Automatización de un sistema para el depósito utilizando instrumentación virtual (página 2)

tr Tiempo real que ha trascurrido del proceso.

VII Td Temperatura deseada instantánea que va a ser entregada al programa de control.

Ti Temperatura inicial de la función a programar.

V Voltaje

1 Capítulo 1 Fundamentos Teóricos En el presente capítulo, se describen los recursos y bases teóricas necesarias para llevar acabo este proyecto. 1.1 Instrumentación Virtual. El concepto de instrumentación virtual, nace a partir del uso del computador personal (PC), como "instrumento" de medición de tales señales como temperatura, presión, caudal, etc. [1]. Es decir, el PC comienza a ser utilizado para realizar mediciones de fenómenos físicos representados en señales de corriente (Ej. 4 a 20 mA) y/o voltaje (Ej. (0 a 5 Vdc). Sin embargo, el concepto de "instrumentación virtual" va más allá de la simple medición de corriente o voltaje, sino que también involucra el procesamiento, análisis, almacenamiento, distribución y despliegue de los datos e información relacionados con la medición de una o varias señales específicas. Es decir, el instrumento virtual no se conforma con la adquisición de la señal, sino que también involucra la interfaz hombre-máquina, las funciones de análisis y procesamiento de señales, las rutinas de almacenamiento de datos y la comunicación con otros equipos. El instrumento virtual es definido entonces como una capa de software y hardware, que se le agrega a un PC en tal forma que permite a los usuarios interactuar con la computadora, como si estuviesen utilizando su propio instrumento electrónico hecho a la medida.

2 1.2 ¿Cómo construir un instrumento virtual? Para construir un instrumento virtual, sólo requerimos de un PC, una tarjeta de adquisición de datos con acondicionamiento de señales (PCMCIA, ISA, XT, PCI, etc.) y el software apropiado, los tres elementos clave en la conformación de un instrumento virtual, teniendo un chasis de acondicionamiento de señales como elemento opcional [1]. Decimos que el "acondicionamiento de señales" es opcional, porque dependiendo de cada señal y/o aplicación, se puede o no requerir amplificación, atenuación, filtraje, aislamiento, etc. de cada señal. Si la señal está en el rango de los +/- 5Vdc y no se requiere de aislamiento o filtraje, la misma puede ser conectada directamente a la tarjeta de adquisición de datos. En el instrumento virtual, el software es la clave del sistema, a diferencia del instrumento tradicional, donde la clave es el hardware. Con el sistema indicado anteriormente, podríamos construir un osciloscopio "personalizado", con la interfaz gráfica que uno desee, agregándole inclusive más funcionalidad. Sin embargo, este mismo sistema puede también ser utilizado en la medición de temperatura, o en el control de arranque/parada de una bomba centrífuga. Es allí donde radica uno de los principales beneficios del instrumento virtual, su flexibilidad. Este instrumento virtual no sólo me permite visualizar la onda, sino que a la vez me permite graficar su espectro de potencia en forma simultánea. ¿Podría hacer algo así con un instrumento convencional de bajo costo? La siguiente tabla (Tabla 1.1), nos indica algunas de las principales diferencias entre el instrumento convencional o tradicional, y el instrumento virtual:

3 Tabla 1.1: Instrumentos Tradicionales vs. Virtuales. 1.3 Depósito de películas por la técnica CSVT La técnica CSVT, es una de las técnicas de crecimiento de películas delgadas, la cual hace tener un crecimiento epitaxial de ellas durante su desarrollo [2]. Este proceso lo podemos definir en tres etapas: a) la transformación del material a partir de la fase sólida a fase vapor, b) el transporte de material en forma de vapor a través de una cámara o campana de control, c) la condensación del material en el substrato para de este modo formar películas delgadas. El fenómeno de transporte tiene tres puntos a observar: el incremento de temperatura que tengamos en nuestros materiales, la transferencia entre la fuente y el substrato, la absorción de las partículas en el substrato manteniendo una temperatura determinada, aparte una de las características de esta técnica que podemos mencionar, es la cercanía que tiene la fuente y el substrato de apenas unos cuantos milímetros de separación. La mayor ventaja, es que el 90% del material transportado en fase vapor es depositado en el substrato. En la figura 1.1 se muestra el procedimiento de las etapas.

4 Figura 1.1. LA TÉCNICA CSVT. a) La transformación de material a partir de la fuente

de fase sólida a fase vapor dentro del gas de control. b) El transporte del gas en

forma de vapor a través del gas de control. c) La condensación en el substrato del

material para formar la película delgada.

El método experimental más usual, en términos generales, es el siguiente: se

sella un medio que contiene el material fuente, y se hace un vacío previo. Luego, se

agrega una atmósfera (o flujo), de un gas inerte para controlar la presión [3]. Se

genera un gradiente térmico, generalmente por efecto Joule del calentamiento, de

dos placas de grafito que sirven como fuente de evaporación del material a sublimar,

y de calentamiento del sustrato, respectivamente, de manera que el material fuente

esté en un punto más caliente, a una temperatura (Tf), y la superficie de

condensación (substrato), a una temperatura (Ts), inferior a (Tf) como se aprecia en

la figura 1.1.

5 1.4 Controlador

El controlador es un elemento en el sistema en lazo cerrado, que tiene como

entrada la señal de error y produce una salida que se convierte en la entrada al

elemento correctivo [4].

La relación entre salida y la entrada del controlador con frecuencia se

denomina ley de control. Existen tres formas de dicha ley: proporcional, integral y

derivativo. En algunos sistemas es necesario mejorar el desempeño del controlador,

lo cual se logra al introducir en el sistema de control elementos adicionales

denominados compensadores. Esta operación en el desempeño se denomina

compensación.

1.4.1 Control proporcional. La salida ? p(t) del controlador es directamente proporcional a su entrada; la

entrada es la señal de error e(t), la cual es una función del tiempo. ? p(t)= K pe(t) [1.1] Donde K p es una constante llamada ganancia proporcional. La salida del

controlador depende solo de la magnitud del error en el instante en el que se

considera. La función de transferencia Gc(s) para el controlador es, por lo tanto Gc(s) = K p [1.2] El controlador es, en efecto, sólo un amplificador con una ganancia constante.

En cierto tiempo, un error grande produce una salida grande del controlador. La

ganancia constante, sin embargo, tiende a existir sólo sobre cierto rango de errores

que se conoce como banda proporcional (Figura 1.2). Esto es provisto por el

controlador si opera dentro de su banda proporcional. Figura 1.2 Banda proporcional

Es común expresar la salida del controlador como un porcentaje de la posible

salida total de éste. De este modo, un 100 % de cambio en la salida del controlador

corresponde a un cambio en el error desde un extremo a otro de la banda

proporcional. Así 100 Banda proporcional K p = [1.3] Debido a que la salida es proporcional a la entrada, si la entrada al controlador

es un error en la forma de un escalón, y es exactamente una versión a escala de la

entrada (figura 1.3). Esto es provisto por el controlador si opera dentro de su banda

proporcional.

6

e(s) ? p(s) +- k p Figura 1.3 Salida de un controlador proporcional

El control proporcional es sencillo de aplicar, en esencia solo se requiere

alguna forma de amplificador. Éste podría ser un amplificador electrónico o un

amplificador mecánico en forma de palanca; el control proporcional es de la forma

que describe la figura 1.4. El resultado es una función de transferencia de lazo

abierto: Go(s) = K pGp(s) [1.4] Donde Gp(s) es la función de transferencia de la planta. Planta Gp(s) Comparador Controlador

Señal de error Señal de retroalimentación

Figura 1.4 Control proporcional

La principal desventaja del sistema es que el controlador no introduce un

término 1/s o integrador en la trayectoria directa. Esto significa que si el sistema

7 Entada

Valor de referencia ?I (s) Salida

Variable Controlada ?0(s)

?i(t)= Ki?e(t)dt 8 fuera de tipo 0, entonces el controlador no cambiaría y seguiría siendo de tipo 0 con

los consecuentes errores en estado estable. El controlador no introduce nuevos

ceros o polos al sistema, sólo determina la ubicación de los polos en lazo cerrado. Esto se debe a que la función de transferencia en lazo cerrado Gc(s), es con el

controlador, y la retroalimentación unitaria es: K pGp(s) 1+ K pGp(s) Gc(s) = ( Y, de esta manera, la ecuación característica 1+ k pGp(s)) tiene los valores de

sus raíces afectados por K p.

1.4.2 Control Integral Con el control integral la salida ?i(t) del controlador es proporcional a la

integral de la señal de error e(t) con el tiempo, es decir, t [1.5] 0

Donde Ki es la constante denominada ganancia integral. Ésta tiene unidades

de s-1. La figura 1.5 se observa que pasa cuando el error tiene la forma de un

escalón. La integral entre 0 y t es de hecho, el área bajo la gráfica del error entre 0

y t. Así, debido a que después de que el error comienza, el área se incrementa en

una razón regular, la salida del controlador se debe incrementar en una razón

regular. La salida de cualquier tiempo es, entonces, proporcional a la acumulación de

los efectos de los errores pasados.

G0(s) = ? i ?Gp(s) ?i(s) e(s) +- Ki de error 9 Figura 1.5 Salida de un controlador Integral

Al tomar la transformada de Laplace de la ecuación [1.5], da por resultado la

función de transferencia de lazo cerrado Gc(s), para el controlador integral es: Ki s = Gc(s) = ?i(s) e(s) [1.6] Así, para el sistema de la forma que se ilustra en la figura 1.6, el control integral da una función de transferencia de la trayectoria directa de (Ki /s)Gp(s) y, por lo tanto,

la función de transferencia en lazo abierto G0(s), es: ? ? ? K ? s [7] s Planta Gp(s) Comparador Controlador

Señal Señal de retroalimentación Figura 1.6 Control Integral Entada

Valor de referencia ?I (s) Salida

Variable Controlada ?0(s)

? A(t) = K pe(t)+ Ki? e(t)dt 10 1.4.3 Control proporcional integral

La reducción en la estabilidad relativa, como resultado de usar el control

integral se puede resolver, como una extensión mediante el control proporcional

integral (figura 1.7). Para tal combinación la salida ? A(t) del controlador es: t 0 [1.8] Figura 1.8 Salida de un controlador proporcional integral. Planta Gp(s) Controlador Gc(s) Señal de retroalimentación

Figura 1.7 Control proporcional Integral

La figura 1.8 ilustra el tipo de salida del controlador que se presenta en dicho

sistema cuando existe una entrada de error tipo escalón. Entada Comparador

Valor de +- referencia ?I (s) K p

Ki s Salida

Variable Controlada ?0(s) + ? A(s) + Señal de error e(s)

? Ki K p?s +? ? K ? ? ?? K p?s +? ? ? ?? K p?s +? ? ? ??Gp(s) Al tomar la transformada de Laplace de la ecuación [1.8], se obtiene una función de transferencia, ? A(s)/e(s) para el controlador PI de Ki s Gc(s) = K p + p sK p + Ki s

?

s ?? ?? ?? =

= p (K / Ki) se denomina constante de tiempo integral,t i . De esta manera s ?? ?? Gc = ? ?t i ? ? 1 [1.9] En consecuencia, la función de transferencia de la trayectoria directa para el

sistema de la figura 1.7 es: ?? ?? ? ? 1 Go = ? ?t i s [1.10] De esta manera, mediante el uso del control PI se adicionan un cero en -(1/t i) y un polo en 0. El factor 1/s incrementa el tipo del sistema en 1 y elimina la

posibilidad de un error en estado estable para una entrada escalón. Debido a que

introducen un nuevo polo y un nuevo cero, la diferencia entre el número de polos n y

11

n – m n – m 12 el número de ceros m permanece sin cambio. Así los ángulos de las asíntotas para

los lugares geométricos de las raíces no cambian. , ,etcétera. Ángulos de las asíntotas = ± p 3p Sin embargo, el punto de intersección de las asíntotas con el eje real se

mueve hacia el origen y, en consecuencia, se presenta cierta reducción de la

estabilidad relativa suma de polos – suma de ceros n – m Punto de intersección= Adicionar el polo 0y el cero en s = -(1/t i) da por resultado que el punto de

intersección cambia por +(1/t i)/(n – m) a la derecha y se hace más positivo y

cercano al origen. Sin embargo, la reducción en la estabilidad relativa no es tanto

como lo es en control integral solo.

La posición del cero que se introduce está determinada por la ganancia

integral, Ki, es decir, ésta se determina mediante la constante de tiempo integral,t i .

La ganancia proporcional, K p, determina las posiciones de los polos en lazo cerrado.

13 1.4.4 Control derivativo Con la forma derivativa del controlador, la salida ?d(t) del controlador es

proporcional a la razón de cambio con el tiempo del error e(t), es decir: e(t) d dt ?d(t)= Kd [1.11] Donde Kd es la ganancia derivativa y tiene unidades de s. La figura 1.9

muestra qué pasa cuando hay un error de entrada rampa. Con el control derivativo,

tan pronto como la señal de error inicia, puede haber una salida del controlador muy

grande, puesto que ésta es proporcional a la razón de cambio de la señal de error y

no a su valor. De este modo puede proporcionar una acción correctiva grande antes

de que se presente un error grande en realidad. Sin embargo si la acción es

constante no hay acción correctiva, aún si el error es grande. Así el control derivativo

es insensible a señales de error constantes o que varían con lentitud y, en

consecuencia, no se usa solo, sino combinado con otras formas del controlador. Figura 1.9 Salida de un controlador derivativo.

e(s) Al tomar la transformada de Laplace de la ecuación [1.11] resulta, para el

control derivativo, una función de transferencia Gc(s), de ?d(s)/e(s) Gc(s) = Kds [1.12] Por lo tanto, para el sistema en lazo cerrado que muestra la figura 1.10, la

presencia del control derivativo produce una función de transferencia en lazo abierto

de: KdsGp(s) 1+ KdsGp(s) G0(s) = [1.13] Planta Gp(s) +- Señal K ds ?d(s) Comparador Controlador

de error Señal de

Figura 1.10 Control derivativo.

Si la planta es de tipo 1 o mayor, entonces la aplicación de la acción

derivativa es para cancelar una s en el denominador y así reducir el orden en 1. No

obstante, como antes se mencionó, la acción derivativa no se usa sola sino

exclusivamente en conjunto con otra forma de controlador. Cuando se usa esta

forma de control se logra que la respuesta sea más rápida.

Existen dificultades en la implantación de una ley de control derivativa, por lo

que en la práctica se tiene una aproximación mediante el uso de un compensador de adelanto. Éste tiene una función de transferencia de la forma K(s + z)/(s + p), con

p > z.

14 Entada

Valor de referencia ?I (s) Salida

Variable Controlada

e(s) ? A(t)= K pe(t)+ Ki?e(t)dt + Kd 15 1.4.5 Control proporcional derivativo.

Si el control derivativo se usa con el control proporcional (figura 1.11),

entonces la función de transferencia en lazo abierto se convierte en: Go(s) =(K p + Kds)Gp(s) [1.1] e(t) d dt t

0 [1.15] Señal de error Planta Gp(s) Go(s) = Kd[(1/t d)+ s]Gp(s)

Controlador Gc(s) Señal de retroalimentación

Figura 1.11 Controlador proporcional derivativo.

Donde t d = k p /kd y se denomina constante de tiempo derivativa. Con esta

forma de control se ha introducido un cero en s = -1/t d . Tampoco habrá cambios en

el tipo de sistema y, por lo tanto, en los errores en estado estable.

1.4.6 Control PID

El controlador proporcional integral derivativo (PID), mejor conocido como

controlador de tres términos, es un sistema de la forma que ilustra la figura 1.12 tiene una salida ? A(t) , para una entrada de error e(t), de Entada Comparador

Valor de +- referencia K p

Kds Salida

Variable Controlada ?0(s) + ? A(s) +

Gc(s) = K p?1+ ? Gc(s) = K p? ?1+ +t ds? ? G0(s) = Gc(s)Gp(s) = K p? ?1+ +t ds? ?Gp(s) La función de transferencia, ? A(s)/e(s), del controlador es, de esta manera Ki s + Kds Gc(s) = K p + [1.16] ? ? ? ? + Kds? K p ? Ki K ps ? ? ? ? 1 t is [1.17] La función de transferencia en lazo abierto para el sistema de la figura 1.12 es ? ? ? ? 1 t is K p(t is +1+t it ds2)Gp(s) t is G0(s) = [1.18]

16 Planta Gp(s) Señal de retroalimentación

Figura 1.12 Controlador PID

Debido a que la constante de tiempo integral, t i , es K p / Ki y la constante de

tiempo derivativa t d , es Kd / K p , la ecuación [1.15] se puede escribir como: Entada Comparador Valor de +- referencia ?I (s) Salida

Variable Controlada ?0(s) + Controlador Gc(s) Proporcional K p

Integral Ki s Derivativo Kds + ? A(s) + Señal de error e(s)

17 De este modo, el controlador PID ha incrementado el número de ceros en 2 y

el número de polos en 1. En la ecuación anterior se supone que se ha empleado un

diferenciador ideal. En la práctica, se usa un compensador de adelanto.

1.5 Ajuste de las ganancias del controlador.

Para describir el proceso de selección de los mejores valores para el

controlador se usa el término sintonización. Existen varios métodos para lograrlo,

entre ellos los de Ziegler y Nichols [4]. Ambos métodos se basan en la

experimentación y análisis. El primer método se denomina método de la curva de

reacción del proceso. El procedimiento con este método consiste en abrir el lazo de

control, de modo que no se presenten acciones de control. En general, la ruptura del

lazo se hace entre el controlador y la unidad de corrección. Se aplica, entonces, una

señal de prueba a la unidad de corrección y se determina la respuesta de la variable

de proceso medida, es decir, la señal de error. La señal de prueba deberá ser tan

pequeña como sea posible. La figura 1.13 muestra la forma de la señal de prueba y

una respuesta típica. La gráfica de señal medida se grafica contra el tiempo y se

conoce como curva de reacción del proceso.

18 Figura 1.13 Curva de reacción del proceso

La señal de prueba, P , se expresa como el porcentaje de cambio en la unidad

de corrección. La variable medida se expresa como el porcentaje del rango a escala

completa. Para dar el máximo gradiente de la gráfica se traza una tangente. Para la

figura 1.13 el máximo gradiente R es M /T . El tiempo entre la aplicación de la señal

de prueba y cuando esta tangente intersecta el eje de tiempo de la gráfica se

denomina atraso L. La tabla 1.2 proporciona los criterios recomendados por Ziegler

y Nichols para los valores del controlador con base en los valores de P, R y L. Tabla 1.2 Criterios de Ziegler y Nichols para la curva de reacción del proceso.

19 El otro método se conoce como el método de la última ganancia. Primero, las

acciones integral y derivativa se reducen a sus valores mínimos. La constante

proporcional, K p, se fija en un valor bajo y, entonces, se incrementa en forma

gradual. Esto es lo mismo que decir que la banda proporcional se hace más angosta

de manera gradual. Mientras esto sucede, al sistema se le aplican pequeñas

perturbaciones. El proceso continua hasta que se presentan oscilaciones. Se anota

el valor crítico de la constante proporcional, K pc, en la que se presentan

oscilaciones, así como el tiempo, Tc, de éstas. La tabla 1.3 muestra los criterios de

Ziegler y Nichols sobre como se relacionan los valores de K pc y Tc para establecer

los valores del controlador. La banda proporcional crítica es 100/ K pc. Tabla 1.3 Criterios de Ziegler y Nichols para la última ganancia.

20 Capítulo 2

Arreglo experimental

En este capítulo se describen las partes que componen el sistema de control.

2.1 Interfaz GPIB.

Las tarjetas de interfaz son controladores GPIB, que gobiernan el flujo de

información en el bus [5]. Esto se logra mandando comandos a los instrumentos para

que hablen, escuchen o respondan a pedidos de servicio de los dispositivos. Puede

haber más de un controlador GPIB en un bus, pero solo uno puede tener el control a

la vez. Un controlador GPIB puede pasar el control del bus de sí mismo a otro

controlador en el bus, pero solo un controlador puede tener el control de bus. Este

tipo de controladores es conocido como Controlador-A-Cargo (Controller-In-Charge,

CIC o System Controller), y es responsable del manejo total de bus.

El IEEE-488 permite que 15 dispositivos inteligentes compartan un simple bus,

con el dispositivo más lento determinando la velocidad de transferencia. La máxima

velocidad de transmisión está sobre 1 Mbps.

Las 16 líneas que componen el bus están agrupadas en tres grupos de

acuerdo con sus funciones: bus de datos, bus de control de transferencia de datos y

bus general. Algunas de ellas tienen retornos de corriente común y otras tienen un

retorno propio, lo que provoca un aumento del número de líneas totales.

21 2.2 Fuente de poder programable de CD Xantrex 10-300.

La fuente cuenta con una interfaz GPIB (Bus Interfase de Propósito General)

la cual permite que la fuente pueda ser operada desde una computadora vía un cable

de comunicaciones IEEE-488 vea figura 2.1 [6]. Figura 2.1 Conexión de la interfase GPIB mediante el cable IEEE-488.

La interfaz GPIB permite una programación remota completa de la fuente de

poder, incluyendo el reporte del estado, preguntas de configuración, y generación de

interrupciones con condiciones de error diseñadas por el usuario. Ambas salidas de

voltaje y corriente son programadas directamente en voltaje o amperes con 14 bits

de resolución. Las instrucciones de programación son sencillas. La tarjeta de interfaz

viene estandarizada con varias características de protección como la protección

programable de sobrevoltaje, señales de carga aisladas, etc.

22 2.3 Sistema de Adquisición de Datos.

La adquisición de datos es el proceso que involucra la recopilación de

información de una forma automatizada a partir de fuentes de medición análogas y

digitales, como sensores y dispositivos bajo prueba [7]. La adquisición de datos

utiliza una combinación de medición de hardware y software basado en PC para

proporcionar un sistema de medición flexible y definido por el usuario.

Hay cinco componentes que se consideran al construir un sistema básico de

Adquisición de datos, vea la figura 2.2.

a) Transconductores y sensores

b) Señales

c) Acondicionadores de señal

d) Hardware de DAQ (Data acquisition)

e) Controlador y software de aplicación. Figura 2.2. Sistema de Adquisición de Datos.

2.3.1 Hardware DAQ.

El hardware de DAQ actúa como el interfaz entre la computadora y el mundo

exterior. Funciona sobre todo como un dispositivo que convierta señales análogas

entrantes a digital, de modo que la computadora pueda interpretarlas [7].

2.3.2 Sistema de Acondicionamiento de Señal SCXI.

SCXI es una plataforma de alto desempeño de acondicionamiento y

conmutación de señales en multicanal, empleada como frente de acondicionamiento

para dispositivos e instrumentos DAQ enchufables [8]. Un sistema SCXI consiste de

un chasis o varios que pueden alojar una variedad de módulos de acondicionamiento

de señal para todos sus requerimientos de entradas y salidas, vea la figura 2.3. Los

módulos de entrada analógica acoplan su sistema a una variedad de transductores y

señales que mejoran la calidad y confiabilidad de sus mediciones con alto

desempeño, acondicionamiento de señal con bajo ruido, tales como amplificación, aislamiento, multiplexión, filtrado, excitación de transductores, muestreo y sostenimiento simultáneo y conmutación.

Las señales son conectadas a los módulos mediante bloques terminales

removibles con terminales de tornillos, conectores BNC o plugs de termopar.

SCXI es también un sistema de conmutación ideal front-end para instrumentos a bajo

costo, con plataforma compacta donde usted puede instalar módulos de conmutación

de alta densidad o alto poder para manipular enrutamientos de señales y control de

dispositivos externos. El chasis compacto SCXI de enfriamiento por aire viene en

tamaños de 4 y 12 ranuras. Fuera de suministrar seguridad de alojamiento a bajo

ruido para módulos, el chasis incluye el SCXl bus, el cual es el conducto de

23

24 comunicación entre módulos. NI (National Instruments) también ofrece combinación

de módulos SCXI y PXI. Figura 2.3. Sistema de acondicionamiento de señal SCXI. En la figura se muestra: 1.

Un cable para conectar el chasis a una tarjeta Ni DAQ instalada en la computadora,

2. Tornillos de apriete manual, 3. Módulo SCXI-1112, 4. Chasis SCXI.

2.3.2.1 Descripción del módulo SCXI 1112.

Este módulo amplifica y filtra señales del termopar [9]. El SCXI-1112 vea la

figura 2.4, tiene ocho canales diferenciados de la entrada análoga y ocho canales del

sensor de la unión fría. En cada canal, el SCXI-1112 tiene un filtro pasabajos con una

frecuencia de corte de 2 hertzios para rechazar 60 hertzios de ruido. Cada canal

también tiene un amplificador con un aumento fijo de 100.

25 Figura 2.4. Vista frontal del modulo SCXI 1112.

El modulo SCXI-1112 es un módulo de 8 canales diseñado para medir

temperaturas utilizando termopares. Cada uno de los 8 canales incluye un circuito de

protección a 42 V, un filtro de ruido pasabajos de 2 Hz y una ganancia ajustada de

100. El SCXI -1112 funciona solo en modo multiplexado.

En la tabla 2.1 se muestra la precisión con los distintos tipos de termopares. Tabla 2.1 Precisión de la medición con el módulo de termopares SCXI 1112

26 2.4 Termopar.

Es un circuito formado por dos hilos de metales diferentes o aleaciones de

metales diferentes, y si una de las uniones se mantiene a una temperatura superior

que la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica

entre las uniones caliente y fría [10]. Este fenómeno fue observado por primera vez

en 1921 por el físico alemán Thomas Seebeck y se conoce como efecto Seebeck

2.4.1Tipos de termopares

a) Termopares Básicos: Los metales y aleaciones utilizadas son de bajo costo

y son los más utilizados industrialmente, dado que las aplicaciones admiten un

margen de error alto.

b) Termopares nobles: Son aquellos que utilizan platino en su composición. Por

supuesto, su costo es elevado y exigen instrumentos de alta sensibilidad.

Debido a su baja potencia termoeléctrica presentan altas precisiones.

c) Termopares especiales: A lo largo de los años, se han desarrollado

diferentes tipos de termopares con alguna característica útil para alguna

aplicación en particular.

En la tabla 2.2 se muestran los tipos de termopares y su clasificación.

27 Tabla 2.2 Clasificación de los termopares

28 2.5 Sistema de vacío.

El proceso de crecimiento de películas delgadas se realiza en un equipo de

evaporación que consiste en una cámara de vacío, conformada por una base de

acero inoxidable, la cual es sellada a través de una campana de vidrio; que están

conectadas por dos válvulas, por las cuales se realiza el vacío [2]. Esto se realiza a

través una bomba mecánica y una bomba turbo molecular, con las que se pueden

alcanzar presiones de trabajo de hasta 5×10-5 Torr. Las lecturas de la presión son

tomadas a través de sensores de vacío. En la figura 2.5 se muestra el esquema del

sistema de vacío. Figura 2.5. Sistema de vacío.

29 2.6 Sistema de calentamiento

El sistema está integrado por una computara con una tarjeta interfaz PCI GPIB

instalada, por medio de la cual se establece una comunicación con las fuentes

programables a través de un cable IEEE-488. Las fuentes de corriente están

conectadas a cada bloque de grafito por medio de un cable de cobre de calibre #2.

La función es suministrar una corriente a cada bloque de grafito y provocar su

calentamiento por efecto Joule el cual nos dice que, si en un conductor circula

electricidad, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor

debido al choque que sufren los electrones con las moléculas del conductor por el

que circulan elevando la temperatura del mismo; este efecto es conocido como

efecto Joule en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule [14]. Figura 2.6 Sistema de calentamiento.

30 Figura 2.7 Cámara de reacción del sistema CSVT-FE Termopar K Substrato Bloques de grafito

Termopar K 2.7 Cámara de reacción del sistema CSVT- FE

Dentro de la campana de vidrio, se encuentra la cámara de reacción donde se

lleva acabo el depósito de películas empleando la técnica CSVT-FE [3]. El proceso

consiste en formar en el substrato una película semiconductora, debido a la

condensación del vapor de un material denominado fuente y otro impurificante.

En la figura 2.7 se muestra el esquema completo de la cámara de reacción. En

ella se observa la forma de acoplamiento del sistema de evaporación.

Termopar K Depósito para el material Fuente

Cerámico

Depósito para el material Impurifucante

31 2.8 Sistema de sujeción del termopar

Los termopares se sujetan al bloque de grafito por medio de un sistema de

sujeción de termopar, el cual se encarga de mantenerlo unido con el bloque de

grafito, esto se realiza para evitar que con el calentamiento el termopar tenga una

separación y arroje una lectura errónea. Este sistema puede observarse en la figura

2.8. Figura 2.8 Sistema de sujeción del termopar.

2.9 Interconexión del sistema de crecimiento de películas semiconductoras.

En la figura 2.9 se muestra el diagrama esquemático de la interconexión del

sistema de crecimiento de películas semiconductoras, el cual consiste en la

integración de los sistemas de adquisición de datos y de calentamiento, a la cámara

de reacción del sistema CSVT-FE, en la figura 2.10 podemos observar una imagen

frontal que le fue tomada a el equipo.

32 Figura 2.9 Diagrama esquemático de la interconexión del Sistema de crecimiento de

películas semiconductoras. Figura 2.10. Vista frontal del equipo.

Programación del proceso Ejecución del proceso Capítulo 3

Desarrollo del software de control

La automatización, además de monitorear y controlar la temperatura consiste

en que el programa varíe automáticamente la temperatura deseada y después se la

entregue al programa de control, para que este último realice los cálculos necesarios

de la corriente que se va a programar en cada una de las fuentes.

En la figura 3.1 se observa un diagrama de bloques del software realizado,

similar al código de programación de labview. Cada bloque, representa una función o

subrutina que se ejecuta de izquierda a derecha. Los ciclos se representan con

recuadros que encierran a un determinado número de bloques y son encargados de

ejecutar las subrutinas un cierto número de veces (ciclos for) o mientras alguna

condición no se cumpla (ciclos while). El software se divide en dos subrutinas

principales: en la primera, el usuario diseña el proceso de calentamiento, y la

segunda, la computadora se encarga de llevarlo a cabo.

Arreglo Salir del programa Detener Ciclo

Figura 3.1 Diagrama de bloques del software

En el diagrama de bloques de la figura 3.2, se muestra como está constituida la

subrutina de la programación del proceso. El usuario cuenta con tres grupos de

controles que se muestran en el panel frontal del programa para poder programar

33

Programación de la función de temperatura Almacenamiento en un arreglo de las funciones a desarrollar en el proceso Medición de temperatura Verificación de instrumentos funcionando Botones de control del proceso Indicadores Controles: Temperatura Función Duración Arreglo una función de temperatura en el proceso, una vez que se ha seleccionado una

temperatura su función y la duración, se genera información que posteriormente va a

ser almacenada en un arreglo añadiendo una fila con las funciones a desarrollar en

el proceso. Este arreglo es mostrado en pantalla en forma de una tabla. Mientras el

usuario decide que función programar, la computadora está continuamente

verificando que instrumentos están conectados, funcionando adecuadamente,

midiendo la temperatura del proceso y actualizando sus respectivos indicadores. Una

vez que el usuario, terminó de diseñar el proceso, es necesario que presione el botón

iniciar en el panel principal del programa, para que la computadora lo lleve a cabo, o

en su defecto se salga del programa oprimiendo del botón de salir.

Entrada Iniciar Salir

Figura 3.2 Diagrama de bloques de la subrutina “programación del proceso”.

En el diagrama de bloques de la figura 3.3, se muestra como está constituida

la subrutina de la ejecución del proceso. Debido a que varios subprogramas

intercambian información entre ellos, se decidió representar con un cable a un grupo

de datos, una flecha que está hacia del grupo hacia un bloque, significa que la

subrutina lee datos del grupo, si ésta esta del bloque hacia el grupo representa que

agrega datos, una que esté en ambos sentidos, primero lee y luego anexa.

34 Detener Ciclo

35 El funcionamiento se describe a continuación: El reloj es programado con la

duración en segundos del proceso, tiene la responsabilidad de sincronizar todas las

subrutinas y de terminar el proceso. Durante la ejecución del proceso, primero se

genera una temperatura deseada para el instante de tiempo que el reloj indica y se

anexa al grupo de datos, después la computadora toma una muestra de la

temperatura real del proceso con el sistema de medición o de adquisición de datos y

se agrega al mismo grupo. La subrutina de control digital lee y compara la muestra

temperatura de la temperatura real con la deseada, determina el error y los valores

de corriente que deberán ser programados en las fuentes para eliminarlo. La

computadora procede a revisar, si el botón detener proceso el ha sido presionado

por el usuario, de ser así, programa 0 amperes en cada una de las fuentes mediante

la interfaz GPIB, detiene el almacenamiento digital de datos, y termina el proceso; si

el botón no ha sido presionado, la computadora manda a programar cada una de las

fuentes con la corriente que el control digital dejo en el grupo de datos. Varios

elementos del grupo de datos son mostrados en pantalla con indicadores digitales

que muestran el valor instantáneo o gráficos, en donde se describe la historia de las

magnitudes que estos han tenido durante el proceso. Varios elementos del grupo de

datos son almacenados en un archivo de texto. Cada nueva lectura efectuada, creará

una nueva fila en el archivo de texto. Estos archivos pueden ser abiertos por

aplicaciones que manejen hojas de calculó, para su posterior análisis.

Programación de Fuentes de corriente Control Digital Almacenamiento digital de datos Generador de la temperatura deseada. Reloj Entrada

Arreglo con funciones a desarrollar en el proceso Indicadores Medición de temperatura Botones de control del proceso Detener Ciclo Grupo de datos Tiempo terminado Si=1 No =0 Botón: Detener Cerrar Archivo Botón: Salir

Figura 3.3 Diagrama de bloques del la subrutina “ejecución del proceso”.

A continuación se describe con mayor detalle cada uno de los bloques que

conforman el proceso.

3.1.1 Verificación de instrumentos funcionando.

Una forma de saber si los instrumentos funcionan correctamente, es verificar

el código de error que devuelven, si este es diferente de cero, indica que es posible

que este apagado o que no este funcionando correctamente [11].

Para el caso del módulo lector de termopares SCXI-1112, se puede saber que

termopar no está conectado, ya que entrega una lectura muy alta de temperatura

fuera del rango de medición de los termopares.

3.1.2 Medición de temperatura.

Este subprograma es el encargado de muestrear la temperatura de cada uno

de los bloques de grafito. Las mediciones son entregadas a una variable local y

posteriormente un indicador muestra el contenido de esta variable [12].

3.1.3 Programación de una función de temperatura para el proceso.

El programa consta de tres grupos de controles, para poder programar una

función en el proceso, así como un indicador de las funciones que están siendo

programadas.

36 Programar 0 A.

37 a) Campo de duración de la función: Consiste en 3 campos, véase figura 3.4

los cuales sirven para programar la horas, minutos y segundos que va a durar

la función

Figura 3.4 Campos de duración de la función.

b) Campo de selección de temperatura. Es un recuadro para cada uno de los 3

bloques de grafito, en los cuales se introduce la temperatura que se desea

tener al terminar dicha función. Vea la figura 3.5. Figura 3.5 Campos de selección de temperatura.

c) Botones de selección de función. Se utilizan para anexar una función al

proceso (rampa, escalón, isoterma), o para borrar alguna función del proceso.

Vea la figura 3.6. Figura 3.6. Campos de selección de función de temperatura.

38 3.1.4 Indicador de duración del proceso

Muestra el tiempo que va a durar el proceso vea la figura 3.7. Figura 3.7 Indicador de duración del proceso.

3.1.5 Creación de una tabla con la información de las funciones a desarrollar en

el proceso.

El programa almacena en un arreglo, la información de cada función fijada. Al

momento de fijar una nueva función, se anexa una fila más en el arreglo. Véase la

figura 3.8. Figura 3.8 Adhesión de una fila al arreglo.

El nuevo arreglo está conformado por el contenido del arreglo anterior y el de la fila

de la función programada. Cada nueva fila anexada se agrega antes de la última fila,

ya que esta tiene un valor predefinido de enfriamiento.

39 En la tabla 3.1 se muestra la parte del contenido del arreglo, que es mostrado al usuario en donde ti es el tiempo en que la función inicia, t f es el tiempo en que termina, Ti es la temperatura que se espera tener al inicio de la función, Tf es la temperatura que se espera obtener al final de la función, a, b y c son los bloques de grafitos. Tabla 3.1 Contenido del arreglo que almacena la información. A continuación se define la información que es almacenada en cada una de las columnas: a) Función: Define el tipo de función que ha sido programada. Esta puede ser un escalón, rampa o isoterma. b) Duración: Es el tiempo que se mantiene dicha función en formato de H, M, S. c) Tiempo inicial (ti) y tiempo final (t f). Forman el intervalo en el tiempo para el cual la función es válida. El tiempo Inicial de la siguiente función, es el tiempo final de la última función fijada. d) Temperatura inicial (Ti) y temperatura final (Tf ). Son las temperaturas que se esperan tener al principio y al final de la función en los bloques de grafito. Existen tres columnas más, en las cuales se almacena la pendiente de cada función de temperatura que ha sido programada en cada bloque de grafito, las cuales no son visibles para el usuario, pero son de gran utilidad para el programa que va a estar generando la temperatura deseada durante el proceso.

3.1.5.1 Cálculo de la pendiente de una función

El programa al momento de fijarle una función, calcula la pendiente de dicha

función, véase la figura 3.9. Este valor es anexado en una celda de una columna

extra no visible para el usuario. Figura 3.9 Cálculo de la pendiente.

Este dato es indispensable para el subprograma “generador de la temperatura

deseada”, ya que sin él no podría funcionar.

3.1.6 Tabla de proceso a ejecutar.

Contiene la información que ha sido programada por el usuario para un

proceso determinado. Entre la información que incluye, está el nombre, duración,

enlace en el tiempo en segundos, temperatura esperada al iniciar y terminar cada

función de temperatura para cada bloque de grafito. Vea la figura 3.10. Esta cuenta

con una barra de desplazamiento para mostrar la información que se encuentra

oculta.

40

41 Figura 3.10 Tabla de proceso a ejecutar

3.1.7 Botones de control del proceso.

Son 3 botones dos de los cuales sirven para iniciar y detener el proceso y uno

para terminar o salir del programa. Figura 3.11 Botones de control del proceso.

3.1.8 Reloj.

El reloj es programado con la duración en segundos del proceso, tiene la

responsabilidad de sincronizar algunas de las subrutinas y de detener el proceso.

Cuenta con un indicador que muestra el tiempo que ha transcurrido desde que éste

inició. Se detiene una vez que el proceso ha terminado.

Figura 3.12 Reloj.

42 Fin

Figura 3.13 Diagrama de flujo del funcionamiento del generador de la temperatura deseada. tr = tf Apuntar la fila n+1 n+1 > #F Si

Td = Ti + ?T Si

Detener el proceso No 3.1.9 Generador de temperatura deseada (Td).

Este subprograma es el encargado de ir interpretando las funciones

programadas, sincronizarlas con el tiempo real y entregar un valor de magnitud

escalar de temperatura al subprograma de control.

Durante el proceso, el programa generador de la temperatura deseada va comparando si el tiempo transcurrido (tr), del proceso, está dentro del rango de

duración de la función y si no lo está, se pasa a la siguiente función, hasta que

encuentre una en la que el tiempo esté dentro del rango. Si llega a la penúltima fila y

no encuentra alguna, el programa da por terminado el proceso. Véase la figura 3.13.

Inicio

Contar el número de filas que contiene el programa #F

Apuntador seleccionando la fila n

No

43 Una vez que el apuntador selecciona una fila, en donde el tiempo transcurrido

del proceso se encuentre dentro del rango válido de la función en dicha fila, el

subprograma procede a realizar los siguientes cálculos. Td = Ti +[(tr -ti)(m)]= Ti + ?T

Donde:

Td = Temperatura deseada instantánea que va a ser entregada al programa de

control.

Ti = Temperatura inicial de la función a programar.

tr = Tiempo real que ha trascurrido del proceso.

ti = Tiempo inicial de sincronización de la función a programar.

m = Pendiente de la función

En la figura 3.14 se muestran los cálculos que el subprograma “generador de

la temperatura deseada”, realiza continuamente durante el proceso para entregarle al

subprograma de control una nueva temperatura a obtener. Figura 3.14 Cálculos para la obtención de la temperatura deseada.

3.1.10 Programación de corriente en las fuentes.

Al ejecutarse esta subrutina por primera vez y cada que ocurre un conflicto en

la comunicación con la fuente o ésta devuelve un código de error, manda reiniciar a

cada fuente y después las configura para que pueda entregar los 10 volts a su salida,

las siguientes ocasiones solo las programa con la corriente calculada por el

subprograma de control. Después de enviarle una secuencia de comandos a la

fuente, la subrutina termina preguntando si la bandera de error en el estado

acumulador o en el registro de error de la fuente ha sido activada, con una solicitud ERR?, la cual devuelve un número de error que corresponde a un evento y posteriormente borra el bit de error en el registro, esto es indispensable ya que una

vez que ocurre un error, la fuente ignora todas las demás instrucciones, no así las de

consulta.

3.1.11 Graficación.

Las gráficas son necesarias, ya que en ellas se puede saber el

comportamiento de alguna variable en el tiempo. Para graficar varias señales es

necesario crear dos arreglos uno para el eje de las “x”, otro para el eje de las “y” con

la misma cantidad de elementos y configurar el convertidor de arreglos a datos

dinámicos que se crea entre el arreglo y el constructor de gráficos XY, para que cada

elemento sea un nuevo canal a graficar. En los incisos a y b, podemos observar las

gráficas que son desplegadas en pantalla durante la ejecución del proceso.

a) Gráfica del comportamiento del proceso

Muestra la historia de las temperaturas registradas en cada bloque de grafito

durante el proceso. Vea la figura 3.15. Esta gráfica posee un indicador numérico para

44

45 cada señal, en donde se registra la última temperatura leída por los sensores (Tr), así como la temperatura deseada (Td). Figura 3.15 Gráfica del comportamiento del proceso.

b) Gráfica de las corrientes programadas en las fuentes.

Muestra la historia de las corrientes que han sido programadas durante el

proceso.

En la figura 3.16 se muestra la gráfica de corrientes programadas, con su

respectivo indicador digital de la última corriente que ha sido fijada para cada una de

las fuentes programables; esto es de gran utilidad, ya que sirve para saber si las

fuentes estuvieron funcionando adecuadamente durante el proceso. Esta función se

decidió implementar, ya que en ocasiones se tenía problemas de comunicación con

las fuentes debido a falsos en los cables de conexión o en la tarjeta interfaz GPIB

instalada en la computadora.

46 Figura 3.16 Gráfica de corrientes programadas.

3.1.12 Almacenamiento digital de datos.

Elementos del grupo de datos como la temperatura, la corriente, etc, pueden ser

almacenados en un archivo, dependiendo de las opciones que el usuario seleccione

(Vea figura 3.17). Cada elemento se almacena en una columna e incrementa sus

filas con las lecturas efectuadas en cada ciclo. Los archivos se almacena en formato para su posterior análisis por ASCII, lo que permite que puedan ser abiertos

aplicaciones que manejen hojas de calculó. Figura 3.17 Opciones para grabar

? A(t)= K?e(t)+ ?e(t)dt +t e(t)? ? A[kT] = K?e[kT]+ ? +t d ? 47 3.2 Implementación del algoritmo de control

El esquema de control PID analógico ha sido usado de manera exitosa en

muchos sistemas de control industrial por más de medio siglo. El principio básico del

esquema del control PID, es que actúa sobre la variable a ser manipulada, a través

de una apropiada combinación de las tres acciones de control: la acción de control

proporcional, la acción de control integral y la acción de control derivativa.

En situaciones donde muchas plantas se controlan directamente mediante un

solo dispositivo digital (como un esquema de control en el que se controlan desde

unos cuantos lazos hasta cientos de estos mediante un solo controlador digital), la

mayoría de lazos de control se pueden manipular mediante esquemas de control

PID.

La acción de control PID en controladores analógicos está dada por [3.1] Donde e(t) es la entrada a el controlador (señal actuante), ? A(t) es la salida de

el controlador (la señal manipulada), K es la ganancia proporcional, t i es el tiempo

integral (o tiempo de reajuste) y t d es el tiempo derivativo (o tiempo de adelanto).

Para obtener la función de transferencia del controlador PID digital, se puede

discretizar la ecuación 3.1, al aproximar el término integral mediante la sumatoria

trapezoidal y el término derivativo mediante la diferencia de dos puntos, se obtiene ? ? + e[kT]-e[(k -1)T]? ? T e[(k -1)T]+e[kT]? 2 ? +..+ e[T]+e[2T] 2 1 ?e[0]+e[T] t i ?? 2 ? ? ? ? d dt d t

0 1 t i

? A[kt] = K?e[kT]+ T ? e[(h -1)T]+e[hT] t d (e[kT]-e[(k -1)T])? Z??x(k)? = ? ? ? A(z) = Z?? f (k)? = 48 0 ? ? ? ? + 2 T k t i h=1 [3.2] Parte integral.

Se tiene e[0]+ e[1] 2 = T e[1]-e[0] 2 AT = A1 + A2 = Te[0]+T n

k=1 Se define e[k -1]+e[k] 2 f[k] = T [3.3] Al tomar la transformada z de la función escalón unitario, se obtiene X(z) 1 1- z-1 ? n ? ?k=0 ? n ?k=0 ? ? k=1 ? ?k=1 ?

? n ? ? n ? ?k=1 ? ?k=0 ?

Entonces, al aplicar la trasformada z de la ecuación 3.3, se obtiene E(z) 1 1- z -1 n ?k=1 ? f(0) Nótese que T 2 T 2 Z{e[k -1]+ e[k]}= e(z) = Z{f (k)}= (z -1E(z)+ E(z))

T 1+ z -1 ? A(z) = K?E(z)+ 1 T 1+ z -1 t i 2 1- z · · E(z)+ d (1- z -1)E(z)? ? ? A(z) = E(z)?K p + Ki + Kd (1- z)? 49 Por lo tanto T 2 -1 (1+ z -1)E(z) · 1 1- z ? A(z) = E(z) · 2 1- z -1 ? A(z) = [3.4] Parte derivativa

Se tiene que e[k]-e[k -1] T = ?e(kT) ?t n(k) = Aplicando la transformada z , se obtiene 1 T E(z)- z -1E(z) Z{n(k)}= 1 T (1- z -1)E(z) N(z) = [3.5] Entonces la transformada z de la ecuación 3.2 da como resultado ? ? -1 t ? T ? ? ? T T 1 t d -1 ?

i i ? ? ? ? ? ? -1 1 1- z [3.6]

50 Ki 2 = k – K p = K – KT 2t i = ganancia proporcional. KT t i Ki = = ganancia integral. Kt d T Kd = = ganancia derivativa La ganancia proporcional K p para el controlador PID digital es más pequeña

que la ganancia K para el controlador PID analógico por un factor de K /2.

La función de transferencia impulso para el controlador PID digital se convierte

en -1 G(z) = + Kd (1- z -1) Ki 1- z = K p + ? A(z) e(z) [3.7] La función de transferencia impulso del controlador PID digital dada por la

ecuación 3.7 se conoce comúnmente como forma posicional del esquema de control

PID.

Se tiene que la transformada z del error es:

E(z) = R(z)-Y(z)

Y se tiene que, E(z) 1 1- z -1 Ei(z)= Despejando ei(z), se obtiene E(z)= Ei(z)(1- z-1)

Ei(z)- z-1Ei(z)= E(z)

Ei(z)= E(z)+ z -1Ei(z)

51 De la Ecuación 3.6, se tiene Ed(z),

Ed(z)= (1- z -1)E(z)

Por lo que los errores se pueden expresar de la siguiente manera,

e[k] = r[k]- y[k] ei[k] = e[k]+ ei[k -1] ed[k] = e[k]-e[k -1]

De esta manera la salida del controlador digital se puede expresar de la

siguiente manera:

? A[k] = K pe[k]+ Kiei[k]+ Kded[k] [3.8] La ecuación 3.8, es la ecuación que se programa en la computadora.

Otro método que se puede hacer para llegar a la misma ecuación es considerar lo

siguiente:

Para la acción de control proporcional:

La salida ? p[k] del controlador es directamente proporcional a su entrada; la

entrada es la señal de error e[k]. La salida del controlador depende solo de la

magnitud del error en el instante en el que se considera. El controlador es, en efecto,

sólo un amplificador con una ganancia K pconstante. [3.9] ? p[k] = K pe[k]

En la figura 3.18. Se muestra el diagrama de bloques de esta ecuación Figura 3.18 Diagrama de bloques de un controlador proporcional K p Salida ? p[k] Entrada e[k]

52 Para la acción de control integral:

Observe que en la figura 3.19, la salida del controlador, es una serie de

pulsos ?i[k] , proporcional al área bajo la gráfica hasta el k -ésimo pulso de error

e[k], multiplicado por una ganancia K . Un método, para poder obtener el área

mencionada, es utilizando una aproximación rectangular. Figura 3.19 Entrada y salida de un controlador integral.

La aproximación rectangular es una técnica para determinar el área bajo la

curva del error. El área del rectángulo, se obtiene de multiplicar su base por su altura;

este método consiste en tomar muestras del error a intervalos regulares, lo cual

definimos como periodo T , y forma la base del rectángulo, la altura es la magnitud

del k -ésimo pulso de error e[k], entonces:

A[k] = Te[k]

53 El área total hasta el k -ésimo pulso AT[k], se obtiene de sumar las áreas de los

pulsos anteriores.

AT[1] = A[1] = Te[1] AT[2] = A[1]+ A[2] =Te[1]+Te[2] AT[k] = A[1]+ A[2]+K+ A[k] = Te[1]+Te[2]+K+Te[k] k k

1 1

El k -ésimo pulso de salida del controlador ? A[k] del controlador, se obtiene

de multiplicar una ganancia K , por el área de bajo de la curva de error hasta el k –

ésimo pulso.

k k

1 1 Nótese que el periodo constante, entonces si definimos a la ganancia Ki = KT ; por lo tanto la salida equivale a multiplicar la ganancia Ki por la sumatoria

del error. ?i[k] = Ki(e[1]+ e[2]Ke[k])

Un algoritmo que permite obtener sumatoria hasta el k -ésimo pulso de error

ei[k], es el siguiente: ei[k] = e[k]+ ei[k -1] [3.10] Entonces k -ésimo pulso de salida del controlador ? A[k], se obtiene de

multiplicar una ganancia Ki por la sumatoria hasta el k -ésimo pulso de error ei[k]: ?i[k] = Kiei[k] [3.11]

En la figura 3.20 se muestra el diagrama de bloques de un controlador integral digital. Figura 3.20 Diagrama de bloques de un controlador integral.

Para la acción de control diferencial:

Al analizar la figura 3.21, se puede aproximar la diferenciación al determinar el

gradiente de la línea que une dos muestras de entrada de error adyacentes (e[k] y

e[k-1]). Figura 3.21 Gradiente

El k -ésimo pulso de salida del controlador ? A[k], se obtiene de multiplicar una

ganancia Ki por el gradiente o razón de cambio del error.

54 Retardo de tiempo unitario ei[k] Entrada

e[k] ei[k -1] + + Ki Salida ?i[k]

55 e[k]-e[k -1] T ?d[k] = K Nótese que la ganancia K y el periodo T , son constantes; por lo tanto si hacemos K T Kd = tenemos que la salida ?d[k]del controlador es: [3.12] ?d[k] = Kd(e[k]-e[k -1])

Si de la ecuación 3.12 definimos ed[k] =(e[k]-e[k -1]), entonces la salida del

controlador diferencial ?d[k]es: ?d[k] = Ked[k] [3.13] En la figura 3.22 se muestra el diagrama de bloques de un controlador diferencial. ? A[k] = K pe[k]+ Kiei[k]+ Kded[k] [ 3.14] Al observar las ecuaciones 3.8 y 3.14, se puede afirmar que con ambos métodos se

llega a la misma solución, pero el segundo, no requiere conocimientos avanzados de

control. Retardo de tiempo unitario

Figura 3.22 Diagrama de bloques de un controlador diferencial.

Para programar un algoritmo de control PID, solo basta con sumar las

ecuaciones de las tres acciones de control (proporcional, integral y diferencial). Entrada ed[k] e[k] e [k -1] + – Kd Salida ?d[k]

56 Para implementar el algoritmo de control PID, se realizó un subprograma

usando las ecuaciones mostradas en la figura 3.23, obtenidas por los métodos

previamente mencionados, para controlar cada bloque de grafito, con la opción de

eliminar la acción de control integral o la diferencial en los controles de configuración

mostrados en la figura 3.24, en donde la K p,Ki, y Kd son las ganancias del control

proporcional, integral y diferencial.

e[k] = Td[k]-Tr[k] ei[k] = e[k]+ ei[k -1] ed[k] = e[k]+ e[k -1] I0[k] = K p *e[k] I1[k] = Ki *ei[k -1] Control Proporcional Control Integral Control Diferencial IT[k] = Io[k]+ I1[k]+ I2[k]

Figura 3.23 Ecuaciones para implementar un algoritmo de control PID.

En donde:

Td = Temperatura deseada.

Tr = Temperatura real.

e[k] =Error de la señal muestreada

ei[k] = Sumatoria del error de la señal muestreada.

ei[k -1] = Sumatoria del error de la señal muestreada hasta el periodo anterior

ed[k] = Error diferencial de la señal muestreada.

IT[k] =Corriente a programar

57 Figura 3.24 Controles de configuración del controlador.

Al algoritmo de control se le agregaron algunas restricciones debido a las

limitaciones físicas de las fuentes.

1) La corriente máxima que puede ser programada es de 300 A (corriente

máxima que se puede demandar de la fuente), o el límite fijado por el usuario.

2) La corriente mínima que puede ser programada es 0 A.

3) ei[k] solo va a poder almacenar valores entre 0 y el Límite de corriente/ Ki

4) ei[k] va ser igual a 0 cuando se ejecute por primera vez el programa.

En la figura 3.25 se muestra el diagrama a bloques del algoritmo de control

Implementado.

Td[k] – e[k] 58 ei[k] + + Retardo de tiempo unitario + Integral Comparador Proporcional

K p ei[k -1] Elemento de corrección Tr[k] Kd Retardo de tiempo unitario

Derivativo Ki e [k -1] – ed[k] + I0[k] I2[k] IT[k] Fuente P. de CD. Entrada Medición

Figura 3.25 Diagrama de bloques del algoritmo de control PID implementado. Salida Tr Restricciones Rango de Corriente I'T [k] I1[k] + + + Proceso I[A]/T[°C]

59 3.3 Panel principal del software

En la figura 3.26 se puede observar el panel principal del programa, el cual se

diseño para ser operado por el usuario de una manera sencilla, con indicadores

luminosos ubicados en la parte media de el lado derecho de la pantalla, para cada

uno de los instrumentos que se encuentran conectados, encendidos y funcionando

adecuadamente, un contenedor superior de el lado izquierdo con campos numéricos

para la introducción de las temperaturas que se desea obtener en cada bloque de

grafito y la duración que una función va dejar almacenada en la tabla de proceso a

ejecutar, después de haber seleccionado alguna, tras presionar algún botón; en la

parte inferior de el lado izquierdo se aprecia una gráfica de las temperaturas que se

adquieren durante un proceso de calentamiento, dicha gráfica incluye indicadores

digitales a un costado de sus leyendas; así mismo, se cuenta con tres botones para

el control del proceso, ubicados abajo de el lado derecho del panel. Figura 3.26 Panel principal del programa

60 3.4 Características del programa.

El programa cuenta con una serie de indicadores y controles los cuales se describen

en la tabla 3.2. Tabla 3.2 Controles e Indicadores que contiene el programa.

61 Capítulo 4

Resultados y conclusiones

4.1 Curvas de respuesta

En la figura 4.1 se muestra el calentamiento de un bloque de grafito aplicándole distintas corrientes durante un periodo de 8 minutos. •

• Se puede observar que la velocidad de calentamiento se aumenta conforme

se incrementa a corriente que pasa a través de los grafitos.

El sistema alcanza su estabilidad con mayor rapidez a mayor velocidad de

calentamiento. Figura 4.1. Calentamiento a de un bloque de grafito aplicándole corrientes de 25 A,

50 A, 75 A, 100 A, 125 A y 150 A.

4.2 Sintonización del algoritmo de control.

Para describir el proceso de selección de los mejores valores para el

controlador se usa el término sintonización. Ésta se realizó programando un escalón

de temperatura mostrado en la figura 4.2 en repetidas ocasiones con distintas ganancias en el control proporcional (K p) e integral (Ki) para cada bloque de grafito. Figura 4.2 Respuesta del sistema a un escalón de temperatura

De la figura anterior se puede observar lo siguiente:

Una ganancia alta en el controlador proporcional ocasiona una rápida

respuesta del controlador acompañado de un gran error en la temperatura obtenida.

Una ganancia alta en el control integral puede ocasionar que el sistema oscile

un poco, así mismo, una ganancia baja provoca que el sistema se vuelva muy lento.

Se decidió eliminar la acción diferencial por dos razones:

a) El controlador PI ofrecía una buena respuesta

62

63 b) La acción diferencial no era muy notoria debido a que es insensible a señales de

error constantes o que varían con lentitud.

4.3 Pruebas al sistema

Se programaron funciones temperatura para cada bloque de grafito, para

observar la precisión, y la estabilidad que se tiene.

4.3.1 Escalón:

Esta función sirve para llegar lo más pronto posible a la temperatura deseada.

En la figura 4.3 se muestra una función escalón de temperatura de 50°C a

150°C en la cual se obtuvo una buena respuesta con un error de temperatura en

estado estable e inestable de ±1°C y en la figura 4.4 se puede observar la corriente

que fue programada en la fuente. Figura 4.3 Función escalón de temperatura de 50°C a 150°C

64 Figura 4.4 Corriente programada durante una función escalón de temperatura de

50° C a 150° C.

En la figura 4.5 se observa un proceso típico de calentamiento para el crecimiento de

películas semiconductoras en donde se aprecia que la temperatura real del bloque

de grafito de material fuente se eleva demasiado, ocasionado por la mala

sintonización del controlador, aunque esto se puede remediar limitando la corriente

de la fuente en la configuración. En la figura 4.6 se observa la corriente que fue

programada en cada una de las fuentes durante este proceso.

65 Figura 4.5 Función escalón a temperaturas típicas de calentamiento.

Figura 4.6 Corrientes programadas en una función a temperaturas típicas de

calentamiento.

4.3.1.1 Ventajas y desventajas de una función escalón de temperatura.

A) Ventajas. •

• Se llega lo más pronto posible a la temperatura deseada.

La duración de los procesos de calentamiento son cortos B) Desventajas • Si el controlador no está sintonizado adecuadamente, se puede cometer un

error de sobrecalentamiento grande, y generar una temperatura lejos de la

66

deseada durante un largo tiempo debido a que el sistema carece de un

sistema de enfriamiento.

4.3.2 Función Rampa.

La función rampa nos sirve para llegar a la temperatura deseada de una forma

gradual.

En la figura 4.7 se muestra una función rampa de calentamiento con las

mismas ganancias que se emplearon en el proceso de calentamiento mostrado en la

figura 4.5, en la cual se puede observar el error en la temperatura es mínimo, de 8°C,

6°C y 6°C para el los bloques de grafito Impurificante, fuente y sustrato

respectivamente al momento de llegar a la isoterma, y de ±1°C en régimen

permanente. En la ilustración 4.8 se observa que las corrientes que se emplearon en

la rampa, fueron gradualmente incrementándose motivo por el cual no se obtuvo un

sobre calentamiento como en el caso de la función escalón de temperatura. Figura 4.7 Función Rampa a temperaturas típicas de calentamiento (Fuente 800 °C,

Impurificante 600 °C y Sustrato 250 °C)

67

68 Figura 4.8 Corrientes programadas en la función rampa a temperaturas típicas de

calentamiento. (Impurificante 800°C, Fuente 600°C y Sustrato 250°C).

4.3.1.1 Ventajas y desventajas de una función rampa de temperatura.

A) Ventajas • El error al momento de cambiar a la función de temperatura isoterma, es

mínimo, y en general, por lo regular, los errores obtenidos a las principales

temperaturas de calentamiento son las que se muestran en la tabla 4.1. Tabla 4.1 Errores generados a las principales temperaturas de calentamiento

B) Desventajas

Los procesos requieren de un mayor tiempo de duración, los cuales están en

función de los límites físicos del sistema.

4.4 Repetición de proceso.

Se diseño un proceso de calentamiento para la evaporación de un material, el

cual va a ser utilizado frecuentemente para el crecimiento de películas

semiconductoras. El proceso se repitió en 2 ocasiones, con las mismas condiciones

tanto de vacío como de ganancias en el controlador. Los datos arrojados se pueden

ver en la gráfica 4.9. Figura 4.9. Muestra un proceso de calentamiento de los bloques de grafito repetido

en 2 ocasiones en las mismas condiciones de operación.

69

De la figura 4.9, podemos observar que en la mayor parte del tiempo, ambos

procesos poseen un gran parecido al programado.

Al momento de hacer la rampa, ambos calentamientos de cada bloque de grafito sufren el mismo grado retraso en su temperatura real (Tr) con respecto a la deseada (Td) aproximadamente 7 segundos, observe la figura 4.10. Figura 4.10. Amplificación de la figura 4.9

Los errores máximos que se midieron en el calentamiento de los bloques de

grafito se muestran en la tabla 4.2. Tabla 4.2 Tabla de errores máximos obtenidos durante un proceso de calentamiento.

70

71 4.5 Comparación de procesos automatizados vs manuales.

A continuación se presentan dos gráficas en donde se realizo el mismo

proceso de calentamiento de un bloque de grafito empleando distintas corrientes en

la fuente. El primero mostrado en la figura 4.11, se hizo de forma manual, variando la

perilla de corriente y anotando los valores de temperatura que arrojaba el lector de

termopares. El segundo, mostrado en la figura 4.12, se realizó de forma automática,

la computadora programó la corriente en la fuente y almacenó en un archivo de texto

las temperaturas arrojadas por el sistema de medición. Figura 4.11. Calentamiento de un bloque de grafito a distintas corrientes,

manipulando la perilla de la corriente en la fuente.

Figura 4.12. Calentamiento de un bloque de grafito a distintas corrientes,

programando la corriente en la fuente.

Al analizar las dos gráficas, y los métodos utilizados para poder obtener los datos, se

puede realizar las siguientes observaciones: •

• En el primer proceso, el calentamiento del bloque de grafito fue más lento

debido a que el usuario tardó en programar la fuente a la corriente deseada.

En la primera gráfica, se muestran irregularidades en las curvas, posiblemente

debido a errores al anotar los datos en un cuaderno o al encontrar el valor

exacto de de corriente en la fuente.

72

73 •

• El primer método, requiere que el usuario esté durante todo el proceso. El

segundo solamente lo necesita al inicio de éste para programarlo.

Un proceso manual, depende de la velocidad y la habilidad que cada individuo

posea mientras que uno automatizado, depende de la rapidez de la computadora y los dispositivos electrónicos con una de respuesta y de precisión superior a la de los humanos.

Por lo anterior podemos concluir que un proceso automático mejora la velocidad,

precisión, etc. al momento de realizar un proceso, además de evitarle al operador la

molestia de tener que permanecer durante todo el tiempo que éste dure.

74 4.6 Conclusiones.

Una acción de control derivativo no tiene efecto notorio en sistemas como

este, debido a que es insensible a señales de error constantes o que varían con

lentitud.

Un proceso manual, depende de la velocidad y la habilidad que cada individuo

posea. Uno automático, depende de la rapidez de la computadora y los dispositivos

electrónicos con una de respuesta y precisión superior a la de los humanos.

Un proceso automatizado, evita que el operador este durante todo el proceso,

siendo necesario únicamente al principio para programarlo y al final para recopilar la

información o apagar el equipo por medio del cual fue realizado.

Una función rampa de temperatura evita sobrecalentamientos indeseados,

provocados por la mala sintonización del controlador.

La capacidad del programa, permite que los procesos térmicos puedan ser

repetibles siempre y cuando se trabaje bajo las mismas condiciones y los elementos

mecánicos del sistema funcionen correctamente.

Se obtuvo un software amigable para el usuario.

Con el software desarrollado se incrementa la eficiencia en el crecimiento de

películas delgadas y esto a su vez puede redituar en un aumento en la productividad

del investigador.

Glosario

Ceros: Se les llama a las raíces del numerador, son los valores de s para los cuales

la función de transferencia se convierte en cero.

Ejemplo: Si el numerador es (s – 2), entonces la función de transferencia es cero si (s – 2)= 0, es decir, s = +2 Crecimiento Epitaxial: Es el crecimiento de un cristal sobre la superficie de otro

cristal. El crecimiento del cristal es orientado por una red estructural del cristal

original

DAQ: Data Adquisition; Adquisición de datos

Efecto Joule: Cuando en un conductor circula electricidad, parte de la energía

cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren los

electrones con las moléculas del conductor por el que circulan elevando la

temperatura del mismo; este efecto es conocido como efecto Joule en honor a su

descubridor el físico británico James Prescott.

Fuente: Elemento o compuesto que sirve como base para generar otro material.

Función de transferencia: Se define como el cociente de la salida en estado

estable entre la entrada en estado estable para un sistema o subsistema salida en estado estable Función de transferencia G = entrada en estado estable

Función de transferencia de lazo abierto: es el producto de las funciones de

transferencia de los elementos individuales. Esto se aplica a cualquier número de

elementos conectados en serie.

75

76 Grafito: Es una de las formas elementales en las que se puede presentar el carbono.

Otras formas bien conocidas son el diamate y los fullerenos. Este material es

conductor de la electricidad y se emplea para la fabricación de electrodos. También

tiene otras aplicaciones eléctricas.

Impurificante: Es el elemento que se añade a un material fuente para modificar su

estructura

Inerte: Material que, bajo condiciones normales de temperatura y presión (CNTP), no

reacciona con otros materiales. Son ejemplos de gases inertes el nitrógeno, helio,

dióxido de carbono y metano. traducción en inglés y portugués

NI: National Instruments; Instrumentos nacionales compañía de estados unidos.

Frecuencia de corte

Plataforma: Se refiere al tipo de sistema operativo

Polos: Se les llama a las raíces del denominador, son los valores de spara los

cuales la función de transferencia es infinita.

Ejemplo: Si el denominador es (s +5), entonces la función de transferencia es infinita si (s +5)= 0, es decir, s = -5. Por lo tanto un polo está en -5 Pulso: Señal con un valor constante durante un intervalo de tiempo.

SCXI: Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation; Extensión acondicionadora

de señal para Instrumentación Sistema estable: Se le llama a un sistema que al estar sujeto a una entrada impulso, la salida tiende a cero a medida que el tiempo tiende a infinito.

77 Sistema inestable: Se le llama a un sistema que al estar sujeto a una entrada

impulso, la salida tiende a infinito a medida que el tiempo tiende a infinito

Sistema crítico o marginalmente estable: Se le llama a un sistema que al estar

sujeto a una entrada impulso la salida no tiende a cero o no crece a infinito pero

tiende a un valor finito diferente de cero, a medida que el tiempo tiende a infinito.

Sublimación: Cambio de estado sólido a gas de la materia.

Substrato: Material sobre el cual se deposita la película semiconductora.

Vacío: Espacio que no contiene aíre ni otra materia detectable por medios físicos o

químicos.

Válvula: dispositivo que regula el paso de líquidos o gases en uno o varios tubos o

conductos.

78 Bibliografía [1] Instrumentación Virtual http://digital.ni.com/worldwide/latam.nsf/web/all/01E4BFF8EC93532086256B6000669 953 [2] Javier Andrés Zapata Torres, Diseño y construcción de un sistema de crecimiento de películas delgadas. [3] Dr. Martín Guadalupe Zapata Torres, Efecto de los parámetros de crecimiento sobre las propiedades eléctricas y estructurales de las películas de CdTe y CdTe. [4] W.Bolton, Ingeniería de control, Ed. Alfaomega [5] Tutorial de GPIB IEEE 488: Controladores e interfases http://digital.ni.com/worldwide/latam.nsf/web/all/A863DBF5C3DA3F8D86256B600065 F1F8 [6] Manual GPIB para la fuente Xantrex [7] Introduction to Data Acquisition http://zone.ni.com/devzone/conceptd.nsf/webmain/AE2A7B85BD4785D586256F6200 66EFF4#5 [8] SCXI High-Performance Signal Conditioning http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/1604 [9] SCXI-1112 User Manual http://digital.ni.com/manuals.nsf/websearch/E16018F7C97EE65C862567C80051C83 C [10] Medición de temperatura http://www.itap.edu.mx/carreras/ii/cursoslinea/INSTRUMENTACION/serv03.htm

79 [11] Curso de programación gráfica Labview

http://cnx.rice.edu/content/col10241/latest/

[12] Configuración y ejemplos de programación del modulo SCXI 1112

http://zone.ni.com/devzone/conceptd.nsf/webmain/F5C64678D54A373586256

96500648FC0?opendocument&node=1603_US

[13] Manuales y controladores para la fuente de poder Xantrex XKW 3kW 10-300

http://www.xantrex.com/web/id/82/p/docs/pt/13/product.asp

[14] Efecto Joule

es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule.

[15] Wikipedia

http://es.wikipedia.org/wiki/Portada

80 Anexo

Durante el desarrollo del presente proyecto, se participó en dos congresos

Nacionales.

1. 17° Encuentro Nacional de Investigación Científica y Tecnológica del golfo

de México llevado acabo el 25, 26 y 27 de Mayo del 2005 en Altamira

Tamaulipas, México.

2. SOMI XX congreso de Instrumentación llevado a cabo del 24 al 28 de

octubre del 2005 en León Guanajuato, México

Los trabajos presentados en estos eventos fueron publicados en las memorias de

cada uno de ellos, las cuales se muestran a continuación.

SISTEMA DE CONTROL TÉRMICO MEDIANTE INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL.

J. Balderas Zapata1, H. Peraza Vázquez2, M. Zapata Torres2, F. Chalé Lara2, J. Zapata Torres 2

1 2

[email protected]

RESUMEN

En este trabajo se presenta la automatización, mediante instrumentación virtual, de un sistema de crecimiento de compuestos ternarios semiconductores. Este sistema de crecimiento utiliza como calefactores para la evaporación bloques de grafito. Las temperaturas son monitoreadas utilizando termopares tipo K. Para obtener la temperatura deseada en cada bloque de grafito, se controla la corriente que pasa a través de él. El programa desarrollado en Labview permite manipular la corriente de cada una de las fuentes que calientan a los grafitos. Así mismo, en tiempo real registra la temperatura y la corriente subministrada a cada elemento calefactor. Despliega la grafica del comportamiento de la temperatura de cada uno de los grafitos y almacena en formato de hojas de cálculo los datos de las graficas. 1. INTRODUCCION Los materiales semiconductores en forma de película delgada son ampliamente usados en aplicaciones tecnológicas como dispositivos opto electrónicos y fotovoltaicos. Una de las técnicas para el crecimiento de esta películas es el trasporte de vapor en espacio reducido combinado por evaporación libre (CSVT-FE por sus siglas en ingles). El control y monitoreo de la temperatura es crítica para el desarrollo del proceso de crecimiento del material, debido a que una variación significativa de la temperatura programada ocasiona razones de evaporación diferentes a las deseadas En el CICATA-IPN, Altamira se cuenta con esta técnica de crecimiento, en la cual el control se realizaba de forma manual, variando la perilla de la fuente, y el registro del comportamiento de la temperatura se efectuaba a través de un lector de termopares Fluke 51II . En este trabajo se presenta la automatización, mediante instrumentación virtual, de la técnica de crecimiento CSVT-FE. El programa desarrollado en Labview [1] permite manipular la corriente de cada una de las fuentes que calientan a los grafitos. Así mismo, en tiempo real registra la temperatura y la corriente suministrada a cada elemento calefactor.

2. COMPONENTES QUE INTEGRAN EL SISTEMA El sistema está conformado por una computadora, tres fuentes de poder programables de DC de 3 KW de potencia de salida, cuatro cables IEEE- 4.88, seis cables del #2, tres bloques de grafito dentro de una campana de vidrio (a la cual se le hace vacío mediante un sistema de bombeo), una tarjeta PCI GPIB(Bus Interfase de Propósito General), una tarjeta Ni DAQ, un chasis NI SCXI 1000, un módulo de termopares NI 1112, tres termopares tipo K. Un esquema de la interconexión del sistema es mostrado en la figura 1.

Figura 1. Diagrama esquemático de la interconexión del sistema.

2 Programación de las fuentes Cada fuente de poder suministra una corriente a un grafito, el cual tiene la función de resistencia calefactora, y varía su temperatura dependiendo de la corriente que le es suministrada. En la figura 2 se presenta un diagrama de bloques del código para efectuar la programación de una fuente de poder. La fuente es programada desde la computadora a través de una tarjeta GPIB que se conecta paralelamente a las fuentes mediante cables IEE-488.

Figura 2. Diagrama de bloques del código fuente empleado para efectuar la programación de una fuente. El código fuente que se emplea para programar cada una de las fuentes consiste básicamente en los siguientes bloques: El bloque 1-Initialize, abre una sesión con el instrumento virtual (La fuente programable). En este bloque se configura la dirección primaria de la fuente con la que se va a trabajar. El bloque 2-Volt, programa a la fuente para que entregue un voltaje máximo de 10 v. El bloque 3-current, programa a la fuente con la corriente deseada que el usuario fija en la perilla (5) de control de corriente. En el rango de 0 a 300A. El bloque 4-Error, le pregunta a la fuente si a ocurrido un error y además limpia la bandera de estado de el error. Este es necesario ya que de ocurrir un error, la fuente no se puede volver a programar si la bandera no está limpia. El bloque 6-Stop es para detener el programa. El bloque 7-Close Cierra la sesión con el instrumento virtual. Se puede observar que el bloque 3, 4, 5 están encerrados dentro de un ciclo while. Esto significa que estos tres bloques se van a estar programando continuamente hasta el botón 6-stop sea presionado. En la figura 3 presentamos la pantalla del sistema de control de las fuentes de potencia. En ella podemos observar que la potencia deseada se puede proporcionar, ya sea variando la posición de la perilla, o bien introduciendo la corriente deseada. Las subrutinas utilizadas fueron tomadas de la referencias 2 y 3.

Figura 3.