo de titulacióón Sr. Alejandro Candn Sr. Alejandro Candíía a ““InstrumentaciInstrumentacióón Unidad Proceso de Perforacin Unidad Proceso de Perforacióón LVT n LVT ENAPENAP”” AAñño 2003.o 2003.Trabajo de titulaciTrabajo de titulacióón Sr. Jaime Tobar n Sr. Jaime Tobar ““Banco de Pruebas Banco de Pruebas Motor ALTAIRMotor ALTAIR”” AAñño 2001.o 2001.ProgramaciProgramacióón Grafica para Instrumentacin Grafica para Instrumentacióón y Control n y Control Labview 5.0 Departamento de IngenierLabview 5.0 Departamento de Ingenieríía Ela Elééctrica ctrica ITESM Octubre 1999.ITESM Octubre 1999.Proyecto Strenght Nissan Barcelona Febrero 2003.Proyecto Strenght Nissan Barcelona Febrero 2003.Manual Labview BManual Labview Báásico Curso I Versisico Curso I Versióón 6.0 Noviembre n 6.0 Noviembre 2001.2001.Manual Operador de OxManual Operador de Oxíígeno Hospital Van Buren ageno Hospital Van Buren añño o 2002.2002.Pagina Web www.ett.cl.Pagina Web www.ett.cl.Pagina Web www.ni.com.Pagina Web www.ni.com.Pagina Web www.analogdevices.comPagina Web www.analogdevices.com
Agradecimientos.Agradecimientos.
A mi seA mi seññora Jessie e Hija Paloma.ora Jessie e Hija Paloma.Familias Ulloa Astorga, DFamilias Ulloa Astorga, Dííaz Baraz Baróón.n.Sr. Sr. AlvaroAlvaro Osorio Supervisor Planta Oxigeno.Osorio Supervisor Planta Oxigeno.Sr.Dagoberto HernSr.Dagoberto Hernáández Unidad Electrndez Unidad Electróónica.nica.Sr. RubSr. Rubéén Carvallo Profesor Gun Carvallo Profesor Guíía.a.Profesores ,CompaProfesores ,Compaññeros y Secretaria de Carrera.eros y Secretaria de Carrera.Directiva del Hospital Regional.Directiva del Hospital Regional.Unidad de ElectrUnidad de Electróónica HR.nica HR.Unidad de InformUnidad de Informáática HR.tica HR.
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