módulos atd - sistemas de adquisición y transmisión de datos

Resumen
MÓDULOS ATD - SISTEMAS DE ADQUISICIÓN Y TRANSMISIÓN
DE DATOS
Autor: Rojas Moreno, Felipe.
Director: Santamaría Navarrete, Eduardo.
Entidad Colaboradora: ICAI-Universidad Pontificia Comillas y SISTENA.
RESUMEN DEL PROYECTO
El proyecto “Módulos ATD – Sistemas de adquisición y transmisión de datos” que se
presenta, es un trabajo en el que se consolidan las diferentes disciplinas formativas
adquiridas en el transcurso de mis estudios. Para ello, en este proyecto se estudia los
sistemas de adquisición de datos y el control distribuido de procesos industriales ya que
estos sistemas permiten integrar toda la flexibilidad propia de las comunicaciones con
procesos y ambientes de la industria que requieren una permanente innovación. Para
llevar a cabo un control eficaz sobre un determinado proceso, se hace necesario captar
una serie de datos para, posteriormente, analizarlos, tratarlos, almacenarlos y llevar a
cabo una presentación clara y eficaz de la evolución de dicho proceso.
El principal objetivo de este proyecto es el diseño de módulos ATD que son unos
equipos que permiten, combinados con un ordenador tipo PC o bien con un autómata
programable (PLC), la realización de un sistema de adquisición de datos y control
distribuido de forma sencilla. Para su combinación con un ordenador o autómata
programable, los módulos ATD diseñados disponen de una comunicación serie de datos
RS-485.
Mediante el uso de programas específicos de ordenador o autómata programable se
puede realizar el control centralizado de cualquier instalación o proceso. El equipo está
basado en un microcontrolador programable, para que su funcionamiento pueda
adaptarse a las distintas características y particularidades del proceso o instalación y
cambie según las necesidades requeridas. La comunicación con los módulos ATD se ha
diseñado para su realización mediante el protocolo MODBUS RTU. Esta elección se ha
basado en que es un protocolo de comunicaciones estándar que goza de gran
disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales.
Resumen
Figura 1: Esquema del Sistema de adquisición y transmisión de datos
Se han diseñado 7 tipos de módulos ATD distintos compuestos de entradas y salidas,
tanto analógicas como digitales y que permiten realizar el control de cualquier planta o
proceso de forma completa y eficaz:

ATDD - 8 entradas digitales ON/OFF. Permite la adquisición de datos de
contactos cerrados o abiertos, señales de presostatos, termostatos y todo tipo de
sensores con salida de contactos, de forma que tanto localmente como mediante la
conexión serie, en el ordenador se pueda visualizar el estado de dichos contactos.

ATDM - 4 salidas digitales. Permite el envío, desde el ordenador o autómata, de
señales de marcha o paro de maquinaria, encendido o apagado de iluminación y,
en general, el gobierno eléctrico de cualquier elemento de una instalación.

ATDA - 4 entradas analógicas. Permite la adquisición de medidas de cualquier
magnitud física que se mida mediante un transductor de salida eléctrica (presiones,
temperaturas, humedad).

ATDO - 4 salidas analógicas. Permite el envío de señales analógicas de control,
como por ejemplo, la actuación de una válvula proporcional o el posicionamiento
en un grado de apertura de una compuerta proporcional.

ATDDM - 4 entradas digitales y 2 salidas digitales. Permite actuaciones locales
de las salidas cuando se produzcan cambios en las entradas.

ATDAM - 2 entradas analógicas y 2 salidas digitales. Se puede utilizar como un
regulador autónomo con salidas todo/nada. La forma de regulación P, PI, PD ó
PID, así como sus correspondientes parámetros, se pueden programar en el
Resumen
módulo o bien desde el ordenador. Ejemplos de utilización pueden ser la
regulación de apertura de compuertas en climatizadores o regulación de válvulas
de 3 puntos.

ATDAO - 2 entradas analógicas y 2 salidas analógicas. Se puede utilizar para la
regulación de compuertas o válvulas proporcionales. La forma de regulación P, PI,
PD ó PID, así como sus correspondientes parámetros, se pueden programar en el
módulo o bien desde el ordenador.
Los módulos ATD se han diseñado para permitir la actuación sobre ellos así como la
visualización de parámetros. La actuación sobre los módulos se realiza mediante cuatro
pulsadores (ENTER, MODO, SUBIR, BAJAR) que incorpora el diseño y que permiten
modificar y acceder a parámetros y a datos para su visualización. Por su parte, la
visualización se realiza mediante un display LCD que incorporan los módulos en el que
se muestra su estado, sus parámetros y otros datos a los que se puede acceder, tales
como la dirección de memoria o el estado de activación o desactivación de sus
funciones. Todas las actuaciones que se realizan sobre el equipo quedan almacenadas en
la memoria EEPROM junto con la hora en que se realiza, por lo que también disponen
de un reloj de tiempo real.
La alimentación del equipo se realiza a través de una fuente universal conmutada, que
ha sido objeto de diseño, y de la que se obtiene una tensión de salida precisa y estable.
Esta fuente proporciona un amplio rango de tensiones de entrada, desde 85 V hasta 250
V a cualquier frecuencia, lo que permite una gran flexibilidad a la hora de dónde y
cómo conectar el equipo. Además, aporta a los módulos aislamiento galvánico para la
protección frente a problemas de realimentación por tierra y aumentos repentinos de
energía.
Figura 2: Vista exterior de un módulo ATD
Por último, los módulos ATD se han construido con un revestimiento de plástico
industrial constituyendo un sistema de transmisión y adquisición de datos versátil,
eficaz y práctico, y que proporciona un funcionamiento fiable en entornos industriales.
Resumen
ATD MODULES – DATA ADQUISITION AND TRANSMISSION
SYSTEM
Author: Rojas Moreno, Felipe.
Manager: Santamaría Navarrete, Eduardo.
Collaborating Entity: ICAI-Universidad Pontificia Comillas y SISTENA.
ABSTRACT
The “ATD Modules – Acquisition and Transmission Data Systems” project is a work
where the different subjects acquired during my degree are consolidated. Therefore, in
this project the acquisition of data and the distributed control of industrial processes are
studied. These systems allow integrating the flexibility of communications with
processes and industrial environments that need a constant innovation. To perform an
efficient control over a certain process, it is necessary to recruit a series of data to
analyze, treat and store it later on, in order to perform a clear and efficient presentation
of the evolution of that process.
The main objective of this project is the design of the ATD modules, which are
equipment that combined with a computer or with a PLC, allow the realization of a
distributed control data acquisition system in a simple way. For their combination with
a computer or a PLC, the designed ATD modules have serial data communication RS485.
Through the use of specific computer programs, the centralized control of any
installation or process can be made. The equipment is based on a programmable
microcontroller, so its performance can be adapted to the different characteristics and
particularities of the process or the installation and it can change accordingly to the
requirements. The communication with the ATD modules has been designed to be
executed through MODBUS RTU protocol. This choice is based on the fact that it is a
communications protocol that offers a great availability to connect industrial electronic
devices.
Resumen
Figure1: Diagram of the acquisition and data transmission system
To study the performance of the ATD modules, it has been designed 7 different types of
them, consisting on analog and digital inputs and outputs, which allow controlling any
plant or processes in a complete and efficient way:

ATDD: digital inputs ON/OFF. It allows the data acquisition of closed or open
contacts, pressure switch signals, thermostat and all kinds of sensors with contact
output, so the state of those contacts can be visualized on the computer, not only
locally but also using series connection.

ATDM: 4 digital outputs. It allows sending signals to make working or to stop the
machinery, to switch on or off of lightning, and in general, to act in the electric
use of any element of the installation.

ATDA: 4 analog inputs. It allows the acquisition of measurements of any physical
magnitude that is measured using a transductor of electric output (pressure,
temperature, humidity).

ATDO: 4 analog outputs. It allows sending analog control signals, like for
instante, the action of a proportional valve or the positining in a certain aperture
grade of a proportional lockgate.

ATDDM: 4 digital inputs and 2 digital outputs. It allows local action of the
outputs when changes on the inputs happen.
Resumen

ATDAM: 2 analog inputs and 2 digital outputs. It can be used as an autonomous
regulator with outputs all/nothing. The regulation way P, PI, PD or PID, and its
corresponding parameters, can be programmed in the module or using the
computer. Some utilization examples are the aperture regulation of lockgates in
cooling unit or the regulation of 3 point valves.

ATDAO: 2 analog inputs and 2 analog outputs. It can be used to regulate
lockgates or proportional valves. The regulation way P, PI, PD or PID, and its
corresponding parameters can be programmed in the module or using the
computer.
The ATD modules are designed to allow acting over them and to visualize parameters.
On the one hand, the action over the modules is made using 4 push buttons (ENTER,
MODE, UP, DOWN) that are included in the design. They allow to modify and to
access to parameters and data for its visualization. On the other hand, the visualization
is made using a LCD display included on the module. This display shows the state of
the module, its parameters and other data that can be accesed, as memory address or the
activation or deactivation state of the functions of the module. All the actions made on
the equipment are stored in the EEPROM memory together with the time. Therefore, it
is necessary to have a real time clock on the module.
The equipment supply is also designed and it is done using a universal switching power
supply that gives an output votage accurate and stable. This source gives a wide range
of input voltages, from 85 V up to 250 V at any frequencies. Thus, it allows having a
great flexibility to connect the equipment. Moreover, it gives galvanic insulation to the
modules to protect them towards problems of feedback and sudden increases of energy.
Figure 2: External view of an ATD module
Finally, it has be considered that the ATD modules are made with an industrial plastic
protection to be a versatile, efficient and practical transmission and data acquisition
system, offering a reliable performance in industrial environments.