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Escuela Técnica Superior de IngenierosUniversidad de Sevilla
Adaptación para Control a través de Redde un Sistema de Levitación Neumática.
Autor: D. Zaui Mahmud TalebTutor: Dr. Manuel G. Ortega Linares
Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería de Telecomunicación
Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Sevilla, Febrero 2010
DEDICATORIAA mi familia.A mis amigos.
“La experiencia es directamente proporcional a la cantidad de materialdestruido durante la realización de experimentos.”
Anónimo
Prefacio
La arquitectura tradicional de comunicación punto a punto pa-ra los lazos de control realimentados, que ha sido implementadacon éxito en la industria durante décadas, se ha vuelto poco prác-tica, cuanto menos inviable en algunos casos debido el aumentode dispositivos físicos, los problemas de espacio u otros factoresque limitan este tipo de arquitectura. La introducción de redesde comunicación para el control, aporta una considerable dismi-nución de cableado y por consiguiente una mayor facilidad en elmantenimiento, una mejora de la versatilidad y una disminucióndel coste de la aplicación.
En este Proyecto Fin de Carrera, se realizan una serie de ex-perimentos sobre la planta de levitación neumática LeviNeu, sitaen el laboratorio del Departamento de Ingeniería de Sistemas yAutomática, con el fin de obtener una simulación del compor-tamiento del sistema en un supuesto control a través de red,teniendo en cuenta los distintos parámetros que puedan afectar ala calidad de servicio que ofrece dicha red. Dichos experimentosintentan modelar el comportamiento de una red de paquetes va-riando sus parámetros de calidad de servicio, como son el retardovariable, la probabilidad de pérdida, o la cuantización, y viendocómo afecta ello al control de la planta, y hasta qué punto siguesiendo viable realizar el control a través de la red en cuestión.
Al final del proyecto se muestran resultados de las distintasexperimentos realizadas y se extraen conclusiones respecto a laviabilidad del control a través de red de un sistema con las carac-terísticas inherentes y del entorno que posee la planta LeviNeu.
i
Índice
Prefacio i
Índice iii
Índice de Figuras vii
Lista de Acrónimos xi
1 Introducción 1
1.1 Conceptos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Motivación del Proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Objetivos del Proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.1 Desarrollo previo . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.2 Nuevos objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Organización de la documentación . . . . . . . . . . 4
2 Equipo utilizado en el proyecto 7
2.1 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
iii
3 Puesta en marcha del sistema LeviNeu 11
3.1 Descripción del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Bucle de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3 Puesta en marcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4 Degradación de la calidad de servicio de la red 23
4.1 Consideraciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 Implementación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.3 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3.1 Control local . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3.2 Efecto de la cuantización . . . . . . . . . . . 28
4.3.3 Control a través de red . . . . . . . . . . . . 29
5 Programas desarrollados 35
5.1 Programas en LABView . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.2 Programas en CX-Programmer . . . . . . . . . . . . 37
5.3 Programas en C++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.3.1 cuantizacion.cpp . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.3.2 retardo variable.cpp . . . . . . . . . . . . . . 39
6 Conclusiones 41
6.1 Conclusiones del control . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.2 Contribuciones del proyecto . . . . . . . . . . . . . . 42
6.3 Líneas futuras de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . 42
iv
Apéndices 45
Apéndice A Guía de usuario rápida para la puesta
en marcha del sistema LeviNeu 47
Apéndice B Código fuente 53
B.1 retardo variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
B.1.1 retardo variable.cpp . . . . . . . . . . . . . . 53
B.1.2 retardo variable.h . . . . . . . . . . . . . . . 56
B.1.3 retardo variable.def . . . . . . . . . . . . . . 57
B.2 Cuantización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
B.2.1 cuantizacion.cpp . . . . . . . . . . . . . . . . 57
B.2.2 cuantizacion.h . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
B.2.3 cuantizacion.def . . . . . . . . . . . . . . . . 58
B.3 Controlador PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
B.3.1 pid.cpp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
B.3.2 pid.h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
B.3.3 pid.def . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Bibliografía 61
v
Índice de Figuras
1.1 Bucle realimentado de un sistema de control local . 2
1.2 Bucle realimentado de un sistema de control a tra-
vés de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 Principales elementos Hardware del sistema. . . . . 8
(a) Autómata Omron CJ1M. . . . . . . . . . . . . 8
(b) Sistema de visión Omron F150. . . . . . . . . 8
(c) Variador de frecuencia Omron F7. . . . . . . . 8
(d) Motor soplador ABB. . . . . . . . . . . . . . . 8
3.1 Los tres módulos del autómata CJ1M de Omron . 12
3.2 El PC, eje central del bucle . . . . . . . . . . . . . . 13
3.3 La fuente de alimentación . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.4 Los protectores Eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.5 Conexión de los equipos sobre el panel . . . . . . . 14
3.6 Vista general del sistema LeviNeu real . . . . . . . 15
3.7 Esquema general del sistema LeviNeu . . . . . . . . 15
3.8 Una captura del sistema de visión F150 . . . . . . . 16
vii
3.9 Formato de la trama Host Link . . . . . . . . . . . 20
4.1 Esquema de la simulación del retardo variable . . . 26
4.2 Comportamiento del sistema en un control local
con PID lento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 Comportamiento del sistema en un control local
con PID rápido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.4 Comportamiento del sistema con cuantización 0.5
y PID lento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.5 Comportamiento del sistema con cuantización 0.5
y PID rápido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.6 Efecto de la cuantización. . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.7 Comportamiento del sistema con una red de retar-
do variable y probabilidad de pérdida 0%. . . . . . 30
4.8 Comportamiento del sistema con una red de retar-
do variable y probabilidad de pérdida 25%. . . . . 31
4.9 Comportamiento del sistema con una red de retar-
do variable y probabilidad de pérdida 50%. . . . . 31
4.10 Efecto del retardo variable que introduce la red
(máx 2 seg). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.11 Comportamiento del sistema con una red de retar-
do variable y probabilidad de pérdida 0%. . . . . . 32
viii
4.12 Comportamiento del sistema con una red de retar-
do variable y probabilidad de pérdida 25%. . . . . 33
4.13 Comportamiento del sistema con una red de retar-
do variable y probabilidad de pérdida 50%. . . . . 33
4.14 Efecto del retardo variable que introduce la red
(máx 4 seg). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.1 Captura de pantalla del diagrama de bloques de
LABView. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.2 Captura de pantalla del diagrama de bloques de
LABView 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.3 Captura de pantalla de CX-Programmer. . . . . . . 38
A.1 Los protectores Eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . 48
A.2 El operador digital desarmado del variador . . . . . 48
A.3 Los leds de estado del variador de velocidad. . . . . 49
A.4 Los leds de estado del autómata. . . . . . . . . . . . 49
A.5 La barra de herramientas de CXProgrammer. . . . 50
A.6 Los leds de estado del sistema de visión. . . . . . . 51
A.7 Secuencia de pasos para activar LeviNeu. . . . . . . 52
ix
Bibliografía
[1] J.J. Caparrós Jiménez: Construcción, identificación y mo-delado de un sistema de levitación neumática. Escuela Su-perior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, 2005. Citadoen las páginas 4, 17, 18, 21, 35, 48 y 50.
[2] Fernando Borja Breña Lajas: Diseño de estrategias de con-trol para un sistema de levitación neumática. Escuela Supe-rior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, 2005. Citado enlas páginas 4 y 16.
[3] Omron: Manual del sensor de visión 1. Manual 1: SetupManual, 2002. Citado en las páginas 16 y 17.
[4] Omron: Manual del sensor de visión 2. An expert Manual ofthe F150. Manual 2: Expert Menu Opration Manual, 2002.Citado en las páginas 16 y 17.
[5] Omron:Manual del Autómata CJ1M. CJ1M User’s Manual.Citado en la página 17.
[6] Omron: Manual del Variador de velocidad. VarispeedF7User’s Manual. Citado en la página 17.
[7] José Antonio Pérez García de Castro: Plataforma de controlremoto aplicada a un sistema de levitación neumática. 2005.Citado en las páginas 19, 20, 35 y 37.
[8] The C++ Resources Network. www.cpluplus.com. Citadoen la página 52.
[9] National Instruments: LABView User Manual, 2003.Citado en la página 52.
61
62 BIBLIOGRAFÍA
[10] Frank Mittelbach, Michel Gossens, et al.: The LATEX Com-panion: Tools and Techniques for Computer Typesetting.Addison-Wesley, 2nd edition, 2004. Citado en la página52.
[11] Helmut Kopka and Patrick W. Daly: A GUIDE TO LATEX:Document Preparation for Beginners and Advanced Users.Addison-Wesley, 3rd edition, 1999. Citado en la página 52.
[12] Donald E. Knuth: The TEXbook. Addison-Wesley, 1984.Citado en la página 52.
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