Telemetria Fase 2

20 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA INGENIERIA ELECTRONICA.

FASE 2 DISEÑAR Y MODELAR UN SISTEMA DE TELEMETRIA

PRESENTADO A: PAOLA ANDREA BUITRAGO

PRESENTADO POR: FELIX ROMERO CODIGO: 19603389 YOOLFRAN ARIETA CODIGO: 12436687 JOSE DIAZ: CODIGO: 1128060581 GREESS HURTADO CODIGO:1128060353

GRUPO: 203055A_360

SANTA MARTA- COLOMBIA 2017


INTRODUCCION Dado telemetría se utiliza en grandes sistemas, tales como naves espaciales, plantas químicas, redes de suministro eléctrico, redes de suministro de gas entre otras empresas de provisión de servicios públicos, podemos decir que esta facilita la monitorización automática y el registro de las mediciones, así como el envío de alertas o alarmas al centro de control, con el fin de que el funcionamiento sea seguro y eficiente. Desde este punto de vista tecnológico, la medición es un factor crucial para cualquier sistema productivo porque Proporciona la información que muestra realidad del proceso, facilitando la toma de decisiones en cualquier tipo de empresa. En cualquier empresa en la sección de telecomunicaciones, donde se tienen algunos problemas en la medición del nivel de tanques de líquido, distribuidos en una zona remota, que se usan como apoyo para los procesos de generación de energía. Por esta razón, se planteó diseñar un sistema de monitoreo de los tanques, que permita llevar un registro de lo que sucede y así poder tomar decisiones a tiempo para que el proceso siga funcionando sin alteraciones y sin pérdidas de tiempo. Adicionalmente con la información obtenida se puede establecer un método de control de inventario para evitar pérdidas de combustible en su distribución. Por medio de las RTU y las comunicaciones GSM/GPRS


RESUMEN DE ANALISIS DEL SISTEMA DE TELEMETRIA GRUPAL

REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE TELEMETRIAS: Para poder decidir correctamente y saber cómo responder al sistema ante una determinada acción podría hacerse una experimentación con el sistema mismo; pero por factores como el costo, seguridad y otros, hacen que esta opción no sea viable. A fin de superar estos inconvenientes se remplaza el sistema real por otro que sea simplificado. Este sistema se llevara a cabo como un modelo a seguir teniendo en cuenta las experiencias y los inconvenientes que se puedan presentar durante el trascurso del mismo. Por otra parte este sistema nos permitirá la medición remota de magnitudes físicas y el posterior envío de la información hacia el operador del sistema. A continuación veremos una imagen para tener una idea de cómo funcionaría un modelo de sistema de telemetría.


En este espacio encontraremos un diseño de sistema.

En primera medida se necesitaran varios dispositivos, como se va a realizar por medio de la monotearización de un sistema SCADA se necesitara de          

Computadores. Software para la comunicación GSM con el dispositivo SCADA, dado por el protocolo de funcionamiento MODBUS RTU. Dispositivos finales tales como sensores de presión. Sensores radar o ultrasonido. sensores de nivel de boya. Motobomba sensor de tempetratura motores y actuadores necesarios ademas de RTD´s Sistema RTU desctripcion de necesidades


Sistema de control RTU TYPE: ATC60A03

Entradas digitales características: Los datos de carga cuando las entradas se activa subir el estado de entrada en la fecha previstase puede reutilizar como contador de pulso de entrada SMS de alarma cuando las entradas se activan NO o NC tipo puede ser programado configurables para alarma y recuperar sms entradas de estados de consulta remota. SALIDAS DE RELÉ ACCIONABLES Remoto On/Off/salida de Pulsos a través de GPRS o SMS Consulta de estado de salida por GPRS o SMS remoto Puede ser activado por la alarma Puede ser activado por llamada Puede ser activado en la fecha prevista 2 ENTRADAS ANALÓGICAS TIENEN Puede preestablecer rango normal de entrada de AD, cargar datos en el servidor cuando por encima del rango normal. Los valores actuales se pueden consultar por el servidor o sms Configurable para alarma y recuperar SMS Configurable para garantizar un tiempo de alarma Configurable para el tiempo de retardo de alarma Apoyo offset y ganancia


GPRS FUNCIÓN Soporte conecta servidores, los servidores deben conectarse a internet y tiene estática pública dirección IP o nombre de Dominio Dinámico Base de Transmisión GPRS TCP/IP AVANCE CARACTERÍSTICAS Diseñado específicamente para el control remoto base de Sistema de Adquisición de Datos Hidrológicos GPRS Aprobada altamente integrado CPU industrial Sensor (opcional) Batería interna y proporciona poder de corte de alarma (opcional) Fácil de usar INTERFAZ GRÁFICA de USUARIO de configuración de software ESPECIFICACIONES Ámbito de referencia Fuente de alimentación de CC 9-28 V DC (adaptador Estándar: CC 12 V/1.5A) El consumo de energía de 12 V de entrada Max. $ number ma/Average 50mA Rango de frecuencia 900/1800/850/1900 MHZ Tarjeta SIM de Apoyo Tarjeta de 3 V SIM APLICACIONES Sistema de Alarma de seguridad de aplicaciones; Supervisión y sistemas de monitoreo de alarmas; Sistema de seguimiento automático; Máquinas expendedoras de protección de la seguridad; Estaciones de bombeo, tanques, aceite o los niveles de Agua; Edificios y Bienes Raíces; Estaciones meteorológicas; Seguimiento y Control de Inundaciones del río; Oleoductos y gasoductos; Protección contra la corrosión Temperaturas, aplicaciones de fugas de agua; Cabezas de pozo, barco, vehículo; Ahorro de energía, sistema de control de luces de la calle; Controles de la válvula;


Centros de transformación Salas de máquinas sin tripulación; Sistema de automatización, M2M; Sistema de Control de Acceso GSM, Abrelatas de la Puerta GSM, etc. FUNCION RTD: AI: entrada Analógica (4-20mA/0- 5 V/0-10 V) DI = entrada = salida de relé digital digitales · AI es conectar con diferentes sensores para la detección de valor. como la temperatura/humedad/valor de presión · DI es detectar el dispositivo está en estado activado/desactivado. puerto UART es para la lectura de contadores · con DTU (unidad de transferencia de Datos) característica. datos ha recibido AI/DI/UART/Rs232/RS485/USB se puede enviar a su servidor Software/Móvil a través de GPRS/SMS · VER con relé interruptor de encendido/apagado en otros dispositivos. usted puede controlar es por Móvil (SMS de comandos) o software de Servidor (GPRS) SOFTWARE DE FUNCIONAMINETO




El módulo GSM/GPRS puede trabajar como una interfaz SCADA permitiendo al sistema SCADA o al controlador PLC establecer una conexión remota tanto vía Llamada GSM utilizando el protocolo Modbus RTU o vía GPRS utilizando el protocolo de conexión Modbus TCP.

COMUNICACIÓN MODBUS RTD Arian v4.0 El PC presenta la información en la pantalla y la almacena en el disco duro para posteriores análisis. El jefe de turno observa desde su oficina los valores de parámetros provenientes de puntos distantes en planta, facilitándole significativamente su labor de supervisión. Al mantener en el PC un registro histórico continuo de variables es posible generar automáticamente reportes de producción y rendimiento. Los beneficios derivados serán mejoras en la productividad, reducción de costos y un superior control de calidad. La información recolectada de la planta incluyendo hora y fecha del dato se almacena en archivos en formato texto (extensión .csv). Estos archivos se pueden leer directamente por otros programas (Por Ej. planillas de cálculo Excel), facilitando la redacción de informes. A la vez si el PC que recibe los datos es parte de una red local, estos datos estarán disponibles para los otros computadores.


Cada instrumento debe tener instalada la salida opcional RS485. El bus RS485 es un par trenzado de bajo costo que recorre los instrumentos en la planta y termina en la interface aisladora ISO485 que convierte a RS232 y aisla galvánicamente para ingresar por el puerto serial del computador.

Los instrumentos usan el protocolo Modbus RTU para intercambiar información con el computador. En el computador se debe ejecutar el software "Arian Opc V4 server" que lo convierte en arbitro de lacomunicaciones. Los datos se presentan en pantalla, almacenados en archivos para su posterior analizis y además se presentan en formato OPC a otras aplicaciones ejecutadas en el PC o la red.. Estas aplicaciones son típicamente softwares HMI/MMI (Human Machine Interfaces / Man Machine Interfaces) que a su vez presentan la información en forma más amigable (gráficos, botones, etc). OPC es una arquitectura de software cliente-servidor que permite la comunicación entre aplicaciones ejecutadas en un mismo computador o en varios a lo largo de una red. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS - Aislación galvánica de los instrumentos con el bus y del bus al PC mediante la interface aisladora. - Protocolo fisico RS485 Half duplex (1 pair). Protocolo de software Modbus RTU. - Longitud Máxima. 1200 metros. Utilizando un par trenzado común AWG #24. Las comunicaciones digitales mediante bus serial RS485 fueron concebidas especialmente para ambientes industriales donde se requiere alta inmunidad a ruido e interferencia.


Por otra parte el esquema de control distribuido y supervisión centralizada es universalmente aceptado como el más seguro, pues al fallar un elemento del sistema, el resto continua operando en forma independiente. El software Arian OPC V4 se ejecuta en un computador PC compatible con sistema operativo windows W95,W98, W2000, XP. Arbitra el bus Modbus RTU desde un puerto serial (comm1 a comm4) y entrega la informacion mediante un servidor OPC según la especificación DA2.  Sensor de temperatura industrial RTD PT10 Los sensores Pt100 son un tipo específico de sensor RTD (detector de temperatur por resistencia). La característica más importante de los elementos Pt100 es que están fabricados con platino con una resistencia eléctrica de 100 ohmios a una temperatura de 0 °C y es con diferencia el tipo más común de sensor RTD. El sensor de temperatura Pt500, tendría a su vez, una resistencia de 500 ohmios a 0 °C y un Pt1000 tendría 1000 ohmios de resistencia a 0 °C. Los elementos Pt100 están montados normalmente en algún tipo de vaina o funda protectora para formar una sonda, y éstos se conocen comúnmente como sonda Pt100 (sondas de resistenciaNPt100 de platino)

 Sensores de nivel Nuestros sensores de nivel son dispositivos de control industriales para aplicaciones severas. Abren y cierran contactos en respuesta a cambios en el nivel de líquido. Los sensores de nivel están disponibles en cinco estilos distintos con clasificaciones de motor y contacto de servicio piloto. Interruptores de boya los interruptores de boya Boletín 840 son dispositivos de control industriales para aplicaciones severas. Abren y cierran contactos en respuesta a cambios en el nivel de líquido. Estos interruptores están disponibles en cinco estilos distintos con clasificaciones de motor y contacto de servicio piloto.


MODELAMIENTO Y ANALISIS DEL SISTEMA En la siguiente figura se presenta el esquema del modelamiento del sistema, no se adentra sobr la utilización e implementación de los paneles solares como fuente de alimentación de los RTD pero si se evidencia como los soensores miden los niveles del tanque y por medio del RTD se realiza el envio por medio de la red GSM de un mensaje en este caso alencargado directo de la gestión del cuidado de la operación del sistema el cual lo alerta sobre las novedades presentadas en el nivel del tanque el cual sigue permantemente monitoreado.


Para medir el nivel del líquido se instalara un sensor de tipo ultrasonido non-touch el cual es muy portable, tiene larga vida útil, se puede fijar en un tanque de combustible sin necesidad de taladrarlo y no requiere de contacto con el combustible. El sensor será montado en la parte inferior de un tanque con líquido. El dispositivo electrónico, localizado en el exterior del tanque indicara el nivel del líquido contenido en su interior. El control de consumo de combustible será llevado a cabo por medio de un impulso de ultrasonidos. El impulso se transfiere desde el dispositivo a un líquido en la superficie del tanque, desde donde se refleja y pasa el consumo de combustible al sensor.

Se utilizaría un sensor hidrostático en donde a partir de dos presiones diferenciales se medirá el nivel del tanque, este sensor tiene la capacidad de alta respuesta pues los niveles serán medidos a través de la presión, será instalado en la parte inferior del tanque, por lo que tendría que ser taladrado el tanque para su instalación.Este sensor tiene una alta eficacia para los procesos industriales y su desventaja es el mantenimiento ya que se requiere desocupar el tanque para su inspección y/o cambio. Interfaz S.C.A.D.A De Un Sistema De Nivel De Un Tanque A continuación se mostraran las siguientes ventajas de implementar un sistema S.C.A.D.A    

Posibilidad de crear paneles de alarma que exigen la acción del operador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias. Generación de históricos de señal de planta que pueden ser transferidos para su proceso sobre una hoja de cálculo. Ejecución de programas que modifican la ley de control, o incluso del programa total sobre el autómata, bajo ciertas condiciones. Posibilidad de programación numérica que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador, y no sobre la del autómata


La comunicación a larga distancia será implementada en cada tanque un módulo GSM/GPRS, una pantalla LCD, una antena de radiofrecuencia y una Sim Card la cual estará referenciada al operador de telecomunicaciones y los datos serán enviados a una caja de procesamiento donde mediante una alarma indicara los niveles de combustible bajo, medio, alto y de esta manera se tomen las acciones correspondiente.

En la siguiente imagen se puede observar el esquema de envío de datos.


LISTA DE CONCEPTO CONOCIDOS Se tiene en cuenta que se necesita de unos conceptos claves como lo son los Sistema S.C.A.D.A. Los sistemas S.C.A.D.A (Supervisión de control y Adquisitivos de datos) son aplicaciones de software, diseñadas con la finalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Se basan en la adquisición de datos de los procesos remotos. Un software SCADA debe ser capaz de ofrecer al sistema:       

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Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias. Generación de datos históricos de las señale de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo. Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas condiciones. Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador. Radiografia: es utilizada para la captura automática de datos o información, incluso identifica electrónicamente como productos, componentes y personas mediante el uso de dispositivos llamados etiquetas. Amplitud: es la máxima fuerza de la señal, mientras que la frecuencia es la tasa de cambio de la señal, generalmente se mide en Hz o por segundos. Las bandas de frecuencia, específicamente es un determinado rango de frecuencias Ondas electromagnéticas: : Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. Telemetría vehicular Telemetría en medicina Telemetría espacial En este punto, es conveniente plantear las siguientes definiciones: Sistema: Conjunto de objetos o ideas que están interrelacionados entre sí como una unidad para la consecución de un fin (Shannon, 1988). También se puede definir como la porción del Universo que será objeto de la simulación. Modelo: Un objeto X es un modelo del objeto Y para el observador Z, si Z puede emplear X para responder cuestiones que le interesan acerca de Y (Minsky). Simulación: Simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a cabo experiencias con él, con la finalidad de aprender el comportamiento del sistema o de evaluar diversas estrategias para el funcionamiento del sistema (Shannon, 1988)


LISTA DE CONCEPTOS NO CONOCIDOS 

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Antenas: es un dispositivo usado para transformar una señal RF, viajando sobre un conductor, en una onda electromagnética en el espacio libre. Siendo la propiedad de reciprocidad el ancho que una antena conserva sus mismas características sin importar que este transmitiendo o recibiendo. Ondas de radio: son las utilizadas en telecomunicaciones e incluyen las ondas de radio y televisión. Su frecuencia oscila desde unos pocos hercios hasta mil millones de hercios. Se originan en la oscilación de la carga eléctrica en las antenas emisoras (dipolo radiante). Microondas: Se utilizan en las comunicaciones del radar o la banda UHF (Ultra High Frecuency) y en los hornos de las cocinas. Su frecuencia va desde los mil millones de hercios hasta casi el billón. Se producen en oscilaciones dentro de un aparato llamado magnetrón. El magnetrón es una cavidad resonante formada por dos imanes de disco en los extremos, donde los electrones emitidos por un cátodo son acelerados originado los campos electromagnéticos oscilantes de la frecuencia de microondas. Infrarrojos: Son emitidos por los cuerpos calientes. Los tránsitos energéticos implicados en rotaciones y vibraciones de las moléculas caen dentro de este rango de frecuencias. Los visores nocturnos detectan la radiación emitida por los cuerpos a una temperatura de 37 º .Sus frecuencias van desde 10 11Hz a 4•1014Hz. Nuestra piel también detecta el calor y por lo tanto las radiaciones infrarrojas. Luz visible: Incluye una franja estrecha de frecuencias, los humanos tenemos unos sensores para detectarla (los ojos, retina, conos y bastones). Se originan en la aceleración de los electrones en los tránsitos energéticos entre órbitas permitidas. Entre 4•1014Hz y 8•1014Hz Ultravioleta: Comprende de 8•1014Hz a 1•1017Hz. Son producidas por saltos de electrones en átomos y moléculas excitados. Tiene el rango de energía que interviene en las reacciones químicas. El sol es una fuente poderosa de UVA (rayos ultravioleta) los cuales al interaccionar con la atmósfera exterior la ionizan creando la ionosfera. Los ultravioleta pueden destruir la vida y se emplean para esterilizar. Nuestra piel detecta la radiación ultravioleta y nuestro organismo se pone a fabricar melanina para protegernos de la radiación. La capa de ozono nos protege de los UVA. Rayos X: Son producidos por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Sus frecuencias van de 1'1•1017Hz a 1,1•1019Hz. Son peligrosos para la vida: una exposición prolongada produce cáncer. Rayos gamma: comprenden frecuencias mayores de 1•1019Hz. Se origina en los procesos de estabilización en el núcleo del átomo después de emisiones radiactivas. Su radiación es muy peligrosa para los seres vivos. Radioenlaces: Es una conexión entre diferentes equipos de telecomunicaciones usando ondas electromagnéticas. ESTÁNDAR: Es un sistema de reglas preestablecidas, condicionales, o requisitos referentes a definiciones de términos. HERTZ: Es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas radioeléctricas y correspondientes a un ciclo por segundo. Las ondas electromagnéticas de esta región del


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espectro se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a una antena. IEEE: Instituto de Ingenieros Electrónicos y Electricistas. MODULO: Es un componente auto controlado de un sistema, dicho componente posee una interfaz bien definida hacia otros componentes; algo es modular si está construido de manera tal que se facilite su ensamble, acomodamiento flexible y reparación de sus componentes. SENSOR: Es un dispositivo capaz de medir magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad, luminosa, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, ph, etc. TOPOLOGÍA DE RED: La topología de una red es el arreglo físico o lógico en el cual los dispositivos o nodos de una red (computadores, impresoras, servidores, switches, enrutadores, etc.) Se interconectan entre sí sobre un medio de comunicación. Las topologías de red básicas son (estrella, árbol y malla)


CONCLUSION Se concluye que sería adentrarse en la configuración de la clase del puerto serie para mejorar la comunicación con el modem, que aún es deficitaria, al igual que mejorar y terminar de desarrollar el subproceso, permitir el acceso a la configuración del mensaje de error, así del teléfono o teléfonos a los que sería enviado. De cara a establecer la comunicación bidireccional, se debería de desarrollar un protocolo de comunicaciones entre el PC y el usuario en el mensaje SMS así como un password de acceso a los recursos del sistema. Este software precariamente desarrollado sienta las bases para realizar una comunicación bidireccional a través de la tecnología GSM y en particular a través de mensajes SMS tan usados para la comunicación la sociedad actua Se seleccionó un adecuado protocolo de comunicación como fue el GSM/GPRS siendo una tecnología competitiva ofreciendo fiabilidad de datos de bajo costo trabajando con las cuatro bandas existentes en el país basado en la norma IEEE 802.15.4, el cual permitió comunicar los diferentes dispositivos en el diseño propuesto Se logró diseñar un prototipo de un sistema de seguridad para vehículos con comunicación inalámbrica para obtener información sobre el estado actual del mismo soportado en GSM/GPRS existente en Colombia por medio de mensajes de texto SMS.


BIBLIOGRAFIAS Les 6 étapes d'un projet de recherche d'information, disponible en línea: http://www.ebsi.umontreal.ca/jetrouve/projet/index.htm por Magali Amieva, Maestría en Edición (Universidad de Guadalajara), www.betranslated.com http://ocw.unican.es/historico-de- cursos/como-buscar- informacion-en- fisicaymatematicas/teoria/capi4.pdf https://spanish.alibaba.com/product-detail/tank- level-with- scada-control- system-rainfallmonitoring-60462181540.html http://www.electronicshub.org/scada-system/#Remote_Terminal_Units_RTUs http://www.arian.cl/espanol/rs485com.htm http://www.sapiensman.com/tecnoficio/docs/images/instrumentacion%20industrial28.jpg https://co.grundfos.com/products/findproduct/cimciu/_jcr_content/tabbedpanel/brochures/downlo ad_list/downloads/download_2/file/file.res/Interfaz%20CIM_CIU_GSM_Hoja %20Tecnica_0511.pdf Diseño de un sistema de monitoreo de nivel de los tanques de emergencia de emcali telecomunicaciones, Valencia, c, Universidad Autonoma de occidente facultad de ingenieria departamento de automatica y electronica programa de ingenieria mecatronica,2013.

Telemetria Fase 2

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