Nombre:
Juan Pablo Piérola M. Manuel Bozo Jantzen G.
Ingeniería de control Ing. Hugo Rojas
SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA 1.INTRODUCCIÓN: Como podríamos mantener, la temperatura adecuada en un Horno para un tratamiento de un mineral en una refinería, o como podríamos hacer un control de un sistema de calefacción. Es aquí donde entran a tallar los controles que rigen el comportamiento de la temperatura. Un sistema de control de temperatura, obtiene la temperatura del ambiente a medir mediante un sensor, y esta señal es tratada, ya sea digital o análogamente (según el tipo de control a tratar). Y luego pasa a un sistema de control el cual activa, desactiva, aumenta, o disminuye el sistema que estará encargado de mantener la temperatura. Por ejemplo, para el caso de un Horno, se la temperatura es mayor, disminuirá la potencia del horno, y si es demasiado bajo aumentara esta.
2.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Los sistemas de control son de aplicación fundamental en la industria, aeronáutica, automóviles, control de calidad de productos, robótica y muchos otros.
El diseño de un sistema de control típicamente requiere un delicado balance entre limitaciones fundamentales y soluciones de compromiso.
Para poder
logar este balance, es necesario tener una comprensión cabal del proceso en cuestión. Esta comprensión usualmente se captura en un modelo matemático, teniendo el modelo, es posible predecir el impacto de distintos diseños posibles sin comprometer al sistema real.
3.OBJETIVO GENERAL Modelar un sistema de control de temperatura en tiempo continuo y poder simular la respuesta del sistema controlado en la computadora, de forma más sencilla.
Objetivo del circuito El circuito que se ha construido, consiste en un sensor de temperatura LM35, el cual otorga al ATMEL 89c52 el valor de la temperatura en el ambiente, para tal propósito, el ATMEL 89c52 y el LM35 se encuentran conectados por medio de un conversor análogo/digital, el ADC0804. Una vez el ATMEL 89c52 obtiene el dato binario del conversor correspondiente a la temperatura, lo envía al LCD para su visualización.
3.1.
OBJETIVOS SECUNDARIOS
- Seria muy interesante y si el tiempo esta de nuestro favor, llevar a cabo una simulación y modelamiento que se encargue de monitorear las lecturas dadas por el sensor. -
De todas formas trataremos de aproximar el modelo real a uno más sencillo para hacer más sencillo su control mediante determinados controladores.
4.JUSTIFICACION. 4.1.
SOCIAL: Nos beneficiamos en primer lugar nosotros, los alumnos de la carrera y quienes puedan utilizar esta documentación.
4.2.
ECONÓMICA:
Desde el punto de vista Costo beneficio, es
justificable económicamente este proyecto, ya que la inversión que se realizara para este proyecto es mínima en comparación a todos los beneficios que nos dará.
4.3.
TÉCNICA:
Este proyecto se esta realizando por alumnos de la
Universidad de Aquino Bolivia, en la materia de Ingeniería de Control.
5.LIMITES. El límite de nuestro sistema de control de temperatura es que solo controlaremos la temperatura de un ambiente independiente de los demás, y las temperaturas del exterior son las perturbaciones al sistema como mucho sol o frió.
6. ALCANCES. Mediante este proyecto pretendemos mantener en una temperatura estable y confortable un ambiente, y medir digital mente la temperatura.
7.
Marco teórico
Temperatura La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible" , que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que esta más "caliente" es decir, que su temperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también). El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente. La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común el uso de la escala Celsius (antes llamada centígrada) y en los países anglosajones, la escala Fahrenheit. También existe la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin.
Termómetro. El termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente desde que se empezaron a fabricar los termómetros electrónicos digitales. Los termómetros iniciales que se fabricaron se basaban en el principio de la dilatación, por lo que se prefiere el uso de materiales con un coeficiente de dilatación alto de modo que, al aumentar la temperatura, la dilatación del material sea fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio encerrado en un tubo de cristal que incorporaba una escala graduada. En el mes de julio de 2007 el Gobierno de España ha decretado la prohibición de fabricar termómetros de mercurio por su efecto contaminante.
Sensor de temperatura LM35. El sensor de temperatura utilizado, es el circuito integrado LM35DZ.
Características. El circuito integrado LM35D es un sensor de temperatura cuya tensión de salida es linealmente proporcional con la temperatura en la escala Celsius (centígrada) . Posee una precisión aceptable para la aplicación requerida, no necesita calibración externa, posee sólo tres terminales, permite el sensado remoto y es de bajo costo •
Factor de escala : 10mV/ºC ( garantizado entre 9,8 y 10,2mV/ºC)
•
Rango de utilización : -55ºC < T < 150ºC
•
Precisión de : ~1,5ºC (peor caso)
•
No linealidad : ~0,5ºC (peor caso)
Conversor Análogo/Digital ADC0804. Un convertidor análogo/digital es un circuito integrado que convierte señales análogas
en
datos
binarios:
0s
y
1s.
El convertidor analogo/digital ADC0804 es un circuito integrado capaz de convertir una muestra analógica entre 0v y 5v, en un valor binario de 8 dígitos binarios. Para saber la resolución del convertidor tenemos que saber el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en dígitos binarios. Como ejemplo vamos a hacer los cálculos para el ADC0804.
Diagrama de Flujo. Inicio
Medir la temperatura
Si temperatura es mayor 32º
Activar ventilador
Fin
Desactivar ventilador
8.Metodología. Para poder lograr la construcción de este sistema lo primero que se hizo fue tener muy claro que era lo que se quería y a donde se podía llegar, teniendo identificadas las características que se necesitaban para el proyecto se busca información de que materiales son necesarios y como funcionan. De esta manera se escogieron los siguientes materiales
Materiales. LM 35 DZ ADC 0804 Cristal 11.0592 LCD 89C52 ATMEL Banco de resistencia 10K Potenciómetro tripod 10K Varios Cooler de 5V Proto
Método Lo inicial es realizar un montaje básico para el funcionamiento del microcontrolador, para este podemos guiarnos en el gráfico del circuito del punto 9. Se le conecta el cristal con sus respectivos condensadores, se le instala el sistema de reset con el diodo 1N4148, dos resistencias y un pulsador. De esta manera el microcontrolador ya se encuentra en condiciones para trabajar.
El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada en un rango que abarca desde 26º a 32ºC. La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto debemos llevar esta señal al LM358N que en este caso no será utilizado como amplificador, ya que la amplificación se hará por medio del programa del PIC, sino que se utilizara como acoplador de impedancia, esto se hace con el fin de que el PIC no le mande pequeñas señales al LM35 que puedan alterar su buen funcionamiento.
9.Prueba y validación. La prueba y validación se realiza mediante el siguiente software utilizado en la programación del circuito. Software de temperatura:
$MOD51 ;$TITLE(SENSOR DE TEMPERATURA LM35DZ) EN
EQU P0.0
RS
EQU P0.2
RW LED
EQU P0.1 EQU P0.7
ACTIVA
EQU P0.6
RWA
EQU P3.7
REQ
EQU P3.6
DATO EQU P2 DAT
EQU 46H
DIG1 EQU 47H DIG2 EQU 48H DIG3 EQU 49H ORG 0000H AJMP INI
INI: CLR
ACTIVA
LCALL INICIA NOP LCALL
INICIA
LCALL
LIMPIA
LCALL CARGANDO AJMP MAIN MAIN:
MOV A,#88H LCALL POS LCALL BORRA CALL LEE_DATO MOV A,DAT MOV B,#0AH DIV
AB
MOV DIG2,A MOV DIG1,B MOV A,#30H ADD A,DIG1 MOV DIG1,A MOV R0,A CJNE R0,#00H,DOS_DIG MOV A,#88H LCALL POS MOV A,DIG1 LCALL ESCRIBE JMP
FIN
DOS_DIG: MOV A,DIG2 MOV B,#0AH DIV
AB
MOV DIG3,A MOV DIG2,B MOV A,#30H ADD A,DIG2 MOV DIG2,A MOV R0,A CJNE R0,#00H,TRES_DIG MOV A,#88H
LCALL POS MOV A,DIG2 LCALL ESCRIBE MOV A,DIG1 LCALL ESCRIBE JMP
FIN
TRES_DIG: MOV A,#88H LCALL POS MOV A,#30H ADD A,DIG3 LCALL ESCRIBE MOV A,DIG2 LCALL ESCRIBE MOV A,DIG1 LCALL ESCRIBE
FIN: MOV R0,DAT CJNE R0,#32D,DIF JMP
FIN_PREG
JC
MENOR
DIF:
LCALL ACT_MOT JMP
FIN_PREG
MENOR: CJNE R0,#26D,DIF2 LCALL DES_MOT JMP
FIN_PREG
JC
MENOR2
JMP
FIN_PREG
DIF2:
MENOR2: LCALL DES_MOT
FIN_PREG: CALL DELAY AJMP MAIN LEE_DATO: CLR
RWA
NOP SETB RWA FALTA: JB
REQ,FALTA
MOV DATO,#0FFH MOV B,#02H MOV A,DATO MUL
AB
MOV DAT,A RET
;*********************************** ;* RUTINAS DE DELAY'S
*
;*********************************** ESPERA: MOV R3,#0FFH FR1: MOV R4,#0FFH FR2: DJNZ R4,FR2 DJNZ R3,FR1 RET
DELAY: ;CPL LED MOV R3,#01H FRD1: MOV R4,#0FFH FRD2: MOV R5,#0FFH FRD3: NOP DJNZ R5,FRD3 DJNZ R4,FRD2 DJNZ R3,FRD1 RET ;************************************ ;* RUTINAS PARA EL MANEJO DEL LCD * ;************************************ INICIA: SETB
EN
CLR RS MOV
P1,#38H
CLR
EN
LCALL ESP_LCD SETB
EN
CLR
RS
MOV
P1,#0EH
CLR
EN
LCALL ESP_LCD SETB EN CLR
RS
MOV
P1,#06H
CLR
EN
LCALL ESP_LCD RET LIMPIA: SETB EN CLR MOV CLR
RS P1,#01H EN
LCALL ESP_LCD RET ESCRIBE: SETB EN SETB RS MOV CLR
P1,A EN
LCALL ESP_LCD RET POS: SETB EN CLR MOV CLR
RS P1,A EN
LCALL ESP_LCD RET ESP_LCD: SETB EN CLR RS SETB RW MOV P1,#0FFH MOV A,P1
JB ACC.7,ESP_LCD CLR EN CLR RW RET BORRA: MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE RET
CARGANDO: MOV A,#'T' LCALL ESCRIBE MOV A,#'E' LCALL ESCRIBE MOV A,#'M' LCALL ESCRIBE MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE MOV A,#'A' LCALL ESCRIBE MOV A,#'C' LCALL ESCRIBE MOV A,#'T' LCALL ESCRIBE MOV A,#'=' LCALL ESCRIBE RET
ACT_MOT: SETB
ACTIVA
MOV
A,#0C0H
LCALL POS MOV A,#'M' LCALL ESCRIBE MOV A,#'O' LCALL ESCRIBE MOV A,#'T' LCALL ESCRIBE MOV A,#'O' LCALL ESCRIBE MOV A,#'R' LCALL ESCRIBE MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE MOV A,#'A' LCALL ESCRIBE MOV A,#'C' LCALL ESCRIBE MOV A,#'T' LCALL ESCRIBE MOV A,#'I' LCALL ESCRIBE MOV A,#'V' LCALL ESCRIBE MOV A,#'A' LCALL ESCRIBE MOV A,#'D' LCALL ESCRIBE MOV A,#'O' LCALL ESCRIBE
MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE RET
DES_MOT: CLR ACTIVA MOV
A,#0C0H
LCALL POS MOV A,#'M' LCALL ESCRIBE MOV A,#'O' LCALL ESCRIBE MOV A,#'T' LCALL ESCRIBE MOV A,#'O' LCALL ESCRIBE MOV A,#'R' LCALL ESCRIBE MOV A,#' ' LCALL ESCRIBE MOV A,#'D' LCALL ESCRIBE MOV A,#'E' LCALL ESCRIBE MOV A,#'S' LCALL ESCRIBE MOV A,#'A' LCALL ESCRIBE
MOV A,#'C' LCALL ESCRIBE MOV A,#'T' LCALL ESCRIBE MOV A,#'I' LCALL ESCRIBE MOV A,#'V' LCALL ESCRIBE MOV A,#'A' LCALL ESCRIBE MOV A,#'D' LCALL ESCRIBE MOV A,#'O' LCALL ESCRIBE RET
END
10. Diseño. El diseño del circuito es el siguiente:
11. Presupuesto. Nombre
LM 35 DZ ADC 0804 Cristal 11.0592 LCD 89C52 ATMEL Banco de resistencia 10K Potenciómetro tripod 10K Varios Cooler de 5V Proto Total
Costo
15 29 4 70 22 1 1 20 30 27 219
12. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES. Se pudo comprobar el funcionamiento del sistema mediante la simulación de sus respuestas para diferentes casos. Por medio de la implementación de la electrónica fue posible comprender con más facilidad el funcionamiento del sistema. Lo cual comprueba que la electrónica junto con la computación es el futuro de todos los procesos. Por otro lado nos dimos cuenta de lo poderosos que pueden ser los lenguajes de programación. Recomendación, para realizar este tipo de proyectos debería de haber materiales, equipos en la universidad, específicamente para la materia, de esta manera poder manejar y experimentar los mismos.
Sistemas de control realimentados. Un sistema que mantiene una relación prescrita entre la salida y la entrada de referencia, comparándolas y usando la diferencia como medio de control, se denomina realimentado.
sistema
de
control
Un ejemplo sería el sistema de control de temperatura de una
habitación. Midiendo la temperatura real y comparándola con la temperatura de referencia (la temperatura deseada), el termostato activa o desactiva el equipo de calefacción o de enfriamiento para asegurar que la temperatura de la habitación se conserve en un nivel cómodo sin considerar las condiciones externas, los sistemas de control realimentados no se limitan a la ingeniería, sino que también se encuentran en diversos campos ajenos a ella. Por ejemplo, el cuerpo humano es un sistema de control realimentado muy avanzado. Tanto la temperatura corporal como la presión sanguínea se conservan constantes mediante una realimentación fisiológica. De hecho, la realimentación
realiza
una
función
vital:
vuelve
el
cuerpo
humano
relativamente insensible a las perturbaciones externas, por lo cual lo habilita para funcionar en forma adecuada en un ambiente cambiante.
13. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA “Control de sistemas dinámicos con retroalimentación” Gene F. Franklin – J. David Powell Edición 91 “Ingeniería de Control Moderno” 3a Edición Katsuhito Ogata
Apuntes de clases
