Control Cámara ECT-3

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- Métodos

Esta investigación es cuantitativa experimental, puesto que se observó un problema en la creación, edición y lectura de perfiles de temperatura al manipular manualmente la cámara térmica ESPEC ECT-3, por lo cual, se automatizó el manejo de dicho instrumento a través de un esquema de control basado en los buses de comunicación GPIB y RS-232. Enseguida, se creó una aplicación gráfica en Visual Basic 6.0 tomando bibliotecas proporcionadas por ICS Electronics. En la primera etapa de implementación, se diseñaron los esquemas de control haciendo uso de dichos buses en el módulo 4899A y el controlador Watlow F4S. Con la información recabada, en la segunda etapa se procedió al diseño y programación de la interfaz gráfica de usuario, evaluando su desempeño en pruebas térmicas reales. Para esto, se utilizó el equipamiento perteneciente al laboratorio de comunicaciones de radiofrecuencia y fibra óptica del INAOE.

- Equipamiento

A continuación, se describe el equipamiento necesario para el desarrollo de este proyecto. La figura 1[1] muestra a la cámara térmica ESPEC modelo ECT-3 Criterion. El modelo ECT-3, que pertenece a la organización ESPEC de Norte América, permite realizar una amplia variedad de pruebas de temperatura en un rango de -68°C a 180°C gracias al empleo de un sensor tipo T. Este sensor es utilizado en bajas temperaturas, principalmente negativas, ya que su rango de operación es de -180°C a 300°C (Sánchez, 2006). En particular, el modelo ECT-3 presenta un volumen interior de 33726 cm3 y un puerto de propósito general de 4 pulgadas de diámetro para permitir la conexión externa de dispositivos, lo cual es ideal para realizar pruebas de temperatura a nivel de componentes, módulos o subsistemas electrónicos (ESPEC North America, s/f).

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Figura 1: Cámara Térmica ESPEC ECT-3

El controlador Watlow de la serie F4S es un instrumento industrial para el control de perfiles que contengan rampas de tiempo y temperatura (véase Figura 2). Este controlador cuenta con un display de 4 líneas que indica la temperatura al interior de la cámara, número y tipo de paso en un perfil. Además, cuenta con un microprocesador de 16 bits que puede manejar un total de 256 pasos distribuidos en los 40 perfiles de prueba que puede almacenar. Es posible configurar 6 tipos de pasos de forma manual en el controlador, incluyendo: Inicio Automático o Autostart, Rampa de Tiempo o Ramp Time, Rampa de Temperatura o Ramp Rate, Sostenimiento o Soak, Salto de Paso o Jump y Fin de Perfil o End. Por último, para su comunicación, el controlador cuenta con una interfaz RS-232C hembra convertible a RS-485.

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Figura 2: Controlador Watlow F4S y F4D

La Figura 3 muestra al módulo 4899A de ICS Electronics. Este instrumento utiliza comandos en formato ASCCI y tiene como propósito principal convertir el protocolo de comunicación paralelo GPIB al protocolo serie RS-232, específicamente en modo Modbus. Para generar un mensaje Modbus completo hace uso de un chequeo de ciclo redundante (CRC). Todo esto, bajo las especificaciones de la IEEE-488.2/GPIB. El modelo 4899A puede comunicarse en la modalidad RS-232 o RS-485 con un conector de 25 pines hembra (DB-25S) a través de la configuración mínima de módem nulo; transmisor, receptor y tierra, para el control de dispositivos esclavos. En esta comunicación, la velocidad de transmisión serial (Baud Rate) es seleccionada a través de Comandos Estándares para Instrumentos Programables o Standard Commands for Programmable Instruments (SCPI) establecidos en el estándar IEEE 488.2.

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Figura 3: Módulo 4899A de ICS Electronics

- Protocolos de Comunicación GPIB y RS-232.

El propósito de la comunicación es la transmisión de información o datos de manera codificada. Halsall (1998) indica que las organizaciones asociadas a la industria de las telecomunicaciones como ISO, IEEE e ITU, han establecido un conjunto de protocolos o normas estandarizadas para garantizar el intercambio de información entre diferentes dispositivos o sistemas de control. En el proceso de comunicación del controlador Watlow F4S, el módulo 4899A y la computadora es necesario el uso de estos estándares. En este caso se utilizaron dos tipos de interfaces físicas de comunicación, GPIB y RS-232.

Para la comunicación con el ordenador, se utilizó una interfaz física GPIB comercial que consta de dos terminales con un conector de 26 pines. Dicha interfaz GPIB es una interfaz estándar IEEE-488, conocida como la Interfaz de Bus de Propósito General y ofrece un método estandarizado para la transmisión paralela de información. Este modo de transmisión utiliza n líneas para enviar n bits de manera simultánea (Forouzan, 2007). Su empleo es indispensable para la comunicación en red de instrumentos y el control remoto de los controladores.

Por otro lado, la interfaz física RS-232 necesaria para el desarrollo de este proyecto, consta de 3 hilos (Tx, Rx y GND) y dos conectores (DB9 macho y DB25 macho) para la comunicación serie entre el controlador Watlow F4S y el módulo 4899A de ICS. El uso de dicha interfaz de comunicación es posible ya que como Stallings (2004) establece, en la transmisión serie los bits son enviados uno a uno a través de una línea. Este cable fue elaborado bajo el concepto de cable cruzado para evitar el uso de adaptadores que puedan perjudicar el traslado información (señales eléctricas).

- Automatización y Sistemas de Control

Como resultado de las diferentes fases de desarrollo por las que ha pasado la automatización industrial, ahora se tiene la automatización flexible (Popovic, s/f). Este tipo de automatización emplea sistemas de multi-computadoras organizadas y distribuidas de forma jerárquica dentro de un proceso. Bajo este concepto, se diseñó el esquema de automatización jerárquica de los instrumentos del laboratorio, priorizando un flujo bidireccional de información, asegurando la interacción entre ellos y manteniendo un orden supervisiorio en los diferentes niveles del control (Groover, 2004). La estructura genérica de este esquema se puede apreciar en la Figura 4.

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Figura 4: Automatización y Control en la Automatización Flexible

Por otro lado, para el control de la cámara térmica ECT-3,