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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS 
CONTROL DE TEMPERATURA CON EL PLC S7-200 
Julio C. Delgado López, Jacobo Montoya Becerra y Oscar A. Sandoval Rodríguez 
Tesis de Licenciatura 
presentada a la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica 
de acuerdo a los requerimientos de la Universidad para obtener el título de 
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA 
Directores de tesis: 
M. en M. A. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Telles 
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA 
Zacatecas, Zac., 29 de Junio de 2007
APROBACIÓN DE TEMA DE TESIS DE LICENCIATURA 
Julio C. Delgado López, Jacobo Montoya Becerra y Oscar A. Sandoval Rodríguez 
PRESENTES 
De acuerdo a sus solicitudes de tema de Tesis de Licenciatura del Programa de Ingeniería 
en Comunicaciones y Electrónica, con fecha 20 de Noviembre de 2006, se acuerda asignarles 
el tema titulado: 
CONTROL DE TEMPERATURA CON EL PLC S7-200 
Se nombran revisores de Tesis a los profesores M. en M. A. Rafael Villela Varela y M. 
en I. Aurelio Beltrán Telles, notificándoles a ustedes que disponen de un plazo máximo de 
seis meses, a partir de la presente fecha, para la conclusión del documento final debidamente 
revisado. 
Atentamente 
Zacatecas, Zac., 18 de Junio de 2007 
Ing. José A. Álvarez Pérez 
Director de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
AUTORIZACIÓN DE IMPRESIÓN DE TESIS DE LICENCIATURA 
Julio C. Delgado López, Jacobo Montoya Becerra y Oscar A. Sandoval Rodríguez 
PRESENTE 
La Dirección de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica les notifica a ustedes que la 
Comisión Revisora de su documento de Tesis de Licenciatura, integrada por los profesores M. 
en M. A. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Telles, ha concluido la revisión del 
mismo y ha dado la aprobación para su respectiva presentación. 
Por lo anterior, se les autoriza a ustedes la impresión definitiva de su documento de Tesis 
para la respectiva defensa en el Examen Profesional, a presentarse el 29 de Junio de 2007 
Atentamente 
Zacatecas, Zac., 18 de Junio de 2007 
Ing. José A. Álvarez Pérez 
Director de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
APROBACIÓN DE EXAMEN PROFESIONAL 
Se aprueba por unanimidad el Examen Profesional de Julio César Delgado López, Jacobo 
Montoya Becerra y Oscar Antonio Sandoval Rodriguez, presentado el 29 de Junio de 2007 
para obtener el título de: 
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA 
Jurado: 
Presidente: M. en M. A. Rafael Villela Varela 
Primer vocal: M. en I. Aurelio Beltrán Telles 
Segundo vocal: M. en C. Eduardo Gonzalez Elías 
Tercer vocal: M. en I. Claudia Reyes Rivas 
Cuarto vocal: Ing. Alejandro Chacón Ruiz
RESUMEN 
En la actualidad la aplicación de sistemas de control ha dado como resultado la automa-tización 
de todo tipo de procesos. En estos procesos se puede controlar Velocidad, Posición, 
Temperatura, Flujo , Humedad, Etc. 
En este proyecto se presenta la descripción de la construcción de un control de temperatura 
para un centro de cómputo, donde se diseñaron diversos circuitos para su implementación. 
Este proyecto surge porque en los centros de cómputo la temperatura tiende a incrementarse 
debido al calor emitido por las computadoras, así como por el calor corporal de los usuarios, y 
este problema se presenta principalmente en las estaciones primavera-verano. 
El proyecto consiste en simular en una maqueta todos los dispositivos y fuentes que producen 
calor, para obtener un modelo matemático y a partir de ello controlar la temperatura por medio 
de un ventilador y un programa que es llevado a cabo por un Controlador Lógico Programable 
(PLC) S7-200 de SIEMENS, el cual es muy accesible y fácil de programar.
iv 
A nuestros padres y hermanos por su infinita confianza y apoyo. Gracias.
v 
Agradecimientos 
Agradecemos la colaboración de nuestro asesor de tesis el M. en M.A. Rafael Villela Varela 
por sus recomendaciones en el desarrollo del proyecto. Así como también agradecemos al M. 
en I. Aurelio Beltrán Telles por sus consejos y su tiempo en la colaboración del proyecto. 
También queremos agradecer la valiosisima amistad del Ing. Alejandro Chacón Ruiz, por 
permitirnos el uso del Laboratorio de Comunicaciones para realizar este trabajo. GRACIAS.
vi 
Contenido General 
Pag. 
Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii 
Lista de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii 
Lista de tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi 
Nomenclatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii 
1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 
1.1 Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 
1.2 Ventilación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 
1.2.1 La Ventilación y su función. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 
1.2.2 Tipos de ventilación más comunes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 
1.3 Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 
1.4 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 
1.5 Descripción del documento de tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 
2 Modelado matemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 
2.1 Modelado Matemático (Teoría y Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 
2.1.1 Obtención experimental de los parámetros del modelo matemático . . . 11 
2.2 Identificación del modelo Matemático del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . 12 
2.2.1 Parte experimental del modelado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 
2.2.2 Resultados del modelado obtenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 
3 Introducción al control PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 
3.1 Elementos básicos de un sistema de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 
3.2 Controlador PID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 
3.3 Consejos generales para el diseño de un controlador PID. . . . . . . . . . . . . 22 
3.4 Cálculo de la función de transferencia en lazo cerrado y obtención de ganancias 
del control PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 
3.4.1 Función de Transferencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 
3.4.2 Análisis de estabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 
3.4.3 Cálculo de ganancias por el método de cancelación de polos . . . . . . 24
vii 
Pag. 
4 Circuitería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 
4.1 Señales de Entrada al PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 
4.2 Señales de Salida del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 
4.3 Diagramas de conexiones de Entrada y Salidas del PLC. . . . . . . . . . . . . 30 
4.3.1 Señales Digitales de Entrada y Salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 
4.3.2 Señales Analógicas de Entrada y Salida . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 
4.4 Sensor de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 
4.5 Etapa de Potencia al Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 
4.6 Circuito del valor deseado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 
5 Programa en el PLC S7-200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 
5.1 Tabla de símbolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 
5.2 PID en el PLC S7-200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 
5.3 Normalización de las Entradas Analógicas a Memorias en el PLC . . . . . . . 37 
5.4 Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 
6 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 
6.1 Prueba 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 
6.2 Prueba 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 
6.3 Prueba 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 
6.4 Prueba 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 
Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 
Apéndices 
Apéndice A: Programa para Modelo Matemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 
Apéndice B: Hojas de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 
Apéndice C: Tabla de Memoria de la rutina PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 
Apéndice D: Circuitería y fotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
viii 
Lista de figuras 
Figura Pag. 
1.1 Ventilador Punkah, 27 Noviembre 1830. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 
1.2 Ventilador de escritorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 
1.3 Ventilador de techo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 
1.4 Ventilación por sobrepresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 
1.5 Ventilación por depresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 
1.6 Ventilación general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 
1.7 Ventilación localizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 
2.1 Respuesta del sistema con las fuentes de calor con un voltaje escalón de 127V. . . 14 
2.2 Obtención del tiempo al 63.3% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 
2.3 Comparación de la planta con el modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
2.4 Respuesta del sistema al voltaje escalón de 12V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
2.5 Obtención del tiempo al 63.3% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 
2.6 Comparación de la planta con el modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . 16 
2.7 Respuesta del sistema completo y ventilador a un voltaje escalón de 11.5V. . . . . 17 
2.8 Obtención del tiempo al 63.3% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 
2.9 Comparación de la planta con el modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . 18 
3.1 Diagrama de los elementos de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 
3.2 Diagrama de bloques del sistema controlado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
ix 
Figura Pag. 
3.3 Controlador PI con el modelo completo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 
3.4 Valor inicial de 29oC y un valor deseado de 26oC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 
3.5 valor inicial de 24oC y un valor deseado de 25oC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 
4.1 Simbología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 
4.2 Diagrama de Entradas Digitales del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 
4.3 Diagrama de Salidas Digitales del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 
4.4 Diagrama de Entradas Analógicas del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 
4.5 Diagrama de Salidas Analógicas del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 
4.6 Amplificador del sensor LM35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 
4.7 Etapa de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 
4.8 Circuito que ajusta el valor deseado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 
5.1 Programa Principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 
5.2 Subrutina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 
5.3 Interrupción 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 
6.1 Resultados de la Prueba 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 
6.2 Resultados de la Prueba 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 
6.3 Resultados de la Prueba 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 
6.4 Resultados de la Prueba 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 
A.1 Programa VisSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 
C.1 Tabla de Memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 
D.1 Maqueta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 
D.2 Conexiones a la tarjeta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
x 
Figura Pag. 
D.3 Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 
D.4 Enfriamiento Maqueta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 
D.5 Conexión con el PDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 
D.6 Prueba del modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 
D.7 Prueba del modelo matemático 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
xi 
Lista de tablas 
Tabla Pag. 
4.1 Tabla de Entradas al PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 
4.2 Tabla de Salidas del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 
5.1 Tabla de Símbolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
xii 
Nomenclatura 
V Voltaje 
A Ampere 
oC Grados Centigrados 
C.A. Corriente Alterna 
C.D. Corriente Directa 
Wd(s) Valor deseado. 
Wm(s) Valor medido. 
E(s) Error. 
V c(s) Valor de controlador. 
V (s) Valor aplicado de la planta. 
W(s) Valor de salida. 
W Watts. 
Kp Ganancia proporcional. 
Ki Ganancia integral. 
Ti Tiempo de integración en el control integral.
Capítulo 1 
Introducción 
En los centros de cómputo se presenta el problema de que la temperatura de la sala tiende 
a elevarse, tanto por el calor emitido por las máquinas así como por el calor corporal de los 
usuarios, esta temperatura en ocasiones llega a ser sofocante, por lo cual es necesario tener una 
buena ventilación del lugar para mantenerlo en un rango de temperatura agradable para las per-sonas. 
Por lo regular se usan ventiladores impulsados por motores de corriente directa (C.D.) 
y corriente alterna (C.A.) que estén funcionando de manera constante, pero esto ocasiona un 
consumo excesivo e innecesario de electricidad, ya que en ocasiones el centro de computo esta 
a una temperatura agradable y no es necesario enfriarla. Una solución al consumo innecesario 
de electricidad es usar un ventilador de velocidad variable para que gire solo a las revoluciones 
necesarias y que se detenga cuando la temperatura este dentro de un rango agradable. 
Una forma de implementar un ventilador de velocidad variable es usar un motor de C.D. ya 
que la velocidad angular en el rotor es proporcional al voltaje aplicado y se comporta de una 
forma casi lineal por lo que se puede variar su velocidad variándole el voltaje aplicado. Pero 
además, es necesario implementar un sistema que controle de forma automática la velocidad 
del ventilador, ya que sería muy ineficiente estar variando el voltaje aplicado de forma manual. 
El presente trabajo de tesis consiste en la implementación de un sistema de control de tem-peratura 
para regular la ventilación en un centro de cómputo.
2 
El sistema de control de temperatura consiste en un sensor de temperatura LM35 que toma 
la temperatura del centro de computo la cual se transforma en voltaje y es enviada a una entrada 
analógica del PLC, que a su vez compara la temperatura leída con la temperatura deseada para 
obtener el error y determinar cuanto voltaje debe ser enviado al motor y después por medio 
del programa en el PLC se manda la señal de control (Voltaje) para regular la revoluciones por 
minuto a nuestro ventilador. 
Lo anterior se logra con un control PID implementado en el PLC S7-200 en el cual el tra-bajo 
del PLC es hacer procesos preprogramados. 
1.1 Antecedentes 
El primer antecedente mecánico de un ventilador fue el "punkah" usado a partir del año 
de 1500 en medio oriente. Tenía tramas de "canvas" cubiertas que estaban suspendidas en el 
techo. Los sirvientes lo conocían como el muro de punkah, este era jalado por una soga conec-tada 
a la trama para mover una lamina de atrás hacia delante y viceversa.[1] 
Figura 1.1 Ventilador Punkah, 27 Noviembre 1830.
3 
En la revolución industrial alrededor de 1800, se introdujeron los ventiladores generados 
por fábricas que tenían grandes ruedas de agua. 
Uno de los primeros ventiladores mecánicos fue construido por A.A.Sablukov en 1832. 
Llamo a su invención como un tipo de ventilador centrífugo, era una bomba de aire. Los ven-tiladores 
centrífugos fueron probados exitosamente en minas y fabricas en los años de 1832- 
1834[1]. 
Cuando Thomas Alba Edison y Nikola Tesla introdujeron la energía eléctrica comercial a 
finales de los 1800s y principios de los 1900s, se introdujo el primer ventilador eléctrico.[1] 
Entre 1882 y 1886, el Dr. Schuyler Skaats Wheeler desarrolló un ventilador de escritorio, 
un tipo de ventilador personal, fue comercializado por la firma Americana Crocker & Curtis 
que era una compañía de motores eléctricos.[1] 
Figura 1.2 Ventilador de escritorio 
En 1882, Philip H. Diehl introdujo el primer ventilador de techo; Dile es considerado como 
el padre de la ventilación moderna. 
A finales de los 1800s el ventilador eléctrico fue usado solamente en establecimientos co-merciales 
o en casas muy adineradas. Ventiladores de calefacción fueron muy comunes a
4 
Figura 1.3 Ventilador de techo 
principios del siglo 20. 
En los 1920s, con el avance de la industria permitió que el acero fuera producido en masa 
y trajo con ello que los precios de los ventiladores bajaran, permitiendo a más habitantes poder 
obtenerlos. 
1950s Los ventiladores fueron producidos con colores extravagantes para captar a más 
compradores. 
1960s con la aparición del aire acondicionado se acaba la era dorada de los ventiladores 
eléctricos. 
1970s Los ventiladores de techo tipo Victoriano se hicieron populares. 
En la actualidad los ventiladores son parte de la vida diaria en el lejano oriente, Japón y 
en España. Los ventiladores eléctricos están siendo reemplazados por el aire acondicionado en 
hogares y oficinas, pero a pesar de ello los ventiladores consumen menos energía que el aire 
acondicionado.
5 
1.2 Ventilación. 
La ventilación cuenta con una gran variedad de aplicaciones para la industria, ventilación de 
edificios, ventilación de habitaciones, ventilación en plantas industriales, extracción de olores 
en restaurantes o cocinas entre otras aplicaciones. 
1.2.1 La Ventilación y su función. 
Se define a la ventilación como la técnica que permite sustituir el aire ambiente interior de 
un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad 
excesiva. 
A la mayoría de la gente la ventilación les resuelve funciones vitales como la provisión de 
oxígeno para su respiración y el control de calor que producen , a la vez que les proporciona 
condiciones de confort afectando la temperatura, humedad, y velocidad del aire y la elimi-nación 
de olores indeseables. 
A las máquinas e instalaciones y procesos industriales la ventilación permite controlar el 
calor, la toxicidad o la potencial explosividad del ambiente. 
1.2.2 Tipos de ventilación más comunes. 
1.2.2.1 Ventilación por sobrepresión: 
Este tipo de ventilación se obtiene inyectándole aire a un local o cuarto, donde se pone en 
sobre-presión el interior del local respecto a la presión atmosférica. El aire fluye entonces hacia 
el exterior por las aberturas dispuestas para ello. El aire a su paso barre los contaminantes del 
local y deja el local lleno de aire puro exterior y a una temperatura fresca.[2]
6 
Figura 1.4 Ventilación por sobrepresión 
1.2.2.2 Ventilación por depresión: 
Se logra colocando el ventilador extrayendo el aire del local, lo que provoca que el local en-tre 
en depresión respecto a la presión atmosférica. El aire penetra desde afuera por la abertura 
adecuada, efectuando una ventilación de iguales efectos a la ventilación por sobre-presión.[2] 
Figura 1.5 Ventilación por depresión 
1.2.2.3 Ventilación ambiental o general. 
El aire entra en el local y se difunde por todo el espacio interior antes de alcanzar la sa-lida. 
Tiene el inconveniente que de haber un agente contaminante, como seria el caso de unas 
cubas industriales con desprendimiento de gases y vapores molestos o tóxicos, el aire de una 
ventilación general esparce la contaminación por todo el local antes de ser llevado a la salida.[2]
7 
Figura 1.6 Ventilación general 
1.2.2.4 Ventilación localizada: 
De esta forma el aire contaminado es captado en el mismo lugar donde se produce su 
contaminación evitando su difusión por todo el local. Se logra con un ventilador de base de 
campana que capta lo más estrechamente posible el foco contaminante y conducirá directa-mente 
al exterior el aire captado.[2] 
Figura 1.7 Ventilación localizada 
1.2.2.5 Ventilación mecánica controlada. 
Es un sistema muy peculiar que se utiliza para controlar el ambiente de toda una vivienda, 
local e incluso un edificio con varios pisos, permitiendo introducir recursos para el ahorro de 
energía.[2]
8 
1.3 Justificación 
Los sistemas autómatas en nuestro tiempo tienen gran relevancia, debido a que no se 
necesita ningún esfuerzo físico humano para poder manipular factores como son temperatura, 
humedad, presión, etc., es por eso que se recurre a métodos en donde nuestros sistemas se 
encargan de manipular estos factores, en nuestro caso como es un control de temperatura, 
el ventilador cumple con nuestra tarea. Es por eso que se recurrió a diseñar e implementar 
un sistema de control de temperatura para un centro de cómputo. La elaboración del proyecto 
servirá como material didáctico, ya que se observa la interacción del PLC con diversos circuitos 
además en la elaboración del proyecto se reafirma el conocimiento y se facilita la comprensión 
de la teoría. 
El trabajo servirá para ilustrar los distintos procesos que hacen los sistemas autómatas al 
aplicarles control PID por medio del PLC. 
1.4 Objetivos 
1. Diseñar un sistema de control de temperatura. 
2. Obtener la función de transferencia del comportamiento de la temperatura en un centro 
de cómputo. 
3. Diseñar y construir circuitos necesarios para aplicar el control PID. 
4. Simular el ambiente en una maqueta para después implementarlo a un centro de cómputo 
real. 
5. Acoplar el sistema de ventilación con el PLC S7-200. 
6. Crear un programa que sea capaz de interpretar la temperatura y así poder manipular 
nuestro sistema de control para lograr su óptimo funcionamiento. 
1.5 Descripción del documento de tesis 
El presente documento de tesis lo forman 6 capítulos:
9 
El Capítulo 1, Introducción, contiene una introducción del proyecto de tesis en términos 
generales. Los Antecedentes Históricos, en los cuales se describe la evolución de los sistemas 
de ventilación así como sus diferentes aplicaciones. La Justificación en el cual se comenta 
el por que es fiable la construcción de un sistema de ventilación. Objetivos, En los cuales se 
explican cuales son los objetivos principales para elaborar este proyecto. Descripción de la 
Tesis, En el cual se describe en forma general el contenido de cada capítulo. 
El Capítulo 2, Modelado Matemático muestra paso a paso el procedimiento necesario para 
obtener la función de transferencia del sistema. 
En el Capítulo 3, Introducción al control PID se da una breve descripción de los términos 
utilizados en el documento, una pequeña introducción al control PID así como el cálculo de las 
ganancias de control. 
El Capítulo 4, Circuitería, contiene una introducción acerca de las conexiones que se tienen 
que realizar en el PLC, además se muestran los diferentes circuitos que realizan la conversión 
de variables físicas a variables eléctricas. todo esto para la interconexión entre el motor de C.D. 
y el PLC. 
En el Capítulo 5, Programación, se muestra la programación en el PLC S7-200 de Siemens, 
así como la subrutina interna del PID en el PLC. 
En el Capítulo 6, Resultados se comenta y se describe el comportamiento de las pruebas 
realizadas bajo distintas condiciones. 
El Capitulo 7, Conclusiones Muestra los comentarios finales del proyecto, así como suge-rencias 
para mejorar el sistema.
Capítulo 2 
Modelado matemático 
En este capítulo se muestra como obtener el modelo matemático del sistema, el cual es muy 
importante para tener un óptimo control del mismo. 
2.1 Modelado Matemático (Teoría y Técnica) 
Para realizar los cálculos de control y la determinación de las ganancias para garantizar la 
estabilidad de un comportamiento deseado, es necesario tener una representación matemática 
del sistema. Es decir una ecuación que describa su comportamiento, esto se conoce como 
modelo matemático cuya respuesta puede ser: posición , velocidad, temperatura, flujo, etc. y 
depende de la entrada que se aplique a la planta. 
Para obtener el modelo matemático, es necesario analizar la parte eléctrica y mecánica del 
sistema.
11 
2.1.1 Obtención experimental de los parámetros del modelo matemático 
Esto se logra obteniendo la respuesta del sistema al aplicarle una señal escalón para un 
voltaje determinado y gráficar su comportamiento. 
De la gráfica se obtienen los parámetros d y b que se aplican directamente a la ecuación del 
modelo matemático y análisis teórico es el siguiente 
Se considera que el voltaje aplicado al sistema es tipo escalón, un valor constante a partir 
de cero [3]. 
V (t) = Vcte ) V (s) = 
Vcte 
s 
(2.1) 
Por lo tanto 
W(s) = 
d 
s + b 
Vcte 
s 
(2.2) 
La transformada inversa de Laplace es: 
q˙(t) = Vcte 
d 
b 
[1 − e−tb] (2.3) 
Para determinar d y b se deben hacer dos mediciones en la gráfica del resultado experimen-tal: 
Primero. El valor en estado estacionario cuando t −! 1. 
q˙(1) = Vcte 
d 
b 
[1 − e−bt] = Vcte 
d 
b 
= q˙final (2.4) 
Donde q˙final es el valor en el cual se estabiliza la temperatura. 
Segundo. El tiempo tb = 1 
b cuando la salida alcanza el 0.633(q˙final): 
q˙(1) = Vcte 
d 
b 
[1 − e−bt] = Vcte 
d 
b 
(0.633) = (0.633)q˙final (2.5) 
De esta forma: 
b = 
1 
tb 
(2.6)
12 
d = 
q˙finalb 
Vcte 
(2.7) 
Donde tb es el tiempo que tarda la temperatura en alcanzar el 63.3% de su valor final Vcte 
máximo, q˙final es la temperatura final que alcanza el sistema en estado estacionario. 
2.2 Identificación del modelo Matemático del sistema 
Se construyó una maqueta la cual simula el centro de cómputo, en esta maqueta se insta-laron 
el ventilador y 6 focos los cuales simulan las fuentes de calor. 
El comportamiento del sistema es representado por la ecuación 2.8 
y(t) = V 
d 
b 
(e0 − e−bt) + ya + V 
f 
g 
(e0 − e−gt) (2.8) 
En la ecuación 2.8, se representan los factores que influyen en el comportamiento del sis-tema 
tales como el calentamiento por las fuentes de calor, el enfriamiento ocasionado por el 
ventilador así como la temperatura ambiente y la respuesta del sistema. 
La respuesta del sistema completo esta representado por y(t) 
El ventilador está representado por: V d 
b (e0 − e−bt) donde V es el voltaje escalón aplicado, 
Las fuentes de calor están representadas por: V f 
g (e0−e−gt) y el último factor es la temperatura 
ambiente la cual es representada por: ya. 
De tal forma que si el voltaje escalón del ventilador es cero la ecuación queda de la siguiente 
forma: 
y(t) = ya + V 
f 
g 
(e0 − e−gt) (2.9) 
Entonces la temperatura del centro de cómputo en un principio estará a temperatura ambi-ente, 
pero al transcurrir el tiempo se ira incrementando por efecto de las fuentes de calor. 
Y para el caso contrario en el que el voltaje escalón de las fuentes de calor sea cero la 
ecuación quedará: 
y(t) = V 
d 
b 
(e0 − e−bt) + ya (2.10)
13 
En este caso aunque el ventilador se mantenga girando la temperatura nunca descenderá 
por debajo de la temperatura ambiente ya que el centro de cómputo es enfriado por el aire 
ambiental. 
Y por último para el caso que el escalón tanto del ventilador como el de las fuentes de calor 
sea cero solo nos queda: 
y(t) = ya (2.11) 
Es decir que el centro de cómputo se mantendrá a temperatura ambiente. 
Para lograr controlar el sistema de una forma eficiente es necesario conocer el compor-tamiento 
de cada uno de los factores ya mencionados, es por eso que se obtuvo el modelo 
matemático de cada uno de ellos para así obtener las ganancias del controlador de forma tal 
que el sistema pueda alcanzar la temperatura deseada en un tiempo determinado. 
Para capturar la respuesta del sistema se utilizó el procesador digital de señales TM320LF2407 
de Texas Instruments y VisSim. Se hicieron diferentes experimentos de los cuales tres se de-scriben 
en la siguiente sección. 
2.2.1 Parte experimental del modelado 
Se obtuvieron tres gráficas de las diferentes respuestas de temperatura: 
1. El calentamiento que ocasionan las fuentes de calor. 
2. El enfriamiento con el ventilador una ves que se a alcanzado un temperatura de 29 oC. 
3. El comportamiento de ambos, es decir de las fuentes de calor y el ventilador juntos. 
De estas gráficas se obtuvieron los datos necesarios para calcular los valores de : d, b, f y 
g y así tener las funciones de transferencia que describen el comportamiento de cada parte del 
sistema. 
2.2.2 Resultados del modelado obtenidos 
En el primer experimento se midió la temperatura ambiente y se prendieron los focos que 
representan las fuentes de calor en el centro de cómputo y se procedió a obtener la respuesta en
14 
donde se muestra en la figura 2.1, en la cual se puede observar que la temperatura ambiente era 
de 24.21 oC y el incremento de temperatura en 700 segundos fue de aproximadamente 3 oC. 
Se hicieron las mediciones indicadas en la sección 2.1 y se obtuvó el modelo matemático 
de este cuyos parámetros son: tb = 293.87seg, g = 0.003402 y f = 0.0007263 
Figura 2.1 Respuesta del sistema con las fuentes de calor con un voltaje escalón de 127V. 
Figura 2.2 Obtención del tiempo al 63.3% 
W(s) = 
0.0007263 
s + 0.003402 
(2.12)
15 
Finalmente se simuló el comportamiento del sistema utilizando el modelo matemático y la 
planta cuya respuesta se muestra en la figura 2.3 en la cual podemos observar que la respuesta 
del modelo y de la planta presentan el mismo comportamiento. 
Figura 2.3 Comparación de la planta con el modelo matemático 
En el segundo experimento se prendieron los focos y se elevo la temperatura hasta 29 oC 
y se apagaron los focos y se encendió el ventilador y se obtuvó la respuesta la cual se muestra 
en la figura 2.4 y se procedió a obtener los valores del modelo matemático los cuales son: 
tb = 91.96seg, b = 0.01666 y d = 0.03466 
Figura 2.4 Respuesta del sistema al voltaje escalón de 12V. 
W(s) = 
0.03466 
s + 0.01666 
(2.13)
16 
Figura 2.5 Obtención del tiempo al 63.3% 
Finalmente se simuló el comportamiento del sistema utilizando el modelo matemático y la 
planta cuya respuesta se muestra en la figura 2.6 en la cual podemos observar que la respuesta 
del modelo y de la planta presentan el mismo comportamiento. 
Figura 2.6 Comparación de la planta con el modelo matemático 
Por último se repitió el experimento 2 pero esta vez sin apagar los focos y se obtuvó la re-spuesta 
del sistema la cual se muestra en la figura 2.7 y se realizo la obtención de los parámet-ros 
del modelo matemático con estas condiciones los cuales son: tb = 48.387seg b = 0.02066 
d = 0.048186
17 
Figura 2.7 Respuesta del sistema completo y ventilador a un voltaje escalón de 11.5V. 
Figura 2.8 Obtención del tiempo al 63.3% 
W(s) = 
0.048186 
s + 0.02047 
(2.14) 
Finalmente se simuló el comportamiento del sistema utilizando el modelo matemático y la 
planta cuya respuesta se muestra en la figura 2.9 en la cual podemos observar que la respuesta 
del modelo y de la planta presentan el mismo comportamiento.
18 
Figura 2.9 Comparación de la planta con el modelo matemático
Capítulo 3 
Introducción al control PID 
3.1 Elementos básicos de un sistema de control. 
Valor deseadoWd(s): Este valor es dado por el usuario y le indica al controlador que valor 
tiene que alcanzar la salida del sistema. 
Valor medido Wm(s): Este es el valor que se obtiene en la salida del sistema el cual es 
medido por un sensor. 
Error E(s): Es la diferencia entre el valor deseado y el valor medido, y este error es envi-ado 
al controlador, el cual se encarga de reducir el valor a cero. 
Error = valor deseado - valor medido. 
Valor del controlador Vc(s): Es la salida que el controlador proporciona a la etapa de 
potencia. 
Valor aplicado a la planta V (s): Es el voltaje de salida de la etapa de potencia y es el 
voltaje proporcionado a la planta o proceso.
20 
Valor de salida W(s): Es el valor de salida. 
En la figura 3.1se muestra la estructura de un sistema de control en lazo cerrado. En un 
sistema de control lo que se requiere, es que la señal de salida sea igual a la señal de referencia. 
Se mide la señal de salida a través de un sensor, y se crea la señal de error, donde la señal 
de error sirve de entrada al controlador, y el controlador crea una señal de control para poder 
corregir la señal de salida y así controlar el proceso. 
Figura 3.1 Diagrama de los elementos de control 
3.2 Controlador PID. 
La estructura del controlador PID incluye tres partes: la parte proporcional, la integral y la 
derivativa. Estos son los controladores P, PI, PD y PID. 
Controlador proporcional (P): Se obtiene una salida del controlador proporcional al error, 
es decir u(t) = Kpe(t) , donde su función de transferencia queda : 
Cp(s) = kp (3.1) 
Donde Kp es una ganancia proporcional ajustable. Un controlador proporcional puede con-trolar 
cualquier planta estable, pero posee desempeño limitado y error en régimen permanente.
21 
Controlador Integral (I): se obtiene una salida en el controlador proporcional al error 
acumulado, lo que implica que es un modo de controlar lento. 
u(t) = Ki 
Z 
e( )d (3.2) 
Y la función de transferencia es: 
Ci(s) = 
Ki 
s 
(3.3) 
La señal de control u(t) tiene un valor diferente de cero cuando la señal de error e(t) es 
cero. Por lo que se concluye que dada una referencia constante, o perturbaciones, el error en 
régimen permanente es cero. 
Controlador proporcional integral (PI): Se define mediante la ecuación: 
u(t) = Kpe(t) + 
Kp 
Ti 
Z 
e( )d( ) (3.4) 
Donde Ti es el tiempo de integración y es quien ajusta la acción integral. Y la función de 
transferencia es: 
CPI = Kp 
 
1 + 
1 
Tis 
 
(3.5) 
Con un control proporcional, es necesario que exista un error para tener una acción de con-trol 
distinta de cero. Con la parte integral, un pequeño error positivo siempre tendrá una acción 
creciente, y si es negativo la señal de control será opuesta. Con este razonamiento nos muestra 
que el error será siempre cero. 
Controlador proporcional derivativo (PD): Se define mediante la ecuación: 
u(t) = Kpe(t) + KpTd 
de(t) 
dt 
(3.6) 
Donde Td es una constante llamada tiempo derivativo. Esta acción hace mas rápida la 
acción de control, aunque amplifica las señales de ruido. La acción del controlador nunca es
22 
utilizada por si sola, debido a que solo es eficaz en ciertos periodos. La función de transferencia 
del controlador PD es: 
CPD(S) = Kp + sKpTd (3.7) 
Cuando la parte derivativa se agrega al controlador proporcional se permite obtener un con-trolador 
de alta sensibilidad, es decir que responde a la velocidad del cambio del error y corrige 
la magnitud del error antes de que se vuelva demasiado grande. Aunque el control derivativo 
no afecta de forma directa al error en estado estacionario, y añade amortiguamiento al sistema 
y, por lo tanto, permite un valor de ganancia muy grande, lo cual mejora la precisión en el 
estado estable. 
Controlador proporcional integral derivativo (PID): 
u(t) = Kpe(t) + 
Kp 
Ti 
Z 
e( )d( ) + KpTd 
de(t) 
dt 
(3.8) 
Y la función de transferencia es: 
CPID(S) = Kp 
 
1 + 
1 
TiS 
+ TdS 
 
(3.9) 
3.3 Consejos generales para el diseño de un controlador PID. 
En el proceso de determinar un controlador PID para un sistema dado, se hacen los siguien-tes 
para obtener una respuesta deseada: 
• Obtener la respuesta de lazo cerrado y determinar las características del sistema. 
• Agregar un control proporcional para mejorar el tiempo de crecimiento. 
• Agregar un control derivativo para mejorar el amortiguamiento. 
• Agregar un control integral para eliminar el error del estado estable. 
• Ajustar las ganancias Kp, Ki y Kd para obtener la respuesta deseada.
23 
3.4 Cálculo de la función de transferencia en lazo cerrado y ob-tención 
de ganancias del control PID 
A continuación se muestra el procedimiento para calcular la función de transferencia en 
lazo cerrado del sistema así como las ganancias de control. 
3.4.1 Función de Transferencia 
Debido a que el modelo matemático del sistema solo tiene un polo no es necesario utilizar 
la parte derivativa. 
Basándonos en el diagrama de lazo cerrado con un controlador PI y la función matemática 
de nuestra planta y una etapa de potencia, donde se obtiene la función de transferencia general. 
Figura 3.2 Diagrama de bloques del sistema controlado 
Reduciendo el diagrama de bloques queda: 
W(s) 
Wd(s) 
= 
 
Kps+Ki 
s 
  0.048186 
s+0.02047 
 
1 + 
 
Kps+Ki 
s 
  0.048186 
s+0.02047 
 
1 
(3.10) 
W(s) 
Wd(s) 
= 
0.048186Kps+0.048186Ki 
s2+0.02047s 
1 + 0.048186Kps+0.048186Ki 
s2+0.02047s 
(3.11) 
W(s) 
Wd(s) 
= 
0.048186Kps+0.048186Ki 
s2+0.02047s 
s2+0.02047s+0.048186Kps+0.048186Ki 
s2+0.02047s 
(3.12)
24 
W(s) 
Wd(s) 
= 
0.048186Kps + 0.048186Ki 
s2 + 0.02047s + 0.048186Kps + 0.04818Ki 
(3.13) 
Quedando así la función de transferencia del sistema: 
W(s) 
Wd(s) 
= 
0.048186Kps + 0.048186Ki 
s2 + (0.02047 + 0.048186Kp)s + 0.048186Ki 
(3.14) 
3.4.2 Análisis de estabilidad 
S + (0.02047 + 0.084818Kp)S + 0.04818Ki (3.15) 
2 
6664 
S2 
S1 
S0 
3 
7775 
2 
6664 
1 0.04818Ki 
(0.02047 + 0.084818Kp) 0 
b1 0 
3 
7775 
b1 = 
[0.02047 + 0.048186Kp][0.04818Ki] − [1][0] 
[0.02047 + 0.048186Kp] 
(3.16) 
b1 = 0.04818Ki (3.17) 
De la columna 1 fila 2 
Kp  − 
0.02047 
0.084818 
(3.18) 
De la columna 1 fila 3 
Ki  0 (3.19) 
3.4.3 Cálculo de ganancias por el método de cancelación de polos 
Una vez obtenido el modelo se obtienen las constantes que determinarán el comportamiento 
de este en el controlador, éstas son obtenidas por medio del método de cancelación de polos. Y
25 
las obtuvimos de la gráfico en la cual se encuentran encendidos tanto las fuentes de calor como 
el ventilador ya que son las condiciones en las cuales va a operar el sistema. 
Para calcular las ganancias se uso el método de cancelación de polos el cual cancela el polo 
de la planta con el cero del controlador PI: 
Kps + Ki 
s 
= 
Kp 
s 
 
s + 
1 
Ti 
 
(3.20) 
Ti es el tiempo de integración. 
 
s + 
1 
Ti 
 
= (s + 0.02047) (3.21) 
 
1 
Ti 
 
= 0.02047 (3.22) 
Por lo tanto: 
Ti = 48.852 (3.23) 
La planta se cancela y solo queda: 
0.048186Kp 
s + (0.048186)(1) 
(3.24) 
De la formula: 
Kp = 
4 
(0.048186)(1)Ts 
(3.25) 
Donde ts es el tiempo de asentamiento de la respuesta deseada, esto es, en cuanto tiempo 
se desea que se alcance el valor deseado. Para un ts = 750seg, Kp = 0.110682. 
Y Ki se calcula como: 
Ki = 
Kp 
Ti 
(3.26) 
Ki = 
0.110682 
48.852 
(3.27)
26 
De tal forma que para un ts de 750 segundos las constantes son: 
Kp = 0.110682, Ki = 0.002266, Ti = 48.852, 
En la figura 3.3 se muestran los bloques de control con sus ganancias las plantas tanto de 
las fuentes de calor como del ventilador. 
Figura 3.3 Controlador PI con el modelo completo 
En la figura 3.4 se muestra la simulación de del control PI con un valor inicial de 20 oC 
y con un valor deseado de 26 oC. Se puede observar que efectivamente si alcanza el valor 
deseado y después experimenta un sobrepaso debido a que el tiempo de respuesta del motor 
es muy grande y por consiguiente tarda en alcanzar la velocidad suficiente para mantener la 
temperatura en el valor deseado. 
Figura 3.4 Valor inicial de 29oC y un valor deseado de 26oC
27 
En la figura 3.5 se muestra la simulación de del control PI con un valor inicial de 29 oC y 
con un valor deseado de 25 oC. En esta figura podemos observar que efectivamente si alcanza 
el valor deseado aproximadamente en 400 segundos. 
Figura 3.5 valor inicial de 24oC y un valor deseado de 25oC
Capítulo 4 
Circuitería 
En este capítulo se describen los diferentes circuitos usados, así como las conexiones hacia 
el PLC. 
Los diferentes dispositivos técnicos utilizados en el proyecto están descritos en la figura 
4.1, en donde se describe la simbología. 
Figura 4.1 Simbología
29 
4.1 Señales de Entrada al PLC 
El PLC está formado por entradas analógicas y digitales, la diferencia entre las dos es el 
margen de voltaje que manejan, las entradas digitales del PLC sólo aceptan hasta 24V, y las 
analógicas van de 0 a 10V. 
Entradas digitales 
Las entradas digitales pueden separarse en varios bloques por donde pasara la señal, hasta con-vertirse 
en un 0 o en 1 para el CPU. 
Entradas analógicas 
Las señales de entrada analógica puede ser por tension o por corriente; esta ultima utiliza una 
resistencia calibrada donde se mide la caída de tension. Los valores mas comunes de señal son 
4 a 20mAcc, 1 a 5Vcc, -5 a +5 Vcc ó 0-10Vcc. 
Nombre Dirección Tipo Función 
Inicio I0.0 Switch N.A. Inicio del proceso 
Paro I0.1 Switch N.A. Paro del proceso 
Temp deseada AIW10 Potenciómetro Indica Nivel deseado de temperatura 
Sensor AIW8 Sensor LM35 Sensor de Temperatura del recinto 
Tabla 4.1 Tabla de Entradas al PLC 
4.2 Señales de Salida del PLC 
Salidas digitales 
Al igual que a las entradas, se denomina tiempo de respuesta de salida al tiempo que insume 
una señal para pasar por todos los bloques. Las alternativas de selección para la conexión del 
circuito son tres: salidas por rele, triac y transistor. Las salidas de rele pueden utilizarse en 
cargas de C.A. o C.D, las de transistor en C.D, y las del triac solo en C.A. Las salidas por triac
30 
o transistor son preferibles a los de rele en los casos de que se requiere mayor velocidad de 
operación. El tiempo típico de respuesta para un transistores de 1mseg tanto para conexión 
como para desconexión, mientras que la salida del triac se aproxima 10mseg. Los módulos con 
salida por relé tienen mayor flexibilidad, en cuanto a que maneja C.A. o C.D. indistintamente. 
Además, pueden manejar cargas mayores que un modulo con salida por triac o transistor. 
Salidas analógicas. 
Para las salidas analógicas el CPU emite un numero binario a través del bus de datos, que debe 
convertirse en una señal analógica de corriente o tension. A diferencia del modulo de entradas 
analógicas, es frecuente que en la salida analógica se disponga de un convertidor D/A por canal. 
Nombre Dirección Tipo Función Voltaje V Corriente I 
Proceso Q0.0 Led Indicador de proceso 5 Volts 400 mAmperes 
Motor AQW4 Motor de C.D. Activa el ventilador 0-10 volts 1 Ampere 
Tabla 4.2 Tabla de Salidas del PLC 
4.3 Diagramas de conexiones de Entrada y Salidas del PLC. 
A continuación se muestran los diferentes diagramas de conexiones del PLC. 
4.3.1 Señales Digitales de Entrada y Salida 
Figura 4.2 Diagrama de Entradas Digitales del PLC
31 
Figura 4.3 Diagrama de Salidas Digitales del PLC 
4.3.2 Señales Analógicas de Entrada y Salida 
Figura 4.4 Diagrama de Entradas Analógicas del PLC 
Figura 4.5 Diagrama de Salidas Analógicas del PLC
32 
4.4 Sensor de Temperatura 
Para que el PLC pudiera obtener la señal del sensor fue necesaria diseñar una etapa de 
potencia para amplificar el voltaje de salida del sensor de temperatura. Esta etapa de potencia 
tiene una ganancia de 10, ya que el sensor entrega 100 mV por 1oC. Por lo tanto para un rango 
0 a 100 C quedaría un rango de voltaje de 0 a 10 V 
Figura 4.6 Amplificador del sensor LM35 
4.5 Etapa de Potencia al Motor 
Dado que el PLC solo entrega en sus salidas analógicas un voltaje máximo de 10V, y 
además no es capaz de entregar mucha corriente, es necesaria una etapa de potencia (usada 
como acopladora de impedancia). 
Para esto se usa una etapa de potencia para aumentar a 2.4 la entrada en el primer amplifi-cador 
operacional para obtener un voltaje aproximado de 24 volts, ya que la entrada del PLC 
como antes mencionado solo entrega un máximo de 10 volts, el segundo amplificador sirve 
para polarizar los transistores de potencia con el voltaje que se desea sea enviado por el motor, 
y el arreglo de transistores proporciona la corriente requerida para el circuito.
33 
Figura 4.7 Etapa de potencia 
4.6 Circuito del valor deseado 
Para el circuito de valor deseado fue necesario implementar un potenciómetro para fijar el 
valor de temperatura que se desea en el recinto. 
Fue necesario hacer un divisor de voltaje para poder acoplar nuestro circuito. 
Vx 
V100 
= 
Rx 
R100 
(4.1) 
Rx = 
Vx 
V100 
R100 (4.2) 
Rx = 
10V 
1V 
100
 = 1000
 (4.3) 
I = 
11V 
100
 + 1000
 
= 10mA (4.4) 
Vx = I(1K
) = (10mA)(1K
) = 10V. (4.5)
34 
Figura 4.8 Circuito que ajusta el valor deseado
Capítulo 5 
Programa en el PLC S7-200 
En este capítulo se describe la programación realizada en el editor STEP7 Micro/WIN32[4],donde 
se encuentran las referencias de las entradas y salidas asignadas del PLC, así como sus direc-ciones. 
La programación se realizo en la plataforma de contactos KOP, que es un lenguaje de pro-gramación 
gráfico con componentes similares a los elementos de un esquema de circuitos, que 
es de tipo escalera. 
Los elementos básicos de la plataforma KOP para la creación de programas son: 
Contactos: Un contacto representa un interruptor donde circula corriente cuando este se en-cuentra 
cerrado. 
Bobinas: Se representa por medio de un relevador que se cierra cuando se le aplica una tensión 
o voltaje. 
Cuadros: El cuadro representa una función que se ejecuta cuando la corriente circula por él. 
Segmento: Cada segmento constituye a un circuito completo. 
La corriente circula desde la barra de alimentación izquierda pasando por los contactos 
cerrados para alimentar las bobinas o cuadros.
36 
5.1 Tabla de símbolos 
Tabla 5.1 Tabla de Símbolos 
Nombre Dirección Comentario 
Inicio I0.0 Inicio de proceso 
Proceso M0.0 Marca de proceso 
Paro I0.1 Paro del proceso 
Valor_deseado AIW10 Valor deseado de temperatura 
Salida AQW4 Salida del control 
Sensor_temp AIW8 Sensor de temperatura del salon 
MEM_temp VD100 Memoria del sensor de temperatura 
MEM_des VD104 Memoria del sensor del valor deseado 
MEM_salida VD108 Memoria de salida de control 
Kp VD112 Valor Kp 
Ts VD116 Tiempo de Muestreo 
Ki VD120 Valor de Ki 
Kd VD124 Valor de Kd 
MEM_BIAS VD128 Memoria BIAS 
MEM_valorant VD132 Valor anterior 
Retardo T32 Timer de retardo
37 
5.2 PID en el PLC S7-200 
El control PID en el PLC S7-200 se maneja por medio de una tabla de 32 Bytes, que esta 
dividido en doce memorias que son usadas para guardar datos de doble palabra cada uno (ver 
Apéndice C) [4]. Se comienzo en la dirección 100, la MEM0 va desde 100 a 103, y la si-guiente 
va desde 104 a 107, en esta tabla se ingresan datos que la rutina PID utiliza para crear 
la función de salida de control que se encuentra en la MEM8 de esta tabla, la MEM0 guarda la 
variable a controlar y la MEM4 el valor de preset o el valor deseado. La tabla de la Rutina PID 
se muestra en la Tabla 5.1 
La rutina PID trabaja en la Tabla 5.1, creando una salida para igualar los datos de MEM 0 
y 4, lo que crea el control PID. Las otras direcciones, las que guardan las constantes y ganan-cias 
según el modelo matemático de la planta determinan el comportamiento que se desea, las 
constantes son: Kp, Ki, Kd y el tiempo de muestreo. Estas constantes pueden ser cambiadas 
desde el programa del editor del PLC S7-200. 
Con la rutina PID en el PLC es muy fácil aplicar cualquier combinación de controladores, 
ya sea P, PI, PD, PID, etc. Solo con determinar las constantes de comportamiento, es decir, 
como en nuestro caso es un control PI, el valor de Kd será cero. 
5.3 Normalización de las Entradas Analógicas a Memorias en el 
PLC 
En la tabla de rutina del PID los valores deben ser normalizados entre 0 y 1, las entradas 
y las salidas del control solo tienen valores de entre 0 y 1, las señales de entradas del PLC, 
la señal de valor deseado y la señal del sensor de temperatura, están en forma de voltaje, y se 
limita a 10 volts ya que el PLC no puede recibir mas de 10 volts en sus entradas analógicas. 
La señal del sensor se digitaliza y se transforma a un número real de doble palabra y se divide 
entre 32000 que es la resolución maxima de digitalización, de esta manera queda normalizada
38 
la señal del sensor, de igual manera se ingresa una señal de voltaje por medio de un poten-ciómetro 
que es el valor deseado. Estas señales se mueven a la tabla de la rutina PID en sus 
correspondientes localidades de memoria. 
Para la señal de salida o de control, esta se obtiene de la localidad de memoria MEM8 es 
decir de 8 bytes después de la memoria origen de la tabla de la rutina PID, esta señal tiene 
un valor entre 0 y 1 de tal manera que es necesario desnormalizarla y para esto es necesario 
multiplicarla por 32000, y hacerle un redondeo para crear una señal de salida mas estable sin 
muchas variaciones al ser transformada en voltaje. 
Para la rutina PID se tienen tres entradas, una de habilitación, a la cual se se le conecta un 
interruptor que funciona como pulso de inicio para la rutina PID, la dirección base de la tabla 
de la rutina y un numero de loop, éste se usa ya que el PLC tiene la capacidad de realizar varias 
rutinas de PID, pero para esto es necesario un numero de loop el cual determina que numero 
de loop de PID se esta realizando, hay que tener cuidado de no repetir éste numero ya que no 
importa que las direcciones iniciales de la tabla sean diferentes, si no tienen diferente numero 
de loop éste no funciona o crearía una señal errónea a la salida de control[5].
39 
5.4 Programa 
Figura 5.1 Programa Principal 
Figura 5.2 Subrutina
40 
Figura 5.3 Interrupción 0
41
42
Capítulo 6 
Resultados 
En este capítulo se presentan los resultados de cuatro de las pruebas que se realizaron al 
sistema de control, para esto se le asignó un valor deseado de temperatura, se observó el com-portamiento 
de nuestro sistema, se midieron las variables de interés que son: El valor deseado, 
el tiempo de estabilización. Se comprobó la eficiencia del control en las diferentes pruebas, y 
se observó que el sistema si responde conforme al modelo. 
En dichas pruebas se cambiaron las condiciones de las variables deseadas como valor de 
temperatura inicial alto y el valor deseado menor ó valor inicial bajo y valor deseado mayor 
para valorar la respuesta del sistema en condiciones diferentes y verificar que el sistema con-trolado 
responde de manera adecuada a los requerimientos exigidos.
44 
6.1 Prueba 1 
La primera prueba consistió en obtener el valor deseado a partir de un valor inicial alto de 
temperatura. Es decir que la temperatura se elevo hasta 30 C y se le dio un valor deseado de 
23 C. 
Figura 6.1 Resultados de la Prueba 1 
En esta prueba se observa que el sistema inició con una temperatura aproximada de 30 oC. 
En el transcurso de la prueba se observa que efectivamente el programa detecta el error entre 
la temperatura medida y la temperatura deseada y trata de reducir el error enviando el máximo 
voltaje al motor y una vez que se va reduciendo el error el voltaje del motor va disminuyendo 
reduciendo así la velocidad del ventilador. Se puede observar que la temperatura si alcanzó 
al valor deseado. El comportamiento de la gráfica de la figura 6.1 se observó que una vez 
alcanzado el valor deseado se mantiene estable, y tardó un tiempo aproximado de 300 segundos 
en alcanzar este valor. 
El tiempo de la prueba se llevo a cabo en 20 minutos.
45 
6.2 Prueba 2 
En la prueba 2 la temperatura inicia por debajo del valor deseado por lo que se espera que 
la temperatura sea incrementada por las fuentes de calor. La temperatura inicial es de 23.5 C 
y el valor deseado es de 25.5 C. 
Figura 6.2 Resultados de la Prueba 2 
En la gráfica de la figura 6.2 se observa que efectivamente la temperatura empieza a incre-mentarse 
y tarda aproximadamente 300 segundos en alcanzar el valor deseado, y una vez que 
la temperatura se incrementa por arriba del valor deseado el ventilador empieza a funcionar 
para tratar de mantener la temperatura deseada, pero como el tiempo de respuesta del venti-lador 
es muy grande tarda aproximadamente 200 segundos en alcanzar la velocidad suficiente 
para mantenerlo en el valor deseado y una vez llegado a este valor el ventilador se detiene y la 
temperatura se incrementa una vez mas y así empieza otra vez el ciclo de enfriamiento y es por 
eso que se observan unas pequeñas oscilaciones. 
El tiempo de la prueba fue de 20 minutos.
46 
6.3 Prueba 3 
En esta prueba la temperatura comenzó con un valor por arriba del valor deseado. El valor 
inicial de la temperatura es de 26.5 C y el valor deseado es de 24 C. 
Figura 6.3 Resultados de la Prueba 3 
En la figura 6.3 se muestra la gráfica de la respuesta del sistema en la cual podemos observar 
que el ventilador reduce la temperatura a 25 C y aunque se mantiene girando a la maxima 
velocidad no alcanza los 24 C deseados, esto se debe a que la temperatura ambiente en el 
momento de la prueba se encontraba por arriba del valor deseado, ya que el sistema enfría con 
aire del ambiente nunca podrá reducir la temperatura del centro de computo por debajo de la 
temperatura ambiente. 
El tiempo de la prueba fue de 800 segundos (13 minutos con 20 segundos aproximada-mente).
47 
6.4 Prueba 4 
En esta prueba el valor inicial es igual al valor deseado por lo que el sistema debe de man-tener 
la temperatura en este valor. 
Figura 6.4 Resultados de la Prueba 4 
En la figura 6.4 podemos observar que la temperatura inicio en un valor de 25 oC y el valor 
deseado también es de 25 C, como se puede observar la temperatura tiende a incrementarse 
por efecto de las fuentes de calor y al gran tiempo de respuesta del ventilador, es decir que 
el ventilador tarda un tiempo aproximado de 120 segundos en compensar el calentamiento y 
una vez alcanzado este punto el sistema empieza a reducir la temperatura hasta igualarla con el 
valor deseado . Una vez alcanzado el valor deseado el ventilador se detiene ya que el error es 
cero y la temperatura tiende a incrementarse y nuevamente comienza el ciclo de enfriamiento, 
es por eso que se presentan las oscilaciones, Se observa que las oscilaciones se van reduciendo, 
por lo que en un tiempo infinito la temperatura se estabilizará en el valor deseado(siempre y 
cuando la temperatura ambiente no se incremente o disminuya). 
El tiempo de la prueba fue de 800 segundos (13 minutos con 20 segundos aproximada-mente).
48 
CONCLUSIONES 
En el presente trabajo de tesis se puede concluir que el sistema cumplió con eficacia todos 
los objetivos propuestos, ya que al comparar con los resultados previamente obtenidos, se de-terminó 
que se lograron los diversos resultados que se esperaban. 
En el control realizado por el PLC S7-200 de Siemens en el centro de cómputo es preciso y 
estable, claramente se puede observar cuando la temperatura del cuarto es alterada por el calor 
de las computadoras, y como el control compensa la temperatura deseada. 
La aplicación de este sistema en la industria es totalmente factible, no solo para el control 
de temperatura si no para cualquier tipo de sistema, y hace muy viable su reprogramación, si 
se desea un cambio de comportamiento solo se requiere entrar al editor y hacerlo, al igual si el 
modelo se modifica. 
Este proyecto se puede utilizar en talleres, almacenes, polideportivos, granjas, bodegas, 
garajes, etc.; dando soluciones a medida de cada necesidad. 
Se observó que en algunas pruebas no se alcanzó el valor deseado de temperatura, esto 
debido a que la temperatura del ambiente era mayor a comparación de la temperatura del valor 
deseado, y por ello no es posible enfriar por debajo de este valor, debido a que el aire viene del 
exterior. 
Se pudo observar que el sistema efectivamente si enfría y que también mantiene la tempe-ratura 
cercana al valor deseado, además en todas las pruebas el sistema tardo aproximadamente
49 
300 segundos en estabilizar el valor deseado. 
Finalmente se puede concluir que el presente trabajo sirva de ejemplo para que posterior-mente 
se realicen otros similares y mejoren el sistema de ventilación. 
Para implementar en otros lugares es necesario observar e investigar las necesidades de esos 
lugares. Por que si se requiere controlar la temperatura de una bodega es necesario combinar 
la ventilación con humedad para mantener más fresco el lugar. O será necesario aplicar un 
sistema de aire acondicionado.
50 
Apéndice A: Programa para Modelo Matemático 
Figura A.1 Programa VisSim
51 
Apéndice B: Hojas de datos
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63 
Apéndice C: Tabla de Memoria de la rutina PID 
Figura C.1 Tabla de Memoria
64 
Apéndice D: Circuitería y fotos 
Figura D.1 Maqueta 
Figura D.2 Conexiones a la tarjeta
65 
Figura D.3 Motor 
Figura D.4 Enfriamiento Maqueta
66 
Figura D.5 Conexión con el PDS 
Figura D.6 Prueba del modelo matemático
67 
Figura D.7 Prueba del modelo matemático 2
68 
Referencias 
[1] Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Fan_%28implement%29. Antecedentes Históri-cos 
9 de Mayo 2007. 
[2] soler  palau http://www.solerpalau.es/formacion_01_02.html. Ventilación 4 de Marzo 
2007. 
[3] E. Gonzalez Elías, Notas de Control I. Reading, MA: ICE FI UAZ. Co., 2002. 
[4] Sistema de Automatización S7-200: SIEMENS: 1998 
[5] S. Grey, Control de una Banda Transportadora por el PLC s7-200, Ingeniería en Comu-nicaciones 
y Electrónica, UAZ , 24 de Febrero de 2006. 
[6] E. Bañuelos, Ingeniería en Control 1. ICE FI UAZ, MA: UAZ, 1999. 
[7] Katsuhiko Ogata,Ingeniería de Control Moderna. Reading, MA: Prentice Hall. 2003. 
[8] C. Betancor, Diseño de un sistema de control de temperatura, Departamento de Ingeniería 
Electrónica y Automata, Universidad de Palermo, Chile, 2000. 
[9] S. Paloma Ruiz y otros, Diseño de una máquina expendedora de sopas instantáneas con-trolada 
por el PLC s7-200, Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, UAZ , 24 de 
Febrero de 2006. 
[10] Hojas de datos, http://www.alldatasheet.com. LM234, LM35, TIP31 y TIP35 14 de Abril 
2007.

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  • 1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS CONTROL DE TEMPERATURA CON EL PLC S7-200 Julio C. Delgado López, Jacobo Montoya Becerra y Oscar A. Sandoval Rodríguez Tesis de Licenciatura presentada a la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica de acuerdo a los requerimientos de la Universidad para obtener el título de INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA Directores de tesis: M. en M. A. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Telles UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Zacatecas, Zac., 29 de Junio de 2007
  • 2. APROBACIÓN DE TEMA DE TESIS DE LICENCIATURA Julio C. Delgado López, Jacobo Montoya Becerra y Oscar A. Sandoval Rodríguez PRESENTES De acuerdo a sus solicitudes de tema de Tesis de Licenciatura del Programa de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, con fecha 20 de Noviembre de 2006, se acuerda asignarles el tema titulado: CONTROL DE TEMPERATURA CON EL PLC S7-200 Se nombran revisores de Tesis a los profesores M. en M. A. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Telles, notificándoles a ustedes que disponen de un plazo máximo de seis meses, a partir de la presente fecha, para la conclusión del documento final debidamente revisado. Atentamente Zacatecas, Zac., 18 de Junio de 2007 Ing. José A. Álvarez Pérez Director de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
  • 3. AUTORIZACIÓN DE IMPRESIÓN DE TESIS DE LICENCIATURA Julio C. Delgado López, Jacobo Montoya Becerra y Oscar A. Sandoval Rodríguez PRESENTE La Dirección de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica les notifica a ustedes que la Comisión Revisora de su documento de Tesis de Licenciatura, integrada por los profesores M. en M. A. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Telles, ha concluido la revisión del mismo y ha dado la aprobación para su respectiva presentación. Por lo anterior, se les autoriza a ustedes la impresión definitiva de su documento de Tesis para la respectiva defensa en el Examen Profesional, a presentarse el 29 de Junio de 2007 Atentamente Zacatecas, Zac., 18 de Junio de 2007 Ing. José A. Álvarez Pérez Director de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
  • 4. APROBACIÓN DE EXAMEN PROFESIONAL Se aprueba por unanimidad el Examen Profesional de Julio César Delgado López, Jacobo Montoya Becerra y Oscar Antonio Sandoval Rodriguez, presentado el 29 de Junio de 2007 para obtener el título de: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA Jurado: Presidente: M. en M. A. Rafael Villela Varela Primer vocal: M. en I. Aurelio Beltrán Telles Segundo vocal: M. en C. Eduardo Gonzalez Elías Tercer vocal: M. en I. Claudia Reyes Rivas Cuarto vocal: Ing. Alejandro Chacón Ruiz
  • 5. RESUMEN En la actualidad la aplicación de sistemas de control ha dado como resultado la automa-tización de todo tipo de procesos. En estos procesos se puede controlar Velocidad, Posición, Temperatura, Flujo , Humedad, Etc. En este proyecto se presenta la descripción de la construcción de un control de temperatura para un centro de cómputo, donde se diseñaron diversos circuitos para su implementación. Este proyecto surge porque en los centros de cómputo la temperatura tiende a incrementarse debido al calor emitido por las computadoras, así como por el calor corporal de los usuarios, y este problema se presenta principalmente en las estaciones primavera-verano. El proyecto consiste en simular en una maqueta todos los dispositivos y fuentes que producen calor, para obtener un modelo matemático y a partir de ello controlar la temperatura por medio de un ventilador y un programa que es llevado a cabo por un Controlador Lógico Programable (PLC) S7-200 de SIEMENS, el cual es muy accesible y fácil de programar.
  • 6. iv A nuestros padres y hermanos por su infinita confianza y apoyo. Gracias.
  • 7. v Agradecimientos Agradecemos la colaboración de nuestro asesor de tesis el M. en M.A. Rafael Villela Varela por sus recomendaciones en el desarrollo del proyecto. Así como también agradecemos al M. en I. Aurelio Beltrán Telles por sus consejos y su tiempo en la colaboración del proyecto. También queremos agradecer la valiosisima amistad del Ing. Alejandro Chacón Ruiz, por permitirnos el uso del Laboratorio de Comunicaciones para realizar este trabajo. GRACIAS.
  • 8. vi Contenido General Pag. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii Lista de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii Lista de tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi Nomenclatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii 1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 Ventilación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.1 La Ventilación y su función. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.2 Tipos de ventilación más comunes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.5 Descripción del documento de tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 Modelado matemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1 Modelado Matemático (Teoría y Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.1 Obtención experimental de los parámetros del modelo matemático . . . 11 2.2 Identificación del modelo Matemático del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.1 Parte experimental del modelado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.2 Resultados del modelado obtenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3 Introducción al control PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1 Elementos básicos de un sistema de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2 Controlador PID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.3 Consejos generales para el diseño de un controlador PID. . . . . . . . . . . . . 22 3.4 Cálculo de la función de transferencia en lazo cerrado y obtención de ganancias del control PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.4.1 Función de Transferencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.4.2 Análisis de estabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.4.3 Cálculo de ganancias por el método de cancelación de polos . . . . . . 24
  • 9. vii Pag. 4 Circuitería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.1 Señales de Entrada al PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.2 Señales de Salida del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.3 Diagramas de conexiones de Entrada y Salidas del PLC. . . . . . . . . . . . . 30 4.3.1 Señales Digitales de Entrada y Salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.3.2 Señales Analógicas de Entrada y Salida . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.4 Sensor de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.5 Etapa de Potencia al Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.6 Circuito del valor deseado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5 Programa en el PLC S7-200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.1 Tabla de símbolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.2 PID en el PLC S7-200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.3 Normalización de las Entradas Analógicas a Memorias en el PLC . . . . . . . 37 5.4 Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 6 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.1 Prueba 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6.2 Prueba 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6.3 Prueba 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.4 Prueba 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Apéndices Apéndice A: Programa para Modelo Matemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Apéndice B: Hojas de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Apéndice C: Tabla de Memoria de la rutina PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Apéndice D: Circuitería y fotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
  • 10. viii Lista de figuras Figura Pag. 1.1 Ventilador Punkah, 27 Noviembre 1830. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 Ventilador de escritorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 Ventilador de techo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Ventilación por sobrepresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.5 Ventilación por depresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.6 Ventilación general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.7 Ventilación localizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1 Respuesta del sistema con las fuentes de calor con un voltaje escalón de 127V. . . 14 2.2 Obtención del tiempo al 63.3% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3 Comparación de la planta con el modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4 Respuesta del sistema al voltaje escalón de 12V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.5 Obtención del tiempo al 63.3% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.6 Comparación de la planta con el modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.7 Respuesta del sistema completo y ventilador a un voltaje escalón de 11.5V. . . . . 17 2.8 Obtención del tiempo al 63.3% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.9 Comparación de la planta con el modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.1 Diagrama de los elementos de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2 Diagrama de bloques del sistema controlado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
  • 11. ix Figura Pag. 3.3 Controlador PI con el modelo completo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.4 Valor inicial de 29oC y un valor deseado de 26oC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.5 valor inicial de 24oC y un valor deseado de 25oC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.1 Simbología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.2 Diagrama de Entradas Digitales del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.3 Diagrama de Salidas Digitales del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.4 Diagrama de Entradas Analógicas del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.5 Diagrama de Salidas Analógicas del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.6 Amplificador del sensor LM35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.7 Etapa de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.8 Circuito que ajusta el valor deseado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.1 Programa Principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.2 Subrutina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.3 Interrupción 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.1 Resultados de la Prueba 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6.2 Resultados de la Prueba 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6.3 Resultados de la Prueba 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.4 Resultados de la Prueba 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 A.1 Programa VisSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 C.1 Tabla de Memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 D.1 Maqueta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 D.2 Conexiones a la tarjeta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
  • 12. x Figura Pag. D.3 Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 D.4 Enfriamiento Maqueta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 D.5 Conexión con el PDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 D.6 Prueba del modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 D.7 Prueba del modelo matemático 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
  • 13. xi Lista de tablas Tabla Pag. 4.1 Tabla de Entradas al PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.2 Tabla de Salidas del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 5.1 Tabla de Símbolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
  • 14. xii Nomenclatura V Voltaje A Ampere oC Grados Centigrados C.A. Corriente Alterna C.D. Corriente Directa Wd(s) Valor deseado. Wm(s) Valor medido. E(s) Error. V c(s) Valor de controlador. V (s) Valor aplicado de la planta. W(s) Valor de salida. W Watts. Kp Ganancia proporcional. Ki Ganancia integral. Ti Tiempo de integración en el control integral.
  • 15. Capítulo 1 Introducción En los centros de cómputo se presenta el problema de que la temperatura de la sala tiende a elevarse, tanto por el calor emitido por las máquinas así como por el calor corporal de los usuarios, esta temperatura en ocasiones llega a ser sofocante, por lo cual es necesario tener una buena ventilación del lugar para mantenerlo en un rango de temperatura agradable para las per-sonas. Por lo regular se usan ventiladores impulsados por motores de corriente directa (C.D.) y corriente alterna (C.A.) que estén funcionando de manera constante, pero esto ocasiona un consumo excesivo e innecesario de electricidad, ya que en ocasiones el centro de computo esta a una temperatura agradable y no es necesario enfriarla. Una solución al consumo innecesario de electricidad es usar un ventilador de velocidad variable para que gire solo a las revoluciones necesarias y que se detenga cuando la temperatura este dentro de un rango agradable. Una forma de implementar un ventilador de velocidad variable es usar un motor de C.D. ya que la velocidad angular en el rotor es proporcional al voltaje aplicado y se comporta de una forma casi lineal por lo que se puede variar su velocidad variándole el voltaje aplicado. Pero además, es necesario implementar un sistema que controle de forma automática la velocidad del ventilador, ya que sería muy ineficiente estar variando el voltaje aplicado de forma manual. El presente trabajo de tesis consiste en la implementación de un sistema de control de tem-peratura para regular la ventilación en un centro de cómputo.
  • 16. 2 El sistema de control de temperatura consiste en un sensor de temperatura LM35 que toma la temperatura del centro de computo la cual se transforma en voltaje y es enviada a una entrada analógica del PLC, que a su vez compara la temperatura leída con la temperatura deseada para obtener el error y determinar cuanto voltaje debe ser enviado al motor y después por medio del programa en el PLC se manda la señal de control (Voltaje) para regular la revoluciones por minuto a nuestro ventilador. Lo anterior se logra con un control PID implementado en el PLC S7-200 en el cual el tra-bajo del PLC es hacer procesos preprogramados. 1.1 Antecedentes El primer antecedente mecánico de un ventilador fue el "punkah" usado a partir del año de 1500 en medio oriente. Tenía tramas de "canvas" cubiertas que estaban suspendidas en el techo. Los sirvientes lo conocían como el muro de punkah, este era jalado por una soga conec-tada a la trama para mover una lamina de atrás hacia delante y viceversa.[1] Figura 1.1 Ventilador Punkah, 27 Noviembre 1830.
  • 17. 3 En la revolución industrial alrededor de 1800, se introdujeron los ventiladores generados por fábricas que tenían grandes ruedas de agua. Uno de los primeros ventiladores mecánicos fue construido por A.A.Sablukov en 1832. Llamo a su invención como un tipo de ventilador centrífugo, era una bomba de aire. Los ven-tiladores centrífugos fueron probados exitosamente en minas y fabricas en los años de 1832- 1834[1]. Cuando Thomas Alba Edison y Nikola Tesla introdujeron la energía eléctrica comercial a finales de los 1800s y principios de los 1900s, se introdujo el primer ventilador eléctrico.[1] Entre 1882 y 1886, el Dr. Schuyler Skaats Wheeler desarrolló un ventilador de escritorio, un tipo de ventilador personal, fue comercializado por la firma Americana Crocker & Curtis que era una compañía de motores eléctricos.[1] Figura 1.2 Ventilador de escritorio En 1882, Philip H. Diehl introdujo el primer ventilador de techo; Dile es considerado como el padre de la ventilación moderna. A finales de los 1800s el ventilador eléctrico fue usado solamente en establecimientos co-merciales o en casas muy adineradas. Ventiladores de calefacción fueron muy comunes a
  • 18. 4 Figura 1.3 Ventilador de techo principios del siglo 20. En los 1920s, con el avance de la industria permitió que el acero fuera producido en masa y trajo con ello que los precios de los ventiladores bajaran, permitiendo a más habitantes poder obtenerlos. 1950s Los ventiladores fueron producidos con colores extravagantes para captar a más compradores. 1960s con la aparición del aire acondicionado se acaba la era dorada de los ventiladores eléctricos. 1970s Los ventiladores de techo tipo Victoriano se hicieron populares. En la actualidad los ventiladores son parte de la vida diaria en el lejano oriente, Japón y en España. Los ventiladores eléctricos están siendo reemplazados por el aire acondicionado en hogares y oficinas, pero a pesar de ello los ventiladores consumen menos energía que el aire acondicionado.
  • 19. 5 1.2 Ventilación. La ventilación cuenta con una gran variedad de aplicaciones para la industria, ventilación de edificios, ventilación de habitaciones, ventilación en plantas industriales, extracción de olores en restaurantes o cocinas entre otras aplicaciones. 1.2.1 La Ventilación y su función. Se define a la ventilación como la técnica que permite sustituir el aire ambiente interior de un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad excesiva. A la mayoría de la gente la ventilación les resuelve funciones vitales como la provisión de oxígeno para su respiración y el control de calor que producen , a la vez que les proporciona condiciones de confort afectando la temperatura, humedad, y velocidad del aire y la elimi-nación de olores indeseables. A las máquinas e instalaciones y procesos industriales la ventilación permite controlar el calor, la toxicidad o la potencial explosividad del ambiente. 1.2.2 Tipos de ventilación más comunes. 1.2.2.1 Ventilación por sobrepresión: Este tipo de ventilación se obtiene inyectándole aire a un local o cuarto, donde se pone en sobre-presión el interior del local respecto a la presión atmosférica. El aire fluye entonces hacia el exterior por las aberturas dispuestas para ello. El aire a su paso barre los contaminantes del local y deja el local lleno de aire puro exterior y a una temperatura fresca.[2]
  • 20. 6 Figura 1.4 Ventilación por sobrepresión 1.2.2.2 Ventilación por depresión: Se logra colocando el ventilador extrayendo el aire del local, lo que provoca que el local en-tre en depresión respecto a la presión atmosférica. El aire penetra desde afuera por la abertura adecuada, efectuando una ventilación de iguales efectos a la ventilación por sobre-presión.[2] Figura 1.5 Ventilación por depresión 1.2.2.3 Ventilación ambiental o general. El aire entra en el local y se difunde por todo el espacio interior antes de alcanzar la sa-lida. Tiene el inconveniente que de haber un agente contaminante, como seria el caso de unas cubas industriales con desprendimiento de gases y vapores molestos o tóxicos, el aire de una ventilación general esparce la contaminación por todo el local antes de ser llevado a la salida.[2]
  • 21. 7 Figura 1.6 Ventilación general 1.2.2.4 Ventilación localizada: De esta forma el aire contaminado es captado en el mismo lugar donde se produce su contaminación evitando su difusión por todo el local. Se logra con un ventilador de base de campana que capta lo más estrechamente posible el foco contaminante y conducirá directa-mente al exterior el aire captado.[2] Figura 1.7 Ventilación localizada 1.2.2.5 Ventilación mecánica controlada. Es un sistema muy peculiar que se utiliza para controlar el ambiente de toda una vivienda, local e incluso un edificio con varios pisos, permitiendo introducir recursos para el ahorro de energía.[2]
  • 22. 8 1.3 Justificación Los sistemas autómatas en nuestro tiempo tienen gran relevancia, debido a que no se necesita ningún esfuerzo físico humano para poder manipular factores como son temperatura, humedad, presión, etc., es por eso que se recurre a métodos en donde nuestros sistemas se encargan de manipular estos factores, en nuestro caso como es un control de temperatura, el ventilador cumple con nuestra tarea. Es por eso que se recurrió a diseñar e implementar un sistema de control de temperatura para un centro de cómputo. La elaboración del proyecto servirá como material didáctico, ya que se observa la interacción del PLC con diversos circuitos además en la elaboración del proyecto se reafirma el conocimiento y se facilita la comprensión de la teoría. El trabajo servirá para ilustrar los distintos procesos que hacen los sistemas autómatas al aplicarles control PID por medio del PLC. 1.4 Objetivos 1. Diseñar un sistema de control de temperatura. 2. Obtener la función de transferencia del comportamiento de la temperatura en un centro de cómputo. 3. Diseñar y construir circuitos necesarios para aplicar el control PID. 4. Simular el ambiente en una maqueta para después implementarlo a un centro de cómputo real. 5. Acoplar el sistema de ventilación con el PLC S7-200. 6. Crear un programa que sea capaz de interpretar la temperatura y así poder manipular nuestro sistema de control para lograr su óptimo funcionamiento. 1.5 Descripción del documento de tesis El presente documento de tesis lo forman 6 capítulos:
  • 23. 9 El Capítulo 1, Introducción, contiene una introducción del proyecto de tesis en términos generales. Los Antecedentes Históricos, en los cuales se describe la evolución de los sistemas de ventilación así como sus diferentes aplicaciones. La Justificación en el cual se comenta el por que es fiable la construcción de un sistema de ventilación. Objetivos, En los cuales se explican cuales son los objetivos principales para elaborar este proyecto. Descripción de la Tesis, En el cual se describe en forma general el contenido de cada capítulo. El Capítulo 2, Modelado Matemático muestra paso a paso el procedimiento necesario para obtener la función de transferencia del sistema. En el Capítulo 3, Introducción al control PID se da una breve descripción de los términos utilizados en el documento, una pequeña introducción al control PID así como el cálculo de las ganancias de control. El Capítulo 4, Circuitería, contiene una introducción acerca de las conexiones que se tienen que realizar en el PLC, además se muestran los diferentes circuitos que realizan la conversión de variables físicas a variables eléctricas. todo esto para la interconexión entre el motor de C.D. y el PLC. En el Capítulo 5, Programación, se muestra la programación en el PLC S7-200 de Siemens, así como la subrutina interna del PID en el PLC. En el Capítulo 6, Resultados se comenta y se describe el comportamiento de las pruebas realizadas bajo distintas condiciones. El Capitulo 7, Conclusiones Muestra los comentarios finales del proyecto, así como suge-rencias para mejorar el sistema.
  • 24. Capítulo 2 Modelado matemático En este capítulo se muestra como obtener el modelo matemático del sistema, el cual es muy importante para tener un óptimo control del mismo. 2.1 Modelado Matemático (Teoría y Técnica) Para realizar los cálculos de control y la determinación de las ganancias para garantizar la estabilidad de un comportamiento deseado, es necesario tener una representación matemática del sistema. Es decir una ecuación que describa su comportamiento, esto se conoce como modelo matemático cuya respuesta puede ser: posición , velocidad, temperatura, flujo, etc. y depende de la entrada que se aplique a la planta. Para obtener el modelo matemático, es necesario analizar la parte eléctrica y mecánica del sistema.
  • 25. 11 2.1.1 Obtención experimental de los parámetros del modelo matemático Esto se logra obteniendo la respuesta del sistema al aplicarle una señal escalón para un voltaje determinado y gráficar su comportamiento. De la gráfica se obtienen los parámetros d y b que se aplican directamente a la ecuación del modelo matemático y análisis teórico es el siguiente Se considera que el voltaje aplicado al sistema es tipo escalón, un valor constante a partir de cero [3]. V (t) = Vcte ) V (s) = Vcte s (2.1) Por lo tanto W(s) = d s + b Vcte s (2.2) La transformada inversa de Laplace es: q˙(t) = Vcte d b [1 − e−tb] (2.3) Para determinar d y b se deben hacer dos mediciones en la gráfica del resultado experimen-tal: Primero. El valor en estado estacionario cuando t −! 1. q˙(1) = Vcte d b [1 − e−bt] = Vcte d b = q˙final (2.4) Donde q˙final es el valor en el cual se estabiliza la temperatura. Segundo. El tiempo tb = 1 b cuando la salida alcanza el 0.633(q˙final): q˙(1) = Vcte d b [1 − e−bt] = Vcte d b (0.633) = (0.633)q˙final (2.5) De esta forma: b = 1 tb (2.6)
  • 26. 12 d = q˙finalb Vcte (2.7) Donde tb es el tiempo que tarda la temperatura en alcanzar el 63.3% de su valor final Vcte máximo, q˙final es la temperatura final que alcanza el sistema en estado estacionario. 2.2 Identificación del modelo Matemático del sistema Se construyó una maqueta la cual simula el centro de cómputo, en esta maqueta se insta-laron el ventilador y 6 focos los cuales simulan las fuentes de calor. El comportamiento del sistema es representado por la ecuación 2.8 y(t) = V d b (e0 − e−bt) + ya + V f g (e0 − e−gt) (2.8) En la ecuación 2.8, se representan los factores que influyen en el comportamiento del sis-tema tales como el calentamiento por las fuentes de calor, el enfriamiento ocasionado por el ventilador así como la temperatura ambiente y la respuesta del sistema. La respuesta del sistema completo esta representado por y(t) El ventilador está representado por: V d b (e0 − e−bt) donde V es el voltaje escalón aplicado, Las fuentes de calor están representadas por: V f g (e0−e−gt) y el último factor es la temperatura ambiente la cual es representada por: ya. De tal forma que si el voltaje escalón del ventilador es cero la ecuación queda de la siguiente forma: y(t) = ya + V f g (e0 − e−gt) (2.9) Entonces la temperatura del centro de cómputo en un principio estará a temperatura ambi-ente, pero al transcurrir el tiempo se ira incrementando por efecto de las fuentes de calor. Y para el caso contrario en el que el voltaje escalón de las fuentes de calor sea cero la ecuación quedará: y(t) = V d b (e0 − e−bt) + ya (2.10)
  • 27. 13 En este caso aunque el ventilador se mantenga girando la temperatura nunca descenderá por debajo de la temperatura ambiente ya que el centro de cómputo es enfriado por el aire ambiental. Y por último para el caso que el escalón tanto del ventilador como el de las fuentes de calor sea cero solo nos queda: y(t) = ya (2.11) Es decir que el centro de cómputo se mantendrá a temperatura ambiente. Para lograr controlar el sistema de una forma eficiente es necesario conocer el compor-tamiento de cada uno de los factores ya mencionados, es por eso que se obtuvo el modelo matemático de cada uno de ellos para así obtener las ganancias del controlador de forma tal que el sistema pueda alcanzar la temperatura deseada en un tiempo determinado. Para capturar la respuesta del sistema se utilizó el procesador digital de señales TM320LF2407 de Texas Instruments y VisSim. Se hicieron diferentes experimentos de los cuales tres se de-scriben en la siguiente sección. 2.2.1 Parte experimental del modelado Se obtuvieron tres gráficas de las diferentes respuestas de temperatura: 1. El calentamiento que ocasionan las fuentes de calor. 2. El enfriamiento con el ventilador una ves que se a alcanzado un temperatura de 29 oC. 3. El comportamiento de ambos, es decir de las fuentes de calor y el ventilador juntos. De estas gráficas se obtuvieron los datos necesarios para calcular los valores de : d, b, f y g y así tener las funciones de transferencia que describen el comportamiento de cada parte del sistema. 2.2.2 Resultados del modelado obtenidos En el primer experimento se midió la temperatura ambiente y se prendieron los focos que representan las fuentes de calor en el centro de cómputo y se procedió a obtener la respuesta en
  • 28. 14 donde se muestra en la figura 2.1, en la cual se puede observar que la temperatura ambiente era de 24.21 oC y el incremento de temperatura en 700 segundos fue de aproximadamente 3 oC. Se hicieron las mediciones indicadas en la sección 2.1 y se obtuvó el modelo matemático de este cuyos parámetros son: tb = 293.87seg, g = 0.003402 y f = 0.0007263 Figura 2.1 Respuesta del sistema con las fuentes de calor con un voltaje escalón de 127V. Figura 2.2 Obtención del tiempo al 63.3% W(s) = 0.0007263 s + 0.003402 (2.12)
  • 29. 15 Finalmente se simuló el comportamiento del sistema utilizando el modelo matemático y la planta cuya respuesta se muestra en la figura 2.3 en la cual podemos observar que la respuesta del modelo y de la planta presentan el mismo comportamiento. Figura 2.3 Comparación de la planta con el modelo matemático En el segundo experimento se prendieron los focos y se elevo la temperatura hasta 29 oC y se apagaron los focos y se encendió el ventilador y se obtuvó la respuesta la cual se muestra en la figura 2.4 y se procedió a obtener los valores del modelo matemático los cuales son: tb = 91.96seg, b = 0.01666 y d = 0.03466 Figura 2.4 Respuesta del sistema al voltaje escalón de 12V. W(s) = 0.03466 s + 0.01666 (2.13)
  • 30. 16 Figura 2.5 Obtención del tiempo al 63.3% Finalmente se simuló el comportamiento del sistema utilizando el modelo matemático y la planta cuya respuesta se muestra en la figura 2.6 en la cual podemos observar que la respuesta del modelo y de la planta presentan el mismo comportamiento. Figura 2.6 Comparación de la planta con el modelo matemático Por último se repitió el experimento 2 pero esta vez sin apagar los focos y se obtuvó la re-spuesta del sistema la cual se muestra en la figura 2.7 y se realizo la obtención de los parámet-ros del modelo matemático con estas condiciones los cuales son: tb = 48.387seg b = 0.02066 d = 0.048186
  • 31. 17 Figura 2.7 Respuesta del sistema completo y ventilador a un voltaje escalón de 11.5V. Figura 2.8 Obtención del tiempo al 63.3% W(s) = 0.048186 s + 0.02047 (2.14) Finalmente se simuló el comportamiento del sistema utilizando el modelo matemático y la planta cuya respuesta se muestra en la figura 2.9 en la cual podemos observar que la respuesta del modelo y de la planta presentan el mismo comportamiento.
  • 32. 18 Figura 2.9 Comparación de la planta con el modelo matemático
  • 33. Capítulo 3 Introducción al control PID 3.1 Elementos básicos de un sistema de control. Valor deseadoWd(s): Este valor es dado por el usuario y le indica al controlador que valor tiene que alcanzar la salida del sistema. Valor medido Wm(s): Este es el valor que se obtiene en la salida del sistema el cual es medido por un sensor. Error E(s): Es la diferencia entre el valor deseado y el valor medido, y este error es envi-ado al controlador, el cual se encarga de reducir el valor a cero. Error = valor deseado - valor medido. Valor del controlador Vc(s): Es la salida que el controlador proporciona a la etapa de potencia. Valor aplicado a la planta V (s): Es el voltaje de salida de la etapa de potencia y es el voltaje proporcionado a la planta o proceso.
  • 34. 20 Valor de salida W(s): Es el valor de salida. En la figura 3.1se muestra la estructura de un sistema de control en lazo cerrado. En un sistema de control lo que se requiere, es que la señal de salida sea igual a la señal de referencia. Se mide la señal de salida a través de un sensor, y se crea la señal de error, donde la señal de error sirve de entrada al controlador, y el controlador crea una señal de control para poder corregir la señal de salida y así controlar el proceso. Figura 3.1 Diagrama de los elementos de control 3.2 Controlador PID. La estructura del controlador PID incluye tres partes: la parte proporcional, la integral y la derivativa. Estos son los controladores P, PI, PD y PID. Controlador proporcional (P): Se obtiene una salida del controlador proporcional al error, es decir u(t) = Kpe(t) , donde su función de transferencia queda : Cp(s) = kp (3.1) Donde Kp es una ganancia proporcional ajustable. Un controlador proporcional puede con-trolar cualquier planta estable, pero posee desempeño limitado y error en régimen permanente.
  • 35. 21 Controlador Integral (I): se obtiene una salida en el controlador proporcional al error acumulado, lo que implica que es un modo de controlar lento. u(t) = Ki Z e( )d (3.2) Y la función de transferencia es: Ci(s) = Ki s (3.3) La señal de control u(t) tiene un valor diferente de cero cuando la señal de error e(t) es cero. Por lo que se concluye que dada una referencia constante, o perturbaciones, el error en régimen permanente es cero. Controlador proporcional integral (PI): Se define mediante la ecuación: u(t) = Kpe(t) + Kp Ti Z e( )d( ) (3.4) Donde Ti es el tiempo de integración y es quien ajusta la acción integral. Y la función de transferencia es: CPI = Kp 1 + 1 Tis (3.5) Con un control proporcional, es necesario que exista un error para tener una acción de con-trol distinta de cero. Con la parte integral, un pequeño error positivo siempre tendrá una acción creciente, y si es negativo la señal de control será opuesta. Con este razonamiento nos muestra que el error será siempre cero. Controlador proporcional derivativo (PD): Se define mediante la ecuación: u(t) = Kpe(t) + KpTd de(t) dt (3.6) Donde Td es una constante llamada tiempo derivativo. Esta acción hace mas rápida la acción de control, aunque amplifica las señales de ruido. La acción del controlador nunca es
  • 36. 22 utilizada por si sola, debido a que solo es eficaz en ciertos periodos. La función de transferencia del controlador PD es: CPD(S) = Kp + sKpTd (3.7) Cuando la parte derivativa se agrega al controlador proporcional se permite obtener un con-trolador de alta sensibilidad, es decir que responde a la velocidad del cambio del error y corrige la magnitud del error antes de que se vuelva demasiado grande. Aunque el control derivativo no afecta de forma directa al error en estado estacionario, y añade amortiguamiento al sistema y, por lo tanto, permite un valor de ganancia muy grande, lo cual mejora la precisión en el estado estable. Controlador proporcional integral derivativo (PID): u(t) = Kpe(t) + Kp Ti Z e( )d( ) + KpTd de(t) dt (3.8) Y la función de transferencia es: CPID(S) = Kp 1 + 1 TiS + TdS (3.9) 3.3 Consejos generales para el diseño de un controlador PID. En el proceso de determinar un controlador PID para un sistema dado, se hacen los siguien-tes para obtener una respuesta deseada: • Obtener la respuesta de lazo cerrado y determinar las características del sistema. • Agregar un control proporcional para mejorar el tiempo de crecimiento. • Agregar un control derivativo para mejorar el amortiguamiento. • Agregar un control integral para eliminar el error del estado estable. • Ajustar las ganancias Kp, Ki y Kd para obtener la respuesta deseada.
  • 37. 23 3.4 Cálculo de la función de transferencia en lazo cerrado y ob-tención de ganancias del control PID A continuación se muestra el procedimiento para calcular la función de transferencia en lazo cerrado del sistema así como las ganancias de control. 3.4.1 Función de Transferencia Debido a que el modelo matemático del sistema solo tiene un polo no es necesario utilizar la parte derivativa. Basándonos en el diagrama de lazo cerrado con un controlador PI y la función matemática de nuestra planta y una etapa de potencia, donde se obtiene la función de transferencia general. Figura 3.2 Diagrama de bloques del sistema controlado Reduciendo el diagrama de bloques queda: W(s) Wd(s) = Kps+Ki s 0.048186 s+0.02047 1 + Kps+Ki s 0.048186 s+0.02047 1 (3.10) W(s) Wd(s) = 0.048186Kps+0.048186Ki s2+0.02047s 1 + 0.048186Kps+0.048186Ki s2+0.02047s (3.11) W(s) Wd(s) = 0.048186Kps+0.048186Ki s2+0.02047s s2+0.02047s+0.048186Kps+0.048186Ki s2+0.02047s (3.12)
  • 38. 24 W(s) Wd(s) = 0.048186Kps + 0.048186Ki s2 + 0.02047s + 0.048186Kps + 0.04818Ki (3.13) Quedando así la función de transferencia del sistema: W(s) Wd(s) = 0.048186Kps + 0.048186Ki s2 + (0.02047 + 0.048186Kp)s + 0.048186Ki (3.14) 3.4.2 Análisis de estabilidad S + (0.02047 + 0.084818Kp)S + 0.04818Ki (3.15) 2 6664 S2 S1 S0 3 7775 2 6664 1 0.04818Ki (0.02047 + 0.084818Kp) 0 b1 0 3 7775 b1 = [0.02047 + 0.048186Kp][0.04818Ki] − [1][0] [0.02047 + 0.048186Kp] (3.16) b1 = 0.04818Ki (3.17) De la columna 1 fila 2 Kp − 0.02047 0.084818 (3.18) De la columna 1 fila 3 Ki 0 (3.19) 3.4.3 Cálculo de ganancias por el método de cancelación de polos Una vez obtenido el modelo se obtienen las constantes que determinarán el comportamiento de este en el controlador, éstas son obtenidas por medio del método de cancelación de polos. Y
  • 39. 25 las obtuvimos de la gráfico en la cual se encuentran encendidos tanto las fuentes de calor como el ventilador ya que son las condiciones en las cuales va a operar el sistema. Para calcular las ganancias se uso el método de cancelación de polos el cual cancela el polo de la planta con el cero del controlador PI: Kps + Ki s = Kp s s + 1 Ti (3.20) Ti es el tiempo de integración. s + 1 Ti = (s + 0.02047) (3.21) 1 Ti = 0.02047 (3.22) Por lo tanto: Ti = 48.852 (3.23) La planta se cancela y solo queda: 0.048186Kp s + (0.048186)(1) (3.24) De la formula: Kp = 4 (0.048186)(1)Ts (3.25) Donde ts es el tiempo de asentamiento de la respuesta deseada, esto es, en cuanto tiempo se desea que se alcance el valor deseado. Para un ts = 750seg, Kp = 0.110682. Y Ki se calcula como: Ki = Kp Ti (3.26) Ki = 0.110682 48.852 (3.27)
  • 40. 26 De tal forma que para un ts de 750 segundos las constantes son: Kp = 0.110682, Ki = 0.002266, Ti = 48.852, En la figura 3.3 se muestran los bloques de control con sus ganancias las plantas tanto de las fuentes de calor como del ventilador. Figura 3.3 Controlador PI con el modelo completo En la figura 3.4 se muestra la simulación de del control PI con un valor inicial de 20 oC y con un valor deseado de 26 oC. Se puede observar que efectivamente si alcanza el valor deseado y después experimenta un sobrepaso debido a que el tiempo de respuesta del motor es muy grande y por consiguiente tarda en alcanzar la velocidad suficiente para mantener la temperatura en el valor deseado. Figura 3.4 Valor inicial de 29oC y un valor deseado de 26oC
  • 41. 27 En la figura 3.5 se muestra la simulación de del control PI con un valor inicial de 29 oC y con un valor deseado de 25 oC. En esta figura podemos observar que efectivamente si alcanza el valor deseado aproximadamente en 400 segundos. Figura 3.5 valor inicial de 24oC y un valor deseado de 25oC
  • 42. Capítulo 4 Circuitería En este capítulo se describen los diferentes circuitos usados, así como las conexiones hacia el PLC. Los diferentes dispositivos técnicos utilizados en el proyecto están descritos en la figura 4.1, en donde se describe la simbología. Figura 4.1 Simbología
  • 43. 29 4.1 Señales de Entrada al PLC El PLC está formado por entradas analógicas y digitales, la diferencia entre las dos es el margen de voltaje que manejan, las entradas digitales del PLC sólo aceptan hasta 24V, y las analógicas van de 0 a 10V. Entradas digitales Las entradas digitales pueden separarse en varios bloques por donde pasara la señal, hasta con-vertirse en un 0 o en 1 para el CPU. Entradas analógicas Las señales de entrada analógica puede ser por tension o por corriente; esta ultima utiliza una resistencia calibrada donde se mide la caída de tension. Los valores mas comunes de señal son 4 a 20mAcc, 1 a 5Vcc, -5 a +5 Vcc ó 0-10Vcc. Nombre Dirección Tipo Función Inicio I0.0 Switch N.A. Inicio del proceso Paro I0.1 Switch N.A. Paro del proceso Temp deseada AIW10 Potenciómetro Indica Nivel deseado de temperatura Sensor AIW8 Sensor LM35 Sensor de Temperatura del recinto Tabla 4.1 Tabla de Entradas al PLC 4.2 Señales de Salida del PLC Salidas digitales Al igual que a las entradas, se denomina tiempo de respuesta de salida al tiempo que insume una señal para pasar por todos los bloques. Las alternativas de selección para la conexión del circuito son tres: salidas por rele, triac y transistor. Las salidas de rele pueden utilizarse en cargas de C.A. o C.D, las de transistor en C.D, y las del triac solo en C.A. Las salidas por triac
  • 44. 30 o transistor son preferibles a los de rele en los casos de que se requiere mayor velocidad de operación. El tiempo típico de respuesta para un transistores de 1mseg tanto para conexión como para desconexión, mientras que la salida del triac se aproxima 10mseg. Los módulos con salida por relé tienen mayor flexibilidad, en cuanto a que maneja C.A. o C.D. indistintamente. Además, pueden manejar cargas mayores que un modulo con salida por triac o transistor. Salidas analógicas. Para las salidas analógicas el CPU emite un numero binario a través del bus de datos, que debe convertirse en una señal analógica de corriente o tension. A diferencia del modulo de entradas analógicas, es frecuente que en la salida analógica se disponga de un convertidor D/A por canal. Nombre Dirección Tipo Función Voltaje V Corriente I Proceso Q0.0 Led Indicador de proceso 5 Volts 400 mAmperes Motor AQW4 Motor de C.D. Activa el ventilador 0-10 volts 1 Ampere Tabla 4.2 Tabla de Salidas del PLC 4.3 Diagramas de conexiones de Entrada y Salidas del PLC. A continuación se muestran los diferentes diagramas de conexiones del PLC. 4.3.1 Señales Digitales de Entrada y Salida Figura 4.2 Diagrama de Entradas Digitales del PLC
  • 45. 31 Figura 4.3 Diagrama de Salidas Digitales del PLC 4.3.2 Señales Analógicas de Entrada y Salida Figura 4.4 Diagrama de Entradas Analógicas del PLC Figura 4.5 Diagrama de Salidas Analógicas del PLC
  • 46. 32 4.4 Sensor de Temperatura Para que el PLC pudiera obtener la señal del sensor fue necesaria diseñar una etapa de potencia para amplificar el voltaje de salida del sensor de temperatura. Esta etapa de potencia tiene una ganancia de 10, ya que el sensor entrega 100 mV por 1oC. Por lo tanto para un rango 0 a 100 C quedaría un rango de voltaje de 0 a 10 V Figura 4.6 Amplificador del sensor LM35 4.5 Etapa de Potencia al Motor Dado que el PLC solo entrega en sus salidas analógicas un voltaje máximo de 10V, y además no es capaz de entregar mucha corriente, es necesaria una etapa de potencia (usada como acopladora de impedancia). Para esto se usa una etapa de potencia para aumentar a 2.4 la entrada en el primer amplifi-cador operacional para obtener un voltaje aproximado de 24 volts, ya que la entrada del PLC como antes mencionado solo entrega un máximo de 10 volts, el segundo amplificador sirve para polarizar los transistores de potencia con el voltaje que se desea sea enviado por el motor, y el arreglo de transistores proporciona la corriente requerida para el circuito.
  • 47. 33 Figura 4.7 Etapa de potencia 4.6 Circuito del valor deseado Para el circuito de valor deseado fue necesario implementar un potenciómetro para fijar el valor de temperatura que se desea en el recinto. Fue necesario hacer un divisor de voltaje para poder acoplar nuestro circuito. Vx V100 = Rx R100 (4.1) Rx = Vx V100 R100 (4.2) Rx = 10V 1V 100 = 1000 (4.3) I = 11V 100 + 1000 = 10mA (4.4) Vx = I(1K ) = (10mA)(1K ) = 10V. (4.5)
  • 48. 34 Figura 4.8 Circuito que ajusta el valor deseado
  • 49. Capítulo 5 Programa en el PLC S7-200 En este capítulo se describe la programación realizada en el editor STEP7 Micro/WIN32[4],donde se encuentran las referencias de las entradas y salidas asignadas del PLC, así como sus direc-ciones. La programación se realizo en la plataforma de contactos KOP, que es un lenguaje de pro-gramación gráfico con componentes similares a los elementos de un esquema de circuitos, que es de tipo escalera. Los elementos básicos de la plataforma KOP para la creación de programas son: Contactos: Un contacto representa un interruptor donde circula corriente cuando este se en-cuentra cerrado. Bobinas: Se representa por medio de un relevador que se cierra cuando se le aplica una tensión o voltaje. Cuadros: El cuadro representa una función que se ejecuta cuando la corriente circula por él. Segmento: Cada segmento constituye a un circuito completo. La corriente circula desde la barra de alimentación izquierda pasando por los contactos cerrados para alimentar las bobinas o cuadros.
  • 50. 36 5.1 Tabla de símbolos Tabla 5.1 Tabla de Símbolos Nombre Dirección Comentario Inicio I0.0 Inicio de proceso Proceso M0.0 Marca de proceso Paro I0.1 Paro del proceso Valor_deseado AIW10 Valor deseado de temperatura Salida AQW4 Salida del control Sensor_temp AIW8 Sensor de temperatura del salon MEM_temp VD100 Memoria del sensor de temperatura MEM_des VD104 Memoria del sensor del valor deseado MEM_salida VD108 Memoria de salida de control Kp VD112 Valor Kp Ts VD116 Tiempo de Muestreo Ki VD120 Valor de Ki Kd VD124 Valor de Kd MEM_BIAS VD128 Memoria BIAS MEM_valorant VD132 Valor anterior Retardo T32 Timer de retardo
  • 51. 37 5.2 PID en el PLC S7-200 El control PID en el PLC S7-200 se maneja por medio de una tabla de 32 Bytes, que esta dividido en doce memorias que son usadas para guardar datos de doble palabra cada uno (ver Apéndice C) [4]. Se comienzo en la dirección 100, la MEM0 va desde 100 a 103, y la si-guiente va desde 104 a 107, en esta tabla se ingresan datos que la rutina PID utiliza para crear la función de salida de control que se encuentra en la MEM8 de esta tabla, la MEM0 guarda la variable a controlar y la MEM4 el valor de preset o el valor deseado. La tabla de la Rutina PID se muestra en la Tabla 5.1 La rutina PID trabaja en la Tabla 5.1, creando una salida para igualar los datos de MEM 0 y 4, lo que crea el control PID. Las otras direcciones, las que guardan las constantes y ganan-cias según el modelo matemático de la planta determinan el comportamiento que se desea, las constantes son: Kp, Ki, Kd y el tiempo de muestreo. Estas constantes pueden ser cambiadas desde el programa del editor del PLC S7-200. Con la rutina PID en el PLC es muy fácil aplicar cualquier combinación de controladores, ya sea P, PI, PD, PID, etc. Solo con determinar las constantes de comportamiento, es decir, como en nuestro caso es un control PI, el valor de Kd será cero. 5.3 Normalización de las Entradas Analógicas a Memorias en el PLC En la tabla de rutina del PID los valores deben ser normalizados entre 0 y 1, las entradas y las salidas del control solo tienen valores de entre 0 y 1, las señales de entradas del PLC, la señal de valor deseado y la señal del sensor de temperatura, están en forma de voltaje, y se limita a 10 volts ya que el PLC no puede recibir mas de 10 volts en sus entradas analógicas. La señal del sensor se digitaliza y se transforma a un número real de doble palabra y se divide entre 32000 que es la resolución maxima de digitalización, de esta manera queda normalizada
  • 52. 38 la señal del sensor, de igual manera se ingresa una señal de voltaje por medio de un poten-ciómetro que es el valor deseado. Estas señales se mueven a la tabla de la rutina PID en sus correspondientes localidades de memoria. Para la señal de salida o de control, esta se obtiene de la localidad de memoria MEM8 es decir de 8 bytes después de la memoria origen de la tabla de la rutina PID, esta señal tiene un valor entre 0 y 1 de tal manera que es necesario desnormalizarla y para esto es necesario multiplicarla por 32000, y hacerle un redondeo para crear una señal de salida mas estable sin muchas variaciones al ser transformada en voltaje. Para la rutina PID se tienen tres entradas, una de habilitación, a la cual se se le conecta un interruptor que funciona como pulso de inicio para la rutina PID, la dirección base de la tabla de la rutina y un numero de loop, éste se usa ya que el PLC tiene la capacidad de realizar varias rutinas de PID, pero para esto es necesario un numero de loop el cual determina que numero de loop de PID se esta realizando, hay que tener cuidado de no repetir éste numero ya que no importa que las direcciones iniciales de la tabla sean diferentes, si no tienen diferente numero de loop éste no funciona o crearía una señal errónea a la salida de control[5].
  • 53. 39 5.4 Programa Figura 5.1 Programa Principal Figura 5.2 Subrutina
  • 54. 40 Figura 5.3 Interrupción 0
  • 55. 41
  • 56. 42
  • 57. Capítulo 6 Resultados En este capítulo se presentan los resultados de cuatro de las pruebas que se realizaron al sistema de control, para esto se le asignó un valor deseado de temperatura, se observó el com-portamiento de nuestro sistema, se midieron las variables de interés que son: El valor deseado, el tiempo de estabilización. Se comprobó la eficiencia del control en las diferentes pruebas, y se observó que el sistema si responde conforme al modelo. En dichas pruebas se cambiaron las condiciones de las variables deseadas como valor de temperatura inicial alto y el valor deseado menor ó valor inicial bajo y valor deseado mayor para valorar la respuesta del sistema en condiciones diferentes y verificar que el sistema con-trolado responde de manera adecuada a los requerimientos exigidos.
  • 58. 44 6.1 Prueba 1 La primera prueba consistió en obtener el valor deseado a partir de un valor inicial alto de temperatura. Es decir que la temperatura se elevo hasta 30 C y se le dio un valor deseado de 23 C. Figura 6.1 Resultados de la Prueba 1 En esta prueba se observa que el sistema inició con una temperatura aproximada de 30 oC. En el transcurso de la prueba se observa que efectivamente el programa detecta el error entre la temperatura medida y la temperatura deseada y trata de reducir el error enviando el máximo voltaje al motor y una vez que se va reduciendo el error el voltaje del motor va disminuyendo reduciendo así la velocidad del ventilador. Se puede observar que la temperatura si alcanzó al valor deseado. El comportamiento de la gráfica de la figura 6.1 se observó que una vez alcanzado el valor deseado se mantiene estable, y tardó un tiempo aproximado de 300 segundos en alcanzar este valor. El tiempo de la prueba se llevo a cabo en 20 minutos.
  • 59. 45 6.2 Prueba 2 En la prueba 2 la temperatura inicia por debajo del valor deseado por lo que se espera que la temperatura sea incrementada por las fuentes de calor. La temperatura inicial es de 23.5 C y el valor deseado es de 25.5 C. Figura 6.2 Resultados de la Prueba 2 En la gráfica de la figura 6.2 se observa que efectivamente la temperatura empieza a incre-mentarse y tarda aproximadamente 300 segundos en alcanzar el valor deseado, y una vez que la temperatura se incrementa por arriba del valor deseado el ventilador empieza a funcionar para tratar de mantener la temperatura deseada, pero como el tiempo de respuesta del venti-lador es muy grande tarda aproximadamente 200 segundos en alcanzar la velocidad suficiente para mantenerlo en el valor deseado y una vez llegado a este valor el ventilador se detiene y la temperatura se incrementa una vez mas y así empieza otra vez el ciclo de enfriamiento y es por eso que se observan unas pequeñas oscilaciones. El tiempo de la prueba fue de 20 minutos.
  • 60. 46 6.3 Prueba 3 En esta prueba la temperatura comenzó con un valor por arriba del valor deseado. El valor inicial de la temperatura es de 26.5 C y el valor deseado es de 24 C. Figura 6.3 Resultados de la Prueba 3 En la figura 6.3 se muestra la gráfica de la respuesta del sistema en la cual podemos observar que el ventilador reduce la temperatura a 25 C y aunque se mantiene girando a la maxima velocidad no alcanza los 24 C deseados, esto se debe a que la temperatura ambiente en el momento de la prueba se encontraba por arriba del valor deseado, ya que el sistema enfría con aire del ambiente nunca podrá reducir la temperatura del centro de computo por debajo de la temperatura ambiente. El tiempo de la prueba fue de 800 segundos (13 minutos con 20 segundos aproximada-mente).
  • 61. 47 6.4 Prueba 4 En esta prueba el valor inicial es igual al valor deseado por lo que el sistema debe de man-tener la temperatura en este valor. Figura 6.4 Resultados de la Prueba 4 En la figura 6.4 podemos observar que la temperatura inicio en un valor de 25 oC y el valor deseado también es de 25 C, como se puede observar la temperatura tiende a incrementarse por efecto de las fuentes de calor y al gran tiempo de respuesta del ventilador, es decir que el ventilador tarda un tiempo aproximado de 120 segundos en compensar el calentamiento y una vez alcanzado este punto el sistema empieza a reducir la temperatura hasta igualarla con el valor deseado . Una vez alcanzado el valor deseado el ventilador se detiene ya que el error es cero y la temperatura tiende a incrementarse y nuevamente comienza el ciclo de enfriamiento, es por eso que se presentan las oscilaciones, Se observa que las oscilaciones se van reduciendo, por lo que en un tiempo infinito la temperatura se estabilizará en el valor deseado(siempre y cuando la temperatura ambiente no se incremente o disminuya). El tiempo de la prueba fue de 800 segundos (13 minutos con 20 segundos aproximada-mente).
  • 62. 48 CONCLUSIONES En el presente trabajo de tesis se puede concluir que el sistema cumplió con eficacia todos los objetivos propuestos, ya que al comparar con los resultados previamente obtenidos, se de-terminó que se lograron los diversos resultados que se esperaban. En el control realizado por el PLC S7-200 de Siemens en el centro de cómputo es preciso y estable, claramente se puede observar cuando la temperatura del cuarto es alterada por el calor de las computadoras, y como el control compensa la temperatura deseada. La aplicación de este sistema en la industria es totalmente factible, no solo para el control de temperatura si no para cualquier tipo de sistema, y hace muy viable su reprogramación, si se desea un cambio de comportamiento solo se requiere entrar al editor y hacerlo, al igual si el modelo se modifica. Este proyecto se puede utilizar en talleres, almacenes, polideportivos, granjas, bodegas, garajes, etc.; dando soluciones a medida de cada necesidad. Se observó que en algunas pruebas no se alcanzó el valor deseado de temperatura, esto debido a que la temperatura del ambiente era mayor a comparación de la temperatura del valor deseado, y por ello no es posible enfriar por debajo de este valor, debido a que el aire viene del exterior. Se pudo observar que el sistema efectivamente si enfría y que también mantiene la tempe-ratura cercana al valor deseado, además en todas las pruebas el sistema tardo aproximadamente
  • 63. 49 300 segundos en estabilizar el valor deseado. Finalmente se puede concluir que el presente trabajo sirva de ejemplo para que posterior-mente se realicen otros similares y mejoren el sistema de ventilación. Para implementar en otros lugares es necesario observar e investigar las necesidades de esos lugares. Por que si se requiere controlar la temperatura de una bodega es necesario combinar la ventilación con humedad para mantener más fresco el lugar. O será necesario aplicar un sistema de aire acondicionado.
  • 64.
  • 65. 50 Apéndice A: Programa para Modelo Matemático Figura A.1 Programa VisSim
  • 66. 51 Apéndice B: Hojas de datos
  • 67. 52
  • 68. 53
  • 69. 54
  • 70. 55
  • 71. 56
  • 72. 57
  • 73. 58
  • 74. 59
  • 75. 60
  • 76. 61
  • 77. 62
  • 78. 63 Apéndice C: Tabla de Memoria de la rutina PID Figura C.1 Tabla de Memoria
  • 79. 64 Apéndice D: Circuitería y fotos Figura D.1 Maqueta Figura D.2 Conexiones a la tarjeta
  • 80. 65 Figura D.3 Motor Figura D.4 Enfriamiento Maqueta
  • 81. 66 Figura D.5 Conexión con el PDS Figura D.6 Prueba del modelo matemático
  • 82. 67 Figura D.7 Prueba del modelo matemático 2
  • 83. 68 Referencias [1] Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Fan_%28implement%29. Antecedentes Históri-cos 9 de Mayo 2007. [2] soler palau http://www.solerpalau.es/formacion_01_02.html. Ventilación 4 de Marzo 2007. [3] E. Gonzalez Elías, Notas de Control I. Reading, MA: ICE FI UAZ. Co., 2002. [4] Sistema de Automatización S7-200: SIEMENS: 1998 [5] S. Grey, Control de una Banda Transportadora por el PLC s7-200, Ingeniería en Comu-nicaciones y Electrónica, UAZ , 24 de Febrero de 2006. [6] E. Bañuelos, Ingeniería en Control 1. ICE FI UAZ, MA: UAZ, 1999. [7] Katsuhiko Ogata,Ingeniería de Control Moderna. Reading, MA: Prentice Hall. 2003. [8] C. Betancor, Diseño de un sistema de control de temperatura, Departamento de Ingeniería Electrónica y Automata, Universidad de Palermo, Chile, 2000. [9] S. Paloma Ruiz y otros, Diseño de una máquina expendedora de sopas instantáneas con-trolada por el PLC s7-200, Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, UAZ , 24 de Febrero de 2006. [10] Hojas de datos, http://www.alldatasheet.com. LM234, LM35, TIP31 y TIP35 14 de Abril 2007.