Maqueta didáctica "PID tanque de agua"

Descripción de la maqueta “PID tanque de agua”.

Vista general de la maqueta montada   Panel 2, ala derecha, sinóptico general

Se trata de una maqueta que implementa un tanque de agua de 1m de altura y 18cm de diámetro, con unos 20 litros de capacidad útil. Dispone de una bomba (3M1) de impulsión de agua que llena el tanque por la parte superior, accionada por un convertidor de frecuencia (1U4) que controla el caudal de llenado y un grifo manual (3V1) de vaciado en la parte inferior, que controla el caudal de vaciado.

En la parte superior del tanque está ubicada una sonda ultrasónica (3B1) que vigila (controla) el nivel de agua en el interior del tanque, tiene un rango de 150-1000 mm con salida 4-20 mA, proporcionalmente. Dado que el rango de medida de la sonda es de 850 mm, tiene una zona ciega de 150 mm, la zona de funcionamiento útil del tanque de agua será de 0..850 mm.

En el ala derecha se encuentra el sinóptico del circuito, donde se puede regular la consigna de nivel de agua deseada, a través del potenciómetro (2R2). La maqueta trata de mantener el nivel de agua de consigna independientemente del caudal de salida, ello implica que tiene que entrar tanta agua como sale.

Tanto el diseño de la maqueta como su implementación han sido pensado para uso didáctico, montando todos los componentes sobre metacrilato y preparando multitud de medidas automáticas y otras con puntos de comprobación con aparatos convencionales (multímetros, osciloscopios, comprobadores e inyectores de bucle 4..20mA, pinzas amperimétricas, analizadores de red, etc).

La maqueta es desmontable en 10 minutos (palomillas naranjas) y cabe en un automóvil tipo turismo de 5 puertas, pensado para su uso en diferentes talleres-laboratorios de centros de enseñanza alejados.

En las siguientes prácticas se persiguen los siguientes objetivos:

  • Dominio de los parámetros de un convertidor de frecuencia (variador).
  • Regulación PID (Proporcional, Integral y Derivativo) con un variador de frecuencia.
  • Medidas RMS y NO RMS, tanto de tensión como de corriente.
  • Uso de la pinza amperimétrica. Aumento de la precisión.
  • Comprobación del funcionamiento de distintos aparatos de medida. Datos diferentes para la misma medida. Idoneidad según características del circuito.
  • Interpretación de planos eléctricos. Normas UNE-EN-60617:1997, UNE-EN-61082-1:2007, UNE-EN-60445:2012 y UNE-EN-60073:2005.
  • Marcado e identificaciones en el cuadro eléctrico.
  • Bucles de 4..20mA, medida, comprobación e inyección. Medida de distancia ultrasónica.
  • Arduino. Microcontrolador económico. Programación.
  • Pantallas HMI para Arduino.
  • Caudalímetros de impulsos.
  • Conexión del variador con PC.
  • Caudal de vaciado dependiente de la altura de agua. Presión por m.c.a. (metros de columna de agua).

La maqueta permite cambiar los parámetros del variador según las necesidades del usuario. Están cableadas y pueden utilizarse las siguientes entradas y salidas del variador:

  • 2S1 a 2S6: 6 microinterruptores de palanca, si se desplazan hacia arriba, o 6 microconmutadores si se desplazan hacia abajo. Conectados a las entradas de 24Vdc del variador.
  • 2H1 a 2H3: 3 lámparas conectadas a las salidas digitales del variador.

También dispone de borneros de conexión hembra de Ø2mm o Ø4mm de seguridad para la toma de medidas con multímetros de mano.

Ejemplos de prácticas desarrolladas:

Nº Título Ejemplo
1 Descripción de la maqueta “PID tanque de agua”.
2 Prueba de funcionamiento. Regulación altura de agua.
3

 

 

Caudal vs Altura.
4 Régimen temporal hasta estabilizarse (régimen permanente).
5 Identificación del equipamiento y aparamenta. Lista de materiales. Accesible a clientes.
6 Medidas de tensión y corriente RMS y No RMS en la entrada del variador. Accesible a clientes.
7 Medidas de tensión, corriente y frecuencia en la salida del variador. Medias RMS, No RMS, PWM y con pinza amperimétrica. Accesible a clientes.
8 Medidas de corriente en bucle 4-20mA. Sonda Ultrasónica. Accesible a clientes.
9 Inyección de corriente en bucle de 4-20mA. Accesible a clientes.
10 Arduino. Descripción del microcontrolador utilizado. Accesible a clientes.
11 Arduino. Pantalla LCD 16x2 paralelo. Lectura Ip e Irms @230Vac. Accesible a clientes.
12 Arduino. Pantalla LCD 20x2 bus I2C. Irms@230Vac y Hz. Accesible a clientes.
13 Arduino. Pantalla LCD 20x4 bus I2C. Medida V, mA, consigna y Tº. ciclo. Accesible a clientes.
14 Arduino. Pantalla TFT LCD 160x128 pixels, bus SPI. Medida “PV”, “SP”, caudales y tendencias. Accesible a clientes.
15 Arduino. Medida de caudal con caudalímetros de impulsos. Interrupciones. Accesible a clientes.
16 Arduino. Programación de un encoder incremental 20 pasos. Interrupciones. Accesible a clientes.
17 Arduino. Medida de corriente RMS en redes 230/400V. Accesible a clientes.
18 Adaptación de señales de campo a µC. 24V, 10V, mA, I y V @230V. Accesible a clientes.
19 Variador. Programación del regulador PID. Hitachi SJ200. Accesible a clientes.
20 Aparamenta y protecciones eléctricas. Accesible a clientes.
21 Interpretación de esquemas eléctricos. Norma UNE-EN-60617:1997 Accesible a clientes.
22 Interpretación de esquemas eléctricos. Norma UNE-EN-61082-1:2007 Accesible a clientes.
23 Interpretación de esquemas eléctricos. Norma UNE-EN-60445:2012 Accesible a clientes.
24 Interpretación de esquemas eléctricos. Norma UNE-EN-60073:2005 Accesible a clientes.
25 Marcado de los elementos y cableado eléctrico en el cuadro. Accesible a clientes.