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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD PRIVADA DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE ELECTRONICA
MENCIÓN: AUTOMATIZACION Y CONTROL
SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA SUPERVISION Y CONTROL DE UN GENERADOR DIESEL
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERIA EN ELECTRONICA MENCIÓN:
AUTOMATIZACION Y CONTROL
PRESENTADO POR:
COLINA MIGUEL MARIN FRANCISCO QUINTERO NEURYS
ASESORADO POR:
MSc. GONZALEZ B, JOSE Dra. PEREZ, ELIZABETH
MARACAIBO, NOVIEMBRE DE 2014
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SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA SUPERVISION Y CONTROL DE UN GENERADOR DIESEL
iii VEREDICTO
iv VEREDICTO
v
VEREDICTO
vi
DEDICATORIA
Le dedico esta tesis a Dios por darme la Salud y la sabiduría en los momentos difíciles de la carrera, a mi hija Ana Paula, a mis padres, a mi esposa Adriana por prestarme todo su apoyo en este recorrido y a mi abuela Gladys, como hubiese deseado que me viera culminar esta bella etapa de mi vida.
Francisco Marín A Dios ante todo, a mi novia, a mis padres que con su esfuerzo lograron formarme y me dan la fuerza para enfrentar la vida y a todas esas personas que aportaron un granito de arena para hoy alcanzar esta meta.
Miguel Colina
Primeramente le dedico este proyecto de grado A mi Dios todopoderoso, por haberme mantenido fortalecido durante este último trimestre.
A mi bella madre le agradezco todo su ánimo y el apoyo que sentí de ella hacia mi persona para que esto se hiciera realidad y así cumplirle con lo que ella también deseaba a igual que yo.
A mi padre le agradezco todo apoyo y ayuda incondicional en todo momento, sus consejos me valieron para ser una mejor persona cada día.
A mi dos grandes amores que comparten mi vida, mi esposa y mi bella hija les agradezco su apoyo y aliento de esperanza en todo momento, cuando pensaba que todo era imposible, estaban ahí para recordarme que si se puede.
A mis hermano les agradezco por darme esa mano amiga durante el desarrollo de la carrera de ingeniería electrónica.
A todas las personas que nombre les agradezco mucho pero sobre a todo a ti mi dios por dejarme descansar en ti.
Neurys Quintero
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AGRADECIMIENTO
Ante todo gracias a Dios por guiarnos en cada momento de esta investigación, por darnos la iluminación en los momentos difíciles. A nuestros padres, hijos y esposas por su apoyo y comprensión a cada momento.
A nuestros tutores Msc. José González y a la Dra. Elizabeth Pérez por brindarnos su apoyo, a los Doctores Francisco Parra y Andrés Amaya por brindarnos su apoyo desde el principio al fin de esta investigación. Gracias a todos por brindarnos su sabidurías y regaños útiles en todo momento.
Colina, Marín y Quintero
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Colina M. Marín F. Quintero N. “SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA SUPERVISION Y CONTROL DE UN GENERADOR DIESEL”. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica.
Mención: Automatización y Control de Procesos. Maracaibo, Venezuela 2014.
RESUMEN
La presente investigación tiene como propósito diseñar un sistema automatizado para la supervisión y control de un generador diesel. La misma se sustento con las teorías propuestas por Creus (2005), Ogata (2003), Dorf (1994), Angulo (1986), entre otros. El diseño de la investigación la lleva a ser de campo y no experimental debido a las estrategias adoptadas, mientras que de acuerdo a los objetivos a lograr, esta se considera proyectiva y en cuanto al método empleado se dice que es descriptiva. Se utilizo como técnica de recolección de datos la observación directa y la entrevista no estructurada a un experto en el área. La metodología aplicada es la descrita por Angulo (1986); la cual comprende los pasos de estudio y diseño pertinentes. Estos pasos permiten definir la problemática, analizar el problema y sus especificaciones, la esquematización general del hardware y su adaptación con el software, la codificación del programa, su depuración y emulación para luego finalizar el prototipo estudiando su desempeño. Con respeto a la viabilidad de la propuesta, se logró diseñar y construir un sistema automatizado para el monitoreo y control de un generador diesel que no sólo es eficiente e innovador, sino que resulta igualmente funcional, cumpliendo así con los objetivos propuestos al inicio de la investigación. Se tiene como resultado un prototipo que propone incentivar futuras investigaciones por su gran aporte electrónico.
Palabras claves: Generador, Diesel, Pic.
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Colina M. Marín F. Quintero N. “SISTEMA AUTOMATIZADO PARA LA SUPERVISION Y CONTROL DE UN GENERADOR DIESEL”. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica.
Mención: Automatización y Control de Procesos. Maracaibo, Venezuela 2014.
ABSTRACT
This research aims to design an automated system for monitoring and control of a diesel generator. It will support the theories proposed by Creus (2005), Ogata (2003), Dorf (1994), Angulo (1986), among others. The research design takes it to be experimental field and not because of the strategies adopted, while according to the objectives to be achieved, this is considered as projective and the method used is said to be descriptive. It was used as a data collection technique of direct observation and unstructured interview an expert in the area. The methodology used is that described by angulo (1986);
which comprises the steps of study and relevant design. These steps allow you to define the problem, analyze the problem and its specifications, outlining the general hardware and software adaptation, program coding, debugging and emulation prototype then finish studying their performance.
With respect to the feasibility of the proposal, it was possible to design and build an automated system for monitoring and control of a diesel generator that is not only efficient and innovative, but it is equally functional, fulfilling the goals set at the beginning of the research. This result proposed prototype stimulate further research for its large electronic contribution.
Key words: Generator, Diesel, Pic.
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INDICE GENERAL
Pág.
VEREDICTOS ... iii
DEDICATORIA ... vi
AGRADECIMIENTO ... vii
RESUMEN ... viii
ABSTRACT ... ix
INDICE GENERAL ... x
INDICE DE FIGURAS ... xiv
INDICE DE CUADROS ... xvi
INTRODUCCION ... 1
CAPITULO I. EL PROBLEMA 1. DESCRIPCION DE LA SITUACION OBJETO DE ESTUDIO ... 4
1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA ... 8
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION... 9
2.1. OBJETIVO GENERAL ... 9
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ... 9
3. JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION ... 9
4. DELIMITACION DE LA INVESTIGACIÓN ... 11
CAPITULO II. MARCO TEORICO 1. ANTECEDENTESDE LA INVESTIGACION ... 13
2. BASES TEORICA ... 17
2.1. SISTEMAS ... 17
2.1.1. SISTEMAS DE CONTROL ... 18
2.1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL.... 19
2.1.2.1. SISTEMAS DE CONTROL LINEALES VERSUS NO LINEALES ... 19
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2.1.2.2. SISTEMA DE CONTROL INVARIANTE EN EL
TIEMPO VERSUS CONTROL VARIABLE EN EL TIEMPO... 19
2.1.2.3. SISTEMA DE CONTROL DE TIEMPO CONTINUO EN EL TIEMPO VERSUS TIEMPO DISCRETO ... 20
2.1.2.4. SISTEMAS DE CONTROL CON UNA ENTRADA Y UNA SALIDA VERSUS CON MULTIPLES ENTRADAS Y MULTIPLES SALIDAS... 20
2.1.2.5. SISTEMAS DE CONTROL CON PARAMETROS CONCENTRADOS VERSUS PARAMETROS DISTRIBUIDOS ... 20
2.1.2.6. SISTEMAS DE CONTROL DETERMINISTICOS VERSUS ESTOCASTICOS ... 21
2.1.3. VARIABLE CONTROLADA Y MANIPULADA ... 21
2.1.4. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO ... 21
2.1.5. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO ... 22
2.1.6. ELEMENTO FINAL DE CONTROL ... 23
2.2. AUTOMATIZACION ... 24
2.2.1. CLASIFICACION DE LA AUTOMATIZACION ... 25
2.2.2. SISTEMA AUTOMATIZADO ... 26
2.2.3. IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS ... 28
2.2.4. OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS.... 28
2.3. GENERADORES DIESEL ... 29
2.3.1. HISTORIA DEL GENERADOR DIESEL ... 30
2.3.2. PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE UN GENERADOR DIESEL ... 32
2.3.3. GENERADOR DIESEL AUTOMATICO ... 33
2.3.4. VARIABLES DE UN GENERADOR DIESEL ... 34
2.3.5. MOTOR DE ARRANQUE ... 36
2.3.6. ALTERNADOR ... 37
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2.3.7. BOMBA DE ACEITE ... 38
2.3.8. BATERIA ... 39
2.4. SUPERVISION Y CONTROL ... 40
2.4.1. SENSOR ... 41
2.4.2. CONTACTOR ... 42
2.4.3. INTERRUPTOR ... 43
2.4.4. PULSADOR ... 44
2.4.5. RELE ... 45
2.4.6. SWITCH DE TRANSFERENCIA DE CARGA ... 46
2.4.7. ALARMAS ... 47
2.5. MICROCONTROLADORES ... 47
2.5.1. ARQUITECTURA DE UN MICROCONTROLADOR... 48
2.5.2. DESCRIPCION DE LOS PUERTOS DE UN MICROCONTROLADOR ... 51
2.5.3. CONFIGURACION DE LOS PINES DE UN MICROCONTROLADOR ... 53
2.5.4. INTERFAZ DE COMUNICACIÓN TTL/RS-232 ... 54
2.5.4.1. MODULO COMUNICACIÓN SERIE ASINCRONO ... 55
2.5.4.2. MODULO COMUNICACIÓN SERIE SINCRONO/ASINCRONO ... 57
3. SISTEMAS DE VARIABLES ... 57
3.1. DEFINICION NOMINAL ... 58
3.2. DEFINICION CONCEPTUAL ... 58
3.3. DEFINICION OPERACIONAL ... 59
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO 1. TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACION ... 61
2. TECNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS .... 64
3. METODOLOGIA SELECCIONADA ... 66
xiii
FASE I ANALISIS DEL CONTEXTO ... 66
FASE II DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES ... 67
FASE III ESQUEMA GENERAL DEL HARDWARE ... 68
FASE IV ORDINOGRAMAS MODULARES Y CODIFICACIÓN DEL PROGRAMA ... 69
FASE V. INTEGRACION DEL HARDWARE CON EL SOFTWARE ... 69
FASE VI CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO Y LAS PRUEBAS FINALES ... 69
4. CUADRO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y RECURSOS ... 70
CAPITULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACION 1. ANALISIS Y DISCUSION DE LOS DATOS Y RESULTADOS ... 74
1.1. DESARROLLO DE CADA FASE DE LA INVESTIGACION ... 74
CONCLUSIONES ... 109
RECOMENDACIONES ... 112
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ... 114
ANEXOS ... 116
A. CONTROL Y MONITOREO GENERADOR DIESEL ... 119
B. CODIGO ASAMBLER... 121
xiv
INDICE DE FIGURAS
FIGURAS Pág.
1. Diagrama lazo de control ... 19
2. Diagrama de sistema de control lazo abierto ... 22
3. Diagrama de sistema de control lazo cerrado ... 23
4. Diagrama del elemento final de control ... 24
5. Generador Diesel ... 29
6. Motor de arranque ... 37
7. Alternador ... 38
8. Batería ... 40
9. Sensor de temperatura ... 42
10. Contactor ... 43
11. Interruptor ... 44
12. Pulsador ... 45
13. Rele... 45
14. Tablero de Switch de transferencia de carga ... 46
15. Microcontrolador (PIC) ... 48
16. Microcontrolador (PIC) ... 51
17. Max 232 y pic16f877 ... 56
15. Diagrama de bloques ... 83
16. Modulo de entrada ... 87
17. Tablero de switch de transferencia ... 90
18. Modulo de salida ... 90
19. Módulo de sistema de control automático ... 91
20. Ordinograma general ... 93
21. Ordinograma de etapa de inicio ... 94
22. Ordinograma de proceso ... 95
23. Ordinograma de Arranque y puesta en marcha ... 96
24. Ordinograma de Arranque y puesta en marcha ... 97
xv
25. Ordinograma de Arranque y puesta en marcha ... 98
26. Programación de variables – Labview ... 101
27. Pantalla Principal ... 101
28. Pruebas al prototipo (1)... 105
29. Pruebas al prototipo (2)... 106
30. Pruebas al prototipo (3)... 107
31. Pruebas al prototipo (4)... 108
xvi
INDICE DE CUADROS
CUADROS Pág.
1. Características de un microcontrolador 16F877A ... 52
2. Configuración de pines de un Microcontrolador (PIC) ... 52
3. Actividades y Recursos ... 71
4. Cronograma de actividades ... 72
5. Especificaciones técnicas generador Diesel ... 81
6. Manual de mantenimiento ... 82
7. Lista de Componentes del diseño del prototipo ... 103
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INTRODUCCION
El presente trabajo de grado, tiene como tema de investigación un sistema automatizado para la supervisión y control de un generador diésel el cual será operado por el microcontrolador, los generador diésel son de suma importancia debido a que permite minimizar un tiempo prolongado sin energía eléctrica, en nuestro país podemos observar que varias empresas en la región poseen un generador el cual le permita la continuidad de operación de sus equipos.
Este tema fue seleccionado para dar solución al problema solicitado en una empresa de energía eléctrica, el cual posee un generador diésel que opera de forma manual, siendo esto un problema a la hora de ausencia de energía eléctrica, ya que un operador debe desplazarse hasta el sitio para arrancar el generador diésel.
El presente trabajo requiere que el generador diésel funcione en un sistema automático de encendido y apagado, y a su vez que permita visualizar las variables más importantes en su funcionamiento y así tener un mayor control del generador.
El presente trabajo se encuentra estructurado por cuatro capítulos, los cuales representan la forma en la que se encuentra dividida la investigación en desarrollo del proyecto de grado. Estos capítulos son los siguientes:
Capitulo I, el problema, donde se especifica la problemática relacionada a una empresa generadora de energía eléctrica, que su generador diésel opera de manera manual y debe hacerlo de forma automática para el suministro de
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energía a los equipos de telecomunicaciones, además se eligieron los objetivos de la investigación que se subdivide en objetivo general, objetivo específico, justificación de la investigación y la delimitación de la investigación.
El Capítulo II, está definido por el marco teórico, donde se relacionan las investigaciones realizadas anteriormente con el proyecto a desarrollar, aquí se define una serie de términos básicos, los cuales son utilizados en la investigación y por eso es necesario conocerlos.
El Capítulo III, es el marco metodológico, aquí se describen los fundamentos metodológicos y los pasos que hay que llevar a cabo, para el desarrollo de los objetivos de la presente investigación, técnicas e instrumentos de recolección de datos, metodología seleccionada que se subdivide en seis (6) fases.
El Capítulo IV es referido a los resultados de la investigación, aquí se define y explican cada una de las fases metodológicas aplicadas en la investigación, como serán desarrolladas y las características importante en cada una de ellas, para dar cumplimientos a los objetivos de la investigación y materializar la propuesta o al diseño que se dio a conocer en el primer capítulo.
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