Sistema de control y monitorización industrial por línea

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Valencia M. – Sistema de control y monitorización industrial por línea telefónica
Sistema de control y monitorización industrial
por línea telefónica
Industrial Monitoring and control system
by telephone line
Miguel Valencia
Resumen
Gracias a la microelectrónica, hoy en día podemos con-
El sistema de monitorización logra la recopilación de
trolar con mayor eficacia la mayoría de los procesos in-
datos usando sensores electrónicos, los cuales trabajan-
dustriales, así como monitorear su evolución y supervisar
do en conjunto con un circuito de muestreo y compara-
los resultados obtenidos. Estas tareas normalmente se
ción indican si el proceso está trabajando dentro de los
realizan en forma local, pero en algunas aplicaciones es
márgenes previstos o no. Este sistema al estar habilitado
necesario hacerlo remotamente, es decir fuera del am-
permanentemente, informará al supervisor, vía teléfono,
biente de producción o alejado del proceso en particular.
cuando se presente una emergencia en el proceso de
Para un acceso remoto al sistema de control se debe usar
producción.
algún medio de comunicación que permita transmitir los
comandos u órdenes propios de las tareas de supervisión.
Abstract
Una opción para efectuarlo es a través de una línea telefónica. En este artículo se describe la implementación de
Thanks to microelectronics nowadays we can control
un sistema que permite realizar dos operaciones: activar
more effectively most of industrial processes, as well as
o desactivar dispositivos discretos (on/off ) y la monitori-
monitor their progress and monitor results. These tasks
zación de los mismos como herramienta de supervisión.
normally are realized locally but in certain applications,
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we need doing that remotely, that means outer of process
Para su implementación se usó una línea telefónica están-
environment or far of it. For a remote access to the control
dar, medio de comunicación del cual se valdrá el sistema
system we must use some media communication, it let
para enviar información de control y recibir información
transmits command and orders of supervision tasks. One
del estado de los procesos. El envío de información por
option to do that is trough a telephone line. This paper
línea telefónica se hace gracias a la utilización de señales
describes implementation of a system that realizes two
de audio frecuencia mediante la codificación DTMF (do-
operations; turn on and turn off discrete devices and se-
ble-tono multi-frecuencia). Con cada tecla del teléfono se
cond monitors the process as a tool of supervising.
genera este tipo de señales, lo cual permitirá codificar y
decodificar cada suceso, ya sea del sistema de seguridad
For its implementation we use a standard phone line, a
o del sistema de monitorización y esto se da en ambos
communication mean which the system uses to send
sentidos.
control information and receive information about state
of process. The sending of information by telephone line
El sistema de control de dispositivos realiza su tarea gra-
is possible thanks to the using of audio frequency signals
cias a un circuito electrónico de adaptación telefónica, el
through coding DTMF (Dual-tone multi-frequency). With
cual permite accionar diferentes dispositivos como por
each key of phone we generate this kind of signals, it let
ejemplo: encender una bomba de agua, variar la veloci-
us code and decode each event of the process.
dad de un motor o invertir su giro; incrementar o disminuir la velocidad de un proceso, activar o desactivar alarmas, etcétera.
Invest Apl Innov 2(2), 2008
CompendioT2_nov 2008_p125_p134.indd 125
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The control system of devices performs its tasks through
los podemos interpretar para luego transformarlos en in-
an electronic circuit adaptation phone, which will handle
formación digital, la cual posteriormente se podrá proce-
various devices, such as turning on a water pump, vary the
sar, según nuestras necesidades. En la Tabla 1 se muestran
speed of an engine or invest their turn, increase or decrease
los doble-tonos utilizados en telefonía que registran los
the speed of a process, arm and disarm alarms and so on.
dígitos y las letras.
The monitoring system manages the collection of data
using electronic sensors, which work together with a circuit and sampling permitted comparison define whether
the process is working within the range expected or not.
This system when is enabled permanently reports to supervisor by phone when there is an emergency in production process.
Palabras claves
Tabla 1. Tabla de frecuencias DTMF.
Decodificador DTMF (doble-tono multi-frecuencia), mi-
De manera análoga, si se quiere codificar información
crocontrolador, codificación, voltaje RMS (raíz media cua-
para ser enviada, se tendrán que generar estos tonos de
drada), opto - acoplador, circuitos de potencia, CI (circuito
frecuencia, lo cual se hará con un circuito electrónico de
integrado), BCD (decimal codificado en binario).
discado, el cual no es más que un generador de frecuencias que cumple las mismas funciones que un teléfono
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Key words
doméstico.
Decoder DTMF (dual-tone multi-frequency), microcontro-
El enviar voz acompañando el aviso de un determinado
ller, codification, voltage RMS (root mean square), opto -
suceso en el sistema de monitorización no es un proceso
coupler, power circuits, CI (integrated circuit), BCD (binary
complicado; por el contrario, es sumamente sencillo: para
coded decimal).
el grabado de los diferentes mensajes se usará un circuito de voz o simplemente una grabadora de CDs, donde
INTRODUCCIÓN
se grabarán las diferentes pistas y gracias a un lectora de
CDs se usarán cuando se les requiera, de acuerdo con el
En gran número de empresas es necesario realizar opera-
suceso ocurrido.
ciones fuera de horas de trabajo, como son: el encendido
de motores, bombas de agua, habilitar contactores o relés,
Finalmente, si queremos hacer de nuestro sistema un sis-
revisar el nivel de agua de un tanque, recibir reportes de
tema autónomo será necesario que cuente con un circui-
procesos fallidos o de ingresos de personal en horas no
to de detección de timbrado y descolgado automático, el
programadas, etcétera. Contando con un teléfono celular
cual se hará con un microcontrolador que se programará
e implementando este sistema es posible realizar estas y
de acuerdo con nuestras necesidades o requerimientos
muchas otras operaciones.
del sistema.
El uso de una línea telefónica para el codificado de infor-
PROCEDIMIENTO
mación es una alternativa bastante interesante, ya que
toda empresa cuenta con una línea telefónica estándar,
por lo que no es necesario adquirir una adicional para im-
Descripción del sistema
plementar este sistema.
En la Figura 1 se observa las tres etapas del proyecto: de
Cuando se entabla una conversación telefónica, ya sea
adaptación de línea telefónica, de control y de monitori-
por teléfono celular o por un teléfono doméstico se pue-
zación; las dos últimas son independientes una de otra en
den enviar y recibir los diferentes tonos correspondientes
su funcionamiento; sin embargo, pueden interactuar en
a cada tecla del teléfono, estos son una combinación de
paralelo por medio del adaptador de línea telefónica.
frecuencias DTMF (doble-tono multi-frecuencia). Si se nos
envían estos tonos, nosotros, mediante un decodificador
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Figura 1. Diagrama general de bloques.
Figura 2. Diagrama de bloques del adaptador de línea telefónica.
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Figura 3. Diagrama de bloques del sistema de control.
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Sensores electrónicos
Figura 4. Diagrama de bloques del sistema de monitorización.
El adaptador de Línea Telefónica, como se aprecia en la
El Sistema de Monitorización, mostrado en la Figura 4,
Figura 2, es un circuito que permite convertir las señales
consta de una serie de circuitos electrónicos que se deta-
analógicas que se transmiten por una línea telefónica a
llan a continuación:
formato digital de 5Vpp. La primera de ellas es la señal
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de timbrado, la cual es de alto voltaje 90 Vrms aproxima-
• Sensores electrónicos, que trabajando conjuntamen-
damente, y las siguientes son las de tonos de frecuencia
te con un circuito de muestreo y comparación, per-
con amplitudes de 23 a 30 Vrms aproximadamente. Esto
mitirán definir si el proceso está trabajando dentro
se logra gracias a un circuito optoacoplador, que reduce
de los márgenes previstos o si no lo está haciendo.
la amplitud de dichas señales, además de convertirlas a
señales cuadradas, las cuales se considerarán formato digital previa adaptación.
• Microprocesador y memoria, que generarán los tonos
telefónicos requeridos en formato digital, los cuales
formarán un número donde se enviará el reporte de
El sistema de control, mostrado en la Figura 3, consta de
monitorización y el microprocesador activará adicio-
una serie de circuitos electrónicos que se detallan a con-
nalmente el circuito de voz.
tinuación:
• Circuito de descolgado, que tiene la función de con-
• Circuito de discado, que recibirá los tonos telefónicos
testar automáticamente las llamadas telefónicas, y
en formato digital que fueron generados por el mi-
se realizará después de un número determinado de
croprocesador para convertirlos a señal analógica, así
intentos, además de contar con un código de valida-
la información podrá ser transmitida en banda base
ción para evitar el acceso de intrusos en el sistema.
por la línea telefónica.
• Decodificador DTMF, que tiene la función de convertir
los tonos de timbrado a valores binarios comprensibles por el microprocesador.
• Circuito de voz, con el cual se podrán enviar los diferentes mensajes de voz para los sucesos ocurridos,
• Microprocesador y memoria, que enviará las órde-
y que también será controlado por el microprocesa-
nes para las diferentes operaciones a realizar, según
dor, el cual programará la pista de voz necesaria. Las
el tono de timbrado recibido que, previamente, fue
pistas de voz están grabadas en un CD, por ello será
decodificado a binario.
necesario el uso de una lectora de CD para su repro-
• Circuitos de potencia, que tienen la función de lograr
la interfaz entre los dispositivos electromecánicos con
ducción, la cual también será activada y controlada
por el microprocesador.
el control digital que generará el microprocesador.
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RESULTADOS
Los resultados de este proyecto se ven en función de los
circuitos y placas electrónicas de la implementación, debido a que el sistema se estableció como módulo educativo que se usará dentro de los laboratorios de electrónica.
Figura 5. Circuito de fuente de alimentación.
Para el diseño del módulo se tomaron las consideraciones
del caso, como son: un dimensionamiento adecuado para
Circuito adaptador de línea telefónica
su maniobrabilidad; fácil acceso a los componentes, ya sea
para su reemplazo como para hacer mediciones de for-
Como se observa en la figura 6, gracias al optoacoplador
ma sencilla y rápida de las diferentes etapas; indicadores
4N35 y al transistor NPN BC547 convertimos las señales
visuales por cada señal; modularidad en los dispositivos
de timbrado analógico superiores a los 50 Vpp a señales
utilizados; cableado externo adicional en caso se quiera
en formato digital de 5Vpp, las cuales serán utilizadas por
rectificar o variar el funcionamiento; entre otros aspectos.
el microcontrolador del sistema de descolgado.
Circuito de fuente de alimentación
Circuito diseñado para proporcionar voltajes DC de 5 y
12 voltios. Su funcionamiento se basa en el uso de reguladores encapsulados de voltaje de la familia CI 78XX y
condensadores tanto electrolíticos como cerámicos para
filtrar el potencial ruido o picos de corriente o voltaje que
se generen en el transformador de alimentación con núcleo de ferrita.
Figura 6. Circuito adaptador de línea telefónica.
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Figura 7. Microcontrolador del sistema de descolgado.
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Figura 8. Circuito grabador del microcontrolador PIC 16F84A.
Microcontrolador del sistema de descolgado
El microcontrolador usado es un PIC de la familia 16F84X
marca Microchip cuyo circuito se muestra en la Figura 7.
La configuración presentada es una configuración típica
utilizando el Puerto A (PortA) como estradas de señal y el
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Puerto B (PortB) como salidas de control.
Circuito grabador del microcontrolador PIC
16f84a
El grabado del microcontrolador se hizo gracias al grabador experimental JDM por puerto COM1 (Conector DB9)
usando la interfaz de comunicaciones RS232, como se ve
en la Figura 8 y el software de programación ICProg.
Microprocesador y memoria
Esta etapa esta delegada a un microprocesador similar al
usado en el sistema de descolgado, se usa la misma configuración, lo que varía de uno a otro módulo son los programas grabados en cada uno de ellos.
Circuito de descolgado telefónico
El descolgado de la línea telefónica se hace con dos relés
normalmente cerrados, como muestra en la Figura 9, los
cuales son habilitados gracias a una señal digital generada
por el microcontrolador de descolgado y un transistor NPN
BC547 encargado de la polarización de la bobina del relé.
Figura 9. Circuito de descolgado telefónico.
Decodificador DTMF
El circuito mostrado en la Figura 10 usa un CI decodificador
DTMF MT8870 en una configuración típica los tonos analógicos de timbrado telefónico se convertirán en señales
BCD (Binary coded decimal-decimal codificado en binario),
las cuales serán procesadas por el microprocesador.
Relés activadores de Circuitos de potencia
Los circuitos de potencia no son más que cargas eléctricas como motores, bombas de agua o incluso un brazo
robotizado, las cuales son activadas con el accionamien-
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Figura 10. Decodificador DTMF.
to de relés,como se ve en la Figura 11. La configuración
Innovaciones y mejoras Tecnológicas
usada en esta etapa es de relés normalmente cerrados o
abiertos según sean los requerimientos de las cargas y su
• El usar una línea telefónica estándar para un servicio
número variará en función de las cargas que se deseen
adicional que no sea el de llamadas telefónicas o ser-
controlar.
vicio de Internet es un gran aporte, pocas empresas
hacen uso de este beneficio, algunas de ellas lo ha-
Discusión de resultados
131
cen para servicios de telemetría o similares, pero las
empresas que brindan estos servicios cobran men-
Antes de implementar este proyecto, en su proceso de
sualidades por mantenimiento, además de requerir
formulación, se vio que debía de ser cuantificado según
una línea dedicada para su servicio.
las innovaciones y mejoras que brindará a la industria; es
por ello, que luego de su implementación y el análisis de
•
El poder controlar un proceso complejo, o simple-
su funcionamiento, se clasificaron las mismas en dos aé-
mente el encender motores, apagar o invertir su giro
reas, en el área tecnológica y en el área de en servicios.
mediante un circuito operado desde un teléfono es
una idea innovadora, con este diseño se puede lograr un control interactivo.
• El uso de microprocesadores en el diseño de proyectos industriales nos lleva un paso adelante en
la tecnología, ya que al disminuir el tamaño de los
circuitos y la complejidad de sus diseños permite la
modificación de las funciones iniciales, gracias a que
se pueden reprogramar, por ello no será necesario
hacer cambios en la estructura física del circuito.
Innovaciones y mejoras en servicios
Figura 11. Relés activadores de circuitos de potencia.
• El usar la línea telefónica para un sistema de control y
monitorización es sumamente económico, ya que no
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se tendrá que pagar montos adicionales como suce-
• El usar una línea telefónica requiere de un análisis
de con empresas que brindan servicios similares, tan
minucioso de las señales analógicas que son transmi-
sólo se tendrá que adquirir el sistema e instalarlo.
tidas por la línea telefónica, el cual nos servirá como
fundamento y base para luego poder llevarlas a for-
• Este proyecto sienta las bases para más adelante
mato digital, si bien es cierto las líneas telefónicas
poder implementar una central de servicios de tele-
están estandarizadas en sus frecuencias de sus tonos
metría por línea telefónica. Es cierto que el diseño se
y valores de amplitud, siempre es necesario verificar
complicaría sustancialmente, pero se puede lograr
estas aseveraciones, lo cual se puede hacer con un
con la tecnología adecuada.
osciloscopio, un frecuencímetro o multímetro.
• En la actualidad Los sistemas de monitorización
• Este sistema al no ser muy complejo puede presentar
tienden al uso de cámaras para poder observar los
variaciones y mejoras en un futuro, las bases para un
sucesos en tiempo real, lo cual es usual implementar
diseño más complejo están sentadas. El incrementar
a través de Internet. Este proyecto serviría como un
las prestaciones de este sistema tan sólo depende-
pequeño bloque en un sistema de estas característi-
rá de los periféricos y componentes adicionales que
cas, ya que siempre se necesitará un sistema de so-
se utilicen, ya que ellos determinaran la cantidad de
porte para que brinde la señal de alerta inicial. Esto
componentes que se pueden controlar o la cantidad
es factible ya que las líneas telefónicas actuales so-
de sensores para la detección de movimiento u otros
portan teléfono e Internet.
sucesos o, incluso el control de otros dispositivos.
CONCLUSIONES
REFERENCIAS
• Siempre que se trabaje con sistemas que necesiten
[1] GTZ (Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit). Electronics Course III - Modules in Micro-electronics.
Heinz-Piest-Institud für Handwerkstechnik at the University
of Hannover, Alemania; 1996.
procesamiento de datos, ya sea para almacenamiento y/o envío, es recomendable trabajarlos en formato
digital; por ejemplo, si la información que nos llega
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esta en formato analógico será necesario convertirla
a formato digital; análogamente si se requieren generar señales analógicas primero se generarán en
formato digital y luego se convertirán a sus equivalentes analógicas.
• El implementar un sistema de control para dispositivos tanto electrónicos y/o mecánicos, requiere de
una interfaz que permita convertir las señales de
mando digitales a señales eléctricas o mecánicas,
pues las señales digitales son muy fáciles de proce-
[2] Huidobro Moya, José Manuel. Manual de Telecomunicaciones. RA-MA Editorial, Madrid, España; 2004.
[3] Rogers, Everett M., Larsen, Judith K. La Fiebre del ”Silicon Valley”. Editorial Reverté S.A., Barcelona; 1986.
[4] Tomasi, Wayne. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas
cuarta edición. Pearson Educación, México; 2003.
[5] Kong, Maynard, Lenguaje Ensamblador Macro Assembler
primera edición. Fondo Editorial de la Pontificia Universidad
Católica del Perú, Lima, Perú; 1989.
ACERCA DEL AUTOR
sar y almacenar, pero no son muy útiles para el control industrial, por ello se hace indispensable el uso
de etapas de adaptación.
• El implementar un sistema de monitorización de
estas características y prestaciones requiere de un
fundamento en electrónica tanto analógica como
Miguel Valencia, es ingeniero electrónico
y miembro de Cisco Networking Academy. Con especialización en Telecomunicaciones. Ganador del primer concurso de
tecnología de Tecsup Arequipa. Ha focalizado sus áreas de interés en Telecomunicaciones y Redes.
digital y telefonía bastante amplia; para implementar cada uno de los circuitos es necesario hacer bastantes pruebas y mediciones, que permitirán ubicar
errores en los diseños o incluso ruido generado por
la mala soldadura de los circuitos impresos o la calidad de los componentes.
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Sistema de control y monitorización industrial por línea

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