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AUTOMATIZACION DEL CONTROL DE NIVEL DE UN TANQUE DE AGUA
Karol Paola Yanes Sánchez
Universidad Pontificia Bolivariana,
Vía a Piedecuesta km 7,
karolyanes@msn.com
kyanes@upbga.edu.co
Bucaramanga
Abstract: Sistema que maneja algunos campos de la electrónica como lo son: la
electrónica de potencia, la electrónica digital y la automatización y control, lo cual se
emplea para controlar el nivel de liquido en un tanque con un sensor para el llenado y el
vaciado de este, dependiendo de el set point que ingrese el usuario que es visualizado.
Este sistema tiene un uso potencial en la industria química, gas y petróleo, y de alimentos.
Keywords: automatización, control, microcontroladores
1.
INTRODUCCIÓN
El desarrollo de la producción industrial está ligado a
la electrónica a través de sus aplicaciones de
medición, monitoreo y automatización de los
procesos, permitiendo tener productos de alta calidad
y bajo costo.
La tecnología de medición industrial es un elemento
clave para garantizar la calidad constante de los
productos, la optimización de los procesos y la
seguridad y protección del entorno.
El desarrollo cada día mas acelerado de la electrónica
nos ha estado brindando nuevos sistemas de
Medición de Nivel, cada vez más sofisticados a
costos menores. No obstante, muchos principios
físicos tradicionales tienen particularidades técnicas
o prácticas que los mantienen siempre vigentes.
En la actualidad existen una gran variedad de
mecanismos y dispositivos utilizados como sensores
de nivel análogos o digitales. Entre los que se
destacan: de tubo de vidrio, indicador magnético,
capacitivos, inductivos y de flotador.
Con este proyecto se implementó un sistema de
control de nivel basado en un sensor de flotador
análogo, que permite conocer el nivel en tiempo real.
El sistema desarrollado permite al operario definir el
nivel deseado en el tanque mediante una interfaz, que
acciona diferentes mecanismos externos como
bombas y electroválvulas para la entrada y salida de
líquido del tanque, hasta alcanzar los niveles
deseados con muy alta precisión.
2.
JUSTIFICACION
Sensor
Si una industria tiene distintos productos, muchos
tanques, traslada productos, entonces requiere de un
sistema de control de niveles automático, que opere
durante décadas, 24 horas por día, sin fatiga ni falla,
exento de error humano por operación y con una alta
precisión.
3.
Display de cristal líquido
(LCD)
Teclado
SISTEMA
Microcontrolador
Circuito de
control
Electroválvula
Figura 1. Esquemático del sistema de nivel
electroválvula
Bomba de agua
.
Figura 3. Diagrama de bloques del sistema
La figura 3 muestra el diagrama de bloques del
sistema implementado, el cual consta de la siguientes
partes:
sensor
Tanque
principal
Circuito de
control
Bomba
Tanque
auxiliar
Figura 2.Diagrama de bloques del control del sistema
•
Sensor
•
Teclado
•
LCD: Display de cristal liquido
•
Electroválvula
•
Bomba de agua
•
Microcontrolador
•
Circuito de control
3.1. Sensor
Este sensor de nivel es análogo, el cual se realizo con
un potenciómetro lineal de 10kΩ, conectado como
eje a una polea. La cuerda en un extremo sostiene un
flotador dentro del tanque principal que mide el nivel
y en el otro extremo un contrapeso; este mecanismo a
medida que sube o baja el nivel hace rodar la polea
que contiene el potenciómetro como eje que a su vez
hace girar el potenciómetro el cual envía una señal de
voltaje análogo al ADC del microcontrolador que la
convierte en digital y realiza todo el control del
sistema.
Para obtener el diámetro de la polea donde va el
potenciómetro se requirió de la longitud total del
tanque en este caso 40cm y se determino por medio
de la siguiente formula L= 2∏r.
3.2. Teclado
Se pueden ingresar valores de 5 en 5 desde 0 hasta
100, para números inferiores a 100 se ingresa
precedido de un cero (015). Después se ingresa la
tecla numeral (#) para enviar el numero al
microcontrolador y este proceda hacer el control del
nivel del tanque, como una especie de enter, cuando
se desea borrar el numero ingresado se puede realizar
oprimiendo la tecla (*).
Si el numero que se le ingreso al teclado no es
múltiplo de 5, o no va incluido en la escala de nivel
del tanque; no se visualizara en el LCD y el
microcontrolador no realiza ninguna acción hasta que
el numero ingresado no sea el correcto; es decir no se
encuentre entre el rango definido y no sea múltiplo
de 5.
Este teclado se maneja por el microcontrolador
16F877A, donde el número ingresado es visualizado
en el LCD, y comparado por medio del
microcontrolador con el nivel actual de tanque a
controlar.
3.3. Display de cristal líquido (LCD)
Esta interfaz permite visualizar inicialmente la
presentación del proyecto, seguido de esto el nivel
actual del tanque principal, y el nivel deseado por el
operador (set point).
3.4. electroválvula
La electroválvula posee un sistema on/off, es decir
mientras no le llegue una señal alterna de voltaje se
mantendrá cerrada y cuando le llega una señal de
voltaje se abre y deja pasar el fluido de agua.
Esta electroválvula es alimentada por 120V por lo
tanto requiere de un circuito de potencia para ser
acoplado al microcontrolador.
3.5. Bomba de agua
Esta bomba de agua es electro-sumergible y se
encuentra ubicada en el tanque auxiliar, donde tiene
un control de la salida del fluido manual, es decir un
máximo y un mínimo, donde mientras le llegue una
señal alterna esta se encuentra en el máximo y
cuando no le llega ninguna señal de voltaje esta se
cierra totalmente.
Esta bomba es alimentada a 120V y requiere de un
circuito de potencia para ser acoplada al
microcontrolador igualmente que como se realizó
con la electroválvula.
3.6. microcontrolador
Se utilizo un microcontrolador P16f877 de microchip
el cual tiene cuatro puertos, ya que se requería
controlar un teclado, un LCD, una bomba, una
electroválvula y un sensor análogo.
Donde tiene como entradas la señal de voltaje
análoga proveniente del potenciómetro lineal la cual
permitió
utilizar
la
función
ADC
del
microcontrolador, y el teclado donde se ingresa un
set point que es comparado con el nivel actual que es
dado por el sensor análogo. Como salidas tiene el
LCD donde se visualiza el valor ingresado en el
teclado y las señales de control que van al circuito de
potencia para activar la electroválvula y la bomba de
agua.
Este sistema programado en el microcontrolador
funciona de la siguiente manera si el número
ingresado en el teclado es mayor al nivel actual del
tanque principal que es dado por el sensor análogo el
microcontrolador envía 5V al circuito de potencia de
la electroválvula que se encuentra en la base del
tanque principal para activarla y vaciarlo llenando así
el tanque auxiliar, si el numero ingresado es menor al
nivel actual del tanque principal que es dado por el
sensor análogo el microcontrolador envía 5V al
circuito de potencia que activa la bomba que se
encuentra en el tanque auxiliar para llenar el tanque
principal hasta el nivel ingresado por el operador en
el teclado (set point).
http://www.monografias.com/trabajos12/microco/mi
croco.shtml
3.7. Circuito de potencia
http://www.schillig.com.ar/introduccion_nivel_fr.ht
m
Este circuito de potencia se implementó tanto para la
activación de la electroválvula como para la
activación de la bomba de agua, ya que estos
elementos se alimenta con voltaje alterno y requieren
de un circuito que aislé el circuito de control con el
de potencia.
El circuito de potencia se realizó
con un
optoacoplador (moc3031) al cual le llega la señal
proveniente del microcontrolador y este a su vez es
conectado con un triac (BTA06), que va a la
electroválvula o bamba y a la señal alterna de la red.
REFERENCIAS
http://www.es.endress.com/
www.microchip.com
Angulo, M. (1999). Microcontroladores PIC
McGraw – Hill.
Hernandez,Carlos Gerardo. Claros,Reynaldo.
Maestre,Laura (2004). Microcontroladores de
microchip.
ANEXOS
4.
PROYECCION
El siguiente paso en el desarrollo de este proyecto es
la conformación de un sistema de control de
inventario que permita hacer todo desde una
computadora, con alarmas, estadísticas, gráficos de
actividad, "logueo" automático de eventos,
facturación por volumen o por masa, y mucho más,
con la máxima exactitud alcanzable hoy.
5.
CONCLUSIONES
•
Este proyecto permite a las pequeñas y medianas
industrias la automatización del control de
niveles en tanques o calderas a bajos costos,
permitiendo la optimización de sus procesos.
•
El empleo de un microcontrolador en la
implementación del sistema de control de nivel
permitió la conversión análoga-digital, comparar
niveles con datos ingresados, y obtener salidas
digitales para el funcionamiento de dispositivos
externos.
Afianzar los conocimientos y las destrezas en la
programación de microcontroladores.
•
Fotografía 1. Vista frontal
Fotografía 2. Sensor análogo de nivel.
Fotografía 3. electroválvula y tubería para el control.