Universidad Nueva Esparta Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica Trabajo de Investigación
Línea de Investigación: Diseño y desarrollo de aplicaciones o dispositivos de control de tipo Electrónico. Tema: Sistema de Control Título: Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía bus de campo.
Tutor: Ing. Marín, Gustavo
Trabajo de Investigación Presentado por: Br. Santander Roberto C.I: 20.050.335 Br. Torres Josué C.I: 17.146.409 Para optar por el Título de: Ingeniero Electrónico
Septiembre, 2013 Caracas, Venezuela
Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía bus de campo by Santander, Roberto ; Torres, Josué is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported License.
Universidad Nueva Esparta Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica Trabajo de Investigación
Línea de Investigación: Diseño y desarrollo de aplicaciones o dispositivos de control de tipo Electrónico. Tema: Sistema de Control Título: Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía bus de campo.
APROBADO JURADO EVALUADOR Ing. José Musso C.I.: 6.912.197
Tutor (a) Ing. Marín Gustavo C.I: 1.729.850
Septiembre 2013 Caracas, Venezuela
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DEDICATORIAS Dedicamos este trabajo de grado a nuestros padres que con su esfuerzo y sacrificio otorgaron la oportunidad de tener una educación de primera, nos aconsejaron a luchar por nuestras metas y ser constantes en nuestros sueños.
Dedico este trabajo de grado a mis padres que me enseñaron los valores que me permitieron ser la persona luchadora que soy hoy, a mis hermanos que me apoyaron cada día a seguir los estudios y a mi novia que me animo constantemente para llegar a completar esta meta y muchas más.
Josué Germán Torres Araque.
Dedico este trabajo de grado a mis padres que en todo momento me brindaron su apoyo y fueron la fuente de motivación para luchar por esta gran meta. A mis familiares que siempre estuvieron apoyando, y a mis amigos que brindaron su ayuda para facilitar muchas de las cosas que se requirieron para culminar este trabajo de grado.
Roberto José Santander Orta.
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AGRADECIMIENTOS Dios, Jesús y el Espíritu Santo nos guiaron e iluminaron el camino para llegar hasta donde estamos hoy en día.
Agradecemos a nuestra familia por permitirnos finalizar la carrera, por los diferentes sacrificios que hicieron cada día por ayudarnos a llegar hasta aquí, por animarnos cuando fallamos y demostrarnos que el final de la Universidad es el principio de la vida.
Agradecemos a nuestros compañeros de clase, sin darse cuenta cada uno de ellos dejo un aprendizaje en nuestra vida que valoraremos cada día.
También damos gracias a nuestro tutor Ingeniero Gustavo Marín, que nos recordó la responsabilidad como también la importancia de trabajar en equipo para lograr un objetivo, también al profesor Licenciado Andrés Montesinos por todo el apoyo a lo largo del trabajo de grado.
Finalmente agradecemos a todas aquellas personas que directa o indirectamente nos apoyaron en nuestro trabajo de grado.
Josué Torres y Roberto Santander
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RESUMEN EN ESPAÑOL Institución: Universidad Nueva Esparta
Área: Ingeniería Electrónica
Título: Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía bus de campo.
Autores:
Santander, Roberto. C.I. 20.050.335 Torres, Josué. C.I. 17.146.409
Tutor:
Ing. Marín Gustavo
Palabras Claves: Estacionamiento, Bus de campo, Sistema de Control Distribuido, RTU.
La problemática que se aborda con este trabajo de grado es el largo tiempo y el tener que recorrer todo el estacionamiento para conseguir un puesto donde estacionar el vehículo. Mediante esta problemática se necesita recurrir ante la tecnología en este caso de la electrónica para desarrollar sistemas de control inteligentes que permitan mejorar la eficiencia y varios beneficios conexos, esto ha generado los llamados estacionamientos inteligentes.
Los estacionamientos inteligentes básicamente permiten la utilización del recinto con la máxima eficiencia, comodidad al usuario para encontrar con rapidez el puesto donde va a estacionar el vehículo, disminuir las colas de esperas por un puesto de
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estacionamiento y mejorar considerablemente la atención al cliente. Por lo tanto, se ve la necesidad de diseñar un sistema de estacionamiento inteligente que entrega un aporte para mejorar la calidad de vida de los usuarios gracias a esta optimización que se logra.
La presente investigación tiene por objeto el diseño e implementación a escala, de un sistema de estacionamiento inteligente que pueda distribuir controladamente el acceso de vehículos dentro de un área determinada, para un grupo de puestos establecidos. Para ello utilizaremos un sistema de control distribuido el cual se comunica mediante un bus de campo con sensores establecidos en los diferentes puestos de estacionamiento.
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SUMMARY IN ENGLISH Institution: Universidad Nueva Esparta
Area: Electronic Engineering
Title: Develop of a Distributed Control System prototype to the automation of a parking lot with a handle capacity for 20 places, using a processing electronic device for information with a bus field for communication.
Authors:
Santander, Roberto. I.D. 20.050.335 Torres, Josué. I.D. 17.146.409
Tutor:
Engineer Marin Gustavo
Key Words: Parking, Fieldbus, Distributed Control System (DCS), Remote Terminal Unit (RTU).
This Grade job deal with the problem of time consuming and long distance to cover along the parking area to get a place where to park the vehicle. Due to this dilemma it is a necessity to concur to the technology in this case to the electronic to develop an smart control system that allow to improve the efficiency and some others related benefits, this problem is generating the called smarts parking.
The smart parking basically allow the utilization of an enclosed area with high efficiency and comfort to the user to find very quickly a place to park the vehicle and improve the attention to the client. For this reason, we see the necessity to design a smart system for parking; it gives a contribution to improve the quality of live to the users thanks to this optimization that is possible to reach.
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The present investigation has the objective to design and implement to scale, a smart parking system that can contribute, in a controlled manner, the access of vehicles inside a defined area, for a number defined places or lots for parking. To get this objective we will be using a Distributed Control System which gets communication through a Field bus with established sensors in each lot of the parking area.
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Índice
DEDICATORIAS.................................................................................................................. III AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... IV RESUMEN EN ESPAÑOL.....................................................................................................V SUMMARY IN ENGLISH ................................................................................................. VII INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 1 CAPÍTULO I EL PROBLEMA INVESTIGACIÓN ............................................................ 4 1.1 El Planteamiento del Problema. ...................................................................................... 4 Interrogantes ............................................................................................................................. 11 1.2 Objetivos ............................................................................................................................... 12 1.2.1 Objetivo general. ....................................................................................................................... 12 1.2.2 Objetivos específicos. .............................................................................................................. 12 1.3 Justificación de la Investigación ................................................................................... 13 1.4 Delimitaciones .................................................................................................................... 15 1.4.1 Geográfica .................................................................................................................................... 15 1.4.2 Temporal ...................................................................................................................................... 15 1.4.3 Temática ....................................................................................................................................... 15 1.4.4 Técnica .......................................................................................................................................... 16 1.5 Limitaciones ........................................................................................................................ 17
CAPÍTULO II MARCO TEORICO ................................................................................... 18 2.1 Antecedentes de la Investigación ................................................................................ 18 2.2 Bases Teóricas .................................................................................................................... 21 2.2.1 Sistema de Control. .................................................................................................................. 21 2.2.1.1 Sistema de Control de lazo abierto. ............................................................................................ 22 2.2.1.2 Sistema de Control de lazo cerrado. ........................................................................................... 23
2.2.3 Sistema de Control Distribuido (SCD).............................................................................. 24 2.2.3.1 Historia .................................................................................................................................................... 25 2.2.3.2 Organización ......................................................................................................................................... 27
2.2.4 Unidad Terminal Remota ...................................................................................................... 28 2.2.4.1 Características de la UTR ................................................................................................................ 29 2.2.4.2 Operación de la UTR .......................................................................................................................... 30
2.2.5 Bus de campo ............................................................................................................................. 30 2.2.5.1 Definición. .............................................................................................................................................. 30 2.2.5.2 Objetivo. .................................................................................................................................................. 31 2.2.5.3 Ventaja de Bus de campo. ............................................................................................................... 31 2.2.5.4 Profibus ................................................................................................................................................... 33 2.2.5.4.1 Ventajas del PROFIBUS ........................................................................................................... 37 2.5.5 Modbus........................................................................................................................................................ 37 2.5.5.1 Transmisión sobre redes Modbus. ........................................................................................ 39
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2.2.6 MAX 232 ....................................................................................................................................... 40 2.2.7 PIC 16F870 .................................................................................................................................. 41 2.2.8 PIC 16F877-20. .......................................................................................................................... 42 2.2.9 Comparador Dual LM393 ...................................................................................................... 43 2.2.10 Integrado MOC3011 ............................................................................................................. 44 2.3 Definición de Términos Básicos ................................................................................... 45 2.3.1 Conexión....................................................................................................................................... 45 2.3.2 Interfaz.......................................................................................................................................... 45 2.3.3 Software ....................................................................................................................................... 45 2.3.4 Automatización ......................................................................................................................... 46 2.3.5 Monitoreo .................................................................................................................................... 46 3.1 Tipo de Investigación. ...................................................................................................... 47 3.2 Diseño de la Investigación.............................................................................................. 48 3.2.1 Diseño No Experimental ........................................................................................................ 48 3.2.2 Documental ................................................................................................................................. 49 3.2.3 Campo............................................................................................................................................ 49 3.3 Población y Muestra ......................................................................................................... 50 3.3.1 Población...................................................................................................................................... 50 3.3.2 Muestra. ........................................................................................................................................ 50 3.4 Técnicas e instrumentos de Recolección de Datos. ............................................... 52 3.5 Validación y Confiabilidad del Instrumento ............................................................ 52 3.6 Técnica de Procesamiento de la Información ......................................................... 53
CAPÍTULO IV SISTEMA PROPUESTO ........................................................................ 63 4.1 Diagrama de Bloques ....................................................................................................... 63 4.2 Desarrollo Técnico ............................................................................................................ 64 4.2.1 Sensor ............................................................................................................................................ 65 4.2.1.1 Componentes ........................................................................................................................................ 65 4.2.1.2 Circuito ................................................................................................................................................... 66 4.2.1.3 Funcionamiento .................................................................................................................................. 68
4.2.2 RTU ................................................................................................................................................. 70 4.2.2.1 Componentes ........................................................................................................................................ 70 4.2.2.2 Circuito .................................................................................................................................................... 71 4.2.2.3 Funcionamiento .................................................................................................................................. 73 4.2.2.4 Software .................................................................................................................................................. 74
4.2.3 Maestro ......................................................................................................................................... 75 4.2.3.1 Componentes ........................................................................................................................................ 75 4.2.3.2 Circuito .................................................................................................................................................... 76 4.2.3.3 Funcionamiento .................................................................................................................................. 78 4.2.3.4 Software .................................................................................................................................................. 79
4.2.4 Maqueta ........................................................................................................................................ 80 4.2.5 Interfaz Visual ............................................................................................................................ 81 4.3 Recursos Administrativos .............................................................................................. 83 4.3.1 Recursos Humano .................................................................................................................... 83 4.3.2 Recursos Técnicos .................................................................................................................... 83
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CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................... 87 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 91 Referencias Bibliográficas..................................................................................................... 91 Referencias de Trabajos de Grados.................................................................................... 91 Referencias de Fuentes Electrónicas ................................................................................. 92
ANEXOS ............................................................................................................................... 98
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Índice de Figura
Figura N° 1. Venta de vehículos nuevos en la República Bolivariana de Venezuela. Período de 1.991 a 2.011. ____________________________________________________________________________________________________ 6 Figura N° 2. Sistema de Control. _______________________________________________________________________ 21 Figura N°3. Sistema de Control de lazo abierto. _______________________________________________________ 23 Figura N°4. Diagrama de sistema de control de lazo cerrado. _______________________________________ 23 Figura N° 5. Comparación de Sistema de Control Central y Sistema de Control Distribuido. _______ 26 Figura N° 6. Un bus de campo homogéneo para la automatización completa del proceso. _________ 34 Figura N° 7. Profibus. ___________________________________________________________________________________ 35 Figura N° 8. Sistema combinado. _______________________________________________________________________ 36 Figura N° 9. Aplicación general del protocolo MODBUS. _____________________________________________ 39 Figura N° 10. Diagrama MAX 232. _____________________________________________________________________ 41 Figura N° 11. Diagrama PIC 16F870. __________________________________________________________________ 42 Figura Nº 12. Pic 16F877-20. ___________________________________________________________________________ 43 Figura N°13. Comparador Dual. _______________________________________________________________________ 44 Figura N°14. Integrado ILCT6. _________________________________________________________________________ 44 Figura N°15. Gráfico. Pregunta N°1. ___________________________________________________________________ 54 Figura N°16. Gráfico. Pregunta N°2. ___________________________________________________________________ 55 Figura N°17. Gráfico. Pregunta N°3. ___________________________________________________________________ 56 Figura N°18. Gráfico. Pregunta N°4. ___________________________________________________________________ 57 Figura N°19. Gráfico. Pregunta N°5. ___________________________________________________________________ 58 Figura N°20. Gráfico. Pregunta N°6. ___________________________________________________________________ 59 Figura N°21. Gráfico. Pregunta N°7. ___________________________________________________________________ 60 Figura N°22. Gráfico. Pregunta N°8. ___________________________________________________________________ 61 Figura N°22. Diagrama Circuito del Sensor. ___________________________________________________________ 66 Figura N°23. 3D placa del Sensor. ______________________________________________________________________ 67 Figura N°24. Placa del Sensor. _________________________________________________________________________ 67 Figura N°26. Diagrama Circuito RTU. _________________________________________________________________ 71 Figura N°27. 3D de la Placa del RTU. __________________________________________________________________ 72 Figura N°28. Placa del RTU. ____________________________________________________________________________ 72 Figura N°29. Diagrama Circuito del Maestro _________________________________________________________ 76 Figura N°30. 3D Placa del Maestro ____________________________________________________________________ 77 Figura N°31. Placa del Maestro. ________________________________________________________________________ 77 Figura N°31. Maqueta. __________________________________________________________________________________ 80 Figura N°32. Interfaz Visual ___________________________________________________________________________ 82 Figura N°34. Osciloscopio (Frecuencia) ______________________________________________________________ 86
Índice de Tabla Tabla N°1. Esquema de ajuste aprobado al (200%) ____________________________________________________ 9 Tabla N°2. Esquema de ajuste aprobado (100%) _______________________________________________________ 9 Tabla N°3. Encuesta. Pregunta N°1 ____________________________________________________________________ 53 Tabla N°4. Encuesta. Pregunta N°2 ____________________________________________________________________ 54 Tabla N°5. Encuesta. Pregunta N°3 ____________________________________________________________________ 55
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Tabla N°6. Encuesta. Pregunta N°4 ____________________________________________________________________ 56 Tabla N°7. Encuesta. Pregunta N°1 ____________________________________________________________________ 57 Tabla N°8. Encuesta. Pregunta N°6 ____________________________________________________________________ 58 Tabla N°9. Encuesta. Pregunta N°7 ____________________________________________________________________ 59 Tabla N°10. Encuesta. Pregunta N°8___________________________________________________________________ 60 Tabla N°11. Componentes Sensor ______________________________________________________________________ 65 Tabla N°12. Componentes RTU _________________________________________________________________________ 70 Tabla N°13. Componentes Maestro ____________________________________________________________________ 75 Tabla N°14. Recursos Humanos ________________________________________________________________________ 83 Tabla N°15. Recursos Técnicos _________________________________________________________________________ 84
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INTRODUCCIÓN Hoy en día a nivel mundial usuarios con necesidad de áreas para el parqueo de sus vehículos buscan establecimientos con mayor comodidad desde el punto de vista del acceso y el sitio final de parqueo. Estacionamientos con tecnología como en “Disney Land” dividen los sectores por colores que permiten a los usuarios acceder a zonas dependiendo de la hora de llegada de los usuarios.
Un estacionamiento o zona de parqueo es un área física con la capacidad de recibir diferentes tipos de vehículos en donde pueden permanecer cerrados por largos periodos de tiempo en un sitio determinado, estos espacios o puestos son delimitados por líneas de colores llamativos. Esto permite a los usuarios mientras dejan sus vehículos realizar diferentes actividades fuera del área de parqueo.
Aunque los estacionamientos como el de “Disney Land” se han vuelto eficientes para parques temáticos; en el caso de centros comerciales, oficinas comerciales y estacionamientos particulares donde el flujo de entrada y salida de vehículos es constante, se complica el modo de mantener esta eficiencia en la utilización de los puestos, si no se tiene un personal en constante comunicación y con un control permanente en el área de parqueo.
La búsqueda de solución a la problemática antes expuesta ha traído como consecuencia el uso de la tecnología en este caso de la electrónica para desarrollar sistemas de control inteligentes que permitan mejorar la eficiencia y varios beneficios conexos, esto ha generado los llamados estacionamientos inteligentes.
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En esencia el estacionamiento inteligente permite la utilización del recinto con la máxima eficiencia, comodidad al usuario para encontrar con rapidez el puesto donde va a estacionar el vehículo, disminuir las colas de esperas por un puesto de estacionamiento y mejorar considerablemente la atención al cliente.
La necesidad de diseñar un sistema de estacionamiento inteligente entrega un aporte para mejorar la calidad de vida de los usuarios gracias a esta optimización se logra: un uso más adecuado del parque automotor, logrando disminuir las diferentes emisiones que pueden producirse durante el tiempo que el usuario permanezca con el vehículo en marcha para encontrar un puesto, disminuir el tiempo de búsqueda a los usuarios, mejoras en el consumo de gasolina y permite a los usuarios contar con más tiempo para realizar sus respectivas tareas.
La presente investigación tiene por objeto el diseño e implementación a escala, de un sistema de estacionamiento inteligente que pueda distribuir controladamente el acceso de vehículos dentro de un área determinada, para un grupo de puestos determinado. Para ello utilizaremos un sistema de control distribuido el cual se comunica mediante un bus de campo con sensores establecidos en los diferentes puestos de estacionamiento.
La estructura de la investigación lo componen los siguientes capítulos; el capítulo I trata sobre la descripción del problema donde se expone la necesidad de
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adaptación tecnología inteligente a la infraestructura del estacionamiento, capaz de manejar automáticamente el ingreso, parqueo y salida de los vehículos.
En el capítulo II se detalla el marco teórico donde describimos las bases teóricas que sustentan el presente trabajo investigativo incluyendo diferentes conceptos, funciones de un controlador distribuido a utilizar, funciones de sensores de radio frecuencia, diferentes componentes electrónicos y mecánicos que facilitaran la adaptación tecnología del estacionamiento.
En el capítulo III se explica el tipo de investigación a utilizar, el diseño de la investigación a desarrollar especificando otros detalles como la población y muestra que a través de la técnica e instrumentación de recolección de datos para la investigación brindará información importante para la elaboración de la encuesta como método fundamental en la recolección de datos.
En el capítulo IV se detalla el sistema propuesto mediante un diagrama de bloques del sistema electrónico de control distribuido prototipo, donde se establece el funcionamiento interno del sistema, incluyendo la interrelación que existe entre los diferentes dispositivos interconectados.
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CAPÍTULO I EL PROBLEMA INVESTIGACIÓN 1.1 El Planteamiento del Problema. A nivel mundial el desarrollo tecnológico es determinante para mejorar las tecnologías existentes en un país, es por ello que mientras las ciudades progresan, la población aumenta y el parque automotor crece con cada habitante que adquiere un vehículo, permitiendo a estas personas mejorar su calidad de vida al transitar a diversas áreas mediante el transporte particular.
Esta calidad de vida se ve reducida cuando un usuario se encuentra en áreas de gran congestión vehicular, al tratar de ubicar un espacio destinado a resguardar la integridad física del vehículo mientras no se encuentra cerca del mismo. En cualquier país del mundo existen áreas determinadas para estacionar vehículos particulares.
Según la investigación de Pacheco, H. (2.010) “Análisis del exponencial crecimiento del parque automotor ante la falta de infraestructura y la escasez de petróleo” donde comentan que el crecimiento de países como China es líder en el mercado mundial de fabricación de vehículos con un crecimiento del 45,5% comparado con su producción de siete coma nueve millones de vehículos (7,9 MM) producidos solamente en el 2.009. En segundo lugar vemos países como Estados Unidos, Japón, Brasil, Alemania e india como los mayores productores de vehículos a nivel mundial.
Dentro de la investigación también plantean el hecho del crecimiento desmesurado de la cantidad de vehículos en el parque automotor, ha creado un desbalance en la infraestructura de las ciudades. Es por ello que el número de estacionamientos no se adaptan a la cantidad de vehículos existentes en el mercado,
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es común ver áreas donde instalen barreras de metal para evitar que los autos se apoderen de las zonas verdes o áreas de esparcimiento.
En referencia a Latinoamérica se puede observar el crecimiento en países emergentes como Brasil, México, Colombia, y Argentina donde solo Brasil es capaz de competir a nivel mundial pero los demás países de Latinoamérica producen una cantidad considerables de vehículos sin tener en cuenta que las inversiones en infraestructura no permiten adaptar el crecimiento del parque automotor a las diferentes ciudades.
Otra parte, el parque automotor en Argentina presenta estadísticas de crecimiento considerables, según Quiroga, A. (2012, Abril). Internet. “Incremento del parque automotor. Demanda en crecimiento”, indica que Argentina es uno de los países con mayor crecimiento en la región, el parque automotor es de 10 millones de vehículos, los indicadores presentan que solo en el año 2.011 las ventas de vehículos subieron en 29,5%.
Por su parte en Venezuela el crecimiento del parque automotor está a nivel de los países de la Comunidad Andina según la investigación “El Parque Automotor en la República Bolivariana de Venezuela 1990-2011, estratos medios de la población y elecciones 2.012”, indica que el parque automotor en Venezuela para el año 2.011 era de 2.487.874 vehículos, lo cual se estima que desde el año 1.990 hasta la actualidad existió un crecimiento de alrededor del 113%. Así mismo, podemos señalar que la cantidad de vehículos vendidos en la década del 2001 hasta 2011 supera en gran proporción a los vendidos en la época de
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1990 hasta 2000, según la investigación “El Parque Automotor en la República Bolivariana de Venezuela 1990-2011, estratos medios de la población y elecciones 2.012” la capacidad de adquisición del venezolano mejoro permitiendo así que nuevos venezolanos puedan acceder a vehículos nuevos o usados.
Figura N° 1. Venta de vehículos nuevos en la República Bolivariana de Venezuela. Período de 1.991 a 2.011.
Fuente: Universidad de los Andes. [En línea].
En Venezuela existen áreas capacitadas para resguardas vehículos particulares, los estacionamiento existen en zonas residenciales, zonas comerciales, zonas industriales, entre otros. Aunque se encuentra gran variedad de zonas de aparcamiento se pueden separar de manera general en públicos y privados. En un artículo de la prensa reseñado por el Diario El Universal (25/06/2008) “Numero de estacionamientos se reduce en 15% en dos años”, indican que la cantidad
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de estacionamientos vigentes registrados en la Asociación Nacional de Propietarios de Garajes y Estacionamientos, por sus siglas (A.N.P.A.G.E) como será llamada de ahora en adelante en la presente investigación de grado, manifiesta que en Caracas a partir del 2.005 existían 1.100 garajes o estacionamientos, actualmente se encuentran operativos 930 según los datos de estudio de (A.N.P.A.G.E). Explica también que menos del 40% se encuentra activo pues actualmente de 500 afiliados solo 183 se mantienen activos y prestando servicio en la Gran Caracas.
A raíz de todos estos problemas se llevaron a cabo diferentes estrategias por los estacionamientos, para continuar prestando el servicio de parqueo de vehículos de manera eficiente, algunas empresas encargadas de aparcamiento se encargan de contratar mayor cantidad de personal para establecer vigilancia continua del estacionamiento tratando de mantener el flujo de vehículos de manera eficiente.
Suele ocurrir que este tipo de sistemas carece de precisión a la hora de buscar puestos para los conductores de vehículos particulares, generando congestiones en avenidas o calles con alto flujo de tráfico, incluso la necesidad de duplicar el personal de seguridad para tratar de mantener el flujo de vehículos dentro del estacionamiento.
Sin
embargo,
algunos
sistemas
implantados
en
estacionamientos
semiautomáticos con dispositivos de conteo de puestos, donde el estacionamiento es programado a través de equipos para los diferentes usuarios y el mismo se encarga de contar la cantidad de carros que entrar y salen para establecer si puede generar un recibo de entrada o (ticket) al usuario, esto genera incomodidades en los clientes
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siendo que; deben permanecer buscando una zona de parqueo dentro del estacionamiento.
En los procesos de adaptación tecnológica, existen
sistemas capaces de
administrar el pago del recibo mediante la implementación de taquillas automatizadas, con la finalidad de optimizar el tiempo de salida del vehículo. Aunque estas mejoras son pequeñas, el problema de la asignación y monitoreo del estacionamiento continua latente para los usuarios y dueños de establecimiento.
Estas adaptaciones tecnológicas generan un costo que los dueños de las áreas de parqueo deben asumir para poder mejorar sus recintos. Como un proyecto de mejora para los dueños de estacionamientos el Gobierno Nacional realizo un ajuste en los precios regulados, según Gaceta Oficial número 39936.
Según esta resolución los ajustes aprobados fueron los siguientes. El primero se realizó mediante un aumento del 200%, a partir del 4 de Junio de 2.012, el segundo corresponde al 100% al precio existente antes de la resolución, este comenzó a ser efectivo a partir del 30 de Octubre de 2.012.
Estas medidas de aumento, permitió a los dueños de áreas de parqueo, un crecimiento total del 300% con respecto a los precios establecidos antes de la resolución oficial. Para ejemplificar lo expuesto, a continuación se muestra unas tablas para observar de manera consecutivas los aumentos del costo final del estacionamiento.
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Tabla N°1. Esquema de ajuste aprobado al (200%) ESQUEMA DE AJUSTE APROBADO (200%) PRECIOS PRECIOS POR POR LA FRACCIÓN TIPO O CATEGORIA PRIMERA TIPOS DE MENOR O DE HORA O VEHICULOS IGUAL A ESTACIONAMIENTO FRACCIÓN 30 ADICIONAL MINUTOS (BS) (BS) NO ESTRUCTURALES
ESTRUCTURALES NO MECANICOS TERRENOS DESCUBIERTOS
VEHICULO LIVIANO VEHICULO DE CARGA VEHICULO LIVIANO VEHICULO DE CARGA TODO TIPO DE VEHICULOS
PRECIO POR PUESTO FIJO (BS)
Bs. 2,10
Bs. 0,80
Bs. 180
Bs. 2,40
Bs. 0,90
Bs. 210
Bs. 3,00
Bs. 1,15
Bs. 240
Bs. 3,45
Bs. 1,30
Bs. 270
Bs. 1,20
Bs. 0,50
Bs. 105
Fuente: Gaceta Oficial N° 39.996 (2012)
Tabla N°2. Esquema de ajuste aprobado (100%) ESQUEMA DE AJUSTE APROBADO (100%) PRECIOS PRECIOS POR POR LA FRACCIÓN TIPO O CATEGORIA PRIMERA TIPOS DE MENOR O DE HORA O VEHICULOS IGUAL A ESTACIONAMIENTO FRACCIÓN 30 ADICIONAL MINUTOS (BS) (BS) NO ESTRUCTURALES
ESTRUCTURALES NO MECANICOS TERRENOS DESCUBIERTOS
VEHICULO LIVIANO VEHICULO DE CARGA VEHICULO LIVIANO
Bs. 2,80
Bs. 1,10
Bs. 240
Bs. 3,20
Bs. 1,25
Bs. 280
Bs. 4,00
Bs. 1,50
Bs. 320
Bs. 1,75
Bs. 360
Bs. 0,60
Bs. 140
VEHICULO DE CARGA Bs. 4,60 TODO TIPO DE VEHICULOS Bs. 1,60
Fuente: Gaceta Oficial N° 39.996 (2012)
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PRECIO POR PUESTO FIJO (BS)
A manera de promover el desarrollo tecnológico, se ha tratado de adaptar sistemas con innovaciones implementados por compañías como Techniclite C.A., donde se maneja el estacionamiento a través de un sistema centralizado que permita el control de los diferentes puestos de estacionamiento en tiempo real, aunque gran parte del desarrollo del sistema se adapta a cada estacionamiento, son soluciones costosas que están fuera del alcance de estacionamiento públicos.
En consecuencia a esta problemática y tratando de aportar soluciones que permitan minimizarla nos hemos planteado como trabajo de tesis de grado desarrollar un sistema de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento. Este prototipo a escala, será capaz de administrar 20 puestos de estacionamiento mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía Bus de Campo, permitiendo al sistema la ubicación de puestos de estacionamiento disponible mediante señales luminosas ubicadas en áreas estratégicas.
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Interrogantes
¿Cómo se desarrollaría un sistema electrónico de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos de manera eficiente mediante?
¿Cómo se determinara la distribución de los diferentes componentes para la implementación del sistema automatizado dentro del espacio físico del estacionamiento?
¿Cuál será el sistema controlador eficaz de manejar los diferentes componentes necesarios para construir el estacionamiento inteligente que pueda manejar 20 puestos?
¿Cómo será el dispositivo electrónico idóneo de censar cada uno de los 20 puestos de estacionamiento?
¿Cómo será la señalización que permita guiar a los usuarios a través del estacionamiento al puesto asignado por el sistema de control distribuido?
¿Cuáles serán las características principales del sistema de control distribuido capaz de manejar las diferentes operaciones que se requieren para la automatización del estacionamiento inteligente?
¿Cuál será el método de comunicación de los dispositivos del sistema prototipo de control distribuido?
¿Cuál sería la interfaz visual del sistema de control distribuido capaz de manejar la automatización del estacionamiento de 20 puestos que permita administrar y operar el sistema?
¿Cómo se podría construir un prototipo del sistema de control distribuido para manejar las diferentes operaciones que se requieren para la automatización del estacionamiento inteligente?
¿Cómo se puede probar el sistema de control distribuido eficaz de manejar la automatización del estacionamiento inteligente?
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1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo general. Desarrollar un sistema electrónico de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, de manera eficiente, mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía Bus de Campo.
1.2.2 Objetivos específicos.
Determinar la distribución para la adaptación de los diferentes componentes requeridos en la construcción del sistema electrónico de control distribuido prototipo en la automatización del estacionamiento de 20 puestos.
Diseñar el sistema electrónico de control distribuido prototipo a utilizar en la automatización del estacionamiento de 20 puestos.
Desarrollar un método de señalización que permita al usuario la ubicación de los puestos libres mediante un sistema interconectado de bajo consumo con la capacidad de guiar al usuario a través del estacionamiento de 20 puestos.
Determinar las características principales del sistema de control distribuido del estacionamiento con capacidad de administrar los 20 puestos de estacionamiento de manera automatizada.
Construir el sistema electrónico prototipo de control distribuido para el procesamiento de información que permita administrar de manera inteligente el área de parqueo establecido para los clientes.
Desarrollar la interfaz visual del estacionamiento inteligente con capacidad de administrar los 20 puestos de estacionamiento de manera automatizada.
Probar el sistema de control distribuido capaz de administrar los 20 puestos de estacionamiento de manera automatizada.
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1.3 Justificación de la Investigación Orientándonos al progreso y la evolución social se establece el planteamiento de diseñar un sistema inteligente idóneo de administrar los puestos disponibles que se encuentran en un estacionamiento, a través del uso de un sistema de control centralizado de detección de vehículos para determinar si el puesto está disponible o se encuentra ocupado, innovando el manejo que actualmente poseen los estacionamientos.
Esta investigación traerá beneficios tanto a los clientes como dueños de establecimientos de parqueo de vehículos, en la utilización de un estacionamiento inteligente, otorgando un servicio amigable a los usuarios, para la búsqueda de un puesto no se transforme en una pérdida de tiempo.
Por su parte es de importancia para la población que posee áreas de parqueos, el beneficio se verá reflejado al tener la capacidad de optimizar la distribución física del estacionamiento permitiendo mejorar los tiempos de ingreso y egreso de los vehículos, ubicación de puestos,
como eficiencia máxima en el uso del
estacionamiento.
De igual manera es beneficioso para los usuarios que es dueño de vehículos particulares o comerciales el beneficio se verá reflejado en la disminución de tiempo para ubicación de puestos, disminución de la contaminación en las áreas alrededor de estacionamiento, disminución en el desgaste del vehículo por esperas innecesarias.
Para la realización de esta investigación se dará a conocer la estructura de un sistema electrónico de control distribuido prototipo, el cual será capaz de automatizar
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la distribución equitativa de los 20 puestos asignados en el área de parqueo disponibles para los diferentes clientes, como también mejorar el sistema de administración del mismo,
mediante la adquisición y almacenamiento de datos
estadísticos, permitiendo al administrador del estacionamiento llevar en tiempo real la utilización del espacio físico del estacionamiento, como también el ingreso y egreso de vehículos.
Al mismo tiempo se espera que esta investigación sirva de base a futuros investigadores en trabajos para el desarrollo de los sistemas de control distribuido, que cada día se utilizan más en los sistemas comerciales e industrial.
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1.4 Delimitaciones El trabajo de investigación estará delimitado bajo los siguientes aspectos.
1.4.1 Geográfica La investigación documental se estará realizando en las siguientes casas de estudios Universidad Nueva Esparta ubicada en el Municipio el Hatillo, Universidad Simón Bolívar ubicada en el Municipio el Baruta, en la Universidad Católica Andrés Bello ubicada en el Municipio Libertador y a través consultas en línea en la diferentes casas de estudio ubicadas en diferentes países. El desarrollo del prototipo se realizara en el Municipio Libertador, Avenida Urdaneta, Edificio Caoma piso 1, oficina 106, Empresa Venelectra, S.R.L. Las pruebas del prototipo se realizara en el Municipio Libertador, Avenida Urdaneta, Edificio Caoma piso 1, oficina 106, Empresa Venelectra, S.R.L.
1.4.2 Temporal Esta fase tiene una estimación para la elaboración de la investigación será de 9 meses, desde el mes de Septiembre de 2012 al mes de Julio de 2013.
1.4.3 Temática El Trabajo de Investigación está orientado en el área de Electrónica específicamente en las áreas de Digitales.
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1.4.4 Técnica Este trabajo desarrollara un sistema de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía bus de campo.
El desarrollo del sistema de detección de vehículos se realizará mediante sensores magnéticos que envían una señal al controlador determinando la disponibilidad del puesto.
El desarrollo de la señalización que permitirá a los usuarios ubicar los puestos disponibles constará de un grupo de leds luminosas, repartidas estratégicamente por diferentes ubicaciones del estacionamiento.
La interfaz visual que permitirá conocer la existencia de errores en la comunicación del hardware, como también conocer que puesto se está escaneando por el sistema las 24 horas de día.
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1.5 Limitaciones El presente trabajo de investigación se pueden presentar algunas dificultades para obtener los diferentes componentes electrónicos que se requieran para desarrollar el sistema de control distribuido prototipo ya que muchos de estos son importados y el control cambiario en Venezuela para comprar en exterior por personas naturales limita un monto por persona anualmente.
Por otro lado, se presenta la limitante en los tiempos del periodo académico 2013, siendo que por reformas de la casa de estudio se redujera a 14 semanas, trayendo como consecuencia no poder finalizar el estudio a tiempo para la defensa y vernos obligados a pedir prórroga para su defensa.
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CAPÍTULO II MARCO TEORICO 2.1 Antecedentes de la Investigación En el presente capítulo se desarrolla la aproximación teórica del estudio, la cual tiene como propósito fundamentar el desarrollo del presente proyecto. En tal sentido, se asume la revisión bibliográfica. Al respecto se presenta a continuación una revisión documental conformada por una serie de investigaciones que constituyen un acercamiento inicial a uno de los objetivos del presente estudio.
En primer lugar se encuentra la investigación por Valente. A -(2009) dirigida a un estudio titulado “Sistema de Monitoreo Automático de Puestos de Estacionamiento Vehicular.” Trabajo de Grado. Facultad de Ingeniería de Sistemas. Universidad Nacional Abierta. Estado Táchira. Venezuela. Teniendo como desarrollo principal el diseño e implementación de un sistema que de manera automática pueda monitorear la cantidad y disponibilidad de puestos desocupados en un estacionamiento en particular.
El objetivo de este proyecto es servir como un precedente y base para desarrollar sistemas de monitoreo y detección de disponibilidad de espacios para estacionar.
La investigación se orientó en base a la utilización de sensores y
microcontroladores para la adquisición de datos y de allí hemos tomado ciertas ideas con el fin de perfeccionarlas.
El microcontrolador es el principal dispositivo que se utiliza en una tarjeta de adquisición de datos, la cual se encarga de tomar un conjunto de variables físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en un computador.
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El aporte para esta investigación es el prototipo usado, el cual está constituido por un sistema de monitoreo para un estacionamiento de ocho puestos, con un módulo de adquisición de datos, el cual le transmite la información a una computadora PC. Esta la procesa y a su vez la almacena en una base de datos.
El presente proyecto se relaciona en el diseño e implementación de un sistema que pueda adquirir datos en tiempo real, sobre la disponibilidad de puestos desocupados, para poder hacer uso de esta información y centralizarla para permitir utilizar la misma a los usuarios, teniendo mucha similitud con el proyecto a realizar, en cuanto al principio de adquisición de datos.
Por otro lado se encuentra el estudio realizado por Arellano, Prieto y Mora, (2009) titulado “Estacionamiento Inteligente” Trabajo de Investigación. Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ingeniería Eléctrica. El cual consiste en la detección de los espacios de estacionamiento para poder determinar su estatus de Ocupado o Desocupado.
Entre uno de sus objetivos se encuentra el estudio de detectar mediante sensores la disponibilidad de puestos en un estacionamiento, el cual utiliza un microcontrolador
para poder determinar cuántos puestos están de disponibles y
cuáles no lo están, y de esta manera visualizarlos mediante un software que se instalara en un PC.
La trasmisión de datos se realiza mediante un Bus de Campo y una red de comunicación Modbus, para con este sistema pasar la información recolectada por los sensores y llevarla a los microcontroladores que son los que toman la decisión de disponibilidad.
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La investigación se relaciona con el trabajo de grado mediante el manejo de un sensor para la detección de los puestos de un estacionamiento, y que a través de un microcontrolador determinar la disponibilidad de la misma, de esta manera dando una cierta inteligencia a los estacionamientos, por lo tanto se observa la similitud con investigación. Por último se encuentra el estudio realizado por Cristologo. I. – (2008) titulado: “Diseño de un Sistema Electrónico para el Aviso Automático de Disponibilidad en Estacionamiento Vehicular” Trabajo de Grado. Pontificia Universidad Católica del Perú. Facultad de Ciencias e Ingeniería.
Este trabajo va
enmarcado en el uso de tecnología electrónica actual para buscar solución a la problemática presentada en los grandes estacionamientos especialmente en centro comerciales para conseguir espacios para estacionar el vehículo de manera efectiva y rápida. En esta investigación se desarrolla un sistema de conteo electrónico de vehículos para estacionamientos que permitiría al conductor saber si hay o no espacios disponibles en el recinto y en qué área del local se puede estacionar.
Uno de los objetivos de la investigación es brindar una inteligencia y una automatización a los sistemas ya existentes en el mercado, a través de una implementación de componentes electrónicos y microcontroladores que permitirá el manejo de datos para determinar la disponibilidad de espacios para estacionar.
La investigación de Cristologo I. se relaciona en el diseño e implementación de un sistema que permita a los usuarios saber la disponibilidad de puesto que posea el recinto. Además de la utilización de sensores para la detección en los puestos, así mismo se estará utilizando microcontroladores para el manejo de los datos, lo que en este sentido se asemeja al presente trabajo de investigación a realizar.
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2.2 Bases Teóricas
2.2.1 Sistema de Control. Según el programa de doctorado de la Universidad de Jaén (2006), “Sistemas de Control Inteligentes.” define un sistema de control de la siguiente manera: “Conjunto o combinación de componentes que actúa conjuntamente y que cumple un determinado objetivo”
En la siguiente figura se puede observar un diagrama de bloque de un sistema de control: Figura N° 2. Sistema de Control.
Fuente: Universidad de Jaén.
Los sistemas de control están compuestos por elementos básicos, los cuales permiten manipular las diferentes variables que componen el sistema:
Señal de referencia: es la señal que introducimos al sistema para obtener una señal de salida.
Señal de salida: es la variable que se obtiene al final del sistema.
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Perturbaciones: son las variables que al introducirse en el sistema provocan desviaciones en la señal de salida deseada.
Detector de error: es el dispositivo que se encarga de comparar la variable de referencia con la variable de realimentación, permitiendo generar un resultado que es utilizado para estabilizar el sistema.
Regulador: es el dispositivo encargado de modificar la señal que el detector de error introduce, con la finalidad de controlar la respuesta de la señal de salida del sistema.
Preaccionador: es el dispositivo encargado de amplificar la señal del regulador.
Actuador: es el dispositivo encargado de mantener la variable de la salida en el valor deseado.
Planta: es donde se realiza el control de la variable de salida del sistema.
Los sistemas de control pueden dividirse en sistema de control de lazo abierto como también sistema de control de lazo cerrado.
2.2.1.1 Sistema de Control de lazo abierto. El sistema de control de lazo abierto es aquel en donde el control de la variable de salida no es insertada nuevamente en el sistema, por lo tanto si existe una desviación en la variable de salida no será corregido de manera automática. Este tipo de sistema suele ser menos complejo.
En la siguiente figura se muestra un diagrama de bloque del sistema de control de lazo abierto:
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Figura N°3. Sistema de Control de lazo abierto.
Fuente: Romero, A. (2007)
2.2.1.2 Sistema de Control de lazo cerrado. El sistema de control de lazo cerrado funciona a través de un transductor que permite la realimentación, logrando mantener en todo momento la variable de la señal de salida en el transductor que permite estabilizar el resultado deseado en caso de requerir una intervención automática.
En la siguiente imagen se muestra un diagrama de bloques de un sistema de control de lazo cerrado:
Figura N°4. Diagrama de sistema de control de lazo cerrado.
Fuente: Romero, A. (2007)
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2.2.3 Sistema de Control Distribuido (SCD) Simón, J. define a los Sistema de Control Distribuido como lo siguiente: “Sistema de Control que mediante elementos distribuye a sub-sistemas diferente asignaciones y que todas ellas están conectadas a través de una red de comunicación y monitoreo.”
Los Sistemas de Control Distribuido también son conocidos por sus siglas en ingles DCS (Distributed Control Systems). A diferencia de los clásicos sistemas centralizados, los cuales concentran todo su poder de control en un único elemento, los sistemas de control distribuido reparten su potencia de tratamiento de la información en todo el espacio. Esto brinda una mayor seguridad y flexibilidad en la red de control.
La filosofía de funcionamiento de los sistemas de control distribuido, es entonces, la transferencia de tareas específicas a distintas unidades de control repartidas en todo el sistema. Estos controladores digitales tienen la capacidad de controlar individualmente un cierto de número de variables, con lo cual disminuye considerablemente el riesgo de fallas en el sistema.
Básicamente estos sistemas están formados por los siguientes elementos: Unidades de interface con campo I/O; unidades de cálculo o procesadores de control, que pueden ser o no redundantes; unidades de almacenamiento de datos históricos; pantallas de acceso para operación y para ingeniería.
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Los sistemas de control distribuido son sistemas propietarios cuyos dispositivos y aplicaciones dependen del fabricante. Sin embargo tienen la capacidad de admitir dispositivos de instrumentación y control de otros fabricantes, es decir, son sistemas de arquitectura abierta que permiten sin ningún problema la interconexión de dispositivos de distintos proveedores.
En la mayoría de los casos los sistemas de control distribuido se apoyan en otros sistemas de control, como los PLC (Controlador Lógico Programable) y los SCADA (Control Supervisorio y Adquisición de datos), para complementar y brindar otras funciones al sistema. También tienen la capacidad de comunicarse con otras estaciones encargadas de gestionar el proceso, control avanzado, modelos matemáticos, entre otras actividades.
2.2.3.1 Historia En los 70, fue cuando surgió este sistema, se utilizaban los paneles analógicos para realizar todas las tareas de supervisión remota de los procesos, sin embargo, las necesidades de utilizar los recursos disponibles más eficientes e inteligentemente, fueron las principales razones para buscar sistemas capaces de mejorar la competitividad de las empresas. Los SCD (sistema de control distribuido) están basados en microprocesadores, concebidos inicialmente como reemplazos funcionales para la instrumentación electrónica de panel.
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Los SCD se desarrollaron de tal manera que para las compañías de fabricación que poseen sistemas avanzados, se han hecho comercialmente viables para el mejoramiento de la exactitud, operatividad, habilidad computacional y lógica.
Los SCD pasaron de reemplazos de paneles de control a redes totalmente integradas a las operaciones de planta. Este progreso ha sido impulsado en parte por la revolución en la tecnología de los microprocesadores y el software. El Sistema provee una estructura más organizada que otros sistemas como el Control Central. Observamos en la siguiente figura la comparación entre ambos sistemas.
Figura N° 5. Comparación de Sistema de Control Central y Sistema de Control Distribuido.
Sistema de Control Central
Sistema de Control Distribuido
Fuente: Villajulca, J (2008)
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2.2.3.2 Organización Según Villajulca, J. (2008). Los Sistemas de Control Distribuido se están transformando en plataformas computacionales distribuidas con suficiente rendimiento para soportar aplicaciones en tiempo real de gran escala y tener la capacidad de escalonar tareas a unidades pequeñas. Los estándares de sistemas abiertos están permitiendo a los SCD recibir información de diversos conjuntos de plataformas computacionales similarmente compatibles, incluyendo negocios, información de laboratorio, mantenimiento y otros sistemas de planta, así como dar información a estos sistemas para apoyo de múltiples aplicaciones. Los SCD tradicionalmente están organizados en cinco grandes subsistemas: Unidad de Control Local, Estación de Operador, Estación de Ingeniería, Redes de Comunicación, Otros sistemas.
Unidades de control local: Son una o varias cabinas que alojan fuentes de alimentación, módulos controladores, módulos de entradas/salidas, regletas de conexión. En esta unidad es donde se realiza el control lógico y la de adquisición de datos.
Estación de Operador: Son equipos autónomos con pantallas y teclados, que permiten el acceso de operador al proceso, para modificar puntos de consigna, señales de salida, arrancar secuencias y poner en marcha o parar motores, etc. La pantalla informa al operador las alarmas existentes, le muestra las tendencias de las variables y le presenta automáticamente informes que le ayudan a tomar las decisiones más adecuadas en cada caso.
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Estación de Ingeniería: Son equipos autónomos, desde los cuales se permite la configuración y carga de la programación de control.
Redes de Comunicación: Están formadas por dos buses redundantes que permiten transmitir datos a alta velocidad entre unidades de control local, estaciones de operador e interfaces. Son redes de plantas, orientadas al control distribuido, que integran un conjunto de protocolos enlazados entre si y estructurados de acuerdo con el modelo OSI. En los niveles de red y de transporte se utiliza el estándar TCP/IP.
Otros equipos al sistema. Además de los anteriores, a través de la misma red de comunicaciones, se pueden incorporar al sistema diferentes equipos especializados en funciones complementarias a las propias de control.
2.2.4 Unidad Terminal Remota Según Ordoñez, G. Define: Es un dispositivo basado en microprocesadores, el cual permite obtener señales independientes de los procesos y enviar la información a un sitio remoto donde se procese. Generalmente este sitio remoto es una sala de control donde se encuentra un sistema central SCADA el cual permite visualizar las variables enviadas por la UTR. El sistema de control y adquisición de datos remotos se comunica con otros sistemas de automatismo tales como PLC, sistemas de control y sistemas remotos. Las UTR son equipamientos electrónicos las cuales son capaces de recolectar datos, realizar cálculos matemáticos, generar las bases de
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datos necesarias y trasmitir a una estación central distante del lugar donde esta se encuentra. Con el propósito de conectarse con los sistemas de recolección de datos existentes u otros tipos de instrumentales, recolectar y guardar datos y realizar la comunicación con la computadora de la estación central de comando.
Las UTR o Unidades Terminales Remotas de un sistema SCADA, son ordenadores ubicados en el campo, los cuales se encargan de procesar la información y la interacción entre el Servidor SCADA y los distintos elementos de campo (Sensores, Actuadores). Las UTR’s son unidades independientes, encargadas de la adquisición de datos y en la actualidad, también poseen la capacidad de realizar algoritmos de control.
2.2.4.1 Características de la UTR Tienen una unidad de procesamiento y en ocasiones unidad de procesamiento de respaldo. Poseen una memoria de programa, datos y de acceso aleatorio. Puertos de comunicación (Serial, Ethernet, etc.). Fuente de alimentación y en ocasiones fuente de alimentación de respaldo. Diversas protecciones necesarias para garantizar el funcionamiento correcto y confiable de la UTR. Módulos e interfaces de entrada y salida. Driver para la comunicación con el Servidor SCADA (Por ejemplo: Drivers Profibus y Modbus). Sistema de ejecución en tiempo real. Driver para el manejo de los módulos de entrada y salida.
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2.2.4.2 Operación de la UTR La Unidad Terminal Remota se encarga de escanear sus entradas, cada cierto tiempo t, definido como el tiempo de acceso o adquisición. Puede realizar ciertas operaciones, que incluyen el procesamiento de los datos adquiridos, o el cambio de estado de una determinada variable. Generalmente utilizan la forma de comunicación pedido/respuesta, es decir el Servidor SCADA es el que inicia la comunicación para la obtención de un determinado valor. Ciertas UTR’s, en la actualidad contienen dentro de su programación algoritmos de control, y procesamiento de alarmas, tal como un PLC, por lo que en ocasiones la nomenclatura es intercambiable [4].
2.2.5 Bus de campo 2.2.5.1 Definición. El Ing. Kaschel, H. y el Ing. Pinto, E. define el Bus de campo de la siguiente manera: “Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción.” La investigación de la de Universidad de Oviedo del Ing. Diez, A. definen el bus de campo como: “Un bus de campo es un término genérico que describe un conjunto de redes de comunicación para uso industrial, cuyo objetivo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20mA. Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo con transductores, actuadores y sensores.” Con respecto a la investigación de la Universidad Nacional de San Luis del Ing. Villa, R. conceptualizan el bus de campo así:
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“Bus de Campo: Redes digitales bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie que conectan dispositivos de campo como transductores, actuadores, sensores, módulos de E/S, controladores de velocidad, terminales de operador con los sistemas de control: PLC´s, PC´s, NC, RC, etc.” 2.2.5.2 Objetivo. El objetivo del bus de campo es mejorar la calidad de transferencia de información y reducir los costos finales en que se acarrean, sustituyendo la tecnología de control centralizado a tecnología de control distribuido. Parte de las ventajas que esto genera es el envío de información digital, ya que esto mejora la precisión con respecto a la transmisión de información.
Según la investigación del Ing. Kaschel, H. y el Ing. Pinto, E. agrega lo siguiente con respecto al bus de campo: “Cada dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones propias de control, mantenimiento y diagnóstico. De esta forma, cada nodo de la red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier anomalía asociada al dispositivo. Esta monitorización permite aumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.”
2.2.5.3 Ventaja de Bus de campo. Parte de lo descrito anteriormente en el objetivo describe una de las ventajas esenciales del bus de campo, donde la reducción de costos y la simplicidad del sistema le dan una gran cantidad de puntos positivos a este tipo de configuraciones.
La investigación de la de Universidad de Oviedo del Ing. Diez, A. plasma en su investigación las ventajas del bus de campo:
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“La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la que los hace más atractivos a los usuarios finales, es la reducción de costos. El ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de instalación, ahorro en el costo de mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema. Una de las principales características de los buses de campo es una significativa reducción en el cableado necesario para el control de una instalación. Cada célula de proceso sólo requiere un cable para la conexión de los diversos nodos. Se estima que puede ofrecer una reducción de 5 a 1 en los costos de cableado. En comparación con otros tipos de redes, dispone de herramientas de administración del bus que permite la reducción del número de horas necesarias para la instalación y puestas en marcha”.
En otra investigación del Ing. Kaschel, H. y el Ing. Pinto, E. agregan lo siguiente con respecto a las ventajas del bus de campo: “El hecho de que los buses de campo sean más sencillos que otras redes de uso industrial como por ejemplo MAP, hace que las necesidades de mantenimiento de la red sean menores, de modo que la fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta. Además, los buses de campo permiten a los operadores monitorizar todos los dispositivos que integran el sistema e interpretar fácilmente las interacciones entre ellos. De esta forma, la detección de las fuentes de problemas en la planta y su corrección resulta mucho más sencilla, reduciendo los costos de mantenimiento y el tiempo de parada de la planta”.
Existe una gran variedad y cantidad de buses de campo en la actualidad entre los más usados comúnmente se encuentran los siguientes: AS-Interfase CAN Ethernet POWERLINK
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Profibus Modbus Para los efectos de este trabajo de grado consideraremos el uso de alguno de los dos últimos nombrados en la anterior lista.
2.2.5.4 Profibus Según Almacén el concepto de Profibus lo define como: Profibus es una de los buses de campo abiertos que cumple con todos los requerimientos en un rango muy amplio de aplicaciones. Es también la norma de comunicaciones favorita en el continente europeo y presume de tener el mayor número de instalaciones operando en el mundo. Además de ser abierto, no pertenece a ningún fabricante en particular, está certificado y es a todas luces un producto orientado a satisfacer las necesidades de automatización y control de procesos en las próximas décadas. Es abierto, porque permite que los dispositivos de los diversos fabricantes certificados en este bus se comuniquen entre ellos sin necesidad de utilizar interfaces. Las principales normalizaciones derivan de los estándares europeos EN 50170 y DIN 19245.
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Figura N° 6. Un bus de campo homogéneo para la automatización completa del proceso.
Fuente: A&D AS SM ID.
Su historia se remonta a un proyecto que fue investigado desde el año 1987 hasta el año 1990 estaba realizo por los fabricantes: ABB, AEG, Bosch, Honeywell, Moeller, Landis&Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP, Sauter-cumulus, Siemens y cinco institutos alemanes de investigación. Adicionalmente algunos autores afirman que el gobierno alemán. Todos estos experimentos permitieron el resultado definitivo de un borrador de la norma DIN 19245, el que sería el estándar Profibus. En el año 1993 se logró definir el estándar Profibus-DP.
El origen europeo del Profibus, fue una de las razones por la cual esta tecnología no tuvo auge inicialmente en Estados Unidos, Canadá y México, aunque la gran calidad del producto merecía estar en el mercado. Este protocolo no pertenece a ningún fabricante en particular, aunque inicialmente el desarrollo fue alemán al final fueron cedidos los derechos de uso. Grupos internacionales como “Profibus International” y “Profibus Trade Organization” promovieron la promoción de los productos que
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permiten el auge de esta tecnología, el IEC aprobó las especificaciones de Profibus como norma internacional (IEC 61158).
Según Almacén la automatización del Profibus es la siguiente: Profibus cumple con los requerimientos de automatización y control mediante tres perfiles del protocolo que son compatibles entre sí: Profibus-FMS, Profibus-DP y Profibus-PA. Figura N° 7. Profibus.
Fuente: Villa R. Los dos primeros constituyen los perfiles típicos de comunicación de Profibus mientras que el último es un perfil de aplicación, construido a través de la combinación del perfil de comunicación DP con un conjunto de funciones adicionales. Estas adiciones proveen a PA con tecnología de transmisión y alimentación de dispositivos por medio del bus, cubriendo así las necesidades de los dispositivos de campo.
Profibus-FMS, Fieldbus Message Specification (Especificación de Mensaje de bus de campo), es el perfil de comunicación capaz de manejar todas las tareas intensivas de transferencia de datos muy comunes en las comunicaciones industriales, por lo que se le considera la solución universal para la transferencia de información en el nivel superior y de campo del modelo jerárquico de automatización. Es la solución general para tareas de comunicación a nivel de control.
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También puede ser empleado para tareas de comunicación extensa y compleja. Está concebido para comunicar elementos de campo complejos que dispongan de interface FMS. Se pueden alcanzar velocidades de transmisión de hasta 1,5 Mb/sg. En función del medio utilizado. Sistema multi-maestro. Figura N° 8. Sistema combinado.
Fuente: Rosado L Profibus-DP, Decentralized Periphery (Periferia Descentralizada), Está optimizado para ofrecer mayor velocidad, eficiencia y bajo costo de conexiones porque fue diseñado específicamente para establecer la comunicación crítica entre los sistemas de automatización y los equipos periféricos.
Velocidades de comunicación de hasta 12 Mb/sg. Esta versión de Profibus está diseñada especialmente para comunicación entre sistemas automáticos de control y E/S distribuidos a nivel de campo (periferia distribuida). Los mensajes de diagnóstico se transmiten sobre el bus y se recuperan en la estación maestra. Es un sistema mono-maestro.
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Profibus-PA, Process Automation (Automatización de Procesos), En Profibus-PA se utiliza la tecnología de transmisión especificada en IEC 1158-2. Es una transmisión síncrona a 31.2 kbits/seg que satisface requerimientos muy importantes en las industrias química y petroquímica: seguridad intrínseca y suministro de energía a los dispositivos a través del bus mediante el simple uso de cable de cobre de dos hilos. De esta manera, es posible utilizar Profibus en áreas peligrosas Se pueden utilizar topologías lineales, en árbol y estrella.
2.2.5.4.1 Ventajas del PROFIBUS Según la Fuente: A&D AS SM ID. Las ventajas el Profibus son las siguientes:
Reducción de costos: Menores gastos de planificación y de ingeniería, así como gastos de puesta en marcha más reducidos en comparación con la transmisión convencional de señales a través de conexiones punto a punto en paralelo. La conexión directa de dispositivos de proceso, especialmente en la zona Ex, permite ahorrar en cableado y componentes mecánicos para la interconexión, la distribución la alimentación y el montaje. Configuraciones de instalación de coste optimizado para una elevada disponibilidad y seguridad mediante Flexible Modular Redundancy Protección de personas y máquinas: Alto contenido informativo y comunicación bidireccional para funciones avanzadas de diagnóstico para la detección y la eliminación más rápida y precisa de fallos. 2.5.5 Modbus. Según la investigación del Cruz F, (2006). Diseño de una estación de monitoreo de procesos. Define Modbus de la siguiente manera:
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El protocolo MODBUS es un bus de campo, se puede definir como el medio de comunicación entre diferentes equipos de un sistema de automatización, esto puede ser, desde un sensor o un actuador, hasta una computadora o un autómata programable. Los antiguos sistemas de control, basados en grandes computadoras centrales y kilómetros de cableado resultaban ser inapropiados para las exigencias del momento del mercado donde los procesos de fabricación necesitaban de una automatización más flexible, robusta y que además reduzca los costos de instalación y mantenimiento.
El protocolo MODBUS fue desarrollado por Modicon a finales de los años 80's. Este protocolo fue usado como un servidor de comunicaciones cliente maestro-esclavo entre diferentes dispositivos como son los PLC’s, debido a su simplicidad y especificación abierta actualmente es utilizado por diferentes fabricantes. Entre los dispositivos que lo utilizan se puede mencionar: PLCs, HMI (Human Machine Interface o Interface de Maquina Humana), RTU (Remote Terminal Unit), controladores, sensores y actuadores remotos.
En el área de las comunicaciones en entornos industriales, la estandarización de protocolos es un tema en permanente discusión, donde intervienen problemas técnicos y comerciales. Cada protocolo esta optimizado para diferentes niveles de automatización y en consecuencia responden al interés de diferentes proveedores.
MODBUS define una estructura de mensaje que los controladores reconocerán y usaran, independientemente del tipo de redes sobre la que comuniquen. Proporciona el estándar interno que los controladores usan para el análisis de los mensajes. Durante la comunicación sobre una red MODBUS, el protocolo determina como cada controlador conocerá su dirección de dispositivo, reconocerá un mensaje direccionado a él, determinara el tipo de acción a tomar y extraerá cualquier dato u otra información contenida en el mensaje.
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Figura N° 9. Aplicación general del proto colo MODBUS.
Fuente: Rivas F. 2.5.5.1 Transmisión sobre redes Modbus. Según la investigación de Cruz, F. “Diseño de una estación de monitoreo de procesos. Aplicación a una columna de destilación” define la transmisión sobre redes Modbus de la siguiente manera:
Los puertos estándar MODBUS utilizan una interfaz serie compatible RS-232C. La norma EIA RS-232C define las patillas del conector, cableado, niveles de señal, velocidades de transmisión y control de paridad. Los controladores se comunican usando una técnica maestro-esclavo, en la cual solo un dispositivo (el maestro) puede iniciar transacciones (llamadas “\peticiones”). Los otros dispositivos (los esclavos) responden suministrando al maestro el dato solicitado, o realizando la acción solicitada en la petición.
La Petición: El código de función en la petición indica al dispositivo esclavo el tipo de acción a realizar. Los bytes de datos contienen cualquier información adicional que el esclavo necesitara para llevar a cabo la función. Por ejemplo el código de función 032 pedirá al esclavo que lea registros mantenidos (holding registers) y responda con sus contenidos. El campo de datos debe contener la información que indique al esclavo en que registro debe comenzar y cuantos ha de leer. El campo de comprobación de error proporciona un método para que el esclavo valide la integridad del contenido del mensaje recibido.
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La Respuesta: Si el esclavo elabora una respuesta normal, el código de función contenido en la respuesta es una réplica del código de función enviado en la petición. Los bytes de datos contienen los datos recolectados por el esclavo, tales como valores de registros o estados. Si ocurre un error, el código de función contenido en la respuesta es diferente al código de función enviado en la petición, para indicar que la respuesta es una respuesta de error y los bytes de datos contienen un código que describe el error. El campo de comprobación de error permite al maestro confirmar que los contenidos del mensaje son válidos. El protocolo MODBUS establece el formato para la petición del maestro, colocando en ella la dirección del dispositivo esclavo (0 en caso de “\difusión”), un código de función que define la acción solicitada, cualquier dato que haya de enviarse y un campo de comprobación de error. El mensaje de respuesta del esclavo está también definido por el protocolo MODBUS. Contiene campos confirmando la acción tomada, cualquier dato que deba devolverse y un campo de comprobación de error. Si el mensaje que se recibe por el esclavo es defectuoso o el esclavo es incapaz de realizar la acción solicitada, construirá un mensaje de error y lo enviara como respuesta. Los sistemas de control distribuidos son utilizados para sistemas de comunicaciones, permiten la transmisión de información e interconexión de múltiples dispositivos de proceso con inteligencia, estos son capaces de soportar el protocolo de comunicaciones de la red y para elaborar la información que esta requiera. Algunas de las redes serían Ethernet/TCP/IP o Industrial-Ethernet. Las ventajas de este sistema es que disponen de un grado de inteligencia que pueden conformar células autónomas de control con su propia capacidad de procesado y almacenamiento, estas son independientes de sus hermanas. 2.2.6 MAX 232 Es una pieza especialmente utilizada en sistemas alimentados por baterías, ya que su bajo consumo de energía en modo de apagado reduce la disipación de potencia a menos de 5μW. El MAX232 no utiliza componentes externos y se recomienda para aplicaciones donde el espacio placa de circuito impreso es fundamental. Requiere de una alimentación de 5v. Su función básica es convertir los niveles de las líneas de un
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puerto serial RS232 a niveles TTL y viceversa, generando internamente tensiones que son necesarias para el estándar RS232. Algunas de las aplicaciones para este integrado son:
Computadoras portátiles.
Modem de bajo poder.
Traducción de interfaz.
Sistemas alimentados por baterías RS232.
Redes MultiterminalesRS-232.
En la siguiente figura se observa Integrado MAX 232. Figura N° 10. Diagrama MAX 232.
Fuente: Datasheet MAX 232. 2.2.7 PIC 16F870 Es un Microcontrolador, que presenta cualidades importantes que facilitan tareas en el área de Electrónica, con tan solo un integrado de 28 pines de alimentación de 5v y presentando una gama de instrucciones de hasta 35 palabras y consta de una velocidad de funcionamiento de 20MHz.
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El PIC 16F870 es totalmente reprogramable y se puede utilizar tantas veces sea necesario, posee 3 bloques de memoria, lo que permite tener acceso simultaneo a memoria programable y a la memoria de data debido a que tiene buses separados. En la siguiente figura se observa el Integrado PIC 16F870.
Figura N° 11. Diagrama PIC 16F870.
Fuente: Datasheet PIC 16F870.
2.2.8 PIC 16F877-20. Es un microcontrolador con grandes prestaciones de trabajo, tiene un tiempo de respuesta no mayor a 200 nano segundos para la ejecución de instrucciones, igual que otros microcontroladores es sencillo de programar ya que no posee más de 35
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instrucciones las cuales pueden ser adaptadas para una variedad de funciones que puede cumplir el PIC.
Su CPU con tecnología RISC permite operar a una velocidad en DC de 20 MHz, posee 40 pines entre los cuales posee entradas y salidas. El rango de operación va desde 2.2v hasta 5.0v y 25 mA, otra de sus características principales es la capacidad trabajar con bajo consumo de energía en un modo dormido.
Figura Nº 12. Pic 16F877-20.
Fuente: Datasheet PIC 16F877-20
2.2.9 Comparador Dual LM393 El comparador dual es un dispositivo electrónico capaz de comparar dos voltajes independientes. Estos dispositivos tienen características de operar con una sola fuente de poder y trabajan en un rango de voltaje entre 2 V hasta 36 V, la temperatura de operación se ubica entre los 0°C hasta los 70°C.
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En la siguiente figura se observa el diagrama del integrado LM 393.
Figura N°13. Comparador Dual.
Fuente: Datasheet PIC LM393 2.2.10 Integrado MOC3011 Es un aislador óptico compuesto por un diodo emisor de luz el cual permite trabajar con una señal baja de tensión para controlar un alto voltaje alimentando a un dispositivo según una señal de activación. Sus características principales son alta capacidad de aislamiento de voltaje, tamaño reducido y bajo costo.
Figura N°14. Aislador Óptico.
Fuente: Datasheet MOC3011
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2.3 Definición de Términos Básicos
2.3.1 Conexión Según González, D. (2012). Definición, define: Una conexión (del latín connexĭo) es un enlace o una atadura que une una cosa con otra. El término nombra a la acción y efecto de conectar (unir, enlazar, establecer relaciones). Las conexiones pueden ser físicas o simbólicas. El concepto se utiliza para nombrar a la unión de ideas o intereses y para designar a las amistades.
2.3.2 Interfaz Lamarca, M. (2012). La Interfaz Gráfica, define lo siguiente: Una interfaz es un dispositivo que permite comunicar dos sistemas que no hablan el mismo lenguaje. Restringido a aspectos técnicos, se emplea el término interfaz para definir el juego de conexiones y dispositivos que hacen posible la comunicación entre dos sistemas. Sin embargo, cuando aquí hablamos de interfaz nos referimos a la cara visible de los programas tal y como se presenta a los usuarios para que interactúen con la máquina.
2.3.3 Software Según la RAE (2008). Diccionario, define lo siguiente “El software es un conjunto de programas, instrucciones y reglas informáticas que permiten ejecutar distintas tareas en una computadora.”
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2.3.4 Automatización Según la Investigación de Hernández, A. Melchor, D. Olguín, I. (2008). Control Automático del Sistema, definen: El término automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos que operan con una intervención mínima o nula dela ser humano. En los más modernos sistemas de automatización, el control de las máquinas y aparatos es realizado por ellas mismas gracias a sensores de control que le permiten percibir cambios en sus alrededores de ciertas condiciones tales como temperatura, volumen y fluidez de la corriente eléctrica
2.3.5 Monitoreo Según González, D (2012). Definición, define: En su concepción más amplia, el monitoreo es una herramienta de gestión y de supervisión para controlar el avance de los proyectos, programas o planes en ejecución, el cual proporciona información sistemática, uniforme y fiable, permitiendo comparar los resultados con lo que se planificó. A diferencia de la supervisión, el monitoreo se puede efectuar con el análisis de la información, enviada por los diferentes niveles, sin ir al terreno.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLOGÍCO
La metodología utilizada en este trabajo, estará enfocado a solucionar un problema real y actual, con la aplicación de conocimientos adquiridos en la carrera y conocimientos obtenidos a través de la investigación permitiendo así el diseño de un prototipo que ayudará a darle un nivel de inteligencia a los estacionamientos, para indicarle a los usuarios un puesto donde estacionarse.
3.1 Tipo de Investigación. La selección del tipo de investigación determinará el diseño, el muestreo, los datos que se recolectarán y el procedimiento que se utilizará para su recolección. Para este estudio se estará aplicando el tipo de investigación proyectivo, siendo este el que abarca los alcances de este trabajo.
Según Tamayo y Tamayo (2003). El Proceso de Investigación Científica, define como Estudio Proyectivo lo siguiente: Este tipo de investigación intenta proponer soluciones a una situación determinada a partir de un proceso previo de investigación. Implica proponer alternativas de cambio, más no necesariamente ejecutar la propuesta. Todas las investigaciones que conllevan el diseño o creación de algo, con base a un proceso investigativo también entran en esta categoría. (pág. 55)
Por lo tanto, para este trabajo encaja perfectamente este tipo de investigación, debido a que se propone una solución sobre un problema determinado siendo éste las demoras excesivas en la búsqueda de un lugar de parqueo dentro de un estacionamiento. Proponiendo de esta manera una alternativa de solución mediante el
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diseño prototipo de un sistema inteligente que indicará un puesto disponible al usuario, de esta manera disminuir el tiempo para ubicar un espacio donde estacionar el vehículo y no tener que recorrer todo el estacionamiento para conseguir el mismo.
3.2 Diseño de la Investigación. Un buen Diseño de Investigación nos permite que el proyecto se lleve a cabo de forma efectiva y eficiente. Hernández y coautores. Dicen que “el término diseño se refiere al plan o estrategia concebida para obtener la información que se desea.”(2006, p.184).
Según los autores Hernández y coautores, definen el Diseño No Experimental como lo siguiente:
3.2.1 Diseño No Experimental En el Diseño de Investigación, No Experimental, las variables no se manipulan intencionalmente, sino que sólo se observa y se analiza el fenómeno tal y como es en su contexto natural. Este a su vez se divide en un estudio transversal o longitudinal.
Después de esta información, se determina que el diseño de investigación a utilizar en este estudio es No Experimental, debido a que no se estará manipulando variables sino que ya se tiene una proyección de cuál será el desenvolvimiento del sistema y los resultados que debe arrojar para saber si está trabajando correctamente y cumpliendo con los objetivos que se fueron planteados.
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3.2.2 Documental Según la Hernández, Fernández y Baptista (2006). Metodología de la Investigación, expresan lo siguiente: Se entiende por investigación documental, el estudio de problemas con el propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo principalmente, en trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales o electrónicos. La originalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterios, conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones, recomendaciones, y en general en el pensamiento del autor.
Luego de la definición, se determina que este diseño de investigación se relaciona con el estudio a desarrollar, se realizarán estudios mediante textos, medios electrónicos, material impreso, entre otros, para facilitar la selección de los componentes, dispositivos, protocolos y métodos que se utilizarán para la elaboración del prototipo, así mismos con los estudios realizados previamente por instituciones, universidades, empresas, etc. Servirán de antecedentes y bases teóricas para esta investigación.
3.2.3 Campo Según Arias, F (1999). El Proyecto de Investigación. Define lo siguiente: “Consiste en la recolección de datos directamente de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar ninguna variable”. Se determina que este diseño de investigación se relaciona, en la elaboración e implementación del sistema inteligente, para la realización de pruebas en la maqueta
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prototipo que se dispone para verificar y corroborar que la instalación y funcionamiento del sistema sean los correctos, teniendo de esta manera los resultados que se esperan.
3.3 Población y Muestra 3.3.1 Población. Según Tamayo y Tamayo, (2003), ¨La población se define como la totalidad del fenómeno a estudiar donde las unidades de población posee una característica común la cual se estudia y da origen a los datos de la investigación…¨(P.114)
La población objeto de estudio para esta investigación será finita y se realizará sobre los dueños y administradores de estacionamientos estructurales. La elección está basada en que los dueños y administradores de los estacionamientos adquirirán el sistema inteligente para tener un manejo eficiente del tiempo y de los puestos de su espacio de aparcado.
3.3.2 Muestra. Hernández Fernández y Baptista (2003), establece que las pruebas probabilísticas “son esenciales en los diseños de investigación transaccionales cuantitativos (por encuesta), donde se pretende hacer estimaciones de variable en la población; se miden con instrumento de medición y se analizan con pruebas estadísticas para el análisis de los datos, donde se presupone que la muestra es probabilística y todos los elementos de la población tienen una misma probabilidad de ser elegidos”.
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Para el cálculo de la muestra se utilizó la siguiente formula.
Fuente. Arias, F.
N= Tamaño de la población Y= Valor de la variable (por lo general es igual a 1) Z= Varianza tipificada (típico 95%) S= Desviación estándar (típico 0,015 para 15%) e= Error muestral (típico 5%) p= Proporción de elementos que presentan la característica (típico 50%) q= Proporción de elementos que no presentan la característica (típico 50%) n= Tamaño de la muestra.
Aplicación de la Formula
Fuente. Arias, F.
La muestra seleccionada para este trabajo, es probabilística y tipo azar simple las cuales serán aplicadas a la población, para precisar cuál es el número de personas que serán encuestadas pertenecerán a la muestra para este estudio. La muestra es significativa para determinar aspectos importantes de estudio para el desarrollo del sistema inteligente para los estacionamientos estructurales.
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Una vez aplicada la formula nos da un valor de 39.009 que sería encuestar a 39 personas para recopilar la información que se desea adquirir a través de la encuesta, siendo este el instrumento a utilizar.
3.4 Técnicas e instrumentos de Recolección de Datos. Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de obtener la información. Son ejemplos de técnicas; la observación directa, la encuesta en sus dos modalidades, entrevistas o cuestionarios, análisis documental, análisis de contenido. (Arias, 1998).
La técnica utilizada para recoger los datos de la presente investigación será la encuesta, por ser esta la forma más directa de obtener la información que se requiere para desarrollar el estudio enfocado implementación de un sistema que permita indicar los puestos disponibles en los estacionamientos.
3.5 Validación y Confiabilidad del Instrumento En esta sección se presenta la validación que se tiene sobre el instrumento que se implementó para la recolección de datos, esta validación se llevó a cabo a través de una revisión por profesores en la Universidad Nueva Esparta.
El método de recolección de datos es la encuesta y fue validada por dos expertos metodológicos y un experto en el área técnica. Experto Nº1, Andrés Montesinos C.I. 5.422.031 Profesor de la catedra Diseño de Tesis Universidad Nueva Esparta. Experto Metodólogo.
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Experto Nº2, Alberto Paz C.I. 4.174.669 Ingeniero Industrial/ Profesor de la catedra Técnicas e Instrumentación Industrial Universidad Nueva Esparta. Experto Técnico. Experto Nº3, Lilia Mendoza C.I. 10.912.458 Licenciada en Administración / Experta Metodólogo. Las validaciones de cada uno de los expertos se pueden observar en los anexos.
3.6 Técnica de Procesamiento de la Información
La encuesta aplicada a la población determinada anteriormente arrojo los siguientes resultados que eran presentados en gráficos y analizados por los autores de esta investigación.
1. ¿El estacionamiento administrado por Ud. se congestiona frecuentemente?
Tabla N°3. Encuesta. Pregunta N°1 1. ¿El estacionamiento administrado por Ud. Se congestiona frecuentemente? SI NO TOTAL
34 6 40 Fuente: Los Autores
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Figura N°15. Gráfico. Pregunta N°1. 1. ¿El estacionamiento administrado por Ud. Se congestiona frecuentemente?
NO 15%
SI 85%
Fuente: Los Autores
El gráfico anterior permite demostrar que los administradores de estacionamiento consideran que la cantidad de vehículos que ingresan a su recinto son mayores que la cantidad de vehículos que puede manejar el área de parqueo.
2. ¿Se le ha presentado inconvenientes con usuarios que estacionan mal su vehículo interrumpiendo la salida de otros?
Tabla N°4. Encuesta. Pregunta N°2 2. ¿Se le ha presentado inconvenientes con usuarios que se estacionan mal su vehículo interrumpiendo la salida de otros? SI 28 NO 12 TOTAL 40 Fuente: Los Autores
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Figura N°16. Gráfico. Pregunta N°2. 2. ¿Se le ha presentado inconvenientes con usuarios que se estacionan mal su vehículo interrumpiendo la salida de otros?
NO 30%
SI 70%
Fuente: Los Autores
El gráfico anterior permite demostrar que los administradores de estacionamiento presentan problemas con el control de ingreso de vehículos al recinto, ya que no existe forma de controlar el ingreso de vehículos cuando el recinto se encuentre sin puestos disponibles.
3. ¿Estaría Ud. dispuesto a automatizar sus puestas de estacionamiento a través de señales luminosas y sensores de presencia en cada puesto?
Tabla N°5. Encuesta. Pregunta N°3 3. ¿Estaría Ud. Dispuesto a automatizar sus puestos de estacionamiento a través de señales luminosas y sensores de presencia en cada puesto? SI NO TOTAL
32 8 40 Fuente: Los Autores
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Figura N°17. Gráfico. Pregunta N°3. 3. ¿Estaría Ud. Dispuesto a automatizar sus puestos de estacionamiento a través de señales luminosas y sensores de presencia en cada puesto?
NO 20%
SI 80%
Fuente: Los Autores
El gráfico anterior demuestra que los administradores de estacionamiento están de acuerdo en implementar mejoras a su recinto.
4. ¿Considera Ud. necesario conocer la disponibilidad inmediata de los puestos de estacionamiento?
Tabla N°6. Encuesta. Pregunta N°4 4. ¿Considera Ud. necesario conocer la disponibilidad inmediata de los puestos de estacionamiento? SI NO TOTAL
31 9 40 Fuente: Los Autores.
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Figura N°18. Gráfico. Pregunta N°4. 4. ¿Considera Ud necesario conocer la disponibilidad inmediata de los puestos de estacionamiento?
NO 23%
SI 77%
Fuente: Los Autores
El gráfico demuestra que para los encuestados tiene una importancia relevante conocer la disponibilidad de puestos en su estacionamiento, sin embargo hay un número de encuestados que no les es necesario conocer la disponibilidad de puestos.
5. ¿Considera Ud. que el sistema mencionado pueda mejorar la efectividad en su negocio?
Tabla N°7. Encuesta. Pregunta N°1 5. ¿Considera Ud. que el sistema mencionado pueda mejorar la efectividad en su negocio? SI 34 NO 6 TOTAL 40 Fuente: Los Autores.
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Figura N°19. Gráfico. Pregunta N°5. 5. ¿Considera Ud que el sistema mencionado pueda mejorar la efectividad en su negocio?
NO 15%
SI 85%
Fuente: Los Autores
En el gráfico se puede visualizar que para un 85% de los dueños de estacionamiento les parece que el sistema mejoraría el negocio, sin embargo un 15% opina lo contrario.
6. ¿Cree Ud. cuál es el tiempo aproximado que los usuarios demoran ubicando un puesto de estacionamiento?
Tabla N°8. Encuesta. Pregunta N°6 6. ¿Conoce Ud. cuál es el tiempo aproximado que los usuarios demoran ubicando un puesto de estacionamiento? 5 a 10 min 15 10 a 15 min 25 TOTAL 40 Fuente: Los Autores
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Figura N°20. Gráfico. Pregunta N°6. 6. ¿Conoce Ud cuál es el tiempo aproximado que los usurios demoran ubicando un puesto de estacionamiento?
5 a 10 min 37% 10 a 15 min 63%
Fuente: Los Autores
Los encuestados expresan que sus usuarios demoran para ubicar un puesto entre 10 a 15 min. Esto representa el 63% de la muestra total, sin embargo en el 37% de los casos duran entre 5 a 10 min.
7. ¿Cree Ud. que la utilización de señalizaciones luminosas que indiquen la disponibilidad de puestos en los pasillos del estacionamiento permitiría reducir el tiempo que demoran los usuarios en hallar un puesto dentro del recinto? Tabla N°9. Encuesta. Pregunta N°7 7. ¿Cree Ud. que la utilización de señalizaciones luminosas que indiquen la disponibilidad de puestos en los pasillos del estacionamiento permitiría reducir el tiempo que demoran los usuarios en hallar un puesto dentro del recinto? SI NO TOTAL
34 6 40 Fuente: Los Autores
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Figura N°21. Gráfico. Pregunta N°7. 7.¿Cree Ud que la utilización de señalizaciones luminosas que indiquen la disponibilidad de puestos en los pasillos del estacionamiento permitiria reducir el tiempo que demoran los usuarios en hallar un puesto dentro del recinto?
NO 15%
SI 85%
Fuente: Los Autores
La mayoría de los encuestados opina que teniendo señalizaciones para indicar la disponibilidad de puestos reduciría el tiempo que demoran sus usuarios para conseguir un puesto.
8. ¿Considera Ud. que el sistema que se propone mejoraría el flujo vehicular en su estacionamiento?
Tabla N°10. Encuesta. Pregunta N°8 8. ¿Considera Ud. que el sistema que se propone mejoraría el flujo vehicular en su estacionamiento? SI NO TOTAL
33 7 40 Fuente: Los Autores.
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Figura N°22. Gráfico. Pregunta N°8. 8. ¿Considera Ud que el sistema que se propone mejoraría el flujo vehicular en su estacionamiento?
NO 18%
SI 82%
Fuente: Los Autores
En la gráfica se visualiza que el 82% considera que el sistema mejoraría el flujo de vehículos en su estacionamiento, mientras que el 18% opina lo contrario.
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CAPÍTULO IV SISTEMA PROPUESTO En el presente capítulo se mostrarán aquellas actividades metódicas que se ejecutaron en el transcurso de la automatización del estacionamiento, con el fin de lograr los objetivos anteriormente establecidos, los cuales se puntualizaron como el desarrollo de un sistema electrónico de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento inteligente explicando los procedimientos, implementados en el trabajo de grado. 4.1 Diagrama de Bloques Se desarrolló el siguiente diagrama que consta de 5 etapas para el sistema propuesto para este trabajo de investigación.
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Etapa 1: El sensor se encarga de detectar la presencia de vehículo en el puesto de estacionamiento, para esto se desarrolló un sensor electrónico que envía una señal ON/OFF hacia el RTU.
Etapa 2: El RTU recibe la señal del sensor y se encarga de procesar la información y traducirla para que pueda ser enviada a través del bus de campo hacia el Maestro.
Etapa 3: El maestro es la pieza más importante debido que procesa toda la información proveniente de los RTU y toma la decisión para la asignación de puestos disponibles en las secciones del estacionamiento.
Etapa 4: La maqueta es la representación del recinto de estacionamiento en tamaño 1,90m x 2,00 m que constará de 20 puestos y se podrá visualizar el funcionamiento del sistema.
Etapa 5: La interfaz visual se desarrolló para el monitoreo del sistema desde un panel, pudiendo visualizar reglones importantes como: Sección de Puestos Disponibles, Error en la Comunicación del Sistema, Dirección de Escaneo. 4.2 Desarrollo Técnico
En esta sección se estará explicando con detalles los sistemas que se utilizaron en la elaboración de la investigación, desde la Etapa Nro.1 llamada Sensor hasta la Etapa Nro. 5 de Interfaz Visual.
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4.2.1 Sensor
El diseño que se desarrolló para el sensor fue a través de un oscilador que trabaja con un circuito resonante para generar una frecuencia la cual varía y es detectada mediante un circuito comparador a través del cambio que presenta.
4.2.1.1 Componentes
Para la elaboración del Sensor se necesitaron los siguientes componentes que se visualizaran en la Tabla N°11. Tabla N°11. Componentes Sensor
Fuente: Los Autores.
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4.2.1.2 Circuito
El diagrama circuito que se desarrolló para el sensor es el siguiente: Figura N°22. Diagrama Circuito del Sensor.
Fuente: Los Autores. Se utilizó el programa Proteus para la elaboración de los diagramas y la simulación para realizar las placas donde se instalaran los respectivos componentes. En la siguiente Imagen se visualiza un 3D de la placa donde estará instalado el Sensor.
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Figura N°23. 3D placa del Sensor.
Fuente: Los Autores. En la siguiente figura se visualizara la placa con sus componentes y la que fue instalada en la maqueta del prototipo. Figura N°24. Placa del Sensor.
Fuente: Los Autores
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4.2.1.3 Funcionamiento
El sensor consta en total de 17 elementos que en conjunto funcionan para desempeñar su trabajo de detectar la presencia de un vehículo en el puesto de estacionamiento.
Se tiene el oscilador donde se encuentra el circuito resonante que ejerce de sensor en el puesto de estacionamiento, el circuito resonante está compuesto por un capacitor y una bobina que tiene 6cm de diámetro y 30 vueltas. Los dispositivos del LM393 son de tipo colector abierto y por lo tanto necesitan una resistencia de carga a la salida. Se tiene una realimentación positiva condicionada por el desplazamiento de fase que hace el capacitor y la inductancia que dependiendo de estos valores tendremos un valor de frecuencia. Cuando se le aplique hierro a la bobina las características cambiaran, lo que genera un cambio significativo en el valor de frecuencia del circuito resonante.
Para detectar la frecuencia se utilizó un circuito llamado bomba de carga y lo que hace es doblar el voltaje proveniente del oscilador. Por ultimo tenemos un comparador para detectar ese cambio de voltaje, en el negativo entra el voltaje cambiante proveniente del sensor que se comparara con el positivo que es el umbral. Debido a que el operacional tiene una impedancia de entrada con un valor muy alta se colocó un trimmer de 500k para poder visualizar el cambio de frecuencia a la salida del comparador.
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Se realizó el siguiente cálculo para el circuito resonante del sensor, tomando en cuenta que la frecuencia utilizada es de 250 KHz, la cual se adapta al mismo y se visualiza la fórmula utilizada y el resultado que se consiguió.
Calculo del Circuito resonante para el Sensor.
√ (√
)
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4.2.2 RTU
El RTU estará en cada uno de los puestos de estacionamiento y es el encargado de recibir la señal del sensor para que la procese y envía hacia el Maestro, utilizando un Pic 16F870 y un MAX 232 para la comunicación.
4.2.2.1 Componentes
Los componentes que fueron utilizados para el desarrollo del RTU se visualizan en la siguiente Tabla N°12 Tabla N°12. Componentes RTU
Fuente: Los Autores
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4.2.2.2 Circuito
El diagrama circuito desarrollado para la elaboración del RTU es el siguiente: Figura N°26. Diagrama Circuito RTU.
Fuente: Los Autores. Nuevamente se utilizó el programa Proteus para la elaboración del diagrama y del 3D para la placa donde estarán instalados los componentes. En la siguiente imagen se visualiza el 3D de la placa.
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Figura N°27. 3D de la Placa del RTU.
Fuente: Los Autores. La placa que se utilizó para la elaboración del RTU se visualiza en la siguiente figura y es la que se instaló en la maqueta prototipo. Figura N°28. Placa del RTU.
Fuente: Los Autores
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4.2.2.3 Funcionamiento
El RTU está conformado por un Pic 16F870 que
tiene un software
programado que le permite procesar la señal que es enviada desde el sensor para que determine la presencia o no del vehículo en el puesto de estacionamiento y envía la señal hacia el Maestro.
En el puerto B del Pic 16F870 se conectó un Dip Switch de 8 posiciones que se utiliza para asignar el código de ubicación para los diferentes RTU que estarán en cada uno de los 20 puestos. Los RTU son interrogados constantemente por el Maestro por lo tanto se ubicó un led que está ubicado en el puerto A del Pic para identificar que el maestro en ese momento se está comunicando con el RTU.
En el puerto A se ubica la transmisión y recepción de la señal proveniente del Maestro se utilizó un Max 232 controlado por un opto acoplador debido a que con el protocolo de comunicación TTL la relación señal a ruido no es muy confiable y como nuestro sistema va a estar instalado en estacionamientos y debe resistir ciertas condiciones es por ello que decidimos trabajar con el protocolo de comunicación RS232 que presenta una relación señal a ruido mucho más confiable, esta conversión de señales nos las facilita el Max 232 que se encarga de realizar la conversión de una señal TTL a RS232.
Finalmente incluimos en el puerto A el sensor que recibe un número binario representando la presencia o no de un vehículo en el puesto donde está asignado el sensor.
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4.2.2.4 Software
Para el Pic 16F870 se desarrolló un software el cual maneja la comunicación con el Maestro y preguntar al sensor su condición. Se inicia con la lectura que realiza el RTU de lo que presenta el Dip Switch y se queda en un loop verificando la comunicación que envía el Maestro corresponde con su identificación. Mediante la resta de lo que envía el Maestro con la lectura que se tiene del Dip Switch, si el resultado es 0 significa que la comunicación es con el determinado RTU.
Cuando la comunicación entre el maestro y el RTU es afirmativa se sale del loop anterior, pregunta al sensor cuál es su condición y procede a enviar la respuesta hacia el Maestro. Si hay vehículo estacionado se envía un 1 sino se envía un 0. Luego de realizar esta operación vuelve al loop anterior para esperar que el Maestro vuelva a interrogar ese RTU.
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4.2.3 Maestro
El Maestro es el CPU de nuestro sistema, debido a que maneja e interroga constantemente a los RTU y controla el funcionamiento de la interfaz visual, siendo este el elemento más importante de nuestro sistema.
4.2.3.1 Componentes
Para la construcción del circuito para el maestro se utilizaron los siguientes componentes de la Tabla N°13. Tabla N°13. Componentes Maestro
Fuente: Los Autores.
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4.2.3.2 Circuito
El Diagrama Circuito que se utilizó para la elaboración del Maestro fue el siguiente: Figura N°29. Diagrama Circuito del Maestro
Fuente: Los Autores. Se utilizó el Programa Proteus para la simulación del diagrama para el Maestro y para generar la placa donde estarán instalados los componentes.
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Figura N°30. 3D Placa del Maestro
Fuente: Los Autores. La placa que se utilizó para la elaboración del Maestro se visualiza en la siguiente figura y es la que se instaló en la maqueta prototipo. Figura N°31. Placa del Maestro.
Fuente: Los Autores
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4.2.3.3 Funcionamiento El Maestro tiene entre sus componentes más importante un Pic 16F877-20 y un Max 232, en el Pic se tiene una programación de software para que se comunique con los RTU y cuando reciba respuesta de ellos realice una acción.
El Pic tiene 4 salidas en el Puerto D, que están destinadas a encender una señal visual en cada una de ellas, en caso de que haya al menos un puesto disponible en las diferente secciones, también se tiene una 5ta salida que se encuentra un led para indicar si ocurre un error en la comunicación entre el Maestro y el RTU. El error de comunicación se activaría cuando el maestro no recibe respuesta del RTU. A través del software del Pic tiene un contador que le permite contar 255 veces para que el maestro reciba la respuesta, en dado caso que no reciba en ese tiempo se reinicia el Pic. Finalmente en el Puerto B se encuentran 8 leds que sirven para indicar la dirección a la cual el maestro está interrogando en ese momento. Todos estos leds se están utilizando para la interfaz visual.
Para la comunicación se utilizó la unidad autónoma USART que trae el Pic 16F877-20 que sirve para convertir de paralelo a serial y convertirá a la velocidad que uno desee que lo convierta, nuestro sistema utiliza una velocidad de transmisión de 600 baudios. Posteriormente se manda hacia el Max 232 para que convierta al protocolo de transmisión RS232 para que sea enviada esa señal al Maestro.
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4.2.3.4 Software Para el software que se aplicó para el Maestro y que fue transcrito en assembler para quemarlo en el Pic. Se utilizó el USART la unidad independiente del Pic para la conversión de paralelo a serial.
El USART se maneja en bits, comenzando con un bit de arranque, luego los 8 bits que se desea convertir y finalmente un bit de parada, este bit siempre es un 1 en dado caso que luego de los 8 bits de trasmisión no se obtenga el bit de parada, se genera un error de comunicación, llamado error de Freimen, que es cuando el bit de parada no es un 1 sino un 0, para resolver este error se necesita reiniciar el USART. Existe otro error llamado error de sobrecarga y es que el USART tiene 3 registros para recibir información y en caso de que se llene los 3 registros se genera este error.
Para interrogar a los RTU se tiene 2 contadores uno del 1 al 5 y otro llamado índice, el contador del 1 al 5 se utiliza para interrogar a los RTU dentro de la sección, mientras que el índice cuenta hasta 20 que es el número de RTU que tenemos en el sistema. El valor del índice se envía el puerto B donde se encuentran los leds para indicar la dirección de escaneo para la interfaz visual.
Se generó un loop que maneja la pregunta del Maestro y la respuesta del RTU, si la respuesta es 0 continúa escaneando, en caso de ser 1 manda la señal al puerto D donde se encuentran los led para indicar la disponibilidad de puestos.
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4.2.4 Maqueta
La maqueta es un espacio de madera de 1,90m x 2,00m que simula un estacionamiento de 20 puestos. Los 20 puestos están enumerados y divididos por secciones para su fácil ubicación.
La maqueta tiene la interfaz visual y las señalizaciones. La señalización se ubica para cada sección de puestos y consta de un indicador visual en el caso de la maqueta que estará encendido siempre y cuando al menos un puesto esté disponible, de lo contrario el indicador visual estará apagado. La maqueta se puede visualizar en la siguiente imagen. Figura N°31. Maqueta.
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Fuente: Los Autores 4.2.5 Interfaz Visual
La interfaz visual se encuentra en la maqueta siendo un instrumento fundamental para el monitoreo del sistema. Esta interfaz está compuesta por 3 reglones que son: Sección de puestos disponibles, Error de Comunicación y Dirección de Escaneo.
El área de puestos disponibles se divide en 4 secciones, sección del 1 al 5, sección del 6 al 10, sección del 11 al 15 y sección del 16 al 20. Se instaló un led de color verde para cada sección que indica la disponibilidad de puesto en esa área. Por ejemplo: Si se encuentra un puesto disponible en la sección del 1 al 5 el led estará encendido, con esto se soluciona la necesidad del usuario de informar que existe al menos un puesto disponible.
En el reglón de Error de Comunicación se instaló un led de color rojo y dicho led solo encenderá en caso de que se presente algún error en la comunicación con algún RTU. Finalmente en la Dirección de Escaneo tendremos 8 leds de color amarillo, estos indican la dirección de RTU al cual está interrogando el Maestro. Por ejemplo: Si en un momento determinado el Maestro está interrogando al RTU con dirección número 3, los leds en amarillo encenderán el número 3 en binario. La Interfaz Visual se puede apreciar en la siguiente imagen.
81
Figura N°32. Interfaz Visual
Fuente: Los Autores
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4.3 Recursos Administrativos
En esta sección se presentaran los recursos que se utilizaron para la elaboración del trabajo de investigación.
4.3.1 Recursos Humano
En este tipo de recursos se encuentran referidos a posibles gastos por tutorías, tanto técnicas como metodológicas, que llevan a cabo el desarrollo de la investigación. En la Tabla N° 14 se muestra detalladamente las horas invertidas individualmente. Tabla N°14. Recursos Humanos Recurso Gustavo Marín Josué Torres Roberto Santander Andrés Montesino Omelis Valdiriz
Descripción Tutor Tesista Tesista Asesor Metodológico Asesor Metodológico
Horas 300 700 700 20 50 Total
Costo Bs.F 0,00 Bs.F 0,00 Bs.F 0,00 Bs.F 0,00 Bs.F 0,00 Bs.F 0,00
Fuente: Los Autores.
4.3.2 Recursos Técnicos
Los recursos técnicos corresponden a los gastos en materiales y herramientas utilizados para la construcción del prototipo del Estacionamiento Inteligente. Se presentan en la Tabla N° 15.
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Tabla N°15. Recursos Técnicos
Fuente: Los Autores.
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4.4 Pruebas del Sistema.
Se procedió enciendo el sistema prototipo, verificando que el sistema de comunicación trabajo correctamente a una velocidad de transmisión de 600 baudios, el cual se observó mediante la utilización de un osciloscopio como se muestra en la figura N° 33.
Se verifico que el escaneo de los puestos se realizaba correctamente visualizando que los leds destinados a la dirección de escaneo encendían según iba interrogando a cada RTU del sistema. Para verificar la señalización de disponibilidad de puestos se ubicaron 5 vehículos en una de las secciones de puestos, luego se retiró uno de los vehículos y la señalización visual activo el indicador informando que existían puestos disponibles.
Este procedimiento se verifico en cada una de las secciones de la maqueta a escala validando que se cumpliera el correcto funcionamiento del de los diferentes dispositivos electrónicos del sistema.
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Figura N°34. Osciloscopio (Frecuencia)
Fuente: Los Autores.
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CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones
El desarrollo tecnológico existente a nivel mundial está orientado a los beneficios de la humanidad, cualquier dispositivo electrónico que pueda mejorar la calidad de vida del usuario final tiene gran ventaja en su proceso de venta en el mercado mundial. La implementación de tecnología de punta para mejorar diversas áreas del sector urbano implica beneficios para la comunidad en general.
Este trabajo de grado se originó en pro de solucionar las problemáticas con respecto al congestionamiento producido por la falta de organización y control en los estacionamientos. Esto generó una interrogante de ¿Cómo se desarrollaría un sistema electrónico de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos de manera eficiente mediante? A partir de esta interrogante se proyectaron una serie de objetivos, que fueron cubiertos con la implementación del Desarrollo de un sistema de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía bus de campo.
Se eligió un Sistema de Control distribuido, ya que cumplía con las expectativas requeridas para el manejo de la información mediante un bus de campo que trabaja de manera eficiente, utilizando un maestro como control central del sistema mediante el uso de un PIC16F877-20 y un RTU que utiliza un PIC16F870 en cada uno de los puestos de estacionamiento del prototipo. Dentro del RTU fue
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seleccionado un sensor electrónico que permite detectar la presencia de un vehículo en el puesto de estacionamiento.
Se eligió programar los PIC mediante el uso del lenguaje “Assembler” ya que por su facilidad, posee una amplia gama de funciones que pueden realizar múltiples actividades- Desde la programación de la detección de los puestos disponibles en conjunto con el sensor electrónico, como también para la comunicación a través del uso del MAX232.
Para la interfaz visual se utilizó un grupo de led de alta intensidad los cuales son manejados por el maestro, se tomó en cuenta las necesidades del administrador del estacionamiento para visualizar los diferentes aspectos del recinto como lo son, disponibilidad de puestos, errores en la comunicación del sistema y la verificación constante del estado de los RTU de cada uno de los puestos.
Para la señalización se utilizó de igual manera anuncios a escala ubicados al inicio de cada pasillo de los puestos de estacionamiento, esto permite a los usuarios visualizar de manera sencilla la disponibilidad de puestos en un área determinada. Es importante destacar que la implementación de tecnología en un estacionamiento como lo es el control y la organización permiten mejorar el flujo de los vehículos, logrando mejorar la cantidad de vehículos que ingresan y egresan del recinto.
Acorde a lo establecido en el trabajo de grado se logró cumplir completamente con el objetivo general el cual era desarrollar un sistema electrónico de control distribuido prototipo para la automatización de un estacionamiento con
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capacidad de administrar 20 puestos de manera eficiente, mediante la utilización de un dispositivo electrónico de procesamiento de información con comunicación vía Bus de Campo.
Recomendaciones.
Como recomendación principal se puede establecer que el sistema prototipo permite crecimiento hasta 255 puestos de estacionamiento, realizando modificaciones en el programa las cuales no implican modificaciones de gran impacto en el hardware. Deben ser agregados RTU adicionales como puestos requiera y realizar pequeñas modificaciones en la interfaz visual.
Para implementar este sistema prototipo en un estacionamiento real, se recomienda realizar un estudio físico del estacionamiento, ya que los componentes utilizados para estacionamientos bajo techo, son diferentes que los utilizados en estacionamientos sin techo. Esto debido a que el ruido y la intemperie pueden producir degradación del sistema automatizado.
Se debe tomar en cuenta en la selección de los componentes que existe una gran dificultad para la obtención de los elementos del sistema debido a las regulaciones de las divisas existentes en Venezuela, se deben tomar en cuenta que al desarrollar el sistema, el mercado nacional puede no cubrir los componentes requeridos.
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Finalmente se recomienda realizar un estudio detallado del tamaño del área de parqueo para establecer un presupuesto real a corto plazo de la cantidad de componentes necesarios para implantar este tipo de sistema, considerando la alta variación de los costos de este tipo de materiales en el país.
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ANEXOS Anexo N°1. Encuesta. La presente encuesta expone una serie de preguntas que permitirán comprobar la factibilidad de la automatización de un estacionamiento con capacidad de administrar 20 puestos, a través de señales luminosas, sensores de presencia en cada puesto de estacionamiento, logrando reducir el tiempo utilizado por el usuario para encontrar un área de parqueo como también mejorando la rotación de los puestos. Cabe destacar que la información proporcionada será tratada con total confidencialidad. ENCUESTA
1. ¿El estacionamiento administrado por Ud. se congestiona frecuentemente?
Sí
No
2. ¿Se le ha presentado inconvenientes con usuarios que estacionan mal su vehículo interrumpiendo la salida de otros?
Sí
No
3. ¿Estaría Ud. dispuesto a automatizar sus puestos de estacionamiento a través de señales luminosas y sensores de presencia en cada puesto?
Sí
No
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4. ¿Considera Ud. necesario conocer la disponibilidad inmediata de los puestos de estacionamiento?
Sí
No
5. ¿Considera Ud. que el sistema mencionado pueda mejorar la efectividad en su negocio?
Sí
No
6. ¿Conoce Ud. cuál es el tiempo aproximado que los usuarios demoran ubicando un puesto de estacionamiento?
5 a 10 min.
10 a 15 min.
7. ¿Cree Ud. que la utilización de señalizaciones luminosas que indiquen la disponibilidad de puestos en los pasillos del estacionamiento permitiría reducir el tiempo que demoran los usuarios en hallar un puesto dentro del recinto?
Sí
No
8. ¿Considera Ud. que el sistema que se propone mejoraría el flujo vehicular en su estacionamiento?
Sí
No
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Anexo N°2. Validación de la encuesta por experto Prof. Andrés Montesino.
Fuente: Los autores
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Anexo N°23. Validación de la encuesta por experto Prof. Lilia Mendoza.
Fuente: Los autores
101
Anexo N°4. Validación de la encuesta por experto Prof. Alberto Paz.
Fuente: Los autores
102
Anexo N°5. Interfaz Visual.
Fuente: Los Autores. Anexo N°6. Maqueta Prototipo.
Fuente: Los Autores.
103
Anexo N°7. Desarrollo del Sistema. Sensor, RTU, Maestro.
Fuente: Los Autores. Anexo N°7. Maqueta Señalizaciones.
Fuente: Los Autores.
104
Anexo N°8. Maqueta de estacionamiento.
Fuente: Los Autores.
Anexo N°9. Puestos de estacionamiento.
Fuente: Los Autores.
105
Anexo N°10. Vista inferior de maqueta,
Fuente: Los Autores.
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