Tutorial: Automatizar el llenado de un tinaco

Éste será el primero de muchos tutoriales o aplicaciones sencillas que pretendo desarrollar, trataré de presentar cuando menos un par de soluciones para dejar en claro que, aunque un método nos pueda parecer muy eficaz para lograr una resolución, siempre puede haber otra forma que dependa de nuestros conocimientos y de la facilidad que tengamos para poder desmenuzar el problema en cuestión. Estoy consciente de que no soy el ingeniero con más experiencia en el sector pero haré lo posible por dar una explicación muy clara de todos los aspectos tratados aquí, además, siempre pueden consultar sus dudas en la sección de comentarios o pueden ponerse en contacto por el mail que se encuentra en la barra lateral.

Un problema típico a nivel teórico y práctico es el llenado de un tinaco pues, dependiendo de nuestra zona de residencia, pueden existir problemas de suministro y presión aunque también existe la posibilidad de que sea más cómodo para nosotros el almacenar nuestra agua potable de ésta forma. Gráficamente el problema podría verse la siguiente forma:

Fig. 1: Sistema de llenado de un tinaco con alimentación mediante una cisterna.
La nomenclatura "LS" indica la presencia de sensores de nivel.

Podemos observar ciertos componentes claves para poder definir cuales son las entradas y salidas del sistema, siendo las entradas aquellas que indican las condiciones que tiene una variable medida al controlador y, las salidas, aquellas que reciben una instrucción de operación después del procesamiento de dicha información. Éste paso es primordial pues nos facilitará el desarrollo de un código que permita la operación completamente automática. Sobra decir que no trato de explicar como hacer la construcción del sistema pues, además de que sus dimensiones dependen totalmente del lugar de aplicación y de las dimensiones de los contenedores, sería muy complicado hacer un listado de todo el material constructivo e hidráulico necesario (entiéndase arena, grava, cemento, varillas, tuberías, etc) para su puesta en marcha.

Los elementos relevantes para la automatización son: la válvula de alimentación general, los sensores de nivel en la cisterna, la hidrobomba y los sensores de nivel en el tinaco. Podemos agruparlos de la siguiente manera:

Entradas	Salidas
Botón de arranque	Válvula
Botón de paro	Hidrobomba‎‎⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀‎‎‎
Sensor de alto nivel de la cisterna
Sensor de bajo nivel de la cisterna
Sensor de alto nivel del tinaco
Sensor de bajo nivel del tinaco

El elemento que resulta más curioso es el de la válvula pues, aunque aparentemente podría ser una entrada al sistema, resulta que es una salida pues su estado depende las condiciones de llenado de la cisterna y si bien ésta puede ser una válvula manual típica, consideraremos que es una electroválvula para fines didácticos. También consideraremos la presencia de un botón de arranque y uno de paro en caso de presentarse una emergencia o si en algún momento se desea dar mantenimiento preventivo y/o correctivo.

A la par de nuestras entradas y salidas, las plataformas de desarrollo de las distintas marcas de controladores permiten crear variables internas del sistema, las cuales pueden ser utilizadas para identificar los estados intrínsecos de éste, entonces, podemos usar la nomenclatura de Rockwell Automation y su plataforma llamada RSLogix 500 para éste ejemplo, quedando las variables de la siguiente forma:

Entradas	Salidas	Variables Internas
Start                              I:1/0	EV               O:1/0	On                       B3:0/0
Stop                              I:1/1	HB               O:1/1	LlenCist              B3:0/1
LSMaxCis                    I:1/2		LlenTin               B3:0/2
LSminCis                     I:1/3
LSMaxTin                    I:1/4
LSminTin                     I:1/5

El primer paso es configurar el arranque de nuestro sistema, esto, como vimos anteriormente, puede hacerse mediante un enclavamiento prioritario al RESET, entonces utilizaremos las primeras dos entradas y la variable interna "On":

Fig. 2: Enclavamiento del sistema.

Esto nos permitirá tener una operación continua de nuestro sistema desde que sea presionado el botón de arranque y hasta que se presione el botón de paro. Lo siguiente es definir las condiciones de llenado tanto para el tinaco como para la cisterna, los cuales serán controlados por sus respectivos sensores de nivel.

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Fig. 3: Condiciones de llenado para los recipientes. 

Hasta el momento solo hemos definido los estados internos del sistema sin haber, aún, interacción con los dispositivos de salida. Empezaremos entonces con la electroválvula pues será la que permita el llenado de nuestra cisterna y el posterior suministro al tinaco:

Fig. 4: Condiciones para la apertura de la electroválvula.

Finalmente, el arranque de la bomba dependerá que la cisterna esté llena al principio y que no se vacié en las siguientes iteraciones de nuestro programa:

Fig. 5: Condiciones para el arranque de la hidrobomba y final del programa.

Esto concluiría la solución a nuestro problema con las consideraciones indicadas previamente,pero, como mencioné al principio, esta no es la única forma de resolver el problema pues podríamos sustituir cada par de sensores por un simple electronivel que reduciría el número de entradas a nuestro sistema. También podríamos cambiar la electroválvula por una válvula de paso que esté siempre abierta y su suministro sea restringido por un flotador con su respectiva válvula. Finalmente, sería posible reemplazar nuestra botonera de arranque y paro por un contactor con alimentación constante de energía eléctrica (monofásico o trifásico dependiendo de la hidrobomba que se disponga).

-AHN