INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD CULHUACÁN

SEMINARIO DE TITULACIÓN: CONTROL MODERNO APLICADO A MAQUINAS ELÉCTRICAS ROTATORIAS Y A SISTEMAS AUTOMATIZADOS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA P R E S E N T A: LOZANO GOMEZ MARÌA TERESA

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO MECÁNICO P R E S E N T A N: MORENO MARTÌNEZ JOSÈ ROBERTO NICOLAS QUIROZ JUAN RODRIGO URIBE HERNÀNDEZ HÉCTOR

MÉXICO D.F. OCTUBRE DEL 2011

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DEDICATORIA

Hoy dedico este gran paso a culminar a mi madre Martha Martínez Hernández, por ser la persona que me ha dado su apoyo, dedicación, esfuerzo, cariño y me ha inculcado valores todo esto con el fin de ser lo que hoy soy.

A mi abuelita Natalia Hernández San Pedro, por su comprensión, dedicación y ser un gran ejemplo a seguir que aun con complicaciones ha sabido salir adelante sin importar lo que tenga hacer.

A mis hermanos, amigos y familia por ese apoyo que me han brindado cuando más lo he necesitado y que sin esperar nada a cambio nunca me han negado por esto y muchas cosas más doy gracias a todos porque de no ser así no hubiese hoy concluido un paso importante en mi vida.

De corazón GRACIAS por todo y a todos porque sin ustedes jamás hubiese sido lo que hoy soy.

ING. JOSÉ ROBERTO MORENO MARTÍNEZ

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DEDICATORIA

A Dios por brindarme la oportunidad y la dicha de la vida, al brindarme los medios necesarios para continuar mi formación, y siendo un apoyo incondicional para lograrlo ya que sin él no hubiera podido.

A mi madre que estuvo siempre a mi lado brindándome su mano amiga dándome a cada instante una palabra de aliento para llegar a culminar mi profesión, a mis hermanos que son fuente de luz, Miriam, Pablo y Francisco, convirtiéndose en pilares fundamentales para mi formación profesional.

A mis amigos y compañeros de seminario Roberto Moreno, Héctor Uribe y Rodrigo Nicolás ya que fueron un gran apoyo para la conclusión de esta etapa de mi vida.

A los profesores que nos ayudaron en la elaboración y desarrollo de este proyecto.

ING. MARÍA TERESA LOZANO GÓMEZ

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DEDICATORIA

A mi madre le dedico estas primeras palabras, ya que sin ella no sería lo que soy y no estaría donde estoy y no tendría los valores que tengo y la razón por cual digo esto es porque mi madre luchó y lucha por mí y por mi familia y es una de las personas más importantes en mi vida. A mi padre, que me enseñó el camino y que nunca ha dejado de estar ahí, aunque lejos estás yo sigo pensando en ti y sigo pensando en todo lo que me dices y en todo lo que me has enseñado y espero que sigas ahí manteniéndote fuerte como siempre. A mi hermana, que aunque ya no tuve el placer de tenerte cerca he tratado de seguir tu ejemplo, yo sé que no tengo tu inteligencia pero trato de remediarlo con perseverancia y con mi carácter que tanto me distingue. A mi hermano, que me ha enseñado que hay detalles insignificantes que se vuelven importantes y que a pesar de que a veces no nos entendemos al final sabemos que es porque somos casi iguales en algunas cosas y no por eso he dejado de apreciar los momentos que hemos pasado juntos. A mis amigos, que han estado ahí y que siguen estando y que a veces cuando me han hecho falta no me han dejado solo. A mis enemigos, que a pesar de que han tratado de hacerme daño solo han logrado hacerme más fuerte y más constante. A ti pequeña, porque que la vida me dejó conocerte y porque sigues conmigo. Gracias por todos tus consejos. Gracias a todos, a mi madre, a mi padre, a mi hermana, a mi hermano, a mis amigos, a ti pequeña y a Dios por dejarme ser como soy. Espero ser digno de ustedes.

“No olvides tu historia ni tu destino” B.M. ING. HÉCTOR URIBE HERNÁNDEZ

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DEDICATORIA En primera parte se lo dedico a mi padre Víctor, por su apoyo, paciencia, comprensión y sobre todo por su amor, que hoy físicamente ya no se encuentra a mi lado para disfrutar juntos este logro, pero que siempre estará presente en cada día de mi vida, en mis pensamientos, recuerdos y sobre todo en mi corazón, porque él es como el Sol, parece que muere en un crepúsculo pero surge triunfante y radiante en un mejor y bello amanecer.

A mi madre que me ha apoyado en la carrera y en la vida, en las buenas y en las malas.

De antemano les agradezco a mis hermanas que también han sido una parte importante ya que me han apoyado para poder salir adelante y no dejarme vencer. A las personas que se encuentran lejos buscando un mejor futuro.

Por los amigos que el destino y Dios me brindo en esta etapa y que siempre me han apoyado y más por darme su amistad.

A todos los que me han apoyado en todo el proceso de mis estudios, amigos y familiares ya que ahora termina una etapa más de mi vida, para darle comienzo a otra que será el ámbito laboral, esperando desarrollar al máximo mis capacidades y habilidades para obtener buenos resultados y por supuesto mucho éxito.

No importando las piedras que la vida me ponga en el camino, porque así como caemos hay que sabernos levantar, teniendo siempre presente que el verdadero sentido en la vida es simplemente vivirla.

GRACIAS...! ING. JUAN RODRIGO NICOLAS QUIROZ

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ÍNDICE

TEMARIO

PÁG.

INTRODUCCIÓN………………...……………………………………….. 7

CAPÍTULO I

OBJETIVO……………………………………………………………...…... 8 OBJETIVOS PARTICULARES……………………………………...…... 8 ANTECEDENTES……………………………………………………...….. 9

CAPITULO II PRESENTACIÓN HISTÓRICA………………………………………….. 21 DESCRIPCIÓN DE PLC………………………………………………….. 23 CLASIFICACIÓN DE PLC………………………………………………. 24 CONSTITUCIÓN DEL PLC……………………………………………… 25 VENTAJAS…………………………………………………………………. 26 DESVENTAJAS……………………………………………………………. 27 CICLO DE FUNCIONAMIENTO DEL PLC….………………………... 27 SENSOR DE TEMPERATURA LM35…………………………………... 32 AMPLIFICADOR OPERACIONAL 741……………………………….... 33

CAPITULO III PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………. 36 SOLUCIÓN DEL PROBLEMA………………………………………….... 36

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CAPITULO IV

DESARROLLO Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO………………. 37 ELABORACIÓN DE LA INCUBADORA……………………………… 38 PRINCIPIO DEL SISTEMA DE INCUBACIÓN……………………….. 43

CAPITULO V CONCLUSIONES…………………………………………………………. 50 GLOSARIO……………………………………………………………….... 51 LISTADO DE FIGURAS………………………………………………….. 53 BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………... 54

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INTRODUCCIÓN

En el mundo de las aves ven un reto el hecho de tener una incubadora para poder criarlas personalmente, ya que económicamente es poco accesible. Por ello, una de las alternativas es la de poner manos a la obra y crear una incubadora casera para ver cómo los polluelos rompen el cascarón.

La incubación de huevos de aves es un proceso en el que intervienen diversos factores tales como las características de reproducción de cada tipo de ave, capacidad de almacenamiento en los lugares de cría, disponibilidad de mano de obra, condiciones ambientales y el factor tiempo, para lograr una mayor probabilidad de nacimiento de aves sanas. Para construir una incubadora es necesario llevar a cabo un estudio detallado de la crianza de aves.

Existen tres sistemas distintos ampliamente usados en incubación avícola comercial hoy en día; estos son: 1) incubadoras de carga-múltiple y estanterías fijas. 2) incubadoras de carga-múltiple con carros para el huevo, carga por bloque. 3) incubadoras de carga única (todo-dentro, todo-fuera) con carros para el huevo.

Cada una de estas opciones presenta ventajas, desventajas, fortalezas y debilidades en cuanto a higiene, mantenimiento, costos de producción (rentabilidad), porcentajes de nacimiento, calidad del producto (rendimiento en granjas) y, costos de adquisición de los equipos

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CAPITULO I OBJETIVO

Diseñar y construir una incubadora para aves de corral, con la cual habrá una disminución financiera y de manejo de personal para la operación de la misma.

Facilitar y aumentar la producción de aves de corral de forma masiva, esto llevándose a cabo con la automatización de la incubadora en cual lleva 3 sistemas principales para su control (sensor de temperatura, lámparas y motor eléctrico), este último para que el huevo gire un determinado tiempo y así tenga una temperatura uniforme en todo su contorno.

Hay que tener en cuenta el tipo de material a usar para la construcción de la incubadora ya que la temperatura que se pretende manejar debe de permanecer lo más aislada posible del exterior (temperatura del medio ambiente) y así mantener los huevos a una temperatura ideal.

OBJETIVOS PARTICULARES

Empleando dispositivos electrónicos, con un PLC conectado con respecto al mecanismo de rotación, un sensor análogo que es el controla la intensidad del calor y así mismo con la ayuda de materiales como el MDF (celulosa comprimida), poli estireno y diversos aislantes se conseguirá una sistema aislado y controlado.

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ANTECEDENTES

TIPOS DE SISTEMAS DE INCUBADORAS:

Existen tres sistemas distintos ampliamente usados en incubación avícola comercial hoy en día; estos son: 1) incubadoras de carga-múltiple y estanterías fijas. 2) incubadoras de carga-múltiple con carros para el huevo, carga por bloque. 3) incubadoras de carga única (todo-dentro, todo-fuera) con carros para el huevo.

Cada una de estas opciones presenta ventajas, desventajas, fortalezas y debilidades en cuanto a higiene, mantenimiento, costos de producción (rentabilidad), porcentajes de nacimiento, calidad del pollito (rendimiento en granjas) y, costos de adquisición de los equipos

CARGA-MÚLTIPLE Y ESTANTERÍAS FIJAS

Las incubadoras de carga-múltiple y estanterías fijas, son aún una opción popular en plantas incubadoras en varios países. Existen varias razones bastante sencillas que explican esta popularidad. Lo principal es que estos equipos son relativamente simples de operar y generan buenos resultados, a costos bastante razonables, bajo una amplia variedad de condiciones de clima, estilos de manejo y de recursos disponibles por parte del usuario.

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Las incubadoras de carga-múltiple, estanterías fijas con pasillo central de acceso poseen un patrón vertical para el flujo de aire y un patrón de carga horizontal. El calor metabólico embrionario de los diferentes estados de desarrollo, es utilizado de forma óptima por distribución homogénea de las cargas de huevo por todo el gabinete de la máquina. Es por esto que estas incubadoras son la opción menos exigente en cuanto a la ventilación necesaria para lograr temperaturas correctas y uniformes en forma consistente; lo que es muy importante para obtener nacimientos uniformes, alta incubación y, buena calidad de producto.

Una desventaja en este tipo de incubadoras es la dificultad que presentan para efectuarles una limpieza completa y sanear el interior de la máquina, a menos que la unidad se encuentre vacía y en rotación para limpieza y mantenimiento. El sistema es también intensivo en mano de obra para embandejar huevos durante cargas y transferencias.

CARGA-MÚLTIPLE Y CARROS PARA EL HUEVO

Las incubadoras de carga-múltiple y carros para el huevo son más fáciles de limpiar eficazmente pero son más exigentes que las de estanterías fijas, en cuanto a la ventilación necesaria para obtener una alta incubación en forma consistente.

Bajo esta modalidad cada carro de huevo o juego de carros representa grupos de huevos de la misma edad. Otro nombre utilizado para describir esta distribución de las cargas o edades es el de cargas por bloque. La distribución de las distintas edades de embriones incubados al interior de la máquina no es tan homogénea como en el caso de los modelos de estanterías fijas.

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En cuanto a higiene y limpieza, las incubadoras de carga-múltiple con carros, ofrecen una opción intermedia. Es posible efectuar una limpieza total y frecuente en los espacios vacíos que dejan los carros evacuados al momento su transferencia a la nacedora. O bien, se puede limpiar completamente el interior de la incubadora, si se dispone de una incubadora vacía o recinto especializado para ubicar temporalmente los carros cargados con huevo durante la limpieza de la máquina.

CARGA-ÚNICA

Las incubadoras de carga-única (todo-dentro, todo fuera) son anteriores a los modelos de carga múltiple. Las capacidades actuales de estos equipos, el control zonal de las condiciones operativas y ambientales de las incubadora y, el grado de sofisticación y confiabilidad actual de los controles electrónicos tipo plc son la parte innovadora.

Las incubadoras de carga-única ofrecen la mejor opción en cuanto a higiene y limpieza de las incubadoras. El concepto todo-dentro, todo-fuera de estas unidades de carga-única posibilitan lograr una mayor bioseguridad y limpieza. Adicionalmente, la modalidad de carga-única mejora la calidad del pollito a través de incubación y nacimientos aislados, especializados de cada lote de huevos y pollitos.

La incubación de carga-única es la opción más exigente y menos flexible en términos de manejo, monitoreo (dióxido de carbono) y, mantenimiento de los equipos. Los requerimientos de ventilación, necesarios para obtener buenos nacimientos en forma consistente, son más específicos y permiten márgenes de error más estrechos.

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En carga-única debemos considerar que la totalidad del lote de huevos incubados se encuentra en la misma fase de desarrollo embrionario; todos necesitan ventilación, temperatura y humedad muy precisas y constantes, en forma simultánea, en cada sección de la incubadora. Lo mismo se aplica en cuanto al nivel de oxigenación, dióxido de carbono, condiciones de humedad y pérdida de peso de los embriones.

Un punto que hay que aclarar es el tipo de aire que se debe instalar, ya que las modificaciones bruscas de temperatura afectan al embrión. Existen dos tipos de aire: el forzado fig.1, producido por ventiladores, tiene la peculiaridad de que mantiene el aire

constante sin provocar alteración ninguna; otra posibilidad es el estanco, que se diferencia del anterior en que en esta ocasión el aire se emite de forma natural fig.1.2, creando corrientes apenas perceptibles, y no permanece en el mismo estado.

Figura 1

Figura 1.2

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La gran ventaja reproductiva de las aves sobre los mamíferos, es que el desarrollo del embrión puede producirse sin la intervención de la madre, gracias a los nutrientes contenidos en el huevo y a fuentes externas de calor y humedad.

Si bien la incubación puede ser realizada de manera natural por la propia ave, la gran ventaja, reiteramos está dada por la incubación artificial, que utiliza incubadoras con capacidad que varía de cientos a miles de huevos. Conocido es el hecho que la incubación artificial de los huevos de aves permite la obtención de un número mayor de aves nacidas muy superior al que pueden obtenerse naturalmente, asimismo, la instancia de prescindir de los ciclos de cloquera determinados por las aptitudes de la madre, y de las condiciones ambientales, conducen a un aumento de la eficiencia en la producción.

El sistema natural sólo tiene uso en la cría casera, siempre que se tengan aves criollas que aún conserven la aptitud para incubar. Las razas y cruzas modernas han sido seleccionadas para producir mayor cantidad de huevos. Preferentemente se recomienda ocupar un sistema artificial, mediante incubadoras eléctricas, que son las más adecuadas para llevar adelante el proceso a cargo de multiplicadores o proveedores. Sólo en el caso que la provisión de energía eléctrica pueda ser precaria, debería recurrirse a las incubadoras cuya fuente de energía es el gas. Las incubadoras modernas funcionan a gas o corriente eléctrica, siendo estas últimas las más utilizadas, actualmente existen equipos manuales y automáticos.

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Los modelos más pequeños son de 50 huevos de gallina, donde las incubadoras poseen reguladores electrónicos los que las hacen más confiables y seguras. En éstas últimas, la circulación del aire es natural, los huevos se disponen en un sólo plano horizontal, por ello son de capacidad reducida, entre 100 y 600 huevos (en este tipo la temperatura es de 103° f o 39° c). Las modernas plantas de incubación, utilizan máquinas con ventilación forzada, con controles automáticos de temperatura, humedad y volteo de los huevos. Si la incubación artificial tan sencilla, porque se producen tantos problemas, quien es el responsable del fracaso de la incubación. Se ha comprobado que en casi todos los casos el error se produce en la operatividad, es importante destacar que el éxito de una incubación está influenciado por múltiples factores que dependen del proceso artificial, pero también del cúmulo de caracteres del huevo, donde intervienen causas genéticas, sanitarias y de manejo, sean propias o de los planteles de los cuales provienen.

Para obtener buenos nacimientos con aves sanos, es fundamental el cuidado que se presta a los huevos desde que los pone la madre, hasta que se colocan en la incubadora.

Una recolección inadecuada, sobre exposición al calor o al frió durante el almacenaje, un tiempo de almacenaje demasiado prolongado, quebraduras por un manejo tosco, penetración de bacterias por el cascarón, temperatura, humedad y ventilación inadecuada durante la incubación.

Las incubadoras para aves de corral, más apropiadas para comenzar un micro emprendimiento, y poder agrandar su equipo de incubación en el momento que lo necesite,

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ya que este sistema de incubación en modulo, podrá ampliarse adjuntando módulos hasta alcanzar la capacidad deseada. TIPOS DE INCUBADORAS: INCUBADORA PARA AVES DE CORRAL Características básicas 1 – Termostato electrónico 2 – Calefactor de bajo consumo 3 – Visor frontal 4 – Capacidad 50 huevos 5 – Incubadora y nacedora 6 – Humidificador superior 7 – Volteo manual 8 – Gabinete doble laminado

MOD. ZE50

INCUBADORA PARA AVES DE CORRAL Características básicas 1 - Termostato electrónico 2 - Calefactor de bajo consumo 3 - Visor frontal 4 - Capacidad 200 huevos 5 - Incubadora y nacedora 6 - Humidificador superior 7 - Volteo semiautomático

MOD. ZE200

8 - Gabinete doble laminado

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Los modelos z, son incubadoras económicas para uso común, de igual modo que todos los modelos z, estas son en módulos apilables para poder convertirla en una incubadora de mayor tamaño, simplemente agregando los módulos que necesite y puedan trabajar en forma escalonada, y así de este modo obtener nacimientos semanales

INCUBADORA PARA AVES DE CORRAL

Características básicas 1 - Termostato electrónico de alta precisión 2 - Calefactor de bajo consumo 3 - Aire forzado por turbina electrónica 4 - Visor frontal panorámico 5 - Capacidad 65 huevos 6 - Incubadora y nacedora 7 - Humidificador superior 8 - Volteo semiautomático 9 - Gabinete doble laminado térmico. MOD. ZE65

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INCUBADORAS CONSTRUIDAS CON MATERIAL MDF Las incubadoras de alta gama, están construidas en material MDF con doble laminado plástico de baja conductividad térmica, lo que garantiza durabilidad, impermeabilidad, y un bajo consumo de energía eléctrica.

El consumo de energía en un período de incubación de 21 días en condiciones de temperatura ambiente de 25°C es de ~ 23kw. Cuatro son los parámetros fundamentales a controlar en una incubación artificial (temperatura, humedad, ventilación y volteo), de todos ellos la temperatura es el factor de mayor importancia, ya que, pequeñas variaciones en sus valores pueden resultar letales para muchos embriones. De atractivo diseño, las incubadoras incorporan tecnología de micro controlador con control de temperatura digital, termostato de 12v de activación automática, sistema de rotación por rejilla o rodillos, doble ventilador, etc.

Hasta hace poco tiempo el control de procesos industriales se hacía de forma cableado por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y mantenerlas. Por otra parte, cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico.

En la actualidad, no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los autómatas programables ha

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intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto sustituidas por otras controladas de forma programada.

El término PLC de amplia difusión en el medio significa en inglés, Controlador Lógico Programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers), pero, con la llegada de las IBM PCs, para evitar confusión, se emplearon definitivamente las siglas PLC.

En Europa, el mismo concepto es llamado Autómata Programable.

La definición más apropiada es: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas.

Es un sistema porque contiene todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria.

Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automáticos en que puede ser programado para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros muchos que, solamente pueden controlar un tipo específico de aparato. Un programador o Control de Flama de una caldera, es un ejemplo de estos últimos.

Los PLC's o Autómatas Programables, son dispositivos electrónicos creados específicamente para el control de procesos secuenciales, es decir procesos compuestos de varias etapas consecutivas, con el fin de lograr que una máquina o cualquier otro dispositivo funcione de forma automática. Puesto que están pensados para aplicaciones de control industrial, su diseño les confiere una especial robustez.

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El PLC es realmente el cerebro que gestiona y controla automáticamente nuestras instalaciones. Dependiendo del tamaño de la planta y de la complejidad de la automatización, el número de autómatas puede variar desde uno hasta un número importante de autómatas enlazados.

Los autómatas nos ofrecen muchas posibilidades de configuración. Así, como decíamos anteriormente, dependiendo de la magnitud de la instalación, es posible que el que lo solicite encuentre desde el autómata compacto más básico al más complejo equipo de control con multitud de módulos de entradas y salidas, sin que ello repercuta en las posibles ampliaciones futuras del sistema. Como ejemplo, si nuestra instalación va a dedicarse simplemente a llenar sacos desde una tolva hasta llegar a un peso determinado, solamente vamos a necesitar un visualizador de peso y un pequeño autómata que nos permita controlar la descarga. Si por el contrario, disponemos de varios silos, con una o más básculas, con transporte neumático a diferentes destinos, con cintas transportadoras, etc., el sistema puede constar de varios autómatas comunicados entre sí a través de una red, cada uno de ellos controlando una parte de la planta, sin perder por ello el concepto de conjunto, lo que nos permite tener un control total sobre el sistema.

Es posible que las instalaciones sean capaces de realizar distintas funciones simultáneamente. Esto significa que se puede controlar varios procesos tanto secuencialmente como en paralelo.

A modo de ventaja que ofrecen estos autómatas, es que poseen un gran número de funciones internas que ayudan a identificar problemas, se trata de la capacidad de diagnósticos avanzados (autodiagnosis). Es el propio autómata el que, a través de su propia estructura y software interno, nos informa de su estado, lo que evita pérdidas de tiempo en búsquedas infructuosas o muy costosas (fallos de interruptores, pilas agotadas, etc.)

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En definitiva, al utilizar los PLC ó autómatas y software se puede realizar un control total sobre la instalación, desde la carga de material hasta el destino, pasando por cada uno de los subprocesos intermedios de la producción. Todo esto se realiza de una forma totalmente automatizada, minimizando en lo posible la intervención del operario, aunque siempre ofreciendo la posibilidad de ajustar el funcionamiento de la instalación mediante los numerosos parámetros de los que se dispone, debidamente detallados y proporcionando toda la información necesaria para el seguimiento del proceso.

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CAPITULO II

PRESENTACIÓN HISTÓRICA.

Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente por la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores.

El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta mantención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento.

Estos nuevos controladores debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. La solución fue el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido.

En 1969 la División Hydramatic de la General Motors instaló el primer PLC para reemplazar los sistemas inflexibles alambrados usados entonces en sus líneas de producción.

A mediados de los 70, los microprocesadores convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los pequeños PLC's. Por

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cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el modelo 2903 de AMD fue de los más utilizados. Ya en 1971, los PLC’s se extendían a otras industrias. Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973. El primer sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. También podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un gran océano de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre sí.

En el año ochenta, ya los componentes electrónicos permitieron un conjunto de operaciones en 16 bits,- comparados con los 4 de los 70s -, en un pequeño volumen, lo que los popularizó en todo el mundo.

En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motors. También fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé.

A comienzo de los noventa, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con posibilidad de operaciones matemáticas complejas, y de comunicaciones entre PLC’s de diferentes marcas y PCs, los que abrieron la posibilidad de fábricas completamente automatizadas y con comunicación a la Gerencia en "tiempo real". Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos.

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Hoy en día, los grandes competidores de los PLC son los ordenadores personales o PC, debido a las grandes posibilidades que éstos pueden proporcionar, aunque los PLC con su reducido tamaño y su gran versatilidad aun controlan el escenario industrial.

DESCRIPCIÓN DE PLC

Definición de Autómata Programable.

PLC

Un autómata programable industrial (API) o Programable Logic Controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales.

Un PLC trabaja en base a la información recibida por los sensores y el programa lógico interno, actuando sobre los actuadores de la instalación.

De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controlador programable es:

"Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones

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aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos”.

CLASIFICACIÓN DE PLC.

Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías.

PLC TIPO NANO:

Generalmente PLC de tipo compacto (Fuente, CPU e I/O integradas) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales.

PLC TIPO COMPACTOS:

Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como:   

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 

PLC TIPO MODULAR:

Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, estos son:

* Rack * Fuente de Alimentación * CPU

Módulos de I/O De estos tipos existen desde los denominados Micro PLC que soportan gran cantidad de I/O, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de I/O.

CONSTITUCIÓN.

Un autómata programable propiamente dicho está constituido por:

- Un dispositivo de alimentación: que proporciona la transformación de la energía eléctrica suministrada por la red de alimentación en las tensiones continuas exigidas por los componentes electrónicos.

- Una tarjeta procesadora: es el cerebro del autómata programable que interpreta las instrucciones que constituyen el programa grabado en la memoria y deduce las operaciones a realizar.

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- Una tarjeta de memoria: contiene los componentes electrónicos que permiten memorizar el programa, los datos (señales de entrada) y los accionadores (señales de salida). Por otro lado es necesario utilizar una consola de programación para escribir y modificar el programa, así como para los procesos de puesta a punto y pruebas. Esta consola es. Por el contrario, inútil en la explotación industrial del autómata

Constitución del PLC

VENTAJAS  Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:  No es necesario dibujar el esquema de contactos.  No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas.  La lista de materiales a emplear queda sensiblemente reducida.

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 Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos (sin costo añadido en otros componentes).  Mínimo espacio de ocupación.  Menor costo de mano de obra de la instalación.  Mantenimiento económico.  Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata.  Menor tiempo de puesta en funcionamiento del proceso, al quedar reducido el tiempo de cableado.  Si la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil en otras máquinas o sistemas de producción.

DESVENTAJAS  Adiestramiento de técnicos en programación de dichos dispositivos.  La inversión inicial.

Hoy en día, los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas la carreras de ingeniería incluyen la automatización como una de sus asignaturas. En cuanto al costo tampoco hay problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades y a precios ajustados.

CICLO DE FUNCIONAMIENTO.

El funcionamiento del Controlador Lógico Programable es, salvo el proceso inicial que sigue a un Reset, de tipo secuencial y cíclico, es decir, las operaciones tienen lugar una tras otra, y se van repitiendo continuamente mientras el autómata esté bajo tensión. La figura 1 muestra esquemáticamente la secuencia de operaciones que ejecuta el autómata, siendo las operaciones del ciclo de operación las que se repiten indefinidamente. El ciclo de

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funcionamiento se divide en dos partes como se puede observar en el esquema de diagrama de la figura.1 llamados Proceso Inicial y Ciclo de Operación. Proceso inicial Como se muestra en la figura, antes de entrar en el ciclo de operación el autómata realiza una serie de acciones comunes, que tratan fundamentalmente de inicializar los estados del mismo y chequear el hardware. Estas rutinas de chequeo, incluidas en el programa monitor ROM, comprueban:

 El bus de conexiones de las unidades de E/S.  Elementos y Equipos Eléctricos  El nivel de la batería, si esta existe  La conexión de las memorias internas del sistema  El módulo de memoria exterior conectado, si existe.  Si se encontrara algún error en el chequeo, se activaría el LED de error y quedaría registrado el código del error. Comprobadas las conexiones, se inicializan las variables internas:  Se ponen a OFF las posiciones de memoria interna (excepto las mantenidas o protegidas contra perdidas de tensión)  Se borran todas las posiciones de memoria imagen E/S.  Se borran todos los contadores y temporizadores (excepto los mantenidos o protegidos contra perdidas de tensión).

Transcurrido el Proceso Inicial y si no han aparecido errores el autómata entra en el Ciclo de Operación. Este ciclo puede considerarse dividido en tres bloques:  Proceso Común  Ejecución del programa

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 Servicio a periféricos

PROCESO COMÚN: En este primer bloque se realizan los chequeos cíclicos de conexiones y de memoria de programa, protegiendo el sistema contra:  Errores de hardware (conexiones E/S, ausencia de memoria de programa, etc.).  Errores de sintaxis (programa imposible de ejecutar).  El chequeo cíclico de conexiones comprueba los siguientes puntos:  Niveles de tensión de alimentación  Estado de la batería si existe.  Buses de conexión con las interfaces  El chequeo de la memoria de programa comprueba la integridad de la misma y los posibles errores de sintaxis y gramática:  Mantenimiento de los datos, comprobados en el "checksum".  Existencia de la instrucción END de fin de programa  Estructura de saltos y anidamiento de bloque correctas  Códigos de instrucciones correctas

EJECUCIÓN DEL PROGRAMA: En este segundo bloque se consultan los estados de las entradas y de las salidas y se elaboran las órdenes de mando o de salida a partir de ellos. El tiempo de ejecución de este bloque de operaciones es la suma del:  Tiempo de acceso a interfaces de E/S.  Tiempo de escrutación de programa

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 Y a su vez esto depende, respectivamente de: Elementos y Equipos Eléctricos- 206  Número y ubicación de las interfaces de E/S.  Longitud del programa y tipo de CPU que lo procesa

SERVICIO A PERIFÉRICOS: Este tercer y último bloque es únicamente atendido si hay pendiente algún intercambio con el exterior. En caso de haberlo, la CPU le dedica un tiempo limitado, de 1 a 2 ms, en atender el intercambio de datos. Si este tiempo no fuera suficiente, el servicio queda interrumpido hasta el siguiente ciclo.

TIEMPO DE EJECUCIÓN Y CONTROL EN TIEMPO REAL.

El tiempo total que el Controlador Lógico Programable emplea para realizar un ciclo de operación se llama tiempo de ejecución de ciclo de operación o más sencillamente tiempo de ciclo "Scan time". Dicho tiempo depende de:

 El número de E/S involucradas.  La longitud del programa usuario  El número y tipo de periféricos conectados al autómata.  Los tiempos totales de ciclos son entonces la suma de tiempos empleados en realizar las distintas operaciones del ciclo  Autodiagnóstico (Proceso común)  Actualización de E/S (Ejecución del programa)  Ejecución de programa.(Ejecución del programa)

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 Servicio a periféricos.(Servicio a periféricos)

Diagrama de flujo del funcionamiento del PLC

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SENSOR DE TEMPERATURA LM35

El LM35 es un sensor de precisión, fabricado por National Semiconductor, que presenta una salida de tensión lineal relativa a la temperatura en que se encuentra en un momento determinado; funciona en un rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 Voltios de CD teniendo en su salida una señal de 10 mV por cada grado Celsius de temperatura, siendo así una gran ventaja con relación a los demás sensores de temperatura calibrados en Kelvin, ya que no es necesario realizar conversiones para obtener una escala de temperatura en Grados Celsius.

El LM35 tiene una precisión calibrada de 1ºC. Puede medir temperaturas en un rango que abarca desde -55º a + 150ºC.

Al decir que su salida es lineal y equivalente a 10 mV/°C tenemos que: 

+1500mV = 150ºC



+250mV = 25ºC



-550mV = -55ºC

Algunas de las aplicaciones para el LM35 son: 

Termómetros para las cámaras de frío, incubadoras, etc.



Control de temperatura de las máquinas.



Adquisición de datos para la investigación.



Protección de dispositivos industriales (motores, variadores fuentes de alimentación).

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El sensor se encuentra disponible en diferentes encapsulados pero el más común es el TO92, una cápsula comúnmente utilizada por los transistores de baja potencia.

Composición del LM35

AMPLIFICADOR OPERACIONAL 741 Un amplificador operacional es en esencia un amplificador directamente acoplado (sin capacitores) con alta ganancia de señal, el cual hace uso de realimentación positiva o negativa para controlar completamente sus características. Originalmente el término operacional se refería a un circuito que podía llevar a cabo una operación matemática, tal como una suma, diferenciación, integración, multiplicación, etc., en computación analógica.

Sin

embargo,

sus aplicaciones en

la

actualidad

son

múltiples

y

variadas: generadores de ondas, filtros dinámicos, amplificadores de señal, comparadores de voltaje, temporizadores, etc. Las características de un OPAM (amplificador operacional) son: 

Alta impedancia de entrada.

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

Baja impedancia de salida.



Gran ganancia de tensión entre los circuitos de entrada y salida (tiende a infinito)



Amplifica linealmente (sin distorsión) señales de corriente continua alterna.

En la siguiente figura se puede ver la configuración de un operador amplificacional, en la que se observan los terminales básicos, 2 para corriente de alimentación, con un voltaje no mayor de 30 V y no menor de 12 V; 2 para aplicar señales de entrada y la restante para obtener la señal amplificada.

Operador amplificacional Si se aplica una señal que se quiere procesar a la entrada marcada (+) llamada entrada no inversora, resultará a la salida una señal de igual forma, pero amplificada linealmente en sus parámetros. Si se aplica a la entrada marcada (-), llamada entrada inversora, se obtendrá a la salida otra señal idéntica en su forma, pero

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completamente al contrario: su fase desfasada 180 grados con relación a la fase de la señal inyectada a la entrada.

Fase de la señal De los operacionales, el más popular es el 741, marcado comercialmente con algunas letras o números al principio o al final, según el fabricante, viene en dos encapsulados diferentes: el T05, de forma circular y metálico y el MIMIDIP, rectangular y de material plástico. Muchas de las aplicaciones para las que se usa este integrado requieren que el terminal salida-señal no tenga permanentemente una polaridad determinada, con relación a los terminales de alimentación, dicho de otra forma, que por allí pueda circular corriente en los dos sentidos, esto se logra alimentando sus terminales 4 y 7 con una fuente simétrica de punto central común, hay casos en los cuales se puede alimentar con una fuente normal.

Composición e imagen del 741

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CAPITULO III

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Existen diferentes distribuidores dentro y fuera de nuestro país que ofrecen sistemas de incubación avanzados de manera automática o semiautomática a un rango de eficiencia del al 85%, pero lamentablemente estos sistemas tienen costos muy elevados, a lo que el enfoque principal del trabajo será una mayor eficiencia a menores costos de producción y un mayor ingreso de capital esto con la ayuda de la automatización de la incubadora.

SOLUCIÓN AL PROBLEMA.

Diseñar un prototipo el cual funcione adecuadamente con las características de un sistema aislado, con ayuda de materiales económicos se logrará obtener un sistema de incubación competitivo a las demás existentes en el mercado.

Por eso se usará MDF de cuerpo y con un cristal para ver el funcionamiento sin tener que interrumpir el procedimiento además de adaptar un sensor de temperatura para que siempre esté en condiciones ideales ya que estará trabajando junto a un motor eléctrico que ayudará a girar el huevo y así su temperatura sea uniforme, y no exista error alguno durante el proceso de incubación, todo esto controlado por un PLC.

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CAPITULO IV

DESARROLLO Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO

DISEÑO DE LA INCUBADORA.

Para la construcción de la incubadora no se requiere de un gran proceso de elaboración ya que lo que realmente importa son los resultados obtenidos, se determinó que la forma más adecuada para su elaboración es un tipo microondas o hielera ya que es de fácil diseño y esta forma nos permite estar revisando el progreso del proyecto.

FIG. 1 DISEÑO BÁSICO DE LA INCUBADORA

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ELABORACIÓN DE LA INCUBADORA.

PRIMER PASO: Es la construcción de la base de la incubadora, a la que le daremos forma de caja. El proceso se realizará mediante la unión de tablas de MDF, ya que este material retiene y mantiene correctamente la temperatura ambiente. Es preciso que las placas estén compuestas por varias láminas prensadas de un grosor que oscile entre 14 y 18 milímetros para que resistan la humedad (MDF).

FIG. 2 ELABORACIÓN DE LA INCUBADORA

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SEGUNDO PASO: Ensamble de la incubadora utilizando el MDF ya cortado con las medidas requeridas y el cristal el cual servirá para poder observar el proceso de incubación.

FIG. 3 INCUBADORA ARMADA

TERCER PASO: Instalación del sistema de rotación que servirá de contenedor para los huevos.

FIG. 4 SISTEMA DE ROTACIÓN

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CUARTO PASO: La instalación de3 focos comunes de 60w. Hay que tener en cuenta la posible emisión de gases tóxicos: éstos se producen cuando se introducen materiales como el plástico o la pintura, por lo que conviene evitarlos ya que perjudicarán. En el siguiente diagrama se muestra como quedara instalado los focos a la incubadora .

FIG. 5 DIAGRAMA DE INSTALACIÓN DE FOCOS EN LA INCUBADORA

QUINTO PASO: A continuación se instalara el motor eléctrico junto con el juego de engranaje y su riel, donde se pondrán los huevos.

FIG. 6 MOTOR ELÉCTRICO

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Una vez diseñado el prototipo y a la vez ensamblado con todos los componentes obtenemos la incubadora, ahora se tendrá que instalar el sensor de temperatura y todo será controlado por un programa de PLC.

El sensor de temperatura utilizado es el LM35 el cual por cada 10 mV medidos nos da 1 grado centígrado; las mediciones obtenidas de este circuito para poder censar la temperatura se muestran en el siguiente diagrama ya que se requiere mantener dentro de la incubadora una temperatura constante que oscila entre los 37.4 y 37.8 ºC.

FIG. 7DIAGRAMA DEL SENSOR DE TEMPERATURA Y MEDICIONES

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Si 10 mV medidos nos muestran que la temperatura es de 1ºC, con las mediciones obtenidas en el multímetro tendremos lo siguiente: El resultado obtenido en el multímetro fue de 0.375 V por lo tanto: Temperatura de incubación = Voltaje medido x 10 mV = 0.375 V x 10 x 10 -3 V =37.5 ºC

En la siguiente figura se muestra la incubadora obtenida después de efectuar los pasos anteriores.

FIG. 8INCUBADORA OBTENIDA

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PRINCIPIO DEL SISTEMA DE INCUBACION.

Ahora después de tener la incubadora se realizara el circuito y adaptar el sensor de temperatura ya que con el Conversor Análogo/Digital está diseñado para monitorizar valores que necesitan ser traducidos para ser entendidos por un sistema de control, o por el usuario que los manipula. Una de las innumerables aplicaciones que tiene este conversor es la de monitorear sistemas térmicos, cuyo valor esta proporcionado por un sensor análogo. Con el avance de este tipo de elementos se busca disminuir el error humano causado por malas mediciones, poca velocidad de reacción, y descuidos de supervisión.

Este proyecto está enfocado para la industria de cría y comercialización de huevos, ya que permite de manera artificial, y sencilla (casi no necesita ser supervisado), la incubación de huevos fértiles.

SISTEMA

FIG. 9DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA

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La Figura 8 muestra el diagrama en bloques del sistema, el cual consta de las siguientes partes: • Sensor • Interfaz • Comparadores • Visualizadores • Control ON-OFF

-El sensor de temperatura el utilizado, es el circuito integrado LM35D

-La interfaz cuenta con un conversor Análogo/Digital, el cual esta acoplado internamente a una lógica de conversión 7 segmentos. El programa también cuenta internamente con un módulo de acople RS232.

-Los comparadores usados para este circuito fueron lm741, los cuales comparan el nivel de entrada provisto por el sensor, con un nivel de entrada predeterminado, dando como resultado la activación del control.

-El visualizador principal es la tarjeta de display de 7 segmentos, que se observa en el frente de cristal de la Incubadora, aunque puede ser acoplada a un PC mediante conexión RS232, con el software.

- Control ON-OFF Este control es realizado por un Relay de 12V conectado a la salida de los comparadores, el cual es disparado cuando la salida del comparador lo requiere.

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FIG. 10CIRCUITO DEL SENSOR DE TEMPERATURA

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PROYECCION

A manera de ampliación del circuito, se está realizando la optimización de la interfaz como el manejo de un servomotor que realice movimiento rotatorio a la base que contiene el producto.

FIG. 11 DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE LA INCUBADORA AL PLC

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FIG. 12CONEXIÓN DE LA INCUBADORA AL PLC

FIG. 13IMAGEN DEL PLC IMO ISMART

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El diagrama eléctrico final de la incubadora conectada con el sensor de temperatura y el PLC quedó de la siguiente manera:

FIG. 14CONEXIÓN DE LA INCUBADORA AL PLC Y SENSOR DE TEMPERATURA

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SISTEMA IMO

EJEMPLO DE PROGRAMACION EN OTRO SISTEMA

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CAPITULO V CONCLUSIÓNES Muchos cambios han ocurrido en muchas áreas de la incubación artificial a lo largo del siglo XX. Máquinas incubadoras han sido transformadas en sistemas automatizados de alta tecnología. El conocimiento del proceso de incubación y sus requerimientos ha mejorado mucho a través de los años. La investigación, el desarrollo y la innovación industrial permiten ahora disponer de máquinas incubadoras de gran capacidad, operadas por medio de sensores para controlar temperatura, humedad, volteo. Hoy en día, los tableros de control computarizados ponen al alcance de la mano los últimos avances tecnológicos para manipular con precisión y exactitud, todas las variables operativas de los equipos y ejercer un monitoreo detallado de su funcionamiento en forma constante. Tenemos que tener en cuenta que un sistema sencillo de incubación no cuenta con las características agregadas a este ejemplo y aunque por sencillas que parezcan estas modificaciones están creando un sistema aislado, controlado y por decirlo asi casi autónomo en comparación a los demás. A pesar de la rígida competencia en el mercado avícola existen sistemas basados como el aquí presente que forman parte de la columna vertebral de granjas y producciones particulares y esto genera una gran motivación al seguir continuando con las mejoras que sobresalgan sobre las demás y que resulten practicas y con resultados visibles para el productor que al fin y al cabo este es el beneficiario de todas estas modificaciones las cuales hacen crear la eficiencia de un sistema en el cual sabemos que está expuesto a diversas afectaciones por el medio en que se rodea, pero al proporcionar el control de las mismas llegamos al objetivo primordial

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GLOSARIO

AUTÓMATA: Toda máquina electrónica, diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Su manejo y programación puede ser realizada por personal eléctrico o electrónico sin conocimientos informáticos. Realiza funciones lógicas: series, paralelos, temporizaciones, contajes y otras más potentes como cálculos, regulaciones, etc.

INCUBADORA: Es un dispositivo de diferente tipo que tienen la función común de crear un ambiente con la humedad y temperatura adecuadas para el crecimiento o reproducción de seres vivos.

MDF: (Medium Density Fiberboard) Traducido es tablero de fibra de media densidad; este es un producto derivado de madera el cual ofrece buena condición de trabajo. MDF es fabricado en seco, hecho con fibras lignocelulósicas, combinadas con resina, compactados por prensado en caliente. El MDF es un material versátil por su naturaleza en base a fibras de madera y es considerado un producto ecológicamente amigable

PLC: (Controlador Lógico Programable) es un dispositivo que fue desarrollado para reemplazar los circuito secuenciales de relevadores para el control de maquinas. Dispositivo electrónico digital que utiliza una memoria programable para almacenar instrucciones y para implementar funciones especificas tales como funciones lógicas, secuenciales, de temporización, de conteo y aritméticas para controlar maquinas y procesos.

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RELÉ: El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

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LISTADO DE FIGURAS

FIG. 1 Diseño básico de la incubadora FIG. 2 Elaboración de la incubadora FIG. 3 Incubadora armada FIG. 4 Sistema de rotación FIG. 5 Diagrama de instalación de focos en la incubadora FIG. 6 Motor eléctrico FIG. 7 Diagrama del sensor de temperatura y mediciones

FIG. 8 Incubadora obtenida FIG. 9 Diagrama de bloques del sistema FIG. 10 Circuito del sensor de temperatura FIG. 11 Diagrama de Conexión de la incubadora al PLC FIG. 12 Conexión de la incubadora al PLC FIG. 13 Imagen del PLC IMO iSmart FIG. 14 Conexión de la incubadora al PLC y sensor de temperatura

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