Proyecto Final Electronica Industrial Avanzada

8/14/2019 Proyecto Final Electronica Industrial Avanzada

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -UNADEscuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e IngenieraElectrnica Industrial AvanzadaActividad 15: Evaluacin Final

EVALUACIN FINAL

KENNY ROGERS GARAVITO CONTRERASJOHN EISSON SIERRA MEDINA

HECTOR FABIO ESCOBARDAVID STIVEL NOY VERGARA

CURSO 299020_5

TUTOR:LUIS MARTINEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAING. ELECTRONICA

ELECTRNICA INDUSTRIAL AVANZADA

Junio de 2013


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CONTENIDO

Pg.

INTRODUCCION..........3

OBJETIVOS...,.....4

IDENTIFICACIN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.........5

DESCRIPCIN GENERAL DEL SISTEMA SCADA....7

DESCRIPCIN DEL HARDWARE.....12

DESCRIPCIN DEL SOFTWARE..13

ARQUITECTURA DEL SISTEMA SCADA....14

INTERFAZ..15

CONCLUSIONES.....17

BIBLIOGRAFIA..18


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INTRODUCCIN

En la realizacin de este trabajo se implementara un sistema de automatizacin Scada paraun cultivo hidropnico el cual permitir monitorear los diferentes procesos de todo el sistemautilizado en este tipo de cultivo, lo cual permitir el control de cada una de estas variables yas mismo permite ofrecer un mejor desarrollo del cultivo.

Los procesos de automatizacin nos brindan la oportunidad que los recursos utilizados en elsistema sean aprovechados en forma eficiente, practica y reducir al mximo el margen deerror, adems que cada uno de los dispositivos electrnicos utilizados en el sistema nosbrinda la certeza de que cada variable se encuentre en el rango establecido.

Este tipo de cultivos hidropnicos son muy utilizados en nuestro medio y actualmenteocupan un amplio rango de aplicaciones en todo tipo de cultivos de verduras y frutas, lo cualmediante la correcta implementacin de un sistema permite emplear adecuadamenterecursos como el agua, nutrientes y as mismo contrarrestar las inclemencias del clima yhorarios sin importar si es de da o de noche.


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OBJETIVOS

Desarrollara una propuesta de sistema SCADA que permita automatizar un cultivo de fresas

por medio de Hidropona.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Investigar el mtodo de cultivo de fresas por Hidropona, teniendo en cuenta factores

importantes como nutrientes necesarios, tiempos de maduracin y condicionesclimticas adecuadas.

Implementacin de sensores de humedad y temperatura que permitan tener unmonitoreo constante del ambiente en el invernadero.

Disear una interfaz HMI que permita controlar y conocer en tiempo real las variablesimplicadas en el proceso por medio de un ordenador.


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IDENTIFICACIN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los cultivos hidropnicos se han convertido en una opcin viable para cubrir la demanda de

alimentos haciendo uso de poco espacio y sin necesidad de extensos terrenos cultivables,

pero para que estos cultivos sigan siendo viables deben superar varias desventajas que

presentan, la mayor de ellas es el alto costo de produccin. Para ayudar a reducir este alto

costo de produccin, se pretende automatizar el cultivo, lo que har ms eficiente el manejo

de las soluciones minerales, la cosecha ser mayor y no se necesitar tanta mano de obra,

ya que el sistema ser totalmente automtico.

Bsicamente se identifican dos grandes aspectos a controlar, uno es el invernadero como

tal, del cual habra que controlar la temperatura y humedad; el otro aspecto es el riego del

cultivo, el cual est conformado bsicamente por dos partes, la mezcla de los nutrientes y el

riego de estos nutrientes en el cultivo en la proporcin y a las horas indicadas.

La implementacin de este sistema tendr como ventajas el control de las condiciones

ambientales dentro del invernadero, lo que har que la cosecha sea mayor y se evitar laperdida de cultivos por heladas o por altas temperaturas. Por otra parte todo el control de la

aplicacin de nutrientes ser automatizado, lo que evita errores humanos y desperdicios de

nutrientes, ya que aplicaran las mezclas exactas de cada uno y se requerir menos mano

de obra para esta labor. Otra ventaja importante es el registro de todas las variables a

controlar, como temperatura, humedad, mezcla de nutrientes y riegos, lo cual ayudar a

optimizar y mejorar el sistema de cultivo en s, gracias a que toda esta informacin se puede

compilar y estudiar posteriormente.

La desventaja que presenta es el costo de su implementacin, lo que supone que este

sistema resultar econmicamente viable en un cultivo grande, con varios invernaderos, en

donde se podrn compartir los recursos de hardware y software, como el sistema de

mezclado y el sistema de visualizacin.

Sistema de Mezcla:


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Los fertilizantes se inyectan a la succin de la bomba mediante un sistema de control de

caudal aplicado a cada solucin madre Este sistema permite un ajuste de vlvulas abiertas o

cerradas cuyas desviaciones son inferiores al 5 % del objetivo.

La frmula nutricional que mejor resultado ha dado es la siguiente expresada en ppm:

Primer Riego

Primer Riego


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CARACTERISTICAS DE UN CULTIVO HIDROPONICO DE FRESA.

La Fresa crece de forma natural en los pases con climas templados, templados clidos osubtropical a niveles de altura elevados. El cultivo se realiza en invernaderos de cultivohidropnico en los pases de clima caliente que pueden ser de sustrato o de raz flotante (seprefiere el sustrato).

La planta de fresa es de tipo herbceo y perenne. El sistema radicular es fasciculado, secompone de races y raicillas. Las primeras presentan cambium vascular y suberoso,mientras que las segundas carecen de ste, son de color ms claro y tienen un periodo devida corto, de algunos das o semanas, en tanto que las races son perennes.

Las raicillas sufren un proceso de renovacin fisiolgico, aunque influenciado por

factores ambientales, patgenos de suelo, etc., que rompen el equilibrio. La profundidad delsistema radicular es muy variable, dependiendo entre otros factores, del tipo de suelo y lapresencia de patgenos en el mismo. En condiciones ptimas pueden alcanzar los 2-3 m,aunque lo normal es que no sobrepasen los 40 cm, encontrndose la mayor parte (90%) enlos primeros 25 cm.

El tallo est constituido por un eje corto de forma cnica llamado corona, en el que seobservan numerosas escamas foliares.

Las hojas aparecen en roseta y se insertan en la corona. Son largamente pecioladas yprovistas de dos estpulas rojizas. Su limbo est dividido en tres foliolos pediculados, de

bordes aserrados, tienen un gran nmero de estomas (300-400/mm2), por lo que puedenperder gran cantidad de agua por transpiracin.

Las inflorescencias se pueden desarrollar a partir de una yema terminal de la corona, o deyemas axilares de las hojas. La ramificacin de la inflorescencia puede ser basal o distal. Enel primer caso aparecen varias flores de porte similar, mientras que en el segundo hay unaflor terminal o primaria y otras secundarias de menor tamao. La flor tiene 5-6 ptalos, de 20a 35 estambres y varios cientos de pistilos sobre un receptculo carnoso. Cada vulofecundado da lugar a un fruto de tipo aquenio. El desarrollo de los aquenios, distribuidos porla superficie del receptculo carnoso, estimula el crecimiento y la coloracin de ste, dandolugar al fruto del fresn.


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DESCRIPCIN GENERAL DEL SISTEMA SCADA

En primera medida este Sistema debe estar conformado por:

SAI

Un sistema de alimentacin ininterrumpida (SAI), es un dispositivo que gracias a sus

bateras, puede proporcionar energa elctrica tras un apagn a todos los dispositivos que

tenga conectados. Otra de las funciones de los UPS es la de mejorar la calidad de la energa

elctrica que llega a las cargas, filtrando subidas y bajadas de tensin y eliminando

armnicos de la red en el caso de usar corriente alterna.

En nuestro caso, lo usaremos para que est conectado a la pantalla de control y evitar queesta quede sin alimentacin.

Este sistema deber estar conformado por un controlador programable de bajo costo, que

permita la utilizacin de entradas y salidas anlogas, entradas y salidas digitales, ya que las

variables a controlar sern las siguientes:

Sistema de control de temperatura y humedad:

- Monitoreo de Temperatura (una entrada anloga)


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Estos dispositivos electrnicos nos permite un monitoreo de la temperatura del sistema del

cultivo hidropnico en todo momento.

LINEA HMT100

Transmisores de humedad relativa y temperatura para control de ambientes exigentes como

invernaderos, cmaras de estabilidad, incubadoras, etc.

Sensor capacitivo de humedad HUMICAP resistente al polvo y a sustancias qumicaspresentes con gran estabilidad a largo trmino. Posee sensor de temperatura tipo PT1000

con el que calcula el punto de roco directamente.

Puede ordenarse con display digital LCD opcional para leer HR, T Td.

Con puntas sensoras intercambiables sin necesidad de reajustes.

Entregado con filtros (membrana sinterizado) para proteccin de sensores.

Entregados con Certificado de Calibracin trazables de VAISALA OYJ.

:100100 (100, , )

0...100% 40+600...100% 40+80 40...+ 80

: 40...+ 60 (15 25 ):( )

+/1.7% .. 090 % ..+/2.5% .. 90100 % ..+/ 0,2 ( 20)

: : 4...20 , 2 : 01,05, 010

: 10...35 2035 (24 / ): 65

119 119 34 .100100100100

60. ( 3 ). ( 5 ). ( 10 ).


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- Monitoreo de Humedad - Higrostato (una entrada anloga)

Es un dispositivo electrnico el cual nos permite medir la hmeda relativa del ambiente del

sistema de cultivo hidropnico.

- Control de temperatura (ocho salidas digitales)

Dispositivo electrnico que permite controlar la temperatura segn lo programado

programado.

- Control de temperatura y humedad mediante la apertura y cierre de ventanas

mediante dampers (dos salidas digitales)


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Sistema de control de mezcla de nutrientes y riego:

- Control de mezcla con vlvulas de control on/off (trece salidas digitales)

Este sistema permitir controlar la mezcla de nutrientes que requiera el cultivo de fresaspara garantizar un buen producto.

- Control de caudal (una salida digital)

Este dispositivo electrnico nos permite controlar el caudal que requerimos para el sistema.

- Monitoreo caudal (una entrada anloga)


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Se monitorea el caudal de todo el sistema hidrulico del circuito.

El sistema deber contar adems con una interfaz grafica que permita monitorear y controlar

de manera manual todas las variables mencionadas, con el fin de que se puedan hacerpequeas correcciones, mejoras o cambios en las mezclas, riegos y condiciones

ambientales del invernadero. Este sistema deber tambin contar con alarmas por valores

fuera de los setpoints seleccionados para temperatura y humedad y niveles de alto y bajo

del tanque de riego.


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DESCRIPCIN DEL HARDWARE

Se eligi el controlador Twido TWDLCAA24DRF del proveedor Schneider debido a que elproceso de Hidropona en el cultivo de fresas no es muy complejo y no se requierencontrolar demasiadas entradas y salidas por lo que este PLC es adecuado para desarrollarla propuesta de Automatizacin.

Trabajaremos con un modelo compacto que cuenta con 24 entradas y salidas pero queadems nos ofrece la posibilidad de colocar hasta 4 mdulos de ampliacin en caso de quese requiera ampliar la arquitectura del sistema.

Este controlador tambin dispone de otros mdulos opcionales como, visualizador numrico,cartucho de ampliacin de memoria, cartucho de reloj, calendario y puerto de comunicacinRS 485 o RS 232C suplementario que permite ajustarse a las necesidades de la aplicacin.

Figura 1.Controlador TwidoLos controladores Twido disponen de un puerto serie, o de un segundo puerto opcional, que

se utiliza para servicios en tiempo real o de administracin de sistemas. Los servicios entiempo real proporcionan funciones de distribucin de datos para intercambiar datos condispositivos de E/S, as como funciones de administracin para comunicarse con dispositivosexternos. Los servicios de administracin de sistemas controlan y configuran el controladorpor medio de TwidoSoft. Cada puerto serie se utiliza para cualquiera de estos servicios, peroslo el puerto serie 1 es vlido para comunicarse con TwidoSoft.


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DESCRIPCIN DEL SOFTWARE

El sistema SCADA implementado trabajara sobre LABVIEW un programa desarrollado porNational Instruments por la facilidad que este presenta en el desarrollo de aplicaciones,

utilizando el modulo DSC permite la supervisin de las variables de control del nivel en los

tanques de almacenamiento de agua y nutrientes para el cultivo de fresas, temperatura y

humedad controladas por el PLC.

El sistema Scada considera dos niveles de seguridad para el cambio en los parmetros en

el control del proceso como: el tiempo de integracin, la ganancia proporcional y el setpoint

del modulo PID del PLC. Cada uno de estos niveles de seguridad tiene su respectivo

nombre de usuario y password para restringir la modificacin de cualquier parmetro del

sistema de control del Scada.

La comunicacin del sistema SCADA con el PLC se logra por medio de la configuracin de

un servidor OPC, herramienta que se encuentra en el modulo DSC. El servidor OPC permite

trabajar con cualquier PLC que tenga su driver OPC, tambin se puede crear la aplicacin

cliente en labview para que acceda o se conecte a cualquier otro servidor OPC. Una vez

creada la aplicacin cliente en labview queda lista la transferencia de datos entre el sistema

scada y el proceso a travs del PLC.

El SCADA desarrollado presentara una pantallas de visualizacin, que permitir visualizar el

mmico de la planta o proceso con los diferentes elementos que lo conforman como tanques

de almacenamiento, vlvulas, la bomba y los indicadores respectivos que muestran los

valores del sensor de nivel, el estado de la bomba, tres indicadores de nivel bajo, medio yalto, indicadores de temperatura y humedad, adems de un botn de control que nos

permite el cambio de manual a automtico del controlador y viceversa.


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ARQUITECTURA DEL SISTEMA SCADA

NOTAS:

1. Las lneas continuas representan el cableado en duro desde el equipo de campo hasta elPLC.

2. La lnea con crculos representa la comunicacin RS232 entre el PLC y el computadordonde se tendr la visualizacin y control del sistema mediante una aplicacin creada enLabView.

3. En parntesis se especifica el nmero de equipos requeridos en campo.


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INTERFAZ

Esta interfaz fue diseada para que fuera lo ms intuitiva posible, que se pudiera visualizar

de primera mano toda la informacin del estatus de todo los componentes del sistemaScada, desde el control del invernadero hasta el control del sistema de mezcla.

Este sistema puede operar de dos maneras, de manera automtica, con la cual el PLC tiene

todas las variables de medicin y de control, con el cual puede operar el sistema sin

necesidad de intervencin humana. La segunda manera es manual, la cual sera usada en el

caso en el que se requiera hacer pequeos ajustes y cambiar el estado de cualquiera de los

elementos de control.


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El sistema est dividido en dos partes, una contiene todos los elementos de control y

medicin para el sistema de mezclado y riego, el cual est compuesto mayormente por las

vlvulas de control, medidor de nivel, medidor de caudal.

En la segunda parte del Scada se cuenta con el control del ambiente del invernadero, que

est compuesto por los elementos de medicin como termmetro e higrostato, para la parte

de control se tienen los calentadores y los danpers.


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CONCLUSIONES

- La implementacin de la automatizacin industrial en los procesos de produccin dealimentos se convierten en una solucin a la creciente demanda de alimentos, ya que estos

disminuyen el tiempo para la cosecha, la produccin aumenta y se requiere menos personal.

- El desarrollo de este trabajo colaborativo nos present un desafo el cual pudimos resolver

de manera conjunta aplicando todos los conceptos vistos en el desarrollo del curso.

- Para realizar la automatizacin de un proceso como el cultivo de fresa que trabajamos, hayque implementar un sistema que cumpla con todos los requerimientos y que a la vez sea

econmicamente viable, para que la relacin costo beneficio sea atractivo para el cliente

final.

- En esta actividad se pudo analizar profundamente el funcionamiento de un cultivo

hidropnico. La implementacin de la automatizacin de este sistema permite tener un mejor

desarrollo y control del mismo.


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BIBLIOGRAFIA

Desarrollo de la HMI. Recuperado el 06 de Junio de:

http://dspace.epn.edu.ec/bitstream/15000/9049/3/T11420%20CAP3.pdf

National Instruments. Modulo LABVIEW. Recuperado 06 de Junio de:

http://www.ni.com/labview/labviewdsc/esa/

http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/monitor-temperatura-79051.html

http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/transmisor-mural-de-humedad-relativa-y-de-temperatura-14850-2267331.jpg

http://www.google.com.co/search?q=cultivos+hidroponicos+MEZCLA+DE+NUTRIENTES&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=YJe0UeeeEMPq0wHp44CQCA&ved=0CAcQ_AUoAQ&

https://reader010.{domain}/reader010/html5/0625/5b2feeb83ea50/5b2feec0d57fc.png

http://www.elmejorguia.com/hidroponia/La-hidroponia-popular.htm

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