sistema_automatico_de_riego

PROYECTO:


“SISTEMA AUTOMATICO DE RIEGO”


REPORTE DE PROYECTO PARA OBTENER EL TITULO DE:


TECNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRONICA.



PRESENTA:


GILBERTO GOMEZ YEPEZ



CD. REYNOSA TAMAULIPAS ABRIL 20

DEDICATORIA.


PRIMERO QUE NADA DEDICO MIS ESTUDIOS A MI SEÑOR DIOS QUE ME DA LA VIDA, LA FUERZA Y DE SU GRACIA PARA QUE MIS ESTUDIOS SEAN POSIBLES, AL IGUAL QUE ME HA DADO UNA FAMILIA QUE ME A APOYADO EN ESTA ETAPA DE MI VIDA COMO ESTUDIANTE. A MI FAMILIA DE IGUAL FORMA DEDICO ESTE TRABAJO A MIS PADRES QUE CON AYUDA DE DIOS ME HAN PODIDO APOYAR EN TODA MI VIDA.


AGRADECIMIENTOS.


Gracias Dios por haber entregado a tu hijo Jesucristo para salvarme, Gracias mi Señor Jesus por dar tu vida por mi, por que es solo Gracias a ti mi Señor Dios que e podido concluir con esta etapa de mi vida.
Gracias a mis padres Cleotilde Yépez Hernández y Humberto Gomez Torres por aporyarme siempre en los momentos dificiles y animarme siempre a seguir adelante.
Gracias a mis hermanos Cindy Minerva y Roberto Gómez Yépez por su apoyo.
Gracias a quienes fueron mis compañeros durante mi paso por la UTTN, a quienes fueron mis profesores y de quienes recibi el apoyo y la enseñanza necesaria para salir adelante en la carrera de Mecatrónica.


1. Introducción.

1.1. Antecedentes de la empresa.

La Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte en la ciudad de Reynosa Tamaulipas fue inagurada en Marzo del 2001 por el entonces gobernador del estado, Lic. Tomás Yarrington Ruvalcaba.

Por medio de la Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte, se oferta a los jovenes de Reynosa y regiones aledañas, alternativas más cercanas a sus espectativas de desarrollo, con la conjución de esfuerzos entre lo público y privado, para una educación congruente con los requerimientos productivos de esta región.

En la Universidad Tecnológica de Tamulipas Norte se cuenta con las siguientes opciones de carreras tecnológicas:

Administración y evaluación de proyectos.

Electricidad y Electrónica industrial.

Electrónica y Automatización.

Mantenimiento Industrial.

Mecatrónica.

Procesos de Producción.

Los alumnos al egresar de la UTTN obtienen el titulo de Técnico Superior Universitario (TSU) y así mismo son colocados en el sector laboral por medio de la Bolsa de Trabajo con la que cuenta la institución.

1.2. Anecedentes del problema.

La Universidad Tecnologica de Tamaulipas Norte cuenta con grandes extenciones de lo que podrian ser áreas verdes, por falta de presupuesto la mayor parte de estas se encuentran descuidadas y secas, en algunas áreas de la universidad se han sembrado arboles e incluso cesped, durando en buen estado muy poco tiempo pues en esta región las lluvias son escasas, por lo cual es necesario un Sistema Automático de Riego para el adecuado cuidado de las áreas verdes de la universidad, sin depender de personal que este al cuidado del encendido o apagado del sistema, obteniendo así una mejor administración de los recursos utilizados como lo son; la electricidad y el agua.

1.3. Definición del prolema.

La falta de personal o de un sistama encargado del riego de las áreas verdes, es la principal razón del descuido de estas. Por esta razón es necesario un sistema de Riego, que en este caso será automatizado al ser controlado por un PLC, así mismo se obtendrá ahorro y mejor aprovechamiento de los recursos utilizados en este sistema, ya que la activación del riego solo se efectuara en un tiempo determinado y solo por el tiempo necesario.

1.4. Justificación.

El contar con áreas verdes en buen estado contribuye a un mejor ambiente de trabajo tanto de los universitarios como del personal docente. Con este proyecto rescatamos nuestras áreas verdes, dando así vida en este caso, al jardin ubicado frente a Mecatrónica, entre el edificio 1 y laboratorios 1. Así mismo la institución cuenta con un área ecologica donde la conservación de esta se logra a través de la aplicación de un sistema Mecatronico.

1.5. Objetivo.

Mostrar que la Mecatrónica no solo se limita a la aplicación de tecnológia en sistemas automaticos para la industria, sino que se puede aplicar en cualquier ambito el cual deseemos optimizar, en este caso, en el ambito ecólogico dando vida a las plantas, administración de los recursos vitales. A la necesidad de un sistema de riego, se responde con la creación de un sistema que solo requiere de un solo encendido para realizar el riego por toda la semana. Este sistema esta basado en el uso del PLC, el cual activa y desactiva electro válvulas hidráulicas, y una bomba hidráulica, para el control del riego por secciones y tiempos especificados por medio de la programación del PLC.

1.6. Limitaciones.

Los recursos economicos, por supuesto siempre son la principal limitacion, ya sea para suplir las distintas piezas necesarias que componen el sistema en si, teniendo un limitando alcance, ya que a solo un jardín es beneficiado.

1.7. Delimitaciones.

Este sistema automatico de riego va dirigido al reverdecimiento del área verde localizada en el edificio de Mecatrónica, jardín ubicado entre los edificios y laboratorios numero 1, donde además de encontrarse el edificio de Mecatrónica, también se encuentran la oficina de rectoría.

2. Análisis de Fundamentos.

2.1. Origen y Antecedentes.

El cuidado de las áreas verdes es responsabilidad de todos, por esta razón, con la implementación de la Mecatrónica en el cuidado de los jardines ubicados en el edificio de la carrera de Mecatrónica de la Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte, se atiende la necesidad que existía, en el jardín mencionado anteriormente, de un sistema que bien coordinado se encargue del riego del jardín de Mecatrónica, con el correcto aprovechamiento de los recursos disponibles.

Por tal motivo se implementa como base del control de todo el sistema al PLC (Programmable Logic Controller por sus siglas en ingles), instrumento básico y esencial de la Mecatrónica, así como algunos otros elementos necesarios para el funcionamiento del sistema, como son: electroválvulas, bomba hidráulica, contactor, fuentes de voltaje de CD y CA, entre otros.

2.1. PLC

El PLC proviene de las siglas en ingles para Programmable logic controler, que traducido al español se entiende como “Controlador Lógico Programable”. Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuénciales en tiempo real. Por lo general es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales. (Imagen 2.1)
Imagen 2.1
Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones como las de detección y de mando, en las que se elaboran y envían datos de acción a los preaccionadores y accionadores.

Algunas de las ventajas de estos equipos, es que gracias a ellos es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte son de tamaño reducido y mantenimiento de bajo costo, además permiten ahorrar dinero en mano de obra y la posibilidad de controlar más de una maquina con el mismo equipo.

Su historia se remonta a finales de la década de 1960 cuando la industria buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución mas eficiente para remplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional.

Los PLC actuales pueden comunicarce con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

Existen varios lenguajes de programación, los mas utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, el cual consiste en una lista de instrucciones y programación por estados, se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener. Un lenguaje más reciente, preferido por los informáticos y electrónicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram) que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectadas entre sí.

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas, y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocolos que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

La industria automotriz es todavía una de las más grandes usuarias de PLC. Los PLC son utilizados en muchas diferentes industrias y máquinas tales como máquinas de empaquetado y de semiconductores. Algunas marcas con alto prestigio son ABB Ltd, Koyo, Honeywell, Siemens, Trend Controls, Schinerirder Electric, Omron, Rockwell (Allen-Bradley), General Electric, fraz max, Tesco Controls, Panasonic (Matsushita), Mitsubishi e Isi Matrix machines. También existe un rango de PLCs fabricado para aplicaciones en automotores, embarcaciones, ambulancias y sistemas móviles para el mercado internacional de SCM International Inc.

Los PLC manejas señales Analógicas y digitales.

Las señales digitales o discretas como los interruptores, son simplemente una señal de On/Off (1 ó 0, Verdadero o Falso, respectivamente). Los botones e interruptores son ejemplos de dispositivos que proporcionan una señal discreta. Las señales discretas son enviadas usando la tensión o la intensidad, donde un rango especifico corresponderá al On y otro rango al Off. Un PLC puede utilizar 24V de voltaje continuo en la E/S donde valores superiores a 22V representan un On, y valores inferiores a 2V representan Off. Inicialmente los PLC solo tenían E/S discretas.

Las señales analógicas son como controles de volúmenes, con un rango de valores entre 0 y el tope de la escala. Esto es normalmente interpretado con valores enteros por el PLC, con varios rangos de precisión dependiendo del dispositivo o del número de bits disponibles para almacenar los datos. Presión, temperatura, flujo, y peso son normalmente representados por señales analógicas. Las señales analógicas pueden usar tensión o intensidad con una magnitud proporcional al valor de la señal que se procesa.

Los PLC modulares tienen un limitado número de conexiones para la entrada y la salida. Normalmente, hay disponibles ampliaciones si el modelo base no tiene suficientes puertos E/S.

Los primero PLC, en la primera mitad de los 80, eran programados usando sistemas de programación propietarios o terminales de programación especializados, que a menudo tenían teclas de funciones dedicadas que representaban los elementos lógicos de los programas de PLC. Los programas eran guardado0s en cintas. Más recientemente, los programas PLC son escritos en aplicaciones especiales en un ordenador, y luego son descargados directamente mediante un cable o una red al PLC. Los PLC viejos usan una memoria no volátil (magnetic core memory) pero ahora los programas son guardados en una RAM con batería propia o en otros sistemas de memoria no volátil como las memorias flash.

La estructura básica de cualquier autómata programable es:

Fuente de alimentacion. Convierte la tensión de la red, 110 ó 220V ac a baja tensión de cc (24V por ejemplo) que es la que se utiliza como tensión de trabajo en los circuitos electrónicos que forma el autómata.

CPU. la Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Es el encargado de recibir órdenes del operario a través de la consola de programación y el módulo de entradas. Después las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas.
Módulo de entradas. aquí se unen eléctricamente los captadores ( interruptores, finales de carrera... ). La información que recibe la envía al CPU para ser procesada según la programación. Hay 2 tipos de captadores conectables al módulo de entradas: los pasivos y los activos.

Módulo de salida. Es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, motores pequeños...). La información enviada por las entradas a la CPU, cuando esta procesada se envía al módulo de salidas para que estas sean activadas (también los actuadores que están conectados a ellas). Hay 3 módulos de salidas según el proceso a controlar por el autómata: relés, triac y transistores.

Terminal de programación. La terminal o consola de programación es el que permite comunicar al operario con el sistema. Sus funciones son la transferencia y modificación de programas, la verificación de la programación y la información del funcionamiento de los procesos.

Periféricos. Ellos no intervienen directamente en el funcionamiento del autómata pero si que facilitan la labor del operario.

Las formas como los PLC intercambian datos con otros dispositivos son muy variadas. Típicamente un PLC puede tener integrado puertos de comunicaciones seriales que pueden cumplir con distintos estándares de acuerdo al fabricante. Estos puertos pueden ser de los siguientes tipos:
RS-232
RS-485
RS-422
Ethernet
Algunos ejemplos de aplicaciones para los PLC pueden ser los siguientes:

Maniobra de máquinas
Maquinaria industrial de plástico
Máquinas transfer
Maquinaria de embalajes
Maniobra de instalaciones
Señalización de control

2.2. Electroválvulas

Una electroválvula es un dispositivo diseñado para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. No hay que confundir la electroválvula con válvulas motorizadas, que son aquellas en las que un motor acciona el cuerpo de la válvula.

Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula.

Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento.

Las electroválvulas pueden ser cerradas en reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación.

Hay electroválvulas que en lugar de abrir y cerrar lo que hacen es conmutar la entrada entre dos salidas. Este tipo de electroválvulas a menudo se usan en los sistemas de calefacción por zonas lo que permite calentar varias zonas de forma independiente utilizando una sola bomba de circulación.

Imagen 2.2.1
A-Entrada
B-Diafragma
C-Cámara de presión
D-Conducto de vaciado de presión
E-Solenoide
F-Salida

En otro tipo de electroválvula el solenoide no controla la válvula directamente sino que el solenoide controla una válvula piloto secundaria y la energía para la actuación de la válvula principal la suministra la presión del propio fluido.

Las electroválvulas se usan mucho en la industria para controlar el flujo de todo tipo de fluidos.

2.3. Bomba hidráulica

Una bomba hidráulica es una maquina hidráulica generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser liquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernolli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de Arquímedes, descrito en el siglo III a.C.
Hay diferentes tipos de bombas según el funcionamiento. La principal clasificación de las bombas es según el funcionamiento en el cual se base:

Imagen 2.3.1 Bomba de lóbulos dobles, Bomba de engranajes, Bomba rotodinámica axial.
Bombas de desplazamientos positivos o volumétricos, en las que el principio de funcionamiento esta basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por la que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo.

2.4. Automatización.

La historia de la automatización industrial se caracteriza por períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se debe a que las técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos económicos mundiales.
El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (CAM), son la última tendencia y luego se cargaban en el robot, inicia así la automatización de los procesos de fabricación. Estas tecnologías conducen a la automatización industrial a otra transición, de alcances aún desconocidos.

Automatización y robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un concepto industrial se puede definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la producción. En consecuencia la robótica es una forma de automatización industrial.

Existen tres clases muy amplias de automatización industrial: automatización fija, automatización programable, y automatización flexible.

La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.

La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a las variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (software).

Por otra parte la automatización flexible es mas adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada.

Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y de manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora.

De los tres tipos de automatización, la robótica coincide más estrechamente con la automatización programable.

Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente el esquema más adecuado.
Los tipos de automatización son:

Control Automático de procesos
El Procesamiento Electrónico de Datos
La Automatización Fija
El Control Numérico Computarizado
La Automatización Flexible

El Control Automático de Procesos, se refiere usualmente al manejo de procesos caracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente químicos y físicos); un ejemplo de esto lo podría ser el proceso de refinación de petróleo.

El Proceso Electrónico de Datos frecuentemente es relacionado con los sistemas de información, centros de cómputo, etc. Sin embargo en la actualidad también se considera dentro de esto la obtención, análisis, y registros de datos a través de interfaces y computadores.

La Automatización fija, es aquella que asociada al empleo de sistemas lógicos tales como: los sistemas de relevadores y compuertas lógicas; sin embargo estos sistemas se han ido flexibilizando al introducir algunos elementos de programación como en el caso de los (PLC´s) o Controladores Lógicos Programables.

Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas de control numérico computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con éxito a Máquinas de Herramientas de Control Numérico (MHCN). Entre las MHCN podemos mencionar:

Fresadoras CNC
Tornos CNC
Máquinas de Electro erosionado
Máquinas de Corte por Hilo, etc.

El mayor grado de flexibilidad en cuanto a automatización se refiere es el de los robots industriales que en forma más genérica se les denomina como “Celdas de Manufactura Flexible”.

Generalidades del CNC

Actualmente existe un ambiente de grandes expectativas e incertidumbre. Mucho de esto se da por los rápidos cambios de la tecnología actual, pues estos no permiten asimilarla en forma adecuada de modo que es muy difícil sacar su mejor provecho. También surgen cambios rápidos en el orden económico y político los cuales en sociedades como la nuestra (países en desarrollo) inhiben el surgimiento de soluciones autóctonas o propias para nuestros problemas más fundamentales.

Entre todos estos cambios uno de los de mayor influencia lo será sin duda el desarrollo de las nuevas políticas mundiales de mercados abiertos y globalización. Todo esto habla de una libre competencia y surge la necesidad de adecuar nuestras industrias a fin de que puedan satisfacer el reto de los próximos años. Una opción o alternativa frente a esto es la reconversión de las industrias introduciendo el elemento de la automatización. Sin embargo debe hacerse en la forma más adecuada de modo que se pueda absorber gradualmente la nueva tecnología en un tiempo adecuado; todo esto sin olvidar los factores de rendimiento de la inversión y capacidad de producción.

Uno de los elementos importantes dentro de este resurgir de la automatización son las máquinas de herramientas de Control Numérico Computarizado, las cuales brindan algunas ventajas adicionales que son importantes que se consideren detenidamente.

Antes del siglo XX, la mayor parte de las tentativas de automatización resultaron un fracaso. Muchas de estas tentativas tropezaron con una fuerte oposición por parte de los trabajadores. Por ejemplo, en Inglaterra a principios del siglo XIX los Luddites destruyeron maquinaria textil como protesta por la reducción de salarios y el desempleo. Sin embargo, después de un siglo, la producción en masa se ha convertido en la esencia del modo de vida americano y ahora está pasando a ser el modo de vida universal.

Hoy en día también hay enemigos de la automatización, y no solamente en la clase trabajadora. Muchos responsables de ingeniería y fabricación están desconcertados ante la realidad de la computarización.

Aunque mucha gente usa el termino CAD/CAM para las estaciones gráficas, el nombre es un acrónimo derivado del Ingles Cmputer Aided Design y Computer Aided Manufacturing (Diseño Asistido por Computadora y Fabricación Asistida por Computadora). CAD/CAM son disciplinas distintas.

En realidad CAD/CAM es una unión entre numerosas disciplinas de ingeniería y fabricación. En una expresión más simple, es una comunicación computarizada y una función de diseño para y entre ingenieros de fabricación. Si lo llevamos a sus últimos extremos, podemos incluir en él casi todas las etapas de fabricación y gestión. En este caso quedarían incluidos el marketing, ofimática, contabilidad, control de calidad y casi todo aquello que pudiera tener relación con una base de datos centralizada. En general, podemos interpretar el prefijo CA como Asistido por Computador y sinónimo de automatización.

Algunas de las funciones más comunes del CAD son el modelado geométrico, análisis, prueba, delineación, y documentación. El CAM, por su parte incluye control numérico, robótica, planificación y control de fabricación. Ambas disciplinas están interrelacionadas por una base de datos común.

El concepto de tecnología de grupo a resultado de interés para muy distintas personas: ingenieros de diseño, ingenieros de fabricación, diseñadores y planificadores de procesos industriales e incluso agentes de compra. Permite al ingeniero un acceso inmediato a partes ya diseñadas similares a aquellas en las que se encuentran trabajando, de forma que no precisa rediseñarla. El ingeniero de diseño puede estudiar diseños previos y limitarse a menudo a hacer cambios en lugar de uno nuevo. Para el planificador de procesos industriales, los encaminamientos de las partes resultan mucho más fáciles. Los ingenieros de fabricación comprueban que los costos de estampación y fijado se recen, así como el tiempo de organización. La GT permite que el agente de compras consiga abaratamientos al poder adquirir un gran número de piezas iguales cada vez.