DISENO DE LA AUTOMATIZACION DEL SISTEMA DE RIEGO EN LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD ZACATENCO

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE

RIEGO EN LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

TESIS

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:

INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTA:

Nolasco Castillo David

Ramírez González Adolfo

ASESORES:

M. en C. Antonio Obregón Tenorio

M. en C. Ivone Cecilia Torres

M en C. Pedro Francisco Huerta González

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INTRODUCCIÓN

En esta primera parte del trabajo se presentan diverso puntos que son de gran importancia para comenzar con el desarrollo como lo es el objetivo, en el cual se indica lo que se quiere hacer y para qué, así también se da a conocer una justificación del tema, dando a conocer diferentes aspectos por los cuales se selección el mismo. Adicionalmente se habla de los primeros sistemas de riego que existieron y como fueron evolucionando hasta nuestros días.

Se menciona el funcionamiento del sistema de riego actual, esto con la finalidad de ver cada una de las partes que componen al sistema, así también se habla de la problemática existente actualmente en los mismos.

Con base al funcionamiento y a los problemas existentes con los sistemas de riego que se tiene actualmente, se propone la automatización mediante determinados instrumentos y con lo cual se pretende que no se desperdicie tanta agua. Se desarrolla la parte de comunicación del PLC con la computadora y con los diferentes elementos o dispositivos de campo, así también se presenta la programación que incluye el diseño de un programa que ayuda a monitorear y controlar el proceso que en este caso es el sistema de riego.

Se lleva cabo un análisis de costos para determinar el costo total del proyecto, tomando en cuenta todos los materiales necesarios y la mano de obra requerida.

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ÍNDICE CAPÍTULO I

1.1Objetivo 1.2Justificación 1.3 Antecedentes 1.3.1 Los Andenes 1.3.2 Los Camellones

1.3.3 Métodos superficiales o de gravedad tradicionales 1.3.4 Métodos superficiales o de gravedad tecnificados

1.3.4.1 Conducción por tuberías 1.3.4.2 Dosificadores a los surcos 1Riego discontinuo o con dos caudales 1.3.5 Métodos presurizados

1.3.5.1 Riego por aspersión 1.3.5.2 Riego por micro aspersión 1.3.5.3 Riego por goteo

CAPÍTULO II

2.1 Funcionamiento del sistema de riego 2.1.1 Suministro de agua

2.1.2 Funcionamiento de motores 2.1.3 Válvulas de paso

2.1.4 Tuberías 2.1.5 Aspersores 2.1.6 Horarios de riego 2.2 Problemática

2.2.1 Cisternas dañadas

2.2.2 Mal funcionamiento en estación de control de motores 2.2.3 Válvulas de paso deterioradas

2.2.4 Mal uso de aspersores

CAPÍTULO III

3.1 Acciones previas a la automatización 3.2Automatización del riego

3.2.1 Aspersores

3.2.1.1 Concepto 3.2.1.2 Clasificación

3.2.1.3 Aspersores a utilizar

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3.2.2.3 Electroválvulas a utilizar 3.2.3 Bomba de agua

3.2.3.1 Funcionamiento

3.2.3.1 Motores instalados para el bombeo 3.2.4 Arrancadores

3.2.4.1 Funcionamiento

3.2.4.2 Arrancadores instalados 3.2.5 Sensor de nivel de agua

3.2.5.1 Funcionamiento 3.2.5.2 Clasificación

3.2.5.3 Selección del sensor de nivel 3.2.6 Computador personal (PC)

3.2.6.1 Concepto 3.2.6.2 Componentes

3.2.6.3 Funcionamiento en la automatización 3.2.7 Controlador lógico programable (PLC)

3.2.7.1 Concepto 3.2.7.2 Componentes 3.2.7.3 Tipos de PLC 3.2.7.4 Selección del PLC 3.3 Diagramas de conexiones

CAPÍTULO IV 4.1 Comunicación

4.1.1 Comunicación RS-232

4.1.2 Comunicación de dispositivos con PLC 4.2 Software

4.2.1 Software de comunicación RSlinx

4.2.1.1 Drivers RS-232 de comunicación entre el PLC y la PC 4.2.2 Software de programación RSlogix 500

4.2.2.1 Direccionamiento e instrucciones de slc-500 4.2.2.2 Configuración y creación de un nuevo archivo 4.2.2.3 Desarrollo del programa en escalera(ladder) 4.2.3 Software de monitoreo RSview32

4.2.3.1 Configuración y creación de una HMI(Interface Hombre Maquina) 4.2.3.2 Desarrollo de programa HMI

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CAPÍTULO VI 6.1 Resultados 6.2 Conclusiones

6.3 Recomendaciones a trabajos futuros

BIBLIOGRAFÍA

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84 ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Andenes Figura 1.2 Camellones

Figura 1.3 Canal tallado en piedra Figura 1.4 Bocatoma

Figura 1.5 Riego por surco o superficial Figura 1.6 Conducción por tubería Figura 1.7 Sifones de riego

Figura 1.8 Riego discontinuo Figura 1.9 Riego por aspersión

Figura 1.10 Riego por microaspersion Figura 1.11 Riego por goteo

Figura 2.1 Cisterna para los sistemas de riego Figura 2.2 Motores conectados en paralelo Figura 2.3 Motor para bombeo de agua Figura 2.4 Modulo de control del motor Figura 2.5 Interior del módulo de control

Figura 2.6 Válvulas de paso para el campo de beisbol

Figura 2.7 Tubo de .0762 m (3 in) acoplado con tubo de .01905 m (¾ in) Figura 2.8 Tubo EXTRUPAK

Figura 2.9 Aspersor levantado

Figura 2.10 Cisterna sin flotador y con partes oxidadas Figura 2.11 Motores con problemas de arranque Figura 2.12 Modulo de control con 2 arrancadores Figura 2.13 Llave de válvula rota

Figura 2.14 Válvulas con llave y sin llave de control Figura 2.15 Basura en el área de las válvulas

Figura 2.16 Tapas rotas y basura en el interior Figura 2.17 Válvulas que tienen fugas de agua Figura 2.18 Pavimento mojado por aspersor

Figura 2.19. Encharcamiento de agua en entrada a laboratorios

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Figura 3.1 Aspersor aéreo Figura 3.2 Aspersor emergente

Figura 3.3 Aspersor Hunter I-25 Ultra Figura 3.4 Accesorios del aspersor

Figura 3.5 Campo producido por una bobina Figura 3.6 Solenoide de acción directa Figura 3.7 Solenoide operado por piloto Figura 3.8 Electroválvula HUNTER ICV Figura 3.9 Bomba de agua

Figura 3.10 Motor trifásico ABB

Figura 3.11 Arrancador a tensión reducida, SQUARE D Figura 3.12 Electronivel ROTOPLAS

Figura 3.13 Hardware de la computadora

Figura 3.14 Sistemas Operativos Windows y Mac Figura 3.15 Convertidor USB a RS-232

Figura 3.16 Estructura de un Controlador lógico programable Figura 3.17 Diagrama a bloques de la Estructura del PLC Figura 3.18 Ejemplo de un PLC Compacto

Figura 3.19 Ejemplo de un PLC Modular Figura 3.20 PLC modular SLC 500 Figura 3.21 Procesadores SLC 500

Figura 3.22 Modulo de entradas/salidas de la serie 1747 Figura 3.23 Chasis tipo 1746

Figura 3.24 Diagrama de conexión de dispositivos de entrada (módulo 1746-IA4) Figura 3.25 Diagrama de conexión de sensores (entradas) al módulo 1746-IA4 Figura 3.26 Diagrama de conexión de dispositivos de salida (módulo 1746-OAB) Figura 3.27 Diagrama de conexión de las bobinas (salidas) al módulo 1746 OA8 Figura 3.28 Diagrama de conexión de dispositivos de salida (módulo 1746-OBP16) Figura 3.29 Diagrama de conexión de solenoides (salidas) al módulo 1746-OBP16

Figura 4.1 Puertos de comunicación RS-232 y Ethernet (procesador SLC5/05) Figura 4.2. Comunicación de PC con PLC a través de cable RS-232

Figura 4.3. Conexión de PLC con dispositivos de campo Figura 4.4. Software RSLinx Classic Waterway 2.2

Figura 4.5. Configuración del Driver de comunicación serial RS232 (1) Figura 4.6. Configuración del Driver de comunicación serial RS232 (2) Figura 4.7. Configuración del Driver de comunicación serial RS232 (3) Figura 4.8. Configuración del Driver de comunicación serial RS232 (4) Figura 4.9. Indicación de PLC en operación

Figura 4.10. Indicación de PLC fuera de operación

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Figura 4.11. Software RSLogix 500 6.30.00 (CPR 6) Figura 4.12. Creación de un nuevo archivo en RSLogix 500 Figura 4.13. Selección del tipo de PLC en RSLogix 500

Figura 4.14. Configuración de los módulos I/O en RSLogix 500 (1) Figura 4.15. Configuración de los módulos I/O en RSLogix 500 (2) Figura 4.18. Programa en escalera (1)

Figura 4.19. Programa en escalera (2) Figura 4.20. Programa en escalera (3).70 Figura 4.21. Software RSView32 6.2

Figura 4.22. Creación de un archivo nuevo en RSView32 (1) Figura 4.23. Creación de un archivo nuevo en RSView32 (2)

Figura 4.24. Configuración del canal de comunicación en RSView32 (1) Figura 4.25.Configuración del canal de comunicación en RSView32 (2) Figura 4.26.Configuración del nodo de comunicación en RSView32 (1) Figura 4.27. Configuración del nodo de comunicación en RSView32 (2) Figura 4.28. Creación de pantallas gráficas en RSView32 (1)

Figura 4.29.Creación de pantallas gráficas en RSView32 (2) Figura 4.30. Diseño HMI para el automatizar el riego Figura 4.31. Funcionamiento del sistema de riego (1) Figura 4.32. Funcionamiento del sistema de riego (2) Figura 4.33. Funcionamiento del sistema de riego (3) Figura 4.34. Funcionamiento del sistema de riego (4)

60 60 65 65 66 66 68 69 70 71 71 72 72 73 73 74 74 75 76 76 77 77 78

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Tablas de especificaciones de orificios o toberas Tabla 3.2. Tabla de Comparaciones de electroválvulas Tabla 3.3. Tabla de E/S a utilizar en el riego

Tabla 3.4. Simbología de dispositivos

Tabla 4.1. Direccionamiento Entradas/Salidas Tabla 4.2. Direccionamiento BITS

Tabla 4.3. Direccionamiento TIMER Tabla 4.4. Instrucciones de Entrada Tabla 4.5. Instrucciones de Salida Tabla 4.6. Instrucción TON Tabla 4.7. Instrucción RES

Tabla 4.8. Tabla de codificación, direcciones e instrucciones

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CAPÍTULO I

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1.1 OBJETIVO

Automatizar y controlar el sistema de riego para evitar el desperdicio de agua mediante el uso de un controlador lógico programable y dispositivos de control.

1.2 JUSTIFICACIÓN

Actualmente la automatización está jugando un papel muy importante en competitividad de las empresas, ya que está permitiendo agilizar procesos haciéndolos más eficientes mediantes sistemas automáticos.

El rubro en el cual ha entrado la automatización con mayor fuerza ha sido en la industria automotriz, metal-mecánica, manufacturera, pero en el sector agrícola no se ha hecho presente con la misma fuerza que las anteriores, ya que todavía en países como México los métodos de cultivo, en su mayoría, continúan siendo muy rudimentarios.

Existen sistemas de riego que no son controlados por ningún tipo de sistema automático, lo cual provoca un gran desperdicio de agua, ya que hay personal que abre el riego a la hora que sea, sin tener ningún control de éstos.

Los sistemas no tienen una hora de inicio ni mucho menos de término, el agua que sale, la mayoría de las veces, va en dirección que no es la adecuada, es decir, no se riega el pasto o las plantas, sino que mojan a las personas que pasan cerca de éstos.

Actualmente, muchos países tienen menos agua de la que necesitan. La humanidad obtiene la mayor cantidad de agua de los ríos, pero casi todos se encuentran inservibles a causa de la contaminación.

Hay que empezar por algo para obtener un mayor aprovechamiento a largo plazo del consumo de agua y, mediante éstos sistemas de riego automatizados se puede lograr esto.

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1.3 ANTECEDENTES

Los incas tuvieron una especial preocupación por encontrar formas para mejorar las condiciones del suelo para la agricultura. La variedad del clima y del territorio difícil, los llevaron a buscar soluciones diversas, y fueron muchas las formas que encontraron para hacer frente al problema. Entre las medidas más conocidas se encuentran la construcción de andenes, que durante el gobierno incaico se le dio una gran importancia. Aunque demandaban movilizar grandes cantidades de mano de obra, que el estado inca podía realizar con relativa facilidad.

1.3.1 LOS ANDENES

Los andenes son terrazas agrícolas artificiales que sirven para obtener tierra útil para la siembra en las escarpadas laderas andinas. Permitían aprovechar mejor el agua, tanto en lluvia como en regadío, haciéndola circular a través de los canales, como se ve en la figura 1.1, que comunicaban sus diversos niveles, con esta medida evitaban al mismo tiempo la erosión hidráulica del suelo.

Los andenes no sólo servían para el cultivo del maíz, sino para el cultivo de diferentes productos agrícolas, y aún para diferentes usos: para sembríos, para evitar la erosión, para el lavado de la sal mineral, etc. [1]

Figura 1.1. Andenes.

1.3.2 LOS CAMELLONES

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fuentes de abono y, especialmente, para disminuir el crudo frío nocturno en las alturas, evitando de este modo las heladas. [1]

a) b)

c)

Figura 1.2. Camellones. a) Efecto bueno del agua, b) Riego bueno durante la sequia corta, c) Aprovechando el abono natural de los canales.

Los conocimientos hidráulicos -canales y bocatomas-, permitieron la irrigación y el cultivo, especialmente del maíz. El litoral peruano se caracteriza por sus dilatados desiertos cortados por ríos que bajan por las serranías y cuyos caudales permiten el surgimiento de la agricultura.

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Una bocatoma, como la mostrada en la figura 1.4, también llamada captación, es una estructura hidráulica que está destinada a emanar desde unos cursos de agua, ya sean ríos, arroyos, o canales, así también como desde un lago o inclusive desde el mar, una cantidad considerable del agua que esta tiene disponible, para que la misma sea utilizada para una finalidad específica. [2]

Figura1.4. Bocatoma.

1.3.3 MÉTODOS SUPERFICIALES O DE GRAVEDAD TRADICIONALES

El agua se desplaza sobre la superficie del área a regar, cubriéndola total o parcialmente, conducida solamente por la diferencia de cota entre un punto y otro por la acción de la fuerza de la gravedad (de ahí el nombre de métodos gravitacionales).

No requieren inversiones en equipos de bombeo, tuberías, válvulas, etc., pero en cambio sí que precisan de un alto grado de sistematización previa de los cuadros a regar, esto es, nivelaciones y sistematización para poder conducir el agua adecuadamente.

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Figura 1.5. Riego por surco o superficial.

1.3.4 MÉTODOS SUPERFICIALES O DE GRAVEDAD TECNIFICADOS

Son métodos que buscan evitar alguna de las pérdidas que se producen en los métodos gravitacionales tradicionales con el objeto de mejorar el control y la homogeneidad en que el agua es aplicada.

1.3.4.1CONDUCCIÓN POR TUBERÍAS.

Reducen las pérdidas por conducción fuera de los límites de los cuadros de cultivo. En la figura 1.6 se puede ver la tubería que se introduce en la tierra y por medio de la cual se conducir el agua.

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1.3.4.2DOSIFICADORES A LOS SURCOS.

Son métodos que logran que el caudal que recibe cada surco sea el mismo, esto se logra mediante el uso de “sifones”, los cuales están mostrados en la imagen 1.7, para tomar de canales a cielo abierto o de orificios uniformes y regulables si los surcos son abastecidos desde mangas o tuberías.

Figura 1.7. Sifones de riego.

1.3.4.3RIEGO DISCONTINUO O CON DOS CAUDALES.

Buscan mejorar la uniformidad de infiltración a lo largo de los surcos. Mediante la interrupción del caudal o el uso de caudales variables ya que con caudal grande logran un mojado más rápido de la totalidad del surco y luego aportan un caudal mínimo que se infiltra casi en su totalidad, y esto se puede ver la figura 1.8. [3]

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1.3.5 MÉTODOS PRESURIZADOS

Requieren de una terminada presión para operar. El agua se obtiene por una diferencia de cota entre la fuente de agua y el sector a regar, o mediante un equipo de bombeo. El agua se

conduce al suelo mediante tuberías a presión. Existen diferentes tipos en función de los emisores que se utilicen.

Ventajas que presenta:

Se adaptan mejor a las aplicaciones frecuentes de escaso volumen a las que las plantas reaccionan mejor.

Son más eficientes en el uso del agua.

Manejo más económico al no requerir mucha mano de obra y al no humedecer todo el suelo.

No precisan sistematización del terreno.

1.3.5.1 RIEGO POR ASPERSIÓN

Simula de alguna manera el aporte de agua que realizan las lluvias. En la figura 1.9 se puede ver el riego por aspersión el cual consiste en distribuir el agua por tuberías a presión y aplicarla a través de aspersores en forma de lluvia. Si el equipo está bien diseñado respecto al tipo de suelo a regar se obtiene una lámina muy uniforme sin que se presente escurrimiento. Los diversos sistemas existentes van desde los equipos autopropulsados como los cañones regadores o los equipos de avance frontal, hasta equipos de diferentes dimensiones de alas móviles.

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1.3.5.2 RIEGO POR MICROASPERSIÓN

Similar al anterior pero a escala muy reducida. Se disponen de una gran cantidad de mangueras de riego que recorren las líneas del cultivo con emisores individuales o para un grupo de plantas “microaspersor” que con diferentes diseños moja una superficie relativamente pequeña, lo cual se muestra en la figura 1.10.

Figura 1.10. Riego por micro aspersión.

1.3.5.3 RIEGO POR GOTEO

El agua se conduce a presión por tuberías y luego por mangueras de riego que recorren las hileras del cultivo, tal y como es mostrado en la imagen 1.11. El emisor, externo o incorporado a la manguera de riego es un “gotero” de caudal y separación variable según el suelo y los cultivos aplica el agua en forma de gotas que se van infiltrando a medida que caen.

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CAPÍTULO II

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2.1 FUNCIONAMIENTO DE SISTEMAS DE RIEGO

Los sistemas de riego que existen actualmente son accionados manualmente por operarios, esto mediante el encendido de las bombas, las cuales hacen circular el agua por las tuberías y posteriormente a los aspersores que salen con la presión ejercida por el agua.

2.1.1 SUMINISTRO DE AGUA

El agua suministrada para regar las áreas verdes es agua tratada, la cual llega a diferentes cisternas en distintos lugares del plantel con la finalidad de que se cuente con agua suficiente para cada zona requerida. Por ejemplo, para regar los campos de beisbol y 2 campos de futbol, se cuenta con una cisterna. Para regar el estadio de americano y 3 campos de futbol, se cuenta con otra cisterna. Lo mismo sucede en el área de los edificios, se cuenta con una cisterna por cada 4 edificios. La figura 2.1 muestra la cisterna que sumista el agua para el riego del estadio de futbol americano.

Figura 2.1 Cisterna para los sistemas de riego.

2.1.2 FUNCIONAMIENTO DE MOTORES

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Figura 2.2 Motores conectados en paralelo.

La otra forma de impulsar el agua es mediante un solo motor de mayor capacidad que los conectados en paralelo, el cual se muestra en la figura 2.3.

Figura 2.3 Motor para bombeo de agua.

Para que los motores funcionen, el operador enciende el arrancador manualmente, el cual cuenta con su respectivo elemento térmico para proteger el sistema contra sobrecargas.

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Figura 2.4 Modulo de control del motor.

En el interior del modulo se encuentra el arrancador del motor como se muestra en la figura 2.5.

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2.1.3 VÁLVULAS DE PASO

Para controlar de agua que pasa por las tuberías a los aspersores se emplean válvulas, las cuales se abren manualmente por el operador.

La mayoría de las válvulas controlan de 21 a 32 aspersores, dependiendo la distribución de éstos. Por ejemplo, en los campos de beisbol hay 2 secciones de riego, cada sección cuenta con 32 aspersores y por lo tanto hay 2 válvulas de paso para el riego del campo. No pueden estar abiertas ambas válvulas, ya que la presión del agua disminuiría y no se regaría bien el campo.

La figura 2.6 muestra las fotos de las 2 válvulas que controlan, por secciones, el paso del agua hacia el campo de beisbol.

Figura 2.6 Válvulas de paso para el campo de beisbol.

2.1.4 TUBERÍAS

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Figura 2.7 Tubo de .0762 m (3 in) acoplado con tubo de .01905 m (¾ in).

La figura 2.8 muestra los tubos, de plástico de la marca EXTRUPAK, que son empleados en el plantel para el riego.

Figura 2.8 Tubo EXTRUPAK.

2.1.5 ASPERSORES

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Figura 2.9 Aspersor levantado.

2.1.6 HORARIOS DE RIEGO

Por la mañana, los sistemas de riego se abren a las 6 am, pero no todos se cierran a la misma hora. Todo lo controlan por áreas, y cada área la riegan por 1 hora aproximadamente. Entre las 10 y 11 am se cierran los sistemas.

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2.2 PROBLEMÁTICA

Existen diversos problemas en cada una de las áreas que componen a los sistemas de riego, como es el caso del mal empleo de los aspersores, los módulos de control viejos o también los motores en mal estado. Lo que se pretende es analizar los problemas existentes y así poder dar soluciones, ya sean reparaciones o cambios de equipos, según sea el caso.

2.2.1 CISTERNAS DAÑADAS

La mayoría de las tapas y las orillas de las cisternas se encuentran oxidadas y esto provoca desgaste a la larga y a su vez, esto hace que el agua que es suministrada tenga una apariencia negra. No hacen ningún tipo de mantenimiento en las mismas.

Además, por lo mismo de que las cisternas tienen años, algunas ya no cuentan con flotadores y tiene que estar un operador al pendiente del llenado de la cisterna, es decir, tiene que cerrar la llave manualmente cuando la cisterna este llena. En la figura 2.10 se muestra una de las cisternas en la cual se puede ver que las orillas están oxidadas, no tiene flotador y únicamente se tiene la llave para cerrar el paso del agua.

No solo tiene las orillas oxidadas, sino que además las escaleras también están en las mismas condiciones.

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2.2.2 MAL FUNCIONAMIENTO EN ESTACIÓN DE CONTROL DE MOTORES

La mayoría de los motores son viejos y, como consecuencia, se tienen problemas en el funcionamiento ya que hay veces que no arrancan y así los tienen hasta que el técnico se presenta para reparar el sistema, lo cual puede tardar días. Esto perjudica a los sistemas de riego, ya que de los motores depende que el agua tenga la presión suficiente para regar bien las áreas.

Hay una parte donde se cuenta con 2 motores y uno de ellos tiene fallas en su funcionamiento, estos son mostrados en la figura 2.11., además se pude ver que en verdad son viejos.

Figura 2.11 Motores con problemas de arranque.

El problema de arranque de los motores también se debe a los módulos de paro y arranque de los mismos. Hay algunos sistemas de control que no se encuentran en buenas condiciones, el cableado se ve desordenado y esto provoca cortos circuitos.

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Figura 2.12 Modulo de control con 2 arrancadores.

2.2.3 VÁLVULAS DE PASO DETERIORADAS

La mayoría de las válvulas cuentan con su llave rota o no cuenta con la misma para poder cerrarla o abrirla, y los operadores tienen que usar otras herramientas para poder controlar las válvulas. Lo mencionado anteriormente se puede ver claramente en la figura 2.13, en donde se muestra una llave rota.

Figura 2.13 Llave de válvula rota.

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Figura 2.14 Válvulas con llave y sin llave de control.

Otro problema que se tiene es que, las áreas donde se encuentran ubicadas las válvulas, cuentan con mucha basura en su interior. Además las llaves se ven muy oxidadas y esto se puede ver en la figura 2.15. Lo que evita que las llaves se oxiden o que les caiga basura, es poner tapas que cubran estas áreas, el problema es que algunas tapas están rotas o simplemente no las tienen y esto se ve en la figura 2.16.

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Figura 2.16. Tapas rotas y basura en el interior.

Las válvulas presentan fugas y por lo tanto provoca que se tire el agua. Lo que hacen los operadores es dejar que se llene el área donde están las válvulas y después sacan el agua con una cubeta. Las fugas se pueden ver en la figura 2.17, en donde las 2 válvulas de las orillas presentan fugas. Debajo de las tuberías hay poco agua tirada, pero poco a poco el área se llena de agua por las fugas de las válvulas.

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2.2.4 MAL USO DE ASPERSORES

En el plantel, la mayoría de los aspersores riegan a lugares que deben de ser, es decir, el giro que dan para regar no es el adecuado, ya que el agua no riega solo las áreas verdes, sino que además riega hacia lugares donde es pavimento y por lo tanto se desperdicia el agua. Lo mencionado anteriormente se pude ver claramente en las figuras 2.18 y 2.19, donde se muestran algunas áreas en las cuales el aspersor riega hacia otro lado donde hay concreto.

Figura 2.18. Pavimento mojado por aspersor.

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Figura 2.20 Encharcamiento por agua de aspersor.

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CAPÍTULO III

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3.1ACCIONES PREVIAS A LA AUTOMATIZACIÓN

Antes de implementar un sistema de riego automatizado, es recomendable corregir los daños existentes en el sistema actual, esto con la finalidad de que el funcionamiento del riego se lleve a cabo de manera eficiente. A continuación se enlistan algunas de las recomendaciones:

Limpiar las cisternas para evitar que se ensucie el agua que es suministrada.

En la parte de los arrancadores de los motores se deben cambiar los sistemas que estén viejos, con la finalidad de evitar fallas de arranque o paro de los motores, así mismo se pueden evitar accidentes provocados por cortos circuitos.

En caso de que los motores no tengan reparación, cambiarlos y poner todos con las mismas características, de esta manera se puede obtener la presión requerida de agua para los aspersores.

Revisar todas las partes donde existen conexiones de tuberías con válvulas y, en caso de que existan pequeñas fugas, corregirlas para no desperdiciar el agua y a su vez evitar que el equipo se dañe.

Limpiar las áreas donde se encuentran las válvulas, es decir, quitar toda la basura que se encuentra a su alrededor, así como colocar o cambiar las tapas que las cubren.

Los aspersores deben de ser calibrados para que solo rieguen las áreas verdes y no el concreto. Además no debe de haber obstrucciones que impidan que los aspersores rieguen el pasto o los árboles y en caso de ser así, se deben reubicar en áreas donde se pueda aprovechar el agua.

3.2AUTOMATIZACIÓN DEL RIEGO

Una vez que se han realizado las acciones previas que se mencionaron con anterioridad, lo que se pretende hacer es la automatización del riego utilizando elementos que se tienen actualmente en el sistema como lo son el mismo tipo de tubería, utilizar los mismos aspersores, así como dejar las cisternas y adicionar dispositivos de control que van a permitir visualizar el funcionamiento a través de un computador.

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Con el sistema de riego automatizado se podrá lograr lo siguiente:

Regar en el tramo de horas que se desee.

Activar o apagar el riego manual desde una computadora.

Apagar el sistema para que no riegue si ha llovido.

Configurar el sistema para que riegue media hora más si el día anterior ha sido excepcionalmente caluroso.

Los elementos que se van a utilizar en la automatización del riego son los siguientes:

Aspersores.

Electroválvulas.

Bomba de agua.

Sensor de nivel de agua

Computadora Personal (PC).

Controlador Lógico Programable (PLC).

3.2.1 ASPERSORES

3.2.1.1 CONCEPTO

Los aspersores son emisores de agua, que funcionando hidráulicamente lanzando el agua pulverizada a la atmósfera a través de un brazo con una o dos salidas (boquillas) en su extremo, a una distancia determinada. Distribuyen el agua sobre el terreno con un chorro de agua que gira entre dos extremos regulables o girando 360 grados.

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3.2.1.2 CLASIFICACIÓN

Los aspersores se clasifican en 2 tipos, los cuales son:

Aéreo: Cuando va colocado sobre la tubería que le sirve de soporte a la altura del suelo que precise y éste se puede ver en la figura 3.1.

Figura 3.1. Aspersor aéreo.

Emergente: Esta enterrado y, por medio de la presión ejercida por el agua, se eleva cuando riega. Un ejemplo se muestra en la figura 3.2.

Figura 3.2. Aspersor emergente.

3.2.1.3 ASPERSORES A UTILIZAR

Los aspersores empleados para el riego del plantel son de tipo emergentes y solo en algunos lugares se utilizar aéreos. Son de la marca Hunter, modelo I-25 Ultra y su diseño es el mostrado en la figura 3.3. [11]

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Figura 3.3. Aspersor Hunter I-25 Ultra.

Para regular el alcance del agua, se emplea una pequeña llave que hace que salga menor o mayor cantidad de agua del aspersor. Esta llave a su vez sirve para posicionar los aspersores y determinar su giro, esto se regula dependiendo del área que se quiere regar. En la figura 3.4 se muestran los accesorios con los que cuenta el aspersor, tanto las diferentes toberas (orificios) de colores, como la llave que controla la cantidad de agua que sale y el giro del aspersor. [11]

Figura 3.4. Accesorios del aspersor.

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Tabla 3.1. Tablas de especificaciones de orificios o toberas.

3.2.2 VÁLVULAS SOLENOIDE O ELECTROVÁLVULAS

3.2.2.1PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Una válvula solenoide se compone de dos partes interdependientes: la válvula y la bobina solenoide. [13]

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Figura 3.5. Campo producido por una bobina.

3.2.2.2TIPOS DE VÁLVULAS SOLENOIDE

Existen muchos tipos de válvulas de solenoide. Todas ellas trabajan con el principio físico antes descrito, sin embargo se pueden agrupar de acuerdo a su aplicación, construcción o forma:

Por su aplicación: o De acción directa. o Operadas por piloto. Por su construcción:

o Normalmente cerradas. o Normalmente abiertas. o De acción múltiple. Por su forma:

o 2 vías. o 3 vías.

Válvulas solenoide de Acción Directa: En el tipo de válvulas de acción directa, el émbolo está mecánicamente conectado a la aguja. Cuando la bobina se energiza, el émbolo es atraído hacia el centro de la bobina levantando así la aguja del orificio y la válvula abre, tal como se ve en la figura 3.6.

(39)

Figura 3.6. Solenoide de acción directa.

Válvulas Solenoide Operadas por Piloto: Las válvulas solenoide en medidas grandes normalmente son operadas mediante piloto. En la figura 3.7 se muestra este tipo de válvula, en donde el émbolo del solenoide no abre el puerto principal en forma directa, sino que simplemente abre el orificio piloto. La presión atrapada sobre la leva, que normalmente es un pistón o un diafragma, se libera a través del orificio piloto, creando desbalance en la presión general de la leva. La presión inferior ahora es mayor que la presión superior y la leva se mueve hacia arriba abriendo el puerto principal.

Para cerrar, el pistón baja y cierra el orificio piloto, haciendo que la presión sobre y debajo de la leva se iguale, bajando y haciendo que cierre el puerto principal. El diferencial de presión a través de la válvula, actuando sobre la superficie del puerto principal, mantiene la leva en una posición firmemente cerrada.

(40)

3.2.2.3 ELECTROVÁLVULAS A UTILIZAR

Para el riego se utilizan válvulas eléctricas del tipo normalmente cerradas, de tal forma que cuando el programador da las órdenes de riego, la válvula automática se pone en funcionamiento, abriéndose y dejando pasar el caudal para alimentar los aparatos de riego que componen un sector. Una vez acabado el tiempo de riego, la válvula deja de funcionar y se cierra, dejando de funcionar el sector y comenzando inmediatamente otro.

Las electroválvulas que se utilizaran en el riego serán de la marca HUNTER, al igual que los aspersores, ya que proporcionan un buen funcionamiento y cuentan con una amplia gama de electroválvulas que se ajustan a las necesidades.

A continuación, en la figura 3.8 se muestra una imagen de la electroválvula HUNTER ICV, la cual se tiene un diámetro para de tubería de .0762 m (3 in), y por lo tanto puede ser instalada sin necesidad de hacer algún tipo de ajuste a la tubería existente actualmente.

Figura 3.8. Electroválvula HUNTER ICV.

Las electroválvulas HUNTER presentan una serie de ventajas, las cuales fueron consideradas para su selección y las cuales describen a continuación.

Construcción resistente:

Para moldear el cuerpo y la tapa superior se ha utilizado una cantidad importante de material de nailon reforzado con fibra de vidrio que ofrece unas excelentes condiciones de resistencia y durabilidad. El diagrama se fabrica con un caucho reforzado, muy resistente a la degradación y abrasión del cloro. Además, el solenoide utilizado en la válvula ICV es muy eficaz en cuanto a funcionamiento y consumo de energía.

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recicladas, de lagos o pozos. Su colocación directamente sobre el fondo del diafragma hace que el filtro ICV se limpie constantemente con el flujo de agua, reduciendo al mínimo las partículas.

Inserciones de bronce:

La rosca de los tornillos en el cuerpo de la válvula ICV son de bronce aumentando la resistencia y mejorando las condiciones de servicio de las electroválvulas ICV. Además, se evita que la suciedad se acumule en el fondo del orificio del tornillo, circunstancia que hace imposible ajustar la tapa y permite que la suciedad se filtre a través de los orificios de bronce de los tornillos.

Solenoide de gran resistencia:

Este solenoide es especialmente eficaz en instalaciones con cables de gran longitud (problemas de caídas de tensión) y sistemas sometidos a altas presiones porque la presión del agua ayuda a abrir el solenoide, no lo obstaculiza.

Cuando se produce una sobrecarga de presión con la válvula cerrada, el émbolo del solenoide se abre ligeramente para permitir que la presión descienda y se disipe en los tubos de la zona, reduciendo de este modo la posibilidad de que se produzcan daños. Entonces, el émbolo del solenoide se cierra inmediatamente, evitando cualquier funcionamiento del sistema no programado.

Se cierra lentamente:

La válvula ICV ha sido diseñada de modo que comienza a cerrarse inmediatamente una vez que el programador envía la señal para ello, y se cierra a una velocidad que ayuda a evitar los posibles daños al sistema.

Purga manual interna:

El rápido y fácil giro de 1/4 del solenoide de la ICV permite que el agua fluya a través de la válvula y salga por los aspersores. Esta operación manual imita el funcionamiento eléctrico de la válvula. La purga interna significa que la caja de la válvula permanecerá seca.

5 años de garantía:

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Comparación de electroválvulas

Existen otras marcas que proporcionan electroválvulas, como lo son RAIN BIRD e IRRITOL CENTURY, pero existen diferencias en cuanto a las características de sus productos. En la tabla 3.2 se muestra una comparación de la marca HUNTER con las otras marcas de electroválvulas mocionadas anteriormente. De esta manera se analizan los beneficios que brinda la electroválvula seleccionada a diferencia con las otras. [14]

Tabla 3.2. Tabla de Comparaciones de electroválvulas.

Características Hunter

ICV

Rain Bird PEB

Irritrol Century Plus Presión de régimen 14 bares/200PSI

Regulador de presión de dial sin tubos adicionales

Fijación del regulador de presión Parte superior

Parte superior

Parte superior Filtro de diafragma de autolimpieza asistido

mecánicamente y continuo

Opción de filtro de campo de fácil instalación

Purga manual interna

Descarga de aire de la tapa superior

Diafragma cautivo

Asiento de cuerpo en ángulo con tolerancia a la suciedad

Tornillos de la tapa cautivos Esparrago Esparrago

Tornillo de la tapa de acero inoxidable para tres herramientas (desatornillador estándar, llave para tuercas)

Rosca interior de bronce para roscar los tornillos de la tapa

Esparrago Esparrago

Regulador de caudal con manilla no elevable

Solenoide de funcionamiento con baja energía (corriente de arranque minima)

8.9 VA 9.9 VA 11.5 VA

Menos de 1 ½ vuelta para desenroscar el solenoide

Solenoide intercambiable con todas las válvulas plásticas en catalogo

Agujeros de ventilación en el soporte del diafragma

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Especificaciones

Los datos que presentan las electroválvulas ICV se enlistan a continuación:

Electroválvula en línea/en ángulo plástico de 3 pulgadas (80 mm)

Regulador de presión Accu-SetTM

Caudal: 4.5 a 88 m3/h; 75 a 1135 l/min (0.1 a 300 GPM)

Presión: 1.4 a 15 bares; 138 a 1500 kPa

Temperatura: hasta 66ºC

Solenoide de larga duración: 24VDC

3.2.3 BOMBA DE AGUA

3.2.3.1 FUNCIONAMIENTO

La bomba de agua es un sistema hidráulico creado y diseñado para impulsar agua o algún otro fluido de un lugar a otro, a través de tuberías, mangueras o cañerías con determinada presión y caudal. Se dispondrá de un grupo de sobreelevación que impulse el agua o aumente su presión para que pueda llegar a todos los servicios. Estas máquinas mueven el líquido como consecuencia de un intercambio de energía por rozamiento. [15]

Las más usadas habitualmente para el suministro de agua limpia a temperatura normal son las bombas centrífugas con motor eléctrico, como la mostrada en la figura 3.9.

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3.2.3.2 MOTORES INSTALADOS PARA EL BOMBEO

Actualmente se encuentran instalados motores de la marca ABB, los cuales son de 25 HP, 75 HP y 40 HP, de 3 fases, 440/220 VCA, y se puede ver una imagen en la figura 3.10. Con las características mencionadas anteriormente, se logra que el agua de riego tenga su máximo alcance con los aspersores.

Figura 3.10. Motor trifásico ABB.

3.2.4 ARRANCADORES

3.2.4.1 FUNCIONAMIENTO

Los Controladores o Arrancadores son equipos que están constituidos por contactores, elementos térmicos, bobina de control, contacto de sello o enclavamiento, contactos normalmente abiertos (CNA), contactos normalmente cerrados (CNC) y pueden ser de tipo magnético, de tipo manual, por su arranque son a tensión plena y a tensión reducida.

Permiten el funcionamiento hasta la detención del sistema a operar y también imprimen una acción de freno cuando se debe detener la máquina rápidamente. La parada rápida es una función vital del controlador para casos de emergencia o para ciertos sistemas de producción. Los controladores ayudan en la acción de paro retardando el movimiento centrífugo de las máquinas y en las operaciones de ciertos procesos específicos, como es un elevador, una grúa, una puerta automática, una embotelladora, entre otros. [16]

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Los arrancadores de autotransformador proporcionan tensión reducida a las terminales del motor durante el arranque a través del uso de un autotransformador con derivaciones de tres fases. El arranque de tensión reducida proporciona un medio efectivo de reducir tanto la corriente como el par de arranque, es decir, puede evitar problemas en el sistema eléctrico y mecánico o en el material que está siendo procesado. [16]

Figura 3.11. Arrancador a tensión reducida, SQUARE D.

Lo que es importante saber de los arrancadores es el voltaje al cual opera la bobina, para poder realizar la conexión a la salida del PLC.

Según las especificaciones del catálogo de SQUARE D, para motores trifásicos de 75 H.P., el voltaje de la bobina es de 220 VCA.

3.2.5 SENSOR NIVEL DE AGUA

3.2.5.1FUNCIONAMIENTO

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3.2.5.2CLASIFICACIÓN

Los medidores se pueden clasificar, a grandes rasgos, en tres tipos:

Sensores todo-nada: Para líquidos conductores es frecuente emplear flotadores con un contacto entre dos electrodos sumergidos. Para líquidos no conductores suelen emplearse métodos fotoeléctricos o detectores de proximidad capacitivos.

Sensores por presión: La diferencia de presiones entre el fondo y la superficie es directamente proporcional al nivel y al peso específico del líquido.

Sensores ultrasónicos: Se basan en la medición del tiempo total de ida y vuelta de un impulso de presión (ultrasonido) que es reflejado por la superficie del material y recogido por un receptor colocado al lado del emisor. Este tiempo es proporcional a la distancia y a la densidad del medio. [17]

3.2.5.3SELECCIÓN DEL SENSOR DE NIVEL

(47)

3.2.6 COMPUTADOR PERSONAL (PC)

3.2.6.1 CONCEPTO

La computadora es una máquina basada en la tecnología microelectrónica que, a través de sus diversos componentes tanto físicos como lógicos (básicamente procesador, memoria y dispositivos de entrada/salida), permite el procesamiento de datos para obtener información.

3.2.6.2COMPONENTES

Hay que tener en cuenta dos partes fundamentales que la conforman: el hardware y el software. El hardware hace referencia a todos los elementos físicos que la componen (unidad de proceso central (CPU), mouse, monitor, teclado, etc.). Asimismo, dentro del hardware podemos diferenciar entre componentes internos y periféricos externos de entrada/salida. En cuanto a los componentes internos, básicamente se encuentra la placa madre (dispositivo madre que interconecta todos los elementos que integran la computadora entre sí), el procesador o CPU (el “cerebro” de la PC) y los dispositivos de almacenamiento, como la memoria RAM (Memoria de Acceso Aleatorio), donde el procesador recibe las instrucciones y que guarda la información que se utiliza en el momento y el disco duro, que es el que posee la capacidad de almacenamiento masiva en donde se guardan los programas, archivos, etc.

En cuanto a los periféricos, los hay de entrada y salida. Los de entrada son el mouse, teclado, webcam, scanner, entre otros. Y los de salida, la impresora, el monitor, los parlantes, etc. El hardware de la computadora se muestra en la figura 3.13.

(48)

Finalmente, también se habla del software, en donde se encuentra por un lado el sistema operativo, que es el que permite administrar las funciones de la computadora y que se ejecuten los programas (por ejemplo, los sistemas operativos Windows y MAC, los cuales se muestran en la figura 3.14. [19]

Por otra parte también el software contiene las aplicaciones del usuario, que son aquellos programas que instala el usuario y que son ejecutados por el sistema operativo en general, como por ejemplo los antivirus o los editores de texto.

Figura 3.14. Sistemas Operativos Windows y Mac.

3.2.6.3FUNCIONAMIENTO EN LA AUTOMATIZACIÓN

En el caso de la automatización del riego, por medio de un software, la computadora va a servir de herramienta para llevar a cabo la programación, en éste caso será en lenguaje de escalera, para que se puedan ejecutar las órdenes que requiera el operador.

Además de la programación, permite la monitorización y control de un sitio completo o una parte de un sitio que nos interesa controlar (el control, en éste caso, puede ser sobre las electroválvulas, las bombas, etc.). Lo mencionado anteriormente se lleva a cabo mediante el sistema SCADA (Control Supervisor y Adquisición de Datos).

Las características que debe tener la computadora se enlistan a continuación:

Memoria RAM: no menor de 1 GB, para que el sistema no sea tan lento al procesar la información.

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Puerto serial: RS-232 para conectar con el PLC. En caso de no contar con el puerto serial que se indica, se tendrá que adquirir un convertidor de usb a RS-232, como el mostrado en la figura 3.15.

Figura 3.15. Convertidor USB a RS-232.

3.2.7 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)

3.2.7.1 CONCEPTO

El término PLC significa en inglés, Controlador Lógico Programable. Es un dispositivo que permite Controlar una planta por medio de la Lógica definida en el programa de usuario, y es Programable tantas veces como sea necesario. [20]

3.2.7.2 COMPONENTES

En la figura 3.16 se muestran la estructura básica de los elementos que conforman al PLC y el cual está constituido por:

Fuente de alimentación.

El PLC tiene una entrada análoga de 220VAC o 110VAC y adicionalmente tiene salidas de 24VAC o DC para alimentar sensores.

La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía ala CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC.

Unidad De Procesamiento Central (C.P.U.)

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Módulos o Interfaces de Entrada y Salida (E/S)

En el módulo de entradas se unen eléctricamente los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores, etc.)

La información recibida en él, es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo a la programación realizada.

El módulo de salidas del autómata es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores, etc.)

La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía al módulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas están conectados.

Módulos de Memorias

Son dispositivos destinados a guardar información de manera provisional o permanente.

Unidad de Programación

Los terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la máquina; estos aparatos están constituidos por teclados y dispositivos de visualización. [20]

Figura 3.16. Estructura de un Controlador lógico programable.

(51)

3.17. Diagrama a bloques de la Estructura del PLC.

3.2.7.3 TIPOS DE PLC

Existen diversos tipos en función de la cantidad y tipo de las entradas y salidas que aceptan, las funciones capaces de realizar, la capacidad de memoria y otros parámetros, pero básicamente podemos distinguir dos tipos fundamentales que son:

1) Los Compactos, en donde la fuente de poder, la CPU y las entradas y salidas están todos integrados en una sola caja, como el que se muestra en la figura 3.18.

2) Los Modulares que se componen de una placa de montaje a la que se le instalan fuentes de poder, CPUs, módulos de entrada y salida y módulos especiales, como el que se muestra en la figura 3.19. [21]

(52)

Figura 3.19. Ejemplo de un PLC Modular.

3.2.7.4 SELECCIÓN DEL PLC

Justificación

Antes de elegir el PLC, es importe considerar que otra manera de automatizar es mediante microcontroladores, pero cuando se trabaja con proyectos que son pensados para futuras expansiones, se debe pensar en dispositivos modulares.

Los PLC se usan en la industria, pues tienen más posibilidades de cambio y temporizadores que pueden trabajar hasta años sin necesidad de una nueva programación y de forma autónoma, además de controlar sistemas de potencia usando directamente contactores y pulsadores. La diferencia entre ambos es notable; los microcontroladores, solo poseen una grabación, luego del cual deben ser retirados y vueltos a programar en caso de que se requiera un ajuste con el tiempo, se debe tener un gran conocimiento en cuanto la electrónica, en cambio los PLC, se programan aun estén estos conectados, son más fácil de programar según las necesidades del usuario. Los PLC poseen salida en potencia, algo que los microntroladores tienen en un circuito aparte.

Una vez indicada la diferencia entre el microntrolador y el PLC, se concluye que para la automatización del riego es más conveniente utilizar un PLC modular ya que el proyecto se puede expandir, es decir, se pueden agregar más elementos de entrada/salida en caso de que se quieran monitorear más áreas o se piense controlar más variables. Además se puede modificar fácilmente la programación, dependiendo de los requerimientos del operador.

El PLC modular a utilizar es ALLEN BRADLEY (de ROCKWELL AUTOMATION) ya que la escuela cuenta con ellos y el proyecto a realizar es para la misma. Además se tiene un convenio con la marca, que consiste en realizar un descuento en la adquisición del equipo y esto ayuda a la reducción de costos.

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PLC modular SLC 500

Ofrecen flexibilidad en las entradas/salidas (E/S) digitales en diferentes configuraciones para soportar entradas de 24 VDC o 120/240 VAC y salidas tipo relay, triac o transistor. En la figura3.20 muestra el PLC modular SLC 500 a utilizar.

Figura 3.20. PLC modular SLC 500.

Procesador SLC 500

Estos PLC modulares se diferencian en los procesadores por su capacidad de procesamiento dentro de los cuales se tienen:

Procesador SLC 5/01

Control de hasta 3940 puntos de entrada y salida, dos opciones de tamaño de memoria de instrucciones de 1 K o 4 K. Canal de comunicaciones DH-485 (comunicación de respuesta entre dispositivos similares solamente).

Procesador SLC 5/02

Proporciona instrucciones adicionales, diagnósticos aumentados, rendimiento efectivo más rápido, opciones adicionales de comunicación entre dispositivos similares, tamaño de memoria de programación de instrucciones de 4 K, control de hasta 4096 puntos de entrada y salida. Canal de comunicaciones DH-485.

Procesador SLC 5/03

(54)

Procesador SLC 5/04

La comunicación a través de DH+ es de 3 a 12 veces más rápida que con DH-485, lo cual aumenta el rendimiento. Además, el procesador SLC 5/04 funciona aproximadamente un 15% más rápido que el procesador. Cuenta con el puerto RS-23, tamaños de memoria de programación de 16 K, 32 K o 64 K., control de hasta 4096 puntos de entrada y salida.

Procesador SLC 5/05

Proporciona la misma funcionalidad de control que el procesador SLC 5/04 utilizando comunicaciones estándar de Ethernet en lugar de DH+. La comunicación de Ethernet se produce a 10 Mbps, lo cual proporciona una red de alto rendimiento para carga y descarga de programas, edición en línea, mensajes entre dispositivos similares, adquisición de datos e interface de operador. Cuenta con puerto RS-232, tamaños de memoria de programación de 16 K, 32 K o 64 K, control de hasta 4096 puntos de entrada y salida. [22]

Los procesadores mencionados anteriormente se muestran en la figura 3.21. Se comienza por la izquierda por el SLC 5/01 y se termina a la derecha por el SLC 5/05.

Figura 3.21. Procesadores SLC 500.

En el proyecto se pueden utilizar los últimos tres procesadores mencionados anteriormente, ya que cualquiera es conveniente por que cuentan con el puerto RS-232 y este será el utilizado para la comunicación con la PC. Se utilizará el SLC 5/03 el cual tiene memoria desde 8 K y se puede tener buen procesamiento en base al número de entradas y salidas requeridas.

Módulos de entradas/salidas (E/S) de la serie 1746

(55)

Figura 3.22. Módulo de entradas/salidas de la serie 1747.

Por el hecho de que existe una amplia variedad de módulos, no se hablara de todos, únicamente se enfocara en los que se requieren para la automatización del riego. En base a la tabla de E/S de los dispositivos que se necesitan, se verán los módulos que pueden ser utilizados.

Tabla 3.3. Tabla de E/S a utilizar en el riego.

Tipo

entrada/salida Dispositivo Cantidad

Voltaje de operación

Entrada digital Sensor de nivel

(electronivel) 2 117 VAC

Bobina de arrancador del

motor 2 220 VAC

Salida digital

Válvula solenoide o

electroválvula 11 24 VDC

Como se puede ver en la tabla anterior, únicamente se requieren entradas y salidas digitales. A continuación se estudian los módulos que cumplen con estas características.

Entradas digitales

(56)

En base a los voltajes de operación de las entradas, solo se hablará de los módulos de 120 VAC.

Módulos de entradas digitales de corriente alterna (120 VAC)

Son módulos de entrada configurada eléctricamente con corriente alterna (120 VAC). Estos módulos son de 4 (1747-IA4), 8 (1746-IA8) y 16 (1746-IA16) puntos.

Se puede utilizar el módulo 1747-IA4 por el hecho de que solo se requieren 2 entradas digitales y se éstos brindan 4 puntos de para conexión, aunque se también se podrían utilizar los otros módulos.

Salidas digitales

Tipo ON/OFF, 0/1, abierto/cerrado. Las salidas son de tipo triac, transistor, relevador (DC, AC).

Por el hecho de que los módulos de salidas tipo triac y tipo transistor tienen protecciones contra sobrecargas eléctricas se trabajará con éstos, además de que cada uno está enfocado a un tipo de corriente (AC o DC).

Módulos de salidas digitales tipo triac (120/240 VAC)

Las salidas tipo triac son usados en circuitos de corriente alterna (AC), y a diferencia de los tipo relevador, los triac se utilizan en circuitos que necesiten maniobras de conmutación muy rápidas.Los módulos son de 8 (1746-OA8) y 16(1746-OA16) puntos.

Con este tipo de módulos se pueden conectar las salidas de las bobinas (220 VAC), y por el número de salidas requeridas se va a utilizar el modulo 1746-OW8, el cual permite conectar 8 salidas y va a permitir conectar las 2 bobinas de los arrancadores.

Módulos de salida tipo transistor (24 VDC)

Las salidas de tipo transistor son de uso exclusivo para circuitos de corriente continua (DC) y, al igual que los triac, es utilizado en circuitos que necesiten maniobras de conexión/desconexión muy rápidas.

El tipo de modulo que brinda una protección contra sobrecargas es el 1746-OBP16 y cuenta con 16 puntos conexión y es el motivo por el cual se eligió, ya que se requieren 11 salidas que pertenecen a los solenoides de las válvulas.

Chasis tipo 1746

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El tamaño y montaje uniformes proporcionan la configuración universal.

Puede dejar ranuras vacías para la expansión futura.

Brazos de cableado extraíble.

Los módulos SLC-500 requieren de chasis 1746 mostrado en la figura 3.23. Se puede elegir entre cuatro tamaños de chasis: de 4 ranuras, 7 ranuras, 10 ranuras y 13 ranuras. [22]

En base al que solo se requieren 2 módulos, uno de entradas y otro de salidas, además del procesador, se utiliza un chasis de de 4 ranuras y esto es importante saberlo para tenerlo en cuenta en la parte de programación ya que es un dato que se requiere.

Figura 3.23. Chasis tipo 1746

3.3 DIAGRAMAS DE CONEXIONES

Los diagramas de conexiones van a permitir visualizar la manera en que son asignadas las entradas y las saldas a los diferentes dispositivos a utilizar.

(58)

Tabla 3.4. Simbología de dispositivos. Símbolo Nombre del dispositivo

Interruptor (elemento de entrada)

Solenoide (lento de salida)

Bobina de relevador (elemento de salida)

En base al módulo de entradas que fue seleccionado (1746-IA4), ROCWELL AUTOMATION proporciona, por medio de diagramas eléctricos, la forma en que se conectan los dispositivos y esto se puede ver en la figura 3.24.

Figura 3.24. Diagrama de conexión de dispositivos de entrada (módulo 1746-IA4).

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Figura 3.25. Diagrama de conexión de sensores (entradas) al módulo 1746-IA4.

De igual forma que se llevan a cabo los diagramas de conexión para los módulos de salidas, primero se muestra en la figura 3.26 la forma en que pueden ser conectados los dispositivos, según la compañía, al módulo 1746 OA8 salida tipo triac.

Figura 3.26. Diagrama de conexión de dispositivos de salida (módulo 1746-OAB).

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Figura 3.27. Diagrama de conexión de las bobinas de relevador (salidas) al módulo 1746-OA8.

El otro modulo a utilizar es el 1746-OBP16 de salida tipo transistor y la forma en se conectan los elementos, según el fabricante, se muestra en la figura 3.28.

(61)

De igual manera que en los casos anteriores, el diagrama anterior sirve de base para llevar a cabo el diagrama de conexión para los solenoides que en el diagrama de la figura 3.29 se etiquetaron como válvula 1 hasta válvula 11, que son las requeridas.

(62)

CAPÍTULO IV

(63)

4.1 COMUNICACIÓN

Se habla de dos niveles básicos, el primero es el nivel de control, que proporciona programación y comunicaciones entre dispositivos similares, y cubre el proceso de operación en la planta, es decir, el funcionamiento de los diferentes elementos que intervienen en el proceso. Se tiene un monitoreo por medio de una computadora. El segundo es el nivel de dispositivos, que permite obtener valiosos diagnósticos a través de diversos detectores, accionadores y otros dispositivos conectados al sistema de control.

4.1.1 COMUNICACIÓN RS-232

El canal RS-232 permite conectar directamente el controlador al dispositivo de programación (computadora).

Generalmente hablando, la comunicación RS232 es usada para programar los siguientes procesadores: Micrologix 1000, SLC 5/03, SLC 5/04, y SLC 5/05. Los procesadores SLC tienen dos canales, el canal RS232 es el de abajo, un adaptador de 9 pines y es referenciado como el canal 0 como se ve en el esquema de la figura 4.1.[22]

Figura 4.1. Puertos de comunicación RS-232 y Ethernet (procesador SLC5/05).

(64)

Figura 4.2. Comunicación de PC con PLC a través de cable RS-232.

4.1.2 COMUNICACIÓN DE DISPOSITVOS CON PLC

Para comunicar el PLC con los dispositivos de campo, se lleva cabo la conexión con cable 12 THW ya que las distancias no son tan largas y se puede obtener buena comunicación. En la figura 4.3 se muestra un esquema de los diferentes elementos conectados al PLC con el cable antes mencionado.

Cabe mencionar que para distancias muy largas existen módulos de comunicación inalámbricos que permiten ahorrar el cableado y tener una buena comunicación.

Figura 4.3. Conexión de PLC con dispositivos de campo.

4.2 SOFTWARE

(65)

4.2.1 SOFTAWARE DE COMUNICACIÓN RSLinx

RSLinx es un servidor completo de comunicaciones que provee conectividad entre dispositivos de planta y una gran variedad de aplicaciones de software Rockwell tales como RSLogix 500 y RSView32, entre otros. RSLinx puede soportar múltiples aplicaciones de software simultáneamente, comunicándose con una gran variedad de dispositivos en diferentes redes.

RSLinx Classic está disponible en siete versiones, cada una con diferentes requerimientos y funcionalidades. La versión que se encuentra instalada, aparece en la barra de titulo en la parte superior de la ventana de inicio. Se debe tener en cuenta que si no se instala correctamente los archivos de activación, automáticamente aparece la versión más básica “RSLinx Classic Lite”.[22]

La versión con la que se cuenta es RSLinx Classic Waterway 2.2 mostrado en la figura 4.4.

Figura 4.4. Software RSLinx Classic Waterway 2.2.

4.2.1.1 DRIVER RS-232 DE COMUNICACIÓN ENTRE EL PLC Y LA PC

Para configurar correctamente el driver de comunicación, se deben seguir las siguientes instrucciones:

1. Encender el PLC y conectar el cable serial del PLC al computador.

(66)

Figura 4.5. Configuración del Driver de comunicación serial RS232 (1).

3. En la pantalla que aparece, seleccionar el driver de comunicación “RS-232 DF1 devices” y hacer clic en Add New como se indica en la figura 4.6.

Figura 4.6. Configuración del Driver de comunicación serial RS232 (2).

4. Escribir un nuevo nombre para el Driver o dejar el que viene por defecto y presionar OK, como se ve en la figura 4.7.

(67)

5. Seleccionar el puerto de serial al que se encuentra conectado el PLC, seleccionar el dispositivo SLC-CHO/Micro/PanelView, presionar Auto- Configure, una vez que salga el mensaje de configuración exitosa presionar OK, mostrado en la figura 4.8.

Figura 4.8.Configuración del Driver de comunicación serial RS232 (4).

Una vez que se llevó a cabo la configuración de la comunicación, en la pantalla se puede ver si el PLC está listo para usarse tal y como se ve en la figura 4.9. En caso de que sea desconectado, se mostrará con un tache rojo indicando que no está operando como se muestra en la figura 4.10.

(68)

Figura 4.10. Indicación de PLC fuera de operación.

4.2.2 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN RSLogix 500

El software RSLogix 500 es un paquete que corre en Windows de 32 bits Windows 95®, Windows 98, Windows NT™ de Microsoft, que permite la programación de lógica Ladder para los procesadores SLC 500 y MicroLogix. RSLogix 500 es compatible con todos los programas de SLC 500 y MicroLogix creados con cualquier otro paquete de programación de Rockwell Software’s.[22]

Se cuenta con la versión RSLogix 500 6.30.00 (CPR 6)mostrada en la figura 4.11.

Figura 4.11. Software RSLogix 500 6.30.00 (CPR 6).

(69)

Un poderoso verificador de proyecto, que permite crear una lista de los errores que se presenten en la programación para la posterior verificación y corrección de los mismos. Edición drag-and-drop para mover rápidamente elementos.

Asistente (Wizard) de direcciones que facilita el ingreso de direcciones y reduce los errores involuntarios.

Interfase llamada “project tree” que permite acceder a todas la carpetas yarchivos contenidos en el proyecto.

4.2.2.1 DIRECCIONAMIENTO E INSTRUCCIONES DE SLC-500

Para llevar cabo el desarrollo del programa, es importante tener conocimiento de las instrucciones que se manejan y como se direccionan los diferentes elementos. En este caso no se hablara de todas las instrucciones que existen en el software, únicamente se hablara de las que son necesarias para la programación del riego.

Direccionamiento de los Archivos de Salida y Entrada (O0: y I1:)

Los archivos de datos 0 y 1 representan salidas y entradas externas respectivamente, lo cual se describe en la tabla 4.1.[22]

Tabla 4.1. Direccionamiento Entradas/Salidas.

Formato Explicación

O Salida (Output) I Entrada (Input)

: Delimitador de elemento e Número de Slot (en el que se

encuentra el módulo de I/O)

El módulo procesador (CPU) es el Slot 0.

. Delimitador de palabra Requerido únicamente si es necesario un número de palabra.

s Número de palabra Requerido si el número de entradas o salidas para el slot excede de 16 (módulos especiales).

/ Delimitador de bit O:e.s/b

I:e.s/b

(70)

Direccionamiento de los Archivos de Bit (B3:)

Tabla 4.2. Direccionamiento BITS.

Formato Explicación

B Bit

f Número de archivo. Es 3 por defecto. En los SLC puede asignarse un número entre 9 y 255 para almacenamiento adicional.

: Delimitador de elemento

e Número de elemento Estos son elementos de 1 palabra de longitud y 16 bit por elemento. El rango es entre 0-255.

/ Delimitador de bit Bf:e/b

b Número de Bit Número de Bit dentro del elemento. 0 a 15.

Direccionamiento de los Archivos de Temporizador (Timer) (T4:)

Tabla 4.3. Direccionamiento TIMER.

Formato Explicación

T Bit

f Número de archivo. Es 3 por defecto. En los SLC puede asignarse un número entre 9 y 255 para almacenamiento adicional.

: Delimitador de elemento

e Número de elemento Estos son elementos de 1 palabra de longitud y 16 bit por elemento. El rango es entre 0-255.

. Delimitador de palabra Requerido únicamente si es necesario un número de palabra.

s Número de palabra De 0 a 2 (Tres palabras) / Delimitador de bit

(71)

Instrucciones de Entrada y Salida

Existen varias instrucciones que permiten manipular las entradas o salidos del PLC. Estas pertenecen al grupo de instrucciones conocidas como instrucciones de bits, puesto que actúan sobre un solo bit. En las tablas 4.1 y 4.2 se explican las instrucciones utilizadas en el programa a diseñar:

Tabla 4.4. Instrucciones de Entrada.

SÍMBOLO NOMBRE DESCRIPCIÓN

Examine if Closed

(XIC)

Esta instrucción cambia su estado de acuerdo al estado del bit que representa, de acuerdo a la siguiente tabla:

Examine if Open (XIO)

Esta instrucción cambia su estado de acuerdo al estado del bit que representa, de acuerdo a la siguiente tabla:

Tabla 4.5. Instrucciones de Salida.

SÍMBOLO NOMBRE DESCRIPCIÓN

Output Energize (OTE)

Se utiliza esta instrucción para encender el bit que representa (salida) cuando las condiciones que la preceden son verdaderas.

Output Latch

(OTL)

Esta instrucción es similar a la anterior (OTE) con la diferencia que una vez que la condiciones que la preceden cambian de Falso a Verdadero, ésta activa el bit y éste queda activado sin importar que las condiciones que la preceden cambien de estado. Es decir se queda enclavado.

Output Unlatch (OTU)

(72)

Instrucciones de Temporización

Existen dos instrucciones principales de temporización, TON o temporizador retardador de encendido y TOF o temporizador retardador de apagado. Ambas poseen los siguientes parámetros:

Dirección del Temporizador: Esta debe ser ingresada por el programador, de acuerdo al formato antes explicado.

Valor de PRESET: Este debe ser ingresado por el programador y representa el valor que el acumulado debe alcanzar para activar o desactivar el bit Done (DN) dependiendo si es una instrucción TON, TOF.

El valor acumulado ACCUM: este representa el valor actual de la cuenta.

Tabla 4.6. Instrucción TON. Temporizador retardador de encendido

SÍMBOLO NOMBRE DESCRIPCIÓN Timer

Ondelay (TON)

Use esta instrucción para encender o apagar una salida luego que el temporizador ha estado encendido por un intervalo de tiempo definido (Preset). Esta instrucción cuenta intervalos de tiempo cuando las condiciones que la preceden son verdaderas y el valor acumulado es menor al Preset. Si las condiciones que la preceden se vuelven falsas, el temporizador se resetea.

La instrucción a utilizar es RTO, la cual presenta las mismas características que las mencionadas anteriormente, la diferencia es que cuando se deja de energizar, el valor se queda guardado y se restea utilizando la instrucción Reset.

Tabla 4.7. Instrucción RES. Instrucción de Reset

SÍMBOLO NOMBRE DESCRIPCIÓN Reset

(RES)

Figure

Figura 2.8 Tubo EXTRUPAK.

Figura 2.8

Tubo EXTRUPAK. p.23
Figura 2.21 Áreas verdes encharcadas y con lodo por agua de aspersor.

Figura 2.21

Áreas verdes encharcadas y con lodo por agua de aspersor. p.31
Figura 2.20 Encharcamiento por agua de aspersor.

Figura 2.20

Encharcamiento por agua de aspersor. p.31
Figura 3.2. Aspersor emergente.

Figura 3.2.

Aspersor emergente. p.35
Figura 3.1. Aspersor aéreo.

Figura 3.1.

Aspersor aéreo. p.35
Figura 3.5. Campo producido por una bobina.

Figura 3.5.

Campo producido por una bobina. p.38
Figura 3.6. Solenoide de acción directa.

Figura 3.6.

Solenoide de acción directa. p.39
Figura 3.10. Motor trifásico ABB.

Figura 3.10.

Motor trifásico ABB. p.44
Figura 3.11. Arrancador a tensión reducida, SQUARE D.

Figura 3.11.

Arrancador a tensión reducida, SQUARE D. p.45
Figura 3.13. Hardware de la computadora.

Figura 3.13.

Hardware de la computadora. p.47
Figura 3.15. Convertidor USB a RS-232.

Figura 3.15.

Convertidor USB a RS-232. p.49
Figura 3.18.Ejemplo de un PLC Compacto.

Figura 3.18.Ejemplo

de un PLC Compacto. p.51
Figura 3.23. Chasis tipo 1746

Figura 3.23.

Chasis tipo 1746 p.57
Tabla 3.4. Simbología de dispositivos.

Tabla 3.4.

Simbología de dispositivos. p.58
Figura 3.25. Diagrama de conexión de sensores (entradas) al módulo 1746-IA4.

Figura 3.25.

Diagrama de conexión de sensores (entradas) al módulo 1746-IA4. p.59
Figura 3.26. Diagrama de conexión de dispositivos de salida (módulo 1746-OAB).

Figura 3.26.

Diagrama de conexión de dispositivos de salida (módulo 1746-OAB). p.59
Figura 3.28. Diagrama de conexión de dispositivos de salida (módulo 1746-OBP16).

Figura 3.28.

Diagrama de conexión de dispositivos de salida (módulo 1746-OBP16). p.60
Figura 3.27. Diagrama de conexión de las bobinas de relevador (salidas) al módulo 1746-OA8

Figura 3.27.

Diagrama de conexión de las bobinas de relevador (salidas) al módulo 1746-OA8 p.60
Figura 3.29. Diagrama de conexión de solenoides (salidas) al módulo 1746-OBP16.

Figura 3.29.

Diagrama de conexión de solenoides (salidas) al módulo 1746-OBP16. p.61
Figura 4.1. Puertos de comunicación RS-232 y Ethernet (procesador SLC5/05).

Figura 4.1.

Puertos de comunicación RS-232 y Ethernet (procesador SLC5/05). p.63
Figura 4.9. Indicación de PLC en operación.

Figura 4.9.

Indicación de PLC en operación. p.67
Tabla 4.1. Direccionamiento Entradas/Salidas.

Tabla 4.1.

Direccionamiento Entradas/Salidas. p.69
Tabla 4.3. Direccionamiento TIMER.

Tabla 4.3.

Direccionamiento TIMER. p.70
Tabla 4.2. Direccionamiento BITS.

Tabla 4.2.

Direccionamiento BITS. p.70
Figura 4.18. Programa en escalera (1).

Figura 4.18.

Programa en escalera (1). p.76
Figura 4.19. Programa en escalera (2).

Figura 4.19.

Programa en escalera (2). p.77
Figura 4.20. Programa en escalera (3).

Figura 4.20.

Programa en escalera (3). p.78
Figura 4.23. Creación de un archivo nuevo en RSView32 (2).

Figura 4.23.

Creación de un archivo nuevo en RSView32 (2). p.80
Figura 4.25. Configuración del canal de comunicación en RSView32 (2).

Figura 4.25.

Configuración del canal de comunicación en RSView32 (2). p.81
Figura 4.26. Configuración del nodo de comunicación en RSView32 (1).

Figura 4.26.

Configuración del nodo de comunicación en RSView32 (1). p.81

Referencias

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