33 Trabajo presentado en la Tecnociencia 2019
Automatización y Sistema para Control de Motobomba Alicia Torres Diaz (1); Edgar DavidAcuña Fretes(1); Jorge Matías Recalde Rodas (1); Richard Ruiz Diaz (2); Miguel Del Pino (2)
1. Alumno de la Carrera de Licenciatura en Análisis de Sistema, Facultad de Ciencias Aplicadas, UNP.
2. Profesor Carrera de Licenciatura en Análisis de Sistema, Facultad de Ciencias Aplicadas, UNP.
Resumen
Se desarrolló un sistema informático, automático e inteligente para dotar de un sistema,
que permita el control remoto y automático de motobombas. Un sistema lógico e
inteligente, que, alcanzado ciertos niveles de agua en los reservorios, inicie el bombeo de
las agua acumuladas en la ciudad de Pilar, Dpto. Ñeembucú. Consta de una interfaz
gráfica, el cual podrá ser manejado desde una computadora, y estará implementado en el
mismo la IA. Se comunicará a través de protocolos de red para conexiones inalámbricas.
Palabras clave: sistema informático, control de autobomba, interfaz gráfica.
Abstract
An automatic and intelligent computer system was developed to provide a system that
allows remote and automatic motor pump control. A logical and intelligent system,
which, reaching certain water levels in the reservoirs, starts pumping the water
accumulated in the city of Pilar, Dept. Ñeembucú. It consists of a graphical interface,
which can be managed from a computer, and AI will be implemented in it. It will
communicate through network protocols for wireless connections
34 INTRODUCCIÓN
La ciudad de Pilar, se encuentra rodeada por uno de los ríos más grandes del País, el Río
Paraguay, como así también, se encuentra dividida en dos sectores por el arroyo
Ñeembucú, la mayor extensión de su territorio es una superficie plana. Éstos hechos
geográficos hacen, que, en períodos de lluvias de grandes magnitudes, varios barrios de
la ciudad queden anegados por las aguas (Fogel 2006).
La ciudad ha batallado décadas con la problemática respecto al agua, en la actualidad
cuenta con motores industriales instalados en los reservorios de la ciudad, con la misión
de evacuar el agua acumulada en los mismos. Su funcionamiento requiere de una
activación manual y supervisión humana.
El presente trabajo pretende, dotar de un sistema, que permita el control remoto y
automático de motobombas. Un sistema lógico e inteligente, que, alcanzado ciertos
niveles de agua en los reservorios, inicie el bombeo. En el desarrollo del sistema, se
implementará el módulo CaD, control a distancia, con el que se podrá monitorear y
controlar los motores desde una computadora. También recibirá informes respecto a los
niveles de agua alcanzados, cantidad de agua escurrida, tiempo de funcionamiento,
tiempo restante para la posible normalización de niveles de agua, temperatura, humedad
entre otros, para generar datos de referencia, a fin de tomar recaudos necesarios para el
futuro.
OBJETIVO GENERAL:
Incorporar inteligencia artificial para el control de motobombas y así con ello,
evitar que las zonas inundables de la ciudad queden anegadas por precipitaciones de gran
impronta.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Crear un software que permita obtener en tiempo real, niveles de humedad, temperatura,
altura del agua en el reservorio, en caso de precipitaciones, informar la magnitud y estado
35 Diseñar un algoritmo que permita mediante el uso de la IA emitir alertas sobre posibles
rebalses del reservorio en tiempo real, como así también la activación temprana de los
motores en el caso necesario.
Ofrecer una solución tangible para los fenómenos climáticos que suceden en un corto
tiempo (inundaciones provocadas por lluvias intensas en un corto tiempo).
MATERIAL Y MÉTODO RELEVAMIENTO DE DATOS
Se relevaron los datos empleando la técnica de entrevistas personales, observación, estimaciones.
Así, en entrevista con una pobladora del lugar, la Sra. Elena Caballero, vecina del
Barrio San José, uno de los barrios más afectados en tiempos de crecidas y lluvias, nos
comentó que, si bien la motobomba instalada en la zona funciona de manera regular,
requiere de una persona para su activación, “a veces cuando llueve mucho de repente, la
persona que viene a prender el motor ya llega cuando este todo inundado. Como anécdota
reciente les puedo contar, que una noche, llovió más de 100 mm y en un ratito acá ya
estábamos todo bajo agua”,
Casa inundada Barrio San José. Foto: Elena A. Caballero.
HECHOS RECIENTES
La madrugada del 10 de mayo del año 2.019, se desató una tormenta de gran
36 mm de lluvia caída en sólo tres días. La adversidad presentada aquella madrugada y
durante el transcurso del día, imposibilitó que las motobombas inicien a tiempo. Esta
cantidad de agua, junto con la activación tardía de las motobombas, hizo que según gran
parte de la ciudad quede totalmente bajo agua, según publicaciones de la época 90% de
ciudad de Pilar se vio afectada por las inundaciones (UH, 2019).
Av. Mcal. López Frente a la Municipalidad de Pilar.
Centro de la Ciudad de Pilar. Mayo/19
DESARROLLO DE UNA POSIBLE SOLUCIÓN
I. Desarrollo de un software, cuyos requerimientos específicos se detallan a continuación:
II. Función de Encender/Apagar el Motor de manera automática e inteligente y de manera remota/manual.
37 IV. Informar en tiempo real, del estado de todos los sensores instalados.
V. Datos como temperatura, humedad, niveles de precipitaciones, serán almacenados en una base de datos.
VI. Todo evento del sistema será registrado.
VII. La plataforma para desarrollo del software es Microsoft Visual Studio 2018. VIII. Para la base de Datos se trabajará con SQL Server.
IX. Para la automatización Arduino IDE.
LOS REQUERIMIENTOS DE HARDWARE PARA EL PROTOTIPO SON LOS SIGUIENTES:
I. 3 Bombas de Agua. II. 1 Arduino I.
III. 1 Arduino Ethernet Shield.
IV. DHT11 Sensor de Temperatura/Humedad Arduino. V. 2 Sensores Ultrasonido.
VI. 1 sensor magnético. VII. 4 Relay de 12V. VIII. Cables. Estaño.
IX. 1 Router – Wireless. X. 1 Pluviómetro.
DESARROLLO DEL PROTOTIPO Y SISTEMA
El trabajo se divide en dos secciones, el software y el hardware, en principio se hacen bosquejos de los diagramas de flujo, posibles tipos de conexiones que se requerirán, se analizan la manera de intercomunicación y control de dispositivos. Para el efecto se desarrollan entrevistas informales con especialistas en el área de programación y domótica.
Se empieza a codificar el sistema informático y ensamble del dispositivo. Las primeras mediciones digitales ya se pueden registrar.
38 ALGORITMO INTELIGENTE Y PRUEBAS CON EL PROTOTIPO
Con el sistema informático desarrollado, y el dispositivo instalado, se empieza a dotar de inteligencia al mismo, para lograr un mayor rango de certeza, se realizan varias pruebas y se toman medidas para registrar y posterior análisis.
Prototipo de pluviómetro, desarrollado a medida, con sistema automático de vaciamiento. Dotado con sensor ultrasonido para obtener las medidas requeridas.
Fondo del tambor, donde se aprecia el sensor de altura, que permite la activación automática del motor.
Se señala el sensor ultrasonido, que dota de inteligencia al sistema.
39 Plantillas del entorno web.
FUNCIONAMIENTO
El sistema consta de un sistema informático, que permite el control, como así también la visualización del estado de todos los sensores y motores. El motor puede ser accionado de manera manual, como así también la provisión de energía eléctrica al mismo podrá ser controlada.
En caso de que el nivel de agua empiece a subir, una vez alcanzado el nivel prestablecido para la activación del motor, el sensor emitirá una señal que hará al sistema, activar el bombeo de manera automática. Si esto no es posible, el error que sucediera será informado por el entorno de control lógico al operario.
Si el nivel de agua creciera de manera en que sobrepasa la capacidad del motor, el sistema inteligente informará al operario de dicha situación, para prever medidas paliativas.
En todo momento el pluviómetro estará activo, y sus datos quedarán registrados en una tabla, junto con los niveles de temperatura y humedad.
El sistema está compuesto con varios algoritmos que permiten saber la situación actual de cada componente. Citamos, por ejemplo, si el motor está funcionando, si no funciona, en este caso si dispone de corriente eléctrica o si no. En caso de que el motor funcione y no se registra salida de agua, el motor se detendrá automáticamente.
La activación del motor también se podrá realizar de manera manual y remota, se dispone de un circuito de desconexión total.
Se instala un sistema de autoabastecimiento eléctrico en caso de corte de Energía Eléctrica.
40 DATOS TÉCNICOS
Bomba de Agua Adaptado de Lavarropas. 220V
Sensor UltraSonido HC-SRO4
Voltaje de Operación: 5V DC Corriente de reposo: < 2mA Corriente de trabajo: 15mA Rango de medición: 2cm a 450cm Precisión: +- 3mm
Ángulo de apertura: 15°
Frecuencia de ultrasonido: 40KHz
Duración mínima del pulso de disparo TRIG (nivel TTL): 10 μS Duración del pulso ECO de salida (nivel TTL): 100-25000 μS Dimensiones: 45mm x 20mm x 15mm
Tiempo mínimo de espera entre una medida y el inicio de otra 20ms (recomendable 50ms)
Pines de conexión VCC (+5V DC)
TRIG (Disparo del ultrasonido) ECHO (Recepción del ultrasonido) GND (0V)
Sensor CS-CO058
Voltaje de Operación: 5V DC
Placa Arduino
Microcontrolador: ATmega328. Voltaje Operativo: 5v.
Voltaje de Entrada (Recomendado): 7 – 12 v.
Pines de Entradas/Salidas Digital: 14 (De las cuales 6 son salidas PWM) Pines de Entradas Análogas: 6.
Memoria Flash: 32 KB (ATmega328) de los cuales 0,5 KB es usado por Bootloader.
41 Placa Ethernet Shield
Voltaje Operativo: 5v.
Voltaje de Entrada (Recomendado): 7 – 12 v. La shield contiene varios LEDs para información: ON: indica que la placa y la shield están alimentadas
LINK: indica la presencia de un enlace de red y parpadea cuando la shield envía o recibe datos
100M: indica la presencia de una conexión de red de 100 Mb/s (de forma opuesta a una de 10Mb/s)
RX: parpadea cuando el shield recibe datos TX: parpadea cuando el shield envía datos
Módulo Relay 2CH 5VDC
Voltaje de Operación: 5V DC Señal de Control: TTL (3.3V o 5V) Nº de Relays (canales): 2 CH Modelo Relay: SRD-05VDC-SL-C
Capacidad máx: 10A/250VAC, 10A/30VDC Corriente máx: 10A (NO), 5A (NC)
Tiempo de acción: 10 ms / 5 ms Para activar salida NO: 0 Voltios Entradas Optoacopladas
Indicadores LED de activación
Sensor Magnético
Voltaje de Operación: 5V DC Corriente nominal: 100mA Tipo: Normalmente Abierto (NO)
Distancia de operación: entre 15mm y 25mm Potencia nominal: 3W
Material: ABS antifuego
Pluviómetro
Dimensiones 0.25X0.36X0.16 cm. Armado Casero.
Capacidad de Medida Sujeta a escala. Estructura Metálica de Base.
42 FUNCIONAMIENTO TÉCNICO
Una vez, montado el dispositivo y encendido con el sistema sucede cuanto sigue.
Cuando los niveles de agua empiecen a subir, y alcanzado el sensor de agua, éste
emitirá una señal que el Arduino interpretará, y avisará al sistema. Éste último analizará
según su algoritmo como proceder, en primera instancia verificará que la bomba de Agua,
cuenta con energía eléctrica, luego iniciará el bombeo, en caso contrario, emitirá un
mensaje de Alerta al Operario, posterior a eso el sistema se bloqueará, hasta nueva
reconexión manual, todos los sensores seguirán funcionando.
Cuando el agua esté por debajo del sensor de nivel, el motor se apagará
automáticamente.
Si el agua continúa subiendo, sobrepasando la capacidad de desagote de la bomba,
el sistema inteligente lo notará y avisará al operario de tal situación.
En caso de que la lluvia sea de gran magnitud, aún sin alcanzar los niveles
establecidos, el sistema iniciará el bombeo y emitirá un Alerta al Operario para realizar
las previsiones pertinentes.
En todos los casos, cuando el motor esté funcionando, el sistema informará el
tiempo aproximado de normalización de los niveles de agua.
Los sensores de temperatura, humedad y pluviómetro, estarán en funcionamiento
constante, sus datos proveídos al Arduino, serán almacenados en una base de datos,
gerenciados por el sistema informático. El pluviómetro cuenta con un sistema automático
de desagote.
Toda interacción con el sistema, u acciones automáticas que sucedan, serán
registrados en una Base de Dato.
En la estación de bombeo, se cuenta con un sistema para
Activación/Desactivación Manual.
En caso de corte de energía, el sistema cuenta con u sistema de autoabastecimiento
por un periodo de tiempo suficiente para avisar al operario.
CONCLUSIÓN
Finalizando el trabajo, el prototipo desarrollado, luego de las incesantes pruebas
realizadas, denota eficiencia y confiabilidad. Se logró un alto grado de precisión en cuanto
a la toma de decisiones para cada tipo de situación. Se ha demostrado que implementar el
43 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Contreras Roqué JR, Contreras Chialchia CA, Delpino Aguayo MA. 2007. Estudios
Bioecológicos Sobre Los Humedales Del Ñeembucú Desarrollo Urbano y
Antropización Creciente Del Medio Natural en el Departamento Del Ñeembucú
Al Sur Del Río Tebicuary, República Del Paraguay. 1ª ed.- Buenos Aires:
Fundación de Historia Natural Félix de Azara. 24p.
Fogel R. 2006. La Ecorregión De Ñeembucú Infortunio, Dignidad Y Sabiduría de sus Antiguos Pobladores. 206 p.
