Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingenierı́a
Escuela de Ingenierı́a Eléctrica
Diseño e implementación de una interfaz
electrónica para pruebas con controladores
lógico programables
Por:
Alejandro Daniel Cruz Jiménez
Ciudad Universitaria “Rodrigo Facio”, Costa Rica
Julio de 2014
Diseño e implementación de una interfaz
electrónica para pruebas con controladores
lógico programables
Por:
Alejandro Daniel Cruz Jiménez
IE-0499 Proyecto eléctrico
Aprobado por el Tribunal:
Dr. José David Rojas Fernández
Profesor guı́a
M.Sc. Teodoro Willink Castro
Profesor lector
Dr. Orlando Arrieta Orozco
Profesor lector
Resumen
El presente proyecto presenta una forma de manejo para las señales de comunicación entre un Arduino Uno y un PLC S7 1200 de la marca Siemens. La
idea es utilizar el Arduino como una tarjeta de adquisición de datos para un
computador en el cual se emula una planta industrial virtual. De manera que
con el PLC se pueda controlar la planta virtual, permitiendo a los estudiantes del curso Automatización Industrial practicar sin necesidad de tener una
planta real. Para poder conectar el PLC con el Arduino la principal dificultad
es la diferencia de tensión entre las señales de cada uno de los equipos.
Para solucionar el problema de la diferencia de tensión de las señales se
exponen tres soluciones en el sentido de comunicación Arduino - PLC: dos
utilizando dos distintos tipos de relé y una tercera opción la cual es un diseño
propuesto utilizando opto-acopladores. En el sentido de comunicación PLC
- Arduino se presenta un diseño en el cual se utiliza una configuración de
amplificadores operacionales mono polares junto con el uso de opto-acoples.
Como parte de las pruebas realizadas en el proyecto se prueban los circuitos
diseñados en una protoboard. Se implementa también en una tarjeta perforada
el circuito diseñado para la comunicación en sentido PLC - Arduino, al cual
se le realizan sus respectivas pruebas de funcionamiento con una fuente DC.
Se arma el conjunto PLC - Arduino con la tarjeta implementada y con 6 relés
para probar el funcionamiento y el desempeño de la tarjeta implementada.
Se concluye que el diseño con opto-acopladores es menos práctico pero más
robusto que usar relés para la implementación de la interfaz de comunicación.
v
Índice general
Índice de figuras
viii
Índice de cuadros
ix
Nomenclatura
xi
1 Introducción
1.1 Descripción general .
1.2 Alcance del proyecto
1.3 Objetivos . . . . . .
1.4 Metodologı́a . . . . .
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2 Antecedentes
2.1 Proyecto Eléctrico: Creación de plantas virtuales
2.2 Controladores lógico programables . . . . . . . .
2.3 Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Hardware in the Loop . . . . . . . . . . . . . . .
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5
5
6
8
10
3 Diseño de la interfaz electrónica
13
3.1 Caracterı́sticas y especificaciones del diseño . . . . . . . . . . . 13
3.2 Diseño interfaz sentido de comunicación Arduino - PLC . . . . 14
3.3 Diseño interfaz sentido de comunicación PLC - Arduino . . . . 20
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
27
4.1 Diseño del layout de la interfaz electrónica para una PCB . . . 27
4.2 Implementación y pruebas al diseño . . . . . . . . . . . . . . . 33
5 Conclusiones y recomendaciones
45
Bibliografı́a
47
A Disposición de los pines digitales del Arduino según Ruiz
para cada planta
49
B Esquemático del Electronic Brick of Relay
51
C Esquemático del 2 Channel 5 V Relay
53
vii
Índice de figuras
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Diagrama del proceso tanques en cascada. (7) . . . . .
Diagrama del proceso con doble bomba. (7) . . . . . .
Esquema del cruce vehicular controlado por semáforos.
Vista frontal del S7-1200. (8) . . . . . . . . . . . . . .
Vista superior del Arduino Uno. (2) . . . . . . . . . .
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(7) .
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7
8
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10
Diagrama de bloques para la implementación de la interfaz . . . .
Vista superior del Electronic Brick of Relay. (1) . . . . . . . . . . .
Fotografı́a del 2 Channels 5 V relay module. (4) . . . . . . . . . . .
Diagrama de conexión del NTE3221. (NTE Inc.) . . . . . . . . . .
Diseño del sentido de comunicación Arduino - PLC . . . . . . . . .
Resultado de la simulación del sentido de comunicación PLC - Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7 Diagrama de idea básica para la comunicación PLC - Arduino. . .
3.8 Diagrama de conexión del LM324. (10) . . . . . . . . . . . . . . . .
3.9 Amplificador sumador en DC para el LM324. (10) . . . . . . . . .
3.10 Esquemático de la conexión del NTE987 al emisor del NTE3221. .
3.11 Esquemático de la conexión del receptor del NTE3092 al pin de
entrada del Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.12 Resultado de la simulación del sentido de comunicación PLC - Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
15
17
18
19
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
Layout de la PCB diseñada para la implementación de la interfaz
electrónica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Layout de las pistas de la PCB diseñada. . . . . . . . . . . . . . .
Layout de la distribución para las tarjetas perforadas. . . . . . . .
Tarjeta implementada para la comunicación PLC - Arduino. . . . .
Diagrama de contactos de la prueba realizada al sistema PLC Tarjeta - Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Esquema lógico de la prueba realizada al sistema PLC - Tarjeta Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nombramiento de los pines del Arduino, desde LabVIEW, como
entradas y salidas según correspondiera. . . . . . . . . . . . . . . .
Lógica combinacional y llamado de las entradas para determinar
los estados de las salidas del Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . .
Front panel del esquema programado en LabVIEW para las pruebas.
viii
20
21
21
22
23
25
26
29
30
37
38
40
40
41
42
42
4.10 Conexión de la tarjeta implementada con el Arduino Uno y el S7
1200. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
Índice de cuadros
2.1
2.2
Caracterı́sticas técnicas de importancia del S7 1200 (8) . . . . . . .
Caracterı́sticas técnicas de importancia del Arduino Uno (2) . . . .
3.1
Caracterı́sticas técnicas de importancia del Electronic Brick of Relay (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Caracterı́sticas técnicas de importancia del 2 Channels 5 V relay
module (4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Caracterı́sticas técnicas de importancia del NTE3221 (NTE Inc.) .
Caracterı́sticas técnicas de importancia del LM324 (10) . . . . . .
3.2
3.3
3.4
4.1
9
10
16
17
18
22
Lista de precios de los componentes para la tarjeta diseñada, primer
sentido de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lista de precios de los componentes para la tarjeta diseñada, primer
sentido de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Costos totales para la implementación de una tarjeta . . . . . . . .
Resistencias medidas de los resistores para pruebas de diseño . . .
Resultados de prueba a la tarjeta con fuente DC . . . . . . . . . .
32
33
34
39
A.1 Conexión Pines digitales del Arduino planta con tanques en serie
(7). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.2 Conexión Pines digitales del Arduino sistema de doble bomba (7).
A.3 Conexión Pines digitales del Arduino control tráfico vehicular (7).
49
50
50
4.2
4.3
4.4
4.5
ix
31
Nomenclatura
AC
corriente alterna.
E.B.
Bloque electrónico.
DC
corriente directa.
LED
diodo emisor de luz.
M
neutro del PLC.
NA
Normalmente Abierto.
NC
Normalmente Cerrado.
P CB
Printed Circuit Board.
P LC
controlador lógico programable.
TTL
lógica transistor transistor.
V AC
volts de corriente alterna.
V CC
alimentación positiva de potencia.
V DC
volts de corriente directa.
xi
1
Introducción
1.1
Descripción general
El presente proyecto es la segunda parte del desarrollo de una herramienta para
el curso de Automatización Industrial de la Escuela de Ingenierı́a Eléctrica. En
la primera parte, en el proyecto eléctrico: ”Creación de plantas virtuales para
pruebas de control de eventos discretos” (7), se diseñaron plantas industriales
virtuales con LabVIEW.
La segunda parte consistió en el desarrollo e implementación de una interfaz electrónica que permitió conectar un PLC a una computadora, de manera
que con dicho PLC se pueda realizar el control de un proceso industrial usando
una planta virtual programada en la computadora.
1.2
Alcance del proyecto
Para que los PLC se conecten a una planta virtual programada en una computadora, se utilizará un Arduino que funcionará como interfaz entre LabVIEW
y el PLC. Sin embargo, las señales de tensión del Arduino y del PLC son distintas. Por lo cual fue necesario realizar una interfaz que permitiera conectar y
comunicar ambos dispositivos sin que se presentaran problemas que pudiesen
afectarlos.
La idea por la que nace este proyecto es permitir a los estudiantes que
cursen Automatización Industrial, poder emular el control de plantas industriales sin que sea necesario tener una planta real. De manera que se logre
evitar todos los posibles problemas y daños, que podrı́a involucrar el uso de
una planta industrial real en el proceso de aprendizaje.
La intefaz se diseñó para la comunicación entre un Arduino Uno y el controlador S7-1200. Esto sin ser el PLC irremplazable, ya que se podrı́a usar otro
modelo siempre y cuando utilice los mismos niveles de tensión que el S7-1200.
1.3
Objetivos
Objetivo general
Diseñar e implementar un circuito electrónico que sirva como interfaz entre
un PLC y una computadora que esté ejecutando una emulación de una planta
1
2
1 Introducción
industrial con LabVIEW, para realizar pruebas de laboratorio en el curso de
Automatización Industrial.
Objetivos especı́ficos
Para el desarrollo de este proyecto se establecieron los siguientes objetivos:
• Investigar sobre los requisitos técnicos que deben tener los puertos de
señales de entrada y salida para conectarse con el controlador S7-1200.
• Diseñar un sistema electrónico que permita conectar una computadora
que esté ejecutando un programa de emulación de plantas virtuales en
LabVIEW y el controlador S7-1200.
• Diseñar la disposición del circuito de manera que pueda ser implementado en una tarjeta impresa (PCB).
• Crear uno de estos circuitos y conectarlo a la computadora a través del
Arduino uno.
• Realizar pruebas para validar su funcionamiento con un S7-1200.
• Documentar el diseño de manera que pueda también ser implementado
en el futuro.
• Crear un sitio web o un wiki que contenga la documentación del desarrollo del proyecto.
1.4
Metodologı́a
Para el desarrollo del presente proyecto se siguieron los siguientes pasos y
procedimientos, listados en secuencia:
1. Determinación de las especificaciones técnicas requeridas para la comunicación entre el PLC S7-1200 y el Arduino Uno.
2. Desarrollo del diseño preliminar de la interfaz electrónica que permita
la comunicación entre el S7-1200 y la computadora.
3. Evaluación de la eficacia del diseño elegido y análisis de posibles mejoras.
4. Diseño de la interfaz de manera que se pueda implementar en una tarjeta
impresa (PCB).
5. Creación de la interfaz y verificación del funcionamiento y cumplimiento
de los requisitos electrónicos.
1.4. Metodologı́a
3
6. Verificación del funcionamiento de la tarjeta al conectarla con el S7-1200
y una computadora emulando una planta virtual en LabVIEW.
7. Documentación de la información del diseño.
8. Creación de un sitio web o un wiki el cual contenga la información del
diseño.
2
Antecedentes
2.1
Proyecto Eléctrico: Creación de plantas
virtuales para pruebas de control de eventos
discretos
El presente proyecto es la continuación del desarrollo de una herramienta
educacional para el curso de Automatización Industrial impartido en la Escuela de Ingenierı́a Eléctrica de la Universidad de Costa Rica. La idea de
ambos proyectos es controlar una planta industrial virtual (programada en
una computadora) con el PLC Siemens S7 1200.
Dicha primer etapa fue realizada en el Proyecto Eléctrico de Luis Alonso
Ruiz: Creación de plantas virtuales para pruebas de control de eventos discretos. En el cual se programaron tres distintas plantas virtuales, implementadas
en LabVIEW, que emulan plantas industriales reales (7). La comunicación de
la computadora con el PLC se decidió que fuera a través de un Arduino Uno.
Al desarrollar las plantas virtuales con comunicación a través del Arduino,
Ruiz determinó la función de los pines digitales para cada una de las plantas.
De manera que para una planta se utiliza un pin como entrada pero para otra
planta se puede utilizar el mismo pin como salida. La definición de cada pin
según la planta se presenta en el anexo A.
Sistema de dos tanques en cascada
La primera planta que se diseña para una futura emulación consiste en un modelo para un sistema de dos tanques en cascada. El diseño de los parámetros de
la planta se basó en el tiempo de espera que tendrán los estudiantes al realizar
el experimento de control. Ası́ que el proceso es lo suficientemente lento para
observar su comportamiento y a la vez permite que los estudiantes no tengan
que esperar por mucho tiempo para alcanzar un nuevo estado estacionario.
La idea del sistema es controlar los niveles de los tanques, manipulando los
caudales de entrada. En la Figura 2.1 se presenta el diagrama del proceso.
Planta con doble sistema de bombeo
Esta planta está diseñada para el control de un sistema de eventos discretos.
En este caso se tiene un único tanque donde su nivel se controla mediante dos
bombas. Además, este presenta perturbaciones las cuales emulan un estado de
5
6
2 Antecedentes
Figura 2.1: Diagrama del proceso tanques en cascada. (7)
emergencia. Este proceso también controla el nivel del tanque a partir de la
modificación de los caudales de entrada. El tanque presenta dos salidas normales y una salida más, la cual es de emergencia. Dicha salida de emergencia
es la que representa la perturbación al sistema. En la Figura 2.2 se presenta
la ilustración del proceso de la planta.
Control tráfico vehicular
Ruiz desarrolló esta planta para que el estudiante controle el tráfico vehicular
en un cruce vial con paso de peatones presente y semáforos inteligentes. Además le agregó sensores de presencia de automóviles para ası́ poder junto con la
señal del paso peatonal controlar el orden lógico de las luces de los semáforos
inteligentes según sea la demanda de paso. Por lo cual las salidas del sistema
de control serán las luces de los semáforos. En la Figura 2.3 se presenta el
cruce vial junto con los semáforos y los pasos peatonales.
2.2
Controladores lógico programables
Con el desarrollo de los sistemas industriales en especial desde el siglo XX, se
presentaron necesidades de control cada vez más complejas. Dichas necesidades
en muchos de los casos, un humano, no las podı́a cumplir o representaban un
esfuerzo grupal muy grande. Algunos de los problemas estaban relacionados
a el tiempo de la respuesta de reacción o cumplir con tiempos máximos de
2.2. Controladores lógico programables
7
Figura 2.2: Diagrama del proceso con doble bomba. (7)
desplazamiento de un punto de la planta a otro. Debido a esto el ser humano
se vió en la necesidad del desarrollo de sistemas de control para las plantas
industriales (5). Todo esto llevó a la creación de los autómatas programables
también conocidos como controladores lógicos programables.
Las siglas PLC, del inglés: ”programmable logic controller”, realmente son
una marca registrada por Allan-Bradley Co. (actualmente Rockwell Automation). Sin embargo debido a su gran uso, desde la misma Allen Bradley hasta
autómatas programables de otras marcas, se llegó a referir a estos como PLC.
De manera que PLC termina siendo un nombre genérico (3).
Los PLC son controladores basados en un procesador digital que realiza
una acción sobre los estados de salida del sistema de control a partir de las
directrices dadas por una secuencia lógica programada, la cual empieza su proceso a partir del estado de las entradas del sistema de control (5). Su estructura
está básicamente dividida en dos sistemas: el sistema de entradas/salidas y el
sistema de la unidad central.
PLC Siemens: S7 1200
En el presente proyecto, se utiliza el PLC S7 1200 de Siemens que pertenece
a la familia de productos Simatic.
8
2 Antecedentes
Figura 2.3: Esquema del cruce vehicular controlado por semáforos. (7)
El S7 1200 se usa mayoritariamente para controlar aplicaciones de gama
baja. La CPU se encuentra conformada por un micro procesador el cual es el
encargado de procesar la lógica programada para el control de los sistemas.
A su vez también está compuesta por una fuente de alimentación integrada,
circuitos de entrada y salida digitales ası́ como entradas analógicas. Para su
funcionamiento se carga el programa con la lógica de control, la cual una vez
instalada en el CPU permite, a partir de sus conexiones, detectar el estado
de las entradas y ası́ cambiar el estado de las salidas dependiendo de lo que
indique la lógica del programa de control (8).
Existen tres modelos para el CPU del S7-1200, el modelo con el que se
trabajará es el CPU 1214C. En el cuadro 2.1 se presenta un resumen de las
caracterı́sticas técnicas de importancia del S7 1200. En la Figura 2.4 se presenta un ejemplar del S7 1200 desde su vista frontal junto con la señalización
de algunas de sus conexiones.
2.3
Arduino
Arduino es una plataforma electrónica de prototipos de uso libre basada en
un microcontrolador en una placa, y un entorno de desarrollo para programar
software en la placa. El microcontrolador puede ser programado para trabajar en aislado o en comunicación con una computadora (2). Existen diversos
modelos de plataformas Arduino, en el presente proyecto se trabajó con el
modelo Arduino Uno. La elección del Arduino Uno fue debido a la facilidad
de comunicación entre el Arduino Uno y LabVIEW (7).
2.3. Arduino
9
Figura 2.4: Vista frontal del S7-1200. (8)
Cuadro 2.1: Caracterı́sticas técnicas de importancia del S7 1200 (8)
Caracterı́stica
CPU 1214C
Tensión de Alimentación
Cantidad entradas digitales integradas
Tensión Nominal entradas digitales
Consumo corriente entradas digitales
Señal 1 lógica (mı́nimo)
Señal 0 lógica (máximo)
Salidas digitales integradas
Tipo salidas
Rango de tensión salidas
Entradas analógicas integradas
Salidas PWM
85 V AC - 264 V AC
14
24 V DC
4 mA
15 V DC (2,5 mA)
5 V DC (1 mA)
10
24 V DC o relé
5 a 30 V DC
2 de 0 V - 10 V
Frecuencia máxima de 100 kHz
Arduino Uno
Es un modelo de la familia Arduino. Posee 14 pines de conexión que sirven
como entradas/salidas digitales dependiendo de cómo se programe su funcionamiento. Realiza la comunicación con la computadora a partir de un puerto
USB (2).
En la Figura 2.5 se presenta la vista superior de un ejemplar de Arduino
Uno. En el cuadro 2.2 se muestra un resumen de las caracterı́sticas de interés
del Arduino Uno para el proyecto.
10
2 Antecedentes
Figura 2.5: Vista superior del Arduino Uno. (2)
Cuadro 2.2: Caracterı́sticas técnicas de importancia del Arduino Uno (2)
Caracterı́stica
Arduino Uno
Tensión de operación
Tensión de entrada (recomendada)
Tensión de entrada (lı́mites)
Pines digitales (entrada/salida)
Pines entrada analógicos
Corriente DC por cada pin digital
5V
7 - 12 V
6 - 20 V
14 (donde 6 tienen salida en PWM)
6
40 mA
2.4
Hardware in the Loop
En la Automatización Industrial se pueden presentan problemas cuando se
requiere sintonizar un proceso o una planta. Problemas como la sincronización
de los tiempos entre las tareas de control y el equipo productivo, además de
que en algunos casos para optimizar o sintonizar un proceso se necesita detener
al mismo o se perturba al proceso en cuestión. De lo anterior surge la necesidad
de poder utilizar un método para optimizar o sintonizar al proceso de manera
que no se perturbe la producción o el sistema de control. Para subsanar los
problemas anteriores, se puede utilizar el método de simulación Hardware
in the loop, para ası́ realizar la sintonización y optimización del proceso sin
detenerlo o afectarlo de manera alguna. La simulación de Hardware in the
loop consiste en implementar virtualmente sistemas industriales y sistemas de
control industriales reales (9).
El utilizar sistemas de control industriales reales permite cargar el código
sin modificar el sistema de simulación, de manera que se obtiene el sistema de
2.4. Hardware in the Loop
11
control completo para realizar la optimización o la sintonización del sistema.
Una vez que se ha terminado de realizar los cambios al sistema de control
se pueden actualizar los parámetros del sistema de control en el sistema de
control fı́sico de la planta, para que ası́ continue funcionando el proceso de
forma optimizada (9).
3
Diseño de la interfaz electrónica
3.1
Caracterı́sticas y especificaciones del diseño
El diseño de la interfaz se realizará en dos partes, la primera será la comunicación Arduino Uno al PLC y la segunda corresponde a la comunicación desde
el PLC al Arduino Uno. Las caracterı́sticas principales para el diseño son el
costo, funcionalidad y seguridad del aislamiento de los dos instrumentos.
El costo interviene en el presente proyecto ya que este comprende la implementación de la interfaz la cual será un objeto fı́sico con un costo de implementación. El costo estará determinado por el valor de los componentes
electrónicos. La idea, para el laboratorio, es implementar una interfaz por cada S7 1200 que hay en el laboratorio de Automatización Industrial, los cuales
son seis. Ası́ que el costo que se tenga de una interfaz se reflejará en un costo
final de seis veces su costo individual.
Respecto a la funcionalidad lo que se requiere es que permita la comunicación de forma robusta entre el PLC y el Arduino. Recordando que, el S7 1200
funciona a tensiones industriales de 24 V DC, mientras que el Arduino Uno
utiliza señales de 5 V DC, la función principal de la interfaz será entonces
la de convertir las señales de 5 V DC a 24 V DC en sentido Arduino-PLC
y también las señales de 24 V DC a 5 V DC en sentido PLC-Arduino. Los
tiempos de retardo de la señal, en cualquiera de los dos sentidos, pueden ser
ignorados debido a que las plantas industriales que se simulan en LabVIEW
fueron diseñadas con tiempos de reacción y de cambio mucho mayores a los
tiempos de retardo que se pueden dar a nivel electrónico.
Al revisar el anexo A, de las asignaciones que se le dio a cada uno de los
pines de entrada/salida del Arduino Uno, se tiene que la mayor cantidad de
entradas analógicas en una planta son 8 y en el caso de salidas el máximo son 6.
Debido a lo anterior se tiene que realizar la comunicación en sentido ArduinoPLC en 6 lı́neas de comunicación. Mientras que en el sentido PLC-Arduino se
deben usar 8 lı́neas de comunicación.
El propósito de la interfaz radica en que se deben disminuir las señales
de tensión o aumentarlas según sea el caso, por lo tanto, se debe realizar de
manera que no vaya a darse un desperfecto en la comunicación que pueda
afectar a alguno de los dos equipos. Debido a la diferencia de tensión, la
preocupación principal radica en proteger al Arduino Uno de las tensiones
altas del PLC. Por todo esto se requiere entonces un aislamiento galvánico
o una protección fı́sica la cual no permita el paso de corrientes dañinas al
13
14
3 Diseño de la interfaz electrónica
Arduino Uno. Se decidió implementar un aislamiento galvánico en la dirección
PLC - Arduino y en el sentido contrario implementar una protección por relé
o utilizar también un aislamiento galvánico.
Se debe tomar en cuenta que el PLC y el Arduino Uno podrı́an presentar
diferencias entre las tensiones de referencia o sus tierras, esto dependiendo de
la alimentación de ambos. Debido a que el PLC establecerá sus 0 V respecto la
conexión a tierra de su alimentación, mientras que la alimentación del Arduino
Uno proviene de la computadora. Al provenir la conexión de tierra de ambos de
distintos puntos de referencia, se puede dar que las tierras de ambos circuitos o
conductores neutros no se encuentren a un mismo nivel de tensión. Lo anterior,
si se diera y tuvieran conexión fı́sica entre sus neutros, se podrı́a generar debido
a la diferencia de tensión, una corriente en cualquiera de los dos sentidos, la
cual podrı́a dañar el equipo electrónico de uno o ambos equipos.
Por todas las razones dadas anteriormente es necesario que la interfaz no
permita el paso de corriente entre el PLC y el Arduino.
En la figura 3.1 se presenta el diagrama de bloques funcionales con el cual
se espera implementar la interfaz electrónica para la comunicación entre el
PLC y LabVIEW.
Figura 3.1: Diagrama de bloques para la implementación de la interfaz
3.2
Diseño interfaz sentido de comunicación
Arduino - PLC
El sentido de comunicación en este caso es del Arduino Uno hacia el S7 1200.
De manera que el Arduino Uno generará señales digitales de 5 V DC las cuales
se deberán convertir en señales digitales de entrada de 24 V DC para que el S7
1200 lea correctamente las señales en alto. Las señales en bajo siguen siendo
de cero volts.
3.2. Diseño interfaz sentido de comunicación Arduino - PLC
15
Para el diseño de la comunicación del Arduino al PLC se analizaron varias
formas de realizar el acople de las señales de tensión distintas. Se pensó en
utilizar un aislamiento óptico y también en la posibilidad de realizar el control
de señales hacia el PLC con relés.
Al buscar las opciones presentes en el paı́s (para ahorrar gastos de envı́o
de partes electrónicas, los cuales pueden resultar súmamente caros proporcionalmente) se encontraron tres posibles opciones las cuales cumplen con las
cualidades necesarias para la interfaz. En las subsecciones posteriores se presentan las tres opciones para implementar las vı́as de comunicación Arduino
PLC.
Electronic Brick of Relay
La primera opción que se revisó fue usar un Electronic Brick of Relay, de ITead
Studio, modelo IM120710007. El bloque de relé fue diseñado para ser usado
con un Arduino y para controlar el relé con señales de 5 V DC. La idea de los
electronic bricks es que se tenga una forma modular de ensamblar distintos
equipos, simplemente se debe preocupar por conectar y desconectar. En la
figura 3.2 se presenta la vista superior del Electronic Brick of Relay.
Figura 3.2: Vista superior del Electronic Brick of Relay. (1)
El Electronic Brick of Relay se puede conectar a un puerto de entradas y
16
3 Diseño de la interfaz electrónica
salidas digitales. Este posee tres pines de entrada: G, V y S. V es la alimentación de potencia positiva, G es la tierra o ground. Cuando en la entrada S se
encuentra en alto, el relé estará en conexión cerrada. Como se puede ver en
la figura 3.2 el electronic brick presenta dos agujeros por los cuales se puede
sujetar la tarjeta a una estructura.
El Electronic Brick of Relay presenta dos tipos de protecciones: protección
de circuito para prevenir el quemar el solenoide del relé cuando está desconectado y protección aisladora del circuito para prevenir daños al puerto de
entrada por corrientes del interruptor del relé. Además contiene un LED para
indicar cuando el brick está conectado o no (1). En el cuadro 3.1 se presenta
un resumen de las caracterı́sticas de importancia del Electronic Brick of Relay.
Cuadro 3.1: Caracterı́sticas técnicas de importancia del Electronic Brick of
Relay (1)
Caracterı́stica
E.B. of Relay
Tensión de operación
Tensión de entrada (recomendada)
Corriente nominal
Tensión máxima de conmutación AC
Tensión máxima de conmutación DC
5V
0-5V
24 mA
120 V AC
24 V DC
En el anexo B se presenta el esquemático del Electronic Brick of Relay
tomado de (4).
2 Channels 5 V relay module
La segunda opción que se analizó fue usar el 2 Channels 5 V relay module,
también de ITead Studios, modelo IM120525001. Este es un bloque el cual
contiene dos relés los cuales se pueden activar con una señal de 5 V, por lo
cual son ideales para el uso con Arduino. Los relés se pueden alambrar de
manera que funcionen como N.A. o N.C. respecto el pin de salida común.
Incluyen dos LEDs para indicar el estado de cada uno de los relés. Los relés
son controlados por transistores bipolares TTL. En la figura 3.3 se presenta
una fotografı́a del módulo.
En el cuadro 3.2 se presenta un resumen de las caracterı́sticas principales
del módulo con dos relés, las cuales deben ser consideradas para asegurarse
del funcionamiento adecuado. Especialmente asegurarse que el Arduino pueda
suplir la corriente nominal de los relés. En el anexo C se presenta el diagrama
esquemático del módulo.
3.2. Diseño interfaz sentido de comunicación Arduino - PLC
17
Figura 3.3: Fotografı́a del 2 Channels 5 V relay module. (4)
Cuadro 3.2: Caracterı́sticas técnicas de importancia del 2 Channels 5 V relay
module (4)
Caracterı́stica
Módulo
Tensión de operación
Tensión de entrada (recomendada)
Corriente nominal
Tensión máxima de conmutación AC
Tensión máxima de conmutación DC
5V
0-5V
20 mA/relé
250 V AC
30 V DC
Optoaislador NTE3221
Al buscar distintos tipos de optoaisladores y optoacoples se llegó a la conclusión de que el chip que mejor se ajusta a las necesidades del diseño es el
NTE3221. Este es un chip el cual posee cuatro optoaisladores por chip. En el
cuadro 3.3 se presenta un resumen de las caracterı́sticas de importancia del
chip para el diseño del presente sentido de comunicación. Del cuadro 3.3, se
tiene que la tensión máxima del detector es de 35 V, por lo cual puede trabajar
directo a los 24 V. El diagrama de conexión se presenta en la figura 3.4.
El diseño de la interfaz en este sentido de comunicación se realizó de manera
sencilla, tal y como se presenta en la figura 3.5. La idea es que cuando llega la
señal de 0 V el emisor no se active, de manera que el fototransistor permanecerá
saturado. Como el foto transistor se encuentra en serie con un resistor de 100kΩ
entonces, al estar saturado este se comportará como un circuito abierto el cual
18
3 Diseño de la interfaz electrónica
Cuadro 3.3: Caracterı́sticas técnicas de importancia del NTE3221 (NTE Inc.)
Caracterı́stica
Emisor
Corriente polarización máxima
Tensión inversa máxima
Disipación de potencia máxima
Tensión de polarización tı́pica
50 mA
6V
70 mW
1.2 V - 1.4 V (IF =20 mA)
Caracterı́stica
Detector
Corriente salida máxima
Tensión salida máxima
Potencia salida máxima
50 mA
35 V
150 mW
Figura 3.4: Diagrama de conexión del NTE3221. (NTE Inc.)
tendrá la tensión entera que se provee desde la fuente del PLC. Y al estar la
entrada de señal del PLC conectada al resistor del receptor esta verá tensión
a tierra debido a que no habrá corriente fluyendo por el resistor.
En el caso en que se presente la señal en alto del Arduino con 5 V entonces
se tendrá que el foto emisor se encontrará encendido y este a su vez activará
el foto transistor el cual estará en corte. Como el transistor se encuentra en
corte hay conducción de corriente y la terminal de entrada del PLC leerá 24
V. Se decidió que la resistencia del resistor de receptor fuera de 100 kΩ para
que no se tuviera problema con corrientes altas, ya que el PLC lee señales de
tensión y no de corriente.
3.2. Diseño interfaz sentido de comunicación Arduino - PLC
19
Figura 3.5: Diseño del sentido de comunicación Arduino - PLC
Finalmente el diseño del resistor del emisor se diseñó de manera que la
corriente que pasa por el emisor fuera de 20 mA para que ası́ la tensión del
diodo emisor sea de aproximadamente 1.2 V. Con una simple ecuación de
malla se puede obtener el valor de la resistencia del emisor, la cual se explica
en las ecuaciones (3.1) a (3.3)
Vout − VLED
IP olarizacin
(3.1)
5V − 1,2V
= 190Ω
0,02A
(3.2)
Remisor =
Remisor =
donde el valor comercial de resistencia se presenta en la ecuación (3.3).
Remisor = 190Ω ∼ 180Ω
(3.3)
La resistencia del resistor del emisor será cercana a los 180 Ω, entonces se
tiene que la corriente de polarización cambiará como lo muestra la ecuación
3.5
Vout − VLED
Ipolarizacin =
(3.4)
Remisor
5V − 1,2V
Remisor =
= 21mA
(3.5)
180Ω
y el consumo de potencia por parte del resistor con la nueva corriente de
3.5 se presenta en la ecuación 3.6.
PRemisor = (Ipolarizacin )2 ∗ Remisor = 80,22mW
(3.6)
El consumo de potencia del resistor es menor a 0,25 W de Watt, por lo
cual no hay preocupación alguna en lo que respecta a la potencia.
El consumo de corriente por parte de los emisores será de 21 mA según
(3.5) y debido a que son 6 lı́neas de comunicación del Arduino hacia el PLC se
20
3 Diseño de la interfaz electrónica
tiene que el Arduino deberá suplir un total de corriente de 126 mA. El Arduino
Uno permite una corriente máxima por cada pin I/O de 40 mA, cuadro 2.2,
por lo cual no se dan problemas para suplir la corriente de polarización.
Para la simulación de este sentido de comunicación se utilizó el simulador
TINA de DesignSoft1 . Para la simulación se utilizó le circuito mostrado en la
figura 3.5, cambiando la salida del Arduino por una onda cuadrada de 1 Hz
de frecuencia para simular los cambios de las salidas digitales del Arduino.
La respuesta del circuito simulado se presenta en la figura 3.6 donde se
observa cómo la señal de lectura en las entradas del PLC sigue la señal de
salida del Arduino. Permitiendo gracias al opto acople cambiar las señales
desde 5 VDC a 24 VDC, manteniendo correctamente la comunicación del
Arduino hacia el PLC.
Figura 3.6: Resultado de la simulación del sentido de comunicación PLC Arduino.
3.3
Diseño interfaz sentido de comunicación PLC Arduino
Para el sentido de comunicación desde el S7 1200 hacia el Arduino se reducen
las señales de tensión de 24 V a 5 V para que el Arduino las lea de manera
segura. Una vez que se han reducido las señales de tensión se envı́an a través
de un optoacople para ası́ aislar ópticamente las señales de comunicación. De
la salida del optoacople, se toma la señal de tensión y por medio de circuiterı́a
se conecta al Arduino para que este la lea. Esto se ilustra en la figura 3.7.
1
Página web: http://www.tina.com/.
3.3. Diseño interfaz sentido de comunicación PLC - Arduino
21
Figura 3.7: Diagrama de idea básica para la comunicación PLC - Arduino.
Para disminuir la tensión de la señal del PLC se utilizó el LM324 o NTE987
el cual es un encapsulado con cuatro amplificadores operacionales de alimentación unipolar. Se eligió el NTE987 especialmente por ser de alimentación
unipolar, ası́ no habı́a que suministrar una fuente de tensión invertida, y también debido a que un encapsulado permite trabajar hasta cuatro señales independientes. El diagrama de conexión del LM324 se presenta en la Figura 3.8
donde permite ver las dos cualidades ya mencionadas.
Figura 3.8: Diagrama de conexión del LM324. (10)
En el cuadro 3.4 se presenta un resumen de las caracterı́sticas de interés
del LM324.
Primero se propuso un diseño donde se usaba el LM324 como inversor.
Donde se sabı́a que al tener un amplificador con alimentación unipolar y usarlo
como inversor no se va a poder obtener una tensión negativa. De manera que
lo que se querı́a era reducir la tensión de la señal con la razón de la ecuación
de la configuración de inversor:
22
3 Diseño de la interfaz electrónica
Cuadro 3.4: Caracterı́sticas técnicas de importancia del LM324 (10)
Caracterı́stica
LM324
Tensión de alimentación máxima
Tensión de entrada máxima
Rango de tensión de entrada
Corriente de entrada máxima
Corriente de salida
32 V
32 V
-0.3 V a 32 V
50 mA
20 mA
Vout = −Vin
R2
R1
(3.7)
Sin embargo, el funcionamiento de los amplificadores operacionales unipolares es distinto a la de los bipolares. Los primeros, pueden funcionar con
la configuración de inversores pero modificando su tensión de referencia. El
cambio que se realiza es elevar la tensión de referencia o tierra, es decir, si la
tierra para un bipolar es 0 V, en el caso del unipolar se cambia por Vcc /2 para
que ası́ la señal no se sature en 0 V al usar la configuración de inversor. De
manera que ahora las señales invertidas estarán por debajo de Vcc /2 hasta un
mı́nimo de 0 V. Esta condición para poder usar el inversor no resultó efectiva
para el presente diseño debido a que la señal no se iba a lograr mantener entre
un valor cercano a los 5 V y los 0 V.
Para solucionar el problema de alimentar el LED con 24 V DC, se decidió
utilizar una configuración de sumador que propone Texas Instruments en la
hoja del fabricante del LM324. Dicha configuración se presenta en la figura
3.9.
Figura 3.9: Amplificador sumador en DC para el LM324. (10)
3.3. Diseño interfaz sentido de comunicación PLC - Arduino
23
La ecuación para la tensión de salida de la configuración presentada en la
figura 3.9, se presenta a continuación en la ecuación (3.8).
Vout = V1 + V2 − V3 − V4
(3.8)
Para utilizar un diseño más eficiente se modificó el esquemático de la figura
3.9 al utilizar V1 = V2 y V3 = V4 entonces, se puede realizar un paralelo de las
resistencias de 100kΩ que van de las tensiones V1, V2, V3 y V4 a las terminales
inversoras y no inversoras del NTE987. Siguiendo la ecuación (3.8) se tiene
que al realizar el paralelo la tensión de salida será el doble de la diferencia de
tensiones entre V1 y V3. En el caso de que V3 sea mayor a V1 se saturará
la tensión de salida en 0V. Con lo anterior se define que V1 sea la tensión de
la salida del S7 1200 y V3 = 21,5 V. Ası́, cuando V1 sea 24 V la salida será
5 V y cuando V1 sea 0 V la salida será de 0 V gracias a la saturación del
amplificador.
Como los resistores que se tomaron en paralelo entre V1 y V2 y entre V3
y V4 dan un paralelo de 50 kΩ un valor no comercial, se determinó que los
resistores fueran de 47 kΩ. Para realizar el divisor de tensiones de 21.5 se
utilizan dos resistores de 12 kΩ y 100 kΩ, donde el primero se conecta a la
alimentación de lı́nea del S7 1200 y el segundo se conecta a tierra. Del punto
común se toman los 21.5 V para las ocho vı́as de comunicación.
La tensión de salida del NTE987 alimenta el emisor del opto acople, el cual
requiere una baja corriente. En la figura 3.10 se presenta la configuración que se
seguirá por cada lı́nea de comunicación para alimentar el LED del optoacople
NTE3221 desde el NTE987. En el cuadro 3.3 ya se habı́an presentado las
caracterı́sticas de importancia para el diseño.
Figura 3.10: Esquemático de la conexión del NTE987 al emisor del NTE3221.
Al revisar el cuadro 3.3 la caracterı́stica del emisor de tensión de polarización, se ve que para una corriente de polarización de 20 mA se tiene tı́pi-
24
3 Diseño de la interfaz electrónica
camente una tensión de polarización de entre 1.2 V y 1.4 V. Por lo tanto se
diseña el resistor R emisor, que se presenta en la Figura 3.10, de manera que
se cumpla la relación mencionada anteriormente de la polarización. Se sabe
que la tensión de alimentación para el LED y su resistor proveniente de la
salida del NTE987 será de 5 V aproximadamente. Por lo tanto con una simple
ecuación de malla se puede obtener el valor de la resistencia del emisor:
Vout − VLED
IP olarizacin
5V − 1,2V
=
= 190Ω
0,02A
Remisor =
Remisor
(3.9)
(3.10)
Se eligió una resistencia mayor a la determinada en (3.10), se eligió de 220
Ω para que la corriente sea menor a los 20 mA y ası́ mantener consumo bajo
de potencia. Además la corriente de polarización máxima del LED es 50 mA
según el cuadro 3.3. Para determinar que no haya problemas con la potencia
del resistor del emisor se calcula la nueva corriente con el valor de 220 Ω del
Remisor , dicho cálculo de la corriente y la potencia se presentan en (3.11) y
(3.12) respectivamente. Como la potencia del resistor es menor a un cuarto
de Watt, entonces un resistor de un cuarto de watt manejará sin problema la
corriente.
Ipolarizacin =
5V − 1,2V
= 17, 3mA
220Ω
PRemisor = (Ipolarizacin )2 ∗ Remisor = (17, 3mA)2 ∗ 220Ω = 66mW
(3.11)
(3.12)
Una vez que se enciende el LED del NTE3221 este hará conmutar al transistor asociado. El fototransistor se utiliza ahora como interruptor para dar la
señal al Arduino de los 5 V. Esta parte es muy similar a lo implementado en la
subsección Optoaislador NTE3221 en sentido Arduino PLC. En la figura 3.11
se presenta la propuesta para implementar esta parte. Cuando el LED active
el foto transistor este estará en corte de manera que la entrada del Arduino
leerá los 5 V de su propia alimentación. Y cuando el PLC dé una señal en
bajo el LED no se encenderá, de manera que el foto transistor quedará en
saturación y se comportará como circuito abierto, ası́ la entrada del Arduino
leerá 0 V.
Para el resistor del receptor se elige un valor de 22 kΩ para mantener
la misma relación que la del resistor del emisor en el sentido contrario de
comunicación.
Finalmente para corroborar el diseño antes de su implementación se realizó
una simulación del mismo, con el simulador TINA de DesignSoft. Para la
simulación se utilizó el circuito que se presenta en la figura 3.7 cambiando la
3.3. Diseño interfaz sentido de comunicación PLC - Arduino
25
Figura 3.11: Esquemático de la conexión del receptor del NTE3092 al pin de
entrada del Arduino.
fuente que simula al PLC por una fuente con una señal cuadrada de tensión
de 24 VDC centrada en 12 VDC.
En la figura 3.12 se presenta la simulación del circuito donde se ve la onda
cuadrada que simula la entrada proveniente del PLC. Además se presenta la
señal a la salida del circuito con el nombre de Vlectura que es la tensión o la
señal que leerı́a el Arduino en sus entradas.
De la simulación se puede observar que cuando la tensión de salida del
PLC se encuentra a 24 VDC la tensión de lectura del Arduino es de casi 5
V. Si bien la señal del Arduino no es de precisamente los 5 VDC se sabe que
no hay problema con esto debido a que el Arduino lee un uno lógico con una
tensión mayor a 3 VDC. Luego cuando la señal cuadrada cae a los 0 V se ve
cómo la señal que lee el Arduino cae también a los 0 V de su propia fuente.
Para la simulación se utilizó la señal de entrada, la que simula el PLC,
una onda cuadrada con una frecuencia de 1 Hz debido a que en general los
procesos industriales no cambian muy constantemente de estado.
26
3 Diseño de la interfaz electrónica
Figura 3.12: Resultado de la simulación del sentido de comunicación PLC Arduino.
4 Implementación de la interfaz
electrónica y resultados
4.1
Diseño del layout de la interfaz electrónica
para una PCB
Debido a que se quiere, para el curso de Automatización Industrial, implementar varias de estas interfaces se diseñó un layout el cual se pueda mandar a
imprimir por una empresa. De la empresa se obtendrı́a el producto terminado
electrónicamente, es decir la interfaz en un PCB (printed circuit board).
Para el diseño del layout o interconexión de los componentes en la tarjeta se
utilizó el software Pad 2 Pad1 . Este software fue desarrollado por una empresa
con el mismo nombre la cual se dedica a imprimir circuitos con el diseño
especı́fico que pida el cliente. Por esta razón se eligió dicho software, para en
un futuro se puedan mandar a imprimir con esta misma empresa.
Para el diseño se realizaron las conexiones de los componentes por las dos
capas de la tarjeta, es decir una serie de conexiones quedaron del lado superior
y otras del lado inferior. Se eligió un tamaño de cuatro por cinco pulgadas para
la tarjeta total. En la misma se implementaron los dos circuitos diseñados en
la subsección 3.2 y en la 3.3, es decir se implementaron los dos sentidos de
comunicación en una sóla PCB.
En la figura 4.1 se presenta el layout de la PCB con los componentes y en la
figura 4.2 se presenta el layout de las pistas únicamente, tomadas directamente
del programa. El programa no permite exportar el layout en un formato que
se pueda presentar de mejor manera como pdf, razón por la cual se muestra el
layout tomando una captura de pantalla del programa. El programa permite
exportar a AutoCad únicamente el diagrama mecánico de la tarjeta, sin las
pistas de las conexiones entre los componentes.
Para diseñar el layout primero se colocaron los conectores y los componentes DIP 16 y DIP 14. Luego se agregaron los resistores de cada etapa
tratando de colocarlos cerca de los pines de conexión a los que van conectados. Se realizaron las conexiones lógicas entre los componentes y luego se
utilizó la herramienta Route con la cual el mismo programa realiza las rutas
de las conexiones de manera que no se den conexiones indeseadas entre las
1
https://www.pad2pad.com/
27
28
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
conexiones. Finalmente se revisaron las rutas que generó el programa y se
mejoraron aquellas que fueron necesarias de mejorar.
Parte de la importancia del proyecto, como ya se habı́a mencionado radica
en el costo de implementación de la tarjeta. Debido a lo anterior se invirtió
tiempo en búsqueda de soluciones al problema que fueran baratas, esto debido
a que en general los opto acoples suelen ser relativamente caros. El haber encontrado los componentes NTE3221 y el NTE987 fueron de suma importancia
al proyecto, ya que estos permitieron utilizar hasta cuatro lı́neas de comunicación por integrado. Al permitir estos integrados comunicar varias vı́as en un
sólo integrado reducen los costos, ya que muchos integrados sirven para sólo
una vı́a, aún cuando estos presentan precios similares a los de los integrados
elegidos.
4.1. Diseño del layout de la interfaz electrónica para una PCB
29
Figura 4.1: Layout de la PCB diseñada para la implementación de la interfaz
electrónica.
30
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
Figura 4.2: Layout de las pistas de la PCB diseñada.
4.1. Diseño del layout de la interfaz electrónica para una PCB
31
En los cuadros 4.1 y 4.2 se presentan los costos de cada uno de los componentes, ası́ como el valor nominal o el componente asociado a cada sigla. En el
cuadro 4.1 se presentan los componentes con siglas no repetidas del sentido de
comunicación PLC - Arduino. Para obtener el costo se debe agregar el costo
de los resistores que tienen siglas repetidas, estos a su vez no se agregaron
debido a que tienen el mismo valor nominal entre sı́. Los componentes que sus
siglas son una equis mayúscula y un número, son los conectores atornillables
para PCB.
Cuadro 4.1: Lista de precios de los componentes para la tarjeta diseñada,
primer sentido de comunicación
Dirección PLC - Arduino
Sigla
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
R16
R17
R18
R19
Valor Nominal
12 kΩ
100 kΩ
47 kΩ
47 kΩ
47 kΩ
47 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
47 kΩ
47 kΩ
47 kΩ
47 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
220 Ω
Costo (colones)
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
Sigla
R20
R21
R22
R26
R27
R28
R29
U1
U2
U3
U4
X1’
X2’
X1
X2
Base DIP
Valor
220 Ω
220 Ω
220 Ω
22 kΩ
22 kΩ
22 kΩ
22 kΩ
NTE987
NTE988
NTE3221
NTE3221
2 Pines
2 Pines
8 polos
8 polos
-
Costo (colones)
10
10
10
10
10
10
10
1313
1313
2605
2605
150
150
1130
1130
60
El cuadro 4.2 sı́ presenta todos los componentes junto con su correspondiente precio. Como se puede observar de ambos cuadros el costo de los integrados NTE987 y NTE3221 son precios muy razonables los cuales rondan los
1200 colones por integrado (al realizar un promedio). Comparando el precio
de estos dos integrados contra otros integrados como otros opto acoples los
cuales contienen un sólo opto acople por integrado y con un precio parecido,
se tiene que el NTE3221 resulta hasta cuatro veces más barato.
De la misma compañı́a de la cual se utilizó el software para diseñar el
32
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
Cuadro 4.2: Lista de precios de los componentes para la tarjeta diseñada,
primer sentido de comunicación
Dirección PLC - Arduino
Sigla
X3, X5
X6, X7
U4
U5
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R10
R11
R12
R13
R14
R15
R16
R17
Valor Nominal / componente
8 polos
8 polos
NTE3221
NTE3221
180 Ω
180 Ω
180 Ω
180 Ω
180 Ω
180 Ω
180 Ω
180 Ω
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
Costo (colones)
1130
1130
2605
2605
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
layout de la PCB, se aprovechó a cotizar con ellos cuánto costarı́a traer a
Costa Rica cinco PCB con el diseño propuesto. La cotización de sólo las cinco
tarjetas PCB, es decir sin componentes, es de 193 dólares estadounidenses. De
la cotización se tendrı́a que cada PCB (al ordenar las cinco PCB juntas para
abaratar los gastos de envı́o) cuesta 38,6 dólares estadounidenses.
Realizando una sumatoria de los costos de los componentes, se tiene un
precio final por tarjeta, incluyendo la PCB de 212301 colones, de 41385 colones.
El costo final se obtiene del cuadro 4.3.
1
Calculado con un precio de 550 colones por dólar estadounidense.
4.2. Implementación y pruebas al diseño
33
Cuadro 4.3: Costos totales para la implementación de una tarjeta
Costo total tarjeta en colones
Componente
Resistores
Conector 2 pin
Conector 8 pin
NTE3221
NTE987
PCB
4.2
Precio unitario
10
150
1008
2605
1162
21230
Cantidad
76
2
4
4
2
1
Precio total
760
300
4032
10420
2324
21230
Subtotal
I.V.
Cost total
39066
2318.68
41384.68
Implementación de la interfaz electrónica en
una protoboard y una tarjeta de pruebas
Corroboración del diseño eléctrico de los circuitos
Para corroborar que el diseño funcionara correctamente, se implementó un
circuito de cada una de las etapas en una protoboard. Primero se implementó
el circuito de la configuración de amplificador sumador utilizando tan sólo uno
de los amplificadores operacionales del NTE987. Luego se conectó la salida del
sumador al resistor Remisor1 con el cual se controló el emisor del opto acople.
De la salida del opto acople se implementó la configuración para la medición
de los 5 V por parte del Arduino. Para implementar todo esto se midieron los
valores de los resistores para asegurarse que no fuese a haber una resistencia
muy distinta de la deseada según el diseño. En el cuadro 4.4 se presentan
los valores de resistencia de cada uno de los resistores utilizados. Del mismo
cuadro se ve que no hubo ningún valor muy distante del deseado.
Lo primero que se probó fue que al conectar el sumador, este diera una
tensión cercana a los 5 V. Por lo anterior, se implementó únicamente el sumador. Se utilizó una fuente DC con tres salidas de tensión donde dos de estas
se utilizaron a 12 VDC en serie para obtener los 24 VDC. Para los 5 V del
Arduino se utilizó la tercera salida de la fuente, la cual es una fuente a tensión
fija de 5 VDC. De los 24 V se alimentó directamente al NTE987 y el divisor
de tensiones que deberı́a dar una tensión continua de 21,5 VDC. Para simular
los cambios en el valor de la tensión de salida del PLC se conectó la entrada
que serı́a desde el PLC del circuito sumador a los 24 VDC de la fuente o a la
terminal de tierra de la misma.
34
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
Cuadro 4.4: Resistencias medidas de los resistores para pruebas de diseño
Resistor
Resistencia teórica
Resistencia medida
R1
R2
R3
R4
R5
R6
100 kΩ
100 kΩ
100 kΩ
47 kΩ
47 kΩ
12 kΩ
220 Ω
22 kΩ
97,1 kΩ
100 kΩ
98 kΩ
46,9 kΩ
46,87 kΩ
12,23 kΩ
220 Ω
22,1 kΩ
Remisor1
Rreceptor1
Al realizar la conexión se midió la tensión en el divisor de tensiones, este dio
una tensión de 21,432 VDC la cual se encuentra muy cercana a los 21,5 VDC
deseados según el diseño. Sin embargo hay que tomar en cuenta que debido a
(3.8), como se tomaron V1 = V2 = 24 VDC o V1 = V2 = 0 VDC, dependiendo
de la señal, y V3 = V4 = 21,5 ahora el error en una de las tensiones afecta el
doble a la tensión de salida. Sin embargo el circuito tiene una ventaja debido a
cómo se diseñó la parte del resistor del emisor, ya que este se diseñó de manera
que el emisor fuese controlado por una corriente mucho menor a su corriente
máxima. De manera que si la tensión del sumador a su salida es mayor a los
5 V el emisor puede resistir perfectamente más corriente que la diseñada.
En este caso con V3 = V4 = 21,432 V y V1 = V2 = 24 V (debido a que
esta tensión se tiene directo de la fuente) según la ecuación de salida (3.8) se
deberı́a tener una tensión de 5,136 V. Al realizar la medición de la tensión
de alimentación se vió que esta fue muy cercana a la esperada por el cálculo
anterior. La medición de la tensión de salida fue de 5,20 V. Por lo cual en
este caso no existe riesgo de que la corriente del emisor vaya a ser excesiva
para este. Luego se conectó la entrada del sumador V1 = V2 = 0V, en este
momento tal y como se esperaba la salida del sumador se saturó en 0 V.
Con la tensión de salida del sumador asegurada se procedió a conectar el
opto acople. A este se probó que cuando se conecta la tensión de entrada de
24 V la salida del opto acople presenta continuidad, mientras que si la entrada
del sumador era de 0 V entonces el foto transistor no conducı́a y se saturaba.
Una vez que se comprobó el funcionamiento correcto del sumador y el opto
acople se procedió a conectar la salida del opto acople al resistor del receptor y
a los 5 V de la fuente para ası́ poder probar que cuando llega la señal de 24 V
la entrada del Arduino estarı́a leyendo 5 V y cuando el PLC da 0 V entonces
el Arduino verá 0 V a su entrada. Al conectar el resistor y la fuente al foto
transistor se midió la tensión en el nodo entre el foto transistor y el resistor al
4.2. Implementación y pruebas al diseño
35
conectar la entrada del sumador a 24 V, se obtuvo una lectura de tensión de 5
V directos de la fuente. Cuando se removió la tensión de entrada de 24 V y se
conectó a 0 V entonces la tensión medida por el multı́metro fue de los 0 V de
la fuente, ya que como se esperaba en este caso el foto transistor se comportó
como una alta impedancia simulando un circuito abierto.
Con lo anterior ya se comprobó el diseño del sumador y del foto acople en
el sentido de comunicación de PLC hacia Arduino. Para el sentido contrario se
comprobó la parte del diseño correspondiente a este sentido de la comunicación. Para ello se midió también el valor de la resistencia del resistor del emisor
y del receptor. Para el resistor del emisor de 180 Ω se obtuvo una medición
de 180 Ω. Para el resistor del receptor de 100 kΩ se obtuvo una medición de
99,1 kΩ.
Para comprobar este sentido de comunicación se implementó el circuito
mostrado en la figura 3.5. Donde al igual que antes se utilizó una fuente DC
para simular las tensiones de 5 V del Arduino y los 24 V del PLC. Al conectar
el opto acople al resistor del emisor y los 5 V de la fuente se revisó que el
foto transistor tuviera conducción, lo cual se cumplió. Luego al desconectar la
alimentación de los 5 V el foto transistor dejó de conducir y se saturó como
se esperaba. Entonces se procedió a conectar el circuito completo, cuando se
alimentaba al lado del emisor con los 5 V se leı́an los 24 V de la fuente en
la salida del circuito. Al desconectar los 5 V del emisor y conectarlo a tierra
se leı́an los 0 V de la fuente en serie. Con lo cual de esta forma se comprobó
el funcionamiento correcto en la práctica del diseño propuesto para ambos
sentidos de la comunicación.
Pruebas a la interfaz electrónica implementada en una tarjeta
de pruebas
Como parte del proyecto se implementó una primer tarjeta para la cual se
decidió no utilizar el diseño completo de los opto acoples. Si no que se utilizó
una combinación entre los módulos 2 Channel 5 V relay y el diseño propuesto
con opto acople. La decisión se tomó debido a que ya se contaba en el laboratorio de Automatización Industrial con tres módulos 2 Channel 5 V relay,
por lo cual se aprovecharon estos para abaratar la inversión para la versión de
pruebas.
Por lo anterior fue necesario realizar una nueva distribución de la circuiterı́a
diseñada, del sentido PLC - Arduino, en las tarjetas perforadas. No se pudo
utilizar el mismo diseño ya implementado en la figura 4.1 debido a que esta
utiliza conexiones entre los componentes a dos niveles. Por lo cual se rediseñó
la distribución de esta parte en dos tarjetas perforadas de tres pulgadas por
cuatro pulgadas. La nueva distribución se presenta en la figura 4.3.
36
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
A esta tarjeta, la cual está compuesta por dos tarjetas perforadas debido
al espacio, se le agregaron cuatro bloques de cuatro conectores atornillables
cada uno. Con estos conectores atornillables se permite que el usuario pueda
utilizar la tarje de manera más rápida al poder conectar los cables provenientes
del Arduino y del PLC de una manera mucho más práctica.
4.2. Implementación y pruebas al diseño
Figura 4.3: Layout de la distribución para las tarjetas perforadas.
37
38
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
Como la base que se utilizó fue una tarjeta perforada, entonces para poder
realizar las conexiones entre los componentes, se utilizó soldadura de estaño
para sujetar los componentes a la tarjeta y también para realizar algunas de
las conexiones entre ellos. En los casos en los que se cruzaba una conexión con
otra se utilizaron cables con aislante los cuales fueron soldados a la tarjeta en
los puntos en que interesaba realizar la conexión eléctrica. Para cuidar que la
soldadura no fuese a quemar ninguno de los circuitos integrados se utilizaron
bases para DIP 16.
En la figura 4.4 se presenta la tarjeta que se implementó para realizar las
pruebas.
Figura 4.4: Tarjeta implementada para la comunicación PLC - Arduino.
Para comprobar el funcionamiento de la tarjeta perforada se conectó esta
a una fuente DC igual a la que se habı́a utilizado en la subsección anterior,
simulando la tensión del PLC y del Arduino. Una vez que se hubo conectado la
alimentación de 24 V y de los 5 V se procedió con cables a alimentar cada una
de las vı́as de comunicación con 24 V y con 0 V de la fuente de 24 V para ası́
simular las señales del PLC. Cuando se alimentaba una vı́a de comunicación
se medı́a la tensión de salida con un multı́metro. Los resultados de las pruebas
se presentan en el cuadro 4.5, del cual se comprueba que la tarjeta funcionó
como se esperaba.
Una vez que se hubo probado la tarjeta con la fuente DC se procedió a
4.2. Implementación y pruebas al diseño
39
Cuadro 4.5: Resultados de prueba a la tarjeta con fuente DC
Vı́a
1
2
3
4
5
6
7
8
Tensión ante Vin = 24 V
5
5
5
5
5
5
5
5
V
V
V
V
V
V
V
V
Tensión ante Vin = 0 V
0,01 V
0V
0V
0V
0V
0V
0V
0V
probar la tarjeta pero esta vez utilizando directamente el S7 1200 y el Arduino
Uno, para revisar que por sus caracterı́sticas de fuente no perfecta ambos
funcionaran de manera correcta. Para probar la tarjeta con ambos equipos se
decidió implementar ambos sentidos de comunicación aprovechando que en el
laboratorio ya se contaba con tres módulos de 2 Channels 5 V relay.
Para realizar una prueba que fuera demostrativa y que implicara la correcta
comunicación entre los dos equipos, se decidió realizar un sistema lógico que
se retroalimentara dos veces entre los equipos. Para esto se aprovechó, que
al igual que como hizo Ruiz, el Arduino se puede utilizar como tarjeta de
adquisición de datos para LabVIEW. Por lo tanto se programó en LabVIEW
un programa lógico sencillo que implicara usar al Arduino Uno tanto para
enviar señales como para leer señales. En la figura 4.5 se presenta el diagama
de contactos para la conexión del PLC con el Arduino para realizar la prueba.
En la figura 4.6 se presenta la lógica que se programó en el PLC y en el Arduino
para realizar la prueba.
La prueba que se ideó para probar el funcionamiento correcto del sistema
consiste en activar cuatro salidas del Arduino por medio de botones virtuales
desde LabVIEW. Luego cada uno de esas señales que salen del Arduino entran
al PLC donde se relaciona directamente cada una de las entradas de 0 a 3 del
PLC con las salidas del PLC 0 a 3 respectivamente. Es decir, si el PLC lee un
1 lógico en la entrada 1 pondrá un 1 lógico en la salida 1. Esto con el fin de
asegurarse que el PLC lee correctamente la señal proveniente del Arduino al
pasar por los relés.
Luego de las salidas 0 a 3 del PLC van las señales hacia la tarjeta implementada y de esta pasan hacia el Arduino en los pines 6 a 9 del mismo.
Cuando llegan las señales de los pines 6 a 9 del Arduino estos pasan por una
lógica de dos compuertas AND. Y luego la salida 10 del Arduino se enciende
cuando llegan las dos señales en alto de los pines 6 y 7, lo mismo para la salida
40
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
Figura 4.5: Diagrama de contactos de la prueba realizada al sistema PLC Tarjeta - Arduino.
Figura 4.6: Esquema lógico de la prueba realizada al sistema PLC - Tarjeta Arduino.
11 cuando llegan las señales provenientes de los pines 8 y 9. Finalmente las
señales de los pines 10 y 11 del Arduino pasan hacia el PLC por medio de los
relés, donde el PLC pone en alto la salida 4 cuando se da I0.4*I0.5 = 1.
Para implementar el esquema de prueba propuesto en la figura 4.5 se programó en LabVIEW el programa lógico que se muestra en la parte derecha de
la misma figura. Donde los cı́rculos B, B2, B3 y B4 son botones programados
en LabVIEW para indicar el valor deseado de los pines 2 a 5 del Arduino. Los
bloques programados se presentan en las figuras 4.7 y 4.8.
A partir de lo programado en LabVIEW se obtuvo entonces el front panel
de LabVIEW desde el cual se podı́a determinar el estado de las salidas de los
pines 2 a 5 del Arduino por medio de los botones programados. El front panel
se presenta en la figura 4.9, donde se aprecian los 4 botones booleanos para
determinar el estado de las salidas.
Una vez que los programas del PLC y de LabVIEW se cargaron se conec-
4.2. Implementación y pruebas al diseño
41
Figura 4.7: Nombramiento de los pines del Arduino, desde LabVIEW, como
entradas y salidas según correspondiera.
taron el PLC y el Arduino entre sı́ a partir de la tarjeta implementada y de
los relés comprados tal y como se muestra en la figura 4.10.
Una vez que se puso en marcha ambos sistemas se midieron la tensión
de alimentación del PLC donde se determinó que en vez de los esperados
24 V el PLC estaba entregando 25,6 V. Como se detectó tal diferencia en
la alimentación se decidió medir también la tensión generada en la tarjeta a
partir del divisor de tensiones de la tarjeta el cual deberı́a dar una tensión
aproximada de 21,5 V ante los 24 V. La medición dio una tensión de 23,5 V
como se sabe esto lo que afecta es la tensión con la que se alimenta al emisor
y su resistor. Siguiendo la ecuación (3.8) se tiene entonces V1 = V2 = 25,6 V
y V3 = V4 = 23,5 V por lo cual la tensión de salida del sumador es de 4,2
V la cual sigue funcionando de manera correcta para controlar el emisor de
manera adecuada.
Con las tensiones de funcionamiento de la tarjeta se probó entonces la
comunicación entre el PLC y el Arduino. Primero se encendió el botón B
desde el Front panel de LabVIEW lo cual provocó que se cerrara el primer
relé. Al cerrarse el primer relé el PLC leyó exitosamente la señal y encendió
su LED de entrada I0.0 y su LED de salida Q0.0. Luego, debido a que aún
no habı́a forma de saber si el Arduino estaba leyendo correctamente la señal
del PLC se encendió el botón B2 el cual también encendió exitosamente la
entrada y salida del PLC correspondiente a la segunda señal. Como las dos
primeras señales del PLC estaban en alto entonces el Arduino leyó ambas
señales y activó su salida del pin 10 de manera que el relé correspondiente se
42
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
Figura 4.8: Lógica combinacional y llamado de las entradas para determinar
los estados de las salidas del Arduino.
Figura 4.9: Front panel del esquema programado en LabVIEW para las pruebas.
activó y este activó a su vez la entrada I0.4 del PLC. Luego se encendieron
los botones B2 y B3 los cuales encendieron las entradas y salidas del PLC
correspondientes. Como se encendieron las salidas del PLC desde Q0.0 a Q0.3
entonces el Arduino encendió sus salidas de los pines 10 y 11 con lo cual el PLC
leyó en sus entradas I0.4 e I0.5 señales en alto por lo cual activó la compuerta
AND programada con lo cual se activó la salida del PLC Q0.4.
4.2. Implementación y pruebas al diseño
43
Figura 4.10: Conexión de la tarjeta implementada con el Arduino Uno y el S7
1200.
De lo anterior queda demostrado que el PLC y LabVIEW desde el computador lograron comunicarse exitosamente a través de la tarjeta implementada,
los relés y del Arduino Uno que fue usado como tarjeta de adquisición de
datos.
Cuando se comprobó el funcionamiento del sistema de comunicación entonces se decidió probar también la tensión con la cual el Arduino Uno alimentó
a la tarjeta implementada. Para esto se midió la tensión en el mejor y peor
caso para la carga suministrada por el Arduino. Cuando el Arduino no tenı́a
ninguna señal en alto desde la tarjeta, entonces la carga era mı́nima con lo
cual la tensión que se leı́a en la tarjeta era de 5 V exactos. Mientras que cuando se activaron las entradas del Arduino entonces se tuvo una tensión de un
promedio de 4,3 V en cada una de las salidas de la tarjeta hacia el Arduino.
La ventaja que presenta el Arduino ante este problema de carga es que el
Arduino lee señales en alto mientras que sean mayores a 3 V. Por lo cual se
puede seguir alimentando aún más entradas hacia el Arduino y este podrá
leerlas correctamente mientras que la carga no haga que la tensión caiga más
de 2 V.
Para la comprobación del funcionamiento adecuado del sistema de comunicación entre LabVIEW y el PLC se tomó un video, el cual será utilizado en la
presentación del proyecto. Debido a que la prueba es relativamente extensa, se
necesitarı́an muchas fotos o capturas de imagen del video para demostrarlas.
Razón por la cual no se añaden en el informe con tal de que no se sature el
44
mismo.
4 Implementación de la interfaz electrónica y resultados
5
Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
• El integrado NTE987 fue de suma importancia para poder realizar un
diseño práctico, ya que al tener cuatro amplificadores operacionales unipolares por chip evitó el tener que alimentar la tarjeta con una fuente
bipolar.
• Debido a que el Arduino lee un uno lógico a partir de 3 V o más se evitó
un problema de carga a la hora de tener varias entradas activadas en el
Arduino provenientes desde la tarjeta implementada.
• Si bien se pudo haber cambiado los relés por lo diseñado con foto acopladores, los relés resultaron en un ahorro de tiempo respecto lo que
hubiese sido soldar e implementar la parte de los opto acoples.
• Los opto acopladores y los relés resultan una solución, para cuidar que
el Arduino Uno no se vaya a quemar por sobre tensión, más cara que
el mismo Arduino Uno. Sin embargo, se debe recordar que al proteger
al Arduino también se está protegiendo al computador desde el cual se
corre LabVIEW. Por lo tanto el costo de la tarjeta queda justificado.
• Implementar la comunicación por medio de los relés resulta en una opción más rápida, práctica pero también más cara. Mientras que si se
implementa utilizando el diseño que incorpora los NTE3221 se tiene una
solución más barata, más laboriosa pero también más robusta debido a
que la comunicación se da por medio óptico y no existe medio eléctrico
por el cual pueda existir una falla.
Recomendaciones
• Para implementar más de estas tarjetas, si se elige utilizar en ambos
sentidos de comunicación la opción de opto acopladores, se recomienda
utilizar PCB en vez de utilizar tarjetas perforadas. Las PCB resultan en
una opción mucho más práctica y más robusta para la implementación
de un circuito, el cual no sea un prototipo de desarrollo, que las tarjetas
perforadas.
• Para asegurar que los circuitos integrados como el NTE987 y el NTE3221
no se dañen a la hora de realizar la soldadura, se recomienda utilizar
45
46
5 Conclusiones y recomendaciones
bases para para circuitos integrados. Además esta opción permite que si
se daña uno de los circuitos integrados entonces se pueda cambiar por
otro sin tener que remover la soldadura y luego volver a soldar.
• Debido a que el precio para mandar a traer la PCB es bastante alto si
se realiza pide una sóla PCB, se recomienda entonces, que para el caso
del laboratorio, se traigan las cinco restantes PCB que harı́an falta para
equipar el laboratorio.
• El presente trabajo sólo abarca la comunicación entre el S7 1200 y el
Arduino Uno para entradas y salidas digitales. En el futuro se deberı́a
ampliar la tarjeta para poder utilizar comunicación de señales analógicas.
Esto debido a que el PLC utiliza sus señales analógicas de - 10 V a 10
V mientras el Arduino utiliza señales de 0 V a 5 V.
• Si bien del proyecto anterior a este, se tienen ya tres plantas las cuales
funcionan en LabVIEW, se recomienda realizar en un futuro más plantas.
Esto debido a que las plantas ya diseñadas no presentan un nivel de
dificultad tan alto como el que se maneja en otros casos en el curso de
Automatización Industrial. Además, para efectos del curso entre más
plantas se tengan más posibilidades para realizar distintas prácticas se
tendrán.
• Si se realizan nuevas plantas para el futuro se recomienda asegurarse
de guardarlas en un formato tal que sea compatible con la versión de
LabVIEW que se tienen en el laboratorio de Automatización Industrial.
• Para las pruebas o prácticas que se realicen utilizando los módulos de 5 V
2 channel relay, se recomienda que se compren cables para arduino tipo
hembra - hembra ya que el usar estos ahorra mucho tiempo y asegura el
funcionamiento correcto de los relés.
• Se recomienda también para un futuro el desarrollar plantas con procesos
analógicos y control continuo para que ası́ el estudiante también pueda
practicar con algoritmos de control PID.
• Debido a que la interfaz desarrollada es un producto el cual surge a partir
de una necesidad para la educación, se recomienda evaluar la posibilidad de comercializar la interfaz como un producto para la educación en
universidades que presenten una necesidad similar a la explicada en el
presente trabajo.
Bibliografı́a
[1] (2013). Electronic Brick of Relay. ITead Studio.
[2] Arduino (2014). Arduino página web oficial. Accesado el 17/6/2014 a las
17:00 de http://arduino.cc/.
[3] Barbado, J., Martı́n, J., y Aparicio, J. (2013). Automatismos Industriales.
AlfaOmega, México D.F., México.
[4] ITead Studios (2014). Página electrónica ITead Studios. ITead intelligent systems Co. Ltd., Accesado el 13/6/2014 a las 13:09 desde
http://blog.iteadstudio.com.
[5] Mandado, E., Marcos, J., Fernández, C., y Armesto, J. (2010). Autómatas programables y sistemas de Automatización. AlfaOmega, México D.F.,
México, segunda edición.
[NTE Inc.] NTE Inc. NTE3221 datasheet. NTE Inc., Bloomfield, NJ.
[7] Ruiz, L. (2013). Creación de plantas virtuales para pruebas de control de
eventos discretos. Escuela de Ingenierı́a Eléctrica, Universidad de Costa
Rica.
[8] Simatic (2012). Manual del sistema S7 1200. Siemens.
[9] Svensson, B., Danielsson, F., y Lennartson, B. (2012). Time-synchronised
hardware-in-the-loop simulation. ELSEVIER.
[10] Texas Instruments (2004). LM124-n family datasheet. Texas Instrument.
47
A Disposición de los pines
digitales del Arduino según Ruiz
para cada planta
Cuadro A.1: Conexión Pines digitales del Arduino planta con tanques en serie
(7).
Pin Digital
Condición
Variable
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Salida
Salida
Salida
Salida
Salida
Salida
Entrada
Entrada
Salida PWM
Salida PWM
Entrada
Nivel tanque 2 vacı́o
Nivel tanque 2 medio
Nivel tanque 2 lleno
Nivel tanque 1 vacı́o
Nivel tanque 2 medio
Nivel tanque 2 lleno
qe
qe2
h1
h2
k
49
A Disposición de los pines digitales del Arduino según Ruiz para cada planta
50
Cuadro A.2: Conexión Pines digitales del Arduino sistema de doble bomba
(7).
Pin Digital
Condición
Variable
2
3
4
5
8
9
10
11
12
Salida
Salida
Salida
Salida
Entrada
Entrada
Salida PWM
Salida PWM
Entrada
LLL
LL
HL
HHL
ke
k1
qe2
h
qe
Cuadro A.3: Conexión Pines digitales del Arduino control tráfico vehicular
(7).
Pin Digital
Condición
Variable
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Salida
Salida
Salida
Entrada
Entrada
Entrada
Entrada
Entrada
Entrada
Entrada
Entrada
Salida
Carro A
Carro B
Carro C
Peatón verde
Peatón rojo
Verde Horizontal
Amarillo Horizontal
Rojo Horizontal
Verde vertical
Amarillo Vertical
Rojo vertical
Pulsador paso peatonal
B Esquemático del Electronic
Brick of Relay
51
8
7
6
5
VCC_BAR
4
2
B
4
NC
COM
NO
3
2
1
1
1
2
J3
3
2
1
J2
PTH
TERMINAL-3P
DATA
4
C0603
100NF
SCL/RX
C1
VCC
S1
1
S8050
U1
4
3
1
5
3
SDA/TX
GROVE4P
PTH
2
R0603
1K
R1
5
CON-3X1
6
2
GND
RELAY_5V
2
C
3
D1
2
SMT
1N4148
1
D2
VCC
2
GND
1
6
5
4
1
1
2
3
J1
6
LED
R0603
1K
D
7
A
A
C
2C
R3
1
C
A
3 A
C
E
2
C
B
A
8
R0603
10K
R2
1
ELECBRICK-4P
3
ENGINEER:
TITLE:
3
2
RELAY V2.0
2
ZHENQIANG LEE
DATE:
PAGE:
1
1
2013/1/31
1
D
C
B
A
C Esquemático del 2 Channel 5 V
Relay
53
A
B
C
CH1
1
1K
R2
2
1
D1
B
A
E 2
C 3
K
Q1
3
4
K1
2
NO
CH2
3X1-PIN
NC
J1
RELAY-5PIN-BIG
1
1
2
3
2
VCC
4
D4
D
1K
LED
2
R1
1
2
R3
1
K
A
1K
LED
R6
1
K
A
2
R4
1
1
1K
R5
2
1
3
D3
B
VCC
A
E 2
C 3
K
5
Q2
3
4
K2
2
NO
D9
VCC
Date：
File Name:
Designed by
Sheet Name:
CH1
CH2
VCC
1
2
3
4
Rev:
4X1-PIN
J3
<undefined>
1
Page Num:
1 of 1
relay 2ch V1.0.sch
Page size: B
Project Name:
Company:
3X1-PIN
NC
J2
RELAY-5PIN-BIG
1
1
2
3
2
2
6
10K
LED
R13
1
K
A
5
10K
5
10K
D2
A
B
C
D