control de bomba por ethernet

1. Control de bombas de agua por red Ethernet en el municipio de
Tuxtla Gutiérrez, Chiapas.
Mayorga Espinosa Mario Horacio, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas.
mahomaes_18@msn.com
1. Introducción
1.1 Antecedentes
La calidad deficiente del servicio y cobertura insuficiente en las zonas periféricas
del propio municipio es uno de los principales problemas. Que a menudo es
reportado al SMAPA, el problema de estos sistemas de bombeo es que son
accionados manual mente por personal. Que no son eficientes en su respectivos
horarios de trabajo ya que no son lo suficientemente efectivos para el
accionamiento de las bombas.
En el estado de Chiapas la eficiencia y la calidad de los servicios de agua potable
varían mucho de un municipio a otro. Esto refleja los diferentes niveles de
desarrollo en todo el estado. Dentro de estas localidades encontramos el
municipio de Tuxtla Gutiérrez que presenta baja eficiencia técnica y comercial, en
las prestaciones de los servicios de abastecimiento de agua.
Que suministran el agua potable a las respectivas colonias del municipio. Esto
ocasiona el disgusto de los consumidores ya que el servicio es ineficiente y no
cumple con los días programados en el suministro de agua. Dejar el problema sin
resolver provocara el disgusto de los habitantes del municipio. En algunos casos el
pago de este servicio se dejaría de pagar por la ineficiencia del servicio
ocasionando pérdidas al SMAPA.
1.2 Estado del arte
IPN García López Iván y Núñez Cadena Mario, presentaron en el año 2013 un
proyecto con el nombre de; Propuesta de automatización de un sistema de agua
potable. En el presente trabajo se planteó la forma de cómo se puede llevar acabo
el control automático de un sistema de bombeo de agua potable, el cual cuenta
con 4 bombas mismas que tienen que funcionar de manera secuencial por medio
del nivel de agua que se encuentra en el depósito y en la cisterna [1].
El alumno de la Universidad Tecnológica de Chile Rigo Gamarra Ventó presento
en su tesis de titulación el proyecto con el nombre de control de un sistema de
bombeo y cloración de agua. En el presente trabajo está orientado al monitoreo y
control de un sistema de cloración y bombeo de agua mediante el uso de
controladores lógicos programables y software SCADA [2].
Vinterteknik realizó un estudio en el año de 2016. Es una empresa sueca que
fabrica sistemas de innovación y de riego. Esta empresa utiliza los variadores de
velocidad, emotron para controlar las bombas integradas en sus soluciones,
garantizar su funcionamiento adecuado y reducir los costes de energía. En este
caso, la gran distancia y la dificultad del terreno existentes entre la estación de

2. control y la de bombas plantearon un reto que se ha solucionado mediante el
control remoto de los variadores de velocidad a través de Internet [3].
La empresa Monitron desde el año 2012, ofrece servicios de radio que se
despliegan a lo largo de las entidades municipales y privadas con sistemas de
agua y aguas residuales para lograr un monitoreo rentable, remoto y confiable de,
Niveles de tanques de almacenamiento, transmisores de presión y cámaras de
seguridad. Medidores maestros: propulsores, turbines y medidores magnéticos de
flujo. Estaciones de bombeo y sensores de flujo y presión Inyección química
cloronización y otros métodos de purificación de agua) y cámaras de seguridad.
El ingeniero Mario Alejandro García Cabe. Presento un trabajo con el nombre de
Diseño e implementación de un sistema de control de bombas peristálticas para
dosificación de líquidos en el año 2013. El mismo muestra el diseño, la
programación, la construcción y la instalación de una maqueta para la dosificación
y la mezcla de líquidos. Para ello se emplea un panel de bombas peristálticas y en
interfaz, compuesta por un microcontrolador, que gobierna las bombas siguiendo
recetas preestablecidas [4].
Estaciones de bombeo para alcantarillas: niveles y flujo plantas de tratamiento:
proceso y control de los aparatos y cámaras de seguridad. Lagunas de aireación-
Controles y válvulas de proceso especializado. Niveles de agua secundarios para
lagunas irrigación presurizada. Monitron ofrece radios que establecen la
comunicación entre el PLC/RTU y la red SCADA, permitiendo que el cliente tome
decisiones críticas al instante [5].
1.3Justificación
Vale la pena hacer el presente proyecto porque con él se logra un control optimo
y eficiente en el acciona miento de bombas. Con este proyecto se pretende ofrecer
un mejor servicio en el control y accionamiento de las bombas. Ya que al tener el
control de las bombas en una sola central, no necesitaremos de personal
ineficiente para los accionamientos respectivos. Y tendremos mejor servicio en el
abastecimiento del agua.
1.3 Objetivo.
Diseñar y construir un control de bombas de agua atreves de una red local
Ethernet en el sistema de bombeo de agua SMAPA, usando las tarjetas de
desarrollo Arduino y Ethernet Shield. Para el monitoreo de las mismas sin
necesidad de que una persona realice el encendido de las bombas manual mente
en este caso ya serian automatizadas. Ayudando a la fácil manipulación y más
eficiencia de la empresa respecto a la distribución del agua.

3. 1.4 Metodología
Fig1.1 Diagrama a bloques del hardware.
Fig. 1.2 Diagrama a bloques del algoritmo.
Visualizaciónde datos
del sistema.
Actuacióny respuesta
del sistema.
Recepciónde datos
Procesamientode
datosdel sistema.
Transferenciade datos
del sistema

4. El prototipo se compone de siete bloques ya que como son cinco sistemas de
bombeo el principio de control es el mismo para todos. Como lo indica la figura
1.1 la primera etapa consiste en una computadora, ahí es donde el administrador
o en cargado visualizara el comportamiento de las bombas atreves de una página
web realizada en HTML.
Esta página web nos conectara a la dirección IP de cada Arduino Ethernet que
esté conectado a nuestra red. Aquí el administrador tomara la decisión de que
bomba encender, ya que los sensores de nivel estarán conectados al Arduino uno.
Y como el Arduino uno está conectado al Arduino Ethernet nos indicara el nivel de
agua del cárcamo.
La segunda etapa consiste en el Arduino uno, Arduino Ethernet Shield el Arduino
es el encargado de enviar las señales a los actuadores que encenderán las
bombas de agua. El Arduino Ethernet Shield es el encargado de subir al Arduino
uno a la red Ethernet. Estos estarán conectados al router para que puedan estar
conectados a nuestra propia red.
La tercera etapa consiste en el Router que es el que nos proporciona las
conexiones a internet. Ya que cada sistema de bombeo cuenta con el servicio de
internet y teléfono de ahí mismo nos apoyaremos para conectarnos a la red. El
Arduino Ethernet Shield se conecta al router por un cable de conexión, con esta
conexión podemos tener sincronizados el Arduino uno en la red atreves de una
página web echa en HTML.
La cuarta etapa consiste en el Arduino uno, Arduino Ethernet Shield el primer. El
Arduino uno es el que enviara las señales a nuestro actuador para que encienda la
bomba que el administrador desee encender. Además el sensor de nivel estará
conectado al Arduino uno para detectar los niveles del cárcamo de agua. El
Ethernet Shield es el encargado para subir a la red los datos que tengamos
programados al Arduino uno.
La quinta etapa consiste en el actuador que es el que encenderá la bomba que el
administrador desee. La sexta etapa es la bomba de agua como habíamos dicho
en la quinta etapa será encendida por el actuador. La séptima etapa consiste en el
cárcamo que es el contenedor de agua natural del sistema de bombeo. La octava
etapa es el sensor de nivel que estará colocado en la parte alta del cárcamo para
detectar el nivel de agua. Este sensor estará conectado al Arduino uno.
2. Fundamento Teórico
2.1 Ethernet
Ethernet también conocido como estándar IEEE 802.3 es un estándar de
transmisión de datos para redes de área local que se basa en el siguiente
principio. Todos los equipos de una red Ethernet están conectados a la misma
línea de transmisión y la comunicación se lleva a cabo por medio de la utilización
un protocolo denominado CSMA/CD Carrier Sense Múltiple Access with Collision.

5. Detecta que significa que es un protocolo de acceso múltiple que monitorea la
portadora: detección de portadora y detección de colisiones. Con este protocolo
cualquier equipo está autorizado a transmitir a través de la línea en cualquier
momento y sin ninguna prioridad entre ellos. Esta comunicación se realiza de
manera simple. Cada equipo verifica que no haya ninguna comunicación en la
línea antes de transmitir.
Si dos equipos transmiten simultáneamente, entonces se produce una colisión. O
sea, varias tramas de datos se ubican en la línea al mismo tiempo, los dos equipos
interrumpen su comunicación y esperan un período de tiempo aleatorio, luego una
vez que el primero ha excedido el período de tiempo, puede volver a transmitir.
Este principio se basa en varias limitaciones, los paquetes de datos deben tener
un tamaño máximo.
Debe existir un tiempo de espera entre dos transmisiones, el tiempo de espera
varía según la frecuencia de las colisiones. Luego de la primera colisión, un equipo
espera una unidad de tiempo, luego de la segunda colisión, un equipo espera dos
unidades de tiempo, luego de la tercera colisión, un equipo espera cuatro
unidades de tiempo. Por supuesto, con una cantidad menor de tiempo aleatorio
adicional, la topología de Ethernet.
Descripta hasta ahora ha sido la de Ethernet compartida cualquier mensaje
transmitido es escuchado por todos los equipos conectados y el ancho de banda
disponible. Es compartido por todos los equipos, durante muchos años se ha dado
un desarrollo importante. Ethernet conmutada la topología física sigue siendo la de
una estrella pero está organizada alrededor de un conmutador.
El conmutador usa mecanismos de filtrado y conmutación muy similares a los
utilizados por las puertas de enlace donde se han utilizado estas técnicas por
mucho tiempo. Inspecciona las direcciones de origen y destino de los mensajes,
genera una tabla que le permite saber qué equipo se conecta a qué puerto del
conmutador. En general este proceso se hace por auto aprendizaje, es decir, de
manera automática pero el administrador del conmutador puede realizar ajustes.
Adicionales. Al conocer el puerto receptor, el conmutador sólo transmitirá el
mensaje al puerto adecuado mientras que los otros puertos permanecerán libres.
Cada intercambio puede llevarse a cabo a una velocidad nominal mayor división
de ancho de banda, sin colisiones y con un aumento considerable en el ancho de
banda de la red también a una velocidad nominal.
Con respecto a saber si todos los puertos de un conmutador pueden comunicarse
al mismo sin perder los mensajes, eso es algo que depende de la calidad del
conmutador. Dado que los conmutadores posibilitan evitar colisiones y que las
tecnologías 10/100/1000 base T(X) cuentan con circuitos separados para la
transmisión y la recepción un par trenzado por dirección de transmisión, la
mayoría de los conmutadores modernos permiten desactivar la detección y
cambiar a modo full dúplex (bidireccional) en los puertos.

6. De esta forma, los equipos pueden transmitir y recibir al mismo tiempo, lo que
también contribuye al rendimiento de la red. El modo full dúplex es interesante, en
especial, para los servidores que poseen muchos clientes. Los conmutadores
Ethernet modernos también detectan la velocidad de transmisión que cada equipo
utiliza autosensing y si el equipo admite varias velocidades 10, 100 o 1000
megabits/seg.
Comienza a negociar con él para seleccionar tanto una velocidad como el modo
de transmisión; semi-dúplex o full dúplex. Esto permite contar con un
almacenamiento de equipos con distintos rendimientos por ejemplo, un conjunto
de equipos con varias configuraciones hardware. Como el tráfico transmitido y
recibido ya no se transmite a todos los puertos, se hace más difícil rastrear lo que
está pasando. Por último, el uso de conmutadores hace posible la construcción de
redes geográficamente.
Más grandes en la Ethernet compartida, un mensaje debe poder esperar a
cualquier otro equipo durante un período de tiempo específico slot time sin el cual
el mecanismo de detección de colisiones CSMA/CD no funcione
correctamente. Esto ya no se aplica en los conmutadores Ethernet, la distancia ya
no es limitada, excepto por los límites técnicos del medio utilizado fibra óptica o
par trenzado, la potencia de la señal transmitida y la sensibilidad del receptor.
2.2 Arduino Ethernet Shield
La Arduino Ethernet Shield permite a una placa Arduino conectarse a internet.
Está basada en el chip Ethernet Wiznet W5100 datasheet. El Wiznet W5100
provee de una pila de red IP capaz de TCP y UDP. Soporta hasta cuatro
conexiones de sockets simultáneas. Usa la librería Ethernet para escribir
programas que se conecten a internet usando la Shield. El actual diseño de la
Ethernet Shield no es compatible con el Arduino Mega.
La Ethernet Shield dispone de unos conectores que permiten conectar a su vez
otras placas encima y apilarlas sobre la placa Arduino. Arduino usa los pines
digitales 10, 11, 12, y 13 SPI para comunicarse con el W5100 en la Ethernet
Shield. Estos pines no pueden ser usados para e/s genéricas. La Shield provee un
conector Ethernet estándar RJ45 El botón de reset en la Shield resetea ambos, el
W5100 y la placa Arduino.
La Shield contiene un número de leds para información; PWR indica que la placa
y la Shield están alimentadas LINK indica la presencia de un enlace de red y
parpadea cuando la Shield envía o recibe datos FULLD indica que la conexión de
red es full dúplex 100M: indica la presencia de una conexión de red de 100 Mb/s
de forma opuesta a una de 10Mb/s RX parpadea cuando la Shield recibe datos.
TX parpadea cuando la Shield envía datos COLL parpadea cuando se detectan
colisiones en la red. El jumper soldado marcado como "INT" puede ser conectado
para permitir a la placa Arduino recibir notificaciones de eventos por interrupción
desde el W5100, pero esto no está soportado por la librería Ethernet.

7. El jumper conecta el pin INT del W5100 al pin digital 2 de Arduino. El slot SD en la
Shield no está soportado por el software Arduino.
2.3Transferencia de datos
Transmisión de datos, transmisión digital o comunicaciones digitales es la
transferencia física de datos (un flujo digital de bits) por un canal de
comunicación punto a punto o punto a multipunto. Ejemplos de estos canales
son cables de par trenzado, fibra óptica, los canales de comunicación
inalámbrica y medios de almacenamiento.
Los datos se representan como una señal electromagnética, una señal de tensión
eléctrica, ondas radioeléctricas, microondas o infrarrojos. Transmisión analógica;
estas señales se caracterizan por el continuo cambio de amplitud de la señal.
En ingeniería de control de procesos la señal oscila entre 4 y 20 mA, y es
transmitida en forma puramente analógica.
En una señal analógica el contenido de información es muy restringido, tan solo el
valor de la corriente y la presencia o no de esta puede ser determinado.
Transmisión digital; estas señales no cambian continuamente, sino que es
transmitida en paquetes discretos. No es tampoco inmediatamente interpretada,
sino que debe ser primero decodificada por el receptor.
El método de transmisión también es otro: como pulsos eléctricos que varían entre
dos niveles distintos de voltaje. En lo que respecta a la ingeniería de procesos, no
existe limitación en cuanto al contenido de la señal y cualquier información
adicional. Lo que se busca en la comunicación industrial, es mayor información
transmitida a mayor velocidad de transmisión.
Por lo que la demanda de mejores características para los medios de transmisión
es mayor. Esto es particularmente cierto para las redes industriales de
comunicación, en donde las condiciones distan mucho de ser ideales debido a las
posibles interferencias de máquinas eléctricas y otros. Por esta razón el mejor
medio de transmisión depende mucho de la aplicación.
Algunos de los más habituales medios de transmisión son: cables trenzados;
cables coaxiales; fibra óptica. Transmisión paralela; es el envío de datos
de byte en byte, sobre un mínimo de ocho líneas paralelas a través de una interfaz
paralela, por ejemplo la interfaz paralela Centronics para impresoras. Transmisión
en serie; es el envío de datos bit a bit sobre una interfaz serie.
Para elegir una interfaz física se toma en cuenta la confiabilidad de transmisión y
los costos, por lo tanto a pesar de las altas velocidades de transmisión que se
puede obtener con una interfaz paralela, su instalación es muy costosa. Por esta
razón la interfaz estándar para el campo industrial es la serie. Los bajos costos de
la instalación, líneas más largas y transmisión más segura, compensan las
menores velocidades de transmisión.

8. Algunas interfaces tipo serie que se pueden encontrar en el campo industrial
son RS-232 y RS-485, si bien existen otras. Interfaz RS-232C Eléctricamente el
sistema está basado en pulsos positivos y negativos de 12 voltios, en los cuales
los datos son codificados sobre cable multifilar. Mecánicamente este estándar
tiene conectores de 9 a 25 pines, las señales principales que llevan a los datos de
un terminal a otro son líneas de Transmit Data y Receive Data.
Para ser posible la transmisión, se requiere una tercera línea que lleva el potencial
común de referencia, el resto de líneas no son imprescindibles, pero llevan
información del estado de los terminales de comunicación. Interfaz RS-485 Esta
interfaz permite que actúen hasta 32 dispositivos en calidad de transmisores o
receptores, los cuales pueden ser conectados a un cable de dos hilos, es decir a
una verdadera operación de bus.
El direccionamiento y respuesta a los comandos debe ser resuelta por el software.
La máxima longitud de las líneas de transmisión para esta interfaz varía entre
1200 metros a una velocidad de 93,75 kb/s hasta 2000 metros a una velocidad de
500 kbps. Esta interfaz usa tres estados lógicos '0', '1' y non-Data, esta última es
usada para el control o sincronización del flujo de datos; esta interfaz es
encontrada con frecuencia en el campo industrial.
Al utilizar pares de cables trenzados y blindados, se asegura una comunicación
confiable y económica. La RETD Red Especial de Transmisión de datos fue una
red nacional de transmisión de datos, instalada por Telefónica la década de los
70 y 80 para interconectar los cajeros automáticos y otros terminales bancarios de
las entidades financieras.
El Sistema TESYS sistema de intercambio de paquetes fue una red nacional de
transmisión de datos. Instalada por Telefónica la década de los 80 y 90 para
interconectar los cajeros automáticos y otros terminales bancarios de las
entidades financieras utilizando el protocolo x25 de intercambio de paquetes.
2.4HTML
HTML siglas de lenguaje de marcas de hipertexto hace referencia al lenguaje de
marcado para la elaboración de páginas web. Es un estándar que, en sus
diferentes versiones, define una estructura básica y un código denominado código
HTML para la definición de contenido de una página web, como texto, imágenes.
Es un estándar a cargo de la W3C, organización dedicada a la estandarización de
casi todas las tecnologías ligadas a la web.
Sobre todo en lo referente a su escritura e interpretación, el lenguaje HTML basa
su filosofía de desarrollo en la referenciación. Para añadir un elemento externo a
la página imagen, vídeo, script, este no se incrusta directamente en el código de la
página, sino que se hace una referencia a la ubicación de dicho elemento
mediante texto. De este modo, la página web contiene sólo texto mientras que
recae en el navegador web interpretador del código.

9. La tarea de unir todos los elementos y visualizar la página final. Al ser un estándar,
HTML busca ser un lenguaje que permita que cualquier página web escrita en una
determinada versión, pueda ser interpretada de la misma forma estándar por
cualquier navegador web actualizado. Sin embargo, a lo largo de sus diferentes
versiones, se han incorporado y suprimido características, con el fin de hacerlo
más eficiente y facilitar el desarrollo de páginas web compatibles.
Con distintos navegadores y plataformas PC de escritorio, portátiles, teléfonos
inteligentes, tablets. Sin embargo, para interpretar correctamente una nueva
versión de HTML, los desarrolladores de navegadores web deben incorporar estos
cambios y el usuario debe ser capaz de usar la nueva versión del navegador con
los cambios incorporados. Usualmente los cambios son aplicados mediante
parches de actualización automática Firefox, Chrome.
Ofreciendo una nueva versión del navegador con todos los cambios incorporados,
en un sitio web de descarga oficial (Internet Explorer). Un navegador no
actualizado no será capaz de interpretar correctamente una página web escrita en
una versión de HTML superior a la que pueda interpretar, lo que obliga muchas
veces a los desarrolladores a aplicar técnicas y cambios que permitan corregir
problemas de visualización e incluso de interpretación de código HTML.
El HTML se escribe en forma de etiquetas, rodeadas por corchetes
angulares (<,>). HTML también puede describir, hasta un cierto punto, la
apariencia de un documento, y puede incluir o hacer referencia a un tipo de
programa llamado script, el cual puede afectar el comportamiento de navegadores
web y otros procesadores de HTML. También sirve para referirse al contenido
del tipo de MIME text/html o todavía más ampliamente como un término genérico.
.
Bibliografía.
[1] http://www.dirbibliotecas.ipn.mx/Paginas/Tesis_Electronicas.aspx
[2]http://piel1.wikispaces.com/file/view/CONTROL%20DE%20UN%20SISTEMA%2
0DE%20BOMBEO%20Y%20CLORACI%C3%93N%20DE%20AGUA.pdf/3476791
22/CONTROL%20DE%20UN%20SISTEMA%20DE%20BOMBEO%20Y%20CLOR
ACI%C3%93N%20DE%20AGUA.pdf
[3]http://www.emotron.es/aplicaciones-industrias/estudios-de-
caso/bombas/vinterteknik/
[4] http://www.monitron.mx/agua-aguas-residuales/
[5]http://www.edutecne.utn.edu.ar/microcontrol_congr/industria/Diseno_control_bo
mbas_p eristalticas.pdf Serial-Communication Between PLC and Host Computer
in the Control System of the Waste Water Pump; Shunleng Dong, Chunmei Wang,
Jinlan Yu, Lihui Wang.