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Actividad interactiva 1 “clasificación de las señales”

Jefferson Bayardo Ruiz Sánchez Junio 2020

Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Departamento de Energía y Mecánica Instrumentación y Automatización Industrial

2 Tabla de Contenidos

Capítulo 1 Marco teórico ...................................................................................................................... 4 Introducción ........................................................................................................... 4 Señales ................................................................................................................... 4 Señales digitales ON/OFF ..................................................................................... 4 Señales Analógicas: DC ........................................................................................ 5 Señales Analógicas: En el dominio del tiempo ..................................................... 6 Capítulo 2 Implementación de instrumentos digitales para cada tipo de señal .................................... 7 Instrumento 1 ......................................................................................................... 7 Instrumento 2 ....................................................................................................... 10 Instrumento 3 ....................................................................................................... 13 Capítulo 3 Conclusiones y Recomendaciones .................................................................................... 17 Conclusiones........................................................................................................ 17 Recomendaciones ................................................................................................ 17 Bibliografía .............................................................................................................. 18

3 Lista de tablas Tabla 1 Equivalencias de temperaturas a tenciones de una termocupla tipo K ................ 11

Lista de figuras

Figura 1 Ejemplo de instrumento que extrae la información de una señal ON / OFF (Domingo Biel, Jordi Prat, & Sánchez, 2001)

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Figura 2 Ejemplo de instrumento que extrae la información de una señal Analógica DC (Domingo Biel, Jordi Prat, & Sánchez, 2001)

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Figura 3 Ejemplo de instrumento que extrae la información de una señal Analógica en el dominio del tiempo (Domingo Biel, Jordi Prat, & Sánchez, 2001)

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Figura 4 Tanque con sensor de nivel en la posición 5

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Figura 5: Conmutador TTL

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Figura 6 HMI del Instrumento 1

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Figura 7 Programación del Instrumento 1

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Figura 8 HMI Instrumento 2

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Figura 9 Programación del instrumento 1

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Figura 10 HMI instrumento 3

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Figura 11 Simulación de señal a partir de puntos

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Figura 12 Programación del instrumento 3

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4 Capítulo 1 Marco teórico Introducción La instrumentación ha permitido automatizar procesos industriales; ya que la automatización es solo posible a través de elementos que puedan sensar o transmitir lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control preprogramada que actué sobre el sistema. (Gutiérrez & Iturralde , 2017) Los instrumentos pueden ser simples como transmisores, válvulas, sensores y pueden ser muy complejos como controladores, analizadores y amortiguadores.

Señales Señal es aquella muestra física que puede ser medida ya sea variable o constante en el tiempo, partiendo de esta definición, hay que tener en cuenta, que una perturbación, como un movimiento mecánico o una vibración, una emisión de luz, de sonido, u Otro tipo de energía también constituyen una señal. La energía o la masa que fluye es equivalente a la señal, puede cambiar de forma y, al mismo tiempo, pasar al sistema de medid, esta transformación la realiza un transductor.

Señales digitales ON/OFF Llevan información respecto al estado digital de la señal, voltaje alto (ON) o voltaje bajo (OFF).

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Figura 1 Ejemplo de instrumento que extrae la información de una señal ON / OFF (Domingo Biel, Jordi Prat, & Sánchez, 2001)

Señales Analógicas: DC Las señales DC son las que se mantienen estáticas o que varían muy lentamente en el tiempo. La característica más importante de este tipo de señal es que la información de interés se encuentra en función del nivel o la amplitud de la señal en un instante determinado. (Domingo Biel, Jordi Prat, & Sánchez, 2001)

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Figura 2 Ejemplo de instrumento que extrae la información de una señal Analógica DC (Domingo Biel, Jordi Prat, & Sánchez, 2001)

Señales Analógicas: En el dominio del tiempo Este tipo de señales no llevan información sólo en la amplitud sino también en cómo varia la amplitud a lo largo del tiempo. Como ejemplo de una señal de este tipo es una onda, de esta onda nos interesa diversas características de la forma de la como la pendiente, la situación y el valor de pico, la localización de partes específicas de la onda.

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Figura 3 Ejemplo de instrumento que extrae la información de una señal Analógica en el dominio del tiempo (Domingo Biel, Jordi Prat, & Sánchez, 2001)

Capítulo 2 Implementación de instrumentos digitales para cada tipo de señal

Instrumento 1 Como ejemplo se planteó un tanque con un sensor de nivel ON / OFF, el instrumento consta de un detector de estados digitales que nos indica si el sensor de nivel está en alto o en bajo Figura 4.

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Figura 4 Tanque con sensor de nivel en la posición 5

También se implementó un selector ON/ OFF, para simular el conmutador TTL, de la misma manera el instrumento es encargado de detectar el estado del conmutador Figura 5.

Figura 5: Conmutador TTL

El HMI consta de los dos entornos antes mencionados, en el primer caso se puede seleccionar la posición del sensor de nivel, y consta de dos indicadores uno de nivel alto y otro de bajo. El segundo entorno es un selector y dos indicadores uno se enciende cuando el selector está en ON y el otro indicador cuando está en OFF Figura 6.

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Figura 6 HMI del Instrumento 1

La programación requerida para el selector de estados para los dos casos se muestra en la Figura 7.

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Figura 7 Programación del Instrumento 1

Instrumento 2 El instrumento 2 cuenta de un termopar tipo K cuyo rango de medida es 0-200°C, el que proporciona una señal de voltaje de 0 a 8.13mV como se indica en la Tabla 1

11 Tabla 1 Equivalencias de temperaturas a tenciones de una termocupla tipo K

Para el HMI se utilizó una perilla la cual proporciona la señal del termopar tipo K, un indicador gráfico, donde se muestra la variación de temperatura, y un ADC de 16 bits en el que se muestra la equivalencia temperatura voltaje como se muestra en la Figura 8.

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Figura 8 HMI Instrumento 2

La programación se realizó utilizando conceptos diferentes para cada indicador, abarcando así los conceptos requeridos de una señal analógica DC y conversor análogo a digital. En la Figura 9 se muestra la programación del instrumento 2.

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Figura 9 Programación del instrumento 1

Instrumento 3 Para simular las señales del ritmo cardiaco se generó dos señales periódicas en el tiempo, representando un ritmo cardiaco normal, y un ritmo cardiaco con alguna alteración a causa de una enfermedad que aumenta al doble el ritmo cardiaco. En el HMI se puede variar la frecuencia cardiaca de 10 a 100 pulsaciones por minuto, las que se representan en un indicador grafico y en un conversor ADC de 3 bits, además cuenta con un sonido que representa el latido del corazón.

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Figura 10 HMI instrumento 3

Uno de los puntos más representativos en la programación es la simulación de señal análoga variable en el tiempo, para eso se generó un grupo de puntos que se asemejan al

15 pico generado en cada pulso Figura 11, los cuales se repiten de manera periódica en el tiempo.

Figura 11 Simulación de señal a partir de puntos

En la Figura 12 se muestra la totalidad de la programación que hace posible tratar las señales generadas, para poder indicar la frecuencia y los latidos por minuto de cada señal.

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Figura 12 Programación del instrumento 3

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Capítulo 3 Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones •

Al tratar la señal digital ON/OFF se implemento detectores de estados en un instrumento digital el que nos indica el estado del sensor de nivel y del conmutador TTL.

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Se implemento un instrumento detector de nivel de señales análogas DC que cuenta con un conversor ADC orientado a la medida de temperatura, utilizando los conceptos de termopares y de conversores ADC.

•

Para las señales análogas en el dominio del tiempo, se realizo un instrumento que cuenta con un ADC, un reloj que marca la frecuencia de la señal, necesarios para mostrar los datos de frecuencia cardiaca y pulsaciones del corazón.

Recomendaciones •

El ADC del termopar tipo K tiene una resolución de 16 bits, como ejemplo; la programación para aumentar la resolución es la misma pero no es óptima, solo se utilizó por efectos didácticos. El software Labview cuenta con funciones ADC en donde se puede variar la resolución, de acuerdo con la necesidad.

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Al simular señales periódicas, utilizar funciones conocidas y filtros, es más fácil realizar el análisis, tratamiento, y medida de la señal,

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Bibliografía Domingo Biel, A., Jordi Prat, J., & Sánchez, F. J. (2001). Instrumentación virtual Adquisición, procesado y análisis de señales. Barcelona : EDICIONS UPC. Gutiérrez, M., & Iturralde , S. (2017). Fundamentos Básicos de Instrumentación y Control....