COMUNICACIÓN ENTRE PLC MARCA FESTO Y PSOC 5 IMPLEMENTANDO EL

SISTEMA SCADA DE CODESYS PARA EL CONTROL Y SUPERVISIÓN DE

UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE GELATINA

COMMUNICATION BETWEEN PLC BRAND FESTO AND PSOC 5 IMPLEMENTING

THE SCADA SYSTEM OF CODESYS FOR THE CONTROL AND SUPERVISION OF A

GELATIN PRODUCTION PLANT

Angelica Liliana Parada Velandia*. María Camila Romero Meléndez**. Ing. Jorge

Eduardo Porras Bohada***.

Resumen: El presente documento contiene la descripción de un sistema diseñado

e implementado para la producción de gelatina en estado líquido.

Fueron necesarias 4 etapas para la elaboración de dicho sistema, la primera etapa

consiste en el sensado de variables como temperatura y nivel de agua, adquiridas a

través del microcontrolador PSoC, la segunda etapa se basa en la comunicación

realizada entre el microcontrolador PSoC 5 y el PLC de Festo para la transmisión de

datos, la tercera etapa es la encargada del control de todo el sistema basado en un

control On/Off y la cuarta etapa la compone una HMI donde puede ser visualizado

Tecnóloga en formación, Tecnología en electrónica. Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombia. alparadav@correo.udistrital.edu.co ** Tecnóloga en formación, Tecnología en electrónica. Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombia. mcromerom@correo.udistrital.edu.co *** Ingeniero Electrónico, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Magister en ingeniería de software y Docente tiempo completo, Universidad Distrital. jeporrasb@hotmail.com.

todo el proceso a través del software Codesys.

Todo el sistema es llevado a cabo para demostrar que haciendo uso de herramientas

adicionales podemos ampliar las características y campo de acción del PLC.

Palabras clave: comunicación, control, interfaz gráfica, proceso.

Abstract: This document contains the description of a system designed and

implemented for the production of liquid gelatin.

Four stages were necessary for the elaboration of said system, the first stage consists

of sensing variables such as temperature and water level, acquired through the PSoC

microcontroller, the second stage is based on the communication made between the

PSoC 5 microcontroller and the Festo PLC for data transmission, the third stage is

responsible for the control of the entire system based on an On / Off control and the

fourth stage is made up of an HMI where the entire process can be visualized through

Codesys software.

The entire system is carried out to demonstrate that using additional tools we can

expand the features and scope of the PLC.

Key Words: Communication, control, graphic interface, process.

1. Introducción

El controlador lógico programable (PLC) fue creado gracias a la necesidad de controlar de

manera automatizada ciertos tipos de procesos que ayudarían a solucionar el problema de

producción de grandes industrias.

En la actualidad existen diversos tipos y marcas de PLC; en especial, la universidad cuenta

con el PLC didáctico de FESTO CECC-LK con el que se ejecutan diversos proyectos a nivel

académico. Una de las limitaciones que posee este PLC es que cuenta únicamente con 14

entradas y 8 salidas digitales, las cuales impiden en gran medida la realización de proyectos

a mayor escala.

Es por esto que este proyecto consiste en realizar una comunicación paralela de 8 bits entre

el microcontrolador PSoC 5 y el PLC de FESTO.

El sistema consiste en una planta de producción de gelatina (en estado líquido) en la cual

se sensan variables como temperatura y nivel de agua, datos que son adquiridos por el

microcontrolador PSoC 5 y transmitidos por medio de una comunicación paralela de 8 bits

al PLC que es el encargado del control de todo el proceso a través una HMI donde se puede

visualizar el sistema y los datos adquiridos.

2. Problemática

En el ambiente académico existen pocas opciones para la automatización de procesos con

un PLC. Es por esto que se tuvo que hacer uso del PLC de Festo CECC-LK que es una de

las opciones que proporciona la universidad.

Una de las limitaciones que posee esta referencia es que solo cuenta con entradas y salidas

de tipo digital, ninguna de tipo análoga.

Existen sensores especializados de la marca Festo para este tipo de PLC, pero son de alto

costo, es por esto que se requiere de la utilización de sensores acondicionados que se

puedan ajustar a las características que posee éste PLC.

3. Implementación

Objetivo General

Implementar un sistema SCADA en CODESYS para el control de una planta de producción

de gelatina utilizando el PLC de FESTO y PSoC 5.

Objetivos Específicos

● Establecer una comunicación entre el PLC de FESTO y el microcontrolador PSoC 5.

● Implementar una HMI (Human Machine Interface) para la supervisión de variables

del proceso como temperatura y nivel de agua, utilizando la plataforma de desarrollo

CODESYS.

● Desarrollo de un control On/Off para una planta de producción de gelatina.

3.1. Sistema

Figura 1. Diagrama de bloques del sistema. Fuente: Elaboración propia de los autores.

El diagrama de bloques que se muestra en la Figura 1 representa gráficamente el

funcionamiento interno de la planta de producción de gelatina.

A continuación, se realiza la descripción de cada uno de los bloques de manera más

detallada.

3.1.1. Sistema de percepción

Para la medición del nivel de agua se utilizó el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 [1]

que se puede observar en la Figura 2, se eligió porque se ajusta a las necesidades de

medida ya que en la planta no se requiere de alta precisión para la toma de datos de

distancia y por su bajo costo.

Figura 2. HC-SR04 Sensor de distancia ultrasónico. Fuente: Elaboración propia.

Para la medición de la temperatura del agua se utilizó el sensor LM35 [2] que se puede

observar en la Figura 3, se eligió porque no requiere de circuitos externos para la medición

ya que viene calibrado en grados centígrados.

Figura 3. LM35 Sensor de temperatura. Fuente: Elaboración propia.

Para comprobar el funcionamiento de cada uno de los sensores se realizó una

parametrización obteniendo los siguientes resultados.

3.1.1.1 Parametrización del sensor HC-SR04

Se realizaron pruebas para comprobar su linealidad y se observó que posee un intervalo

de banda muerta de 9 cm como se muestra en la Figura 4. Esto tuvo que ser tenido en

cuenta ya que en la interfaz gráfica se ven reflejados todos los valores que el sensor envía,

para ello la planta se acondicionó en un rango de 9-20 cm de altura.

Las pruebas se implementaron para determinar la exactitud del sensor desde 0-20 cm ya

que es la altura total de la planta de producción de gelatina, arrojando que tiene un promedio

de error del 34.27% debido a el tiempo de banda muerta que posee, como se observa en

la Tabla 1.

La línea de color azul corresponde a la medición realizada con el sensor y la línea punteada

de color naranja corresponde a la distancia exacta.

Figura 4. Gráfico de datos tomados para la parametrización del sensor HC-SH04. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Distancia [cm]

HC-SH04 % Error

0 0 0

1 0 100

2 0 100

3 0 100

4 0 100

5 0 100

6 0 100

7 0 100

8 9 12,5

9 9 0

10 10 0

11 11 0

12 12 0

13 13 0

14 13 7,14

15 15 0

16 16 0

17 17 0

18 18 0

19 19 0

20 20 0

Promedio de error 34,27

Tabla 1. Porcentaje de error de mediciones para el sensor HC-SR04. Fuente: Elaboración propia de los autores.

3.1.1.2. Parametrización del sensor LM35

Se realizaron mediciones en 3 intervalos de temperaturas distintas.

Inicialmente con temperaturas muy bajas que van en un rango de 0-13 °C como se muestra

en la Figura 5. Donde la línea de color verde muestra los datos tomados por el sensor LM35

y la línea punteada de color amarillo muestra la temperatura ideal.

Se observó que a temperaturas bajas el sensor tiene un porcentaje de error del 53.99%

como se muestra en la Tabla 2.

Figura 5. Gráfico de datos tomados para la parametrización del sensor LM53 para temperaturas bajas. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Temperatura medida con termocupla

Sensor LM35

% de error

0 2 0

1 2 100

2 3 50

3 7 133,3

4 7 75

5 9 80

6 10 66,67

7 11 57,14

8 12 50

9 13 44,44

10 14 40

11 14 27,27

12 14 16,67

13 15 15,38

Promedio de error 53,99

Tabla 2. Porcentaje de error de mediciones para el sensor LM35 a temperaturas bajas. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Luego, se midió la temperatura del agua a temperatura ambiente y se procedió a calentarla

hasta los 33°C, arrojando los datos que se muestran en la Figura 6; donde la línea de color

amarillo corresponde a la medición realizada con la termocupla y la color morado

corresponde a la medición realizada con el sensor LM35.

Figura 6. Gráfico de datos tomados para la parametrización del sensor LM35 a temperatura ambiente. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Temperatura medida con termocupla

Sensor LM35

% de error

17 16 5,88

18 17 5,56

19 18 5,26

20 18 10,00

21 18 14,29

22 19 13,64

23 20 13,04

24 21 12,50

25 22 12,00

26 23 11,54

27 25 7,41

28 26 7,14

29 27 6,90

30 30 0,00

31 31 0,00

32 32 0,00

33 33 0,00

34 34 0,00

35 35 0,00

36 38 5,56

37 39 5,41

38 39 2,63

Promedio de error 6,31

Tabla 3. Porcentaje de error de mediciones para el sensor LM35 a temperatura ambiente. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Observando que el promedio del error de medidas generado fue del 6.31% como se observó

en la Tabla 3.

Y para finalizar se realizaron medidas a temperaturas más altas en un rango de 40-70 °C

como se muestra en la Figura 7. Donde la línea punteada de color amarillo representa la

temperatura medida con la termocupla y la línea de color rojo representa la medición del

sensor LM35.

Se observó que el promedio de error en las medidas fue del 10.16% como se observa en

la Tabla 4.

Figura 7. Gráfico de datos tomados para la parametrización del sensor LM35 para altas temperaturas. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Temperatura medida con termocupla

Sensor LM35

% de error

40 47 17,50

41 49 19,51

42 49 16,67

43 49 13,95

44 50 13,64

45 51 13,33

46 51 10,87

47 52 10,64

48 52 8,33

49 52 6,12

50 52 4,00

51 52 1,96

52 52 0,00

53 52 1,89

54 52 3,70

55 52 5,45

56 52 7,14

57 52 8,77

58 52 10,34

59 52 11,86

60 56 6,67

61 56 8,20

62 56 9,68

63 57 9,52

64 57 10,94

65 58 10,77

66 58 12,12

67 58 13,43

68 58 14,71

69 58 15,94

70 58 17,14

Promedio de error 10,16

Tabla 4. Porcentaje de error de mediciones para el sensor LM35

para temperaturas alta. Fuente: Elaboración propia de los autores.

3.1.2. Adquisición y envío de datos

Figura 8. Diagrama para la adquisición y el envío de datos. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Para el sensor de nivel HC-SR04 inicialmente se realizó su adaptación en la planta de

gelatina por medio de una regla de 20 cm paralela al Tanque 2 (en el que se va a realizar

la medición) como se muestra en la Figura 9.

Figura 9. Adaptación del sensor HC-SR04 a la planta de gelatina. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Para la adquisición de datos de temperatura y nivel de agua en la planta de producción de

gelatina se utilizó el microcontrolador PSoC 5 [3] ya que su tipo de arquitectura permite

cambiar las configuraciones de los periféricos analógicos y/o digitales según nuestras

necesidades.

Luego se realizaron las siguientes conexiones en la PSoC:

Pin del sensor HC-SR04 Pin de la PSoC 5

VCC VDDI

Echo 1[2]

Trigger 1[4]

GND GND

Tabla 5. Conexión de pines del sensor HC-SR04 a la PSoC 5. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Finalmente, se realiza la adquisición de datos mediante un código elaborado en el software

PSoC Creator Figura 10.

Figura 10. Código implementado para la lectura de datos de nivel de agua. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Para el sensor de temperatura LM35 inicialmente se realizó una adaptación por medio de

un tubo de cobre que tiene un diámetro de 1.5 cm y una altura de 14.4 cm como se muestra

en la Figura 11, esto con el fin de poder realizar la medida dentro del agua ya que no viene

acondicionado para esto.

Figura 11. Adaptación del sensor LM35 por medio de un tubo de cobre. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Luego se realizaron las siguientes conexiones con la PSoC:

Pin del sensor LM35 Pin de la PSoC 5

VCC VDD

OUT 0[0]

GND GND

Tabla 6. Conexión de pines del sensor LM35

a la PSoC 5. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Finalmente, se realiza la adquisición del dato mediante un código elaborado en el software

PSoC Creator Figura 12.

Figura 12. Código implementado para la lectura de datos de temperatura de agua. Fuente: Elaboración propia de los autores.

La lógica del código realizado para el microcontrolador se representa a continuación en el

diagrama de flujo Figura 13.

Figura 13. Diagrama de flujo para la lógica del microcontrolador. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Una vez adquiridos los datos se prosigue con el envío de estos al PLC.

Para el envío de los datos se tuvieron en cuenta varios aspectos.

El primero es que, teniendo las variables de tipo entero de temperatura y nivel de agua, se

debió realizar su conversión a binario para que así se pudiera llevar a cabo la comunicación

paralela de 8 bits.

Teniendo los datos de tipo binario se tuvo que destinar 8 salidas de la PSoC para la

transmisión de datos de los sensores, es por eso que se requirió hacer uso de dos

selectores, uno que permitiera el envío de datos del sensor de nivel (Selector_1) y otro que

permitiera el envío de datos del sensor de temperatura (Selector_2). Dichos selectores son

manejados desde el PLC.

El segundo aspecto a tener en cuenta fue el acondicionamiento de señal ya que la PSoC

trabaja con un nivel lógico de 5 voltios y el PLC con un nivel lógico que se encuentra en el

rango de 15-24 voltios [4].

El acondicionamiento de señal fue realizado mediante el siguiente circuito Figura 14.

Figura 14. Circuito diseñado para el acondicionamiento de señal en la comunicación paralela de 8 bits. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Primeramente, es calculada la parte izquierda del circuito.

𝐼𝑐 = 𝛽 ∗ 𝐼𝑐 (1)

𝑉𝑏 = 𝐼𝑐 ∗ 𝑅𝑏

𝛽

(2)

Suponiendo un β = 150

Corriente aproximada de la PSoC Ic = 20 mA

𝑉𝑏 = 5 𝑉 − 0,7 (3)

𝑉𝑏 = 4,3 𝑉 (4)

𝑅𝑏 = 𝑉𝑏 ∗ 150

𝐼𝑐

(5)

𝑅𝑏 = 4.3 𝑉 ∗ 150

20 𝑚𝐴

(6)

𝑅𝑏 = 32,250 𝐾𝛺 ≈ 30 𝐾𝛺 (7)

𝑅𝑐 = 175 𝛺 ≈ 180𝛺 (8)

Parte derecha del circuito:

𝑉𝑅 = 24 𝑉 − 0.7 (9)

𝑉𝑅 = 23,3 (10)

𝑅 = 23,3 𝑉

20 𝑚𝐴

(11)

𝑅 = 1,165 𝐾𝛺 ≈ 1.2 𝐾𝛺 (12)

J2 corresponde al pulso generado por la PSoC (salidas de 8 bits) y J1 pertenece a la salida

de circuito que para la lógica del PLC es una entrada digital.

El mismo circuito fue implementado 8 veces para realizar la comunicación paralela entre la

PSoC 5 y el PLC.

3.1.3. Sistema de visualización

Figura 15. Diagrama para la implementación de la HMI. Fuente: Elaboración propia de los autores.

El PLC recibe los 8 pulsos provenientes del acondicionamiento de señal directamente a sus

entradas digitales desde la 0.0 hasta la 0.7 respectivamente.

Haciendo uso de una variable de tipo byte que es la que guarda las 8 entradas digitales, ya

que 1 byte son 8 bits que van desde el D_BIT_0 hasta el D_BIT_7 como se muestra en la

Figura 16 se procedió a programar toda la interfaz gráfica del proceso.

Figura 16. Asignación de entradas digitales para los 8 bits. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Inicialmente se programó en lenguaje estructurado ya que es un lenguaje de alto nivel que

permite la programación con funciones condicionales más complejas, necesarias para el

diseño de la interfaz.

Al leer las 8 entradas digitales como números binarios se procedió a realizar nuevamente

una conversión a números enteros ya que para la visualización de las variables en la interfaz

era necesario trabajar con números de este tipo.

A continuación, se muestra un diagrama de flujo de la lógica empleada para la realización

de la interfaz gráfica Figura 17.

Figura 17. Diagrama de flujo para la lógica del PLC en lenguaje estructurado (ST). Fuente: Elaboración propia de los autores.

A partir de la programación en lenguaje estructurado (ST) se pudo implementar una interfaz

que fuera visualmente agradable para el usuario donde se observara cada uno de los

momentos del funcionamiento de la planta de gelatina Figura 18.

Figura 18. Interfaz gráfica realizada para la planta de gelatina. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Para la supervisión de variables como la temperatura se empleó un medidor que permite la

visualización de su valor en el momento en que es activada la comunicación con este

sensor, asimismo para el nivel del agua, además de ser visualizado paso a paso cuando el

agua es transportada por los distintos tanques, el Tanque 2 posee un medidor que indica la

cantidad que se encuentra en ese momento y en ese mismo tanque como se muestra en la

Figura 19.

Figura 19. Indicador de temperatura y nivel de agua respectivamente. Fuente: Elaboración propia de los autores.

3.1.4. Control de la planta

Figura 20. Diagrama para el control de la planta de producción de gelatina. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Para automatizar el proceso de la elaboración de gelatina se utilizó un PLC de la marca

FESTO CECC-LK [4] proporcionado por la universidad, dicho PLC se puede observar en la

Figura 21.

Figura 21. PLC de Festo CECC-LK. Fuente: Elaboración propia de los autores.

El PLC es el encargado de la activación de los actuadores de la planta de gelatina.

Para pasar el agua de un tanque a otro en la planta se utilizaron dos actuadores

RS-360SH [5] que se pueden observar en la Figura 22. Se eligieron por su tamaño y por su

eficiencia para bombear el agua.

Figura 22. Mini bomba de agua RS-360SH. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Para calentar el agua en la planta de gelatina se hizo uso de una resistencia eléctrica de

inmersión [6] como se muestra en la Figura 23. Se eligió porque con ella es posible alcanzar

la temperatura requerida para la elaboración de la gelatina.

Figura 23. Resistencia eléctrica de inmersión. Fuente: Elaboración propia d los autores.

Para batir el agua con la gelatina en la planta se utilizó un motor DC adecuado con un

aspa de plástico cumpliendo con la función de un batidor como se muestra en la Figura 24.

Figura 24. Batidor de gelatina para la planta. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Su programación fue realizada en lenguaje Ladder (LD) ya que es un lenguaje de contactos

que permite la activación o desactivación de cada uno de los actuadores como se muestra

en la Figura 25.

Figura 25. Programación del control de la planta de gelatina realizado en lenguaje Ladder (LD). Fuente: Elaboración propia de los autores.

Donde se muestra que el proceso inicia al accionar el contacto ON y activa una de las

salidas que es ENERGY encargada de la energización de todos los circuitos. Luego de esto

hay un módulo de función TON que básicamente es un temporizador con un retraso de

encendido de 2 segundos (implementado para que el sistema sea un poco más estable). El

Selector 1 inicia encendido para comenzar a medir nivel de agua, cuando el sensor de nivel

indique que el tanque 2 ya se encuentra lleno, desactiva la Bomba 1 para que no bombee

más agua y activa la resistencia eléctrica para calentarla, aquí es donde es accionado

automáticamente el Selector 2 que permite la medición de temperatura y visualización de

ésta misma en la interfaz gráfica, cuando el sensor indique que la temperatura sobrepasó

los 27°C que es la temperatura óptima para la preparación de gelatina [7], apaga la

resistencia eléctrica y automáticamente activa al Selector 1 que es el encargado de iniciar

la medición de nivel de agua y paralelamente la Bomba 2 es activada (igualmente con un

retraso de 2 segundos) para que finalmente cuando el sensor detente que toda el agua fue

bombeada al Tanque 3, desactive la Bomba 2 y active un módulo de función TOF que es

un temporizador muy similar al TOM, con la única diferencia de que funciona con un retraso

de apagado al que le fue asignado un tiempo de 10 segundos que es el tiempo que tarda

el batidor en homogenizar la gelatina.

A continuación, Figura 26 se presenta un esquema de la realización del proceso en la

plataforma Codesys.

Figura 26. Esquema representativo de la programación realizada en la plataforma Codesys. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Donde se puede evidenciar que el sistema inicia su proceso a partir de dos lenguajes de

programación, lenguaje Ladder (LD) y lenguaje Estructurado (ST). Las variables de

temperatura y nivel de agua están presentes en los dos esquemas de programación, para

esto se tuvo en cuenta que son variables globales que pueden ser enviadas y recibidas

dentro de la misma plataforma.

La programación en lenguaje Estructurado se encarga de la visualización y la parte gráfica

de la interfaz, mostrando paso a paso el funcionamiento del proceso.

La programación en lenguaje Ladder se encarga de la Activación/Desactivación de todos

los actuadores presentes en la planta.

El diagrama de la planta se encuentra a continuación en la Figura 27.

Figura 27. Diagrama de la planta de producción de gelatina. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Para la iniciación del proceso el usuario debe tener en cuenta que la cantidad de agua que

se le debe adicionar al Tanque 1 es igual a 500ml, además de que el Tanque 3 también se

le debe agregar ¼ de gelatina en polvo que corresponde a 10g.

El agua es pasada a través de la Bomba 1 hacia el Tanque 2, allí se encuentra el sensor

de nivel que es el encargado de determinar cuándo toda el agua haya sido bombeada

(medición de 9 cm de altura). Luego el agua es calentada con una resistencia eléctrica y se

realiza la medición de temperatura hasta que el agua alcance los 27 °C, a partir de allí el

agua es transportada al Tanque 3 donde es mezclada con la gelatina gracias a un batidor

por 10 segundos. Dando como resultado 500ml de gelatina en estado líquido.

El resultado final de la planta de producción de gelatina se muestra en la Figura 28.

Figura 28. Planta de producción de gelatina. Fuente: Elaboración propia de los autores.

4. Resultados

Se realizaron 20 pruebas en la planta de producción de gelatina para 3 distintos momentos.

Inicialmente se midió el tiempo de ejecución de todo el proceso donde se observó que en

3 oportunidades la planta falló (medición número 4,8,19) como se muestra en la Figura 29,

donde los picos más relevantes evidencian el momento en que el proceso no es el correcto

y la planta debe ser detenida. Los datos tomados se muestran en la Tabla 7 y pueden ser

observados a continuación.

Una de las causas del fallo en la planta se debió a que el sensor HC-SR04 no midió el nivel

del agua adecuadamente, lo que provocó el desajuste del sistema y el proceso no pudo

continuar; además los tiempos de ejecución de todo el proceso no son lineales debido a

que al calentar el agua a una temperatura de 27 °C el tubo de cobre tardaba en enfriarse.

Es por esto que entre cada prueba fue necesario esperar un tiempo estimado de 4 minutos.

Figura 29. Gráfico de los datos tomados del tiempo de ejecución de la planta. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Número de pruebas

Tiempo de ejecución en

minutos

1 2,7

2 2,5

3 2,8

4 0,3

5 2,7

6 2,8

7 2,8

8 1,0

9 2,7

10 2,7

11 2,7

12 2,7

13 2,7

14 3,1

15 3,0

16 2,7

17 2,7

18 2,7

19 1,4

20 2,8

Promedio de tiempo de ejecución

2,5

Tabla 7. Datos tomados del tiempo de ejecución de la panta

de gelatina. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Seguidamente se realizaron 20 pruebas para determinar el comportamiento de los 2

sensores en la planta de producción de gelatina.

Se realizaron mediciones del nivel de agua dentro de la planta con el sensor HC-SR04

comparando el dato transmitido con los valores de una regla como se muestra en la

Tabla 8.

Distancia [cm]

HC-SH04 %

Error

9 9 0,00

10 10 0,00

11 11 0,00

12 12 0,00

13 13 0,00

14 13 7,14

15 15 0,00

16 16 0,00

17 17 0,00

18 17 5,56

19 19 0,00

20 20 0,00

Promedio de error 1,06

Tabla 8. Datos tomados del error generado por el sensor HC-SR04

dentro de la planta. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Además, se establecieron 20 pruebas de este mismo tipo para determinar el error general

de este sensor dentro de la planta como se muestra en la Figura 30.

Figura 30. Gráfica que representa los datos tomados del error generado por el sensor HC-SR04 dentro de la planta. Fuente: Elaboración propia.

Se evidencia que el error promedio general del sensor HC-SR04 en la planta de producción

de gelatina es del 6,3% como se muestra en la Tabla 9 a continuación.

Número de pruebas

% Error en cada prueba

1 1,6

2 1,0

3 1,1

4 1,3

5 0,0

6 0,0

7 56,0

8 1,6

9 1,6

10 1,0

11 0,5

12 2,1

13 1,0

14 40,3

15 2,0

16 2,0

17 2,3

18 2,3

19 3,4

20 5,0

Promedio de error

6,3

Tabla 9. Datos tomados del error promedio generado en 20 pruebas por el

sensor HC-SR04 dentro de la planta. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Para el sensor de temperatura dentro de la plata, inicialmente las mediciones se realizaron

en un rango de 14-27 °C que correspondía a la temperatura ambiente del agua y la

temperatura establecida para la elaboración de gelatina; se determinó el error en la planta

como se muestra en la Tabla 10 a continuación.

Temperatura medida con termocupla

Sensor LM35

% de error

14 14 0,00

15 14 6,67

16 16 0,00

17 16 5,88

18 17 5,56

19 18 5,26

20 18 10,00

21 18 14,29

22 19 13,64

23 20 13,04

24 21 12,50

25 22 12,00

26 23 11,54

27 25 7,41

Promedio de error 8,4

Tabla 10. Datos tomados del error generado por el sensor LM35 dentro de la planta. Fuente: Elaboración propia de los autores.

Adicionalmente, se realizaron 20 pruebas de este mismo tipo para determinar el error

general de este sensor en todo el proceso de la planta, lo que arrojó resultados como se

muestran den la Figura 31.

Figura 31. Gráfica que representa los datos tomados del error generado por el sensor LM35 dentro de la planta. Fuente: Elaboración propia.

Se pudo observar que en la Tabla 11 el error general del sensor LM35 dentro de la planta

de producción de gelatina es del 17,2% que se debió a que era necesario esperar un rango

de tiempo más largo entre cada una de las pruebas ya que el tubo de cobre donde se

encontraba el sensor tardaba más tiempo en recuperar su temperatura inicial.

Número de pruebas

% Error en cada

prueba

1 8,4

2 14,7

3 5,6

4 4,9

5 50,6

6 10,0

7 20,3

8 9,7

9 6,7

10 4,3

11 43,2

12 4,6

13 4,9

14 5,3

15 5,1

16 60,2

17 8,4

18 8,4

19 9,1

20 60,2

Promedio de error

17,2

Tabla 11. Datos tomados del error promedio generado en 20 pruebas por el sensor LM35 dentro de la planta. Fuente: Elaboración propia de los autores.

5. Perspectivas

El sistema como se encuentra hoy implementado puede tener varias mejoras en cuanto al

tipo de comunicación.

Se busca que cada vez sean implementados distintos tipos de comunicaciones que

permitan un sistema más óptimo para cualquier proceso industrial, teniendo en cuenta así,

que sería necesaria la búsqueda de otros tipos de PLC que no se limiten tanto en este tema.

Así, se podrán realizar sistemas de mayor escala, con un número más alto de sensores,

cada vez más eficientes.

6. Conclusiones

● Se concluye que, al realizar una comunicación paralela, la PSoC 5 y el PLC de

FESTO permite la adquisición y envío de datos de una manera más eficiente,

además de que posibilita que el sistema pueda adquirir el dato de más de 8 sensores

sin limitarse por las 14 entradas digitales que posee el PLC, ya que los datos son

transmitidos únicamente a través de 8 bits.

● La plataforma de Codesys permite la utilización de distintos tipos de lenguajes de

programación; en nuestro caso, el lenguaje Estructurado y el lenguaje Ladder que

requieren de diferentes lógicas para su programación, posibilitando la

implementación de diversos elementos para que el PLC de Festo pueda llevar a cabo

todo el proceso.

● Durante el proceso se observó que se tiene un retraso de 3 segundos entre la

plataforma Codesys y el PLC de Festo, lo que ocasionó que en la interfaz gráfica

este tiempo de retraso se vea reflejado.

● La adaptación para el sensor de temperatura LM35 realizada con el tubo de cobre

resultó ser poco eficiente, esto debido a que con la alta temperatura del agua, el tubo

se calentaba y tardaba aproximadamente 4 minutos en volver a retomar su

temperatura inicial ocasionando una lectura errónea por parte del sensor, es por ello

que para futuras mejoras se debe elegir otra forma de adaptación para este sensor.

7. Agradecimientos

Queremos agradecer el apoyo brindado por parte de nuestro tutor a cargo en la realización

del proyecto, a la universidad y a todos aquellos profesores de nuestra carrera que con el

aporte de sus conocimientos lo hicieron posible.

8. Referencias

[1] AG Electrónica. HC-SR04: Sensor de distancia Ultrasónico. 2017. [En línea].

Disponible en: http://www.agspecinfo.com/pdfs/H/HC-SR04.PDF

[2] EcuRed. Sensor LM35. S.F. [En línea]. Disponible en: https://www.ecured.cu/LM35

[3] CYPRESS. Hoja de datos PSoC 5. 2019. [En línea]. Disponible en:

https://www.cypress.com/documentation/datasheets/psoc-5lp-cy8c58lp-family-

datasheet-programmable-system-chip-psoc

[4] Universidad distrital. PLC FESTO CECC-LK. 2017. [En línea]. Disponible en:

https://rita.udistrital.edu.co:23604/recursos/?p=610

[5] TDrobortica. Mini bomba de agua. S.F. [En línea]. Disponible

enhttp://tdrobotica.co/minibomba-de-agua-rs-360sh/453.html

[6] Electricfor. Resistencias de inmersión. S.F. [En línea]. Disponible en:

https://www.electricfor.es/es/333142/Resistencias-para-inmersion.htm

[7] Selecciones. Por qué cuaja la gelatina. 2003. [En línea]. Disponible en:

https://www.selecciones.com.ar/selecciones/sabias-que/por-que-cuaja-la-gelatina