Gabriel Tobías García - Proyecto final de carrera

“Dispositivo de control
modular de procesos
fluido-térmicos Procon”
Peticionario: Universidad de La Rioja
Informantes: Gabriel Tobías García
Alumno de Ingeniería Industrial en Electrónica Industrial
Javier Rico Azagra (Director de proyecto)
Montserrat Gil Martínez (Directora del Proyecto)
Lugar y Fecha: Logroño a 20 de Julio del 2012

modular de procesos
DOCUMENTO Nº1
INDICE GENERAL
Montserrat Gil Martínez (Directora del Proyecto)

Dispositivo de control modular de procesos fluido-térmicos Procon
Indice Universidad de La Rioja
3
Gabriel Tobías García JUL-20 E.T.S.I.I.
INDICE
MEMORIA................................................................................................................... 13
1. INTRODUCCION.................................................................................................. 13
1.1 OBJETIVO Y ALCANCE............................................................................... 14
1.2 ANTECEDENTES .......................................................................................... 15
1.2.1 DISPOSITIVOS ....................................................................................... 15
1.2.2 CONOCIMIENTOS................................................................................. 15
1.3 ENUMERACION DE OBJETIVOS ESPECIFICOS...................................... 17
2. DESCRIPCION DEL PROCESO .......................................................................... 19
3. EQUIPOS DE PARTIDA....................................................................................... 20
3.1 MODULO 38-100............................................................................................ 20
3.2 MODULO 38-600............................................................................................ 23
3.3 MODULO 38-610............................................................................................ 25
4. NECESIDADES DEL PROCESO......................................................................... 27
4.1 CONVERSOR CORRIENTE-TENSION ....................................................... 29
4.1.1 OPCIONES EVALUADAS ..................................................................... 29
4.1.2 OPCION ESCOGIDA.............................................................................. 33
4.2 CONVERSOR TENSION-CORRIENTE ....................................................... 35
4.2.2 OPCION ESCOGIDA.............................................................................. 40
4.3 CONVERSOR TEMPERATURA-TENSION ................................................ 42
4.3.2 OPCION ESCOGIDA.............................................................................. 48
4.4 CONTROL DIGITAL ..................................................................................... 51
5. SOFTWARE ELEGIDO ........................................................................................ 54
6. ESQUEMA ELECTRONICO................................................................................ 55
6.1 TARJETAS CONTROL CIRCUITOS............................................................ 57
6.2 TARJETA CONTROLADORA DE TEMPERATURA Y NIVEL ................ 67
6.3 TARJETA DE CONTROL DIGITAL............................................................. 72
6.4 TARJETA CALEFACTOR - REFRIGERADOR........................................... 78
6.4.1 CALEFACTOR........................................................................................ 78

4
6.4.2 REFRIGERADOR ................................................................................... 91
6.5 TARJETA EXPANSORA ............................................................................... 96
6.6 ALIMENTACION........................................................................................... 99
6.7 CONTROL DE POTENCIA ......................................................................... 105
7. TARJETA DE ADQUISICION DE DATOS....................................................... 119
8. DISEÑO EXTERIOR........................................................................................... 121
8.1 PANEL FRONTAL ....................................................................................... 122
8.2 PANEL POSTERIOR.................................................................................... 123
8.2.1 CONECTORES JACK........................................................................... 126
8.2.2 CONECTORES DIN5............................................................................ 129
8.2.3 CONECTORES DIN7 PLACA 1 Y PLACA 2...................................... 132
8.2.4 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS......................................... 135
8.3 RESULTADO FINAL................................................................................... 140
ANEXOS ..................................................................................................................... 148
COMPONENTES......................................................................................................... 149
1.1 RCV420 ......................................................................................................... 151
1.2 AD694............................................................................................................ 161
1.3 LM741 ........................................................................................................... 175
1.4 LM35 ............................................................................................................. 184
1.5 2N2219A........................................................................................................ 197
1.6 TL431............................................................................................................. 205
1.7 HGTP12N60A4D .......................................................................................... 215
1.8 KBPC 1006......................................................................................................... 222
MANUAL DE USUARIO ........................................................................................... 224
2.1 PARTES DE LA CONSOLA DE MANDOS ............................................... 229
2.1.1 PANEL FRONTAL................................................................................ 229
2.1.2 PANEL POSTERIOR ............................................................................ 230
2.1 CONTROL DE SEÑALES DEL PANEL FRONTAL.................................. 231
2.1.1 TARJETAS CONTROL CIRCUITOS................................................... 232
2.1.2 CALEFACTOR Y REFRIGERADOR .................................................. 234
2.1.3 MANDO DIGITAL................................................................................ 236
2.1.4 SENSORES ............................................................................................ 236

5
2.2 CONEXIÓN DE LOS CONECTORES A PANEL POSTERIOR................ 238
2.3 SOLUCION DE PROBLEMAS.................................................................... 241
PAPER XXXIII............................................................................................................ 242
PLANOS ..................................................................................................................... 251
1. PLANOS DE PLACAS INTERNAS ................................................................... 251
2. PLANOS DEL EXTERIOR................................................................................. 268
PLIEGO DE CONDICIONES................................................................................. 272
1. DISPOSICIONES GENERALES ........................................................................ 272
1.1 OBJETO......................................................................................................... 272
1.2 PROPIEDAD INTELECTUAL..................................................................... 272
1.3 CONDICIONES GENERALES.................................................................... 272
1.4 NORMAS, LEYES Y REGLAMENTOS ..................................................... 273
2. DEFINICIÓN Y ALCANCE DEL PLIEGO DE CONDICIONES..................... 274
2.1 OBJETO DEL PLIEGO DE CONDICIONES .............................................. 274
2.2 DOCUMENTOS QUE DEFINE LAS OBRAS ............................................ 275
2.3 COMPATIBILIDAD ENTRE DOCUMENTOS .......................................... 276
3. CONDICIONES DE MATERIALES .................................................................. 276
3.1 CONDICIONES TECNICAS DE LOS MATERIALES............................... 276
3.1.1 RCV420.................................................................................................. 277
3.1.2 AD694 .................................................................................................... 277
3.1.3 LM741 .................................................................................................... 277
3.1.4 LM35 ...................................................................................................... 277
3.1.5 2N2219A ................................................................................................ 278
3.1.6 1N4007 ................................................................................................... 278
3.1.7 LM311 .................................................................................................... 278
3.1.8 BC558..................................................................................................... 278
3.1.9 LM358 .................................................................................................... 279
3.1.10 TL431 ..................................................................................................... 279
3.1.11 BT136..................................................................................................... 279
3.1.12 MOC3041............................................................................................... 279
3.1.13 LM7805, LM7810, LM7812 .................................................................. 279
3.1.14 CONECTOR SCPI 68 ............................................................................ 280

6
3.1.15 ZENER 12 VOLTIOS ............................................................................ 280
3.1.16 ZENER 10 VOLTIOS ............................................................................ 280
3.2 CONDICIONES TECNCIAS DE CIRCUITO IMPRESO ........................... 280
3.3 CONDICIONES TECNICAS DEL MATERIAL INFORMATICO............. 281
4. CONDICIÓN DE EJECUCIÓN Y MONTAJE................................................... 282
4.1 CONEXIONADO.......................................................................................... 282
4.2 CONDICIONES DE FABRICACION DE CIRCUITO IMPRESO ............. 282
4.3 PRUEBAS Y ENSAYO DE MONTAJES .................................................... 284
5. CONDICIONES DE MANTENIMIENTO.......................................................... 288
5.1 CONSERVACION ........................................................................................ 288
5.2 INICIALIZACION DEL EQUIPO................................................................ 288
6. EXCLUSIVIDAD DEL APARATO.................................................................... 289
7. CONDICIONES ECONOMICAS........................................................................ 290
7.1 ERRORES EN EL PROYECTO ................................................................... 290
7.2 JORNADAS Y SALARIOS .......................................................................... 290
8. DISPOSICION FINAL ........................................................................................ 291
PRESUPUESTO ........................................................................................................ 293
1. INTRODUCCION................................................................................................ 293
2. ESTADO DE MEDICIONES .............................................................................. 294
2.1 INTRODUCCION......................................................................................... 294
2.2 CAPITULO 1: RECURSOS MATERIALES................................................ 294
2.2.1 CONVERSOR CORRIENTE-TENSION.............................................. 294
2.2.2 CONVERSOR TENSION-CORRIENTE.............................................. 294
2.2.3 CONVERSOR TEMPERATURA-TENSION....................................... 294
2.2.4 TARJETA CIRCUITO CALEFACTOR................................................ 294
2.2.5 TARJETA CIRCUITO DEPOSITOS .................................................... 295
2.2.6 TARJETA CIRCUITO PRODUCTOS .................................................. 295
2.2.7 TARJETA TEMPERATURA Y NIVEL ............................................... 295
2.2.8 TARJETA DIGITAL.............................................................................. 295
2.2.9 TARJETA CALEFACTORA Y REFRIGERADORA .......................... 296
2.2.10 TARJETA EXPANSORA...................................................................... 296
2.2.11 DISEÑO Y CABLEADO....................................................................... 296

7
2.2.12 ALIMENTACION ................................................................................. 298
2.2.13 CONTROL DE POTENCIA .................................................................. 298
2.3 CAPITULO 3: RECURSOS HUMANOS..................................................... 298
2.3.1 DISEÑO EXTERIOR............................................................................. 298
2.3.2 DISEÑO Y REALIZACION DE CIRCUITOS ..................................... 298
2.3.3 BUSQUEDA DE INFORMACION Y REDACCION DEL
DOCUMENTO..................................................................................................... 299
3. PRESUPUESTO PARCIAL DE EJECUCION DE MATERIAL ....................... 300
3.1 INTRODUCCION......................................................................................... 300
3.2.1 CONVERSOR CORRIENTE-TENSION.............................................. 300
3.2.2 CONVERSOR TENSION-CORRIENTE.............................................. 300
3.2.3 CONVERSOR TEMPERATURA-TENSION....................................... 301
3.2.4 TARJETA CIRCUITO CALEFACTOR................................................ 301
3.2.5 TARJETA CIRCUITO DEPOSITOS .................................................... 301
3.2.6 TARJETA CIRCUITO PRODUCTO .................................................... 302
3.2.7 TARJETA TEMPERATURA Y NIVEL ............................................... 302
3.2.8 TARJETA CONTROL DIGITAL.......................................................... 302
3.2.9 TARJETA CALEFACTORA Y REFRIGERADORA .......................... 303
3.2.10 TARJETA EXPANSORA...................................................................... 304
3.2.11 DISEÑO Y CABLEADO....................................................................... 304
3.2.12 ALIMENTACION ................................................................................. 305
3.2.13 CONTROL POTENCIA ........................................................................ 306
3.3.1 DISEÑO EXTERIOR............................................................................. 306
3.3.2 DISEÑO Y REALIZACION DE CIRCUITOS IMPRESOS................. 306
3.3.3 BUSQUEDA DE INFORMACION Y REDACCION DEL
DOCUMENTO..................................................................................................... 307
4. PRESUPUESTO TOTAL DE EJECUCION DE MATERIAL ........................... 308
4.3 PRESUPUESTO TOTAL.............................................................................. 308

8
IMÁGENES
Figura 3-1 Esquema módulo 38-100 ..........................................................................................................20
Figura 3-2 Fotografía módulo 38-100 ........................................................................................................21
Figura 3-3 Indicador visual de flujo ...........................................................................................................22
Figura 3-4 Esquema módulo 38-600 ..........................................................................................................23
Figura 4-1 Diseño basado en amplificadores..............................................................................................29
Figura 4-2 Amplificador de transresistencia 1............................................................................................30
Figura 4-3 Amplificador de transresistencia 2............................................................................................31
Figura 4-4 RCV420....................................................................................................................................32
Figura 4-5 Circuito RCV420......................................................................................................................33
Figura 4-6 Circuito conversor corriente tensión.........................................................................................34
Figura 4-7 Amplificador ganancia 2...........................................................................................................34
Figura 4-8 Diseño con operacionales .........................................................................................................37
Figura 4-9 Circuito con masa flotante ........................................................................................................37
Figura 4-10 Circuito con masa normal.......................................................................................................38
Figura 4-11 AD694 ....................................................................................................................................40
Figura 4-12 Tabla posibles entradas salidas AD694 ..................................................................................40
Figura 4-13 Circuito para ajuste AD694 ....................................................................................................41
Figura 4-14 Circuito conversor Tensión corriente......................................................................................42
Figura 4-15 NTC ........................................................................................................................................43
Figura 4-16 Variación de la resistencia de una NTC con la temperatura ...................................................44
Figura 4-17 Puente Wheastone...................................................................................................................44
Figura 4-18 PT100......................................................................................................................................45
Figura 4-19 Tabla valores resistencia/ temperatura....................................................................................45
Figura 4-20 Circuito conversor XTR105....................................................................................................46
Figura 4-21 Grafica valores resistencias variables según temperatura.......................................................46
Figura 4-22 Circuito para el XTR105.........................................................................................................47
Figura 4-23 LM35 ......................................................................................................................................47
Figura 4-24 Grafica relación tensión/temperatura......................................................................................48
Figura 4-25 Conexión LM35......................................................................................................................49
Figura 4-26 LM741 ....................................................................................................................................49
Figura 4-27 Amplificador ganancia 10.......................................................................................................50
Figura 4-28 Conexionado LM35................................................................................................................50
Figura 4-29 LM7805 ..................................................................................................................................51
Figura 4-30 Circuito de control digital.......................................................................................................52
Figura 4-31 Zócalo del relé y relé utilizados..............................................................................................52
Figura 4-32 Transistor 2N2219A Figura 4-33 Diodo 1N4007 utilizado ............................................53
Figura 5-1 Logo Desing Spark ...................................................................................................................54
Figura 6-1 Servoválvula .............................................................................................................................57
Figura 6-2 Caudalímetro utilizado..............................................................................................................58
Figura 6-3 Selector utilizado en todos los procesos ...................................................................................58
Figura 6-4 Conexiones del selector ............................................................................................................59
Figura 6-5 LM7810 ....................................................................................................................................60
Figura 6-6 Potenciómetro multivuelta y Dial .............................................................................................60
Figura 6-7 Patillas del potenciómetro utilizado..........................................................................................60
Figura 6-8 Forma interna del potenciómetro..............................................................................................61
Figura 6-9 Zener regulador de la entrada. ..................................................................................................62
Figura 6-10 Grafica regulación del Zener de entrada.................................................................................62

9
Figura 6-11 Circuito regulador del Zener...................................................................................................63
Figura 6-12 Grafica tensión de entrada y tiempo que tarda en quemarse la resistencia .............................63
Figura 6-13 Conector 20 pines ...................................................................................................................64
Figura 6-14 Esquema de las tarjetas de control de circuitos......................................................................65
Figura 6-15 Tarjeta control circuitos en 3D ...............................................................................................66
Figura 6-16 PCB tarjeta control circuitos...................................................................................................66
Figura 6-17 Tarjeta Control tarjeta control circuitos..................................................................................66
Figura 6-18 Esquema conexionado LM35 .................................................................................................67
Figura 6-19 Fotografía maqueta 38-100 con detector de nivel y boya de seguridad..................................68
Figura 6-20 Circuito detector de nivel........................................................................................................68
Figura 6-21 Esquema electrónico tarjeta temperatura y nivel ....................................................................70
Figura 6-22 Tarjeta temperatura y nivel en 3D ..........................................................................................71
Figura 6-23 Diseño en PCB tarjeta temperatura y nivel.............................................................................71
Figura 6-24 Tarjeta temperatura y nivel.....................................................................................................71
Figura 6-25 Electroválvula.........................................................................................................................72
Figura 6-26 Bomba.....................................................................................................................................72
Figura 6-27 Interruptores utilizados ...........................................................................................................73
Figura 6-28 Esquema Tarjeta control digital..............................................................................................76
Figura 6-29 Tarjeta control digital en 3D..................................................................................................77
Figura 6-30 Diseño en PCB Tarjeta control digital....................................................................................77
Figura 6-31 Tarjeta control digital..............................................................................................................77
Figura 6-32 Calefactor a controlar..............................................................................................................79
Figura 6-33 Señal Triangular......................................................................................................................80
Figura 6-34 Señal Dientes de Sierra...........................................................................................................80
Figura 6-35 Generación de Señal Triangular..............................................................................................82
Figura 6-36 Etapa 1 Amplificación ............................................................................................................82
Figura 6-37 Etapa 2 Amplificación ............................................................................................................83
Figura 6-38 Reducción de Potencia............................................................................................................84
Figura 6-39 Comparación de Señales.........................................................................................................85
Figura 6-40 Esquema funcionamiento Optoacoplador...............................................................................86
Figura 6-41 Señales del Circuito ................................................................................................................86
Figura 6-42 Esquema Circuito PWM.........................................................................................................87
Figura 6-43 Fotografía potenciómetro termostato......................................................................................88
Figura 6-44 Circuito del Termostato ..........................................................................................................88
Figura 6-45 TL431 .....................................................................................................................................89
Figura 6-46 Patillas LM358........................................................................................................................90
Figura 6-47 Circuito del termostato............................................................................................................90
Figura 6-48 Circuito del refrigerador .........................................................................................................91
Figura 6-49 Refrigerador a controlar..........................................................................................................91
Figura 6-50 Circuito de la tarjeta del Calefactor y Refrigerador................................................................94
Figura 6-51 Tarjeta del Calefactor y Refrigerador en 3D...........................................................................94
Figura 6-52 Diseño en PCB tarjeta del Calefactor y Refrigerador.............................................................95
Figura 6-53 Tarjeta Calefactor y Refrigerador ...........................................................................................95
Figura 6-54 Formato de la tarjeta expansora ..............................................................................................96
Figura 6-55 Diseño electrónico tarjeta expansora ......................................................................................97
Figura 6-56 Tarjeta Expansora en 3D.........................................................................................................98
Figura 6-57 Cara superior Tarjeta Expansora.............................................................................................98
Figura 6-58 Fotografía tarjeta expansora....................................................................................................98
Figura 6-59 Fuente de alimentación de 24v .............................................................................................102
Figura 6-60 Fuente de alimentación de ±15v ...........................................................................................103
Figura 6-61 Conector alimentación de las placas.....................................................................................103

10
Figura 6-62 Esquema conexiones placa alimentaciones...........................................................................104
Figura 6-63 Placa Alimentaciones en 3D.................................................................................................104
Figura 6-64 Fotografía placa alimentaciones ...........................................................................................104
Figura 6-65 Grafica Control por fase (P/V)..............................................................................................106
Figura 6-66 Grafica Control por ciclos (P/V)...........................................................................................107
Figura 6-67 Control de Continua..............................................................................................................107
Figura 6-68 Rectificación y Filtrado ........................................................................................................109
Figura 6-69 Esquema conexionado control de potencia...........................................................................111
Figura 6-70 Potencia al 10% ....................................................................................................................111
Figura 6-71 Potencia al 100% ..................................................................................................................112
Figura 6-72 Red RC Snubber ...................................................................................................................113
Figura 6-73 Modelo Térmico ...................................................................................................................114
Figura 6-74 Grafica R.C-D.......................................................................................................................115
Figura 6-75 Disipador utilizado................................................................................................................116
Figura 6-76 Ventilador incorporado.........................................................................................................116
Figura 6-77 Esquema Circuito de Potencia ..............................................................................................116
Figura 6-78 Esquema electrónico tarjeta control de potencia...................................................................117
Figura 6-79 Tarjeta de potencia 3D..........................................................................................................118
Figura 6-80 Tarjeta de potencia................................................................................................................118
Figura 6-81 Fotografía tarjeta control de potencia ...................................................................................118
Figura 7-1 PCI 6229.................................................................................................................................119
Figura 7-2 Conexiones PCI 6229 .............................................................................................................120
Figura 7-3 Componentes necesarios para la PCI6229..............................................................................120
Figura 8-1 Caja sin montar.......................................................................................................................121
Figura 8-2 Chapa delantera mecanizada...................................................................................................122
Figura 8-3 Conector DIN5........................................................................................................................123
Figura 8-4 Conector DIN7........................................................................................................................124
Figura 8-5 Conector JACK de 3 y 2 conexiones ......................................................................................125
Figura 8-6 Conector de red.......................................................................................................................125
Figura 8-7 Conectores para la tarjeta de adquisición de datos..................................................................125
Figura 8-8 Esquema conexiones placa conectores JACK.........................................................................127
Figura 8-9 Placa conectores JACK en 3D ...............................................................................................127
Figura 8-10 Placa conectores JACK........................................................................................................128
Figura 8-11 Placa conectores JACK.........................................................................................................128
Figura 8-12 Conexionado Sensores de temperatura .................................................................................129
Figura 8-13 Conexionado Termostato......................................................................................................129
Figura 8-14 Conexionado boya ................................................................................................................130
Figura 8-15 Diseño placa conectores DIN5..............................................................................................130
Figura 8-16 Placa conectores DIN5 3D....................................................................................................131
Figura 8-17 PCB Placa conectores DIN5................................................................................................131
Figura 8-18 Placa conectores DIN5..........................................................................................................131
Figura 8-19 Conexiones conector DIN7...................................................................................................132
Figura 8-20 Diseño placa conectores DIN7 placa 1 y placa 2..................................................................133
Figura 8-21 PCB placa conectores DIN7 3D ...........................................................................................133
Figura 8-22 PCB placa conectores DIN7 placa 1 y 2...............................................................................134
Figura 8-23 Tarjeta conectores DIN7.......................................................................................................134
Figura 8-24 Conexiones placa T.A.D. 1...................................................................................................135
Figura 8-25 Conexiones placa T.A.D. 2...................................................................................................136
Figura 8-26 Selector Salida Analógica.....................................................................................................137
Figura 8-27 Esquema de las placas de T.A.D...........................................................................................138
Figura 8-28 Placa1 y placa 2 T.A.D en 3D...............................................................................................138

11
Figura 8-29 Placa 1 y placa 2 T.A.D ........................................................................................................139
Figura 8-30 Placa T.A.D. .........................................................................................................................139
Figura 8-31 Fotografía Panel Frontal .......................................................................................................140
Figura 8-32 Fotografía selector y logo UR...............................................................................................140
Figura 8-33 Fotografía tarjetas de Circuitos.............................................................................................141
Figura 8-34 Fotografía borneros...............................................................................................................141
Figura 8-35 Fotografía tarjetas .................................................................................................................142
Figura 8-36 Fotografía panel posterior.....................................................................................................142
Figura 8-37Fotografia conexiones Electroválvulas ..................................................................................143
Figura 8-38 Fotografía conectores Tarjeta de adquisición de datos .........................................................143
Figura 8-39 Fotografía actuadores y sensores ..........................................................................................143
Figura 8-40 Fotografía sensores ...............................................................................................................144
Figura 8-41 Fotografía conectores de alterna ...........................................................................................144
Figura 8-42 Fotografía interior del modulo..............................................................................................145
Figura 8-43 Fotografía placas del panel posterior ....................................................................................145
Figura 8-44 Fotografía tarjetas panel frontal............................................................................................146
Figura 8-45 Fotografía canaleta................................................................................................................146
Figura 8-46 Cableado unido con bridas....................................................................................................147
Figura 8-47 Fotografía ventilador y radiador ...........................................................................................147
TABLA DE CONEXIONES
Tabla 6-1 Conexiones alimentación tarjeta control circuitos (Conector de 5)...........................................64
Tabla 6-2 Conexiones bus control tarjeta control circuitos (Conector de 20) ............................................64
Tabla 6-3 Conexiones bus datos tarjeta control circuitos (Conector de 8)................................................65
Tabla 6-4 Conexiones alimentación tarjeta temperatura y nivel (Conector de 5).......................................69
Tabla 6-5 Conexiones bus control tarjeta temperatura y nivel (Conector de 8) .........................................69
Tabla 6-6 Conexiones bus datos tarjeta temperatura y nivel (Conector de 20) .........................................70
Tabla 6-7 Conexiones alimentación tarjeta control digital (Conector de 5)...............................................74
Tabla 6-8 Conexiones alimentación 220v tarjeta control digital (Conector de 2)......................................74
Tabla 6-9 Conexiones alimentación 220v para bomba 1 tarjeta control digital (Conector de 2)................75
Tabla 6-10 Conexiones alimentación 220v para bomba 2 tarjeta control digital (Conector de 2)..............75
Tabla 6-11 Conexiones bus control1 tarjeta control digital (Conector de 20)............................................75
Tabla 6-12 Conexiones bus control2 tarjeta control digital (Conector de 8)..............................................75
Tabla 6-13 Conexiones bus datos tarjeta control digital (Conector de 20).................................................76
Tabla 6-14 Conexiones alimentación tarjeta Calefactor y refrigerador (Conector de 5)............................92
Tabla 6-15 Conexiones bus control tarjeta Calefactor y Refrigerador (Conector de 20) ...........................92
Tabla 6-16 Conexiones bus datos tarjeta Calefactor y Refrigerador (Conector de 8) ................................93
Tabla 6-17 Conexiones tarjeta Calefactor y Refrigerador y Control de Potencia (Conector de 8).............93
Tabla 6-18 Conexiones alimentación 220v para control de potencia (Conector de 2) .............................117
Tabla 6-19 Conexiones carga calefactor para control de potencia (Conector de 2) .................................117
Tabla 6-20 Conexiones condensador para control de potencia (Conector de 2)......................................117
Tabla 6-21 Conexiones datos para control de potencia (Conector de 8) ..................................................117
Tabla 8-1 Conector placa conectores Jack (Conector de 5)......................................................................127
Tabla 8-2 Conexiones conectores Din5 (Conector de 20)........................................................................130
Tabla 8-3 Conexiones conector Din7 placa 1 (Conector de 5)................................................................132
Tabla 8-4 Conexiones conector Din7 placa 2 (Conector de 5).................................................................133
Tabla 8-5 Conexiones placa T.A.D. 1 (Conector de 20) ..........................................................................135
Tabla 8-6 Conexiones placa T.A.D. 2 (Conector de 20) ..........................................................................136

modular de procesos
DOCUMENTO Nº2
MEMORIA

Memoria Universidad de La Rioja
13
MEMORIA
1. INTRODUCCION
El objeto principal del presente proyecto “Dispositivo de control modular de
procesos fluido-térmicos Procon” es la obtención del título de Ingeniero Técnico
Industrial Especialidad en Electrónica Industrial por parte de la Universidad de la Rioja.
El proyecto surge debido a la necesidad de controlar una serie de sensores y
actuadores encontrados en las plantas PROCON 38-100, 38-600 y 38-610. Las señales
del proceso no son controlables con las herramientas hardware disponibles. Para
solucionar este problema se realiza el diseño y desarrollo de un interface que permite
acondicionar las señales generadas por los siguientes sensores y actuadores:
Servoválvulas
Sensores de temperatura
Electroválvulas
Caudalímetros
Calefactor
Refrigerador
Detector de nivel.
Todos estos circuitos de adaptación de señales estarán englobados dentro de una
consola de mandos y organizados en tarjetas separadas para poder realizar un mejor
mantenimiento y conexionado de las mismas a los diferentes sensores y actuadores. De
esta forma el diseño será modular y más compacto.

14
1.1 OBJETIVO Y ALCANCE
El objetivo de este proyecto es el diseño e implementación de un dispositivo de
control modular encargado del gestionar los dispositivos incorporados en las maquetas
educativas PROCON. Estos equipos de laboratorio representan procesos de
nivel/caudal/temperatura a escala de laboratorio. Todos los elementos empleados por el
dispositivo de control estarán englobados dentro de una caja de policarbonato
adecuadamente serigrafiada, que actuara como panel de operación.
Para lograr este objetivo principal deberemos abordar una serie de objetivos
secundarios:
- Diseño y desarrollo de conversor tensión-corriente
- Diseño y desarrollo de conversor corriente-tensión
- Diseño y desarrollo de conversor ac-dc
- Diseño y desarrollo de interface hombre-maquina
- Diseño y desarrollo de estructura modular
- Chasis
- Distribucón de señales
- Control de elementos digitales
- Completa esta lista con lo que consideres oportuno
Para la realización de montajes y pruebas de montaje se utilizará, si es necesario,
los laboratorios de Taller Electrónico así como el Laboratorio de Electrónica I para el
desarrollo de fotolitos.
En resumen, el objetivo es construir una consola de mandos desde la cual se
regulen las señales de las plantas PROCON disponibles en el laboratorio. Dichas
señales, dependiendo de su naturaleza, podrán ser modificadas desde un PC, desde
equipos externos o de forma manual mediante elementos de actuación hombre-máquina.
Finalizado el proyecto el equipo será entregado de forma totalmente funcional y listo
para ser empleado en las plantas reales. Los acabados serán realizados de forma que el
prototipo presente un aspecto similar a los equipos comercializados de similares
características.

15
1.2 ANTECEDENTES
Hay de destacar 2 partes importantes, los dispositivos sobre los que se van a
realizar las técnicas de control y se va a actuar sobre los sensores y actuadores, y las
asignaturas de las cuales previamente hemos adquirido unos conocimientos durante los
cursos de los cuales consta la carrera.
1.2.1 DISPOSITIVOS
La consola de mandos diseñada será la encargada de realizar la gestión de los
equipos de laboratorio comercializados por Feedback, disponibles en el laboratorio
L111 de la Universidad de La Rioja.
Módulo 38-100 Proceso de Nivel/Caudal
Módulo 38-600 Proceso Térmico
Módulo 38-610 Refrigerador complementario para la planta 38-600
Estos tres equipos permiten múltiples configuraciones en función del tipo de
interconexión seleccionada y de la estrategia de control aplicable. El equipo
desarrollado deberá ser capaz de trabajar en cualquiera tipo de configuración,
garantizando un funcionamiento adecuado en todos los casos.
1.2.2 CONOCIMIENTOS
Para empezar a desarrollar este proyecto previamente se han necesitado adquirir
una serie de conocimientos de diferentes materias que influirán de manera importante en
la toma de decisiones del diseño. Cabe destacar las siguientes materias:
Regulación Automática I y II
Instrumentación electrónica I y II
Electrónica Analógica
Tecnología Electrónica I y II
Electrónica de Potencia
Oficina Técnica
Regulación Automática I y II
De estas dos asignaturas tendré muy en cuenta los conocimientos de las teóricas
de control y de los tipos de sistemas. Estas asignaturas son claves ya que se han
adquirido conocimientos para el control de procesos y la realización de pruebas

16
experimentales, ya que principalmente se realizaran en aplicación como MATLAB y
SIMULINK.
Instrumentación Electrónica I y II
De estas asignaturas he aprendido a elegir los sensores que existen en el
mercado, sus características y los circuitos de acondicionamiento de señal para
resistencias dependientes de la temperatura. También necesitare tener muy en cuenta
todo lo aprendido de las tarjetas de adquisición de datos.
Electrónica Analógica
La materia de esta asignatura me ayudará a convertir las señales procedentes de
los sensores y adecuarlas a mi gusto para poder tratarlas de la manera más sencilla
mediante amplificadores de ganancia y también convertidores corriente-tensión como
convertidores tensión-corriente.
Tecnología Electrónica I y II
De estas asignaturas se han obtenido los conocimientos para el diseño y montaje
de placas de circuito impreso, así como de su correcto funcionamiento y colocación de
componentes.
Electrónica de Potencia
Debido a que el calefactor funciona con la tensión de red, es necesario realizar
un circuito que linealice dicha tensión, para ello ha sido clave esta asignatura, ya que sin
ella no habríamos adquirido los conocimientos necesarios para su ejecución.
Oficina Técnica
Para la creación de la documentación se necesitara esta asignatura en lo que se
refiere a su constitución, el orden de documentos, la información que contempla en cada
uno de ellos, etc. Las responsabilidades del diseño del proyecto y el valor contractual de
la documentación se han estudiado en esta asignatura.

17
1.3 ENUMERACION DE OBJETIVOS ESPECIFICOS
Los objetivos a conseguir son la creación individual de varios conversores, que
de forma conjunta o aislada, nos permitan la interacción con los sensores y actuadores
disponibles en las plantas PROCON. Dicha realización nos permitirá poder hacer un
control lineal sobre los elementos de los cuales constan los módulos PROCON. Dichos
conversores y controladores son:
Conversor Tensión – Corriente
Dicho conversor será el principal encargado de transformar los datos de entrada
en forma de tensión de 0 a 10v en corriente para poder actuar en las servoválvulas
disponibles. También es el encargado de pilotar sobre el refrigerador ya que tanto las
servoválvulas como el refrigerador operan de 4 a 20mA.
Conversor Corriente- Tensión
Este conversor es el encargado de hacer entendible las señales procedentes tanto
de los módulos conversores de pulso a corriente como del detector de nivel. Puesto que
la salida de estos sensores es de 4 a 20mA, se necesita una conversión a tensión
entendible para el usuario.
Conversor Temperatura – Tensión
Gracias a los sensores de temperatura, podemos saber con exactitud la
temperatura del fluido en los puntos estratégicos de las maquetas. Dicha temperatura
hace falta convertirla a tensión para un correcto manejo del calefactor o refrigerador.
Hay que elegir un sensor de temperatura óptimo que sea lineal y una vez elegido
transformar los valores de salida del mismo en tensión de 0v a 10v que sea lineal con
0ºC a 100ºC.
Control digital
Debido a que las Electroválvulas operan con 24v y las Bombas con 220v, es
necesaria la implementación de una tarjeta que se encargue del control de ambas
mediante relés. Dichos relés serán los encargados de permitir la conmutación de estados
de dichos actuadores. Puesto que desde el PC las tensiones máximas son de 10 voltios,
hay que acondicionar la señal de alguna manera para que la tensión de control sea
inferior a 10v y consiga pilotar los 220v en alterna o los 24v de continua.

18
Control del calefactor
Dicho calefactor opera con 220v, si bien es cierto que se puede controlar con un
relé como en el apartado de control digital, lo que se pretende en este caso es un control
lineal, y un relé no lo es ya que solo deja realizar un calentamiento de todo o nada.
Mediante la creación de una tarjeta especializada en el calefactor, se pretende un
control lineal de la potencia a aportarle al mismo. De esta forma se podrá controlar la
temperatura a la cual se quiere el fluido desde un 0% a un 100% de la misma.
Además de esto un sensor de temperatura deberá cortar la alimentación del
calefactor una vez llegados a los 70ºC, para evitar quemaduras en quien controle el
dispositivo.

19
2. DESCRIPCION DEL PROCESO
Se necesita crear una consola de mandos la cual englobe en slots todas las
tarjetas de regulación del conjunto de plantas PROCON para poder controlarlo mediante
una tarjeta de adquisición de datos desde el ordenador o desde el exterior de la maqueta
manualmente mediante diferentes formas (Interruptores, Potenciómetros o bornas de
entrada de tensión)
Se ha tomado la decisión de hacerlo en slots para de esta forma poder unir todas
las placas cómodamente a la consola, y así poder realizar mejor el conexionado a la
misma. También esta organización solventara los posibles problemas de mantenimiento
ya que como cada placa tiene un área de funcionamiento diferente, si una fallara sería
mucho más fácil la reparación de la misma ya que soltarla sería muy sencillo por estar
cada placa unida con buses de datos con tomas rápidas.
Además de la organización en tarjetas independientes para cada proceso, estas
deberán ir fijadas al panel frontal de forma que vista la consola desde arriba se puedan
ver las tarjetas de perfil, haciendo que la refrigeración de las mismas sea sencillo.
Por otro lado los conectores del panel posterior deben ir en placas para reducir el
cableado de los terminales de cada conector, haciendo la maqueta más intuitiva y
agradable a la vista una vez abierta.
El mantenimiento de la misma es muy importante, para ello se tratara de
espaciar las tarjetas al máximo y reducir el cableado individual al máximo, haciendo
que todo el cableado valla en buses para poder seguir las señales entre las diferentes
tarjetas.
Por otro lado todas las tarjetas deben ir fijadas mediante tornillería al panel
frontal, posterior o al fondo de la maqueta cuando proceda, para evitar daños internos
cuando se transporte.

20
3. EQUIPOS DE PARTIDA
3.1 MODULO 38-100
Esta planta engloba:
3 Electroválvulas
1 Servoválvula
1 Detector de nivel
1 Caudalímetro
Figura 3-1 Esquema módulo 38-100

21
Figura 3-2 Fotografía módulo 38-100
Características:
Sistema autónomo.
Utilización de agua para el proceso.
Contiene sensores de nivel, flujo e indicadores.
Flujo controlado por una única.
Bomba centrífuga de 5 litros / min.
ON / OFF y control proporcional.
Señales estándar de 4-20mA
P, PI y PID completo con instalación de autoajuste.
Descripción:
Dicha maqueta se basa en el sistema básico de procesos de PROCON. Este es un
sistema de circuito único, usando agua como fluido de proceso, que permite el estudio
de los principios de control de procesos utilizando un nivel de líquido y las tasas de
flujo como las variables de proceso a ser controlados.

22
Este sistema de control incluye:
Procesos básicos.
Proceso de Interfaz.
Controlador de Proceso.
Sensor de nivel.
Sensor de flujo.
Módulo de visualización digital.
Descubrimiento de software.
El sistema consta de un circuito de agua completamente autónomo, de baja
presión que fluye apoyado en un panel montado en un banco, lo que es adecuado para el
trabajo individual del estudiante, o para la demostración de grupo.
El circuito incluye:
Sumidero del tanque.
Bomba de circulación.
Indicación visual de flujo.
Electroválvula.
3 válvulas de solenoide.
4 válvulas manuales.
Sensor de flujo.
Sensor de nivel.
Figura 3-3 Indicador visual de flujo

23
3.2 MODULO 38-600
2 Caudalímetros
4 Sensores de temperatura
1 Servoválvula
Figura 3-4 Esquema módulo 38-600

24
Características:
Sistema dual de funcionamiento en mesa.
El agua utilizada como fluido de proceso.
Puede ser operado desde el suministro de agua de la red o conectado a nivel
PROCON / Sistema de Flujo de Control de Procesos.
Temperatura monitorizada por cinco sensores en los circuitos primario y
secundario.
Detección de flujo.
El flujo del circuito primario es controlado por electroválvula.
Calentador del circuito primario y con bomba.
Circuito de refrigeración por ventilador.
P, PI y PID completo con instalación de autoajuste.
Señales estándar de 4-20mA
Se puede acoplar a la Plataforma de nivel / flujo para el control de doble
lazo.
Descripción:
El sistema PROCON de temperatura se basa en el en el proceso de
temperatura. Este es un sistema de circuito dos, usando agua como fluido de proceso,
que permite el estudio de los principios de proceso de control utilizando circuito
primario y secundario las temperaturas como las variables de proceso a ser controlado.
Este sistema de control incluye:
Proceso de calentamiento de agua.
Proceso de Interfaz.
Controlador de Proceso.
Temperatura del paquete de sensores.
Paquete de control de temperatura auxiliar.
Módulo de visualización digital.
Descubrimiento de software.

25
3.3 MODULO 38-610
1 Sensor de Temperatura
1 Bomba
1 Refrigerador
En este caso la utilización de un esquema no es realmente importante ya que
dicho módulo no contiene excesivos elementos que no se puedan ver en la imagen.
Este equipo está diseñado para ser utilizado como intercambiador de temperatura
entre el modulo elevador de temperatura y el módulo de nivel y flujo, para mantener la
temperatura uniforme en el conjunto de maquetas.
Características:
Sistema de refrigeración básico.
Uso como un enfriador controlado manualmente
Control de temperatura mediante la variación de la velocidad del ventilador
Control de la temperatura mediante la variación de velocidad de la bomba
El módulo 38-610 es una unidad de enfriamiento de aire forzado diseñado para
extender el rango de operación de las maquetas.

26
Consiste en una bomba eléctrica con ventilador y el radiador para enfriar el agua
circulante. La unidad puede ser cargada inicialmente a través del depósito de cabecera
que deberá mantenerse situado hacia arriba para evitar la entrada de aire.
Hay dos señales que pueden aplicarse para controlar el grado de enfriamiento.
La velocidad del ventilador puede ser controlada mediante el control de una corriente
de 4-20mA en la parte superior con un conector DIN de la sección de control. Y por
otro lado la velocidad de la bomba puede ser similarmente controlada con una señal de
4-20mA a través del conector adyacente del módulo DIN.
La velocidad de la bomba y el ventilador están controlados a través de circuitos
de fase controlada, comando como entrada la señal de 4-20mA. Alternativamente el
ventilador y la bomba pueden ser ajustados para el rango de velocidades, en nuestro
caso se podrán regular al unísono.

27
4. NECESIDADES DEL PROCESO
Los sensores y actuadores del proceso trabajan en corriente, a excepción de los
sensores de temperatura, que es el modo habitual de la transmisión de señales, mientras
que la tarjeta de adquisición de datos instalada en el PC solo permite la lectura y
escritura por tensión. De este modo se necesita diseñar un interfaz que transforme las
corrientes en tensión y viceversa.
Puesto que los módulos exteriores son insuficientes para la conversión de todas
las señales que engloban las maquetas, será necesaria la creación de tarjetas que
convierta estas señales. Para realizar una conexión completa se ha optado por diseñar
un conversor de señales que nos permita adaptar todos los elementos de la planta
comercial a la tarjeta de adquisición de datos instalada en el PC. Ya que las señales a
tratar son de diferente magnitud y medida, se ha optado por la creación de diferentes
tarjetas para cada proceso.
El primer paso es realizar un estudio de las señales que intervienen en el
proceso, para poder determinar cómo realizar su adaptación de forma adecuada y en
cuantos módulos hay que dividirlo.
Las señales procedentes de sensores hacia el PC y exterior de la maqueta son las
siguientes:
5 Sensores de temperatura (Señal analógica 0-1v)
3 Caudales (4-20mA)
1 Nivel (4-20mA)
1 Boya de seguridad (Señal digital)
Las señales que deben llegar a los actuadores de la planta a partir de líneas del
PC o maqueta son:
2 Servoválvulas (4-20mA)
3 Electroválvulas (señal digital 24V)
1 Bomba regulada por corriente (4-20mA)
1 Calentador (220v alterna)
1 Refrigerador (4-20mA)
2 Bombas de agua (220v alterna)

28
Del estudio anterior obtenemos que muchos de los sensores puedan ser
adaptados mediante la conversión de dos tipos de señales:
a) Realizando el acondicionado directamente del sensor
b) Apoyándonos en los módulos de adaptación de señales del sensor a 4-20mA,
módulos 38-421, 38-401,38-441.
Esta última es la mejor opción por la linealidad de los módulos pero puesto que
no hay suficientes para el control de todas las señales se opta por realizar tarjetas que
acondicionen las señales para su óptimo uso mediante el PC.
En conclusión se diseñaran diferentes conversores los cuales son:
Conversor Tensión – Corriente
Conversor Corriente- Tensión
Conversor Temperatura-Tensión
Control de señales digitales
La unión de uno o más controladores nos servirá para actuar en las diferentes
partes del proyecto, tales como servoválvulas, electroválvulas, sensores de temperatura,
bombas, caudalímetros, refrigerador, detectores de nivel y boya de seguridad. De esta
forma podremos controlar el equipo teniendo límites de seguridad gracias a los sensores
de temperatura y a la boya.

29
4.1 CONVERSOR CORRIENTE-TENSION
4.1.1 OPCIONES EVALUADAS
Vamos a estudiar 3 opciones:
Diseño basado en amplificadores
Conversión con resistencias
Circuito integrado comercial
DISEÑO BASADO EN AMPLIFICADORES
El empleo de este tipo de circuitos permite obtener señales de salida
comprendidas entre los márgenes 0-10V.
Figura 4-1 Diseño basado en amplificadores
Mediante este circuito se convierte la entrada del primer amplificador UA741,
en la cual tenemos una señal de 4-20mA, a una salida de 0-5Voltios.
Los dos amplificadores LM741 se encargaran del acondicionado de señal para
convertir corriente en tensión.
El potenciómetro para ajuste de Offset nos definirá el 0 para que cuando
tengamos 4mA sean 0 voltios a la salida. El potenciómetro que se encarga del Span lo
que hará será cuadrar la salida entre 0 y 5v.

30
Para realizarlos necesitamos emplear varias resistencias así como amplificadores
operacionales. En este caso se consigue una tensión de salida adecuada, pero por el
contrario la precisión en el dispositivo es difícil de conseguir. La dificultad se debe a
que los componentes empleados presentan tolerancias elevadas, que sumadas pueden
producir derivas importantes.
Además esta solución presenta un número elevado de componentes para cada
unidad de conversión, lo que supone un aumento de los costes, tamaño del dispositivo,
dificultad de montaje y mayor probabilidad de fallo. No obstante, esta solución puede
ser interesante desde un punto de vista educativo. No siendo este el objetivo del
proyecto, se descarta esta solución.
Otra posibilidad de crear un conversor con amplificadores es la siguiente:
Los llamados amplificadores de transresistencia responden a la necesidad de
construir fuentes de tensión constante independiente de la carga y controlados por
corriente. Existen dos circuitos básicos: con la salida invertida y con la salida no
invertida. - Salida Invertida
Figura 4-2 Amplificador de transresistencia 1
൬‫݁ܫ‬ ൌ ‫;1ܴܫ‬ ‫1ܴܫ‬ ൌ
െܸ‫݋‬
ܴ1
; ‫݁ܫ‬ ൌ
െܸ‫݋‬
ܴ1
൰
െܸ‫݋‬ ൌ ‫݁ܫ‬ ∙ ܴ1 → ܸ‫݋‬ ൌ െሺ‫݁ܫ‬ ∙ ܴ1ሻ → ܸ‫݋‬ ൌ ‫݁ܫ‬ ∙ ‫ܭ‬
Siendo K la constante de traducción -R1. - Salida no invertida

31
Figura 4-3 Amplificador de transresistencia 2
‫ݔܫ‬ ൌ 0; ‫݁ܫ‬ ൌ ‫;1ܫ‬ ‫1ܫ‬ ൌ
ܸ‫ݔ‬
ܴ1
; ‫݁ܫ‬ ൌ
ܸ‫ݔ‬
ܴ1
Por la masa virtual tenemos:
‫݁ܫ‬ ൌ
ܸ‫݋‬
ܴ1
→ ܸ‫݋‬ ൌ ‫݁ܫ‬ ∙ ܴ1
Siendo K = R1
CONVERSIÓN CON RESISTENCIAS
Esta es la solución más sencilla de todas las estudiadas. Se basa únicamente
en hacer pasar la corriente proporcionada por el circuito acondicionador de señal
a través de una resistencia de 100 y de este modo obtendríamos valores de tensión
comprendidos entre 0.4V-2V.
La expresión de la corriente en este caso será la siguiente:
V ൌ 100 ∙ I
El punto fuerte de esta opción es la sencillez en el montaje y la reducción de
materiales, lo que nos permite obtener un sistema más robusto (menor cantidad de
materiales implica una menor probabilidad de fallo). Por el contrario la falta de
precisión y la reducción de la sensibilidad en la toma de medidas son sus puntos débiles.
En nuestro caso se ha desechado esta opción por la escasa precisión que ofrece,
ya que deseamos obtener un margen de tensión comprendido entre 0-5V ó 0-10V.

32
CIRCUITO INTEGRADO COMERCIAL
En este caso hay en el mercado un componente que reúne las características
deseadas, se trata el RCV420.
Figura 4-4 RCV420
Dicho componente se encarga de convertir una señal de entrada de 4-20mA en
tensión de 0-5v, teniendo una gran precisión.
Tiene un elevado coste en comparación con los otros métodos estudiados pero su
alta linealidad hace de un componente muy atractivo, ya que se busca que la conversión
sea altamente lineal con escaso margen de ruido.

33
4.1.2 OPCION ESCOGIDA
Debido a la poca eficiencia de los circuitos creados por transistores o
amplificadores, y en un afán por eliminar componentes y hacer más sencillos los
procesos se optó por emplear un circuito integrado comercial diseñado de forma
específica para este tipo de conversión de señales. Por esto se ha decidido utilizar el
RCV420.
Los beneficios principales que presentan estos dispositivos y que los configuran
como mejor solución son:
Mayor precisión que los diseños propios
Mayor facilidad de diseño
Mayor facilidad de montaje
Mayor facilidad en el mantenimiento
En concreto se ha empleado el circuito integrado RCV240 de Texas Instruments.
Este circuito nos permite transformar de forma sencilla una señal de 4-20mA en una
tensión de 0-5V. Las principales características de este elemento son:
Encapsulado DIP 16
Error máximo FSR ±0.1
Desviación 50µV/ºC
No linealidad máxima FSR ±0.002
Rango de temperaturas de funcionamiento desde -25ºC hasta +85ºC
Figura 4-5 Circuito RCV420
Seleccionado el integrado a emplear debemos de estudiar las posibilidades que
presenta, para poder seleccionar su configuración y realizar el diseño del circuito que
debe rodear al mismo para su interconexión con la planta.
El dispositivo escogido presenta varias configuraciones, que parten de la
solución convencional en la que únicamente se realiza la conversión de tensión en
corriente, a configuraciones más complejas en las que podemos realizar el ajuste

34
Este módulo contiene lo necesario para convertir una entrada de 4-20mA en una
salida de 0-5Voltios. Para conseguir una mayor linealidad se necesitara añadirle unos
componentes que hagan que la recta de salida nos de lo deseado.
Circuito adoptado para el proceso
Figura 4-6 Circuito conversor corriente tensión
Debido a que la salida la entrega en rango de 0v a 5v necesitamos un circuito
amplificador de ganancia 2 que amplifique la tensión de 0v a 10v. Para ello contamos
con una etapa de amplificación.
Figura 4-7 Amplificador ganancia 2

35
Como queremos amplificar de 0-5v a 0-10v, lo que necesitamos es un
amplificador de ganancia 2, es decir que las resistencias R1 y R2 serán:
ܸ‫݋‬
ܸ݅
ൌ 1 ൅
ܴ2
ܴ1
Vo/Vi será igual a 2.
2 ൌ 1 ൅
ܴ2
ܴ1
1 ൌ
ܴ2
ܴ1
ܴ2 ൌ ܴ1
Por lo tanto al ser las dos resistencias iguales:
ܴ1 ൌ 1݇Ω ‫2ܴ ݕ‬ ൌ 1݇Ω

36
4.2 CONVERSOR TENSION-CORRIENTE
El conversor tensión-corriente debe permitirnos transformar las tensiones
generadas por la tarjeta de adquisición de datos en una corriente que para cerrar un lazo
de corriente con el controlador de la servoválvula. Estudiado el problema debemos de
analizar posibles soluciones que nos permitan realizar esta tarea, para posteriormente
obtener la que mejor se adapte a nuestras necesidades. En nuestro caso se van a estudiar
tres posibles diseños:
Diseño con transistores
Diseño con operacionales
Circuito integrado comercial
DISEÑO CON TRANSISTORES
El empleo de esta opción soluciona la limitación de corriente, pero produce
otra serie de problemas:
Mayor número de componentes
Mayor dificultad de diseño
Mayor dificultad de montaje y calibración
Con este tipo de montajes podemos obtener una fuente de corriente variable con
precisión elevada, pero desarrollar esta fuente supone un esfuerzo de diseño elevado.
Debemos destacar que para obtener una precisión adecuada el circuito
incrementa su complejidad de forma notable, aumentando el número de componentes
necesarios y con ellos los costes del montaje final.
Debido a los problemas anteriores se ha decidido desechar esta opción para
realizar el montaje con opciones más sencillas.
DISEÑO CON OPERACIONALES
Como en los casos anteriores la primera opción estudiada fue realizar un circuito
electrónico formado por amplificadores operacionales y resistencias que nos permitiese
transformar la tensión generada por la tarjeta en corriente.
Para implementar este circuito se pensó en la estructura de conversor tensión
corriente más simple, que se muestra en la siguiente figura. Presenta limitaciones, que
son determinadas por el operacional empleado para el desarrollo del dispositivo. En

37
nuestro caso se ha desechado este montaje puesto que las corrientes proporcionadas por
los operacionales son inferiores a las deseadas, impidiendo que el montaje funcione de
forma correcta.
Figura 4-8 Diseño con operacionales
Otra posibilidad de crear un conversor con amplificadores es la siguiente:
También llamados amplificadores de transresistencia. Estos circuitos se basan en
que la corriente de salida tiene que ser función de la tensión de entrada pero
independiente de la resistencia de carga. Existen dos circuitos básicos, uno con masa
flotante y el otro con masa normal.
Circuito con masa flotante.
Figura 4-9 Circuito con masa flotante
RL es la resistencia de carga.
‫1ܫ‬ ൌ ‫2ܫ‬
‫1ܫ‬ ൌ
ܸ݁
ܴ1
‫ܮܫ‬ ൌ
െܸ‫ݕ‬
ܴ‫ܮ‬
‫ܮܫ‬ ൌ
ܸ݁
ܴ1
→ ‫ܮܫ‬ ൌ ܸ݁
1
ܴ1
→ ‫ܮܫ‬ ൌ ܸ݁ ∙ ‫ܭ‬
Siendo K la constante de traducción. RL no podrá tomar cualquier valor y estará
limitada por la tensión de saturación (Vcc).

38
Si:
ܸܴ‫ܮ‬ ൌ ‫ܮܫ‬ ∙ ܴ‫ ܮ‬ → ܴ‫ܮ‬ ൌ
ܸܴ‫ܮ‬
‫ܮܫ‬
ൌ
ܸܿܿ
‫ܮܫ‬
Por consiguiente Rl podrá tomar valores:
݀݁‫0 ݁݀ݏ‬Ω ܽ
൅ܸܿܿ
‫ܮܫ‬
Ω
Circuito con masa normal.
Figura 4-10 Circuito con masa normal
Se verifica:
‫3ܫ‬ ൌ ‫4ܫ‬ ൅ ‫1ܫ ܮܫ‬ ൌ ‫1ܫ 2ܫ‬ ൌ
ܸ2 െ ܸ‫ݔ‬
ܴ1
‫2ܫ‬ ൌ
ܸ‫ݔ‬ െ ܸ‫ݕ‬
ܴ2
‫3ܫ‬ ൌ
ܸ‫ݕ‬ െ ܸ‫ݔ‬
ܴ3

‫4ܫ‬ ൌ
ܸ‫ݔ‬
ܴ4
‫ܮܫ‬ ൌ
ܸ‫ݔ‬
ܴ‫ܮ‬
Si:
‫ܮܫ‬ ൌ ‫3ܫ‬ െ ‫ 4ܫ‬ → ‫ܮܫ‬ ൌ
ܸ‫ݕ‬ െ ܸ‫ݔ‬
ܴ3
െ
ܸ‫ݔ‬
ܴ4
ሾ1ሿ

39
Si:
‫1ܫ‬ ൌ ‫ 2ܫ‬ →
ܸ݁ െ ܸ‫ݔ‬
ܴ1
ൌ
ܸ‫ݔ‬ െ ܸ‫ݕ‬
ܴ2
→ ܸ‫ݔ‬ െ ܸ‫ݕ‬ ൌ
ܴ2
ܴ1
ሺܸ݁ െ ܸ‫ݔ‬ሻ
ܸ݁ ∙ ܴ2
ܴ1
െ
ܸ‫ݔ‬ ∙ ܴ2
ܴ1
→ െሺܸ‫ݔ‬ െ ܸ‫ݕ‬ሻ ൌ െ
ܸ݁ ∙ ܴ2
ܴ1
െ
ܸ‫ݔ‬ ∙ ܴ2
ܴ1

ܸ‫ݕ‬ െ ܸ‫ݔ‬ ൌ
ܸ‫ݔ‬ ∙ ܴ2
ܴ1
െ
ܸ‫ݔ‬ ∙ ܴ2
ܴ1
Retomando la fórmula [1] y sustituyendo:
‫ܮܫ‬ ൌ
ܸ‫ݔ‬ ∙ ܴ2
ܴ1
െ
ܸ݁ ∙ ܴ2
ܴ1
ܴ3
െ
ܸ‫ݔ‬
ܴ4
→ ‫ܮܫ‬ ൌ
ܸ‫ݔ‬ ∙ ܴ2
ܴ1 ∙ ܴ3
െ
ܸ݁ ∙ ܴ2
ܴ1 ∙ ܴ3
െ
ܸ‫ݔ‬
ܴ4
‫ܮܫ‬ ൌ ܸ‫ݔ‬ ൬
ܴ2
ܴ1 ∙ ܴ3
െ
1
ܴ4
൰ െ
ܸ݁ ∙ ܴ2
ܴ1 ∙ ܴ3
→
ܴ2
ܴ1 ∙ ܴ3
െ
1
ܴ4
ൌ 0
Si hacemos que R1=R2
1
ܴ3
െ
1
ܴ4
ൌ 0
Si hacemos que R3=R4
‫ܮܫ‬ ൌ െܸ݁
1
ܴ4
→ െܸ݁ ൌ ܴ4 ∙ ‫ܮܫ‬
El valor máximo para RL será: Si VR3+VRL > -Vcc no funciona.
ܸ‫ܮ‬ ൅ ܸܴ3 ൏ ܸܿܿ → ‫ܮܫ‬ ∙ ܴ‫ܮ‬ ൅ ܴ3ሺ‫ܮܫ‬ ൅ ‫4ܫ‬ሻ ൏ ܸܿܿ
‫ܮܫ‬ ∙ ܴ‫ܮ‬ ൅ ܴ3 ∙ ‫ܮܫ‬ ൅ ܴ3
ܸ‫ݔ‬
ܴ4
൏ ܸܿܿ
‫ܮܫ‬ ∙ ܴ‫ܮ‬ ൅ ܴ3 ∙ ‫ܮܫ‬ ൅ ܴ3
ܴ‫ܮ‬ ∙ ‫ܮܫ‬
ܴ4
൏ ܸܿܿ
ܴ‫ܮ‬ ∙ ൬‫ܮܫ‬ ൅
ܴ3 ∙ ‫ܮܫ‬
ܴ4
൰ ൅ ܴ3 ∙ ‫ܮܫ‬ ൏ ܸܿܿ
ܴ‫ܮ‬ ൏
ܸܿܿ െ ܴ3 ∙ ‫ܮܫ‬
‫ܮܫ‬ ൅
ܴ3 ∙ ‫ܮܫ‬
ܴ4
→ ܴ3 ൌ ܴ4 → ܴ‫ܮ‬ ൏
‫ܮܫ‬ ൅ ‫ܮܫ‬

40
ܴ‫ܮ‬ ൏
2 ∙ ‫ܮܫ‬
Es decir RL tomará valores:
݁݊‫0 ݁ݎݐ‬Ω ‫ ݕ‬
2 ∙ ‫ܮܫ‬
Ω
CIRCUITO INTEGRADO COMERCIALMENTE
Por último se optó por emplear un circuito integrado comercial diseñado de
forma específica para la implementación de lazos de corriente. Puesto que este tipo de
montajes en lazo de corriente son muy frecuentes, existen en el mercado multitud de
circuitos integrados que nos permiten realizar toda la tarea de conversión de señales de
forma directa como son el XTR110 o el AD694.
Figura 4-11 AD694
De todos los componentes se ha decidido utilizar el AD694 como circuito
integrado para este estudio ya que su versatilidad de adoptar tensiones de entrada para
transformarlas en corrientes a la salida le da mucho juego.
Figura 4-12 Tabla posibles entradas salidas AD694

41
Se ha decidido la utilización del AD694 por su comodidad a la hora de convertir
la tensión en corriente y por la unificación de los dispositivos conversores.
Los beneficios principales que presentan estos dispositivos son:
Mayor precisión en la generación de corriente
Mayor facilidad de calibrado
Mayor facilidad de diseño
Mayor facilidad de montaje
Mayor facilidad en el mantenimiento
Figura 4-13 Circuito para ajuste AD694
El gran número de ventajas nos ha llevado a escoger esta opción. En concreto se
ha empleado el circuito integrado AD694 de Analog Devices. Este circuito nos permite
transformar de forma sencilla una señal de 0-10V en una corriente de 4-20mA. Las
principales características de este elemento son:
Encapsulado DIP 16
Error máximo FSR ±0.3
Desviación 25µV/ºC
No linealidad máxima FSR ±0.015
Rango de temperaturas de funcionamiento desde -40ºC hasta +85ºC
Seleccionado el integrado a emplear debemos de estudiar todas las posibilidades
que ofrece, para poder realizar un diseño adecuado del sistema de conversión de
señales.

42
Este dispositivo permite trabajar con los siguientes formatos de señal:
Entrada 0-2V Salida 4-20mA
Entrada 0-10V Salida 4-20mA
Entrada 0-2.5V Salida 0-20mA
Entrada 0-12.5V Salida 0-20mA
En nuestro caso vamos a trabajar con las señales de la segunda opción, es decir,
la entrada del dispositivo será una señal de tensión de 0-10V, obteniendo una salida en
corriente de 4-20mA. Para trabajar en este modo debemos de configurar los pines del
dispositivo de forma adecuada. En este caso debemos de conectar el Pin5 con el Pin9, el
Pin 8 con el Pin7 y dejar el Pin 4 al aire. Conocido el modo de trabajo y la
configuración inicial del dispositivo debemos de analizar las opciones que presenta el
mismo para su implementación.
En la figura anterior podemos comprobar como únicamente necesitamos un
condensador para desarrollar el montaje seleccionado. Este condensador realiza el
filtrado de la tensión de alimentación del circuito, evitando errores debidos a ruidos en
esta tensión.
Esta será la opción escogida debido a su facilidad de montaje y la fiabilidad de la
salida obtenida.
Figura 4-14 Circuito conversor Tensión corriente
Tomando el transistor 2N2219A y la resistencia de 47Ω en colector hacemos un
ajuste de 0, cuestión que nos interesa gravemente porque necesitamos que como mínimo
cuando tengamos 0 voltios de a la salida 4.01mA para que no crea el proceso que es un
cable roto, ya que si al proceso le llegan menos de 4mA detecta rotura de cable y no
opera en condiciones.

43
4.3 CONVERSOR TEMPERATURA-TENSION
El conversor temperatura-tensión debe permitirnos transformar las variaciones
de temperatura en una variación de tensión interpretable por la tarjeta de adquisición de
datos e intuitiva para poder leerla desde el panel frontal y un polímetro. En este caso
debemos tener en cuenta que vamos a trabajar directamente sobre el sensor de la planta,
no como en los casos anteriores en los que trabajábamos sobre los acondicionadores de
señal. De este modo deberemos tener en cuenta que el circuito implementado puede
interferir en las medidas realizadas por el sensor. Analizaremos posibles soluciones que
nos permitan realizar esta tarea, para posteriormente obtener la que mejor se adapte a
nuestras necesidades. Se van a estudiar tres posibles diseños:
NTC
PT100
LM35
A continuación se muestra el análisis realizado para cada una de las estructuras
descritas.
NTC
El empleo de esta opción soluciona el que no hay que montar nada den las
maquetas, puesto que estas tienen NTC para medir la temperatura, pero producen un
problema muy importante, la poca linealidad de dichos componentes.
Figura 4-15 NTC
Los termistores NTC son resistencias de coeficiente de temperatura negativo,
constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura sea elevado,
es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura. Se emplean en su
fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc.

44
La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no
cumple la ley de Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente:
R = A .eB/T
Donde A y B son constantes que dependen del resistor. La curva nos muestra esa
variación:
.
Figura 4-16 Variación de la resistencia de una NTC con la temperatura
Los termistores NTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: sensor de
temperatura, medidor de la velocidad de fluidos, estabilización de tensiones, etc.
Figura 4-17 Puente Wheastone

45
La utilización de un puente de wheastone para linealizar las NTC no es
suficiente para la captura de todos los datos ya que no es lineal totalmente. Incluso con
una doble linealización. Debido a esto se rechaza la idea.
PT100
Para la realización de este circuito acondicionador se ha optado por el
encapsulado XTR105, el cual convierte la resistencia de la PT100 según el rango de
temperatura que se desee con el valor prefijado por en las resistencias de calibración en
corriente de 4 a 20mA.
Figura 4-18 PT100
El rango de temperaturas será de 0ºC a 100ºC, tomando a la salida los 4mA para
los 0ºC y los 20mA para los 100ºC.
Esta es la tabla de resistencia en ohmios de la pt100 a diferentes temperaturas.
Figura 4-19 Tabla valores resistencia/ temperatura

46
A continuación se detalla el correcto conexionado del componente XTR105 y
como se han de colocar las resistencias y condensadores de calibración de temperatura.
Figura 4-20 Circuito conversor XTR105
Las resistencias de calibración vienen dadas en esta tabla, la cual viene incluida
en el datasheet del componente XTR105 y habiendo tomado las del círculo azul, todo
será alimentado por una fuente de 24 voltios.
Figura 4-21 Grafica valores resistencias variables según temperatura

47
El circuito resultante de la conversión resistencia-tensión por la PT100 es el
siguiente:
Figura 4-22 Circuito para el XTR105
Con este montaje convertimos la resistencia de la PT100 en corriente de 4-
20mA. Para poder estudiarla necesitamos convertirla a tensión de 0v a 10v. Para ello
necesitamos conectar un conversor RCV420 y amplificar la señal con un circuito
amplificador de ganancia 2 para así obtener a la salida un rango de tensiones de 0v a
10v.
En resumen, dicho componente es más lineal que una NTC pero el circuito
acondicionador de señal tiene un coste elevado, sin contar el precio de las 5 PT100 que
necesitan las maquetas. Por todo esto se desecha esta opción.
LM35
Para esta última opción de conversor Resistencia-Tensión se ha optado por el
componente LM35 que convierte la temperatura en tensión de forma lineal.
Figura 4-23 LM35

48
Las características de dicho componente son:
Calibrado directamente en º Celsius
Lineal + 10.0 mV/°C factor de escala
0.3°C precisión garantizarle (at +25°C)
Escala de temperaturas de −55° a +150°C
Tensiones de alimentación de 4 a 30 voltios
Menos de 60 µA corriente de drenado
Baja impedancia de salida, 0.1 W para1 mA de carga
Este componente es perfecto puesto que nuestro rango de temperaturas oscilara
entre los 0 y 100ºC y las especificaciones de dicho componente son óptimas al tener un
rango de funcionamiento de -55ºC a 150ºC. De esta forma convertimos 0ºC en 0v y
100ºC en 1v, que posteriormente amplificaremos para una correcta visualización.
Figura 4-24 Grafica relación tensión/temperatura

49
Debido a que el precio de este integrado es menor que el montaje necesario para
la linealización de la PT100, y por otro lado es mucho más lineal que una NTC, se opta
por la integración de dicho componente como sensor de temperatura.
Figura 4-25 Conexión LM35
La salida es directamente proporcional a la temperatura por la simple ecuación
que nos presenta el datasheet. Si alimentamos a 15v y tomamos R entre la salida y -15v,
la resistencia tendrá que ser 300KΩ. Al no disponer de tal resistencia, deben sumarse
dos de 150 KΩ en serie.
ܴ ൌ
ܸ‫ݏ‬
50μ‫ܣ‬
ൌ
15
50μ
ൌ 300݇Ω
Como lo que queremos es que las tensiones de salidas nos den todas en el rango
de 0v a 10v lo que tenemos que poner es a la salida un amplificador de ganancia 10 para
conseguir que cuando tengamos 1v a la entrada, tengamos 10v a la salida, lo cual
equivaldría a 100ºC. Dicho amplificador será el LM741 con alimentación de ±15v.
Figura 4-26 LM741

50
Se requiere montar una realimentación negativa de ganancia finita, en nuestro
caso ganancia 10. Para ello el montaje será el siguiente:
Figura 4-27 Amplificador ganancia 10
Dónde:
ܸ‫݋‬
ܸ݅
ൌ 1 ൅
ܴ2
ܴ1
ൌ 10
10 ൌ 1 ൅
ܴ2
ܴ1
9 ൌ
ܴ2
ܴ1
ܴ2 ൌ 9‫1ܴݔ‬
Fijamos R1 con un valor normalizado:
ܴ1 ൌ 1݇Ω ݁݊‫2ܴ ݏ݁ܿ݊݋ݐ‬ ൌ 9݇Ω
Como no existe la resistencia de 9kΩ, lo que se hace es poner en serie una de
2.2kΩ con una de 4.8kΩ.El circuito resultante es el siguiente.
Figura 4-28 Conexionado LM35

51
4.4 CONTROL DIGITAL
Mediante el control digital se actúa en los relés de forma que nos habrá un
circuito de alimentación para el proceso. Dicho control se efectuara mediante:
Conexión a PC (I/O Port)
Interruptores frontales (ON/OFF)
Mediante la conexión a PC, efectuada por la tarjeta de adquisición de datos
conectada en la parte trasera de la maqueta, introduciremos 5v para la conmutación del
relé. Y desde el panel frontal con los interruptores podremos activar las salidas. Dicha
elección entre el conexionado a PC o los interruptores se efectuara mediante un selector.
La alimentación de los interruptores será con una tensión de 5v que entrega el
regulador de tensión L7805.
Figura 4-29 LM7805
Atacaremos al relé mediante la señal de 5V transmitida desde el selector y una
resistencia R1 de 1k . De este modo, cuando se presenten 5V el transistor se saturara,
aportando 24V en los terminales de la bobina, lo que producirá la conexión del relé. En
caso de que se ataque el transistor con 0V este se cortara impidiendo el paso de
corriente y desconectando el relé. Para que el relé pueda conmutar de forma correcta se
ha incorporado un diodo en paralelo con la bobina. De este modo cuando cortemos la
corriente en los terminales de la bobina esta circulará a través del diodo, facilitando la
descarga de esta.
De este modo solo hace falta saber desde donde queremos actuar sobre el relé, si
desde el PC entregando 5 voltios mediante la tarjeta de adquisición de datos, o con los
interruptores del panel frontal. Podemos observar el esquema de conexión del relé en la
siguiente figura.

52
Figura 4-30 Circuito de control digital
Conocido el esquema de diseño, debemos de analizar los relés que se van a
incorporar al diseño. Para seleccionar adecuadamente los relés debemos de tener en
cuenta las siguientes características:
Tensión de la bobina
Corriente máxima
Figura 4-31 Zócalo del relé y relé utilizados

53
CARACTERISTICAS DEL RELE
Número de contactos: 2 contacto conmutados
Corriente nominal (A): 8A
Tensión nominal/Tensión Max (V): 250V
Carga nominal en AC1 (VA): 2000 VA
Material de los contactos: AgNi
Tensión de alimentación: 24V
Versión de la bobina: DC
Vida eléctrica a plena carga en AC1 (ciclos): 200.000
Temperatura ambiente (°C): -40+85 ºC
Dimensiones (mm) 29x12.4x25 mm
La tensión en la bobina nos indica con que tensión debemos alimentar la bobina
encargada de realizar la conmutación en el relé. En nuestro caso, como debemos de
pilotar señales de 24V y de 220v, se ha optado por emplear una tensión de alimentación
de bobina de 24V y que soporte 250v como máximo, evitando tener que realizar
adaptación de tensiones y simplificando el diseño ya que con el mismo relé podemos
pilotar las electroválvulas (24v de continua) como las bombas (220v de alterna).
Figura 4-32 Transistor 2N2219A Figura 4-33 Diodo 1N4007 utilizado
Si analizamos la corriente máxima, podemos deducir que para el control de las
señales de 24V la corriente necesaria es muy pequeña, puesto que únicamente debemos
pilotar otros relés situados en la planta. Por el contrario, para controlar las bombas
situadas en la planta debemos de obtener valores de corriente elevados, que limitan el
tamaño mínimo de los relés. En nuestro caso se ha estudiado que la corriente máxima en
las bombas es inferior a 5A. Para seleccionar unos relés que sean capaces de pilotar esta
corriente se ha optado por emplear relés capaces de controlar 8A, con lo que
garantizamos un buen funcionamiento del dispositivo.

54
5. SOFTWARE ELEGIDO
Para la creación de las tarjetas se ha decidido por utilizar un software novedoso
y no muy aplicado en la escuela de ingenieros.
Figura 5-1 Logo Desing Spark
Se trata del software gratuito que suministra RS en su página web en el apartado
de acceso rápido o en la página: http://www.designspark.com/
Se ha elegido este software por 4 razones fundamentalmente:
Software diferente.
Sistema intuitivo de conversión esquemas en pcb.
Visualización del diseño en 3D.
Herramienta gratuita potente.
Es un punto diferente el utilizar un software no enseñado en la universidad, y la
creación de esquemas y su posterior paso a PCB es realmente sencillo ya que solo hace
falta seleccionar la unidad de medida y en cuantas caras se quiere la placa resultante.
Una vez que está creando la placa, al igual que otro software también tienes la opción
de AutoRoute, lo cual hace que realizar el diseño final sea extremadamente fácil.
Por otro lado está el diseño en 3D que una vez que das por finalizada tu placa
puedes ver el resultado de la misma una vez soldados los componentes y vías, eso sí, los
componentes no tienen por qué ajustarse exactamente a la forma o color de los que
utilizas ya que la base de datos del programa tiene unos prefijados. Además se puede
cambiar el color de la placa así como de las pistas para hacer que las placas sean lo más
fieles a la realidad.
Se ha empleado este software puesto que nos permite en un único paquete de
desarrollo realizar todo el proceso de diseño, partiendo del esquema electrónico y hasta
la final implementación en una placa de circuito impreso incluso de un modelo en 3D.

55
6. ESQUEMA ELECTRONICO
Realizados los diseños de los diferentes elementos que componen los circuitos
encargados de realizar las conversiones de señales, debemos de diseñar el esquema
electrónico final que contenga todos los elementos necesarios separados en placas. Este
esquema electrónico será desarrollado mediante la aplicación DesingSpark-PCB
desarrollado por RS.
El primer paso es pensar como deseamos desarrollar el montaje final del
dispositivo. Disponemos de dos opciones que marcarán el diseño a realizar:
Diseño unificado de todos los conversores
Diseño modular
El diseño unificado implica un único esquema electrónico que contendrá todos
los elementos del conversor de señales. Por el contrario, el diseño modular permite
realizar el diseño en varias tarjetas que serán interconectadas transmitiendo las señales
por separado. La primera opción presenta como ventaja la reducción de conectores,
puesto que en este caso únicamente debemos de aplicar un bornero para la conexión de
las señales duplicadas. Por el contrario, esta estructura presenta varios inconvenientes,
de los que podemos destacar los siguientes:
Mayor tamaño del circuito impreso obtenido
Mayor complejidad en el proceso de ruteo
Fallos producen la caída total del sistema
Imposibilidad de crear una única tarjeta
Al ser imposible crear una única tarjeta para unir todos los circuitos, debido a
que el tamaño sería tan grande que no se pudiera crear la placa, habría que realizar al
menos 2 lo cual ya nos marca el camino para dividir el diseño en placas individuales.
Paralelamente si realizamos el diseño de forma modular podemos encontrar los
siguientes problemas:
Duplicidad de componentes
Dificultad de montaje
Y entre las ventajas que ofrece esta segunda opción modular:
Reducción del tamaño del dispositivo final
Limitar el efecto de los fallos
Facilitar el proceso de ruteo
Facilidad de sustitución de elementos dañados
Sustitución de placa dañada sin afectar al funcionamiento de las demás.

56
Estudiadas las dos opciones se ha decidido realizar el diseño en formato
modular. En concreto se ha optado por diseñar el dispositivo mediante seis tarjetas que
serán denominadas:
Tarjeta de control de circuito calefactor
Tarjeta de control de circuito depósitos
Tarjeta de control de circuito producto
Tarjeta de control de temperatura-nivel
Tarjeta de control digital
Tarjeta controladora del Calefactor – Refrigerador
Tarjeta expansora de señales
Tarjeta de control de potencia
Las tarjetas de control de circuitos serán las encargadas de realizar las tareas de
conversión de las señales analógicas del proceso, es decir, en ella encontraremos los
conversores diseñados anteriormente (corriente-tensión y tensión-corriente). La tarjeta
de control de temperatura tendrá los conversores temperatura-tensión además de un
conversor corriente-tensión para el sensor de nivel. Esta tarjeta será también la
encargada de la boya de seguridad. La estructura de la tarjeta de control digital
englobara los relés encargados de las servoválvulas y de las bombas (tres de 24V D.C. y
dos de 220V A.C.). La tarjeta encargada del calefactor y del refrigerador contendrá un
conversor tensión-corriente para el refrigerador, y un creador de PWM para atacar al
calefactor. Por último la tarjeta expansora de señales se encarga de realizar la conexión
con los conectores del panel posterior, los cuales enviaran las señales al proceso y
también reciben las señales de dichos procesos.
A partir de ahora se diferenciara entre tarjetas, las cuales engloban componentes
necesarios para adaptar las señales, y por tanto son fundamentales para el proceso, a
excepción de la tarjeta expansora que divide las señales, y placas, que simplemente
serán encargadas de conectar la tarjeta expansora con los conectores del panel posterior.

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