sábado, 23 de febrero de 2008

USO DEL PROGRAMA XILINX-ISE

CONTROL DE TEMPERATURA DE UN TANQUE DE AGUA DESMINERALIZADA

En las empresas de tipo industrial producir agua de alta calidad para las calderas resulta muy costosa la inversión, para lograrla se necesitan algunos químicos peligrosos como ácidos, medios filtrantes y sistemas automatizados que permitan dosificar las cantidades justas en el momento debido.

Una vez producida el agua desmineralizada se debe almacenar en tanques que sirven de reserva a etapas previas a otros sistemas, por ello en estos recipientes se controlan bien su almacenamiento para evitar derrames y precalientan para alimentar sistemas de generación de vapor.


Agua desmineralizada

El agua desmineralizada es el agua a la cual se le quitan los minerales y las sales. Se utiliza cuando se requiere agua con bajo contenido en sal o baja conductividad. Algunos ejemplos de su uso son:

- Agua de alimentación de la calderas
- Usos farmacéuticos
- Industria de la electrónica
- Usos alimenticios
- Usos industriales

Para cada uso se utiliza una conductividad específica. Sin embargo siempre seguirá habiendo una cierta conductividad, debido al equilibrio ácido/básico del agua. El agua desmineralizada de mejor calidad tiene una resistencia de aproximadamente 18,2 megaohmios por centímetro o una conductividad de 0,055 microSiemens por centímetro.

El agua de alimentación de la caldera se utiliza para producir vapor. La presión del vapor (0.5 - 100 bar) determina la temperatura y la capacidad energética, pero también la calidad del agua de alimentación.
La regla general expone que cuanto más alta sea la presión, más estricta deberá ser la calidad del agua de alimentación de la caldera. Algunos problemas causados por las impurezas en el agua de alimentación son:
- Formación de costras
- Corrosión
- Priming (formación de burbujas de aire)
- Adherencia del vapor al cilindro (de minerales volátiles)

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En este proyecto se requiere controlar la temperatura del agua de salida del tanque a un valor requerido, para ello se emplea instrumentación para detectar las variables de nivel, flujo y temperatura para controlar elementos finales de control como válvulas ON/OFF y una termorresistencia para aumentar la temperatura del agua. El funcionamiento se basa en lograr un nivel controlado de liquido mediante el uso de las válvulas de suministro XV-101 y la válvula de descarga XV-102 en el tanque para tener condición de homogenización de la temperatura constantemente medida mediante las termocuplas TE-301 y TE-302 de todo el liquido a través del uso de la termorresistencia.



Los interruptores de bajo nivel LSL-201 y de alto nivel LSH-201 controlan el nivel de líquido en el tanque y el interruptor de flujo FSL-401 monitorea el cierre total de la valvula de descarga XV-102.




Teniendo como estados de funcionamientos la siguiente tabla de la verdad, se puede describir cada una de las entradas y salidas del sistema en donde para calentar el agua se debe garantizar que el nivel del agua sea mayor o igual al del interruptor de alto nivel LSH-201. Una vez lograda la temperatura establecida como consigna se apertura la válvula XV-102 para vaciar el agua precalentada.

Encontrando las ecuaciones:


Mediante el software de simulación Xilinx-ISE y uso de un dispositivo FPGA modelo XA9536XL-15-VQ44 se realizaron las diferentes etapas de diseño. Se inicia por crear un nuevo proyecto ingresando a las opciones de archivo y luego se denomina con un nombre el nuevo proyecto (como se muestra en las dos siguientes figuras).




Pulsando la tecla Next se puede seleccioanar el dispositivo a usar asi como sus diferentes opciones. Se va aceptando las opciones hasta llegar a Finish la creacion del proyecto. Una vez el proyecto creado, debemos crear una fuente tipo esquematico donde se dibujará el circuito que representa el proceso del tanque.



Las cuales en arreglo de compuertas obtenemos el siguiente diagrama electrónico con las salidas X (Calentador), Y (Válvula XV-101) y Z (XV-102)


Para la simulación del proyecto se construye los diferentes estados de las entradas para asi probar el circuito construido. Mediante la creacion de una nueva fuente Test Bench WaveForm, en donde se puede dar los distintos valores de simulacion para las entradas.


Estado de las entradas para la simulacion.




Estado de entradas y salidas arrojadas por la simulacion.



Una vez culminadas las etapas de síntesis, traslate y Fit se pueden obtener reportes informativos del proyecto como asignación de pines, recursos usados, entradas y salidas



Disposicion de pines


3ra. Entrega.


PROGRAMACION DEL PROYECTO EN LENGUAJE VERILOG

Como motivo comparativo con el lenguaje esquemático ahora mediante el uso del lenguaje Verilog de Xilinx-ISE se crea un nuevo proyecto con la diferencia de una nueva fuente tipo "Verilog Module" del mismo proyecto del Control de Temperatura para el Tanque de Agua Desmineralizada.

En primera instancia se señala las entradas y salidas del proyecto identificando sus denominaciones y tipo (entrada y salida).

Al crear este modulo Verilog, se genera un codigo fuente base en donde se definen librerias a usar y las variables de entradas y salidas. Luego mediante la sintaxis Verilog se agregan las ecuaciones de salida que describen el proceso X, Y y Z y se da inicio a la funcion Always que ciclicamente calcula X, Y y Z dependendiendo de cada uno de los valores de A, B, C, D y E de entrada simulada.





Se crea a partir del código Verilog el banco de prueba (test bench) del proyecto que nos permite configurar la forma de onda de entrada para la simulación de proceso del control de temperatura del tanque.



Obteniendo como resultado de la simulación el siguiente gráfico:



Una vez culminadas las etapas de síntesis, traslate y Fit se pueden obtener reportes informativos del proyecto como asignación de pines, recursos usados, entradas y salidas.




CONCLUSIONES
El lenguaje de descripción de Hardware es una herramienta versátil y potente que nos ofrece diseñar desde el planteamiento de las ecuaciones que representan el producto de nuestro proceso hasta la obtención del comportamiento real del dispositivo a programar, brindándonos diversas opciones para llevar a cabo el diseño, bien sea por la vía esquemática o por medio del uso de lenguajes como VHDL y Verilog. De manera comparativa el uso del lenguaje esquemático es una manera gráfica de representar por medio de diagramas electrónicos el proyecto resumiéndose en realizar las interconexiones entre los bloques.

Va a depender de la complejidad del proyecto y la experticia del diseñador la elección del lenguaje a usar.


Observando los dos lenguajes empleados la cantidad de Macroceldas empleadas y pines usados son iguales, encontrándose diferencia en los bloques usados siendo mayor el numero en el lenguaje esquemático.










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DESARROLLADORES

ING. DANIEL CASIQUE
ING. CARLOS MILA DE LA ROCA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA "ANTONIO JOSÉ DE SUCRE"