Ingeniería de Ejecución en Electrónica

En el presente proyecto de título se planea, diseña y confecciona un sistema domótico con comunicación de acceso vía bluetooth con el fin de lograr el control total de una vivienda, ya sea controlando las variables de encendido/apagado de luces de habitaciones, aire acondicionado, puertas principales, alarma anti robo y medición de temperatura, todo esto con un sistema de sencilla instalación y a un precio razonable. Entrando en más detalle, el sistema domótico permite medir variables análogas del ambiente como temperatura y además permite controlar variables digitales, que representan los elementos físicos de la maqueta. Para la confección del prototipo se utilizaron materiales de maqueta simple, en el cual, el control es realizado con por una placa electrónica comercial de la marca ARDUINO. Esta placa es programada en lenguaje C a través de la IDE Arduino, que se obtiene mediante la página web de la marca. Para lograr la comunicación Bluetooth se utiliza un Módulo Bluetooth HC-05 con conexión usb. Utilizando librerías en el IDE más la información recopilada en la web se logra hacer tangible un proyecto que hasta ahora eran solo diseños y planos de AutoCAD. Esto facilita la exposición de la domótica a niveles de entendimiento básicos, ya que involucra conocimientos relacionados al área de la electrónica e informática, lo que genera como resultado final una vivienda automatizada.

Este trabajo consistió en la construcción de un sistema de control y monitoreo en el sistema neumático del Laboratorio de Diseño y Tecnología en Madera de la Universidad del Bío-Bío. La plataforma en la cual se desarrolló la interfaz gráfica fue en Visual Studio 2010 mediante el lenguaje de programación Visual Basic, y las acciones ejecutadas por un PLC s7-200 Siemens hacia las cuatro válvulas en el laboratorio. Además se registró la actividad del compresor vía un micrófono y transmisores inalámbricos para analizar su consumo e indicar el balance económico de la implementación. Esto se desarrolló en cuatro etapas: la primera consistió en registrar el consumo del compresor con instrumentos y la elaboración de la propuesta; la segunda etapa fue el diseño, armado y programación de los elementos necesarios; una tercera etapa la instalación y puesta en marcha; y una cuarta y última fase donde se analizó el comportamiento y se realizó un balance del sistema instalado.

El trabajo desarrollado se basa en un kit de control de motores, DRV8412EVM, desarrollado por Texas Instruments (TI), el cual permite experimentar el control de movimiento de tres motores; dos de corriente directa (DC) y un motor de pasos (STEPPER). El control de estos no es simultáneo, por lo que se puede controlar un tipo de motor a la vez. El trabajo se presenta dividido en tres partes. La primera se encuentra focalizada al desarrollo de una guía de funcionamiento del software de control, la cual muestra en detalle los pasos a seguir para su puesta en marcha. La segunda, enfocada al desarrollo de una guía para las experiencias de control propuestas para ambos tipos de motores. Las cuales están debidamente detalladas. Y la tercera, en la cual se detalla el diseño y construcción de la maqueta, el cual contempla la seguridad del kit, una fácil conexión, y la aplicación de las experiencias propuestas.

Gran parte de los procesos de conversión de energía eléctrica están realizados por convertidores estáticos de potencia. Los convertidores estáticos de potencia son circuitos electrónicos construidos a partir de (i) elementos reactivos (condensadores e inductores) y (ii) semiconductores de potencia. De acuerdo a las formas onda en el tiempo de voltaje y/o corriente en la entrada y salida del convertidor, se puede clasificar como; (i) Rectificadores, (ii) Reguladores, (iii) Inversores [1]. El desarrollo de semiconductores más eficientes ha permitiendo manejar mayores niveles corriente y tensión, con frecuencias de conmutación más altas, permitiendo el desarrollo de topologías más eficientes y sistemas de control más avanzados. Como es el caso del accionamiento eléctrico en DC, compuesto por (i) un convertidor/rectificador controlado, (ii) un sistema de control automático y (iii) motor de corriente DC, el cual puede variar su velocidad, sin perjudicar la relación par/velocidad [2]. El presente trabajo documenta la implementación de un control digital no lineal para la topología CSR (Current-Source Rectifier), con el propósito de obtener una corriente controlada DC en la salida del convertidor que accionará un motor DC de imanes permanentes. De lo anterior se obtiene: (i) un control directo del par motor ya que este último depende directamente de la corriente de armadura, (ii) el control del convertidor permite regular el factor de potencia por desplazamiento (DFP) y (iii) evitar sobrecorriente de corriente en los arranques. La técnica de control utilizada en este proyecto es un control de estados no lineal que tiene como característica una realimentación de todas las variables de estado del sistema, controlando independientemente las variables de entrada y salida del CSR. [3] [4].

El presente seminario tiene como objetivo, el estudio de las principales características del sistema de control distribuido SIMATIC PCS 7 de SIEMENS, utilizando el controlador lógico programable SIMATIC S7-400. Se realiza el levantamiento, instalación e implementación de los siguientes equipos: Dos variadores de frecuencia Micromaster 420, un relé inteligente SIMOCODE PRO C, un capturador de E/S ET-200S, además de utilizar un partidor suave de Siemens para el accionamiento de motores asincrónicos. Se fabrican tres estaciones de trabajo modulares, para poder montar los equipos. Estas estaciones de trabajo están compuestas por una plancha de acrílico de 70x100 cm, las cuales se trabajan en conjunto con la escuela de ingeniería industrial de la universidad. La plancha de acrílico se monta sobre una base de estructuras metálicas la cual es financiada por la escuela de ingeniería civil en automatización. Estas estaciones de trabajo están ubicadas en el “Laboratorio Control de Procesos L10E” del departamento de ingeniería eléctrica y electrónica de la universidad, con el fin de utilizarse en la docencia. Este seminario contempla el desarrollo de prácticas y guías de laboratorios para fortalecer el aprendizaje entregado al estudiante, en conformidad con el modelo educativo utilizado por la universidad del Bío-Bío. Dentro de estas prácticas de laboratorio, cabe destacar la creación de la arquitectura de control distribuido sobre los variadores de frecuencia utilizando el bus de campo Profibus DP, mediante el software SPET 7 de SIEMENS, incorporado dentro de PCS 7 y sobre el control de motores de baja tensión SIMOCODE PRO C, utilizando el software SIMOCODE ES. Luego se crea una interfaz HMI, por medio del software WinnCC para el control, monitoreo y supervisión de los sistemas de velocidad. Además, se trabaja en la construcción de una maqueta horno de temperatura, la cual incorpora diversos sensores existentes a nivel industrial, con de fin de poder realizar el sensado de estos instrumentos, utilizando el control de una turbina de 220 [V]. Como resultado de este seminario cabe destacar que se logra optimizar el tiempo y espacio programado para las actividades de laboratorio, en las distintas asignaturas que se imparten. Es necesario resaltar que la fuente de financiamiento para la puesta en marcha del presente proyecto, es la escuela de ingeniería Civil en Automatización, el listado de los elementos e insumos se encuentra en el anexo N°2.