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Diseño e implementación de los sistemas de instrumentación, comunicaciones y control de un sistema multi-tanque

Abstract:

El advenimiento del nuevo paradigma de la cuarta revolución industrial, denominada Industria 4.0, busca la interconexión entre las diferentes plantas productivos con la finalidad de mejorar su eficiencia. Un requisito imprescindible de esta evolución es la interoperabilidad entre tecnologías de diferentes proveedores y fabricantes para coexistir dentro de los procesos industriales de manera eficiente. La variedad de soluciones propietarias existentes en el mercado provoca que la interoperabilidad entre sistemas y dispositivos se convierta en un reto, debido a la heterogeneidad producida por tal cantidad de tecnología que pertenece a diferentes proveedores, además de un alto capital que se requiere para adquirir estos sistemas y dispositivos. Por tanto, las pequeñas y medianas empresas industriales requieren buscar soluciones de bajo costo que cubran la interoperabilidad e interconexión entre los dispositivos y las plantas de producción. Este trabajo propone el diseño e implementación de los sistemas de instrumentación, comunicaciones industriales y control de un sistema de dos tanques de agua mediante controladores lógicos programables (PLCs) de bajo costo y compatibles con un servidor de plataforma abierta para comunicaciones industriales de arquitectura unificada (OPC- UA) de software libre. El servidor OPC-UA permite la integración de la planta con un sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA). El propósito es explorar plataformas embebidas de bajo costo como PiXtend y M-Duino para generar funciones de comunicación, resguardando la interoperabilidad entre los dispositivos, preprocesamiento de variables y esquemas de control dentro de un ambiente industrial. La arquitectura del sistema de instrumentación y comunicación propuesto en este trabajo está basado en una red de bus de campo implementando el protocolo Modbus. Los sistemas de control propuestos se basan en controladores PID y de ganancia programada difusa (FGS-PID), con detección y diagnóstico de fallos mediante el filtro de Kalman extendido (EKF) usado para la estimación de los estados del sistema.