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i DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL MEDIANTE PLC PARA LAS INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO CENTRAL (AGUA HELADA) E ILUMINACIÓN DE UN EDIFICIO DE LABORATORIOS Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela Por el T.S.U. Luis Antonio Boscán Añez. Para optar por el Título de Ingeniero Mecánico Caracas, Noviembre, 2010

DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL MEDIANTE …saber.ucv.ve/bitstream/123456789/6522/1/Tesis final Luis...los sistemas de aire acondicionado y por sus sabios consejos. Al Ing. Noel Marfisi,

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DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL MEDIANTE PLC PARA L AS

INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO CENTRAL (AGUA

HELADA) E ILUMINACIÓN DE UN EDIFICIO DE LABORATORIO S

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

Por el T.S.U.

Luis Antonio Boscán Añez.

Para optar por el Título de

Ingeniero Mecánico

Caracas, Noviembre, 2010

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DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL MEDIANTE PLC PARA L AS

INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO CENTRAL (AGUA

HELADA) E ILUMINACIÓN DE UN EDIFICIO DE LABORATORIO S

Tutor Académico: Prof. Pedro Lecue

Tutor Industrial: Ing. Pedro Parra

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

Por el T.S.U.

Luis Antonio Boscán Añez .

Para optar por el Título de

Ingeniero Mecánico

Caracas, Noviembre, 2010

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DEDICATORIA

A Dios que es la luz que ilumina mi camino en momentos de

oscuridad.

A mis Padres, Antonio José y Australia, los que con su educación y

principios arraigados hicieron de mi un hombre de bien, llevándome siempre

por la senda correcta.

A mi esposa, Doried Maybé que siempre ha sido mi apoyo en

momentos bueno y no tan buenos, que hombro a hombro vivimos la vida y

superamos barreras.

A mi hermana que me ha hecho madurar para ser ejemplo a seguir y

sobre todo amigo y consejero.

A mis compañeros de trabajo, que me han apoyado siempre.

A todos los que de una u otra manera contribuyeron con su granito en

mi formación primeramente como persona y luego como profesional.

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AGRADECIMIENTOS

A mis Familiares, PAPA, MAMA, ESPOSA Y HERMANA, por ser parte

de mi, en las buenas y en las malas, por ser pilares fundamentales en mi

formación y crecimiento integral.

Al Profesores Pedro Lecue, mi Tutor, que me brindo su apoyo y

confianza para el desarrollo de esta tesis.

Al Profesor Hans García por el asesoramiento incondicional, por las

molestias causadas y por ayudarme e instruirme en el área de PLC y

automatización.

Al Profesor José Barriola, que con las nociones básicas despertó en

mí la curiosidad por automatizar procesos e investigar acerca de los mismos.

Al Ing. Pedro Parra, mi Tutor Industrial, el cual me encaminó acerca de

los sistemas de aire acondicionado y por sus sabios consejos.

Al Ing. Noel Marfisi, jefe de la División de Ingeniería, al que le debo su

confianza al permitirme trabajar a tiempo completo en esta tesis para cumplir

la meta tan anhelada.

A mi amigo Carlos Carmona, que me animó en momentos donde mas

lo necesitaba y me incentivó a luchar para lograr la meta.

A todos las personas que colaboraron con la realización de este

trabajo especial de grado, gracias!!!

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Boscán Añez, Luis Antonio

DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL MEDIANTE PLC PARA L AS INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO CENTRAL (AGUA HELADA) E ILUMINACIÓN DE UN EDIFICIO DE LABORATORIO S

Tutor: Prof. Pedro Lecue. Tesis. Caracas, U.C.V. Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica. Año 2010, 200 p

Palabras claves: Controlador Lógico Programable, Automatización, Aire Acondicionado, Iluminación.

Resumen

El presente trabajo se presenta el diseño de un sistema para la

automatización de los sistemas de aire acondicionado y luminarias del

edificio de laboratorios Lab –Volt ubicado en el Vigía- Edo. Mérida, con la

finalidad de mejorar las condiciones de confort del edificio para los usuarios

controlando la temperatura de los espacios manteniendo una temperatura de

74ºF y reducir el consumo de energía eléctrica de éste mediante la

programación horaria y la colocación de detectores de presencia, que

controlan el encendido iluminación y aire acondicionado. Mediante la correcta

selección de los actuadores y sensores a utilizar para el control, la elección

del Controlador Lógico Programable Telemecanique modelo Twido, además

de los diferentes módulos de ampliación para manejar los procesos, también

se estudiaron las diferentes formas de comunicación remota por vía Ethernet

y por vía GSM, apoyando el diseño con una interfaz humano maquina en

donde se podrán visualizar y manipular las variables implícitas en los

mismos.

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Boscán Añez, Luis Antonio

DESIGN OF A SYSTEM OF CONTROL BY MEANS OF PLC FOR THE FACILITIES OF EQUIPPED CENTRAL AIR (FROZEN WATER) A ND

LIGHTING OF A LABORATOR BUILDING

Tutor: Prof. Pedro Lecue. Thesis. Caracas, U.C.V. F aculty of Engineering School of Mechanical Engineering. Year 2010, 200 p

Key words: Logical Programmable Controller, Automation, Air conditioning, Lighting.

Summary

The present work Edo appears the design of a system for the automation of the systems of air conditioning and lights of the laborator building Lab-Volt located in the Vigía--. Merida, with the purpose of improving the conditions of comfort of the building for the users controlling the temperature of the spaces supporting a temperature of 74ºF and to reduce the consumption of electrical energy of this one by means of the hourly programming and the placement of detectors of presence, which control the ignition lighting and air conditioning. By means of the correct selection of the actuadores and sensors to using for the control, the choice of the Logical Programmable Controller Telemecanique I shape Twido, besides the different modules of extension to handle the processes, Also there were studied the different forms of remote communication by Ethernet route and by route GSM, supporting the design with an interface humanly it machinates where they will be able to visualize and to manipulate the implicit variables in the same ones.

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INDICE

INTRODUCCIÓN 1

IDENTIFICACIÓN DE LA EMPRESA. 3

1.1 RESEÑA HISTÓRICA 3

Objetivos estratégicos del INCES 5

1.2 MISIÓN. 6

1.3 VISIÓN. 7

1.4 ESTRUCTURA ORGANIZACIONAL DEL INSTITUTO. 7

1.4.1 Organigrama estructural 8

1.4.2 Organigrama de la gerencia de infraestructura y servicios 9

DEFINICIÓN DEL PROYECTO.

10

2.1.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.

10

2.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 10

2.3 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS. 12

2.3.1 Objetivo General 12

2.3.2 Objetivos Específicos 12

2.4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. 13

2.4.1 Justificación Empresarial 13

2.4.2 Justificación Académica 14

2.5 ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN. 14

2.6 LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN 15

MARCO TEÓRICO 16

3.1 CONDICIONES DE COMODIDAD. 16

3.1.1 Factores que influyen en la comodidad desde el punto de vista

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del aire acondicionado: 17

3.2 CONFORT TÉRMICO. 18

3.3 AIRE ACONDICIONADO. 20

3.3.1 Sistemas de aire acondicionado. 22

3.3.2 Red de Distribución de Agua Helada. 37

3.4 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN 38

3.4.1. Principio de Funcionamiento de una Lámpara Fluorescente: 40

3.4.2 Sistema automático de luces 43

3.5 AUTOMATIZACIÓN 47

3.5.1. Objetivos de la automatización 48

3.5.2. Evolución de los sistemas para la automatización. 49

3.6 SISTEMA DE CONTROL 51

3.6.1 Componentes de un sistema de control. 51

3.6.2 Elementos transmisores. 52

3.6.3 Componentes controlados. 66

3.6.4 Variable del Proceso, Set Point y Error.

Error 68

3.7 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC) 69

3.7.1. Conceptos Básicos: 69

3.7.2 Breve historia de los PLC. 71

3.7.3 Características sobresalientes de los PLCs. 73

3.8 VENTAJAS DE LOS PLCS SOBRE LA LÓGICA A RELÉS. 77

3.9. DISEÑO CONCEPTUAL 78

3.10 ARQUITECTURA BÁSICA DE UN PLC 78

3.11 DISEÑO FUNCIONAL DEL PLC 79

3.11.1. Modo de Operación del PLC 79

3.12 Tipos de Entrada / Salida a los PLCs. 82

3.12.1 Entradas al PLC. 83

3.12.2 Entradas DC. 85

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3.12.3 Entradas AC. 86

3.12.4. Entrada AC al PLC. 87

3.12.6 Salidas Discretas 89

3.12.7 Modulo AI 89

3.12.8 Modulo AO 90

3.18.6. Conversión Analógica/Digital 90

3.13 DIAGRAMA DE ESCALERAS (RLL) 91

INPUT: 92

NC-INPUT: 92

OUTPUT: 93

TOF: 93

TON: 94

TP: 95

CTU: 96

3.14 Rango de los PLCs Según sus E/S 97

3.15. SUMARIO DE INSTRUCCIONES DE LOS PLC 98

3.16 DIAGRAMA DE CONEXIONES DE UN PLC: 98

Pasos a seguir para programar tareas en un PLC: 100

3.17 PLC TWIDO DE SHNEIDER ELECTRIC 100

3.14. TIPOS DE COMUNICACIÓN: 107

3.14.1. Redes Ethernet: 107

3.14.2. Protocolo de Comunicaciones Modbus: 108

3.14.3. TCP/IP. 109

3.14.4. GSM o GPRS 109

DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL 113

5.1. CONDICIONES DE DISEÑO DEL SISTEMA DE AIRE

ACONDICIONADO 113

5.1.1. Variables de diseño 113

5.1.2. Características del sistema: 114

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5.2. CONTROL PID 125

5.2.1. Funcionamiento 126

5.2.2. Control Proporcional. 128

5.2.3. Control Integral. 130

5.2.4. Control Derivativo. 131

5.2.4. Significado de las constantes 133

5.2.5. Elementos finales de control 134

5.3. DESCRIPCIÓN DEL CONTROL DE ILUMINACIÓN: 136

5.3.1. Descripción del sistema: 138

5.3. HARDWARE UTILIZADO 141

5.4. SENSORES Y ACTUADORES UTILIZADOS EN CADA ESPACIO 142

5.5. SOFTWARE UTILIZADO: 145

5.5.1. Direccionamiento de las variables: 145

5.6. COMUNICACIÓN E INTERFAZ HUMANO-MAQUINA (HMI 152

5.5.1. Comunicación 152

5.5.2. Entorno Visual: 175

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 183

BIBLIOGRAFÍA 183

ANEXOS 187

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INDICE DE FIGURAS

Figura 1 Organigrama General del INCE. 8

Figura 2. Sistema de Refrigeración. (Fuente: Martínez, F. 2005). 23

Figura 3. Equipo compacto de Techo. 27

Figura 3.1. Equipo Dividido central. 28

Figura 4. Sistema Central todo Aire 29

Figura 5. Sistema de agua aire. 31

Figura 6. Unidades terminales de Fancoil. 32

Figura 7. Unidad Enfriadora de agua. 33

Figura 8. Sistema Central de Agua Helada. 33

Figura 9. Esquema de Funcionamiento de una Unidad Enfriadora de Agua

Helada compuesta de dos circuitos. 34

Figura 10. Sistema básico de las unidades de manejo de aire. 35

Figura 11. Esquema del intercambio de calor entre el aire y las tuberías

de agua helada. 36

Figura 12. Unidad Manejadora de Aire (UMA) 37

Figura 14. Diagrama de control manual. Fuente: Barriola, 2008 49

Figura 15. Diagrama de control manual con instrumentos de medición 50

Figura 16. Esquema de Funcionamiento de un Contactor. 56

Figura 17. Formas constructivas de termistores NTC a. Tipo glóbulo con

diferentes tipos de terminales - b. Tipo disco - c. Tipo barra . 58

Figura 18. Relación Rt + R20 en función de la temperatura

para termorresistencias metálicas (Pt, Cu, Ni) y para

termistores NTC con coeficientes α20 entre 20. 103 y 60. 103 61

Figura 18. Termistor NTC utilizado en el Sistema 65

Figura 17 Válvulas motorizadas de dos y tres vías 67

Figura 20 Tipos de memorias en un PLC. 74

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Figura 21. Capacidad modular de los PLCs. 74

Figura 22. Visualizador de status del PLC. 75

Figura 23. Lógica programada. 75

Figura 24. Capacidad de comunicación. 76

Figura 25. Diseño conceptual de un PLC. Fuente: Barriola, J. (2002) 78

Figura 26. Arquitectura básica de un PLC. Fuente: Barriola, J. (2002) 78

Figura 27. Diseño Funcional de un PLC. Fuente: Barriola, J. (2002) 79

Figura 28. Descripción del ciclo SCAN de un PLC 81

Figura 29. Diagrama de modo de operación de un PLC. 82

Figura 32. Entrada AC 87

Figura 33. Diagrama de entradas discretas Fuente: Barriola, J. (2002) 88

Figura 34. Diagrama de salidas discretas Fuente: Barriola, J. (2002) 89

Figura 35. Circuito equivalente de modulo AI. Fuente: Barriola, J. (2002) 89

Figura 36. Circuito equivalente de modulo AO. Fuente: Barriola, J. (2002) 90

Figura 37. Digitalización de la señal analógica y su

correspondiente almacenamiento en el equipo. Fuente: Barriola, J.(2002) 90

Figura 38. Conversion Digital Analógica del valor del registro del equipo 91

Figura 39. Símbolo de Contacto normalmente abierto 92

Figura 40. Símbolo de Contacto normalmente cerrado. 92

Figura 41. Símbolo de Salida, bobina de relé. 93

Figura 42. Símbolo de Temporizador con retardo a la desconexión. 94

Figura 43. Símbolo de Temporizador con retardo a la conexión. 94

Figura 44. Símbolo de Temporizador con retardo al pulso. 95

Figura 45. Símbolo de Contador descendente. 95

Figura 46. Símbolo de Contador ascendente. 96

Figura 47. Símbolo de Contador ascendente/descendente. 96

Figura 48. Rango de PLC´s 97

Figura 49. Diagrama de lógica de control automático 98

Figura 50. Diagrama de conexiones del autómata TSX07 de

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xiii

Telemecanique (de 16 E/S). 99

Figura 51. Pasos para la programación de tareas en un PLC. 100

Figura 56. Termistor NTC. 124

Figura 57. Diagrama de un control PID. 126

Figura 58. Control proporcional 128

Figura 59. Control proporcional integral 129

Figura 60. Control proporcional derivativo 131

Figura 61. Arquitectura del modem. 161

Figura 62. Componentes de Módem GSM 162

Figura 63. Conector micro FIT 162

Figura 64. Antena GSM 163

Figura 65 Pantallas del Twido Suite 165

Figura 66. Elemento Genérico ASCII 166

Figura 67. Configuración del GSM 167

Figura 68. Modo comando de un módem 169

Figura 69. Sintaxis de un comando AT 172

Figura 71. Configuración del I/O Server Mbenet 178

Figura 72 Configuración del Access Name en Intouch. 180

Figura 73 Configuración de la Dirección del Twido Ethernet. 181

Figura 74. Configuración del Access Point 182

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INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Condiciones físicas de confort. 19

Tabla 2. Comparación entre PLCs y RELES 77

Tabla 3. Resumen de características de todos los modelos TWIDO 103

Tabla 4. Resumen de características de todos los módulos de I/O

digitales TWIDO 104

Tabla 6. Algunos accesorios opcionales que ofrece TWIDO 106

Tabla 7. Especificaciones Técnicas de Equipos Unidad Enfriadoras

de Agua 115

Tabla 8. Características técnicas de las bomba. Marca KSB 118

TABLA 9. INVENTARIO DE FANCOILS 120

Tabla 10. Datos tecnicos del cuerpo de valvula 135

Tabla 11. Detalles técnicos del actuador de la válvula motorizada de

2 vias. 136

Tabla 12. Descripción de los elementos para la iluminación 140

Tabla 13. Resumen de equipos 143

Tabla de 14. Resumen de sensores y actuadores. 144

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

1

INTRODUCCIÓN

En la actualidad es un problema grave a resolver la alta demanda

energética en nuestro país y el mundo entero, también es de gran

importancia satisfacer las necesidades de las personas y maquinarias las

cuales son sensibles a cambios de temperatura y humedad.

El objetivo principal de este trabajo de investigación es lograr un

balance entre confort y ahorro de energía, mediante la implementación de un

sistema automatizado para el acondicionamiento del aire e iluminación en un

edificio de aulas y laboratorios.

Este edificio pertenece al El Centro de Formación Polivalente el Vigía

del INCES, el cual queda ubicado en la ciudad de El Vigía – Edo. Mérida, en

donde se situarán varias oficinas administrativas, laboratorios y salones de

clases, cabe destacar, que allí se encontrarán diversos equipos eléctricos y

gran cantidad de personas los cuales generan a su vez una enorme carga

térmica, lo que se traduce en elevados niveles de temperatura y humedad

relativa, por tanto se requiere de un sistema capaz de generar una atmósfera

apropiada en el área.

Adicionalmente el acondicionamiento del aire del edificio se basará en

un sistema mediante agua helada que se compone de una gran cantidad de

equipos de expansión directa de baja capacidad que generan una gran

demanda de energía eléctrica y por ende un alto costo de la misma.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

2

En este trabajo de investigación y de diseño, está contemplando la

selección de los equipos necesarios, para optimizar el proceso, el medio de

comunicación entre el operador y el sistema así como, el canal de

transmisión de datos entre los cuales se evaluará la mejor opción, entre

internet o via GSM mediante un estudio de factibilidad.

Para alcanzar el objetivo general de la investigación se presentan

cinco capítulos en los cuales se desarrollan las correspondientes fases del

proyecto:

El Capítulo I, contiene los aspectos concernientes a la empresa: reseña

histórica, misión, visión, valores organizacionales y organigramas.

Capítulo II, comprende la definición del proyecto: descripción del proceso,

planteamiento del problema, los objetivos y el alcance del mismo.

Capítulo III, muestra y desarrolla las bases teóricas adquiridas de

diversas fuentes bibliográficas y que fundamentan el proyecto.

Capítulo IV, correspondiente a la metodología, es un breve recorrido por

el procedimiento a emplear y los pasos a seguir para desarrollar la

propuesta.

Capítulo V, en donde se desarrollarán los diseños de control de

iluminación y el del sistema de agua helada, junto con el panel del

operador y los sistemas de comunicación empleados, en él se presentan

los resultados y análisis de éstos.

Capítulo VI, se darán las conclusiones y recomendaciones acerca de el

sistema de control planteado.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

3

CAPÍTULO I

IDENTIFICACIÓN DE LA EMPRESA.

1.1 RESEÑA HISTÓRICA

Hacia 1959 Venezuela carecía de una institución que se encargara

de promover la formación profesional de los trabajadores, que contribuyera a

la formación de personal especializado, que llevara a cabo programas de

adiestramiento para la juventud desocupada y que fomentara y desarrollara

el aprendizaje de los trabajadores. Este vacío incuestionable lo lleno El

instituto Nacional de Cooperación Educativa (INCE), recogiendo esas

aspiraciones como fin y compromiso propio.

El Instituto Nacional de Cooperación Educativa, INCE es un

organismo autónomo con personalidad jurídica y patrimonio propio, creado

por la Ley el 22 de Agosto de 1959. En 1990 de acuerdo al decreto

publicado en la gaceta oficial N° 34563 de fecha 28 de Septiembre de ese

mismo año, se reforma el reglamento de la Ley del INCE, con la finalidad de

reorganizar el Instituto para adecuarlo a los nuevos intereses del País y al

proceso de reconversión industrial, conjugando los esfuerzos de los tres

elementos claves: Los Trabajadores, El empresario Nacional y el Estado.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

4

El INCE “Bajo la tutela del Estado y con la colaboración de los

patronos y trabajadores de los sectores productivos de bienes y servicios,

tiene como finalidad lograr una eficiente formación y capacitación continua de

la fuerza laboral, complementando la educación recibida en el sistema

formal.

El Instituto Nacional de Cooperación Educativa (INCE), nace justo en

el momento en que Venezuela salía de una dictadura; Urgía para la nueva

Venezuela una Institución que se encargara de organizar, fomentar y

desarrollar la Formación Profesional, de los trabajadores en servicios, de

ejecutar programas de adiestramiento para la juventud desocupada, de

sistematizar y desarrollar el aprendizaje de los trabajadores.

El éxito del INCE estriba en la conjugación de iniciativas y esfuerzos

de los tres elementos potenciales en el campo del mercado: El Estado, los

trabajadores organizados y el empresario nacional

El INCE de hoy investiga, planifica, desarrolla y evalúa su acción,

considerando las tendencias más modernas en la Formación Profesional del

individuo, fija estrategias coherentes que permiten determinar

simultáneamente la función de educar y la función de producir, esta filosofía

en la acción, ha permitido orientar sus actividades en función del desarrollo

económico del país, fundamentándose en la dinámica del capital humano.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

5

Objetivos estratégicos del INCES

De Formación

• Desarrollar los Sistemas de formación Profesional acorde a las

exigencias del nuevo modelo de desarrollo socioproductivo.

• Ampliar las oportunidades de acceso y permanencia activa a los

procesos formativos de los sectores excluidos de la población

• Articular los programas de Formación Profesional a las necesidades y

potencialidades de las comunidades ubicadas en los ejes de

desarrollo nacional.

• Crear Programas de Capacitación Ocupacional a fin de entender las

necesidades sociales de la Población Económicamente Activa,

orientadas al fortalecimiento de la Economía Popular

Institucionales

• Incrementar los niveles de efectividad de la gestión en la asignación y

uso de los recursos institucionales.

• Consolidar alianzas estratégicas nacionales e internacionales para el

intercambio de tecnologías para la reactivación del aparato productivo

de la nación y de los países aliados.

• Desarrollar las potencialidades del recurso humano de la organización,

a los fines de responder a las exigencias de los avances sociales y

tecnológicos destinados a fortalecer la Economía Popular.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

6

• Adecuar al marco jurídico, procedimental y organizacional a la nueva

realidad institucional.

De Participación

• Impulsar a través de la acción formativa, la conformación de

organizaciones asociativas de producción, como mecanismo social de

participación en el modelo de desarrollo endógeno.

• Desarrollar programas de atención dirigidos a la población, en materia

de capacitación y asistencia técnica, para el fortalecimiento del

proceso de formación técnico-productivo, en el marco de la Economía

Popular.

De Comunicación

• Promover y divulgar la acción de Formación Profesional a través de

los medios de comunicación tradicionales y alternativos que permitan

su interrelación con los sectores productivos y sociales del país.

1.2 MISIÓN.

Formar y capacitar integralmente a hombres y mujeres a través de

programas diseñados mediante un modelo constructivista, productivo y de

inclusión, contribuyendo al desarrollo socio-económico del país.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

7

1.3 VISIÓN.

Ser una institución de formación y capacitación actualizado

tecnológicamente, reconocida a nivel nacional e internacional, por la

diversidad y flexibilidad de oportunidades de participación, erigiéndose como

elemento dinamizador de los procesos de transformación social y facilitando

las herramienta que exige el nuevo modelo de desarrollo económico del país.

1.4 ESTRUCTURA ORGANIZACIONAL DEL INSTITUTO.

El Instituto Nacional de Cooperación Educativa es un organismo

autónomo, con personalidad jurídica y patrimonio propio e independiente del

Fisco Nacional y según su propia ley. La estructura del Instituto está

determinada por lo dispuesto en el capítulo II, artículos 7 y 8 y en el capítulo

V artículo 22 del reglamento de la citada ley.

El Instituto Nacional de Cooperación Educativa, INCE, está

constituido por un nivel jerárquico representado por el Consejo Nacional

Administrativo y un Comité Ejecutivo, a quienes corresponde la dirección y

administración del Instituto; por un nivel gerencial medio, constituido por las

Gerencias Generales y Gerencia Regionales, y por un nivel operativo,

conformado por las Escuelas Especiales como Centros de Formación y

Capacitación.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

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1.4.1 Organigrama estructural

Figura 1 Organigrama General del INCE.

Fuente: Instituto Nacional de Cooperación Educativa (INCE),2008

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1.4.2 Organigrama de la gerencia de infraestructura y servicios

Figura 2 Organigrama de la Gerencia de Infraestructura y servicios

Fuente: Instituto Nacional de Cooperación Educativa (INCE).

GERENCIA DE INSFRAESTRUCTURA

Y SERVICIOS

DIVISION DE CONTRATOS

GERENCIA DE ABASTECIMIENTO

Y LOGÍSTICA

DIVISION DE INGENIERIA

GERECIA DE SERVICIOS

GENERALES

DIVISIÓN DE

SERVICIOS

DIVISIÓN DE PLANTA FÍSICA

DIVISIÓN DE SEGURIDAD Y

TRANSPORTE

GERENCIA DE

MANTENIMIENTO

DIVISIÓN DE EDIFICACIONES Y

EQUIPOS

DIVISIÓN DE

UNIDADES MOVILES

DIVISIÓN DE HIGIENE Y

SEGURIDAD INDUSTRIAL

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CAPÍTULO II

DEFINICIÓN DEL PROYECTO.

2.1.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.

En estos momentos, en donde el ahorro de energía y la optimización

en los procesos son los puntos de mayor importancia en todo proyecto que

se vaya a realizar, es un factor determinante tomar en cuenta estos aspectos

desde la mesa de proyectos. En este caso particular, el proyecto consta en

la automatización de la iluminación y del aire acondicionado central de un

edificio de Laboratorios mediante la utilización de un Controlador Lógico

Programable (PLC). Situado en El Centro de Formación Polivalente el Vigía

se encuentra ubicado en la Urb. Buenos Aires, adyacente a las instalaciones

de Aguas de Mérida, empresa de distribución y canalización del agua potable

del municipio Alberto Adriani, en El Vigía – Edo. Mérida.

El uso de este edificio es netamente educacional, para lo que se debe

prever gran flujo de personas las cuales deben transitar y permanecer dentro

de la infraestructura en condición de confort.

2.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

El Centro de Formación Polivalente el Vigía es un edificio que tiene

como función la capacitación como objetivo principal de la institución que

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representa como lo es el INCES, en donde funcionaran una serie de

laboratorios como:

Laboratorio de Neumática.

Laboratorios de Hidráulica .

Laboratorios de Mecanizado.

Laboratorio de Electrónica .

Laboratorio de Telecomunicaciones.

Laboratorio de Instrumentación.

Laboratorio de Máquinas Eléctricas.

Contando con 1.683,35 m2 de construcción, debe proporcionar a todo

el personal que transite y permanezca dentro del edificio condiciones de

confort, en lo que a temperatura respecta, dado a que se encuentra ubicado

geográficamente en una zona calurosa en donde las temperaturas oscilan

entre 28 y 34°C, debe contemplarse temperaturas de 21 y 22°C para

garantizar el buen funcionamiento de los equipos y la comodidad de las

personas, para ello se realizó el proyecto de diseño de un sistema de

acondicionamiento de aire mediante agua helada, dando como resultado una

capacidad nominal 60 TR.

Este sistema consta de una serie de maquinarias como Chiller y

unidades de acondicionamiento del aire tipo Fan-coil, (que son alimentados

eléctricamente, en condiciones normales de operaciones en donde no se ve

afectado por algún sistema de control automático, el sistema se diseña para

que todo el edificio se mantenga a la misma temperatura, las horas laborales

o las 24 horas de cada día en algunos casos. Por ello se desea realizar un

sistema de control que pueda optimizar el ahorro de energía en donde las

maquinarias del sistema de acondicionamiento de aire proporcionen las

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cargas necesarias para satisfacer las necesidades en los ambientes

ocupados, reduciendo así la demanda energética cuando haya espacios y

aulas desocupados.

En el mismo orden de ideas, es un factor determinante de ahorro el

perfecto uso de la iluminación del edificio, optimizando la energía apagando

las luminarias que no sean necesarias cuando los ambientes estén

desocupados.

Para este fin, se diseñará un sistema de control mediante PLC que

pueda operar el sistema de acondicionamiento de aire y el sistema de

iluminación, esperando reducir considerablemente la demanda energética del

edificio respecto a otro similar que no posea automatización.

2.3 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS.

2.3.1 Objetivo General

Diseño de un sistema de control por medio de un controlador lógico

programable (PLC), para una unidad de aire acondicionado por agua helada

de 60TR, que sea capaz de sensar el estado del sistema, supervisando

parámetros de humedad y temperatura, tomando como variable para su

funcionamiento si el espacio a acondicionar esta ocupado o no, controlando a

su vez la iluminación del ambiente, optimizando el consumo energético

requerido por el edificio.

2.3.2 Objetivos Específicos

Familiarizarse con el ciclo de actividad diaria del edificio.

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Diseñar el sistema de control para variables de humedad y

temperatura específicas para tres (7) laboratorios: Maquinas Electricas,

Instrumentación y Control, Neumática, Hidráulica, Telecomunicaciones,

Electrónica y Mecanizado.

Diseñar el sistema de control mediante un controlador lógico

programable (PLC), conectado a válvulas modulantes a nivel de cada Fan-

Coil, que sensen y regulen el caudal de agua que pasa por cada una de

estas unidades, controlando así la temperatura de los laboratorios y el

edificio en general.

Diseñar un sistema de control de iluminación eficiente para las

instalaciones del edificio, que pueda detectar si hay o no personas dentro del

recinto y pueda encender y apagar las luces del mismo.

Estudiar la factibilidad de los dispositivos de transmisión vía Internet o

GSM, haciendo un estudio comparativo entre ellos y realizando el diseño

para la opción que se ajuste mas a las condiciones del edificio, el uso del

sistema elegido se basará en enviar mensajes de monitoreo y alerta a un

computador personal conectado a Internet a un teléfono celular vía GSM.

2.4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN.

2.4.1 Justificación Empresarial

El objeto del presente proyecto es la optimización de los sistemas de

aire acondicionado e iluminación, traduciéndose esta implementación en un

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ahorro significativo en la energía demandada por el edificio en pleno,

contribuyendo con la economía y el ambiente.

2.4.2 Justificación Académica

La implementación de automatización en edificaciones es un tema en

boga en el ámbito de tecnología actual, los edificios inteligentes representan

un mayor confort para sus habitantes y un notable ahorro en la energía,

reduciendo costos de operación y contribuyendo así con la preservación del

ambiente. El aporte académico a este tipo de proyectos es crear bases para

una nueva mentalidad en donde la automatización de procesos brinde mejor

calidad de vida a las personas del entorno, sea un objetivo principal; crear

sistemas seguros que puedan monitorearse en cualquier momento a

distancia y en donde los nuevos prototipos no destruyan sino que colaboren

con el medio ambiente haciendo un aporte hacia una nueva misión de la

ingeniería.

2.5 ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN.

El proyecto esta diseñado para automatizar todo lo relacionado con las

necesidades de acondicionamiento de aire del edificio de laboratorios CFS El

Vigía del INCES en el Vigía – Edo. Mérida, optimizando el uso de la energía

cuando los ambientes están en uso o no, mediante sensores de temperatura

que crean ambientes confortables. Este diseño estará realizado para un

sistema de control mediante un controlador lógico programable PLC, con una

cabina de control en donde se hallará un computador en donde se

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supervisaran todas las variables criticas. Este sistema también enviara

reportes de funcionamiento y alertas mediante un dispositivo GSM o

INTERNET a uno o más celulares previamente estipulados y a una

computadora ubicada en un sitio remoto.

2.6 LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN

Dado al costo de los equipos y por tratarse del desarrollo de un

estudio teórico de diseño, no podrá ser posible una demostración con una

maqueta que cuente con el PLC, los sensores y actuadores asi como los

equipos de transmisión de datos vía GSM o RED, por lo tanto se limitará a la

demostración mediante el software en donde se podrá simular el proceso de

automatización de iluminación y acondicionamiento de aire del edificio.

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CAPÍTULO III

MARCO TEÓRICO

En este capítulo se darán los conceptos básicos que hay que conocer

en un proyecto de diseño de automatización de aire acondicionadoe

iluminacion de un edificio, conociendo las variables inplicitas en cada uno de

los procesos, comenzando por nuestra necesidad como humanos por

sentirnos comodos y de las maquinarias para trabajar dentro de un rango de

temperatura aceptable que no afecte su eficiencia y desempeño.

El comportamiento fisiológico del cuerpo humano demanda que

la cantidad de calor interno producido por el cuerpo, sea igual a la cantidad

de calor externo perdido.

El cuerpo humano tiene un sistema de control de temperatura para

regular sus pérdidas que ocurren por convección, radiación y evaporación. La

proporción relativa de cada una depende de la cantidad de calor generado

por el cuerpo, que a su vez depende de la actividad que se este realizando;

también depende de la ropa, de la temperatura y condiciones del aire.

3.1 CONDICIONES DE COMODIDAD.

El ser humano siempre ha deseado crear y tener un ambiente

cómodo. Esto se refleja en la arquitectura tradicional de todo el mundo,

desde la historia antigua hasta el presente. Actualmente, la creación de un

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ambiente cómodo es uno de los parámetros más importantes que se

consideran cuando se proyectan edificios.

Pero ¿Qué es la comodidad térmica? La norma ISO 7730 lo define

como "aquella condición mental que expresa satisfacción con el ambiente

térmico".

3.1.1 Factores que influyen en la comodidad desde e l punto de

vista del aire acondicionado:

a. Temperatura del aire.

b. Humedad del aire.

c. Movimiento del aire.

d. Pureza del aire.

Temperatura del aire o temperatura del bulbo seco:

Es la temperatura del aire indicada por un termómetro ordinario. Si no

existiera un control de la temperatura no se obtuviera una comodidad

optima; el adecuado control de la temperatura del medio ambiente que

circunda por el cuerpo humano elimina el esfuerzo fisiológico de

acomodación, obteniéndose con ello un mejor confort y la consiguiente

mejora del bienestar físico y de las condiciones de salubridad.

Humedad del aire:

Gran parte del calor del cuerpo humano se pierde por evaporación a

través de la piel. La evaporación se debe a la baja humedad relativa del aire;

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las altas humedades retardan el proceso de evaporación. Esto da una idea

de la importancia que tiene el control de la humedad. Los excesos de la

humedad relativa producen no solamente reacciones fisiológicas molestas,

sino también afectan las propiedades de algunos materiales.

Movimiento del aire:

Cuando el aire por medio de movimiento es sentido por el cuerpo

humano este hace que aumente la perdida de calor y humedad modificando

la sensación tanto de frío como de calor. El control sobre los aspectos del

movimiento del aire depende básicamente del diseño correcto de la inyección

y el retorno del aire.

Pureza del aire:

Es el aporte de aire puro, extracción de aire viciado, supresión de

partículas y bacterias; esto es de vital importancia no solo para la salud del

ser humano sino además disminuye los gastos de limpieza y mantenimiento.

3.2 CONFORT TÉRMICO.

El confort térmico es el parámetro mas importante dentro del diseño

arquitectónico bioclimatico. Lograr bienestar físico y psicológico es el objetivo

primordial al diseñar y construir cualquier espacio. Para lograr un buen

diseño se debe tomar en cuenta las condiciones físicas del lugar, y el tipo de

aplicación que posee el mismo, en función de ello se establece las

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condiciones interiores que garanticen el confort térmico. Para ello se puede

utilizar la tabla # 1 donde se muestran diversos tipos de aplicaciones y sus

condiciones físicas de confort.

A manera de mantener un balance del calor emanado por el cuerpo

humano que normalmente mantiene una temperatura de 98.6ºF +/- 1ºF; se

debe producir confort en un ambiente en el cual es necesario mantener el

aire, la temperatura y la humedad apropiadas, esto en referencia al confort

en el aire acondicionado, que esta basado en los factores de metabolismo

del cuerpo humano. La American Society of Heating, Refrigeration and air

Conditioning Engineers.Inc. ha publicado la denominada zona de confort

térmico (ver gráfica #1) donde se puede observar de forma gráfica el rango

optimo de confort térmico en la carta psicrométrica.

Tabla 1. Condiciones físicas de confort.

Fuente: Carrier, ”Handbook of Air Conditioning and System

Design”,2004

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Fuente: Manual de In

3.3 AIRE ACONDICIONADO.

El acondicionamiento del

controlando, además, su temperatura y contenido de humedad. En

condiciones ideales se logra todo esto de manera simultánea.

Un equipo de aire a

espacio determinado cumple la función de mantener las condiciones de

confort térmico, las condiciones necesarias para el proceso de fabricación

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

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Gráfica 1. Carta de Confort térmico.

Fuente: Manual de Ingeniero mecánico Tomo II

AIRE ACONDICIONADO.

El acondicionamiento del aire es el proceso que limpia y circula el

controlando, además, su temperatura y contenido de humedad. En

condiciones ideales se logra todo esto de manera simultánea.

Un equipo de aire acondicionado es un dispositivo que dentro de un

espacio determinado cumple la función de mantener las condiciones de

confort térmico, las condiciones necesarias para el proceso de fabricación

Gráfica 1. Carta de Confort térmico.

geniero mecánico Tomo II,2001

que limpia y circula el aire,

controlando, además, su temperatura y contenido de humedad. En

condiciones ideales se logra todo esto de manera simultánea.

condicionado es un dispositivo que dentro de un

espacio determinado cumple la función de mantener las condiciones de

confort térmico, las condiciones necesarias para el proceso de fabricación

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

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de un determinado producto o las condiciones óptimas para una necesidad

específica.

El término aire acondicionado, tradicionalmente se ha asociado con el

simple proceso del enfriamiento de un determinado volumen de aire

atmosférico para posteriormente inyectarlo al interior de un ambiente:

vivienda, oficina, etc. Se define al control estricto y simultáneo, no solo de la

temperatura del aire de un ambiente determinado, sino también de su grado

de humedad, de su calidad y de su movilidad, manteniéndolos

constantemente a lo largo del tiempo o permitiendo su variación dentro de un

cierto rango, pero en cualquier caso, independientemente de las condiciones

de temperatura, humedad, velocidad y calidad del aire reinante en el medio

exterior. Así, controlando estas cuatro variables se pueden obtener múltiples

combinaciones para el acondicionamiento del aire ambiental: aire frío,

húmedo, caliente, deshumificado, recalentamiento, aire aséptico, libre de

bacterias y gérmenes, etc.

En Venezuela el aire acondicionado esta principalmente relacionado

con el término de calor, lo cual nos indica que la transferencia térmica ocurre

desde un cuerpo de mayor temperatura hacia el de menor temperatura.

Con relación a los medios profesionales, se considera necesario para

proporcionar un confort ambiental, actuar sobre tres propiedades del aire

como mínimo, generalmente estos son (Temperatura, humedad relativa,

velocidad o pureza) y regular sus valores o límites.

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3.3.1 Sistemas de aire acondicionado.

Un sistema de aire acondicionado debe proporcionar un estado de

confort y bienestar humano, esto buscando la selección de un determinado

sistema siguiendo las características físicas del edificio, aspecto económico y

grado de flexibilidad requerido.

Para refrigerar un ambiente de forma pasiva existen dos estrategias:

reducir las ganancias de calor en el interior (detener la radiación solar,

maximizar la iluminación natural, reducir las ganancias de calor internas por

iluminación artificial y otros equipos) e incrementar las pérdidas de calor al

exterior (ventilación).A veces, aún aplicando estos principios no es suficiente

lo cual conlleva a la necesidad de usar sistemas de refrigeración mecánica.

La correcta aplicación de los principios de reducción de ganancia de

calor interior y de ventilación, disminuirán los requerimientos de refrigeración

mecánica para lograr condiciones de confort. Esto se reflejará en una

reducción del consumo de energía, de los costos de funcionamiento, y por lo

tanto un ahorro por parte del usuario.

Sistema de refrigeración:

La refrigeración no es el proceso de producir frío, es en realidad el

proceso de extraer calor. Para producir frío lo que se hace es transportar

calor de un lugar a otro. Así, el lugar al que se le sustrae calor se enfría. El

sistema de refrigeración de aire debe proporcionar a un ambiente en

condiciones adecuadas de temperatura, humedad, movimiento del aire,

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calidad del aire, ventilación y nivel acústico. El fin de un sistema de

refrigeración es absorber calor del aire, agua o cualquier otra sustancia. ( ver

figura # 1)

Figura 2. Sistema de Refrigeración. (Fuente: Martín ez, F. 2005).

Cualquier sistema de refrigeración consta de los siguientes

componentes:

Equipo de Refrigeración: Compresor, condensador, dispositivo de

expansión y evaporador.

Compresor: Es un dispositivo de desplazamiento positivo en el que

se emplea el ciclo de compresión de vapor, y el cual es aplicado con

refrigerantes que poseen características de bajos volúmenes específicos y

presión relativamente alta.

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Por la acción del compresor, el vapor resultante de la evaporación es

aspirado desde el evaporador por la línea de aspiración hasta la entrada del

compresor. En el compresor, la presión y la temperatura del vapor aumentan

considerablemente gracias a la compresión, entonces al vapor a alta

temperatura y a alta presión es devuelto por la línea de expulsión. Esta etapa

se puede observar entre los puntos 2 y 3 de la figura 1.

Condensador: Se puede definir como el lugar donde se produce el

intercambio de calor que tiene como finalidad licuar el gas proveniente del

compresor. El vapor atraviesa la línea de expulsión hacia el condensador

donde libera el calor hacia el aire exterior. Una vez que el vapor ha

prescindido de su calor adicional, su temperatura se reduce a su nueva

temperatura de saturación que corresponde a su nueva presión. La etapa de

condensación se muestra entre los puntos 3 y 4 de la figura 1.

El condensador puede ser: Enfriado por aire: Los cuales son

intercambiadores de calor donde el calor absorbido por el refrigerante

durante el proceso de evaporización es entregado al aire.

Enfriado por agua: Donde el agua circula por unos tubos que se

encuentran dentro de un cilindro lleno de refrigerante caliente. El resultado es

que el calor que se quita de la habitación a acondicionar es absorbido por el

agua la cual después es enfriada en una torre de enfriamiento para ser usada

nuevamente en el ciclo.

Evaporador: En el evaporador, el líquido se vaporiza a presión y

temperatura constantes gracias al calor latente suministrado por el

refrigerante que cruza el espacio del evaporador. Existe un intercambiador de

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calor, en el que el calor pasa desde la sustancia que se va a enfriar hasta el

refrigerante en ebullición. Esta sustancia es el aire en el caso del

acondicionamiento ambiental y esta etapa se puede ver entre los puntos 1 y

2 de la figura 1.

Sistema de Expansión directa:

Son equipos autónomos diseñados para acondicionar espacios

individuales o comunes según sean las necesidades.

Se caracteriza por usar refrigerante R134A como medio de

enfriamiento del aire, siendo los condensadores del equipo de refrigeración

enfriados por aire, poseen su propio ciclo de refrigeración (no dependen de

un equipo central).

En general se usan en forma individual, para acondicionar espacios

personales. También existen equipos de mayor potencia para espacios

comunes. Las capacidades de estos equipos oscilan entre 0,5 y 50 toneladas

de refrigeración.

Estos equipos realizan la climatización del ambiente mediante su

conexión a la red de energía eléctrica. No requieren de instalaciones

adicionales más que un drenaje y alimentación eléctrica.

Se dividen:

Equipos compactos

Equipos divididos o Split

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Sistemas centrales:

Son sistemas que centralizan la generación del fluido térmico

encargado de transportar la energía a los locales a acondicionar.

Los sistemas de aire acondicionado central para uso residencial o

comercial mantienen el lugar fresco en los meses más calurosos, mientras

que ayudan a reducir el nivel de humedad en el interior. Los sistemas

incluyen un compresor, un ventilador, un serpentín condensador, un

serpentín evaporador y un refrigerante que extrae el calor del aire interior y lo

transfiere hacia el exterior (dejando el aire frío dentro del hogar para ser

reciclado.) La eficiencia de estos sistemas es medida en rangos EER

(clasificación de Eficiencia Energética.)

Se dividen en:

Todo aire

Aire agua

Todo agua

Todo Aire:

Se basan en que el aire es enfriado directamente por el fluido

refrigerante sin la intervención de un refrigerante indirecto. La distribución de

energía a los diversos locales se realiza mediante aire climatizado que se

impulsa a través de conductos desde las unidades de tratamiento hasta los

elementos terminales. Se subdividen en:

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Compactos o autocontenidos Equipos de techo (Roof - top)

Divididos (Split centrales) y Equipos múltiples (Multisplit)

Equipos compactos de roof: Son aparatos autónomos que contienen

todos los elementos del ciclo de refrigeración y están diseñados para ser

instalados sobre la cubierta del local o en jardines. (Ver figura # 2)

Figura 3. Equipo compacto de Techo.

Fuente: http://www.farq.edu.uy

Equipos divididos (Split central): Son equipos compuestos por dos

unidades separadas. La unidad exterior (compresor más condensador) y la

unidad interior (evaporador) unidas por tuberías por donde circula

refrigerante. (Ver figura # 3). Son más completos que el Equipo compacto

(Roof- top) pues permiten seleccionar la capacidad de modificar la cantidad

de vapor de agua (mayor capacidad de deshumectación del ambiente).

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Figura 3.1. Equipo Dividido central.

Fuente: http://www.farq.edu.uy

Los equipos «Todo Aire» aportan, entre otras, las siguientes ventajas:

Filtración, humidificación y deshumidificación centralizadas.

Funcionamiento silencioso: todos los aparatos móviles se encuentran

situados en un espacio común y reducido, lo que permite un tratamiento

acústico más sencillo. (Los ruidos originados por el flujo de aire en los

conductos y transmitidos de un local a otro deben ser estudiados aparte).

Todo el aire de retorno pasa por la unidad de tratamiento central, por

lo que sufre una nueva filtración y corrección de la humedad, redundando en

una mayor calidad del aire.

El aire de renovación es captado por una única toma exterior, lo que

permite una mejor ubicación de la misma, de forma que los efectos del viento

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en fachada tengan una menor incidencia y que se encuentre alejada de

zonas de evacuación de aire viciado o torres de enfriamiento.

Economía de funcionamiento: en estaciones con temperaturas suaves

todo el aire impulsado a los locales puede provenir del exterior sin ningún

coste adicional, freecooling, sin existir retornos y mejorándose notablemente

la calidad del aire interior.

Mantenimiento centralizado: filtros, sistemas de humidificación y

deshumidificación, intercambiadores del calor y aparatos móviles están

ubicados en un mismo local.

Posibilidad de emplear aparatos de control de las condiciones

ambientales de cada local, sencillos y económicos.

Figura 4. Sistema Central todo Aire

Fuente: www.Frioycalor.cl

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Aire – Agua:

Se basan en la distribución de energía a los diversos locales a través

de circuitos de agua enfriada y aire. Requieren de una central de generación

de agua fría.

Se componen de: unidades centrales de acondicionamiento de aire

(manejadoras de aire) y/o unidades terminales de acondicionamiento de aire,

funcionando estas últimas con agua helada.

Se divide en:

Enfriadores de agua

Manejadores de aire

Inductores de aire

Enfriadores de agua: Son equipos de refrigeración que utilizan el

ciclo de refrigeración para enfriar agua en lugar de enfriar aire. Tienen los

mismos componentes, evaporador, compresor, condensador y válvula de

expansión.

Manejadores de aire: Son equipos compuestos por un intercambiador

de calor agua – aire, construido con tubos aletados, un ventilador movido por

un motor eléctrico, filtros de aire, una bandeja de drenaje y un gabinete

aislado térmicamente con una entrada de aire.

Dentro de los tubos del intercambiador se hace circular agua helada o

agua caliente, lográndose las funciones de calefacción o refrigeración. En la

figura 5 se puede observar el esquema de una unidad central de

acondicionamiento de aire mediante un sistema Aire – Agua.

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Figura 5. Sistema de agua aire.

Fuente: http://www.farq.edu.uy

Todo Agua:

Se basan en la distribución de energía a los diversos locales

exclusivamente mediante agua. El agua fría es utilizada por unidades

llamadas ventilador serpentín o (FanCoil) que se instalan en cada ambiente

individual.

Ventilador serpentín o (Fancoil):

Es una unidad Terminal provista básicamente de un ventilador y un

serpentín de intercambio térmico por donde circula agua helada. (Ver figura #

6) Puede disponer también de filtro de aire y batería de calefacción (eléctrica

o agua caliente).

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

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Figura 6. Unidades terminales de Fancoil.

Fuente: http://www.farq.edu.uy

Sistema Central de Agua Helada:

Estos sistemas se caracterizan por tener un equipo de refrigeración

centralizado y común a todos los ambientes siendo el agua ( se conoce como

agua helada por su baja temperatura ) el medio utilizado para el enfriamiento

y deshumificación del aire y la cual es procesada centralmente por un equipo

conocido como unidad enfriadora de agua o chiller. En la figura # 7 se puede

observar un ejemplo de una unidad enfriadora de aire, cuya función es la

generación del agua helada necesaria , en condiciones requeridas para todas

las unidades de manejo de aire, utilizándose bombas centrifugas para hacer

circular el agua en una red apropiada de tuberías. La figura 8 muestra el

esquema de funcionamiento de un sistema central de agua helada.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

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Figura 7. Unidad Enfriadora de agua.

Fuente: www.Chiller.com.ve

Figura 8. Sistema Central de Agua Helada.

Fuente: Propia

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Figura

Enfriadora de Agua Helada compuesta de dos circuito s.

Las unidades enfriadoras de agua pueden ser de uno o varios circ

de refrigeración, En la figura #

de una unidad enfriadora de agua de dos circuitos.

Las Unidades de manejo de aire (UMA) constan básicamente del

serpentín de enfriamiento y deshumificación y de los ventilado

suministro de aire, siendo su ubicación preferiblemente dentro del local a

acondicionar (generalmente encima del techo raso) o fuera del local (en un

cuarto especial conocido como sala de maquinas) dependiendo

principalmente del espacio requer

función de la capacidad de refrigeración) y de las facilidades que se

dispongan para el mantenimiento de las unidades. Con la ubicación de la

unidad dentro del local a acondicionar, se tiene la alternativa, depen

del área servida, de usar o no conductos de aire, mientras que si la unidad

se coloca afuera del lugar a acondicionar es imprescindible la utilización de

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

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Figura 9. Esquema de Funcionamiento de una Unidad

Enfriadora de Agua Helada compuesta de dos circuito s.

Fuente: Martinez,2007. Tesis de Grado

Las unidades enfriadoras de agua pueden ser de uno o varios circ

de refrigeración, En la figura # 9 se muestra un esquema de funcionamiento

de una unidad enfriadora de agua de dos circuitos.

Las Unidades de manejo de aire (UMA) constan básicamente del

serpentín de enfriamiento y deshumificación y de los ventilado

suministro de aire, siendo su ubicación preferiblemente dentro del local a

acondicionar (generalmente encima del techo raso) o fuera del local (en un

cuarto especial conocido como sala de maquinas) dependiendo

principalmente del espacio requerido por la unidad (El tamaño del equipo es

función de la capacidad de refrigeración) y de las facilidades que se

dispongan para el mantenimiento de las unidades. Con la ubicación de la

unidad dentro del local a acondicionar, se tiene la alternativa, depen

del área servida, de usar o no conductos de aire, mientras que si la unidad

se coloca afuera del lugar a acondicionar es imprescindible la utilización de

. Esquema de Funcionamiento de una Unidad

Enfriadora de Agua Helada compuesta de dos circuito s.

. Tesis de Grado

Las unidades enfriadoras de agua pueden ser de uno o varios circuitos

se muestra un esquema de funcionamiento

Las Unidades de manejo de aire (UMA) constan básicamente del

serpentín de enfriamiento y deshumificación y de los ventiladores para el

suministro de aire, siendo su ubicación preferiblemente dentro del local a

acondicionar (generalmente encima del techo raso) o fuera del local (en un

cuarto especial conocido como sala de maquinas) dependiendo

ido por la unidad (El tamaño del equipo es

función de la capacidad de refrigeración) y de las facilidades que se

dispongan para el mantenimiento de las unidades. Con la ubicación de la

unidad dentro del local a acondicionar, se tiene la alternativa, dependiendo

del área servida, de usar o no conductos de aire, mientras que si la unidad

se coloca afuera del lugar a acondicionar es imprescindible la utilización de

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conductos para el transporte del aire con las complicaciones que esto

representa debido al espacio requerido para el paso de ductos. En la figura #

10 se observa como es tratado el aire, tanto para el local a acondicionar

como para el exterior del mismo, dentro de un sistema básico de Unidades

de Manejo de Aire)

Este tipo se sistemas son utilizados generalmente cuando se

requieren de grandes capacidades de refrigeración, básicamente consta de

una o varias unidades enfriadoras de agua donde cada una esta constituida

por: Compresores, condensador, evaporador y válvula de expansión: el

evaporador es un intercambiador de calor de un recipiente (serpentín con

refrigerante y posteriormente agua) el agua del enfriador va a lo largo de las

tuberías de las UMAS, esta agua pasa a través de los serpentines de las

UMAS enfriando el aire que es desplazado por el ventilador. (Ver figura # 11).

La variante de estos sistemas depende de la distribución del agua y aire a

través del tipo de UMA utilizado de acuerdo a los tipos de enfriadores.

Figura 10. Sistema básico de las unidades de manejo de aire.

Fuente: Martínez Urbina, F. (2005).

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Figura 11. Esquema del intercambio de calor entre e l aire y las

tuberías de agua helada.

Fuente: www.caloryfrio.cl

Este tipo de sistema permite una gran individualidad a los ambientes o

locales acondicionados ya que el área servida por cada UMA. Es

acondicionada independientemente y por lo tanto el control de la temperatura

y humedad corresponde a las condiciones particulares de cada espacio.

El sistema central de aire acondicionado por media de agua helada es

recomendable en edificios con gran número de ambientes con horarios y

condiciones de ocupación distinta como son: hoteles, centros médicos,

centros comerciales, edificios de oficinas, etc. Para el caso de los centros

médicos o centros comerciales por ejemplo, es necesario disponer de UMAS

de gran capacidad que manejen un gran caudal de aire en función de las

necesidades requeridas, en la figura 12 se puede observar un ejemplo de

este tipo de UMAS.

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Figura 12. Unidad Manejadora de Aire (UMA)

Fuente: Trane.com.ve

3.3.2 Red de Distribución de Agua Helada.

Como parte primordial de un Sistema de Acondicionamiento de Aire,

se debe poner atención en el diseño de los circuitos que conducen el agua

helada a través del sistema.

Los circuitos que transportan fluidos, (conductos o tuberías), deben

ajustarse estrictamente para su diseño, a los lineamientos que se indiquen

según sus normas, incluyendo a los materiales necesarios, válvulas ,

conexiones, e instrumentos de medición que los integran. En los sistemas

de Acondicionamiento de Aire en los que se trabaje por medio de agua

helada se tiene que tener muy en cuenta aspectos muy importantes, Cuando

el sistema lleva una Unidad Enfriadora de Agua y esta tiene Condensador

Enfriado por Agua, requiere de dos circuitos:

Un circuito que transporte y distribuya el Agua Helada que demande la

Carga Térmica del Edificio.

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Otro circuito que transporte el Agua de Condensación para

proporcionar el gasto necesario y eliminar el calor rechazado por el

Refrigerante en el Condensador de la Unidad Generadora de Agua, y la

Torre de Enfriamiento.

Cuando la Unidad Generadora de Agua utiliza Condensador Enfriado

por Aire, entonces únicamente se requiere el circuito de agua helada. (Ver

figura #13)

Figura 13. Red de distribución de agua helada para unidades

enfriadoras de agua condensadas por aire. Fuente: Tesis Ing.Oscar Martinez

3.4 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN

Iluminación se refiere al conjunto de dispositivos que se instalan para

producir ciertos efectos luminosos, tanto prácticos como decorativos. Con la

iluminación se pretende, en primer lugar, conseguir un nivel de iluminación, o

iluminancia, adecuado al uso que se quiere dar al espacio, dependerá de la

tarea que los usuarios hayan de realizar.

La fatiga visual se ocasiona si los lugares de trabajo y las vías de

circulación no disponen de suficiente iluminación, ya sea natural o artificial,

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adecuada y suficiente durante la noche y cuando no sea suficiente la luz

natural.

Las instalaciones de iluminación de los locales, de los puestos de

trabajo y de las vías de circulación deberían estar colocadas de tal manera

que el tipo de iluminación previsto no suponga riesgo de accidente para los

trabajadores.

Los locales, los lugares de trabajo y las vías de circulación en los que

los trabajadores estén particularmente expuestos a riesgos en caso de avería

de la iluminación artificial deben contar con una iluminación de seguridad de

intensidad suficiente.

La iluminación deficiente ocasiona fatiga visual en los ojos, perjudica

el sistema nervioso, ayuda a la deficiente calidad de trabajo y es responsable

de una buena parte de los accidentes de trabajo. Un sistema de iluminación

debe cumplir los siguientes requisitos:

La iluminación tiene que ser suficiente y la necesaria para cada tipo de

trabajo.

La iluminación tiene que ser constante y uniformemente distribuida

para evitar la fatiga de los ojos, que deben acomodarse a la intensidad

variable de la luz. Deben evitarse contrastes violentos de luz y sombra, y las

oposiciones de claro y oscuro.

Los focos luminosos tienen que estar colocados de manera que no

deslumbren ni produzcan fatiga a la vista debido a las constantes

acomodaciones.

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El rendimiento lumínico de las lámparas incandescentes es de

10 lm/W (lúmenes por vatio). Las lámparas incandescentes halógenas tienen

un rendimiento lumínico de 20 lm/W. La vida útil de este tipo de lámparas es

de 1000 a 2000 horas.

Las lámparas de mercurio de alta presión alcanzan un rendimiento de

40 a 55 lm/W y su duración es de 15000 horas; se utilizan en la iluminación

pública o de grandes espacios. Las lámparas de mercurio halogenadas

incluyen un aditivo de halogenuro metálico que agrega más bandas de

emisión, con lo cual su rendimiento lumínico alcanza los 80 lm/W; se usan

para alumbrado interior o exterior de fachadas, monumentos, etc.

Las lámparas de sodio de alta presión alcanzan un rendimiento de 100

a 120 lm/W, con una vida de hasta 16000 horas. Se usan en alumbrado

público.

3.4.1. Principio de Funcionamiento de una Lámpara F luorescente:

El principal elemento de una lámpara fluorescente es un tubo cargado

de un gas inerte (generalmente Argón) y una pequeña cantidad de Mercurio

a baja presión, el tubo está recubierto en su interior por una capa de pintura

fluorescente (contiene fósforo) y en cada extremo posee un filamento

recubierto de calcio y magnesio.

Para encender la lámpara se utiliza un cebador y para mantener una

diferencia de potencial a través de ésta se utiliza un balastro.

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Al accionar el interruptor para el encendido de la lámpara, el flujo de

electrones de la corriente eléctrica al llegar al cebador produce un arco o

chispa entre los dos electrodos situados en su interior, lo que provoca que el

gas neón (Ne) contenido también dentro de la cápsula de cristal, se

encienda. El calor que produce el gas neón encendido hace que una

pequeña placa bimetálica, que forma parte de uno de los dos electrodos del

cebador, se curve y cierre un contacto eléctrico dispuesto entre ambos

electrodos. Cuando el contacto del cebador está cerrado, se establece el flujo

de corriente eléctrica necesaria para que los filamentos del tubo de vidrio se

enciendan, a la vez que se apaga el gas neón.

Los filamentos de Tungsteno encendidos provocan la emisión de

electrones por calentamiento y la ionización del gas Argón (Ar), contenido

dentro del tubo. Esto crea las condiciones previas para que, posteriormente,

se establezca un puente de plasma conductor de la corriente eléctrica por el

interior del tubo, entre un filamento y otro.

La placa bimetálica del cebador, al dejar de recibir el calor que le

proporcionaba el gas neón encendido, se enfría y abre el contacto dispuesto

entre los dos electrodos. La fuerte corriente que fluye por dentro del tubo

producida por el balastro, provoca que los electrones comiencen a chocar

con los átomos del gas Argón, aumentando la cantidad de iones y de

electrones libres. Como resultado se crea un puente de plasma, es decir, un

gas compuesto por una gran cantidad de iones y de electrones libres, que

permite que estos se muevan de un extremo a otro del tubo.

Esos electrones libres comienzan a chocar con una parte de los

átomos de Mercurio (Hg) contenidos también dentro del tubo, que han

pasado del estado líquido al gaseoso debido a la energía que liberan dichos

electrones dentro del mismo. Los choques de los electrones libres contra los

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átomos de Mercurio excitan a sus electrones, haciendo que liberen fotones

de luz ultravioleta.

Figura 14 .Esquema de Funcionamiento de una Lámpara Fluorescente.

Fuente: www.wikipedia.com/Schematic of the installation of a fluorescent

lamp

Los fotones de luz ultravioleta invisibles para el ojo humano, impactan

a continuación contra la capa de Fósforo (P) que recubre la pared interior del

tubo fluorescente. El impacto excita los electrones de los átomos de Fósforo

(P) los que emiten, a su vez, fotones de luz visible, que hacen que el tubo se

ilumine con una luz fluorescente blanca.

El impacto de los electrones que se mueven por el puente de plasma

contra los dos electrodos situados dentro del tubo, hace que éstos se

mantengan calientes (a pesar que los filamentos se encuentran ya

apagados). Mantener caliente esos dos electrodos se hace necesario para

que la emisión de electrones continúe y el puente de plasma no se extinga.

Las lámparas de tubos fluorescentes tienen la ventaja sobre las lámparas de

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bombillos incandescentes, que utilizan menor energía eléctrica para generar

la misma cantidad de luz, además de tener una vida útil más larga.

3.4.2 Sistema automático de luces

El control de la iluminación y sus estrategias

Para el ahorro de energía en los sistemas de iluminación no basta con

la instalación de equipos de iluminación de alta eficiencia, aunque

necesariamente este debe ser el primer paso. Se debe complementar con

equipos de control automático, por ejemplo sensores de presencia, sensores

de movimiento, timers o tableros de control, con los que se puede obtener

importante porcentaje adicional de ahorro en el consumo de energía.

Dispositivos de control

La forma más simple de mejorar la eficiencia en los sistemas de

iluminación es apagándola cuando no se necesite. El equipo más sencillo

para controlar el encendido y apagado de los equipos de iluminación son los

interruptores, que van desde los más simples como los apagadores de pared

o tan complicados como los sistemas digitales que controlan a todo un

edificio. Los interruptores son la base de cualquier estrategia de

programación; también pueden ser utilizados para esquemas de adaptación -

compensación de luz natural.

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Control Automático

Estos dispositivos pueden ser utilizados en conjunto para integrar un

sistema completo que sea capaz de manejar varias estrategias de control

para un gran número de luminarias.

Relojes (Timers):

La forma más fácil de programación es utilizando unidades de tiempo.

Su aplicación más sencilla es la de encender las luces a una hora

determinada y la de apagarlas a otra, como en sistemas de iluminación para

exteriores.

Existen unidades más complejas que permiten una programación para

los 365 días del año y con ajustes para cada estación.

Timers que operan eléctricamente y accionan el inte rruptor

mecánicamente:

Este tipo de dispositivos mecánicos se encuentran en versiones de 24

horas y de 7 días, algunos otros tienen ajustes astronómicos para compensar

las variaciones en la duración del día y la noche de acuerdo a la estación del

año.

Timers electrónicos:

Aquellos que utilizan circuitos integrados, de bajo costo, alta

precisión, que incorporan funciones como calendarios y ajustes astronómicos

para 365 días. Este tipo de dispositivos controlan la energía de los circuitos

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por medio de relevadores. Algunos tienen la posibilidad de manejar dos o

más relevadores con diferentes horarios, por lo general, tienen una batería

de respaldo por si falla el suministro de energía eléctrica.

Sensores de Presencia

Este tipo de dispositivos fueron desarrollados en un principio para la

industria de la seguridad, debido a su alta confiabilidad en la detección de

personas en el lugar de su instalación. Su funcionamiento es sencillo ya que

mientras no se detecte la presencia de alguna persona en el lugar, no

enciende las luces. La mayoría pueden ser calibrados para determinar el

tiempo entre la última detección y el apagado de la iluminación.

Los modelos más eficientes requieren que el usuario encienda las

luces en el área controlada, mientras que la función de apagado es

automática.

Este tipo de controles proporcionan un ahorro potencial entre el 25 y

50% y funcionan con alguna de las tres técnicas explicadas a continuación.

Detector PIR (pasivo infrarrojo):

Los detectores PIR reaccionan sólo ante determinadas fuentes de

energía tales como el cuerpo humano. Estos captan la presencia detectando

la diferencia entre el calor emitido por el cuerpo humano y el espacio

alrededor.

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Con objeto de lograr total confiabilidad, algunas marcas integran

además, un filtro especial de luz que elimina toda posibilidad de falsas

detecciones causadas por la luz visible (rayos solares), así como circuitos

especiales que dan mayor inmunidad a ondas de radio frecuencia.

Detector ultrasónico:

Son sensores de movimiento que utilizan el principio Doppler. Dado

que la cobertura ultrasónica puede "ver" a través de puertas y divisiones, es

necesario darle una ubicación adecuada para evitar así, posibles detecciones

fuera de la zona deseada. Las áreas con alfombra gruesa y materiales anti-

acústicos absorben el sonido y pueden reducir la cobertura. La eficiencia del

sensor también puede verse alterada por el flujo excesivo de aire (provocado

por aires acondicionados, ventiladores, calefacción, etc.)

Detector dual:

La tecnología Dual combina las tecnologías PIR y Ultrasónica,

permitiendo así el control de iluminación en áreas donde sensores de una

sola tecnología pudieran presentar deficiencias en la detección, dicha

combinación permite que el sensor aproveche las mejores características de

ambas tecnologías, ofreciendo así mayor sensibilidad y exactitud de

operación.

Los sensores de presencia se colocan generalmente en los siguientes

lugares:

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Techo

Para cubrir toda el área del cuarto y evitar interferencia. Los sensores

omnidireccionales (o para centro) son utilizados en espacios rectangulares,

tales como oficinas y salones de clases. Los sensores unidireccionales (o

para esquina o pared) se utilizan en grandes oficinas o salas de juntas. Los

bidireccionales se utilizan en corredores, bibliotecas e iglesias.

Pared

Este tipo de sensores sustituyen directamente a interruptores de pared

y los mejores incluyen un interruptor manual. Algunos se diseñan con un

sensor fotoeléctrico incorporado, lo cual evita que las luces se enciendan

cuando existe aportación de luz natural suficiente; sin embargo, no detectan

el nivel de iluminación en el plano de trabajo.

En general, los sensores de presencia son efectivos cuando se aplican

en oficinas privadas, salones de clase, ciertas áreas de los aeropuertos y en

todos aquellos lugares con visitas esporádicas y que no requieren de una

iluminación constante.

3.5 AUTOMATIZACIÓN

La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de

producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto

de elementos tecnológicos.

Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

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a. Parte de Mando

b. Parte Operativa

La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son

los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación

deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores

de las máquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores

como fotodiodos, finales de carrera.

La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología

programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés

electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos

(tecnología cableada) . En un sistema de fabricación automatizado el

autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de

comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.

3.5.1. Objetivos de la automatización

a. Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la

producción y mejorando la calidad de la misma.

b. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los

trabajos penosos e incrementando la seguridad.

c. Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o

manualmente.

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d. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las

cantidades necesarias en el momento preciso.

e. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera

grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

f. Integrar la gestión y producción.

3.5.2. Evolución de los sistemas para la automatiza ción.

a) Control Manual

Características:

Excesiva intervención humana.

Operación riesgosa.

Baja calidad.

Sólo para procesos simples.

Figura 14. Diagrama de control manual. Fuente: Barr iola, 2008

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b. Control Manual, con instrumentos de medición.

Características:

Excesiva intervención humana.

Operación menos riesgosa.

Baja calidad.

Sólo para procesos simples.

Figura 15. Diagrama de control manual con instrumen tos de

medición

Fuente: Barriola, 2008.

c. Control automático local (neumático).

Características:

Intervención humana moderada.

Poca capacidad de adaptación

Lazos locales de control.

Alto mantenimiento.

Poca capacidad de supervisión central.

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Manejo manual de la información.

Figura 16. Diagrama de control automático

Fuente: Barriola, 2008

3.6 SISTEMA DE CONTROL

En un sistema de aire acondicionado la función primordial de los

controles es mantener las condiciones de diseño interior del ambiente

(temperatura, humedad); tomando en consideración que el sistema

frecuentemente opera a carga parcial pero es seleccionado para su

operación en el día de diseño cuando se tiene la máxima carga térmica en

dicho ambiente.

3.6.1 Componentes de un sistema de control.

Cada sistema de control tiene los siguientes componentes:

Variable controlada: condición como la temperatura o humedad que

deberá ser controlada.

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Controlador: consistente de dos partes básicas, el elemento sensor

que recibe la señal externa y el elemento de control o transmisor que

compara el valor de la variable controlada con el valor deseado y genera una

acción al componente controlado para hacer el ajuste correspondiente.

Fuente de energía: medio de potencia para la transmisión de la acción

del controlador, puede ser aire comprimido, energía eléctrica, etc.

Componente controlado: elemento que recibe la acción del controlador

como válvulas, compuertas, motor del ventilador.

Agente de control: medio que regula el componente controlado, como

agua circulando por la válvula, aire a través de una compuerta, corriente

eléctrica de un motor.

Equipo de control: la regulación del agente de control cambia sus

condiciones de operación, como el ventilador, serpentín de enfriamiento y

deshumidificación, el compresor.

Para el ajuste continuo de la variable controlada, el sistema deberá

responder continuamente a la señal de retroalimentación.

3.6.2 Elementos transmisores.

Entre los elementos transmisores de la señal recibida por el elemento

sensor del controlador se tiene:

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Contactos eléctricos: Consiste de dos contactos eléctricos conectados

al componente controlado. Muy utilizados con un elemento bimetálico como

sensor, el cual al moverse debido a cambios en la temperatura abre o cierra

un circuito eléctrico que actúa sobre el componente controlado.

Interruptor de mercurio: Consiste de un tubo de vidrio con una

pequeña cantidad de mercurio en su interior. El mecanismo sensor bascula el

tubo, con mucha suavidad sobre su centro, haciendo el mercurio el papel de

conductor para conectar o desconectar los terminales del circuito eléctrico.

Puente de Wheatstone: utiliza generalmente un elemento de

resistencia como sensor: Consiste en un circuito eléctrico que suministra un

voltaje proporcional a la señal recibida. Este voltaje es muy pequeño y por lo

tanto es amplificado.

Un tipo de relé usa un solenoide. El núcleo de hierro en el circuito de

bajo voltaje actúa como un magneto cuando recibe la energía eléctrica, tira

de la armadura de contacto haciendo la conexión en el circuito de alto voltaje.

Neumático tipo purga: la acción del sensor sobre una chapaleta

modifica su posición y con ello la presión del aire variando así la posición del

componente controlado.

Relé eléctrico: frecuentemente utilizados con controladores y en otras

partes de un circuito de control. Este dispositivo electromecánico abre o

cierra un circuito eléctrico cuando la señal es recibida desde otro circuito

eléctrico.

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a. Funcionamiento de un Contactor. Funcionamiento d e los

Contactores y Relés:

Cuando la bobina es recorrida por la corriente eléctrica, genera un

campo magnético intenso de manera que el núcleo atrae con un movimiento

muy rápido. Al producirse este movimiento, todos los contactos del Contactor

(tanto principales como auxiliares) cambian de posición. Para volver los

contactos a su posición inicial reposo basta con desenergizar la bobina.

La corriente absorbida por la bobina es relativamente elevada debido

a que prácticamente la única resistencia es el conductor con que está hecha

la bobina. En estas condiciones, el Cos 5 (factor de potencia) es alto (0,8 a

0,9) y la reactancia inductiva muy baja por existir mucho entrehierro entre el

núcleo y la armadura.

Una vez cerrado el circuito magnético la impedancia de la bobina

aumenta, de manera tal que la corriente de llamada se reduce

considerablemente. La corriente formada se la denomina de mantenimiento

o trabajo. Ésta es mucho más baja - de 6 a 10 veces menos a la corriente de

llamada.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

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Clasificación de los Contactores:

A) Por tipo de corriente que alimenta la bobina: AC o DC

B) Por la función y la clase de contactos:

1. Contactores principales (con contactos principales y

auxiliares)

2. Contactores Auxiliares (con contactos únicamente auxiliares)

C) Por la carga que pueden maniobrar (o categoría de empleo):

1. AC1: cargas no inductivas o débilmente inductivas, cuyo

factor de potencia es mínimo 0,95.

2. AC2: para arranques de motores de anillos, inversión de

marcha, frenado por contracorriente, marcha a impulsos de motores

de anillos, cuyo factor de potencia es de 0,3 a 0,7.

3. AC3: para el control de motores jaula de ardilla que se

apagan a plena marcha y que en el arranque consumen de 5 a 7

veces la intensidad normal.

4. AC4: Arranque de motores de rotor en cortocircuito,

inversión de marcha, marcha a impulsos, frenado por contracorriente.

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Figura 16. Esquema de Funcionamiento de un Contactor.

b. Termistores:

Compuesto de una mezcla sintetizada de óxidos metálicos, el termistor

es esencialmente un semiconductor que se comporta como un "resistor

térmico" con un coeficiente térmico de temperatura negativo de valor muy

elevado.

Los termistores también se pueden encontrar en el mercado con la

denominaci6n NTC (Negative Temperature Coeficient ) habiendo casos

especiales de coeficiente positivo cuando su resistencia aumenta con la

temperatura y se los denomina PTC (Positive Temperature Coeficient).

En algunos casos, la resistencia de un termistor a la temperatura

ambiente puede disminuir en hasta 6% por cada 1ºC de aumento de

temperatura.

1. Contactos móviles. 2 - Contactos Fijos. 3. Hierro móvil. 4. Muelle antagonista. 5 - Bobina. 6. Espira de sombra (en corriente alterna). 7. Hierro fiio. 8. Cimentación bobina.

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Esta elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace que el

termistor resulte muy adecuado para mediciones precisas de temperatura,

utilizándoselo ampliamente para aplicaciones de control y compensación en

el rango de 150ºC a 450ºC.

El termistor se fabrica a partir de óxidos metálicos comprimidos y

sintetizados. Los metales utilizados son níquel, cobalto, manganeso, hierro,

cobre, magnesio y titanio, como típicas se pueden considerar las

preparaciones de óxido de manganeso con cobre y óxido de níquel con cobre

. Modificando las proporciones de óxido se puede variar la resistencia básica

un termistor ; se dispone de termistores con resistencias básicas a 25 ºC

desde unos pocos cientos hasta varios millones de ohms.

Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura

tanto en gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño

tamaño, se los encuentra normalmente montados en sondas o alojamientos

especiales que pueden ser específicamente diseñados para posicionarlos y

protegerlos adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que

trabajar.

Se los puede adosar fácilmente o montar con tornillos, ir roscados en

superficies o cementados.Los alojamientos pueden ser de acero inoxidable,

aluminio, plástico, bronce u otros materiales.

Las configuraciones constructivas del termistor de uso más común son

los glóbulos, las sondas y los discos. Los glóbulos se fabrican formando

pequeños elipsoides de material de termistor sobre dos alambres finos

separados unos 0,25 mm (fig. l). Normalmente recubiertos con vidrio por

razones de protección, son extremadamente pequeños (0,15 mm a 1,3 mm

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de diámetro) y ofrecen una respuesta extremadamente rápida a variaciones

de temperatura.

Figura 17. Formas constructivas de termistores NTC a. Tipo

glóbulo con diferentes tipos de terminales - b. Tip o disco - c. Tipo barra

.

Tabla 2 . Sensibilidades relativas de termistores, termorresistencias y

termocuplas.

Las sondas son glóbulos con conductores de extensión sellados

dentro de puntas de varillas de vidrio sólidas con diámetros de 0,76 mm a

2.54 mm y largos de 6,3 mm a 50 mm. Las sondas de vidrio resultan por lo

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general robustas y más fáciles de montar que los glóbulos pero tienen una

mayor constante de tiempo y requieren más espacio.

Los discos se fabrican prensando el material bajo una presión de

varias toneladas dentro de un molde redondo, lográndose piezas cilíndricas

planas. Resultan útiles para las sondas de medición de temperatura en

superficies donde se deben sensar un área relativamente grande .

Características de los termistores

En comparación con las termocuplas y las termorresistencias, el

termistor no ofrece ventajas de exactitud de salida y estabilidad.

Posiblemente, una ventaja importante esté en la extremadamente elevada

sensibilidad del termistor a variaciones de temperatura, lo cual puede

apreciarse en la Tabla 2.

Los termistores NTC poseen elevadas resistencias a baja temperatura,

pero sus resistencias disminuyen exponencialmente a medida que crece la

temperatura. Por el contrario, las resistencias de los metales como ser

platino, níquel y cobre aumentan linealmente con la temperatura fig. 18).

Los termistores no sirven para la medición de temperatura dentro de

alcances amplios puesto que sus variaciones de resistencia son demasiado

grandes para que puedan medirse de una manera adecuada con un solo

instrumento; alcances de alrededor de 100K suelen ser lo máximo admisible.

Los termistores resultan particularmente útiles para medir alcances

reducidos de temperatura justamente a causa de sus grandes variaciones de

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resistencia; por ejemplo, la resistencia de un termistor típico varía 156 ohms

de 0ºC a 1ºC , mientras la del platino varía tan sólo 0,385 ohm.

La elevada resistencia de los termistores no sólo hace aumentar la

sensibilidad, posibilitando la medición de alcances reducidos de temperatura,

sino también permite la conexión bifilar. La resistencia del alambre de

conexión y los efectos de la temperatura ambiente son despreciables si se

los compara con la resistencia del termistor y las variaciones de resistencia.

La estabilidad del termistor es una de las características que están

bajo estudio. Recientemente se ha desarrollado una técnica de deposición

electrónica de radiofrecuencia que produce sensores de SiC de película

delgada adecuados para temperaturas entre 100ºC y 450ºC. y se dicen que

sufren un cambio de resistencia menor del 3% luego de 2.000 horas a 400ºC.

La linealidad es otra área donde se registran importantes avances.

Actualmente se está fabricando un termistor que puede mantenerse lineal

dentro de 0,5ºC desde 65ºC hasta 200ºC. La especificación es estrictamente

válida sólo para potencia cero, puesto que los problemas de disipación de

calor interfieren con el de desempeño, pero el fabricante sostiene que los

errores son mínimos a los niveles prácticos de corriente y tensión.

La linealización también puede obtenerse mediante un diseño

adecuado del circuito de medición La linealización digital suele ser

considerada efectiva para la mayoría de los termistores con un rango de

trabajo no mayor a 1000 ohms. Para los sistemas analógicos opera los

sistemas digitales que se estima funcionarán más allá de ese rango, la

práctica normal es emplear un resistor secundario en paralelo con el

termistor de forma de linealizarlo y también poder hacerlo intercambiable con

sensores del mismo tipo (fig.3) Con esta solución, por lo general, su

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coeficiente de temperatura decrece muchísimo, pero sin llegar a los valores

típicos de una termorresistencia metálica.

Figura 18. Relación R t + R20 en función de la temperatura para

termorresistencias metálicas (Pt, Cu, Ni) y para te rmistores NTC con

coeficientes α20 entre 20. 103 y 60. 103

Rt Resistencia a la temperatura de trabajo o.

R20 Resistencia a 20°C.

α20 Variación media de la resistencia a 20°C.

Consideraciones mecánicas o físicas

Las especificaciones mecánicas se refieren a:

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Tamaño y configuración adecuados para el uso previsto, como ser el

método de montaje el elemento sensor expuesto o encerrado,

terminación, etc., lo que, a su vez, determina la constante de

disipación y la constante de tiempo.

Material a utilizarse para la construcción del conjunto sensor del

termistor, lo cual depende del medio (como ser aire, agua, aceite,

etc.), longitud de exposición y medio corrosivo, niveles de choque,

vibración y humedad , temperatura de operación y rango de

temperatura, presión del medio al que se halla expuesto el termistor,

etc.

Todas estas consideraciones son las mismas que se deben tener en

cuenta para los casos ya vistos de termocuplas y termorresistencias.

Consideraciones eléctricas.

Las consideraciones eléctricas se refieren en forma somera a aquellas

características de un termistor que pueden determinarse mediante un ensayo

eléctrico.

La resistencia y la tolerancia a cierta temperatura de referencia.

La constante de disipación, que es la potencia, generalmente en mW

que hará subir la temperatura del termistor 1°C por encima de la

temperatura ambiente; esta constante queda determinada en cierta

medida por el tipo y tamaño del termistor utilizado, y por el método de

montaje.

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La constante de tiempo, que es el tiempo, en segundos, para que todo

el conjunto cambie su propia temperatura un 63% de como lo haría a

partir de su temperatura original hasta alguna temperatura final al

estar sometido a una variación escalón de temperatura; también

queda determinado en cierta medida por el tipo y tamaño del termistor

utilizado, y por el método de montaje.

El coeficiente de temperatura o la variación de resistencia por cada

grado de variación de temperatura del termistor.

Valores de resistencia en los extremos del alcance de

temperatura.

Se deben considerar tres factores:

Antes que nada, si la curva del termistor. será positiva o negativa

(PTC o NTC). Por lo general y su difusión lo confirma, en la medición

de temperaturas se utiliza el NTC , salvo para casos de compensación

de alguna variable a que forzosamente deba ser de característica

PTC. Entonces considerando un termistor NTC, los otros dos factores

a considerar son:

La resistencia máxima a bajas temperaturas no debe ser demasiado

alta para poder satisfacer las necesidades de los circuitos asociados

como ser amplificador, lectura, etc. Si la resistencia a bajas

temperaturas es muy alta, se debe considerar la posibilidad de

captación de señales espurias. Si por otras razones es necesaria una

elevada resistencia y la captación es un problema. se aconseja utilizar

líneas blindadas, filtros y alimentación CC .

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La resistencia mínima a elevadas temperaturas no debe ser

demasiado baja para poder satisfacer las necesidades del

amplificador, lectura, etc. Si la resistencia a elevadas temperaturas es

demasiado baja, se deben tener en cuenta los posibles errores

debidos a las resistencias de contacto, a la resistencia de línea y a la

variación de la resistencia de línea para variaciones de la temperatura

ambiente.

Sensibilidad.

La mayoría de las aplicaciones tienen una tolerancia expresada en

unidades de temperatura. En cambio, los termistores suelen

especificarse en términos de tolerancia de resistencia. Es una

característica de los termistores que una tolerancia de resistencia fija

sobre un alcance de temperatura sea equivalente a una tolerancia de

temperatura que es menor en el extremo de temperaturas bajas y

mayor en el extremo de temperaturas altas.

Autocalentamiento.

La potencia (PR) disipada en el termistor hará subir su temperatura

por encima de la ambiente. El incremento de temperatura es una

función directa de la constante de disipación del termistor con su

montaje dentro del medio ambiente donde opera.

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Aplicaciones .

Según la utilización, pueden encontrarse en el mercado termistores

con valores entre 100 ohms y 30 K ohms, los de uso más frecuente se

encuentran en la franja entro 1K y 5K ohms. Dentro de estos valores,

tal como se mencionó anteriormente, no influyen los pequeños valores

de resistencia correspondientes a los conductores de extensión o los

propios del termistor.

El rango de temperatura de uso más difundido es entre ?50°C y

200°C, a pesar de haber algunos que alcanzan los 45 0°C.

Su aplicación más frecuente es como sensor de temperatura para

mediciones rápidas en sondas manuales que acompañan a los

termómetros portátiles electrónicos, hoy más difundidos.

Su desventaja es su falta de estabilidad en el tiempo y su gran

dispersión en comparación con las termorresistencias, que pueden

fabricarse con valores de resistencia superiores (Pt 500 y Pt 1000),

mayores exactitudes y valores normalizados universalmente que

garantizan su intercambio sin calíbraci6n previa.

La ventaja más importante es su pequeña masa, lo que permite

velocidades de respuesta muy altas.

Figura 18. Termistor NTC utilizado en el Sistema

Fuente: Marval, S. (2008)

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3.6.3 Componentes controlados.

Entre estos equipos se encuentran: las válvulas reguladoras del

caudal de agua o refrigerante y las compuertas reguladoras del flujo de aire.

Válvulas

Los equipos trabajan frecuentemente a carga parcial y por lo tanto las

válvulas deben regular las distintas condiciones de cargas térmicas. Se

pueden clasificar, de acuerdo al número de pasos para el flujo en válvulas de

dos y tres vías. En la figura 42 se pueden observar estos tipos de válvulas.

Las válvulas de control se pueden clasificar, de acuerdo a su característica

de regulación en tres grupos:

a) Apertura rápida

b) Lineal

c) Igual porcentaje

Entre los accionadores u operadores de las válvulas se tienen

principalmente los motores eléctricos, solenoides y para válvulas neumáticas

un diafragma, resorte o pistón.

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Figura 17 Válvulas motorizadas de dos y tres vías

Fuente: Catálogo de Fan Coil Air Stream. Carrier.

Compuertas.

La variable controlada se puede mantener mediante las compuertas

automáticas variando, mezclando o desviando el flujo de aire.

Las compuertas se pueden clasificar, de acuerdo a la

disposición de las hojas o paletas en:

Paralelas: Las paletas se mueven en el mismo sentido, paralelamente

unas a otras. Muy utilizadas para el control de dos posiciones (abierto-

cerrado).

Opuestas: Las paletas contiguas se mueven en sentidos opuestos.

Son utilizadas cuando se requiere regulación del flujo de aire.

Los accionadores de las compuertas pueden ser neumáticos

(pistones), eléctricos (motores) y deben tener la fuerza necesaria para vencer

la resistencia del aire y el rozamiento de las articulaciones.

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3.6.4 Variable del Proceso, Set Point y Error.

La variable medida que se desea estabilizar (controlar) recibe el

nombre de variable de proceso ("process value") y se abrevia PV. Un buen

ejemplo de variable de proceso es la temperatura, la cual mide el instrumento

controlador mediante un termopar o una Pt100.

Otro ejemplo de una PV puede ser un caudal (litros/minuto), este se

mide mediante algún sensor y su transductor adecuado que entreguen una

señal de 4 a 20 mA proporcional al caudal. La corriente 4 a 20 mA entra al

controlador en donde se reescala a las unidades originales de la PV.

Ejemplos adicionales de PV pueden ser velocidad, presión, humedad,

etc cada una de las cuales se mide con el sensor apropiado y se convierten

comúnmente a 4...20mA para ingresar al control.

En adelante durante todo este tutorial se usará la temperatura como

ejemplo de PV por ser lo más intuitivo. Esto no hace perder generalidad,

pues todo lo que se hable sobre temperatura y hornos es perfectamente

análogo a sistemas de control de velocidad, presión, etc.

Set Point SP

El valor prefijado (Set Point, SP) es el valor deseado de la variable de

proceso, es el valor al cual el control se debe encargar de mantener la PV.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

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Por ejemplo en un horno la temperatura actual es 155 °C y el

controlador esta programado de modo de llevar la temperatura a 200°C.

Luego PV=155 y SP=200.

Error

Se define error como la diferencia entre la variable de proceso PV y el

set point SP, E = SP – PV.

En el ejemplo anterior E = (SP - PV) = (200°C - 155 °C) = 45 °C

Recuerde que el error será positivo cuando la temperatura sea menor que el

set point, PV < SP .

3.7 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC)

3.7.1. Conceptos Básicos:

a) Definición de PLC:

Un PLC ( Controlador Lógico Programable) es un dispositivo

electrónico de estado sólido que puede controlar un proceso o una máquina y

que tiene la capacidad de ser programado o reprogramado rápidamente

según la demanda de la aplicación. Fue inventado para remplazar los

circuitos secuenciales basados en relés que eran necesarios para el control

de las máquinas. El PLC funciona monitoreando sus entradas, y

dependiendo de su estado, activando y desactivando sus salidas. El usuario

introduce al PLC un programa, usualmente vía Software, lo que ocasiona que

el PLC se comporte de la manera deseada.

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Los PLCs son usados en muchas aplicaciones: Maquinado de piezas,

Embaladoras, Manipulación de materiales, ensamblado automático, y en

general cualquier tipo de aplicación que requiera de controles eléctricos

puede usar más bien un PLC.

Figura 19. Aplicación

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

70

Figura 18 - Aspecto físico de un PLC.

s son usados en muchas aplicaciones: Maquinado de piezas,

Embaladoras, Manipulación de materiales, ensamblado automático, y en

general cualquier tipo de aplicación que requiera de controles eléctricos

puede usar más bien un PLC.

Aplicación típica de un PLC. Fuente: infoPLC.com

Aspecto físico de un PLC.

s son usados en muchas aplicaciones: Maquinado de piezas,

Embaladoras, Manipulación de materiales, ensamblado automático, y en

general cualquier tipo de aplicación que requiera de controles eléctricos

infoPLC.com

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3.7.2 Breve historia de los PLC.

Los PLCs fueron introducidos por primera vez a finales de 1960. La

razón principal para introducir tal dispositivo fue la de eliminar el gran costo

que representaba remplazar los sistemas de control basados en lógica de

relés. En 1968, una expresa consultora llamada Bedford Associates (Bedford,

MA) diseño para la General Motors un dispositivo de control que llamaron

Controlador Digital Modular (Modular Digital Controller, MODICON) 084.

Otras compañías al mismo tiempo propusieron esquemas de control basados

en computadoras, uno de los cuales se basó en el PDP-8. El MODICON 084

representó el primer PLC en el mundo dentro de la producción comercial.

La razón principal que impulsó este nuevo tipo de control fue que

cuando cambiaba los requerimientos de producción, también lo hacia el

sistema de control, y esto se tornaba costoso sobre todo cuando los cambios

eran frecuentes. También, como los relés son elementos mecánicos, ellos

tienen un período de vida limitado y además requieren de un estricto

programa de mantenimiento. Igualmente, la resolución de problemas en la

lógica de control era muy tediosa sobre todo cuando estaban involucrados

gran cantidad de relés; y los paneles de control de las máquinas incluían

cada vez más funciones que si se utilizaba lógica a relés, estos incluirían

cientos de ellos, lo que ocasiona el problema inicial del difícil cableado de los

paneles.

Estos nuevos controladores también tenían que ser fáciles de

programar por los ingenieros de planta y de mantenimiento. El tiempo de vida

tenía que ser largo y los cambios en la programación de las funciones debía

ser fácilmente realizable. También, los nuevos controladores debían poseer

cualidades para resistir a los severos ambientes industriales. La respuesta a

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72

este lote de planteamientos era usar técnicas de programación que ya le

fueran familiares a los técnicos de plantas(diagramas de contacto: LADDER)

y a la par remplazar los relés electromecánicos por unos que fueran de

estado sólido.

A mediados de los 70 la tecnología dominante en los PLCs eran las

maquinas secuenciadoras de estados y los bit-Slice based CPU. El AMD

2901 y 2903 eran bastante populares en los PLCs de Allen Bradley y en los

de MODICON. Los microprocesadores convencionales carecían de la

potencia para satisfacer los requerimientos de lógica en todo los PLCs

excepto en los más pequeños. Según como los microprocesadores

convencionales evolucionaron, en esa misma medida se construyeron PLCs

cada vez más grandes y potentes.

Las posibilidades de comunicación comienzan a aparecer

aproximadamente en 1973. El primero de tales sistemas fue el ModBus de

MODICON. Los PLCs pueden a partir de aquí comunicarse con otros PLCs

distantes e intercambiar con ellos datos de las máquinas controladas.

Igualmente se pueden usar para enviar y recibir voltajes variables lo que les

permite entrar al mundo analógico. Desdichadamente, la carencia de

estandarización acoplada con los continuos cambios tecnológicos hicieron la

comunicación entre los PLCs un mar negro de redes y protocolos

incompatibles.

En los 80 se vio el intento por estandarizar las comunicaciones con el

Protocolo de Automatización de la Manufactura de la General Motors (MAP).

En este tiempo también se redujo el tamaño de los PLCs y se hicieron

programables mediante la programación simbólica desde computadores

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73

personales PCs en vez de mantener los terminales de programación

dedicados o programadores "handheld". Hoy, el PLC más pequeño en el

mundo es del tamaño de un simple relé de control.

En los 90 se vio una gradual reducción en la introducción de nuevos

protocolos, y en la modernización de las capas físicas de alguno de los más

populares protocolos que sobrevivieron a la década de los 80. El último

standard (IEC 1131-3) ha tratado de unificar los lenguajes de programación

de los PLCs bajo un único standard internacional. Actualmente hay PLC que

son programables en diagramas de Bloques de Funciones, Lista de

instrucciones, "C++" y texto estructurado, Diagrama de Contactos(LADDER)

y GRAFCET al mismo tiempo.

3.7.3 Características sobresalientes de los PLCs.

a. Poseen memoria volátil y no volátil.

Tanto el programa de aplicación escrito por el usuario como los datos

internos del PLCs, normalmente es guardado en una RAM (memoria volátil),

lo que le permite tener un acceso más veloz a las instrucciones de programa

y a los datos internos de registros, contadores, temporizadores, bits internos,

etc. También, una vez que se ha depurado el programa de aplicación, los

PLCs permiten la opción de salvaguardar el programa en memorias tipo

EEPROM (no volátiles) para así recuperar el mismo en caso de un corte muy

prolongado de energía que ocasiona una perdida de datos de la RAM.

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Figura 20 Tipos de memorias en un PLC.

b. Capacidad modular de entradas / salidas.

Esto permite la combinación de distintos niveles y tipos de señal de

entrada, así como también el manejo de salidas para distintos tipos de carga.

Igualmente si la aplicación crece, y se requiere mayor número de entradas /

salidas, casi sin ningún problema los PLCs pueden adecuarse al nuevo

requerimiento.

Figura 21. Capacidad modular de los PLCs.

647

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c. Auto diagnóstico

El PLC monitorea el funcionamiento de su CPU, Memoria y circuito de

interfases de entrada y de salida, e igualmente

funcionamiento del pro

medio de LEDs en su cara frontal el estado respectivo. Obviamente esta

capacidad es de gran utilidad para efectos de mantenim

fallas.

d. Programación de la lógica de control.

Esto permite la fácil adaptación a los cambios en la lógica de

operación de las máquinas y procesos.

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

75

Auto diagnóstico de fallas.

El PLC monitorea el funcionamiento de su CPU, Memoria y circuito de

de entrada y de salida, e igualmente monitorea el correcto

funcionamiento del pro grama de aplicación. En ambos casos señaliza por

medio de LEDs en su cara frontal el estado respectivo. Obviamente esta

capacidad es de gran utilidad para efectos de mantenimiento y corrección de

Figura 22. Visualizador de status del PLC.

Programación de la lógica de control.

Esto permite la fácil adaptación a los cambios en la lógica de

operación de las máquinas y procesos.

Figura 23. Lógica programada.

El PLC monitorea el funcionamiento de su CPU, Memoria y circuito de

monitorea el correcto

grama de aplicación. En ambos casos señaliza por

medio de LEDs en su cara frontal el estado respectivo. Obviamente esta

iento y corrección de

Visualizador de status del PLC.

Esto permite la fácil adaptación a los cambios en la lógica de

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

76

e. Capacidad para generar reportes y comunicarse co n otros

sistemas.

Con esta facilidad se pueden integrar interfaces de explotación

Hombre-Máquina, sacándole al sistema mayor cantidad de información.

Igualmente los PLCs pueden participar en redes de datos comunicándose

con otros PLCs para formar sistemas de control distribuidos, o integrándose

a las redes administrativas de la producción.

Figura 24. Capacidad de comunicación.

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3.8 VENTAJAS DE LOS PLCS SOBRE LA LÓGICA A RELÉS.

Tabla 2. Comparación entre PLCs y RELES

LÓGICA CON PLCs LÓGICA CON RELES

Flexibilidad de configuración y

programación.

Costosos cambios de hardware

Rápidos cambios de la lógica de

control.

Mayor tiempo de cambios en la lógica de

control

Amplia variedad de funciones: Relés,

Contadores, Temp., Secuenciadores,

Registros, etc.

Pocas funciones: Relés, Contadores,

Temporizadores

Reducción de espacio Mayor espacio relativo

Montaje fácil y rápido Montaje lento y tedioso

Localización fácil y rápida de averías y

fallas

Búsqueda lenta y más difícil de averìas

Alta confiabilidad. Elementos de

estado sólido

Poca confiabilidad. Partes

mecánicas

Múltiples contactos NO, NC Máximo de 4 a 6 contactos

Consumo de energía reducido Mayor consumo de energía

Reducción del costo a medida que

aumenta la complejidad del proceso

A partir de 15 o 20 relés, el costo

comparativo supera el costo con PLCs

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

3.9. DISEÑO CONCEPTUAL

Figura 25. Diseño conceptual de un PLC. Fuente: Bar riola, J.

(2002)

3.10 ARQUITECTURA BÁSICA DE UN PLC

Figura 26. Arquitectura básica de un PLC. Fuente: B arriola, J.

(2002)

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

3.11 DISEÑO FUNCIONAL DEL PLC

Figura 27. Diseño Funcional de un PLC. Fuente: Barr iola, J.

(2002)

3.11.1. Modo de Operación del PLC

Paso 1 Diagnóstico interno

En este paso el PLC revisa su circuitería interna en busca de defectos

de entradas, salidas, CPU, memorias y batería. También revisa el

WATCHDOG y los desbordamiento de memoria para revisar fallas en el

programa de aplicación.

Chequear el status de las entradas

El PLC primero le hecha un "vistazo" a cada una de las entradas

para determinar si están activadas o desactivadas. En otras

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palabras , el PLC pregunta, ¿ Estará el sensor conectado en la

primera entrada accionado? ¿ Como está el de la segunda

entrada? ¿ Y el tercero... ? y así sucesivamente

Guarda estos datos en su memoria para ser usado durante la

siguiente etapa.

Paso 2 Ejecución del programa

Después, el PLC ejecuta su programa una instrucción a la

vez. Posiblemente su programa diga que si la primera entrada

está activada entonces que se accione la primera salida.

Ya que, desde la etapa anterior, éste ya sabe que entradas

están accionadas o apagadas, será capaz de decidir si la primera

salida tendría que prender basándose en el estado de la primera

entrada.

Este guardará los resultados de la ejecución para ser usados

más tarde en la siguiente etapa.

Paso 3 Actualización del status de las salidas

Finalmente el PLC actual iza el status de las salidas. Las

actualiza de acuerdo a que entradas estuvieron activadas durante

el primer paso y los resultados de la ejecución de su programa

durante el segundo paso.

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De acuerdo al ejemplo del paso 2 ahora prendería la primera

salida ya que la primera entrada estuvo accionada y su programa

dijo, prender la primera salida cuando esta condición sea

verdadera.

Después del tercer paso el PLC retorna al paso 1 y repi te los

pasos continuamente.

Figura 28. Descripción del ciclo SCAN de un PLC

Fuente: www.infoPLC.com

El tiempo de un "scan" es definido como el tiempo que se toma para

ejecutar los 3 pasos listados arriba. El tiempo requerido para realizar un

SCAN puede oscilar entre 1 y 100 milisegundos y depende de:

El número de entradas y salidas Involucradas.

La longitud del programa del usuario.

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El número y t ipo de periféricos conectados al

autómata

El SCAN se da en término de milisegundos por cada mil

instrucciones (mseg/K).

Figura 29. Diagrama de modo de operación de un PLC.

Fuente: Barriola, J. (2002)

3.12 Tipos de Entrada / Salida a los PLCs.

Las entradas y salidas a un PLC le sirven para controlar y monitorear

las máquinas y procesos. Existen básicamente dos tipos de entradas /

salidas a los PLCs: Entradas-Salidas discretas, y Entradas-Salidas

analógicas. Las entradas discretas, también conocidas como entradas

digitales, son las que poseen dos estados: ON u OFF. Provienen de

Pushbottons, detectores de proximidad, interruptores de posición, etc. En la

condición de ON, una entrada discreta puede ser llamada como un 1 o como

un ALTO, mientras que en la condición de OFF se conoce como un 0 o como

un BAJO.

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Las salidas discretas tienen también dos condiciones posibles: ON u

OFF. Ellas van a servir a las bobinas de los contactores, a válvulas

solenoides, a luces pilotos, etc.

Por su parte las entradas analógicas son voltajes o corrientes

continuas que provienen de procesos de control de temperatura, presión,

flujo, nivel, etc. Típicamente son señales cuyo rango es de 4 a 20 mA DC, o

señales de rango de 0 a 10 voltios DC.

Las salidas analógicas son señales de corriente o voltaje continuo.

Pueden ser tan simples como un nivel de 0 a 10 voltios que maneje un

voltímetro analógico, o un poco más complejas como señales de corriente

que manejen convertidores corriente - presión de aire que a su vez sirvan a

actuadores como lo son Servo válvulas para el control de flujo. Igualmente,

con la interfase adecuada, servirían a otros tipos de actuadores dentro de

esos mismos procesos como lo son: servomotores, controles de potencia de

hornos, etc.

3.12.1 Entradas al PLC.

Las entradas a los PLCs son poco variadas. Las más populares son

las DC (Fuente o Sumidero) y las AC. Los rangos típicos de voltajes de

entrada listados en orden de popularidad son los siguientes:

12 - 24 Vdc

100-120 Vac

5 Vdc(TTL)

200-240 Vac

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48 Vdc

24 Vac

El PLC debe convertir esta variedad de niveles lógicos de voltaje a

niveles de voltaje de lógica TTL (5 Vdc). Para lograr esto utiliza dos

interfaces circuitales típicas: DC a TTL, y AC a TTL.

Una primera vista comparativa del uso de entradas DC o AC se da a

continuación:

Los voltajes DC usualmente son más bajos (12 - 24 V) y por lo tanto

es menos riesgoso operar con ellos.

Las entradas DC son muy rápidas. Las entradas AC requieren de un

tiempo mayor para ser reconocida.

Los voltajes DC pueden ser conectados a una gran variedad de

equipos y sistemas eléctricos.

Las señales AC son más inmunes al ruido que las señales DC, por eso

pueden cubrir mayor distancia y ambientes ruidosos.

El suministro AC es más fácil y menos costoso al momento de

alimentar equipos eléctricos.

Las señales AC son muy comunes en muchos equipos de

automatización.

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3.12.2 Entradas DC.

Típicamente existen módulos de entradas DC que trabajan a 5, 12, 24,

o 48 voltios, pero el de uso más popular

entradas DC permiten conectar sensores transistorizados del tipo PNP

(fuente) o NPN (sumidero). Si se está usando un switch convencional

(interruptores o pushbutton) no hay cuidado si las entradas son NPN o PNP.

Sin embargo, si se está usando un sensor electrónico (fotoeléctricos, de

proximidad, etc.) se debe tener cuidado que su configuración de salida sea

compatible con el tipo de entrada (NPN o PNP) del PLC. La diferencia entre

los dos tipos es que la carga (en este caso

es conectado a un voltaje positivo. Un sensor tipo NPN conmuta la carga a

tierra, mientas que un sensor tipo PNP suministra a la carga un voltaje

positivo.

Figura 30.

En este tipo de sensor se conecta uno de los terminales de salida al

PLC, mientras que el otro se conecta a la referencia de la fuente de

alimentación. Si el sensor no es alimentado de la misma fuente que alimenta

al PLC, los negativos de ambas fuentes deben u

terminal de referencia común. Los sensores NPN son de uso común mas que

todo en Norte América.

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Entradas DC.

Típicamente existen módulos de entradas DC que trabajan a 5, 12, 24,

o 48 voltios, pero el de uso más popular es el de 24 VDC. Los módulos de

entradas DC permiten conectar sensores transistorizados del tipo PNP

(fuente) o NPN (sumidero). Si se está usando un switch convencional

(interruptores o pushbutton) no hay cuidado si las entradas son NPN o PNP.

, si se está usando un sensor electrónico (fotoeléctricos, de

proximidad, etc.) se debe tener cuidado que su configuración de salida sea

compatible con el tipo de entrada (NPN o PNP) del PLC. La diferencia entre

los dos tipos es que la carga (en este caso el PLC) es conmutada a tierra o

es conectado a un voltaje positivo. Un sensor tipo NPN conmuta la carga a

tierra, mientas que un sensor tipo PNP suministra a la carga un voltaje

Figura 30. Etapa de salida de un sensor tipo NPN (Sumidero).

ste tipo de sensor se conecta uno de los terminales de salida al

PLC, mientras que el otro se conecta a la referencia de la fuente de

alimentación. Si el sensor no es alimentado de la misma fuente que alimenta

al PLC, los negativos de ambas fuentes deben unirse entre sí para formar un

terminal de referencia común. Los sensores NPN son de uso común mas que

todo en Norte América.

Típicamente existen módulos de entradas DC que trabajan a 5, 12, 24,

es el de 24 VDC. Los módulos de

entradas DC permiten conectar sensores transistorizados del tipo PNP

(fuente) o NPN (sumidero). Si se está usando un switch convencional

(interruptores o pushbutton) no hay cuidado si las entradas son NPN o PNP.

, si se está usando un sensor electrónico (fotoeléctricos, de

proximidad, etc.) se debe tener cuidado que su configuración de salida sea

compatible con el tipo de entrada (NPN o PNP) del PLC. La diferencia entre

el PLC) es conmutada a tierra o

es conectado a un voltaje positivo. Un sensor tipo NPN conmuta la carga a

tierra, mientas que un sensor tipo PNP suministra a la carga un voltaje

Etapa de salida de un sensor tipo NPN (Sumidero).

ste tipo de sensor se conecta uno de los terminales de salida al

PLC, mientras que el otro se conecta a la referencia de la fuente de

alimentación. Si el sensor no es alimentado de la misma fuente que alimenta

nirse entre sí para formar un

terminal de referencia común. Los sensores NPN son de uso común mas que

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En los sensores tipo PNP se conecta uno de los terminales de salida

al positivo de la fuente, mientras que el otro se conecta a la

entrada del PLC. Si el sensor no es alimentado por la misma fuente que

alimenta al PLC, se deben conectar ambos V+'s entre sí. Los sensores tipo

PNP son más comúnmente usados en Europa.

Figura 31

Dentro del sensor el transistor actúa como un switch estático. Es decir,

la circuitería interna de procesamiento del sensor habilita al transistor de

salida para que se active cuando por ejemplo sea detectada la presencia de

un objetivo. De esta

conexiones que se muestra arriba (V+ y entrada del PLC).

3.12.3 Entradas AC.

Un voltaje AC es uno que no posee polaridad, es decir, no hay positivo

o negativo por el cual preocuparse a la hora de la co

este tipo de entrada posee la desventaja de ser algo peligrosa (SHOCK

eléctrico) si no se toman las precauciones debidas. Los módulos de entrada

AC que existen típicamente trabajan con voltajes de 24, 48, 110, y 220

voltios.

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

En los sensores tipo PNP se conecta uno de los terminales de salida

al positivo de la fuente, mientras que el otro se conecta a la

entrada del PLC. Si el sensor no es alimentado por la misma fuente que

alimenta al PLC, se deben conectar ambos V+'s entre sí. Los sensores tipo

PNP son más comúnmente usados en Europa.

Figura 31 . Etapa de salida de un sensor tipo PNP (

Dentro del sensor el transistor actúa como un switch estático. Es decir,

la circuitería interna de procesamiento del sensor habilita al transistor de

salida para que se active cuando por ejemplo sea detectada la presencia de

un objetivo. De esta manera el transistor cerrará el circuito entre las 2

conexiones que se muestra arriba (V+ y entrada del PLC).

Entradas AC.

Un voltaje AC es uno que no posee polaridad, es decir, no hay positivo

o negativo por el cual preocuparse a la hora de la conexión. Sin embargo

este tipo de entrada posee la desventaja de ser algo peligrosa (SHOCK

eléctrico) si no se toman las precauciones debidas. Los módulos de entrada

AC que existen típicamente trabajan con voltajes de 24, 48, 110, y 220

En los sensores tipo PNP se conecta uno de los terminales de salida

al positivo de la fuente, mientras que el otro se conecta a la correspondiente

entrada del PLC. Si el sensor no es alimentado por la misma fuente que

alimenta al PLC, se deben conectar ambos V+'s entre sí. Los sensores tipo

Etapa de salida de un sensor tipo PNP (Fuente).

Dentro del sensor el transistor actúa como un switch estático. Es decir,

la circuitería interna de procesamiento del sensor habilita al transistor de

salida para que se active cuando por ejemplo sea detectada la presencia de

manera el transistor cerrará el circuito entre las 2

Un voltaje AC es uno que no posee polaridad, es decir, no hay positivo

nexión. Sin embargo

este tipo de entrada posee la desventaja de ser algo peligrosa (SHOCK

eléctrico) si no se toman las precauciones debidas. Los módulos de entrada

AC que existen típicamente trabajan con voltajes de 24, 48, 110, y 220

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Los módulos de entradas AC son menos comunes que los de entrada

DC. La razón es que la gran mayoría de los sensores actuales utilizan salidas

transistorizadas (NPN o PNP), y un transistor no trabaja con polarizaciones

AC.

3.12.4. Entrada AC

La conexión típica de los elementos de entrada AC a los módulos del

PLC se muestra en la figura de arriba. Comúnmente la línea activa (fase) se

conecta a los switch, mientras que el neutro se conecta a la entrada común

del PLC. El terminal de ater

carcasa del PLC.

Los únicos terminales accesibles al usuario son los marcados como

COMÚN, ENTRADA 0000, ENTRADA xxxx. Un switch ordinario como por

ejemplo un limit switch, pushbutton, etc; debe ser conectado d

los terminales de entrada. Un terminal del switch se conecta al conductor

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

s de entradas AC son menos comunes que los de entrada

DC. La razón es que la gran mayoría de los sensores actuales utilizan salidas

transistorizadas (NPN o PNP), y un transistor no trabaja con polarizaciones

Figura 32. Entrada AC

Entrada AC al PLC.

La conexión típica de los elementos de entrada AC a los módulos del

PLC se muestra en la figura de arriba. Comúnmente la línea activa (fase) se

conecta a los switch, mientras que el neutro se conecta a la entrada común

del PLC. El terminal de aterramiento de la red AC debe ser conectado a la

Los únicos terminales accesibles al usuario son los marcados como

COMÚN, ENTRADA 0000, ENTRADA xxxx. Un switch ordinario como por

ejemplo un limit switch, pushbutton, etc; debe ser conectado d

los terminales de entrada. Un terminal del switch se conecta al conductor

s de entradas AC son menos comunes que los de entrada

DC. La razón es que la gran mayoría de los sensores actuales utilizan salidas

transistorizadas (NPN o PNP), y un transistor no trabaja con polarizaciones

La conexión típica de los elementos de entrada AC a los módulos del

PLC se muestra en la figura de arriba. Comúnmente la línea activa (fase) se

conecta a los switch, mientras que el neutro se conecta a la entrada común

ramiento de la red AC debe ser conectado a la

Los únicos terminales accesibles al usuario son los marcados como

COMÚN, ENTRADA 0000, ENTRADA xxxx. Un switch ordinario como por

ejemplo un limit switch, pushbutton, etc; debe ser conectado directamente a

los terminales de entrada. Un terminal del switch se conecta al conductor

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activo y el otro terminal va a la entrada del PLC. Esto por supuesto asume

que el terminal común esta conectado al neutro.

Finalmente, vale mencionar que típicamente una entrada AC toma

más tiempo para que el PLC la vea que la que toma para una entrada DC.

Sin embargo en muchos casos esto no representa un problema ya que

normalmente los elementos de entrada AC son switch o elementos

mecánicos que son bastantes lentos en su reacción. Es común que un PLC

requiera que la entrada este ON por 25 o más milisegundos antes de que él

la valide. Estos tiempo son requeridos para efectos de filtrado de las entradas

del PLC.

3.12.5 Entradas Discretas

Figura 33. Diagrama de entradas discretas Fuente: Barriola, J.

(2002)

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3.12.6 Salidas Discretas

Figura 34. Diagrama de salidas discretas Fuente: Barriola, J.

(2002)

3.12.7 Modulo AI

Figura 35. Circuito equivalente de modulo AI. Fuente: Barriol a, J.

(2002)

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3.12.8 Modulo AO

Figura 36. Circuito equivalente de modulo AO. Fuente: Barriol a,

J. (2002)

3.18.6. Conversión Analógica/Digital

Figura 37. Digitalización de la señal analógica y s u

correspondiente almacenamiento en el equipo. Fuente : Barriola,

J.(2002)

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Figura 38. Conversion Digital Analógica del valor d el registro

del equipo

Fuente: Barriola, J.(2002)

3.13 DIAGRAMA DE ESCALERAS (RLL)

El lenguaje de programación LADDER (escalera) permite representar

gráficamente el circuito de control de un proceso dado mediante el uso

simbólico de contactos N.A. y N.C., temporizadores, contadores, registros de

desplazamiento, relés, etc. Este tipo de lenguaje debe su nombre a su

similitud con los diagramas eléctricos de escalera.

El programa en lenguaje LADDER, es realizado y almacenado en la

memoria del PLC (sólo en ciertos tipos de PLC´s que están preparados para

ello) por un individuo (programador). El PLC lee el programa LADDER de

forma secuencial (hace un scan o barrido), siguiendo el orden en que los

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renglones (escalones de la escalera) fueron escritos, comenzando por el

renglón superior y terminando con el inferior.

En este tipo de programa cada símbolo representa una variable lógica

cuyo estado puede ser verdadero o falso. Dispone de dos barras verticales

que representan a la alimentación eléctrica del diagrama; la barra vertical

izquierda corresponde a un conductor con tensión y la barra vertical derecha

corresponde a la tierra o masa.

A continuación se muestra la simbología más comúnmente usada en la

elaboración de diagramas de escalera, según la normativa IEC-1131:

INPUT:

Representa a una entrada normalmente abierta. Este componente

puede representar a una entrada física del PLC o a una entrada lógica

asociada a un relé interno (auxiliar) del PLC.

Figura 39. Símbolo de Contacto normalmente abierto

NC-INPUT:

Representa a una entrada normalmente cerrada. Este componente

puede representar a una entrada física del PLC o a una entrada lógica

asociada a un relé interno (auxiliar) del PLC.

Figura 40. Símbolo de Contacto normalmente cerrado.

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Es importante destacar que tanto los contactos asociados a las

entradas del PLC como los contactos de los relés internos o auxiliares del

mismo, pueden constituir configuraciones lógicas AND, OR, NOT, XOR, etc.

(tal y como se vió en la unidad I de este portal), o en forma general, pueden

estar representados en las conocidas "tablas de la verdad" a fines de activar

o desactivar a salidas específicas del PLC o a relés internos del mismo.

OUTPUT:

Representa a un dispositivo genérico de salida que puede estar

asociado a una salida física del PLC o a una salida lógica del diagrama

escalera (por ej. una bobina de un relé interno del PLC).

Figura 41. Símbolo de Salida, bobina de relé.

TOF:

Este dispositivo representa a un temporizador con retardo a la

desconexión.

Al aplicar un nivel lógico alto en la entrada IN, inmediatamente se

activa la salida Q. En este punto, si se corta la señal en la entrada IN, es

cuando comienza a transcurrir el tiempo en el temporizador. Cuando el

tiempo programado (aplicado a la entrada PT) ha transcurrido

(permaneciendo cortada la señal en la entrada IN), la salida Q se desactiva.

Esta condición se mantendrá mientras la entrada IN permanezca sin señal. Si

se aplica nuevamente un nivel lógico alto a la entrada IN antes de que el

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temporizador alcance su tiempo programado, la cuenta del tiempo se pondrá

en cero y la salida Q se activará. El pin de salida ET indica el tiempo actual

transcurrido.

Figura 42. Símbolo de Temporizador con retardo a la

desconexión.

TON:

Este dispositivo representa a un temporizador con retardo a la

conexión.

Al aplicar un nivel lógico alto en la entrada IN, comienza a transcurrir

el tiempo en el temporizador. Cuando el tiempo programado (aplicado a la

entrada PT) ha transcurrido (manteniendo la señal en la entrada IN), la salida

Q se activa. Esta condición continuará hasta que se corte la señal en la

entrada IN. Si la señal en la entrada IN es cortada antes de que el

temporizador alcance su tiempo programado, la cuenta del tiempo se pondrá

en cero y la salida Q se desactivará. El pin de salida ET indica el tiempo

actual transcurrido.

Figura 43. Símbolo de Temporizador con retardo a la conexión.

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TP:

Este tipo de temporizador tiene el mismo comportamiento del

temporizador de simple-tiro o monoestable. Cuando una transición de flanco

ascendente (de OFF a ON) es detectada en la entrada IN, la salida Q se

activa. Esta condición continuará hasta que hasta que el temporizador

alcance su tiempo programado en la entrada PT. Luego de que transcurra el

tiempo programado en el temporizador, la salida Q permanecerá activa

siempre y cuando se mantenga la señal en la entrada IN. Este temporizador

no es re-disparable, es decir, que luego de que comience a transcurrir el

tiempo en el temporizador, no se podrá detener sino hasta que se complete

la sesión. El pin de salida ET indica el tiempo actual transcurrido.

Figura 44. Símbolo de Temporizador con retardo al p ulso.

CTD:

Representa a un contador descendente. Un flanco ascendente en la

entrada CD (count-down) decrementará la cuenta en 1. La salida Q se

activará cuando la cuenta actual sea igual o menor que cero. Si se le aplica

un nivel lógico alto en la entrada LD (load), el contador se cargará (carga

asíncrona) con el valor que tenga la entrada PV (programmed value). El pin

de salida CV (counter value) indica el valor actual de la cuenta.

Figura 45. Símbolo de Contador descendente.

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CTU:

Representa a un contador ascendente. Un flanco ascendente en la

entrada CU (count-up) incrementará la cuenta en 1. Cuando la cuenta actual

alcance al valor fijado en la entrada PV, la salida Q se activará. Si se le aplica

un nivel lógico alto en la entrada R (reset), el contador se pondrá en cero

(puesta a cero asíncrona). El pin de salida CV indica el valor actual de la

cuenta.

Figura 46. Símbolo de Contador ascendente.

CTUD:

Representa a un contador programable ascendente/descendente.

Un flanco ascendente en la entrada CU incrementará al contador en 1,

mientras que un flanco ascendente en la entrada CD lo decrementará en 1.

Si se le aplica un nivel lógico alto en la entrada R, el contador se pondrá en

cero. Una nivel lógico alto en la entrada LD cargará al contador con el valor

que tenga la entrada PV. La salida QU se activa cuando la cuenta actual sea

mayor o igual que el valor fijado en la entrada PV. La salida QD se activa

cuando la cuenta actual sea menor o igual que cero. El pin de salida CV

indica el valor actual de la cuenta.

Figura 47. Símbolo de Contador ascendente/descenden te.

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3.14 Rango de los PLCs Según sus E/S

Figura 48. Rango de PLC´s

Fuente: Barriola, J.(2002)

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

3.15. SUMARIO DE INSTRUCCIONES DE LOS PLC

Figura 49. Diagrama de lógica de control automático

Fuente: Barriola, J. (2002)

3.16 DIAGRAMA DE CONEXIONES DE UN PLC:

Para este caso tomaremos como referencia al autómata TSX07 de

Telemecanique (de 16 E/S). Este autómata consta de 9 entradas y 7 salidas.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Las entradas son identificadas como:

%I0.0, %I0.1, %I0.2, %I0.3, %I0.4, %I0.5, %I0.6, %I0.7, %I0.8,etc…

y las salidas como:

%Q0.0, %Q0.1, %Q0.2, %Q0.3, %Q0.4, %Q0.5, %Q0.6.

A continuación se muestra el diagrama de conexiones asociadas a

las entradas y salidas del autómata en estudio:

Figura 50. Diagrama de conexiones del autómata TSX0 7 de

Telemecanique (de 16 E/S).

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Pasos a seguir para programar tareas en un PLC:

Figura 51. Pasos para la programación de tareas en un PLC.

3.17 PLC TWIDO DE SHNEIDER ELECTRIC

El TWIDO es un controlador fabricado por Schneider Electric para

aplicaciones de automatización y control pequeñas a medianas, donde el

número total de entradas/salidas a manejar no llegue a 300. Conectado en

red, sin embargo, permite expandir la capacidad de entradas/salidas a unas

cuantas miles.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

A continuación se resumen las características más importantes del

TWIDO.

El TWIDO es un controlador que puede venir en dos modelos:

TWIDO Compacto

TWIDO Modular

Ambos modelos vienen con un determinado número de

entradas/salidas incorporadas, como se indica a continuación.

El TWIDO Compacto está disponible en las siguientes versiones de

I/O:

10 I/O

16 I/O

24 I/O

El TWIDO Modular está disponible en las siguientes versiones de I/O:

20 I/O

40 I/O

En el caso de algunos de los módulos TWIDO se pueden añadir

expansiones de I/O. Existen 14 tipos de módulos de expansión de I/O

discretas y 4 tipos de módulos de expansión de I/O analógicas.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Además el TWIDO se puede complementar con una o varias de las

siguientes opciones:

Cartucho de memoria

Cartucho RTC (Reloj en Tiempo Real)

Adaptadores de comunicación

Módulos de expansión de comunicación (sólo para el TWIDO

modular)

Módulo de visualización del operador (sólo para el TWIDO

compacto)

Módulo de expansión con visualización del operador (sólo para

el TWIDO modular)

Simuladores de señales de entrada

Cables de programación

Cables para I/O digitales

Kit TELEFAST para I/O

Las tablas que se incluyen a continuación resumen todas las

características físicas y funcionales del TWIDO.

La tabla 2. enumera todos los tipos de controladores (módulos)

TWIDO y resume sus características principales.

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Nombre del controlador Número de parte Cantidad y tipo de I/O Alimentación

Compacto de 10 I/O TWDLCAA10DRF 6 entradas de 24 VDC

4 salidas a relé

100-240 VAC

Compacto de 16 I/O TWDLCAA16DRF 9 entradas de 24 VDC

7 salidas a relé

100-240 VAC

Compacto de 24 I/O TWDLCAA24DRF 14 entradas de 24 VDC

10 salidas a relé

100-240 VAC

Modular de 20 I/O TWDLMDA2ODUK 12 entradas de 24 VDC

8 salidas transistor (sink)

24 VDC

Modular de 20 I/O TWDLMDA2ODTK 12 entradas de 24 VDC

8 salidas transistor (source)

24 VDC

Modular de 20 I/O TWDLMDA2ODRT 12 entradas de 24 VDC

6 salidas a relé

2 salidas transistor (source)

24 VDC

Modular de 40 I/O TWDLMDA4ODUK 24 entradas de 24 VDC

16 salidas transistor (sink)

24 VDC

Modular de 40 I/O TWDLMDA4ODTK 24 entradas de 24 VDC

16 salidas transistor (source)

24 VDC

Tabla 3. Resumen de características de todos los modelos TWIDO

La tabla 3 enumera los 14 tipos de módulos de expansión de

entradas/salidas discretas para TWIDO, y resume sus características

principales.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Tipo de Módulo Número de parte Tipo de I/O Tipo de Conexión

ENTRADAS DISCRETAS

8 puntos de entrada TWDDDI8DT 24 VDC Bloque terminal

extraíble

16 puntos de entrada TWDDDI16DT 24 VDC Bloque terminal

extraíble

16 puntos de entrada TWDDDI16DK 24 VDC Conector

32 puntos de entrada TWDDDI32DK 24 VDC Conector

SALIDAS DISCRETAS

8 puntos de salida TWDDDO8UT Transistor (Sink) Bloque terminal

extraíble

8 puntos de salida TWDDDO8TT Transistor (Source) Bloque terminal

extraíble

8 puntos de salida TWDDRA8RT Relé Bloque terminal

extraíble

16 puntos de salida TWDDRA16RT Relé Bloque terminal

extraíble

16 puntos de salida TWDDDO16UK Transistor (Sink) Conector

16 puntos de salida TWDDDO16TK Transistor

(Source)

Conector

32 puntos de salida TWDDDO32UK Transistor (Sink) Conector

32 puntos de salida TWDDDO32TK Transistor (Source) Conector

ENTRADAS / SALIDAS MIXTAS

4 puntos de entrada

4 puntos de salida

TWDDMM8DRT Entradas: 24VDC

Salidas: Relé

Bloque terminal

extraíble

16 puntos de entrada

8 puntos de salida

TWDDDM24DRF Entradas: 24VDC

Salidas: Relé

Bloque terminal NO

extraíble

Tabla 4. Resumen de características de todos los módulos de I/O

digitales TWIDO

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La tabla 4 enumera 4 tipos de módulos de expansión de

entradas/salidas analógicas para TWIDO, y resume sus características

principales

Tipo de Módulo Número de parte Tipo de I/O Tipo de Conexión

2 entradas analógicas de

alto nivel

TWDAMI2HT 12 bits; 0-10 V; 4-20 mA Bloque terminal

extraíble

1 salida analógica de alto

nivel

TWDAMO1HT 12 bits; 0-10 V; 4-20 mA Bloque terminal

extraíble

2 entradas analógicas /

1 salida analógica de alto

nivel

TWDAMM3HT 12 bits; 0-10 V; 4-20 mA Bloque terminal

extraíble

2 entradas analógicas de

bajo nivel, 12 bits.

1 salida analógica de alto

nivel, 12 bits.

TWDALM3LT 2 entradas: Termocupla

(K,J,T), y PT100

1 salida: 0-10V; 4-20 mA,

Bloque terminal

extraíble

Tabla 5. Resumen de características de todos los módulos de I/O

analógicos TWIDO

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La tabla 5 enumera algunas de las opciones del sistema TWIDO.

Nombre del accesorio opcional Número de parte

Módulo de visualización del operador TWDXCPODC

Módulo de expansión con módulo de visualización del operador TWDXCPODM

Cartucho RTC (Reloj Tiempo Real) TWDXCPRTC

Cartucho de memoria 32 K EEPROM TWDXCPMFK32

Cartucho de memoria 64 K EEPROM TWDXCPMFK64

Adaptador de comunicaciones, RS 485, mini DIN TWDNAC485D

Adaptador de comunicaciones, RS 232, mini DIN TWDNAC232D

Adaptador de comunicaciones, RS 485, terminal TWDNAC485T

Módulo de expansión de comunicaciones, RS 485, mini-DIN TWDNOZ485D

Módulo de expansión de comunicaciones, RS 232, mini-DIN TWDNOZ232D

Módulo de expansión de comunicaciones, RS 485, terminal TWDNOZ485T

Simuladores: de 6, de 9 y de 14 entradas discretas TWDXSIM6/9/14

Cable PC a Controlador TSXPCX1031

Cable de comunicación mini DIN a cable libre TSXCX100

Tabla 6. Algunos accesorios opcionales que ofrece TWIDO

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3.14. TIPOS DE COMUNICACIÓN:

3.14.1. Redes Ethernet:

Ethernet se refiere a las redes de área local y dispositivos bajo el

estándar IEEE 802.3 que define el protocolo CSMA/CD, la norma de Ethernet

fue definida por el Instituto para los Ingenieros Eléctricos y Electrónicos

(IEEE) como IEEE Standard 802.3. Adhiriéndose a la norma de IEEE, los

equipos y protocolos de red pueden inter-operar eficazmente.

Ethernet basa su operación en el protocolo MAC CSMA/CD, en el que

una estación con un paquete de datos listo para enviar, retarda la transmisión

hasta que "sense" o verifique que el medio por el cual se va a trasmitir, se

encuentre libre o desocupado. Después de comenzar la transmisión existe un

tiempo muy corto en el que una colisión puede ocurrir, este es el tiempo

requerido por las estaciones de la red para "sensar" en el medio de

transmisión.

Ethernet es actualmente uno de los protocolos más usados en redes

de área local. Es popular porque permite un buen equilibrio entre velocidad,

costo y facilidad de instalación. Estos puntos fuertes, combinados con la

amplia aceptación en el mercado y la habilidad de soportar virtualmente

todos los protocolos de red populares, hacen a Ethernet la tecnología ideal

para la red de la mayoría los usuarios de la informática actual. Adhiriéndose

a la norma de IEEE, los equipos y protocolos de red pueden inter-operar

eficazmente.

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Los elementos de una red Ethernet son: los nodos de red y el medio

de interconexión. Los nodos de red pueden clasificarse en dos grandes

grupos: Equipo Terminal de Datos (DTE) y Equipo de Comunicación de

Datos (DCE). Los DTE son dispositivos de red que generan o que son el

destino de los datos: como las PC, las estaciones de trabajo, los servidores

de archivos, los servidores de impresión; todos son parte del grupo de las

estaciones finales. Los DCE son los dispositivos de red intermediarios que

reciben y retransmiten los paquetes de datos dentro de la red; pueden ser:

ruteadores, conmutadores (switch), concentradores (hub), repetidores o

interfaces de comunicación. Cada tarjeta de red posee una dirección MAC

única, que permite la identificación del dispositivo en la red, así como una

dirección IP.

3.14.2. Protocolo de Comunicaciones Modbus:

Modbus es un protocolo de comunicaciones de red basado en la

arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor. Este protocolo fue

desarrollado por la compañía Modicon en el año 1979 para la comunicación

de PLCs y se ha convertido en el protocolo más difundido y utilizado para la

comunicación de equipos electrónicos industriales.

Existen dos variantes del protocolo Modbus, con diferentes

representaciones numéricas de los datos y detalles de protocolo ligeramente

desiguales. Modbus RTU es una representación binaria compacta de los

datos. Modbus ASCII es una representación legible del protocolo pero menos

eficiente. Ambas implementaciones del protocolo son serie. El formato RTU

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finaliza la trama con suma de control de redundancia cíclica (CRC), mientras

que el formato ASCII utiliza una suma de control de redundancia longitudinal

(LRC). La versión Modbus/TCP es muy semejante al formato RTU, pero

estableciendo la transmisión mediante paquetes.

3.14.3. TCP/IP.

Un una red Modbus cada dispositivo posee una dirección única.

Cualquier dispositivo puede enviar órdenes Modbus, aunque lo habitual es

permitirlo sólo a un dispositivo maestro. Cada comando Modbus contiene la

dirección del dispositivo destinatario de la orden. Todos los dispositivos

reciben la orden pero sólo el destinatario la ejecuta (salvo un modo especial

denominado "Broadcast"). Cada uno de los mensajes incluye información

redundante que asegura su integridad en la recepción. Los comandos

básicos Modbus, permiten controlar un dispositivo Terminales Remotos

(RTU) para modificar el valor de alguno de sus registros o bien solicitar el

contenido de dichos registros.

3.14.4. GSM o GPRS

Existe gran cantidad de módems que aceptan el protocolo Modbus.

Algunos están específicamente diseñados para funcionar con este protocolo.

Existen implementaciones para conexión por cable, Inalámbricos, SMS o

GPRS.

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CAPÍTULO IV

MARCO METODOLÓGICO

Cada trabajo de investigacion debe seguir lineamientos

preestablecidos gracias al estudio y planificacion del proyecto,para realizar

asi de manera ordenada cada uno de los pasos hasta la conclusion del

mismo, optimizando asi su tiempo de ejecucion. Este capítulo se basará en

la descripcion de las etapas a cubrir para la realizacion de este trabajo

especial de grado.

4.1. Etapa Documental

Al momento de realizar un proyecto, se deben conocer todas las

variables que intervienen en él, para ello se debe profundizar en lo que se

posee y lo que se quiere lograr. En el caso particular de la automatización de

los sistemas de aire acondicionado e iluminacion para edificios, se debe

estudiar la apliacacion de cada ambiente esto quiere decir, las condiciones

de temperatura y humedad dependiendo de su utilización asi como las

características, secuenciación, configuración, especificaciones técnicas y

estado de funcionamiento de los sistemas de aire acondicionado para poder

establecer las variables a controlar.

Dichas variables dependerán de la informacion registrada en los

sensores es necesario investigar sobre los diferentes sensores y actuadores

involucrados en el proceso de control, para escoger mediante un analisis en

donde las variables predominantes son funcionalidad, costo, campo de

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aplicación, compatibilidad entre otras, los elementos que mejor se adapten al

tipo de diseño de aire acondicionado central.

Realizar la descripcion detallada e inventario de equipos y elementos

involucrados tanto en el sistema de aire acondicionado central como en el

sistema de iluminacion del edificio, discretizando la informacion por

ambientes a automatizar.

Se debe ahondar mas en conocimientos sobre los controladores

lógicos programables (PLC), sus tipos,fabricantes, versatilidades para

diversas aplicaciones, asi como los modulos de ampliacion necesarios para

efectuar la implementación del sistema de control, tales como los modulos de

comunicación via internet o protocolos dedicados dependiendo de las

diferentes marcas, que pueden ser por cable o de forma inalámbrica, o

tambien via GSM o SMS. Asi mismo dominar los software para la correcta

programacion y configuracion del PLC.

Por ultimo establecer los requerimientos civiles, mecánicos,

informaticos y electricos necesarios para la instalacion del sistema de control,

incluyendo sensores y actuadores.

4.2. Etapa de Diseño

Esta etapa comprende el diseño del sistema de control a instalar en el

edificio,desde la elaboracion de planos de la infraestructura, el

establecimiento de las variables a controlar, el diseño de la arquitectura del

sistema y la elaboración tanto del programa a utilizar por el PLC para

funcionar de forma independiente, como de un sistema que permita la

interacción de los usuarios con el PLC mediante un computador personal fijo

o remoto. También se incluye en esta etapa la selección de los sensores,

actuadores, tarjetas de expansión y comunicación del PLC; así como la

planificación de las conexiones entre los dispositivos, la ubicación del

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cableado y tablero del PLC, elementos necesarios para su instalacion como

el dimensionamiento y modo de sujeción de las bandejas portacables, la

selección de los puntos de alimentación para el PLC y los actuadores dentro

del edificio además de la localización de los sensores y actuadores de

sistema.

4.3. Simulacion en software

En esta etapa se programara en el software twido suite, todas las

variables que intervienen en el diseño del sistema automatizado tanto para el

aire acondicionado como para el sistema de iluminación, realizando a su vez

una interfaz grafica llamada pantalla del operador en donde se pueda de

manera didactica y practica, visualizar la simulación del proceso y la

respuesta del sistema a las variaciones en el ambiente.

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CAPÍTULO V

DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL

Se desea diseñar el sistema de control para el aire acondicionado

central e iluminación de un edificio de laboratorios, para tal fin se deben

conocer las instalaciones y equipos con que se cuentan para tal fin.

5.1. CONDICIONES DE DISEÑO DEL SISTEMA DE AIRE

ACONDICIONADO

Para el edificio anexo de laboratorios Tipo Lab-Volt del CFS El Vigía,

Estado Mérida se decide utilizar un sistema central de aire acondicionado de

Agua Helada, en la modalidad de Todo Agua. A continuación se detallan las

variables de diseño y características del sistema.

5.1.1. Variables de diseño.

El Sistema de Aire Acondicionado del Centro de Formación Socialista l

de El Vigía, Estado Mérida se proyecta de acuerdo con las Normas

establecidas por la División de Ingeniería del Instituto Nacional de

Capacitación y Educación Socialista, y las recomendaciones de la Asociación

Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado

(ASHRAE) para edificaciones de este tipo.

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Las condiciones exteriores de diseño para el cálculo de la carga

térmica fueron:

Ubicación = El Vigía, Estado Mérida, Venezuela.

Temperatura de Bulbo Seco = 89,6 ºF.

Temperatura de Bulbo Húmedo = 85 ºF.

Rango Diario de Temperatura = 17,8 ºF.

Humedad Relativa = 70 %

Elevación = 426,5 ft.

Latitud = 8,6 º Norte

Longitud = 71 º Oeste

Las condiciones interiores de diseño utilizadas para los ambientes a

ser acondicionados son las siguientes:

Temperatura de Bulbo Seco = 74 ºF

Temperatura de Bulbo Húmedo = 62.7 ºF

Humedad Relativa = 50 %

Uso de los ambientes = Salones de Clase y áreas administrativas.

5.1.2. Características del sistema:

a. Unidad Enfriadora de Agua (Chiller)

Para el sistema de central de aire acondicionado del CFS El Vigía se

debe colocar una Unidad Enfriadora de Agua (Chiller) de condensado por

aire con una capacidad Nominal de 60 Toneladas de Refrigeración. La

unidad debe poseer dos circuitos de refrigeración, debe poseer 4

compresores los cuales deben ser tipo Scroll y con capacidad nominal cada

uno de 15 Toneladas de Refrigeración, el refrigerante a utilizar debe ser

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ecológico, preferiblemente R407c. Esta unidad debe ir colocada sobre unas

bases antivibratorias y luego estas colocadas sobre una base fabricada en

concreto, esto con la finalidad de aislar las vibraciones del equipo hacia el

piso. La temperatura de salida del agua del Chiller debe ser de 45 ºF y la de

entrada de 55 ºF, por lo que se obtiene un diferencial de temperatura de 10

ºF, Se recomienda la unidad Marca TRANE modelo CGAD060 para esta

instalación. Ver Tabla 14

Marca Trane

Modelo CGAD060

Número de Unidades 1 Unidad

Capacidad Nominal 60 Toneladas de Refrigeración

Capacidad Real 53,8 Toneladas de Refrigeración

Número de Compresores 4 Compresores

Tipo de Compresores Tipo Scroll Hermético

Número de Ventiladores 6 Ventiladores

Caudal de Agua en el Cooler 215,74 GPM Máximo 71,77 GPM

Mínimo

Volumen de Almacenaje 143 lts.

Tipo de Refrigerante R-407C.

Conexión de entrada de Agua al

Cooler 4”

Conexión de salida de agua del

Cooler 4”

Dimensión Largo 2,989 mt.

Dimensión Ancho 1,880 mt.

Dimensión Alto 2,190 mt.

Peso 2500 Kg.

Tabla 7. Especificaciones Técnicas de Equipos Unidad Enfriadoras de Agua

Fuente: Trane. (2007)

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Sistema de Tuberías de Agua Helada.

Para la puesta en funcionamiento del sistema de aire acondicionado

del Centro de Formación Socialista El Vigía, perteneciente al INCES Mérida,

se requiere construir un sistema de tuberías para suministro y retorno de

agua. Dicho sistema debe incluir sus respectivos codos, filtros, válvulas,

manómetros, termómetros, juntas flexibles, control de caudal, aislante

térmico en base a poliuretano expandido con recubrimiento de aluminio. Los

montantes deben ser de un diámetro nominal de 2 pulgadas para manejar un

caudal de 95,66 Galones por minuto aproximadamente, a una velocidad

nominal de 3 metros por segundo.

La Red de tuberías para el sistema de bombeo de agua helada para

suministro y distribución del Agua Helada va desde las unidades enfriadoras

de agua hacia las diferentes unidades Ventilador Serpentín (fan-coil). La red

de tuberías que se indica será recubierta externamente con material de

característica aislantes como es el poliuretano expandido, dotadas de

impecables barreras de vapor (protecapa) y protegidas externamente por un

material más rígido tal como camisas o chaquetas de aluminio. Nota: Los

tramos de tuberías entre juntas de construcción dispondrán de juntas

flexibles que permitan absorber los movimientos relativos de las dos

estructuras contiguas sin producir ningún esfuerzo significativo en la tubería

que ocasione su posible falla o ruptura. Tales juntas flexible se identifican en

el plano y serán del mismo diámetro de la tubería que las contenga y serán

instaladas en pares tanto en la tubería de suministro como de retorno.

Sistema de Bombeo de Agua Helada.

El sistema de bombeo deberá contar con dos bombas centrífugas con

descarga vertical, las bombas serán de una potencia de 4 HP y 3500

Revoluciones por Minuto y capaz de vencer una altura dinámica total teórica

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de 100,61 pies de columna de agua, las bombas deben ser del tipo eje libre,

que están constituidas por un sistema de transmisión mediante un eje al

motor eléctrico el cual permite realizar mantenimiento a los motores

eléctricos y en caso de necesitar sustituir el motor de la bomba se pueda

cambiar el mismo sin desconectar el sistema de tuberías de la bomba.

El sistema será del tipo Bomba – Chiller, lo cual significa que el

suministro de la bomba debe estar conectado de manera directa a la entrada

del chiller, cada una de las dos bombas estará seleccionada para operar todo

el sistema, las bombas se alternarán periódicamente y en algún momento

cuando una falle quedará la otra bomba como reserva del sistema. Las

bombas deben vencer las pérdidas de todo el sistema de tuberías a fin de

garantizar el constante funcionamiento del sistema. El caudal de agua total

del sistema de agua helada es de 95,66 Galones por Minuto.

Cabe destacar que las bombas deben estar en fucionamiento antes de

que se energice el chiller, garantizando asi el flujo de agua por las tuberias

del equipo enfriador. En la tabla 15 se pueden observer las caracteristicas

tecnicas de la bomba sugerida.

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Sistema Central de Aire Acondicionado CFS El Vigía,

Estado Mérida.

Especificaciones Técnicas de Equipos

Bomb as de agua

Marca (Recomendada) KSB

Modelos Opcionales Meganorm 35-125,1

Numero de Bombas 2

Caudal de Agua a Manejar 95,66 GPM

Altura Dinámica Total a Vencer 100,611 ft

Potencia Mínima Requerida 4 HP

Potencia Nominal del Motor

Eléctrico 5 HP

Configuración Eje Libre "back-pull-out"

Succión Horizontal

Descarga Vertical

Cuerpo Espiral, Horizontal, Fundido en una sola pieza

Revoluciones por Minuto 3500

Especificaciones eléctricas 208/230 V / 3 Ph / 60 Hz

Tabla 8. Características técnicas de las bomba. Marca KSB

Fuente: http://www.ksb.com

Unidades Ventilador Serpentín (Fan-Coil).

Para el sistema de aire acondicionado central del Centro de Formación

Socialista El Vigía, perteneciente al INCES Mérida se propone la colocación

de ocho Unidades Ventilador Serpentín (Fan-coil), los cuales estarán

colocados en cada uno de los siete laboratorios de edificio y el último fan-coil

se colocará en el área administrativa del centro.

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Para la instalación de estos nuevos equipos se deben realizar las

conexiones pertinentes al sistema de agua helada y al sistema de ductos

para la distribución del aire, estas Unidades están colocadas sobre el plafond

por lo que es necesario tomar las previsiones necesarias para poder realizar

la sustitución, una vez montado el equipo nuevo se debe verificar su

funcionamiento y correcta conexión al sistema de control a fin de lograr

regular la temperatura del ambiente a acondicionar. Es necesario al momento

de realizar la instalación de la unidad fan-coil colocar de manera correcta los

accesorios que deben ser instalados tanto en la tubería de suministro como

de retorno que garantizarán el correcto funcionamiento del sistema. Estos

accesorios son las juntas flexibles, los filtros Y, las válvulas de compuerta, los

termómetros, los manómetros el tapón de servicio y por supuesto la válvula

motorizada dos vías. Una vez instalados los instrumentos y el fan-coil es

necesario colocar el respectivo aislante térmico de las tuberías a fin de evitar

condensación en las mismas, el aislante debe ser a base de poliuretano

expandido inyectado en chaquetas de aluminio.

En resumen son ocho (8) Unidades fan-coil, con su respectiva sección

de filtros, serpentín de enfriamiento para agua helada, ventilador centrífugo,

motor de ventilador de velocidad constante, bandeja de condensación. El

control de estás unidades es por medio de un sensor de temperatura de

ambiente que controla el flujo de agua helada a través de la válvula

motorizada de 2 vías.

A continuación se detallan las unidades Fan-Coil a colocar, su

capacidad y la marca y modelos recomendados que se deben colocar:

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Especificaciones de equipos.

Unidades Fan -Coil # Marca Modelo Row TR Btu/Hr GPM

Área Administrativa 1 Trane HCCA14 4 3,2 38774 7,75

Laboratorio de Máquinas 2 Trane HCCA18 3 7,3 87040 17,41

Laboratorio de Isntrumentación 3 Trane HCCA24 4 5,8 70035 14,01

Laboratorio de Neumática 4 Trane HCCA18 3 3,9 46507 9,30

Laboratorio de Hidráulica 5 Trane HCCA18 3 4,1 49546 9,91

Laboratorio de Telecomunicaciones 6 Trane HCCA24 4 6,4 76736 15,35

Laboratorio de Electrónica 7 Trane HCCA18 3 4,1 49347 9,87

Laboratorio de Mecanizado 8 Trane HCCA18 3 5,0 60315 12,06

TABLA 9. INVENTARIO DE FANCOILS

Sistema de Distribución de aire.

En los diferentes salones destinados para laboratorios y en las oficinas

administrativas del edificio anexo para laboratorios LAB-VOLT del CFS El

Vigía en el Estado Mérida la distribución de aire acondicionado se realizará

mediante ductos elaborados en láminas de hierro galvanizado, los ductos

deberán estar debidamente aislados térmicamente con fibra de vidrio de 1”

de espesor y cubierta de aluminio con barrera de vapor a fin de evitar la

condensación en los mismos y los difusores serán hechos en aluminio

anodinado, estos difusores serán de 4 Vías con control de volumen.

El retorno del aire se realizará por plafond mediante rejillas regulables

de retorno colocadas estratégicamente en cada ambiente creando una

cámara de aire sobre el cielo raso y retornando libremente el aire hasta la

unidad fan-coil. La toma de aire fresco se realizará de manera libre por una

rejilla regulable de retorno colocada de manera contigua a la cámara de aire.

Sistema de Control

Para el sistema de aire acondicionado central del Centro de

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Formación Socialista El Vigía, perteneciente al INCES Mérida se propone la

implementacion de un sistema automático mediante PLC. Esto incluye

tambien la colocación de válvulas motorizadas de dos vías a nivel de las

unidades Fan-Coil, las cuales, mediante su apertura y cierre que puede ser

graduada desde 0 a 100% y accionadas por una señal emitida desde un

controlador lógico programable el cual estará conectado a los teristores NTC,

ubicado respectivamente en cada local a acondicionar, esta apertura y cierre

regulará el caudal de agua que circule por el serpentín del fan-coil. Este tipo

de control permitirá sensar las temperaturas de los ambientes a acondicionar

y compararlo con el set-point para garantizar asi la temperatura constante,

Para esto es necesario la colocación de termómetros y manómetros

colocados a nivel de cada fan-coil. Es importante acotar que la temperatura

de set-point de los termostatos debe ser de 74 ºF.

El chiller por ser una maquina compleja, posee un control interno el

cual hace que por medio de diferencia de presión entre la línea de salida y la

de retorno, pueda regular su capacidad de enfriamiento ya que posee 4

compresores tipo Scroll, los cuales funcionarán de acuerdo a la demanda de

manera proporcional usando combinaciones que va desde un compresor al

25,50,75% hasta poseer las mismas configuraciones adicionando los que

sean necesarios hasta completar la máxima demanda en donde trabajarán

los 4 compresores al 100%.

El sistema de agua helada requiere de un by-pass en las tuberías de

suministro y retorno principal mediante una válvula motorizada de tres vías,

esto debido a que las bombas de agua helada operan a caudales constantes

y cualquier incremento de la presión en el sistema de tuberías producto de la

limitación de flujo de agua por parte de las válvulas de control de dos vías

colocadas a nivel de cada fan-coil y que es captada por un medidor

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diferencial de presión a nivel de las tuberías principales produce una

respuesta, lo que ocasiona la apertura o cierre de la válvula motorizada 3

vías produciendo un desvío del agua de suministro hacia el retorno y por

ende una disminución en la temperatura del agua de retorno lo cual produce

una disminución o aumento de la capacidad del equipo en función de la

demanda energética del edificio (carga térmica) reflejándose esto

principalmente en el consumo de electricidad del sistema.

La unidad enfriadora de agua deberá poseer una válvula de control

automática del tipo mariposa, de dos posiciones: abierta o cerrada, en la

línea de retorno, el actuador abre la válvula cuando arranca la bomba

asignada al enfriador. La válvula automática es del tipo “spring return” retorna

la válvula a la posición cerrada cuando la bomba deja de funcionar, evitando

recirculación de agua en el enfriador que tiene su bomba apagada.

A fin de reponer las pérdidas de agua que puedan ocurrir en el

sistema, se debe colocar un tanque de expansión con capacidad de 100 litros

conectado en la tubería de retorno principal antes del sistema de bombeo, a

fin de garantizar el volumen constante de agua dentro del sistema y permitir

la expansión del agua en las tuberías sin afectar la integridad de las mismas.

Regulación de temperatura:

El principio de funcionamiento de los sistemas centrales de agua

helada es llevar el agua a bajas temperaturas hacia las unidades

manejadoras de aire, en este caso Fan-Coils, para que esta por medio de un

sistema ventilador- serpentin realicen en intercambio de calor con el

ambiente.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

La temperatura de cada laboratorio dependerá de las cargas térmicas

que estén asociadas, como lo son, orientación espacial, tipo de material

usado en la construcción, tanto en paredes como en piso y techo, cargas por

concepto de luminarias, cargas asociadas a equipos (eléctricos, hidráulicos,

neumáticos, informáticos, etc.).

Como el chiller seleccionado posee este tipo de control interno, el

control que implementaremos será la regulación del caudal de agua helada

que entra a cada uno de los Fan-Coil, ya que la bomba envía un caudal

constante de agua, es necesario para mantener una temperatura constante

en los ambientes regular por medio de válvulas motorizadas el caudal de

agua proporcionalmente a la temperatura que será sensada por medio de

termistores tipo NTC, colocados en cada laboratorio, así se podrá tener la

relación que cuando la temperatura aumenta se debe abrir la válvula lo

necesario para volver al set point o variable de diseño, que en este caso es

de 21ºC y cuando la temperatura disminuye se cerrara la válvula,

restringiendo así el paso del flujo y haciendo que el intercambio de calor sea

mas lento, para elevar la temperatura hasta el set point.

En la figura Figura 57 se puede observar el termistor a usar.

Las válvulas motorizadas serán de 2 vias

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Figura 56. Termistor NTC.

Fuente: http://perso.wanadoo.es/aldomartin/sensor3.htm

CODIGO

GM

R

@25°

C

(Ohm

B 25/85 ±5%

(°K)

TEMPERA

TURA

MAXIMA

(°C)

RESISTEN

CIA

@Tmax

(Ohms)

626-22102 1K 2075 200 75

626-22222 2.2K 2285 200 150

626-22103 10K 3750 200 85

626-22105 1M 4100 300 850

Encapsulado en vidrio miniaturaAltas temperaturas de sensado, hasta 300°CBaja constante térmica, rápida respuestaResistente a medios corrosivos

APLICACIONES:SENSADO Y CONTROL DE TEMPERATURA

ELECTRICAL SPECIFICATIONS

Resistance at 25°C: 1K-1MegOhms

Resistance tolerance: ±10%, ±5%

B-value at 25°C:

Resistance Ratio (25°/125°): 7.25-37.54

Maximum Dissipation: 2.5 mW

Dissipation factor: 0.8 mW/°C

Maximum temperature (Tmax): 300°C

Stability after 1000 hours at Tmax: <1%

TERMISTORES NTC

MEPCO//ELECTRASERIE 626 - NTC MINIATURA DE VIDRIO

2075-4100 end_of_the_skype_highlighting°K 2075-4100 begin_of_the_skype_highlighting (±5%)

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5.2. CONTROL PID

El control de la temperatura y el porcentaje de apertura de las válvulas

de suministro de agua helada a los Fan-coil, son señales analógicas tanto de

entrada como de salida, para ello se requieren módulos de ampliación para

que el PLC pueda procesar dichas señales.

Como el procesamiento de estas señales analógicas debe hacerse

mediante un control PID.

Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control

por realimentación que se utiliza en sistemas de control industriales. Un

controlador PID corrige el error entre un valor medido y el valor que se quiere

obtener calculándolo y luego sacando una acción correctora que puede

ajustar al proceso acorde.

El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros

distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional

determina la reacción del error actual. El Integral genera una corrección

proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un

esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El

Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La

suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un

elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía

suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres variables en

el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control

diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del

controlador puede ser descrita en términos de respuesta del control ante un

error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado de

oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza

control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo. Algunas aplicaciones

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pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de

control. Un controlador PID puede ser ll

ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son

particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al

ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al val

deseado debido a la acción de control.

5.2.1. Funcionamiento

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un

proceso o sistema se necesita, al menos:

1. Un sensor, que determine el estado del si

caudalímetro, manómetro

2. Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador.

3. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada

(resistencia eléctrica

El sensor proporciona una

cual representa el punto actual

La señal puede representar ese valor en

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de

control. Un controlador PID puede ser llamado también PI, PD, P o I en la

ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son

particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al

ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al val

deseado debido a la acción de control.

Figura 57. Diagrama de un control PID.

Funcionamiento

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un

proceso o sistema se necesita, al menos:

Un sensor, que determine el estado del sistema (

manómetro, etc).

Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador.

Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada

rica, motor, válvula, bomba, etc).

El sensor proporciona una señal analógica o digital

punto actual en el que se encuentra el proceso o sistema.

La señal puede representar ese valor en tensión eléctrica

pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de

amado también PI, PD, P o I en la

ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son

particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al

ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor

Figura 57. Diagrama de un control PID.

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un

stema (termómetro,

Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador.

Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada

digital al controlador, la

en el que se encuentra el proceso o sistema.

tensión eléctrica, intensidad de

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corriente eléctrica o frecuencia. En este último caso la señal es de corriente

alterna, a diferencia de los dos anteriores, que son con corriente continua.

El controlador lee una señal externa que representa el valor que se

desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna (o punto

de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de

valores que la señal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta

compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano,

habrá que establecer algún tipo de interfaz(HMI-Human Machine Interface),

son pantallas de gran valor visual y fácil manejo que se usan para hacer más

intuitivo el control de un proceso.

El controlador resta la señal de punto actual a la señal de punto de

consigna, obteniendo así la señal de error, que determina en cada instante la

diferencia que hay entre el valor deseado (consigna) y el valor medido. La

señal de error es utilizada por cada uno de los 3 componentes del

controlador PID. Las 3 señales sumadas, componen la señal de salida que el

controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la

suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente

sobre el actuador, si no que debe ser transformada para ser compatible con

el actuador que usemos.

Las tres componentes de un controlador PID son: parte Proporcional,

acción Integral y acción Derivativa. El peso de la influencia que cada una de

estas partes tiene en la suma final, viene dado por la constante proporcional,

el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente. Se pretenderá

lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo

posible los efectos de las perturbaciones.

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Figura 58. Control proporcional

5.2.2. Control Proporcional.

La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y

la constante proporcional como para que hagan que el error en estado

estacionario sea casi nulo, pero en la mayoría de los casos, estos valores

solo serán óptimos en una determinada porción del rango total de control,

siendo distintos los valores óptimos para cada porción del rango. Sin

embargo, existe también un valor límite en la constante proporcional a partir

del cual, en algunos casos, el sistema alcanza valores superiores a los

deseados. Este fenómeno se llama sobreoscilación y, por razones de

seguridad, no debe sobrepasar el 30%, aunque es conveniente que la parte

proporcional ni siquiera produzca sobreoscilación. Hay una relación lineal

continua entre el valor de la variable controlada y la posición del elemento

final de control (la válvula se mueve al mismo valor por unidad de

desviación). La parte proporcional no considera el tiempo, por lo tanto, la

mejor manera de solucionar el error permanente y hacer que el sistema

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contenga alguna componente que tenga en cuenta la variación respecto al

tiempo, es incluyendo y configurando las acciones integral y derivativa.

La fórmula del proporcional esta dada por:

El error, la banda proporcional y la posición inicial del elemento final

de control se expresan en tanto por uno. Nos indicará la posición que pasará

a ocupar el elemento final de control

Ejemplo: Cambiar la posición de una válvula (elemento final de control)

proporcionalmente a la desviación de la temperatura (variable) respeto al

punto de consigna (valor deseado).

Figura 59. Control proporcional integral

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5.2.3. Control Integral.

El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y eliminar el

error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control

integral actúa cuando hay una desviación entre la variable y el punto de

consigna, integrando esta desviación en el tiempo y sumándola a la acción

proporcional. El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o

sumarlo por un período determinado; Luego es multiplicado por una

constante I. Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo

Proporcional para formar el control P + I con el propósito de obtener una

respuesta estable del sistema sin error estacionario.

El modo integral presenta un desfasamiento en la respuesta de 90º

que sumados a los 180º de la retroalimentación ( negativa ) acercan al

proceso a tener un retraso de 270º, luego entonces solo será necesario que

el tiempo muerto contribuya con 90º de retardo para provocar la oscilación

del proceso. <<< la ganancia total del lazo de control debe ser menor a 1, y

así inducir una atenuación en la salida del controlador para conducir el

proceso a estabilidad del mismo. >>> Se caracteriza por el tiempo de acción

integral en minutos por repetición. Es el tiempo en que delante una señal en

escalón, el elemento final de control repite el mismo movimiento

correspondiente a la acción proporcional.

El control integral se utiliza para obviar el inconveniente del offset

(desviación permanente de la variable con respeto al punto de consigna) de

la banda proporcional.

La formula del integral esta dada por:

Isal

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Ejemplo: Mover la válvula (elemento final de control) a una velocidad

proporcional a la desviación respeto al punto de consigna (variable deseada).

Figura 60. Control proporcional derivativo

5.2.4. Control Derivativo.

La acción derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor

absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos

proporcional e integral).

El error es la desviación existente entre el punto de medida y el valor

consigna, o "Set Point".

La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo

corrigiéndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de

esta manera evita que el error se incremente.

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Se deriva con respecto al tiempo y se multiplica por una constante D y

luego se suma a las señales anteriores (P+I). Es importante adaptar la

respuesta de control a los cambios en el sistema ya que una mayor derivativa

corresponde a un cambio más rápido y el controlador puede responder

acordemente.

La fórmula del derivativo esta dada por:

El control derivativo se caracteriza por el tiempo de acción derivada en

minutos de anticipo. La acción derivada es adecuada cuando hay retraso

entre el movimiento de la válvula de control y su repercusión a la variable

controlada.

Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay inestabilidad en

el proceso. Cuando el tiempo de acción derivada es pequeño la variable

oscila demasiado con relación al punto de consigna. Suele ser poco utilizada

debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las complicaciones que

ello conlleva.

El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al

punto de consigna con las mínimas oscilaciones

Ejemplo: Corrige la posición de la válvula (elemento final de control)

proporcionalmente a la velocidad de cambio de la variable controlada.

La acción derivada puede ayudar a disminuir el rebasamiento de la

variable durante el arranque del proceso. Puede emplearse en sistemas con

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tiempo de retardo considerables, porque permite una repercusión rápida de

la variable después de presentarse una perturbación en el proceso.

5.2.4. Significado de las constantes

P, constante de proporcionalidad: se puede ajustar como el valor de la

ganancia del controlador o el porcentaje de banda proporcional. Ejemplo:

Cambia la posición de la válvula proporcionalmente a la desviación de la

variable respecto al punto de consigna. La señal P, mueve la válvula

siguiendo fielmente los cambios de temperatura multiplicados por la

ganancia.

I, constante de integración: indica la velocidad con la que se repite la

acción proporcional.

D, constante de derivación: hace presente la respuesta de la acción

proporcional duplicándola, sin esperar a que el error se duplique. El valor

indicado por la constante de derivación es el lapso de tiempo durante el cual

se manifestará la acción proporcional correspondiente a 2 veces el error y

después desaparecerá. Ejemplo: Mueve la válvula a una velocidad

proporcional a la desviación respeto al punto de consigna. La señal I, va

sumando las áreas diferentes entre la variable y el punto de consigna

repitiendo la señal proporcional según el tiempo de acción derivada

(minutos/repetición).

Tanto la acción Integral como la acción Derivativa, afectan a la

ganancia dinámica del proceso. La acción integral sirve para reducir el error

estacionario, que existiría siempre si la constante Ki fuera nula. Ejemplo:

Corrige la posición de la válvula proporcionalmente a la velocidad de cambio

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de la variable controlada. La señal d, es la pendiente (tangente) por la curva

descrita por la variable.

La salida de estos tres términos, el proporcional, el integral, y el

derivativo son sumados para calcular la salida del controlador PID.

Definiendo u (t) como la salida del controlador, la forma final del algoritmo del

PID es:

5.2.5. Elementos finales de control.

Válvulas Motorizadas: se implementarán válvula motorizada de dos

vías en la entrada de cada fan-coil, la cual modulará el flujo de agua que

entra a la unidad.

La válvula propuesta es de marca KIELMANN ELECTRIC, de la serie

srv2200-20 de dos vías ¾ de pulgada, similar a las Honeywell VB30, V50,

V80 y Erie Modelo 635 Pop-up, ver tabla 15 para ver las características del

producto.

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SRV2000 DATOS TECNICOS DEL CUERPO DE VALVULA

MODEL TYPE SIZE Kv FACTOR CLOSING-

OFF PRES.

(kPa)

RATING

PRES.

(MPa)

OPTIONAL

ACTUATORS

SRV2200-15 Normally close 2-

way

G1/2" 0.6 1.0 1.5 250 1.6 SRA2100-220

SRA2100-110

SRA2100-24

SRA2110-220

SRA2110-110

SRA2110-24

SRV2300-15 Mixing 3-way G1/2" 1.5 250

SRV2200-20 Normally close 2-

way

G3/4" 1.6 2.5 3.5 100

SRV2300-20 Mixing 3-way G3/4" 2.5 100

SRV2200-25 Normally close 2-

way

G1" 2.5 4.8 60

SRV2300-25 Mixing 3-way G1" 4.8 60

Tabla 10. Datos tecnicos del cuerpo de valvula

El actuador que usa esta válvula es el SRA2100-24 de voltaje de

trabajo de 24 V. ver tabla 16 para ver detalles técnicos.

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SRV2000 VALVE BODY TECHNICAL _ DATA

MODEL RATED

VOLTAGE

POWER DRIVING WAY OPERATIONG TIME WHEN FIT WITH SRV2000

VALVE BODY

SRA2100-220 AC220V± 10% 6W Synchronous

hysteresis motor

Spring return

Fully open duration:

About 10s after power-on;

Closed duration: About 5s after power-off

SRA2100-110 AC110V±10%

SRA2100-24 AC24V±10%

SRA2100-220R3 AC220V±10% 6W

Fully open duration:

About 19s after power-on;

Closed duration: About 7s after power-off

SRA2100-110R3 AC110V±10%

SRA2100-24R3 AC24V±10%

Tabla 11. Detalles técnicos del actuador de la válvula motorizada de 2 vias.

5.3. DESCRIPCIÓN DEL CONTROL DE ILUMINACIÓN:

La iluminación en los recintos de formación, y diferentes edificaciones

es un factor a tomar en cuenta para darle el uso apropiado y eficiente, esto

quiere decir que con la consciente aplicación de encendido y apagado de

luces se puede reducir considerablemente el consumo de energía eléctrica

en el edificio.

Por ello se implementara que el sistema de iluminación integral del

edificio se realice de manera automatizada, creando un horario de trabajo por

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medio de bloques calendario comprendido desde las 06:30am hasta las

08:00pm, ya que el horario en que se dictan clases será hasta las 06:00pm y

dando dos horas de holgura para que los instructores y personal que quede

laborando puedan culminar sus tareas eficientemente. Por ser un edificio de

aulas y laboratorios en donde eventualmente se podría realizar alguna

exposición o presentación por parte de los instructores o participantes,

existirá la opción de apagar las luminarias mientras se realiza la

presentación, por medio del interruptor habitual de luces, logrando asi un

seccionamiento seguro.

Se colocarán detectores de presencia en cada laboratorio para que

cuando no haya personas dentro del recinto, las luces estén apagadas

contribuyendo así de manera eficiente al ahorro energético ya que los

laboratorios no son usados completamente en el periodo laboral. Su

funcionamiento es simple, siempre que esté dentro del horario programado

por los bloques calendario, al sensar presencia en el laboratorio se activaran

automáticamente las luces, al retirarse la última persona, las luces

permanecerán encendidas por el lapso de un minuto, evitar que el sistema se

vea afectado con entrada y salida repentina de personas dentro del salón.

Cabe destacar que el funcionamiento de los detectores de presencia

dependen del horario preestablecido de trabajo, si alguna persona necesitara

entrar fuera del horario deberia encender las luces de manera manual.

En el panel del operador que se propone se podran visualizar cada

una de las areas a iluminar para poder observar fallos, o simplemente ver

cuales espacios estan iluminados y cuales no, a su vez, poder llevar un

registro del consumo energético en kw/hr de las luminarias encendidas en el

edificio.

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El sistema se ilustra en el diagrama 2. el cual explica de manera

detallada los componentes involucrados en este sistema de lazo cerrado.

5.3.1. Descripción del sistema:

A cada salón o laboratorio se le instalara un contactor tripolar, a cada

contactor le corresponderá una salida digital del PLC la cual se activará solo

en el horario de trabajo, programando unos segundos de retardo para cada

salida para prevenir así sobrecargas en el sistema. Además, se le asignarán

bloques horarios diferentes a cada laboratorio para poder llevar así un control

independiente de cada espacio.

Cabe mencionar que los contactores tienen bobinas que necesitan

una diferencia de potencial de 120V para operar, como las salidas digitales

del PLC proporcionan solo 24V, es necesario utilizar en cada salida del plc

relés de manera que el voltaje entregado por cada salida energice los relés y

estos a su vez, conectados a una línea común de 120V puedan energizar la

bobina de cada contactor. Como una protección al PLC contra cualquier

sobrecarga del sistema eléctrico se colocaran en serie con las salidas

digitales un fusible.

Se debe colocar en la línea de 120V en el contacto normalmente

cerrado del relé, para que en caso del alguna falla de los equipos, las luces

permanezcan encendidas.

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A continuación se describen las partes a utilizar en el sistema:

Detector de presencia B-ticino light tech NT4432/12 7

El detector a rayos infrarrojos pasivos abre nuevas perspectivas en el

campo de la automatización, permitiendo el encendido de equipos de manera

automática al paso de las personas (por ejemplo la luz se enciende sin el

accionamiento de un interruptor o pulsador). Se puede regular tanto el umbral

de intervención del aparato en función de la iluminación natural del ambiente,

como regular el retardo de la desconexión automática después del último

movimiento a fin de optimizar las prestaciones.

El campo de acción se puede aumentar instalando más aparatos en

distintos puntos con las salidas en paralelo.

La cobertura volumétrica queda asegurada por 3 niveles de rayos A, B

y C orientados a +2, -6 y -30 grados respecto del eje de instalación,

extendiéndose por 6 metros.

Características técnicas

Alimentación: 127V 60 Hz.

Cargas que se pueden comandar: relé incorporado (ver tabla).

Regulación tiempo de encendido: de 30 segundos a 10 minutos,

aproximadamente.

Regulación de intervención crepuscular: de 5 lux a excluido.

Mando a través de pulsador externo.

Selector AUTO-MAN-OFF (funcionamiento automático o de

pulsador, manual a través de pulsador, siempre apagado).

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Tabla 12. Descripción de los elementos para la iluminación

area

m2 cant tipo V W w (TOTALES) sensor automatiz

Área Administrativa 54,00 7 LF-32 (Paralux Embutida) 120 3 x 32W 672

L4432/127

detector

LIVING B-

Ticino

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Laboratorio de Máquinas 90,00 16 LF-32 (Paralux Embutida) 120 3 x 32W 1536

L4432/127

detector

LIVING B-

Ticino

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Laboratorio de Instrumentación 81,00 12 LF-32 (Paralux Embutida) 120 3 x 32W 1152

L4432/127

detector

LIVING B-

Ticino

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Laboratorio de Neumática 45,00 9 LF-32 (Paralux Embutida) 120 3 x 32W 864

L4432/127

detector

LIVING B-

Ticino

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Laboratorio de Hidráulica 45,00 9 LF-32 (Paralux Embutida) 120 3 x 32W 864

L4432/127

detector

LIVING B-

Ticino

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Laboratorio de Telecomunicaciones 81,00 15 LF-32 (Paralux Embutida) 120 3 x 32W 1440

L4432/127

detector

LIVING B-

Ticino

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Laboratorio de Electrónica 45,00 9 LF-32 (Paralux Embutida) 120 3 x 32W 864

L4432/127

detector

LIVING B-

Ticino

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Laboratorio de Mecanizado 45,00 9 LF-32 (Paralux Embutida) 120 3 x 32W 864

L4432/127

detector

LIVING B-

Ticino

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Almacén 14,00 4 LF-32 (Paralux Embutida) 120 2x32 w 256

CONTROL

MANUAL

Pasillos Generales, Pasillo de los baños. LE-26 120 2x26 w CFNI 0 por horario

BLOQUE

HORARIO

POR MEDIO

DEL PLC

Pasillo de Servicio Trasero LP-06 120 1x26 ó 1x60 w 0

CONTROL

MANUAL

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Cuarto para Lavamopa, Baños. 4 LP-22 120 1x26 ó 1x60 w 240

CONTROL

MANUAL

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

Sala de Fancoils, Tablero Principal,

Cuarto de electricidad, Cuarto de Basura,

Cuarto de Compresor, Cuarto de Bombas,

Caseta de Hidroneumático.

8 LF-23 (Hermética Industrial) 120 2x32 w T8 512CONTROL

MANUAL

BLOQUE

HORARIO Y

PRESENCIA

POR MEDIO

DEL PLC

9264CARGA TOTAL ASOCIADA A ILUMINACIÒN (EN WATTIOS)

ILUMINACIÓN

Nombre del AmbienteLuminarias

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5.3. HARDWARE UTILIZADO

Para la selección de los materiales y equipos a usar en este proyecto

se estudiaron varios factores como lo son: que se puedan aplicar todos los

objetivos planteados, es decir, que contenga las entradas y salidas

necesarias que satisfagan las necesidades del proyecto de automatización,

que se pueda comunicar via Ethernet y via GSM mediante envio y recepción

de SMS, que las válvulas y sensores se adapten a las característica del

sistema, que haya disponibilidad de compra en el país, que el análisis costo-

beneficio indique alta factibilidad de aplicación.

Se seleccionó el PLC de la casa Schneider Electric, modelo compacto

TWDLCDE40DRF, cuenta con la siguiente descripción:

Fuente de alimentación 24V

24 entradas de 24VDC

16 salidas, 14 a relé y 2 a transistor

Puerto RJ45 Ethernet integrado

RTC reloj calendario integrado

2 potenciómetros analógicos

Un puerto de serie integrado

1 slot para puerto en serie adicional

Compartimiento para batería externa reemplazable por el usuario.

Admite hasta 7 modulos de ampliación de Entradas y Salidas.

Admite hasta dos modulos de interface de bus AS INTERFACE-V2

Admite un cartucho de memoria adicional de 32 o 64K

Admite monitor de operación opcional.

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Se necesitan modulos de ampliación para incrementar las entradas y

salidas digitales, asi como añadir entradas analógicas compatibles con

termistores NTC, y salidas analógicas para controlar válvulas motorizadas.

El modulo de ampliación de entradas digitales que se usará es el

TWDDDI32DK, Con las siguientes características:

32 entradas digitales de 24VDC

Tipo de terminal: Conector

El modulo de ampliación de salidas digitales que se usará es el

TWDDO32TK de 32 salidas de transistor de común negativo

El modulo de entradas analógicas es el TWDARI8HT que posee 8

entradas para sensores tipo NTC o PTC, de 10bits.

El módulo para salidas analógicas que se implementará es el

TWDAVO2HT. Posee 2 salidas de 11bits, de -10 a 10V.

En la tabla 18 se podrán observar los elementos aquí descritos.

5.4. SENSORES Y ACTUADORES UTILIZADOS EN CADA

ESPACIO.

Para el control de la iluminación se utilizarán sensores para detectar

presencia, asi como sus respectivos contactores y reles ya que las señales

que deben manejar el PLC deben ser de 24VDC y las luminarias son de 110-

120VAC.

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Tabla 13. Resumen de equipos

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Tabla de 14. Resumen de sensores y actuadores.

CONTROL DE ILUMINACION CONTROL DEL AIRE ACONDICIONADO

ADMINISTRATIVA Y

PASILLOS

1 CONTACTOR ac-110v

1CONTACTO DE CONTROL 110V/

CONTACTOS 120V 25amp RELE

DE 24V AC/DC

1 CONTACTOR ac-110v

1 CONTACTO DE CONTROL 110V

CONTACTOS 120V 25amp

RELE DE 24V AC/DC

TERMISTOR NTC MEPCO Serie 626 en conexión del

termostato

VALVULA MOTORIZADA KIELMANN ELECTRIC

LAB. MAQUINAS

ELECTRICAS Y

1 CONTACTOR ac-110v 1

CONTACTO DE CONTROL 110V/CONTACTOS

120V 25amp DETECTOR DE PRESENCIA

RELE DE 24V AC/DC

1 CONTACTOR ac-110v

1 CONTACTO DE CONTROL 110V

CONTACTOS 120V 25amp

RELE DE 24V AC/DC

TERMISTOR NTC O Serie 626 en conexión del

termostato

VALVULA MOTORIZADA KIELMANN ELECTRIC

P

?

LAB. INTRUMENTACION

1 CONTACTOR ac-110v 1

CONTACTO DE CONTROL 110V/CONTACTOS

120V 25amp DETECTOR DE PRESENCIA

RELE DE 24V AC/DC

1 CONTACTOR ac-110v

1 CONTACTO DE CONTROL 110V

CONTACTOS 120V 25amp

RELE DE 24V AC/DC

TERMISTOR NTC O Serie 626 en conexión del

termostato

VALVULA MOTORIZADA KIELMANN ELECTRIC

P

?

LAB. NEUMATICA

1 CONTACTOR ac-110v 1

CONTACTO DE CONTROL 110V/CONTACTOS

120V 25amp DETECTOR DE PRESENCIA

RELE DE 24V AC/DC

1 CONTACTOR ac-110v

1 CONTACTO DE CONTROL 110V

CONTACTOS 120V 25amp

RELE DE 24V AC/DC

TERMISTOR NTC O Serie 626 en conexión del

termostato

VALVULA MOTORIZADA KIELMANN ELECTRIC

P

?

LAB. HIDRAULICA

1 CONTACTOR ac-110v 1

CONTACTO DE CONTROL 110V/CONTACTOS

120V 25amp DETECTOR DE PRESENCIA

RELE DE 24V AC/DC

1 CONTACTOR ac-110v

1 CONTACTO DE CONTROL 110V

CONTACTOS 120V 25amp

RELE DE 24V AC/DC

TERMISTOR NTC O Serie 626 en conexión del

termostato

VALVULA MOTORIZADA KIELMANN ELECTRIC

P

?

LAB.

TELECOMUNICACIONES

1 CONTACTOR ac-110v 1

CONTACTO DE CONTROL 110V/CONTACTOS

120V 25amp DETECTOR DE PRESENCIA

RELE DE 24V AC/DC

1 CONTACTOR ac-110v

1 CONTACTO DE CONTROL 110V

CONTACTOS 120V 25amp

RELE DE 24V AC/DC

TERMISTOR NTC O Serie 626 VALVULA

MOTORIZADA KIELMANN ELECTRIC

P

?

AREA SENSOR Y ACTUADOR SENSOR Y ACTUADOR

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5.5. SOFTWARE UTILIZADO:

Para el manejo del PLC se utiliza el TWIDO SUITE, ya que posee una

licencia gratuita, descargado desde la pagina de SCHENEIDER ELECTRIC.

5.5.1. Direccionamiento de las variables:

a. Variables de entrada:

Variables de entrada digital de la dirección 0. TWD LCDE40DRF

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b. En el modulo de ampliación 1. TWDDDI32DK

c. Salidas de la dirección 0. TWDLCDE40DRF. Digital 24 V DC

Normalmente Abierto

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d. Salidas de la dirección 2. TWDDDO32TK. Digital 2 4 V DC

Normalmente Abierto

Nota: Las entradas y las salidas que quedan libres son para posibles

ampliaciones en el sistema de control como lo son el sistema contra

incendios, el hidroneumático, etc…

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e. Entradas analógicas de la dirección 3. TWDARI8HT

Las cuales fueron configuradas por medio de formula, introduciendo los

datos:

Las variables utilizadas por el termistor seleccionado:

B=2075

Temperatura de referencia: 25°C

Resistencia de Referencia=1000Ω

f. Salidas analógicas de las direcciones 4,5,6 y7. TWDAVO2HT

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g. Para la programación del PLC se definieron los s iguientes

objetos:

• Objetos de Bits de memoria (%M):

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Objetos de palabra de memoria (%MW)

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5.6. COMUNICACIÓN E INTERFAZ HUMANO-MAQUINA (HMI)

5.5.1. Comunicación

El PLC cuenta con posibilidades de comunicación, mediante un

monitor de operación, red Ethernet, via MODBUS, mediante Puerto RJ45

Ethernet integrado, Un puerto de serie integrado y 1 slot para puerto en serie

adicional, con los que se podrá crear un entorno visual interactivo llamado

panel del operador con el que se podrá menejar de manera amigable por

medio de PCs remotas, también cuenta con la capacidad de comunicarse

mediante un modulo de envio y recepción de mensajes SMS por medio de

red GSM o GPRS.

A continuación se hace un estudio de factibilidad y de funcionalidad de

los componentes de comunicación del sistema, señalando sus características

principales, fortalezas y desventajas.

a. Comunicación vía Ethernet:

Permitirá conectar al PLC a un PC remoto para controlar, supervisar y

monitorear los procesos, gracias a que el PLC posee un puerto RJ45

Ethernet integrado, esto se hace al asignarle una dirección IP fija al PLC y

mediante un ruteador inalámbrico y un software se podrá tener acceso desde

cualquier computador con acceso inalámbrico a las variables del proceso, a

continuación se muestra los pasos a seguir para configurar la conexión.

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b. Comunicación vía SMS por GSM.

Permitirá mediante el modem SRMOD, que el sistema tenga

capacidad de comunicarse con un dispositivo GSM (celular), mediante envio

y recepción de SMS (mensajes de texto Corto), para controlar y supervisar el

estado del sistema de manera remota y en tiempo real.

GSM derivado de Sistema Global para Comunicaciones Móviles, es un

sistema de telefonía móvil digital de segunda generación, desarrollado y

estandarizado en Europa por el ETSI, durante los años de 1982 y 1992.

Hoy en día GSM es ampliamente difundido a nivel mundial, pues está

presente en más de doscientos países y territorios y cuenta con más de mil

millones de usuarios, lo que facilita ofrecer a los usuarios una cobertura

mundial, claro esto se hace posible gracias a los acuerdos existentes entre

operadoras de diversos países, lo que le permite a un cliente que viaja fuera

de su país utilizar en el extranjero su propio equipo y número telefónico, una

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vez que el teléfono es encendido, la red local lo registra como visitante

autorizado, y le habilita usar normalmente su teléfono GSM.

La tecnología GSM es más que transmisión de voz, brinda nuevas

formas de comunicación, por ejemplo ha sido pionera de servicios como el

envío y recepción de mensajes de texto, mensajes multimedia, imágenes,

videos, fotos, televisión en tiempo real móvil, roaming, entre otros.

Esta tecnología digitaliza y comprime los datos con información del

usuario y los envía a través de un canal, cada uno de ellos en su propia

ranura de tiempo. Funciona en bandas de frecuencia de 900 MHz o de 1800

MHZ. Aunque hay operadoras que poseen redes en ambas frecuencias,

también existen redes de 1900 MHz. y más recientemente de 850 MHz.

Arquitectura GSM

La arquitectura GSM se compone de cuatro bloques o subsistemas

que engloba el conjunto de elementos de la jerarquía del sistema, cada uno

de estos subsistemas desempeña funciones específicas para en su conjunto

ofrecer el servicio de telefonía móvil al usuario final. Los cuatro subsistemas

de la arquitectura de GSM son los siguientes:

Estación Móvil (MS):

Son teléfonos digitales que pueden ir integrados como terminales en

vehículos, pueden ser portables e incluso portátiles, los cuales tienen

incorporado la tarjeta SIM o Módulo de Identificación de Abonado.

La SIM es la tarjeta de abonado que proporciona el operador al

usuario cuando se contrata el servicio de telefonía, y se puede utilizar en

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cualquier terminal compatible. en ella se almacena toda la información del

usuario, contiene un microprocesador y una pequeña memoria.

La tecnología GSM está basada en el uso de la tarjeta SIM pues los

servicios que ofrece están asociados a la tarjeta SIM y no al equipo móvil, de

tal forma que los clientes pueden cambiar de equipo y mantener sus datos.

Lo que le brinda al cliente portabilidad de la información, o a su vez es

posible también cambiarse de operadora con solo adquirir una nueva tarjeta

SIM y contratar los servicios.

La tarjeta SIM Guardará, entre otras, la siguiente información para la

comunicación:

• Número de serie

• Identificación internacional del abonado móvil (IMSI)

• Identificación temporal del abonado móvil (TMSI)

• PIN (Clave corta de desbloqueo)

• PUK (Clave larga de desbloqueo)

• Clave del algoritmo de autentificación (Ki)

• Algoritmo de autentificación (A3)

• Algoritmo de generación de claves de cifrado (A8)

• Algoritmo de cifrado (A5)

• Clave del algoritmo de cifrado (Kc)

Subsistema de Estación (BSS)

El subsistema de estación está conformado por un grupo de

dispositivos y equipos que soportan la interface de radio de redes de

conmutación.

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Entre sus principales componentes se halla el Controlador de Estación

Base (BSC) y una o varias Estaciones Base (BTS). Estos dos elementos

pueden estar integrados en el mismo equipo o separados, en ese caso la

interfaz de comunicación entre ambos se denomina Abis. El BSC tiene las

tareas de decisión como la gestión de radiocanales para la configuración,

salto de frecuencia, asignación, la gestión de canales en el enlace MSC-

BSC, determinación de hand-over, control de potencia, etc.

LA BTS, tiene tareas más inmediatas como la temporización, calculo

de medidas de la intensidad de campo y la calidad del servicio, encriptación,

detección de accesos de estaciones móviles.

En el BSS existen una serie de características que el estándar GSM

define como opcionales es decir, que es el operador el que decide si quiere

utilizarlas o no.

Subsistema de Conmutación y Red (NSS)

Es el centro de procesamiento de la red GSM y es el responsable de

gestionar una comunicación confiable y conmutación entre la red GSM y las

redes externas, así como también con las bases de datos empleadas

utilizadas para la gestión adicional de la movilidad y de los abonados. Lo más

importante es la conexión con la Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN).

Sus componentes principales son el centro de conmutación de

Servicios Móviles (MSC), que contiene integrados Registros de Ubicación

Loca (HLR) y el Registro de Ubicación de Visitantes (VLR) y las bases de

datos de HLR y VLR que se interconectan utilizando la Red de Control SS7.

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Subsistema de Operaciones (OSS)

Este subsistema es el responsable del mantenimiento y operación de

la red, así como de la gestión de los equipos móviles y también de la gestión

y cobro de cuota.

c. Ventajas del uso de GSM .

Aunque GSM presenta diversas ventajas nos centraremos en aquellas

que están relacionadas con el objeto de estudio.

La tecnología GSM hace posible controlar las anomalías de los

equipos como si estuviera verdaderamente presente ante ellos. Todos los

procesos de control se realizan en un corto espacio de tiempo y la

configuración de los programas y su prueba son inmediatos.

Al emplear un sistema de comunicaciones móvil, se resuelve los

problemas y fallos que puedan ocasionar los enlaces de las líneas telefónicas

fijas tradicionales, pues posee la capacidad de control y comunicación

inalámbricos mediante terminales móviles, permitiendo a los usuarios

además de una comunicación desde su teléfono celular, tener una línea de

control y monitorización estable. Esto permite realizar el control directo de los

instrumentos en cualquier instante, sin las restricciones de lugar de conexión

y fiabilidad que suponen las líneas analógicas convencionales.

d. SMS

SMS derivado de Servicio de Mensaje Corto, es un servicio

inalámbrico que permite el envío y recepción de mensajes alfanuméricos de

hasta 160 caracteres entre teléfonos celulares. Apareció por primera vez en

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Europa en 1991 a manos del ETSI. Posteriormente para el año de 1998

estuvo disponible también en América del Norte con las operadoras

BellSouth Mobility y Nextel.

El servicio de mensajería SMS está presente en casi todos los planes

de suscripciones proporcionados por las operadoras a un costo relativamente

bajo, lo que lo ha hecho muy popular; SMS permite que un equipo activo sea

capaz de recibir o enviar un mensaje corto en cualquier momento,

independientemente si existe o no una llamada de voz o datos en progreso lo

cual resulta muy útil para aplicaciones de control industrial a distancia.

Este servicio establece un mecanismo para la transmisión de

mensajes, una vez que el emisor envía el mensaje, este no es dirigido hacia

su destinatario si no más bien es direccionado a un centro de mensajes

(SMSC), que lo envia al teléfono receptor. Para esto, el SMSC envía un

requerimiento de SMS al registro de localización (HLR) para encontrar al

cliente, quien responde al SMSC informando el estado del cliente: inactivo o

activo y en dónde está. Si la respuesta es "inactivo", el SMSC almacenará el

mensaje por un periodo de tiempo y hasta cuando el cliente active su

dispositivo, y pueda ase entregado. El SMSC recibe la verificación de la

recepción del mensaje, y lo etiqueta como "enviado" para no tratar de

enviarlo de nuevo.

e. Aplicaciones para SMS

Los SMS fueron inicialmente diseñados para soportar mensajes de

tamaño limitado, en la mayoría de los casos notificaciones, pero se están

descubriendo nuevos usos, que han hecho que este mercado explote.

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Servicios de noti f icación:

Los servicios de notificación son unos servicios SMS ampliamente

utilizados. Ejemplos de servicios de notificación usando SMS son los

mensajes de notificación de correo de voz, notificación de correo electrónico,

recordatorio de citas, horarios de reuniones, etc.

Interconexión de redes de correo electrónico:

Los servicios de correo electrónico existentes pueden ser fácilmente

integrados con SMS para proveer correo electrónico bidireccional a la

mensajería corta.

Interconexión de redes de búsqueda

Servicios de búsqueda integrados con SMS pueden permitir a los

abonados inalámbricos digitales ser accesibles a través de interfaces de

búsqueda existentes en otras redes.

Servicios de información

Se puede proporcionar una amplia variedad de servicios de

información, incluyendo partes meteorológicos, información del trafico,

información de entretenimiento (cines, teatros, conciertos), información

financiera (cotizaciones de bolsa, servicios bancarios, servicios de corretaje,

etc.), y directorios.

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Servicios de datos móviles

El SMSC también puede ser usado para enviar datos inalámbricos

cortos. Los datos inalámbricos pueden ser servicios interactivos donde las

llamadas de voz estén involucradas.

Algunos ejemplos de servicios de esta naturaleza incluyen despachos

rápidos, manejo de inventarios, confirmación de itinerarios, procesamiento de

órdenes de ventas y manejo de contactos de clientes.

Atención de clientes y administración

El SMSC también puede ser usado para transferir datos binarios que

pueden ser interpretados por la estación móvil, sin ser presentados al cliente.

Esta capacidad le permite a los operadores administrar sus clientes al

proveerlos de la capacidad de programar las estaciones móviles.

Servicios de local ización

La habilidad de rastrear la localización de un objeto móvil, o de un

usuario, es muy valiosa tanto para los proveedores como para los clientes.

Esta aplicación, de nuevo, solo necesita un intercambio de pequeñas

cantidades de información, tales como la longitud y latitud en un momento

preciso del día, y quizás otros parámetros como velocidad, temperatura o

humedad.

A continuación se mostrará los pasos para configurar el modem para

el envió de sms a un teléfono celular.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

f. Introducción al módulo GSM

Para el desarrollo del proyecto se ha elegido el Módem SR2 MOD03

de Schneider Electric, que permite una conexión GSM, por lo cual resulta

idóneo para efectuar un control y diagnosis remoto.

g. Arquitectura del Módem

En la figura 61 se muestra la arquitectura del Módem, a continuación

se detallarán las partes y conexiones internas del módem.

Figura 61. Arquitectura del modem.

Fuente: Vieira, Andrea (2009)

h. h. h. h. Conexiones externas del MConexiones externas del MConexiones externas del MConexiones externas del Módemdemdemdem

En la Figura 62. Se muestran los componentes externos del módem,

los mismos que se detallarán a continuación:

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Figura 62. Componentes de Módem GSM

Fuente: Vieira, Andrea (2009)

Conector Micro FIT

Este conector tipo hembra de 4 pines permite la conexión de un

suministro externo de energía DC, en el siguiente, esquema se puede

observar el tipo de señal que transmite cada Pin del

Figura 63. Conector micro FIT

Conector para antena GSM

El conector de la antena GSM es SMA de tipo Hembra con una

impedancia de 50 Ohms.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Antena Magnética GSM

Es una antena que permite la interconexión del módem con la red

GSM, para ello trabaja en las bandas 850/900/1800/1900 MHz, y utiliza el

cable coaxial para la transmisión de datos.

Se conecta directamente al Módem a través de un conector SMA de tipo

Macho

Figura 64. Antena GSM

Por defecto, inicialmente el módem se configura automáticamente

usando las operadoras de red europeas, si embargo una vez que la tarjeta

SIM es insertada en el módem se inicia el escaneo de operadoras de red,

para ello una aplicación integrada automáticamente chequea la presencia de

una red.

Al hallarla la almacena la información respectiva en el módem, este

proceso se repite cada vez que se inserta una nueva tarjeta SIM.

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

GSM LED

Adicionalmente el módem cuenta con un LED, el cual es usado para

indicar el estado del módem.

En la tabla 20. se muestran los diferentes estados que puede tomar el

módem.

i. Estados del módem

GSM LED actividad estado del módem del LED

Encendido LED

Encendido

constante

El módem esta encendido, y listo para funcionar pero todavía

no es reconocido por la red. El Código PIN no ha sido

ingresado en la antena o está desconectada.

Led Titilante (Un

vez cada 2

segundos)

El módem está encendido, El Código PIN está activado y el

módem es reconocido por la red y hacer o recibir una

llamada. El módem se encuentra en un modo inactivo.

LED Titilante

(Cada segundo)

El módem está encendido y se encuentra ahora en estado de

comunicación, ya sea de vos, datos o fax.

Apagado LED apagado El módem esta apagado o en fase de RESET.

Tabla 16. Estados del Módem

j . Configuración y Programación del Módulo GSM y el

PLC Twido TWDLCDE40DRF

La configuración del módulo GSM y del PLC Twido se efectúan con el

uso de la Herramienta Twido Suite, para ello se deben realizar los siguientes

pasos:

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Figura 65 Pantallas del Twido Suite

2. En el submenú "Describe" se seleccionan los elementos a usar, que

aparecen en el Catalogo del Programa. Para la configuración del PLC Twido

TWDLCDE40DRF se seleccionan los siguientes elementos:

Para efectuar la conexión del PLC con el módem GSM, se selecciona

del Catalogo un elemento Genérico ASCII.

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Figura 66. Elemento Genérico ASCII

El módem GSM inicialmente está pre configurado con los siguientes

parámetros:

Velocidad del Puerto: 19200 baudios

Bit de datos: 8

Paridad: ninguna

Bits de parada: 1

Control de flujo: ninguno

Finalmente al efectuar la conexión del PLC con el elemento genérico

ASCII tales parámetros deben ser establecidos en el puerto de comunicación

SR232 del PLC, tal como se muestra en la Figura 68

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Figura 67. Configuración del GSM

k. Herramientas y protocolos de funcionamient o que

permitan el control remoto a través de GSM.

Una vez conectado y configurado el módem al computador, ya es

posible comunicarse con el teléfono celular mediante el envío de

instrucciones al mismo, para ello se utilizan los comandos AT.

Comandos AT

Una herramienta fundamental para el desarrollo de la tesis es el uso

de comandos AT debido a que el equipo móvil se comunica con la aplicación

a través de estos comandos, estableciendo una conversación del tipo

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pregunta/respuesta donde cada comando enviado al equipo móvil generara

una respuesta inmediata lo que permite generar la lista de parámetros

necesarios para leer y enviar un mensaje SMS. Es por ello que se dedicara

un tiempo al estudio de los estos comandos.

Los comandos AT cuyo nombre proviene de la abreviatura de

attention son instrucciones que nos permiten comunicarnos con un terminal

módem, fue desarrollado por Dennis Hayes en 1977, de allí que se los

conozca también como comandos Hayes, diseñados con el objeto de contar

con una interface de comunicación que permita configurar y proporcionar

instrucciones a un módem, por ejemplo marcar un número telefónico. Con el

desarrollo del baudio las compañías Microcomm y US Robotics tomaron la

batuta en su desarrollo hasta llegar a que su uso sea estandarizado.

Si bien es cierto que la función principal de los comandos AT es la

comunicación con módems es posible también utilizarla para la comunicación

con otros terminales móviles, de allí que GSM la haya adoptado como

estándar de comunicación con sus terminales. De tal manera que todos los

teléfonos móviles GSM poseen un juego de comandos AT específico que

sirve de interfaz para configurar y proporcionar instrucciones a los terminales,

al conjunto de estos comandos se los puede hallar en la documentación

técnica de los terminales GSM y la finalidad de ellos es permitir acciones

tales como realizar llamadas de datos o de voz, leer y escribir entradas en la

agenda de contactos y gestión de mensajes SMS, además de muchas otras

opciones de configuración del terminal.

La implementación de los comandos AT corre a cuenta del dispositivo

GSM y no depende del canal de comunicación a través del cual estos

comandos sean enviados, ya sea cable de serie, canal Infrarrojos, Bluetooth,

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etc. De esta forma, es posible distinguir distintos teléfonos móviles del

mercado que permiten la

parcialmente.

Los comandos Hayes se dividen en dos grandes tipos: Comandos de

ejecución de acciones inmediatas (ATD marcación, ATA contestación o ATH

desconexión) y comandos de configuración de algún parámetro del módem

(ATV define como el módem responde tras la

ATE selecciona el eco local, etc)

Generalmente un módem posee dos modos de funcionami ento:

Modo comando:

El módem responde a los comandos que le envía la terminal local o

sea, que la información que recibe el módem la procesa sin transmitirla por la

línea y le envía su respuesta a la terminal. En este modo es posible

configurar el módem o realizar operaciones de marcado y conexión.

Antes de que se

en el presente Antes de que se pueda enviar un comando al módem, este

debe estar en el presente modo

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

etc. De esta forma, es posible distinguir distintos teléfonos móviles del

mercado que permiten la ejecución total del juego de comandos AT o sólo

Los comandos Hayes se dividen en dos grandes tipos: Comandos de

de acciones inmediatas (ATD marcación, ATA contestación o ATH

desconexión) y comandos de configuración de algún parámetro del módem

ATV define como el módem responde tras la ejecución

ATE selecciona el eco local, etc)

Generalmente un módem posee dos modos de funcionami ento:

Modo comando:

El módem responde a los comandos que le envía la terminal local o

nformación que recibe el módem la procesa sin transmitirla por la

línea y le envía su respuesta a la terminal. En este modo es posible

configurar el módem o realizar operaciones de marcado y conexión.

Figura 68. Modo comando de un módem

Antes de que se pueda enviar un comando al módem, este debe estar

en el presente Antes de que se pueda enviar un comando al módem, este

debe estar en el presente modo

etc. De esta forma, es posible distinguir distintos teléfonos móviles del

de comandos AT o sólo

Los comandos Hayes se dividen en dos grandes tipos: Comandos de

de acciones inmediatas (ATD marcación, ATA contestación o ATH

desconexión) y comandos de configuración de algún parámetro del módem

de un parámetro,

Generalmente un módem posee dos modos de funcionami ento:

El módem responde a los comandos que le envía la terminal local o

nformación que recibe el módem la procesa sin transmitirla por la

línea y le envía su respuesta a la terminal. En este modo es posible

configurar el módem o realizar operaciones de marcado y conexión.

Modo comando de un módem

pueda enviar un comando al módem, este debe estar

en el presente Antes de que se pueda enviar un comando al módem, este

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Modo en línea:

Cuando el módem se conecta con otro. Aquí, cualquier información

que envíe la terminal lo

este caso el módem no procesa ningún tipo de información y simplemente la

transmite a través de la línea. Lo que sí puede hace es añadir a los datos

información adicional para la corrección de errores y ver

recibe del otro módem no han sido adulterados.

Para salir de este modo, la terminal local debe enviar el carácter de

escape repetido 3 veces de forma seguida. Dicho carácter es configurado en

el modo comando. De fábrica, por lo gene

Figura 70. Modo en línea de un módem

Comúnmente cuando uno realiza una conexión mediante un módem

telefónico contra otra terminal se utilizan programas que tiene una interfaz

amigable y la mayoría de los comandos que

ingresa al módem es transparente al usuario. Pero ver en detalle los

comandos Hayes ayuda a entender cómo es en sí este tipo de comunicación.

Formato de los comandos

La mayoría de los comandos Hayes empieza con la secuenci

siendo las excepciones el comando "A/" que repite el último comando

introducido y la secuencia triple del caracter de escape. Los otros comandos

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Modo en línea:

Cuando el módem se conecta con otro. Aquí, cualquier información

que envíe la terminal local al módem será transmitida al módem remoto. En

este caso el módem no procesa ningún tipo de información y simplemente la

transmite a través de la línea. Lo que sí puede hace es añadir a los datos

información adicional para la corrección de errores y verificar si los datos que

recibe del otro módem no han sido adulterados.

Para salir de este modo, la terminal local debe enviar el carácter de

escape repetido 3 veces de forma seguida. Dicho carácter es configurado en

el modo comando. De fábrica, por lo general, el carácter de escape es el "+".

Figura 70. Modo en línea de un módem

Comúnmente cuando uno realiza una conexión mediante un módem

telefónico contra otra terminal se utilizan programas que tiene una interfaz

amigable y la mayoría de los comandos que el software de comunicación le

ingresa al módem es transparente al usuario. Pero ver en detalle los

comandos Hayes ayuda a entender cómo es en sí este tipo de comunicación.

Formato de los comandos

La mayoría de los comandos Hayes empieza con la secuenci

siendo las excepciones el comando "A/" que repite el último comando

introducido y la secuencia triple del caracter de escape. Los otros comandos

Cuando el módem se conecta con otro. Aquí, cualquier información

cal al módem será transmitida al módem remoto. En

este caso el módem no procesa ningún tipo de información y simplemente la

transmite a través de la línea. Lo que sí puede hace es añadir a los datos

ificar si los datos que

Para salir de este modo, la terminal local debe enviar el carácter de

escape repetido 3 veces de forma seguida. Dicho carácter es configurado en

de escape es el "+".

Figura 70. Modo en línea de un módem

Comúnmente cuando uno realiza una conexión mediante un módem

telefónico contra otra terminal se utilizan programas que tiene una interfaz

el software de comunicación le

ingresa al módem es transparente al usuario. Pero ver en detalle los

comandos Hayes ayuda a entender cómo es en sí este tipo de comunicación.

La mayoría de los comandos Hayes empieza con la secuencia "AT",

siendo las excepciones el comando "A/" que repite el último comando

introducido y la secuencia triple del caracter de escape. Los otros comandos

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luego de la secuencia "AT" siguen con las letras del alfabeto. Además,

muchos de ellos necesitan a continuación un valor numérico, que en el caso

que no se escriba se tomará como que dicho valor es cero. Por eiemplo, la

función "ECO" permite que el módem envíe a la terminal el mismo carácter

que recibe de ella y procesa. De esta forma eloperador de la terminal puede

visualizar en pantalla lo que le está enviando al módem. La secuencia ATE1

activa esta función y la ATE0 ó ATE (al no escribir el valor numérico el

módem lo toma como que es cero) la desactiva. A media que se fueron

requiriendo más funciones en los módems se tuvo la necesidad de agregar

más comandos. A estos comandos se los llama extendidos y tienen la forma

AT&X donde "&" indica que el comando X es extendido. Así mismo cada

fabricante introdujo otros que no fueron estándares y cumplían funciones

específicas. No todos los módems responden a estos comandos.

En resumen, a los comandos Hayes se los puede dividir en 4 grupos:

Comandos Básicos (AT...) Estos comandos fueron los que inicialmente

fueron definidos y cumplen funciones elementales.

Comandos de Registro (ATSi=, ó ATSi?): Modifican los valores de los

registros internos del módem ó solicitan sus valores.

Comandos Extendidos(AT&..): Son comandos adicionales que se

agregaron posteriormente a las definiciones de los comandos básicos.

Generalmente cumplen funciones poco más complejas que los básicos.

Comandos Propietarios(AT/...):

Estos comandos son definidos por el fabricante del equipo.

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Sintaxis de los comandos

En la figura siguiente se detalla la sintaxis de comandos utilizados por

AT.

Comandos AT más uti l izados

A continuación se presenta una lista de los comandos AT que son

mayormente utilizados en el desarrollo de aplicaciones GSM, a estos

comandos se los debe anteponer AT.

Comando

A Responder la llamada entrante

A/ Repetir el último comando (no se le antepone AT)

D Configura la forma de marcado: T (por tonos), P (por pulsos)

E Deshabilita el eco para la terminal

E1 Habilita el eco

H Cuelga la llamada

I Pedido d

L Regula el volumen del sonido de salida del módem

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Sintaxis de los comandos

En la figura siguiente se detalla la sintaxis de comandos utilizados por

Figura 69. Sintaxis de un comando AT

Comandos AT más uti l izados

A continuación se presenta una lista de los comandos AT que son

mayormente utilizados en el desarrollo de aplicaciones GSM, a estos

comandos se los debe anteponer AT.

COMANDOS AT BÁSICOS

Descr ipción

Responder la llamada entrante

Repetir el último comando (no se le antepone AT)

Configura la forma de marcado: T (por tonos), P (por pulsos)

Deshabilita el eco para la terminal

Habilita el eco

Cuelga la llamada

Pedido de información

Regula el volumen del sonido de salida del módem

En la figura siguiente se detalla la sintaxis de comandos utilizados por

Sintaxis de un comando AT

A continuación se presenta una lista de los comandos AT que son

mayormente utilizados en el desarrollo de aplicaciones GSM, a estos

Configura la forma de marcado: T (por tonos), P (por pulsos)

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

O Retorna al modo En Línea desde el modo Comando.

Q Configuración para mostrar los resultados

Q1 Hace que el módem no arroje resultados de las operaciones

Sn? Pregunta por el valor del registro n

V El módem devuelve resultados numéricos

V1 El módem devuelve resultados con palabras

X Reporta los códigos básicos de conexión

X1 ídem al anterior y agrega la velocidad de la conexión

X2 ídem al anterior y además detecta tono de marcado

X3 ídem X1 y además es capaz de detectar tono de ocupado

X4 El módem reporta y detecta todos los acontecimientos anteriores

Z Se resetea la configuración del módem con los datos del perfil 0

Z1 Se resetea la configuración del módem con los datos del perfil 1

W Envía códigos de progreso de la negociación

+++ Carácter de escape para volver al modo comando estando en modo en línea sin

colgar la comunicación

Comando Descr ipc ión

&C Mantiene activa la señal de "Carrier Detect"(contra el otro módem).

&C1 Detecta e indica "Carrier Detect" (contra el otro módem).

&D Ignora la señal de "Data Terminal Ready".

&D1 Si DTR se desactiva el módem para a modo comando.

&D2 El módem cuelga la comunicación si el DTR cae.

&D3 El módem cuelga, se resetea y vuelve a modo comando si cae el DTR.

&F Carga el perfil de configuración de fábrica 0.

&F1 Carga el perfil de configuración de fábrica 1 (IBM-PC compatible).

&F2 Carga el perfil de configuración de fábrica 2 (MAC compatible).

&F3 Carga el perfil de configuración de fábrica 3 (MAC compatible).

&K Deshabilita el control local de flujo.

&K1 Habilita el control local de flujo por hardware (RTS/CTS).

&Q Deshabilita el control de errores.

&Q5 Selecciona el control de errores V.42 (necesita control de flujo).

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

&Q8 Selecciona una corrección de errores alternativa: MNP

&Q9 Condiciona la compresión: si está activo la V.42 bis desactiva el MNP5.

&U Habilita la modulación Trellis según la norma V.32.

&V Muestra la configuración activa.

&W Guarda la configuración actual en el perfil 0.

&Y Hace que el perfil 0 sea el activo cuando se prende el equipo.

Comandos AT Propietarios

COMANDOS PROPIETARIOS

Comando Descr ipc ión

%C Deshabilita la compresión de los datos.

%C1 Habilita la compresión MNP5.

%C2 Habilita la V.42 bis.

%C3 Habilita la MNP5 y la V.42 bis.

l. Ajuste de modem

AT&D0 IGNORAR SEÑAL DTR

ATV0 ELIMINA CRLF DE RESPUESTAS

AT+CBST=nº velocidad,0,1 VELOCIDAD DE COMUNICACIÓN

(7=9600)

AT+ICF=bit de datos, paridad (2= 8 Bits datos / 2), (4=sin paridad)

AT&W GUARDA PARAMETROS EN EPROM MODEM

m. Comandos comunes

AT+CMGL=”ALL” MUESTRA TODOS LOS MENSAJES RECIBIDOS

+CMTI: “SM”,3 RECIBIDO NUEVO MENSAJE, Nº3

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

AT+CMGD=n,0 BORRA EL MENSAJE Nº n

AT+CMGD=1,1 BORRA MENSAJES LEIDOS

AT+CMGD=1,2 BORRA MENSAJES LEIDOS Y ENVIADOS

AT+CMGD=1,3 BORRA MENSAJES LEIDOS Y NO LEIDOS

(TODOS)

AT+CMGR=n LEER EL MENSAJE Nº n

n. Envio de SMS

AT+CMGS= “numero telefono” CR (retorno de carro)

Texto a enviar CTRL+Z ENVIO DE MENSAJE

ñ. Función de comunicación para el Twido

[EXCHx %MWi:L] o [EXCHx %KWi:L]

O: x = número de puerto (1 o 2); L = número total de palabras de la

tabla de palabras (máximo de 121). Los valores de la tabla de

palabras internas %MWi:L son del tipo i+L - 255<= 255.

5.5.2. Entorno Visual:

En la industria se debe tener control total sobre los procesos continuos

y esto se hace posible gracias al conocimiento general del proceso y las

variables que en el intervienen, en este caso particular, no basta con la

programación a pie de maquina del PLC, se debe poseer una interfaz que

permita controlar, supervisar y modificar los parámetros de funcionamiento.

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Para ello se utilizará el software de Scada Intouch para crear una interfaz

hombre-máquina (pantalla del operador) que además de ser amigable, pueda

mostrar en tiempo real el estado del sistema, es decir, que luces están

encendidas o no, vigilar el correcto funcionamiento de las bombas, chiller y

Fan-Coils, así como qué temperatura promedio está registrada en los

recintos, también es muy importante contar con alarmas de falla, para así

poder tomar las acciones requeridas a tiempo.

Esta pantalla del operador se podrá monitorear por medio de la red

Ethernet mediante el protocolo Modbus TCP/IP, asignándole una dirección IP

al PLC, para conectar una PC bajo ambiente Windows, Ya que al PLC posee

un módulo de comunicaciones Modbus sobre Ethernet integrado es posible

interconectar el PLC una red internet inalámbrica dedicada utilizando un

Ruteador o Router y de ésta manera con sólo instalar el programa de

Interface Gráfica y suministrar la correspondiente clave de acceso controlar

las operaciones y el horario del PLC desde cualquier computadora personal

en el edificio con tarjeta de red inalámbrica.

a. Descripción del HMI usado:

InTouch de Wonderware

InTouch es un paquete de software utilizado para crear aplicaciones

de interface hombre-máquina bajo entorno PC. InTouch utiliza como sistema

operativo el entorno WINDOWS 95/98/NT/2000. El paquete consta

básicamente de dos elementos: WINDOWMAKER y WINDOWVIEWER.

WINDOWMAKER es el sistema de desarrollo. Permite todas las funciones

necesarias para crear ventanas animadas interactivas conectadas a sistemas

de e/s externos o a otras aplicaciones WINDOWS. WINDOWVIEWER es el

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sistema runtime utilizado para rodar las aplicaciones creadas con

WINDOWMAKER.

b. Requerimientos del Sistema

Cualquier PC compatible IBM con procesador Pentium 200 MHz o

superior

Mínimo 500 Mb de disco duro

Mínimo 64 Mb RAM

Adaptador display SVGA (recomendado 2 Mb mínimo)

Puntero (mouse, trackball, touchscreen)

Adaptador de red

c. Creación de pantalla .

La pantalla es el entorno en donde se colocaran todos los elementos,

es importante que en ella se puedan visualizar todas las variables implícitas

en los mismos, en este caso en particular se muestra la vista de planta de

arquitectura del Lab-Volt El Vigía en donde se podrán observar: el estado de

las luces y por ende si hay clase o no en ese espacio gracias al detector de

presencia, el estado del sistema de bombeo, el status del chiller, el

funcionamiento de los Fan Coil, la temperatura de los laboratorios, asi como

las acciones de las válvulas reguladoras de flujo para mantener el set point.

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d. Comunicación entre el programa Intouch y el PLC:

En esta parte del proyecto se detalla cada una de las configuraciones

realizadas en los equipos para el correcto funcionamiento. Se describirá paso

a paso la forma de levantar cada una de las partes que conforman el

SCADA. Las magnitudes de las variables de proceso son los datos que

deben llegar desde los módulos hacia el PLC y estas hacia el servidor. Para

esto se configura el I/O server MBENET de la forma como se indica a

continuación.

e. Configuración del I/O server MBENET.

MBENET, es un protocolo, que permite la comunicación entre el

Intouch y el PLC.

El Twido MBENET I/O Server, actúa como servidor de comunicación

ya que es el que permite el acceso al programa del PLC desde las

aplicaciones de Windows (Intouch). Por lo tanto, se necesita direccionarle

hacia el PLC, y para esto se debe configurar los siguientes parámetros de la

figura 71.

Figura 71. Configuración del I/O Server Mbenet

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Topic Name.

Es el nombre que se le da a la aplicación de la cual se quiere leer los

datos. El Topic Name debe ser igual al Access Name de los I/O tags del

programa Intouch, en este caso se asigno el nombre "PROYECTO".

IP Address.

Es la dirección IP del PLC con el cual se desea comunicarse para

transferencia de los datos. Por lo tanto, es la misma dirección IP configurada

en el Twido Port Ethernet del PLC; en este caso "192.168.1.3".

Salve Device Type

Se refiere al PLC con el que hay que comunicarse, en este caso el

PLC "584/984PLC".

En la Figura 71 anterior se observa que como nombre de tópico se

emplea "PROYECTO". La dirección IP escogida es la del PLC la cual es

única para cada módulo. Además, para completar la configuración de

parámetros en el HMI se debe definir un "Access Name" en el Intouch como

se indica a continuación.

f. Configuración del access name en INTOUCH

Para poder enlazar datos vía DDE hacia el PLC, en InTouch se debe

definir un Access Name. Al mismo que le podemos asociar una Aplicación y

un Tópico.

Access Name, (Nombre de enlace) Se recomienda utilizar el

mismo nombre que el tópico, en este caso "PROYECTO"

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Node Name. (Nombre del Nodo) Sólo hay que asignarlo si se

va a leer datos de otro PC. En caso que los datos sean del mismo PC,

dejarlo en blanco.

Application Name. (Nombre de la Aplicación) Se debe poner el

nombre de la aplicación del PC que se va a comunicar con el PLC, En este

caso el servidor de comunicación es el MBENET, que a su vez es quien

accede a los datos del PLC.

Topic Name. (Nombre del Tópico); Es el nombre del archivo del

que queremos leer, en este caso "PROYECTO" ya que así fue establecido en

el MBENET.

Figura 72 Configuración del Access Name

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Whichprotocol To Use. Puede ser enlace DDE o SuiteLink. Se

deja por defecto.

When to Advise Server. Normalmente dejar por defecto

Configuración del Twido Port.

Se usa el cuadro de dialogo "Configuración del Twido Port" para

configurar la dirección IP del dispositivo, se debe estar en la misma red de la

computadora que ejecuta el TwidoSuite, como lo muestra la Figura 73.

Es importante conocer que al Twido Ethernet se debe configurar

cuando está en el modo Offline.

h. Configuración de la red wireless.

La red wireless a implementarse está formada por varios equipos, que

permiten la interconexión y transporte de datos. En esta parte del proyecto se

detalla la forma en que se configura cada uno de ellos.

Figura 73 Configuración de la Dirección del Twido

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i. Configuración del acces point.

Existe dos maneras de configurar los parámetros de comunicación

para el Access Point: automática y manual.

La forma automática es a través de un servidor DHCP, cuya función es

asignar automáticamente la dirección lógica de un dispositivo. De manera

general un servidor DHCP asigna la dirección IP, la máscara y el Gateway.

Para configurar manualmente el Access Point usando el menú de

configuración se realiza lo siguiente:

Se abre el navegador de Internet y se ingresar a la IP por defecto del

router (http://192.168.0.1), Se debe escribir "admin" como nombre de usuario

y se deja en blanco en el password.

Una vez abierta la ventana del menú de configuración del Access

Point se ingresa la IP del router, la máscara de subred y el dominio, tal como

se indica en la figura 3.5.1.2. Como se muestra en la Figura 74 la nueva IP

es la 192.168.1.100 con mascara 255.255.255.0, por lo que para ingresar

nuevamente por consola al router se tiene que poner esta nueva IP en el

navegador de Internet y seguir el mismo procedimiento anterior para poder

administrarlo.

Figura 74. Configuración del Access Point

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

CAPITULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el desarrollo de cualquier proyecto de diseño de un sistema

automatizado, involucra una exhaustiva investigación del proceso a

automatizar, en el estudio del funcionamiento del proceso, las variables que

se manejan, justificación de la automatización, los materiales y herramientas

existentes es decir hacer un inventario de equipos, para hacer la selección

del equipo de control y actuadores, asi como también como puede hacerse

la comunicación, estudiándolas diversas alternativas y creando una interfaz

Humano-máquina amigable que cuente con todos los parámetros de control

para vigilar, monitorear y supervisar el o los lazos de control.

Luego de realizar la etapa documental, se procedió a Familiarizarse

con el ciclo de actividad diaria del edificio.

Se diseñó el sistema de control para controlar la iluminación,

asignando bloques horarios especificados para siete (7) laboratorios:

Maquinas Eléctricas, Instrumentación y Control, Neumática, Hidráulica,

Telecomunicaciones, Electrónica, Mecanizado y aéreas comunes y

administrativas, para contribuir con mayor ahorro energético se implemento

en el diseño elementos detectores de presencia haciendo que el encendido

de las luces no solo dependa del horario sino también de que cada

laboratorio este ocupado por personas.

Se diseñó el sistema de control mediante un controlador lógico

programable (PLC) marca Schneider Electric, Modelo compacto: Twido

TWDLCDE40DRF , conectado a válvulas modulantes a nivel de cada Fan-

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Coil, sensada por medio de termistores conectados a un módulo de

ampliación para entradas NTC y mediante el control PID accionar válvulas

motorizadas que regulen el caudal de agua que pasa por cada una de estas

unidades, controlando así la temperatura de los laboratorios.

Se estudió la factibilidad de los dispositivos de transmisión vía

Internet o GSM, haciendo un estudio comparativo entre ellos y realizando el

diseño para la opción que se ajuste más a las condiciones del edificio, el uso

del sistema elegido se basará en enviar mensajes de monitoreo y alerta a un

computador personal conectado a Internet a un teléfono celular vía GSM.

En ese caso se darán detalles de configuración de los dos sistemas,

por red LAN o WLAN ya que los dos sistemas son muy prácticos para la

supervisión del sistema de control, por red Modbus para monitoreo en tiempo

real y de manera visual, y la bondad mas resaltante de la comunicación GSM

para el reporte de alamas ya que se hace mediante un dispositivo celular.

La automatización en los edificios es de suma importancia ya que

contribuye con el ahorro energético tan demandado actualmente a nivel

mundial, reduciendo de manera significativa el consumo eléctrico.

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RECOMENDACIONES

Se recomienda instalar el programa de comunicación por lo menos en

una computadora asignada al control de los procesos y adiestrar al personal

en su correcta manipulación.

Como los proyectos LAB-VOLT del INCES, son pilotos a nivel

nacional, se recomienda implementar este sistema de automatización, en

todos los centros, contribuyendo en reducir considerablemente el consumo

energético.

Actualmente con el avance de la tecnología se cuentan con módulos

PID, externos al PLC que están especialmente diseñados para regular el flujo

de agua helada según el sensado de temperatura con gran precisión, que

pueden manejar gran cantidad de entradas y salidas, es recomendable que

se estudie las características del sistema a fondo y de acuerdo a la precisión

requerida evaluar si es más factible utilizar un solo módulo PID que

reemplazaría los 4 módulos analógicos de salida y el modulo de entrada

Se recomienda para el desarrollo de futuros trabajos de grado

complementar este, realizando el diseño de un entorno que pueda llevar los

registros del historial de consumo diario.

Se recomienda implementar los dos sistemas de comunicación, por

red WLAN y por vías GSM ya que como no se cuenta con personal dedicado

a la automatización existirán diversa maneras de conocer el estado del

sistema en tiempo real.

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ANEXOS