Proyecto Invernadero Con Plc

Colegio Politécnico San José Especialidad Electrónica Curicó.

Integrantes: Katherine Aedo. Francisco Gallardo. Luis Felipe Inostroza. Pablo Serrano.

Curso: 4ºA.

Índice.

“Proyecto final PLC - Potencia”

Introducción. “Proyecto final PLC - Potencia”

En la actualidad los procesos automáticos y semi-automáticos, son muy utilizados en el área industrial, agrícola, ganadera y minera; ya que gracias a ello se facilitan muchos procesos, se mejora la calidad del producto y se aumenta la producción. En nuestro país y especialmente en nuestra zona, se encuentran variadas plantaciones agrícolas, La actual agroindustria requiere de grandes innovaciones tecnológicas en los procesos de cultivos de distintos vegetales, ante esto también es necesario mejorar los sistemas tradicionales de riego y mantención de las plantaciones, para aumentar la calidad y cantidad de los productos que se cosechan en cada temporada. Para aquellos frutos que se necesitan producir fuera de su temporada existe una solución llamada invernadero, ya usada desde hace mucho tiempo. Ante lo ya planteado el objetivo de este proyecto es realizar un sistema invernadero automatizado, para crear un microclima artificial controlado en un espacio cerrado, es decir que ciertas características climáticas puedan mantenerse dentro de los parámetros preestablecidos que ayude a maximizar la producción y la calidad de los productos, ahorrar agua y fertilizantes, mejorar el control de insectos y enfermedades, de manera autónoma, evitando en gran parte la manipulación humana del proceso.

Justificación. “Proyecto final PLC - Potencia”

En relación a la justificación del porque de la realización de nuestro proyecto, podemos referirnos tanto a los conocimientos teóricos que pondremos en práctica, a las actitudes y valores involucrados, como también a las ventajas y beneficios propios que entregará al mercado agrícola, nuestro invernadero automatizado.

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En relación a los conocimientos puestos en práctica, tenemos entre ellos: PLC. Control eléctrico. Hidráulica. Captores y sensores. Electrónica general. Gestión empresarial. En relación a las actitudes y valores puestos en práctica tenemos: Trabajo en equipo. Responsabilidad. Respeto. Empatía.

En relación a las ventajas y beneficios que nuestro proyecto entregará a la producción agrícola tenemos: • Aumento de la producción. • Mejor calidad en nuestros productos y mayor rendimiento. • Control eficaz de insectos y enfermedades. • Menores riesgos de catástrofes. • Capacidad de cultivar en cualquier época del año y zona climática. • Obtención de más de un ciclo de cultivo al año. • Ahorro de fertilizantes y agua en los riegos. • Trabajo en un medio más seguro y cómodo. • Más confianza y aprobación de nuestros clientes al ejercer su control de calidad. Dentro de las justificaciones se puede hacer referencia específica a las variables que se pueden controlar con un Sistema Invernadero, dentro de ellas: Temperatura: La temperatura ejerce una gran influencia sobre el metabolismo de las plantas. La mayoría de las plantas solo pueden vivir dentro de un rango de temperatura bastante estrecha, que va de 0 a 50ºC. Sin embargo el crecimiento de la mayoría de los cultivos de hortalizas ocurre dentro de un rango de temperaturas óptimas, que oscila entre los 10 y 35ºC.

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Luz solar: La luz es un elemento que no se puede almacenar, solo se dispone de ella durante el día para emplearse en la fotosíntesis. Las plantas captan la energía solar en sus hojas para transformar la materia inorgánica (que en este caso está representada por la solución nutritiva), en materia orgánica que utilizan para su crecimiento y desarrollo. Así, en los cultivos en invernadero, sobre todo en los sistemas hidropónicos, en donde la competencia de agua y nutrientes es mínima, las plantas compiten por la luz del sol cuando tienen poco espacio para su desarrollo. Del tal manera que la luz se convierte en un elemento fundamental, para un invernadero. Ventilación: La función principal de la ventilación es la renovación del aire dentro del invernadero con la finalidad de aportar CO2 necesario para el desarrollo de los cultivos y disminuir la temperatura interna. Para esto es necesario colocar ventilas, existiendo 3 posibilidades de hacerlo; a) en la parte alta del invernadero o ventilas cenitales b) en los costados o ventilas laterales y c) en la parte alta de los frentes y posteriores o ventilas frontales. Las ventilas deben de protegerse con malla antiáfidos para impedir el paso de insectos y aves, además se deben proveer de una cortina de plástico enrollable para bajar y subir las cortinas. Humedad ambiental: La humedad relativa dentro de un invernadero interviene en varios procesos, como; el amortiguamiento de los cambios de temperatura, el crecimiento de las plantas, la viabilidad del polen para obtener mayor porcentaje de fecundación y el desarrollo de enfermedades. La humedad relativa se puede controlar y aumentar mediante sistemas de evaporación de agua, como nebulizadores, micro aspersores y muros húmedos o regando agua en el piso para que se evapore, disminuya le temperatura y aumente el contenido de humedad relativa.

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Conocimientos Previos Para comenzar el tema, es necesario definir los distintos aspectos que tiene el realizar un microclima, en este caso controlarlo automáticamente por medio de la electrónica. Por definición un microclima es un entorno o ámbito reducido que tiene diferentes condiciones ambientales a las encontradas en la misma área. Por ejemplo, un microclima puede existir cerca de una enorme piedra; porque, al calentarse con la luz solar, la piedra emite calor y, consecuentemente, la temperatura a su alrededor es más alta que la del área localizada a distancia; la piedra, así, define el contorno de un microclima. De igual forma, la sombra producida por un árbol puede considerarse como microclima, porque la temperatura debajo de un árbol es diferente a la del área en donde éste no provee sombra. También podemos encontrar construcciones hechas por el hombre en las cuales se crean microclimas artificiales –una heladera, un horno, una pecera, un invernadero–. Un microclima puede estar tipificado, también, por elementos topográficos, acción del calor, temperatura media anual, humedad, lluvias y vientos, altura sobre el nivel del mar, hidrografía, naturaleza del suelo, potencial electromagnético, espacio atmosférico, etc. Como se puede apreciar un microclima abarca muchos aspectos, pero en este caso puntual un invernadero automatizado.

¿Qué es un invernadero? Un invernadero o invernáculo es un ambiente cerrado de materiales aislantes y transparentes. Capaz de crear un espacio con el microclima apropiado para el óptimo desarrollo de una plantación específica. Partiendo de un estudio técnico de ambientación climática, es necesario obtener en él, la temperatura, la humedad relativa y la ventilación apropiada para alcanzar alta productividad a bajo costo, en menos tiempo, sin daño ambiental, protegiendo al cultivo de lluvias, granizo, heladas, insectos o excesos de viento perjudiciales. Las ventajas del empleo de invernaderos son: • • • • • •

Producción fuera de época. Posibilidad de obtener más de un ciclo de cultivo al año. Aumento de la calidad y del rendimiento. Precocidad en los frutos. Ahorro de agua y fertilizantes. Mejora del control de insectos y enfermedades.

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La elección de un tipo de invernadero se concreta en función de una serie de factores: • Tipo de suelo: Se eligen suelos con buen drenaje y alta calidad, aunque, con los

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sistemas modernos de riego, es posible utilizar suelos pobres con buen drenaje o con sustratos artificiales. Topografía: Son preferibles aquellos lugares con poca pendiente. Vientos: Es importante la dirección, la intensidad y la velocidad de los vientos dominantes. Exigencias bioclimáticas de la especie en cultivo. Características climáticas de la zona o del área geográfica donde va a construirse Disponibilidad de mano de obra (factor humano) Imperativos económicos locales (mercado y comercialización). Desventajas del uso de invernaderos

• Alta inversión inicial. • Alto costo de operación. Tipos de Invernaderos Algunas de los tipos de invernadero más comunes son1: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Invernadero plano. Invernadero en raspa y amagado. Invernadero asimétrico. Invernadero de capilla. Invernadero de doble capilla. Invernadero túnel o semicilíndrico. Invernadero de cristal.

1. Invernadero plano: El invernadero plano está compuesto de dos partes: una estructura vertical y otra horizontal, bien diferenciadas. Generalmente, se utiliza en zonas con escasas precipitaciones 2. El invernadero en raspa y amagado:

Tiene una estructura similar a la del invernadero plano; pero, varía la forma de la cubierta. En la cumbrera, la altura máxima del invernadero oscila entre 3 y 4.2 m, formando una raspa. En la parte más baja -amagado- se unen las mallas de la cubierta al suelo mediante vientos y horquillas de hierro.

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3. Invernadero asimétrico: Difiere de los tipo raspa y amagado en el aumento de la superficie en la cara expuesta al sur, con objeto de aumentar su capacidad de captación de la radiación solar. Para ello el invernadero se orienta en sentido este-oeste, paralelo al recorrido aparente del sol. La inclinación de la cubierta debe ser aquella que permita que la radiación solar de forma perpendicular sobre la cubierta.

4. Invernadero capilla:

Los invernaderos de capilla simple tienen la techumbre formando uno o dos planos inclinados, según sea a un agua o a dos aguas. Este tipo de invernadero se utiliza bastante, ya que es de fácil construcción y de fácil conservación, aceptable para la colocación de todo tipo de plástico en la cubierta y una muy buena ventilación en las paredes. 5. Invernadero doble capilla: Los invernaderos de doble capilla están formados por dos naves sobrepuestas. Su ventilación es mejor que en otros tipos de invernadero, debido a la ventilación cenital que tienen en cumbrera de los dos escalones que forma la sobreposición de las dos naves; estas aberturas de ventilación suelen permanecer abiertas constantemente y suele ponerse en ellas malla mosquitera. Además también poseen ventilación vertical en las paredes frontales y laterales. Este tipo de invernadero no está muy extendido debido a que su construcción es más dificultosa y cara que el tipo de invernadero capilla simple a dos aguas. 6. Invernadero tipo túnel: Se caracteriza por la forma de su cubierta y por su estructura totalmente metálica. El empleo de este tipo de invernadero se está extendiendo por su mayor capacidad para el control de los factores climáticos, su gran resistencia a fuertes vientos y su rapidez de instalación al ser estructuras prefabricadas. Los soportes son de tubos de hierro galvanizado. 7. Invernadero de cristal: Este tipo de invernadero, también llamado Venlo, es de estructura metálica prefabricada con cubierta de vidrio. El techo de este invernadero industrial está formado por paneles de vidrio que descansan sobre los canales de recogida de pluviales y sobre un conjunto de barras transversales. La anchura de cada módulo es de 3,2 m. Desde los canales hasta la cumbrera hay un solo panel de vidrio de una longitud de 1,65 m y anchura que varía desde 0,75 m hasta 1,6 m.

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Tipos de cultivo Al realizar el invernadero, es de gran importancia el saber que se plantara en este, ya que esto determinara el diseño de este y que variables se deberán controlar, los pasos para un óptimo resultado con los cultivos en el invernadero parten por seguir los siguientes pasos: 1._ Determinar tipos de cultivos: El estudio de los tipos de cultivo a incluir en un invernadero permite definir los rangos aceptables de oscilación de las variables controladas, las que dependen de la especie a cultivar 2._ Diseño del invernadero: Involucra el análisis y la toma de decisiones respecto de la forma, las dimensiones y los materiales que constituirán el invernadero. 3._ Automatismos involucrados para el control de las variables: Implica una definición del tipo de control a realizar, del sistema de accionamiento, de las tecnologías incluidas y, en función de estas decisiones, una valoración de la eficiencia de funcionamiento En los pasos dados, se encuentra como primera tarea primordial el determinar qué tipos de cultivo se utilizaran, ya que al tener esto claro se puede determinar el diseño del invernadero y por ende que sistemas automáticos se utilizaran para regular las variables que necesita la plantación que se realizara. Los factores a considerar para el cultivo son tres: la humedad que necesita, la temperatura ideal que requiere y por último la iluminación que debe recibir. De estos tres puntos dependerá la productividad que se obtendrá, ya que si estos tres factores se mantienen como se requiere se obtendrá buenos resultados. Entonces cada planta tiene un rango de temperaturas y de humedad relativa dentro del cual producen eficientemente, por debajo o por encima de este rango, las plantas se estresan y su productividad declina. La iluminación debe analizarse a través del fotoperiodo, esto es la cantidad de horas luz que recibe, la cual es la principal responsable de la inducción a la floración, a la bulbificación y a la tuberización

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Partes del invernadero El invernadero consta de tres partes, la base, estructura y los mecanismos y dispositivos de control. La base es el elemento que soporta a la estructura del invernadero propiamente dicho; contiene la caja de mando con los circuitos eléctricos y electrónicos para el control Y la alimentación del sistema. La estructura está conformada por un armazón metálico o de madera, realizado en perfiles de aluminio o listones que sirven de sostén. Constituye el esqueleto donde van montadas las paredes, la puerta de acceso, las ventanas, el techo, etc. Los mecanismos y dispositivos de ambientación son todos aquellos elementos de mando o respuesta mecánica, eléctrica y/o electrónica que utilizamos para crear un microclima aceptable. Incluyen los motores que accionan las ventanas y el techo, los ventiladores y los sensores que brindan la información del estado de las variables a controlar; todos ellos, con sus correspondientes accesorios, y circuitos de alimentación y de conexión. Etapas de construcción Al construir un invernadero es posible seguir distintas etapas para agilizar el trabajo y obtener resultados aceptables al poner en marcha el proyecto. Etapa 1: construcción de la base Etapa 2: construcción de la estructura Etapa 3: desarrollo de los circuitos Etapa 4: construcción de tableros de mando Etapa 5: construcción de mecanismos y dispositivos para el accionamiento Estos pasos son sugerentes para la construcción del invernadero automatizado, aunque en estos se considera todo lo necesario para llegar al armado final, ya que se tiene en cuenta el tener listo todas las piezas y elementos que componen el proyecto.

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Corriente Alterna. Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la AC se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada ( o modulada) sobre la señal AC. Valores significativos A continuación se indican otros valores significativos de una señal senoidal: •

Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante de tiempo determinado.

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Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo.

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Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su período. El valor medio se puede interpretar como la componente de continua de la onda senoidal. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal senoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un semiciclo.

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Corriente directa. La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

Conversión de corriente alterna en continua Muchos aparatos necesitan corriente continua para funcionar, sobre todos los que llevan electrónica (equipos audiovisuales, ordenadores, etc ). Para ellos se utilizan fuentes de alimentación que rectifican y convierte la tensión a una adecuada.

Rectificación de la tensión en corriente continúa. Este proceso de rectificación, se realizaba antiguamente mediante dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de tubos de vacío y actualmente, de forma casi general incluso en usos de alta potencia, mediante diodos semiconductores o tiristores.

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Polaridad. Generalmente los aparatos de corriente continua no suelen incorporar protecciones frente a un eventual cambio de polaridad, lo que puede acarrear daños irreversibles en el aparato. Para evitarlo, y dado que la causa del problema es la colocación inadecuada de las baterías, es común que los aparatos incorporen un diagrama que muestre cómo deben colocarse; así mismo, los contactos se distinguen empleándose convencionalmente un muelle metálico para el polo negativo y una placa para el polo positivo. En los aparatos con baterías recargables, el transformador rectificador tiene una salida tal que la conexión con el aparato sólo puede hacerse de una manera, impidiendo así la inversión de la polaridad. En los casos de instalaciones de gran envergadura, tipo centrales telefónicas y otros equipos de telecomunicación, donde existe una distribución centralizada de corriente continua para toda la sala de equipos se emplean elementos de conexión y protección adecuados para evitar la conexión errónea de polaridad. La polaridad de la circulación de la corriente continua, se establece por convenio desde el polo positivo hacia el polo negativo. No obstante el movimiento de electrones (cargas negativas) se produce desde el polo negativo al positivo. Y cada vez que se mueve un electrón deja un hueco positivo, que atrae a otro electrón. Este flujo de huecos, es el que se produce en sentido positivo a negativo.

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Motor de Corriente Continua El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motor, etc.)

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas. También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales.

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Termostato. Un termostato es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito eléctrico en función de la temperatura. Su versión más simple consiste en una lámina bimetálica como la que utilizan los equipos de aire acondicionado para apagar o encender el compresor. Otro ejemplo lo podemos encontrar en los motores de combustión interna, donde controlan el flujo del líquido refrigerante que regresa al radiador dependiendo de la temperatura del motor. Manuales. Son los que requieren intervención humana para regresar a su estado inicial, como los termostatos de seguridad que realizan una función en caso de que la temperatura alcance niveles peligrosos.

Termostato de gas con ajuste de temperatura. Usado en acondicionadores de aire de ventana. Automáticos. Regresan a su estado inicial sin necesidad de intervención humana. Actúan de una forma totalmente automática, de ahí su aplicación actual en gran parte de los hogares De gas. Consiste en un gas encerrado dentro de un tubo de cobre. Cuando la temperatura sube, el gas se expande y empuja la válvula, que realiza una determinada función.

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De parafina.

Empleados en válvulas de control de fluido, contienen parafina encapsulada que se expande al aumentar la temperatura; ésta, a su vez, empuja un disco que permite el paso del fluido. Cuando el fluido baja su temperatura, un resorte vuelve el disco a su posición inicial cerrando el paso. Un ejemplo de este termostato es el empleado en el sistema de enfriamiento de los motores de combustión interna. Electrónicos. Los Termostatos electrónicos cada vez son más habituales debido a sus ventajas. • • • •

Pueden estar libres de parte móviles y contactos que sufren deterioro. Se puede configurar tanto una temperatura como un umbral o un tiempo mínimo entre activaciones. Se pueden integrar fácilmente en un sistema con más funciones como programador horario con otros sucesos. Con un controlador PID puede hacer una gestión más inteligente.

Un termostato electrónico puede mejorar las aplicaciones en que se usar los termostatos mecánicos. • • •

En un frigorífico puede evitar que se encienda si hay una subida breve de temperatura, por ejemplo al abrir la nevera y ventilarse el aire interior. En una casa un termostato se puede complementar con una programación según la hora o el día de la semana otros eventos o según la eficiencia.

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PT1000. Dentro de la serie PT 1000 es posible encontrar distintos modelos de sondas de temperatura, el que se utiliza en el proyecto es el modelo ESMB-12 de la serie pt 1000, esta sonda es de tipo universal y el elemento principal es de platino, cumpliendo las normas vigentes de este tipo de sensores. Está diseñada para censar desde 0 a 100 ºC con una constante de tiempo de 20s. La sonda ESMB-12 está compuesta por una capsula de acero inoxidable 18/8 y un cable de 2mts. Recubierto por PVC de 2x0.2 , su conexión eléctrica consta de un cable de 2 hilos (2x0.34 ) unidos. En pocas palabras es una sonda de temperatura que cubre las necesidades básicas sin mayores problemas ya que logra entregar la variable de temperatura ambiente a un termostato o lo que se le conecte que sea compatible con la serie pt 1000

Motobomba eléctrica de lavadora. La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades. En este trabajo se utilizo una bomba del tipo centrifuga que Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y sale siguiendo una trayectoria periférica por la tangente.

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PLC (Controlador lógico programable). Un PLC se trata de un dispositivo de control electrónico que es capaz de automatizar procesos, gracias al uso de un microprocesador interno que es capaz de comandar una gran cantidad de órdenes y módulos I/o (entradas /salidas) Este dispositivo utiliza un software interno, que es programado por el usuario y que da la pauta para el óptimo desarrollo de los procesos. Algunas de las acciones que un PLC puede realizar son: • Contar: tanto de forma ascendente como descendente. • Comparar datos. • Mover datos de un sector de memoria a otro. • Temporizar la conexión o desconexión de un objeto. • Interpretar señales de sensores o captores en las entradas. • Otros. Módulos de entradas y salidas. Son dispositivos que reciben y procesan la señal que proviene del proceso y que son enviadas hacia el PLC por sensores (captores), transductores y transmisores. Estas señales pueden ser tanto en voltaje como en corriente y deben ser adaptadas a niveles y códigos entendibles por el PLC, y en el caso de las salidas, la señal digital debe ser adaptada a una señal de trabajo. a. Entradas Digitales: conocidas también con el nombre de entradas discretas o señal todo o nada , algunas señales discretas son: • 0/ 10 Vdc. • 0/ 24 Vdc. • -10/10 Vdc. • 4 mA/ 20mA • 0 mA/ 20 Ma • 0 Vdc / 5 Vdc.

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Las entradas en el PLC internamente se encuentran protegidas usando opto acopladores. b. Señales de entrada análogas: cuando la señal de entrada es análoga, ya sea en voltaje o corriente quiere decir que puede tomar un número infinito de estados en una unidad de tiempo determinada. Para ingresas estas señales y hacerlas compatibles con el PLC se deben ingresar a través de un modulo de entradas análogas, los cuales poseen una cierta resolución. El criterio para seleccionar un modulo de entradas análogas es: • Tipo de señal (voltaje o corriente).

• El rango de trabajo del módulo. • La resolución: la cual puede estar expresada en bits o en Voltaje o corriente. Si está expresada en bits, a mayor cantidad de bits, la resolución es mayor y el rango es menor. Salidas del PLC A las salidas se deben conectar los actuadores o los elementos que controlan los actuadores (por ejemplo: relés, contactores) generalmente están indicadas por LED y estas salidas pueden ser análogas o digitales. Existen 3 tipos de salida: •

A relé. Se utiliza para carga AC.

• Transistorizada. Se utiliza para cargas en DC. • A triac. Se utiliza para carga AC. Al conectar las salidas se debe tomar en cuenta: • El rango de voltaje admisible por los contactos de salida. • Si es corriente alterna o corriente continua. • La potencia máxima admisible. • El voltaje que se aplica en un grupo de salidas es único, por tanto, podrán existir tantas tensiones distintas como grupos de salidas existan. PLC Panasonic. Modelo: FP0. CPU: C14R.

Tipos de Contactos “Proyecto final PLC - Potencia”

Tipos

Símbolo

Rango

Cantidad

entradas

X

X0-X12f

208

salidas

Y

Yo-Y12f

208

Relé interno

R

R0-R62f

1008

Temporizador

T

T0-T99

100

Contadores

C

C100-C143

44

Relé interno especial.

R

R900-R903f

64

La numeración (dirección) de los contactos de entrada (x), salidas (y), relés y relés especiales (R) se realiza usando un número decimal y un número hexadecimal. Además se agrupan bajo palabras (W) de 16 bits. Por ejemplo: X0…………………X f X10……………….X1f X20……………….X2f *El numero decimal indica la palabra y el numero hexadecimal indica la entrada. Entradas y salidas Los contactos de entradas y provenientes del proceso.

salidas externas suministran al PLC señales

Las limitaciones de las entradas externas son: • Las entradas que no existen físicamente no se pueden direccionar por programa. • El estado de una entrada externa no puede cambiarse por programa. • El contacto de una entrada externa (que puede ser NA o MC se puede usar ilimitadamente dentro de un programa. Las limitaciones de las salidas son: • Las salidas que no existen físicamente no pueden direccionarse por programa. • Toda bobina de salida tiene asociado un contacto auxiliar NA y otro NC los que pueden ser utilizados ilimitadamente dentro de un programa.

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• Cuando una bobina de salida se emplea como destino está prohibido su empleo en duplicado.

FPSOFT. El FPSOFT es un software que está relacionado con la programación del PLC Matsushita FP0.En este software se crea el programa que posteriormente será ejecutado por el PLC.

Hidráulica. La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos líquidos; analiza las leyes, que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para mejorar el aprovechamiento de las aguas; se divide en hidrostática (líquidos en reposo) e hidrodinámica (líquidos en movimiento) Aplicaciones de la hidráulica. La hidráulica es aplicada a la mecánica de fluidos e ingeniería para construir dispositivos que funcionan con líquidos por lo general agua o aceite; con el propósito de lograr convertir la energía hidráulica en movimiento y fuerza. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conducto cerrado o canales abiertos y diseño de represas para embalses, bombas y turbinas. En otros dispositivos como boquillas, válvulas, surtidores, y medidores encargados del control y de la utilización de líquidos. Energía hidráulica típica. Energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir canales de derivación, represas y la instalación de grandes turbinas con su equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta conflictivo en regiones donde el carbón y el petróleo son baratos, aunque el coste de mantenimiento de una central térmica debido al combustible, sea más caro que el de una central

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hidroeléctrica. Sin embargo, el peso de las consideraciones medio ambientales centra la atención en estas fuentes de energía renovable. Ley de conservación de la energía Esta ley nos dice que la energía no puede ser creada ni tampoco destruida, sin embargo, ella pasa de una forma a otra. El estado cinético de la energía La energía en estado cinético es la que está en movimiento. Ella causa movimiento cuando roca la superficie de un objeto. El estado potencial de la energía Se dice que la energía está en estado potencial cuando esta acumulada, es decir, ella está lista para usarse y esperando para entrar en acción, para transformarse en energía cinética. La energía potencial tiene la propiedad de transformarse en energía cinética por causa de su constituyente físico o de su posición encima de un cierto punto de referencia. Por causa de la elevación, el agua contenida en una torre de almacenamiento es energía potencial. Ella tiene la propiedad de bajar por gravedad a la llave de agua de una residencia que esté a un lugar más bajo.

Estados de alteración de la energía La energía potencial tiene la propiedad de ser transformada en energía cinética, y la energía cinética puede también ser transformada a energía potencial. El agua en la torre es energía potencial que se transforma en energía cinética hidráulica por la altura. Precisamente esta energía cinética se transforma en energía potencial a medida que se llena el vaso.

Definición de presiónPresión es la fuerza ejercida por unidad de superficie en hidráulica, la presión se expresa en Bar. La presión también puede expresarse en PSI (P ound Square Inches)

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Herramientas.

Multitester Digital

Neón

Alicate

Escuadra

Desatornillador de cruz

Pelacables “Proyecto final PLC - Potencia”

Cortante

Martillo

Huincha de medir

Cautín

Sierra Caladora

Taladro

Pulidora

Guantes Brocas

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Sierra con marco

Máquina soldadora

Corchetera

Carta Gantt.

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Máscara para soldar

Simbología. = TODOS = Francisco y Katherine = Felipe y Pablo = Término del Proyecto (Todos) = Festivos o Actividades Extra Programáticas = Pablo Serrano

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DESARROLLO DEL PROYECTO Bitácora de Trabajo. A continuación se presentan las actividades desarrolladas en los tiempos planificados. 21 de septiembre de 2009: Elegimos nuestro proyecto a partir de un análisis productivo de nuestra región, donde se destaca la agricultura por sobre otras, es por ello que seleccionamos como proyecto final un Sistema Invernadero Automatizado. Ese mismo día determinamos los materiales básicos a utilizar para su montaje a escala. 25 de septiembre de 2009: visita pedagógica a la facultad de Ingeniería de la Universidad de Talca. 28 de septiembre de 2009: recolección de información relacionada a sistemas invernaderos y posibles componentes y materiales a utilizar. 02 de octubre de 2009: Llegada y recepción de los materiales pedidos, se procede a revisar cada uno de ellos, y se comienza la construcción del invernadero de la parte inferior, cortando los palos, corcheteando y pegándolos con pegamento de madera. 05 de octubre de 2009: Término de la parte inferior del invernadero, comienzo de la parte superior del invernadero, de la misma manera que se realizó la construcción de la parte inferior. 07 de octubre de 2009: Se confecciona la torre que sostendrá al recipiente con agua, se confecciona la puerta del invernadero y se conectan las cañerías por donde irá el agua.-

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09 de octubre de 2009: Se coloca el polietileno en todo el invernadero, los ventiladores y se empiezan a fijar las piezas en la superficie, para comenzar a cablear. 14 de octubre de 2009: Se realiza el programa del PLC. 19 de octubre de 2009: Termino del programa del PLC, y se comienza el cableado. Lo que primero se cablea, son los reles de control, y los conectores, donde se dividen las alimentaciones a utilizar (220Vac, 12Vdc, 24Vdc, Fase, Neutro). 21 de octubre de 2009: Se conectan los componentes a los reles de control (Ventiladores, Ampolleta, Motor). 23 de octubre 2009: Se termina la conexión de los componentes, y se empieza a la conexión de la PT1000, junto con el termostato. 26 de octubre de 2009: Se empieza el informe final, se modifica parte del programa realizado con anterioridad. 27 de octubre de 2009: Se trabaja en el informe final. 28 de octubre de 2009: Se revisan cada uno de los componentes, si funciona su conexión con el relé, pero de forma manual. 30 de octubre de 2009: En la mañana se realiza visita a terreno a la viña San Pedro de Tarapacá, y posteriormente en la tarde, se corrigen los errores encontrados durante el testeo manual, y se afinan algunos detalles de estética. 2 de octubre de 2009: Se trabaja en el informe final y se realiza la primera prueba del automatismo con el PLC, y se buscan las posibles fallas. 4 de octubre de 2009: Corrección fallas, y segunda prueba con el PLC. Funcionamiento Correcto del circuito. 5 de Octubre de 2009: Término informe final, y últimos detalles del invernadero (echar la tierra).

“Proyecto final PLC - Potencia”

Estructura Física. La maqueta, se confeccionó en una base de madera de 1.22 x 70, en la cual que confeccionó toda la estructura del invernadero a base de palos de 1 x 1 pulgada y una parte de su estructura con pilares ángulo. Las medidas del invernadero fueron de la siguiente forma: •

Parte inferior (superficie):

Como se puede visualizar en la imagen anterior, se cortaron 4 Palos de 1 x 1 pulgada, de 65 cm, y otros 4 palos de 1 x 1 pulgada de 45 cm, los cuales fueron utilizados para hacer lo que eran todas las aristas horizontales. Ahora los palos de 1 x 1, utilizados para formar los aristas verticales, fueron cortados de 30 cm cada uno.

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• Parte Superior (Techo):

Como se puede observar en la imagen anterior, el techo que se hizo, fue de forma prismática triangular regular. Esta parte de la maqueta también fue hecha a base de palos de 1 x 1 pulgada. Todas las aristas horizontales (a excepción de las aristas horizontales del triangulo), miden 6.5 cm cada una. Ahora los que es la forma triangular, cada una de sus aristas mide 31 cm. • Torre de agua: Esta torre de agua, sirve para sostener un recipiente de agua, el cual después por acción de la gravedad, cae hacia la superficie, mientras la motobomba eléctrica este activada. La torre fue construida a base de perfiles rectangulares. Los perfiles rectangulares son de 15 mm x 15 mm, y sus uniones son de una platina de 15 mm x 3 mm. La siguiente imagen referencial, muestra como es la torre, y cuáles son sus medidas.-

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Como se ve en la ilustración anterior, podemos visualizar que tiene una altura de 50 cm, y que cada uno de sus pilares verticales, miden 50 cm también. En la parte superior se encuentra una base o plataforma, que sirve como asiento para sostener el recipiente, esta plataforma, mide 18 cm x 18 cm.Algunas de las fotografías tomadas durante la confección de la maqueta.-

Invernadero

Torre de Agua

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Circuito Electrónico (sensor de humedad). Lista de Materiales: • • • • • •

1 Protoboard. 1 Integrado LM 555. 2 Diodos led verdes. 3 Resistecias 1K. 1 Condensador 10 uF/25V. Alambre de timbre. • 1 Potenciómetro. • 1 Fuente del 12VDC. Circuito:

Puntas de Prueba

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Funcionamiento: En el presente circuito encontramos dos puntas de prueba, las cuales deben ser enterradas en la tierra dentro del invernadero, su función es determinar la resistencia eléctrica de la tierra; a mayor humedad en la tierra, menor resistencia, lo que conlleva al parpadeo de ambos leds verdes (nos indican que la tierra está lo suficientemente húmeda), sin embargo si la tierra está seca, mayor resistencia, lo que conlleva al encendido permanente sólo de un led verde, en ese momento se debe accionar la moto-bomba para humedecer la tierra. 1º Caso: Tierra seca, alta resistencia entre las puntas de prueba enterradas en la tierra, se enciende sólo un led verde, se recomienda el regado.

Alta resistencia

2º Caso: Tierra húmeda, baja resistencia entre las puntas de prueba enterradas en la tierra, parpadean ambos leds verdes, no es necesario regar.

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Baja resistencia

Circuito Hidráulico. Lista de materiales: • • • • • • • • • • •

Cañería de PVC. Vinilit. 2 codos de PVC 1 T de PVC. 2 Tapones de PVC. 4 Goteadores regulables. 1 Bidón de 2 litros. 1 Reducción de PVC (40mm a 20mm). 1 Reducción de PVC (32mm a 20mm). 1 Unión brida de PVC (20mm) 1 Moto-bomba de Lavadora automática (220VAC).

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Funcionamiento: El agua utilizada para regar nuestro invernadero, es depositada en un bidón plástico de 2 litros, el cual se ubica en una altura superior, similar a las copas de agua rurales, aprovechándose así la energía potencial obtenida por el agua, a la baja de ésta agua, se encuentra una moto-bomba de lavadora automática, su función es dar presión al fluido líquido para que este sea depositado en el suelo del invernadero por medio de los goteadores regulables. En la figura de la derecha se muestra en funcionamiento la motobomba de la lavadora automática, la cual da la presión necesaria al fluido líquido para que este sea rociado en el suelo del invernadero, por medio de los goteadores regulables.

Imágenes:

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Programa del PLC. Para hacer la automatización del invernadero, ocupamos el PLC Matsushita, el cual lo conectamos de la siguiente forma para poder realizar la automatización:

En donde: Entra da

¿Qué es?

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X0

Partida General

X1

Parada General

X3

Pulsador Puerta

X5

Termostato

X6

Pulsador Motobomba eléctrica de lavadora Salid a Y0 Y1 Y2 Y4

¿Qué es? Ventilador Ampolleta Motor Motobomba Electrica de lavadora

Al activar manualmente el contacto X0, le damos la energía todo el circuito, dejándolo listo para que entre en acción. Automáticamente, X5 se abrirá o cerrara, ya que este depende de la PT1000, la cual envía al termostato, la temperatura que hay en el ambiente, y le dice si hay variaciones de ella. Al haber una alta temperatura, se activa el ventilador, y al haber una baja temperatura, se activa la ampolleta que simula la fuente calefactora. El pulsador X3, al ser presionado, alimenta R1, el cual hace que se enclave y energice el T0, y como uno de sus contactos está conectado N.C con una salida, también se energiza inmediatamente. Al transcurrir 15 segundos, el temporizador cambiará sus contactos, abriendo el que estaba cerrado, y por lo cual se desernergizará la salida Y2, es decir se detendrá el motor. El pulsador X6, lo que hace, es activar manualmente el riego del invernadero, Cuando pulsamos X6, se alimentará R2, enclavándose y alimentando la salida Y4,la cual está conecta en serie a un contacto cerrado de T1, T1 al ser alimentado, empezará la cuenta de 10 segundos, y al finalizar la cuenta, el temporizador cambia sus contactos, por lo cual el contacto cerrado que se encontraba en la línea de la salida Y4, se abrirá, por lo tanto se desenergizará Y4, cortando el flujo de agua.

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Funcionamiento. El funcionamiento del invernadero automatizado, puede dividirse en tres partes: Temperatura: el control de la temperatura al interior del invernadero se realiza por medio de una PT1000, la cual está conectada al termostato, la PT1000 se encarga de determinar la temperatura existente al interior del invernadero, ésta medición es enviada al termostato, que nos la muestra digitalmente y además nos permite seleccionar una temperatura, si la temperatura existente en el invernadero es diferente, el termostato cambia un contacto conectado a la entrada X5 del PLC, que acciona una ampolleta de 150W si la temperatura baja de la determinada previamente, o si no por medio de dos ventiladores se baja la temperatura interna del invernadero. Así funciona cíclicamente, para mantener una temperatura lo más cercana a la predeterminada en el termostato

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Puerta: para automatizar al máximo nuestro invernadero decidimos que la puerta creada sea abierta con tan sólo presionar el pulsador X3, que pondrá en movimiento al motor abriéndose la puerta y el cerrado de ésta se ha configurado por un temporizador interno, después de cierto tiempo programado, el motor será desenergizado y la puerta se cerrará automáticamente, por fuerza de gravedad.

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Humedad: nuestra primera idea era utilizar nuestro sensor de humedad como la entrada para el accionamiento de la moto-bomba, lamentablemente no encontramos la forma de adaptarlo con los recursos que poseíamos, por ello decidimos dejar nuestro sensor de humedad, pero tan sólo con indicadores luminosos de la humedad en la tierra; recordar que si ambos leds verdes pestañeaban, la tierra esta húmeda, sin embargo si sólo uno de los diodos esta encendido, eso nos indica que la tierra está seca, por lo que debemos regar, y eso lo realizamos presionando X6, que nos activa por medio de un relé la moto-bomba, la cual regará por un tiempo predeterminado desconectándose gracias a un temporizador interno.

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Conclusión. En este informe fue presentada la información recopilada del proyecto realizado para el área técnica de electrónica, específicamente de dos módulos, Mantenimiento y operación de equipos de control electrónicos de potencia y Operación, y el modulo programación de sistemas de control con controladores lógicos programables, con lo cual fue posible abarcar conocimientos de estas ramas, y no solo esto porque también fueron aplicados conocimientos de electricidad e hidráulica, subsectores impartidos dentro de la misma especialidad, lo cual facilita el trabajo y logro de los objetivos gracias a estos diversos aprendizajes. Ante el esfuerzo desplegado por lograr realizar el proyecto este fue concretado en su totalidad, lo cual permitió afianzar conocimientos y adquirir nuevos aprendizajes muy enriquecedores para los integrantes del grupo. Dentro de los nuevos conocimientos se encuentra uno muy atípico al tema de la electrónica, específicamente el invernadero. El invernadero es un lugar en donde se busca crear un microclima específico para un tipo de plantación, crear un espacio propicio para el cultivo y mantenimiento de los vegetales plantados, con esto mejorar la productividad y obtener resultados satisfactorios que justifiquen la creación de un invernadero de plantaciones fuera de su época habitual. Para este proyecto la creación de un invernadero automatizado se justifica, ya que al encontrarse poca intervención humana los sembradíos lograran con mayor facilidad su desarrollo a una temperatura y humedad estable que satisfaga las necesidades correspondientes a lo que se desee cultivar, llevar a cabo esto significa una tarea “Proyecto final PLC - Potencia”

acompañada de varias áreas de la electrónica, ya que se ponían en juego las distintas teorías y aprendizajes logrados, y no tan solo esto, porque también se desarrollan ciertas habilidades, como es posible apreciar la resolución de problemas y el trabajo en equipo que se lleva a cabo durante toda la realización del proyecto. Una de las tantas áreas aplicadas es la hidráulica, la utilización de los conceptos de esta es de vital importancia para lograr un regadío correcto en el invernadero, sin este es imposible mantener la humedad y por lo tanto no se le brindarían las condiciones ideales que las plantas requieran dentro del invernadero, esta problemática comenzó a ser resuelta gracias a una pequeña motobomba eléctrica reciclada de una lavadora, la cual cumple como función impulsar al agua para que salga por el sistema de riego, el cual ha de ser activado idealmente por el plc, de forma automática cuando ya no se detecte humedad en el espacio del invernadero, pero en este caso, por problemas del circuito de detección de humedad no fue posible lograr esto de forma autónoma, y fue necesario darle la orden desde el mismo PLC con un pulsador para simular la señal que debiese llegar del circuito de humedad. El agua a de caer desde una altura, para esto se coloco una especie de torre de agua con una pequeña copa de materiales reciclados, que contenía dicho liquido en estado potencial, y una vez alimentada la motobomba el agua pasaba a estado cinético, comportamientos conocidos en el ámbito de la hidráulica y que determina el comportamiento de los líquidos. Dejando la hidráulica de lado, también se tuvo que solucionar el problema de cómo censar la temperatura para mantenerla en el rango que corresponda, esto se realizo con un termostato electrónico y la conocida sonda Pt1000, utilizando su modelo universal, el cual censa desde 0 a 100º C, lo cual satisfacía nuestra necesidad. Cuando ya se haya decidido la temperatura que se requiere, es necesario instalar elementos que cumplan la función de mantener aquella temperatura, para esto fueron colocados dos ventiladores de computador reciclados, con el fin de disminuir la temperatura cuando esta traspasara la temperatura programada en el termostato. Para subir la temperatura, se coloco una ampolleta, aunque idealmente se hubiese deseado tener una resistencia calefactora, pero por falta de recursos se decidió por la más económica que sería la de generar calor con una simple bombilla de unos 150W. Aquella ampolleta ha de estar encendida cuando la temperatura no se exceda de la programada, en pocas palabras permanece activa hasta que los ventiladores entren a funcionar por una temperatura más alta de la que se necesita. Los ya nombrados ventiladores entran en funcionamiento al momento en que el termostato envía una señal continua por estar encima de la temperatura indicada, la cual dejara de ser enviada al momento de que la temperatura logre bajar de nuevo y con esto inevitablemente la calefacción se encenderá nuevamente. Mantener la calefacción siempre encendida genera un consumo extra que podría haber sido evitado si el termostato hubiese tenido todas sus funciones en buen estado, ya que de dos programaciones que se le podían realizar solo una funcionaba como correspondía y la otra no arrojaba ningún tipo de señal en su salida.

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Por otra parte buscando automatizar aun más el invernadero, se le ha agregado una puerta que funciona automáticamente, esta funciona por medio del PLC, el cual le envía la energía que necesita y entra a funcionar hasta que queda arriba por unos segundos, y luego baja para quedar cerrado nuevamente el invernadero, no fue posible dejar la puerta de manera permanente arriba, no se encontró una solución permanente para esto, por lo tanto se tomo la decisión de que solo estuviese un tiempo energizado el motor, lo suficiente para apreciar el interior del invernadero y luego ser cerrado para no modificar la temperatura y el estado general de las plantas que pueda contener en el interior este invernadero. Ante la problemática de cómo alimentar cada uno de estos componentes, en donde la mayoría funcionaban con 12 volts, se instalaron relés de 24 a 12 volts, esto es así porque el PLC entrega en su salida 24 volts continuos, esto conectado de forma directa a los componentes se pone en riesgo el PLC propiamente tal y los dispositivos pudiesen resultar quemados. Al relé se le entregan aquellos 24 volts a la bobina que este tiene, al ser esta alimentada cambia sus contactos de estado y cierra aquellos que estaban abiertos, y los alimenta con 12 volts que son entregados por una fuente que debe ser instalada para ser utilizada con este fin. El PLC utilizado (Matsushita) presento un funcionamiento muy adecuado con el programa cargado, solo generando pequeños problemas que fueron resueltos a la brevedad, pero fuera de esto todo fue como estaba planeado y no presento otros inconvenientes. Una vez logrado todo esto y teniendo en funcionamiento toda la circuitería se realizaron las pruebas de rigor, se procedió a colocar agua en la fuente y se comprobó que todo funcionaba como se esperaba, dándose como logrado el proyecto y listo para ser presentado en donde se requiera, ya que como aplicación al ser llevado a escalas de mayores dimensiones (reales) los principios son los mismos y por ende los resultados también. Para finalizar, destacar que esta novedosa experiencia fue muy beneficiosa para todos los integrantes del grupo, se obtuvieron nuevos conocimientos, se lograron nuevas perspectivas acerca de la potencialidad que ofrece la electrónica, y que es posible apreciar que la electrónica es aplicable a diversas áreas de las necesidades humanas, como en este caso el de los cultivos en microclimas creados por el hombre, en donde la electrónica ayuda a facilitar las tareas al hombre y permite abaratar costos y lograr mejores resultados.

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Bibliografía. •

Cuaderno del módulo “Electrónica”, 3ºA - 2008.

• Cuaderno del módulo “Neumática e Hidráulica”, 4ºA – 2009. •

Cuaderno del módulo “PLC”, 4ºA – 2009.

• Cuaderno del módulo “Control Eléctrico”, 4ºA – 2009.

Webgrafía. •

www.monografias.com

•

www.automatas.org

Softwares utilizados.

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• FPSOFT para Windows. • Zelio Soft. • Electronic Workbench. • ECG Semiconductor Search.

Apéndice Técnico. PT1000:

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LM555:

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