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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
LOS MOCHIS
Informe Técnico de Residencia
Profesional
“Interfaz de Monitoreo y Control Festo 485...
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ÍNDICE
Introducción……………………………………………………………........ 3
Justificación…………………………………………..................................... ...
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INTRODUCCIÓN
El desarrollo de actividades que las universidades inculcan en los alumnos, mayor
eficiencia en sus habilid...
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PROBLEMAS A RESOLVER
Actualmente el laboratorio de instrumentación del Instituto Tecnológico de Los Mochis,
cuenta con e...
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JUSTIFICACIÓN
Debido a la experiencia adquirida a través de estos módulos y al observar sus ineficiencias,
se decidió el...
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Realizar e implementar un sistema de control y monitoreo por medio de un protocolo de
comuni...
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ALCANCE
El sistema de monitoreo y control fue capaz de conectarse en red con todas las estaciones y
se podrá utilizar do...
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FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Para la realización de este proyecto es necesario conocer algunas definiciones y teoría
general.
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primera vez en 1986. Ahora está disponible para las plataformas Windows, UNIX, MAC y
GNU/Linux. La penúltima versión es ...
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Sensor de presión: Transductores de presión son elementos que
transforman la magnitud física de presión o fuerza por un...
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Por ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DACs) envían señales analógicas, las
líneas de E/S digital reciben...
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Estación didáctica de presión (FESTO): esta estación se encarga de mantener el control de
presión de agua dentro de un ...
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METODOLOGÍA/DESCRIPCIÓNDE LAS ACTIVIDADES
Para la realización del proyecto de residencia profesional se utilizó como lu...
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RESULTADOS
Durante el periodo que se estuvo realizando este proyecto de residencia profesional, se
obtuvo el producto e...
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Con esto producíamos que esa señal fuera cambiada a voltaje en una escala de 0-10V, el
cual era recibido por un convert...
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1.- Entrada de alimentación: son los puntos donde el circuito que se ve en las imágenes de
arriba, obtiene el voltaje q...
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Vsalida= 20V (0.2503)
Vsalida= 5.006V ≅ 5V
4.- Salida: esta es la última etapa del circuito, es por donde se enviaban l...
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En esta ilustración se puede apreciar claramente otra etapa del proceso del proyecto, que es
donde se acondicionan las ...
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Aquí se observa lo mencionado en la imagen de arriba, las conexiones entre el circuito
acondicionar de la DAQ y los dis...
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Y finalmente tenemos lo que viene siendo en conjunto todo. En esta imagen se puede mirar
un diagrama de conexión de cóm...
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Interfaz de Monitoreo y Control (LABVIEW)
Panel principal de control y monitoreo
La siguiente lista contiene lo que es ...
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3.- Botón presión: permite el acceso a un subpanel de control donde se
manipula y monitorea la variable presión. (Conti...
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Una vez que el usuario hiciera click en uno de los botones que se muestran arriba, una
pantalla secundaria aparecía y a...
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2.- Display: muestra una cantidad determinada en su pequeño recuadro. Es de tipo
numérico doble.
3.- Switch A/M: simbol...
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8.- Grafica: ese gran recuadro permite graficar en el tiempo las variables que se manipulan.
Esto a través de lineas de...
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Debido a que ya se explicó el ejemplo del panel de nivel. Se procederá a definir tan solo
una pequeña parte los demás, ...
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Subpanel de control y monitoreo de la variable de presión.
1.- Gauge: representa la cantidad de presión que está pasand...
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Subpanel de control y monitoreo de la variable de temperatura.
1.- Termómetro: señaliza el valor de temperatura que se ...
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Código de programación desarrollado en LABVIEW
A continuación se muestra la estructura del programa principal que contr...
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En este caso esa orden es que abra un subpanel (ventana secundaria) de control y
consecuentemente lo haga correr. Si el...
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Lo mismo sucede en la parte de “RUN VI”, y señaliza que
el subpanel ha sido deshabilitado. Cabe aclarar que
cuando nos ...
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Y consecuentemente, el valor de las variables fue unido por medio
de una operación lógica OR, que hace comparación entr...
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Los siguientes dos casos, muestran una cancelación de detener y cerrar la aplicación. Por
medio de un valor de tipo boo...
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La subsiguiente imagen es una función diseñada para brindar la fecha y hora constante
actual.
Donde este pequeño cuadro...
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Código de programación para la estación de presión.
Código de programación para la estación de pH.
Código de programaci...
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El siguiente código que será explicado forma parte de los paneles secundarios. Donde se
diseñaron dos modos de operació...
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4. Se calcula la ganancia proporcional restándole al SetPoint a lectura tomada.
5. Una vez obtenidas las ganancias se p...
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La figura que se mostrará a continuación representa el modo manual.
Como se puede apreciar, la diferencia entre ambos m...
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CONCLUSIONES
Durante la estadía que se tuvo en los laboratorios de electrónica del Instituto Tecnológico
de Los Mochis....
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Todas las etapas que íbamos efectuando, las probábamos individualmente para saber si
tenían un funcionamiento correcto....
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RECOMENDACIONES
Una de las recomendaciones más importantes que le hacemos al Instituto Tecnológico de
Los Mochis es que...
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FUENTES DE INFORMACIÓN
http://www.bucaramanga.gov.co/documents/controlinterno/FOLLETO_ACTUALIZADO_
NOVIEMBRE.pdf
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uso de labview para control de estación didactica

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  1. 1. 1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS Informe Técnico de Residencia Profesional “Interfaz de Monitoreo y Control Festo 485 (IMC Festo 485)” García Báez Gilberto Miguel Zayas Olguin David Ernesto Los Mochis, Sinaloa. A Diciembre de 2015
  2. 2. 2 ÍNDICE Introducción……………………………………………………………........ 3 Justificación…………………………………………..................................... 3 Objetivos…………………………………………………………………… 3 Objetivo general……………………………………………………... 3 Objetivos específicos………………………………………………… 4 Planteamiento del problema………………………………………………... 4 Alcance……………………………………………………………………....4 Limitaciones…………………………………………………………………5 Fundamentos Teóricos…………………………………………………..... 5-7 Metodología/Descripción de actividades………………………………….7-8 Resultados………………………………………………………………… 8-20 Recomendaciones……………………………………………………………21 Conclusiones…………………………………………………………… 21-22 Fuentes de consulta………………………………………………………… 23
  3. 3. 3 INTRODUCCIÓN El desarrollo de actividades que las universidades inculcan en los alumnos, mayor eficiencia en sus habilidades para trabajar y realizar tareas de cualquier tipo. Le proporciona las herramientas necesarias para estar más preparado. Además, sin olvidar que contribuye al trabajo en equipo, que es algo muy importante a la hora de estar en una situación de trabajo laboral. Por ello, el siguiente archivo pretende exponer los resultados obtenidos a través de la actividad llamada “Residencia Profesional”, con el proyecto “Interfaz de Monitoreo y Control Festo 485” (IMC Festo 485). Con el objetivo de analizar si nosotros (estudiante) hemos sido capaces de lograr todas las metas propuestas. Así pues, se estarán mostrando y explicando cada uno de los puntos más importantes que dicho informe deberá llevar. Dónde se realizó el trabajo, es decir explicar al área de trabajo que se utilizó para llevar a cabo las labores. También cuáles fueron los objetivos manejados para desarrollar las actividades más importantes dentro del mismo. Los métodos utilizados y los resultados correspondientes arrojados por las tareas efectuadas. Y explicar las conclusiones a las que se llegaron a través de esta labor. Todo esto para proporcionar evidencia que esclarezca y corrobore de una manera eficaz y sólida todo lo que el joven alumno (nosotros), fue capaz de manifestar en su estadía de residencia profesional.
  4. 4. 4 PROBLEMAS A RESOLVER Actualmente el laboratorio de instrumentación del Instituto Tecnológico de Los Mochis, cuenta con estaciones de control de proceso de la marca Festo que, debido al paso del tiempo, han quedado un poco obsoletas y deterioradas de sus controles y se ha de perdido el software de monitoreo de dichas estaciones. Por lo que el practicar con ellas se ha vuelto un poco difícil a la hora de hacer uso de las mismas. Los siguientes son los problemas que propusieron a resolver:  Implementar una interfaz gráfica por computadora de monitoreo y control que permita utilizar de una manera más sencilla y eficaz la manipulación de las estaciones de control. Con esto la interacción alumno-máquina será en una manera más óptima, la cual proporcionará habilidades de pensamiento lógico en el estudiante y saber qué tipo de respuestas decidir en su manejo.  Agregar un nuevo protocolo de comunicación. Que en este caso fue el USB, que fue el más óptimo para utilizar debido a las herramientas con las que se contaba.  Acondicionar las señales de control. Esto fue debido a que en cada etapa por las cuales pasaban las señales de control eran de rangos distintos. Lo que podría estropear la información que las mismas obtenían. Por lo que se adecuó las señales en cada fase para mantenerlas estables sin perderse el control de las mismas.
  5. 5. 5 JUSTIFICACIÓN Debido a la experiencia adquirida a través de estos módulos y al observar sus ineficiencias, se decidió el hacer esta mejora para que nuestros compañeros alumnos que pronto han de practicar con ellas obtengan el mejor estudio de ellas. La mejora e implementación de controles e interfaces gráficas a cada una de las estaciones de control Festo, permitirá a los alumnos realizar de manera más dinámica e interactiva las prácticas. Lo cual les ayudará a adquirir una experiencia más real con respecto al ambiente profesional-laboral que se les presente en un futuro. Así pues, durante la práctica profesional que fue proyectada en el periodo del 18 de Agosto a 5 de Diciembre del 2015, se presentaron todas las maneras posibles de solución a cada problema que pueda aparecer. De esta manera, al realizar la residencia profesional, se practicó con los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos en el laboratorio de electrónica, lo cual nos ayudó a obtener ciertas habilidades con referencia al perfil profesional que un mañana sea necesario.
  6. 6. 6 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Realizar e implementar un sistema de control y monitoreo por medio de un protocolo de comunicación que interactúe con una interfaz gráfica por computadora. OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Implementar la interfaz gráfica de cada estación.  Adaptar el control de la estación por computadora.  Implementar el protocolo de comunicación. (Fue modificado, se cambió la palabra desarrollar por implementar).  Acondicionar las señales de control.
  7. 7. 7 ALCANCE El sistema de monitoreo y control fue capaz de conectarse en red con todas las estaciones y se podrá utilizar dos o más simultáneamente por medio de una o más computadoras. Permitiéndoles a los alumnos realizar prácticas paralelamente, sin la necesidad de estar moviendo físicamente el controlador de cada estación. LIMITACIONES La principal limitación que este proyecto contuvo fue: el tiempo de realización. Así como la falta de material para llevar a cabo la adaptación de todas las estaciones para controlarlas por computadora. No se tenía el presupuesto necesario para cubrir todo los componentes para implementar en todas las estaciones. Otro punto de limitación fue que debido a que el área en la que estábamos trabajando, era para realizar prácticas. Había momentos en que los alumnos ingresaban a hacer dichas actividades y nosotros teníamos que suspender nuestros trabajos para poder brindarles todos los aparatos para que realizaran sus prácticas. Lo cual nos hacía perder tiempo y lo cual nos hacía aplazar para otro día nuestras labores.
  8. 8. 8 FUNDAMENTOS TEÓRICOS Para la realización de este proyecto es necesario conocer algunas definiciones y teoría general. Control: Es el mecanismo para comprobar que las cosas se realicen como fueron previstas, de acuerdo con las políticas, objetivos y metas fijadas previamente para garantizar el cumplimiento de la misión institucional. Interfaz gráfica: Es un dispositivo que permite comunicar dos sistemas que no hablan el mismo lenguaje. Se emplea el término interfaz para definir el juego de conexiones y dispositivos que hacen posible la comunicación entre dos sistemas. Sin embargo, cuando hablamos de interfaz nos referimos a la cara visible de los programas tal y como se presenta a los usuarios para que interactúen con la máquina. La interfaz gráfica implica la presencia de un monitor de ordenador o pantalla constituida por una serie de menús e iconos que representan las opciones que el usuario puede tomar dentro del sistema. Dispositivos programables: Son dispositivos que carecen de un software precargado para realizar una función o funciones predeterminadas. A estos se les puede cargar un programa creado por un usuario para realizar las diferentes funciones deseadas. Ejemplos de estos son: microcontroladores, arduinos, PLC´s, etc. Protocolos de comunicación: Definen las reglas para la transmisión y recepción de la información entre los nodos de la red, de modo que para que dos nodos se puedan comunicar entre si es necesario que ambos empleen la misma configuración de protocolos. LabVIEW: Es un entorno grafico de programación. El lenguaje utilizado para programar en él se llama “Lenguaje G, donde la “G” simboliza que es un lenguaje de tipo gráfico, por lo que los programas no se escriben, sino que se dibujan. Este programa fue creado por National Instruments (1976) para funcionar sobre máquinas MAC, salió al mercado por
  9. 9. 9 primera vez en 1986. Ahora está disponible para las plataformas Windows, UNIX, MAC y GNU/Linux. La penúltima versión es la 2013, con la increíble demostración de poderse usar simultáneamente para el diseño del firmware de un instrumento RF de última generación, a la programación de alto nivel del mismo instrumento, todo ello con código abierto. Y posteriormente la versión 2014 disponible en versión demo para estudiantes y profesional. Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, y su origen provenía del control de instrumentos, aunque hoy en día se ha expandido ampliamente no sólo al control de todo tipo de electrónica (Instrumentación electrónica) sino también a su programación embebida, comunicaciones, matemáticas, etc. Un lema tradicional de LabVIEW es: "La potencia está en el Software", que con la aparición de los sistemas multinúcleo se ha hecho aún más potente. Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no sólo en ámbitos de Pruebas, Control y Diseño) y el permitir la entrada a la informática a profesionales de cualquier otro campo. LabVIEW consigue combinarse con todo tipo de software y hardware, tanto del propio fabricante -tarjetas de adquisición de datos, PAC, Visión, instrumentos y otro Hardware- como de otros fabricantes. Convertidor. Del dispositivo, algunas opciones son corriente-voltaje, voltaje-corriente entre otras. En este caso se utilizó un convertidor KFU8-USC-1.D el cual tenía los rangos de entrada de 0mA…20mA, 0V…10V, o 0mV…60mV para obtener un rango de salida. Es un dispositivo capaz de convertir una señal de entrada a otra de salida. Estas conversiones pueden variar dependiendo de las capacidades de 0/4mA…20mA, 0/2V…10V o 0/1V…5V.
  10. 10. 10 Sensor de presión: Transductores de presión son elementos que transforman la magnitud física de presión o fuerza por unidad de superficie en otra magnitud eléctrica que será la que emplearemos en los equipos de automatización o adquisición estándar. Los rangos de medida son muy amplios, desde unas milésimas de bar hasta los miles de bar. Switch varicompact: es un dispositivo que permite encender un actuador con un consumo de voltaje y corriente mayor al que se tiene a su entrada. En nuestro caso tenemos un voltaje de 0V…10V con una corriente maxima de 44mA a la entrada del switch para un actuador de 0V…23V a una corriente máxima de 600mA. Adquisición de datos: es el proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico o físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Un sistema DAQ consiste de sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software programable. Comparados con los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas DAQ basados en PC aprovechan la potencia del procesamiento, la productividad, la visualización y las habilidades de conectividad de las PC’s estándares en la industria proporcionando una solución de medidas más potente, flexible y rentable. Dispositivo DAQ: El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del mundo exterior. Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales analógicas entrantes para que una PC pueda interpretarlas. Los tres componentes clave de un dispositivo DAQ usado para medir una señal son el circuito de acondicionamiento de señales, convertidor analógico-digital (ADC) y un bus de PC. Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones para automatizar sistemas de medidas y procesos.
  11. 11. 11 Por ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DACs) envían señales analógicas, las líneas de E/S digital reciben y envían señales digitales y los contadores/temporizadores cuentan y generan pulsos digitales. DAQ USB-6008: esta tarjeta de adquisición de datos de la marca National Instruments cuenta con 8 entradas analógicas de 12 bits, así como 2 salidas analógicas estáticas de 12 bits. Para la realización de este proyecto se utilizó solo una entrada analógica y una salida analógica, por la cual se llevaba a cabo la lectura y el control de la variable. Para la utilización de este dispositivo se necesitó instalar el driver NIDAQ980F3 para permitir a la PC tomar los datos que esta adquiría.
  12. 12. 12 Estación didáctica de presión (FESTO): esta estación se encarga de mantener el control de presión de agua dentro de un cilindro, por medio de un controlador PID el cual se pueden variar las ganancias y observar el comportamiento. Dicha estación cuenta con un contenedor de agua de acrílico, una bomba, un contenedor metálico, un sensor de presión y un controlador. El controlador mencionado se sustituyó por un control por computadora desarrollado en LabView y una DAQ en el cual se puede observar en la pantalla los recuadros de las ganancias, un manómetro para la presión y una gráfica que muestra la variable, la salida y el CPID.
  13. 13. 13 METODOLOGÍA/DESCRIPCIÓNDE LAS ACTIVIDADES Para la realización del proyecto de residencia profesional se utilizó como lugar de trabajo el área de instrumentación del laboratorio de electricidad y electrónica del Instituto Tecnológico de Los Mochis, donde se encontraban estaciones de simulación en el control y monitoreo de pequeños procesos de la marca Lab-Volt y Festo. Nuestro enfoque fue hacia los módulos Festo. Una vez que se estableció el área de trabajo, se procedió a discutir los puntos de nuestro proyecto con nuestro asesor, para aclarar pequeños detalles a corregir o modificar. Después de esto, se hizo un análisis e investigación del funcionamiento de las estaciones que nos permitió conocer las necesidades principales y así plantear cual era el material pertinente para implementar en el reajuste de los módulos. Tras haber seleccionado y obtenido los componentes correctos para el desarrollo del proyecto, se continuó en hacer los diseños de los circuitos que se introdujeron al pequeño proceso de las estaciones. Además, se agregó una interfaz gráfica por computadora que monitoreaba y controlaba todo lo antes ya mencionado. Y por último, se hizo entrega de las unidades con su apropiado funcionamiento verificado. He aquí las actividades más importantes realizadas: 1.- Se hizo reunión con el profesor encargado del área de instrumentación con el fin de dejar en claro los detalles del proyecto. 2.- Se recopiló y analizó la información de las estaciones. 3.- Se realizó el planteamiento del material necesario para el desarrollo del proyecto. 4.- Se seleccionaron los componentes que se ajustaron a las necesidades del proyecto. 5.-Se implementó el proyecto con los componentes requeridos y se verificó el funcionamiento del mismo. 6.- Se hizo entrega de las estaciones.
  14. 14. 14 RESULTADOS Durante el periodo que se estuvo realizando este proyecto de residencia profesional, se obtuvo el producto esperado con respecto a lo propuesto en un inicio. Como resultado logramos el control y monitoreo de la estación de control de presión Festo por medio de una interfaz gráfica por computadora, hecha gracias al lenguaje de programación gráfico LABIEW. La cual obtenía y enviaba datos por medio de una tarjeta de adquisición de datos de National Instrument (DAQ NI USB-6008), los valores que se conseguían eran provenientes de un sensor de presión (UPA TYPE 2), el cual registraba la cantidad de presión que originaba un caudal de agua que pasaba por el mismo y dependiendo de lo adquirido, se aplicaba una señal de respuesta por medio de la DAQ a un convertidor de corriente-voltaje. A su vez pasaba por otro convertidor de voltaje-voltaje, donde se amplificaba la señal para transmitirla a una bomba de agua que operaba en un rango de 0 – 25V a 600 mA. Cabe resaltar que esa respuesta se podía dar en dos modos: Manual o Automático (eso será explicado al final de este apartado). Dentro de todo este proceso coexistía una pequeña sub-etapa que era utilizada para ajustar el voltaje de entrada a la DAQ, puesto que este dispositivo tenía un rango de operación de 0-5V y el sensor que se utilizaba tenía un rango mayor al de esta (0-20V). Así pues, se tuvo la necesidad de hacer un circuito divisor de voltaje, que reducía la señal que procedía del sensor y se adecuaba para que la DAQ trabajara óptimamente. Este diseño fue realizado en PCB ARES Layout de Proteus Profesional 8. También, es importante decir que ese mismo rango de voltaje de entrada en la DAQ (0-5V), lo tenía en su señal de salida. Por lo que también se acondicionó esa fase del proceso, esto a través de un convertidor de corriente-voltaje que, antes de que esos 5V fueran adquiridos por dicho dispositivo, se transformaban a corriente a través de un potenciómetro de 5kΩ que se ajustaba a 250Ω para obtener un rango de 0-20mA. Hecho esto, se procedía a introducir esa corriente al artefacto antes mencionado.
  15. 15. 15 Con esto producíamos que esa señal fuera cambiada a voltaje en una escala de 0-10V, el cual era recibido por un convertidor cd-cd Vari compact, que contenía la estación. Eso nos ayudaba a llevar a cabo la amplificación de esos 10V hasta 23V para el arranque de la bomba de agua. Finalmente, como fue mencionado casi en un principio de esta sección, la interface era capaz de manipular datos y enviar respuestas en dos modos distintos: Manual y Automático. El primer el modo al ser activado, le permitía al usuario manipular a su gusto la variable a controlar. Proporcionando valores aleatorios que hacían que la bomba actuara de la manera en que uno deseara. En este caso, el sensor no influía en la señal de respuesta entregada. Y en el segundo modo, el sensor si influía de manera que, dependiendo de lo que este dispositivo antes mencionado detectara en cantidad de presión, era enviado a la aplicación de control y monitoreo. Donde esa variable era ingresada a un control PID que, automáticamente reajustaba el dato para enviar la señal de respuesta correspondiente y así mantener una variable estable. Esto se podía lograr por medio de valores que el usuario manipulaba dentro del control PID como: Setpoint, Kp, Ki y Kd. Diseño de la tarjeta del circuito divisor de voltaje para ajustar tensiones a la entrada y salida de la DAQ. (Prototipo). 1 2 3 4
  16. 16. 16 1.- Entrada de alimentación: son los puntos donde el circuito que se ve en las imágenes de arriba, obtiene el voltaje que proviene desde del sensor de presión UPA TYPE 2. 2.- Resistencia Fija: fueron utilizadas para el regular el voltaje de entrada de la misma tarjeta, su valor es de 10k Ω. 3.- Potenciómetro de precisión: es una resistencia variable que fue utilizada también para regular la tensión de entrada del circuito. Su valor es de 5kΩ. Nota: los componentes del punto 2 y 3, conforman lo que se llama divisor de voltaje, que son una serie de resistencias en paralelo que hacen que la cantidad máxima de tensión recibida por ellas, sea reducida a un nivel que el usuario desee. Lo anterior resultó de hacer cálculos con la siguiente formula. Vsalida= Ventrada ( R2 R1+R2 ) Dónde: 𝑉𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = Valor deseado de voltaje a la salida del circuito. 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = Voltaje que es proporcionado por el sensor que se utilizó (20V). R1 = Resistencia fija de 10kΩ. R2 = Potenciómetro de precisión (en este caso se ajustó a 3.34kΩ para obtener el valor esperado). De esta forma, el resultado es el siguiente: Vsalida= 20V ( 3.34kΩ 3.34kΩ+10kΩ ) Vsalida= 20V ( 3.34kΩ 13.34kΩ )
  17. 17. 17 Vsalida= 20V (0.2503) Vsalida= 5.006V ≅ 5V 4.- Salida: esta es la última etapa del circuito, es por donde se enviaban los 5V de salida hacia la tarjeta de adquisición de datos (DAQ). Enseguida se presentarán las etapas físicas en las que consistió el proyecto. Como se aprecia en la imagen de abajo, esta es la primera etapa. Donde nuestra interfaz de monitoreo y control que fue desarrollada en LABVIEW, está conectada a una tarjeta de adquisición de datos (DAQ), que es por donde nuestra aplicación tiene la capacidad de recibir y enviar datos a la estación de control. Nótese la al lado izquierdo de la computadora (el cuadro rojo lo indica).
  18. 18. 18 En esta ilustración se puede apreciar claramente otra etapa del proceso del proyecto, que es donde se acondicionan las señales provenientes del sensor utilizado, para adecuadas a un nivel más óptimo para la DAQ. El pequeño circuito que se encuentra en la mano, es el que desarrollamos para tal acondicionamiento y el cual fue explicado en las primeras imágenes de este apartado. En esta imagen se puede visualizar el circuito de acondicionamiento de señal conectado a otros dispositivos. Los cuales permiten amplificar las señales que son enviadas desde la DAQ a la estación de control.
  19. 19. 19 Aquí se observa lo mencionado en la imagen de arriba, las conexiones entre el circuito acondicionar de la DAQ y los dispositivos de amplificación. Una vez obtenidas las señales amplificadas, son enviadas a nuestro actuador. Que en este caso es nuestra bomba de 23V a 600 mA. Los cables señalados con los óvalos rojos son los que pertenecen a la bomba. Donde el cable azul es la señal amplificada y el café es tierra común.
  20. 20. 20 Y finalmente tenemos lo que viene siendo en conjunto todo. En esta imagen se puede mirar un diagrama de conexión de cómo está conectado todo. Además de una imagen física del producto final. +23V +23V +23V
  21. 21. 21 Interfaz de Monitoreo y Control (LABVIEW) Panel principal de control y monitoreo La siguiente lista contiene lo que es cada punto dentro del programa que observa en la imagen de arriba. 1.- Botón nivel: permite el acceso a un subpanel de control donde se manipula y monitorea una variable de nivel. (Contiene sus respectivos leds de habilitado o deshabilitado). Es de tipo booleano (true o false). 2.- Botón pH: permite el acceso a un subpanel de control donde se manipula y monitorea la variable pH. (Contiene sus respectivos leds de habilitado o deshabilitado). Tipo booleano. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
  22. 22. 22 3.- Botón presión: permite el acceso a un subpanel de control donde se manipula y monitorea la variable presión. (Contiene sus respectivos leds de habilitado o deshabilitado). También es un booleano. 4.- Botón temperatura: permite el acceso a un subpanel de control donde se manipula y monitorea la variable temperatura. (Contiene sus respectivos leds de habilitado o deshabilitado). Valor booleano. 5.- Fecha y hora: muestra constantemente la fecha y hora exacta en que nos encontramos (es realizado una vez que el programa este corriendo). 6.- Botón stop: este botón detiene nuestro programa por completo, deshabilitando todas sus funciones hasta volverlo activar. No cierra la interfaz. Valor tipo booleano. 7.- Botón salir: botón que cierra todas las ventanas del programa, tanto la principal como las secundarias, es decir, se sale por completo del software. Es un booleano. 8.- Colores indicadores: establecidos para mostrar distinguir entre un subpanel habilidad o deshabilitado. 9.- Run Button: botón que inicializa la aplicación. (General para todas las pantallas). 10.- Abort Button: aborta la aplicación en caso de que algún error este sucediendo en ella. (General para todas las pantallas).
  23. 23. 23 Una vez que el usuario hiciera click en uno de los botones que se muestran arriba, una pantalla secundaria aparecía y automáticamente corría la misma. A continuación se tomó como ejemplo el panel de nivel para explicar su contenido gráfico. Subpanel de control y monitoreo de la variable de nivel. 1.- Tanque: representa de forma gráfica un tanque, indica el nivel de agua con un valor de tipo numérico doble (lenguajes de programación se maneja así). Haciendo visual dichos datos sobre la pantalla del panel.
  24. 24. 24 2.- Display: muestra una cantidad determinada en su pequeño recuadro. Es de tipo numérico doble. 3.- Switch A/M: simboliza un switch que configura el modo de trabajo del panel para el control de la bomba. Cuando switch esta hacia abajo indica Manual y cuando esta hacia arriba es Automático. 4.- Leds indicadores: señalizan el modo en el que se encuentra la aplicación, iluminándose de un color más claro los pequeños círculos verdes que se observan en la imagen anterior. También es de tipo booleano. 5.- Led bomba: led que es utilizado para visualizar la condición del actuador (bomba). Su valor es de tipo booleano (true o false). 6.- Entrada/Salida de voltaje: estos recuadros muestran la cantidad de voltaje que está entrando y saliendo en el proceso. Esto gracias a la tarjeta de adquisición de datos (DAQ), el programa es capaz de interpretar esos valores y mostrarlos en pantalla como se observa en la imagen. Es de tipo numérico doble. 7.- Setpoint manual: esta barra tiene la habilidad de modificar el nivel de operación del actuador, estableciendo valores de voltaje que el usuario desee. Se hizo un pequeño algoritmo para convertir el porcentaje de operación del actuador en su nivel proporcional de voltaje (como se observa la barra va de 0-100 y nuestro voltaje va de 0-5). Es de tipo numérico doble.
  25. 25. 25 8.- Grafica: ese gran recuadro permite graficar en el tiempo las variables que se manipulan. Esto a través de lineas de colores que se son observables en su pequeña pantalla oscura y que pueden variar en un rango de 0 a 100. No tiene un tipo de valor numérico como tal. 9.- Indicadores de variables: son los indicadores que hacen distinguir las variables que se grafican. En estos casos se muestran la variable manipulada (salida), setpotint y error. 10.- Botón salir: cierra y desactiva la pantalla secundaria del proceso que se está supervisando en ese momento. Valor tipo booleano. 11.- Setpoint: establece un punto de consigna para valor de la señal de la variable. 12.- Acción proporcional (kp): Por medio del establecimiento de valores determinados, controla que tan lejos o cercano se encuentra la variable del valor de SetPoint establecido. 13.- Acción integral (ki): acción que produce una señal de control al tiempo que la salida del proceso ha sido diferente del punto de consigna (Setpoint). 14.- Acción derivativa (kd): es la velocidad con que la salida del proceso está cambiando respecto al Setpoint. Es decir, anticipa los cambios que suceden dependiendo de los dígitos introducidos.
  26. 26. 26 Debido a que ya se explicó el ejemplo del panel de nivel. Se procederá a definir tan solo una pequeña parte los demás, ya que en esencia casi son lo mismo, solo a diferencia de sus indicadores gráficos de valores. Subpanel de control y monitoreo de la variable de pH. 1.- Meter: llamado así en ingles por la aplicación de LABVIEW, fue utilizado para indicar la cantidad de pH que se está produciendo dentro del proceso. Tipo numérico doble.
  27. 27. 27 Subpanel de control y monitoreo de la variable de presión. 1.- Gauge: representa la cantidad de presión que está pasando por un caudal de agua dentro del proceso. Donde la aguja se mueve de izquierda a derecha de menor a mayor valor. Su representación es de tipo numérica doble.
  28. 28. 28 Subpanel de control y monitoreo de la variable de temperatura. 1.- Termómetro: señaliza el valor de temperatura que se encuentra en el momento en que se monitorea este proceso. Su representación es de tipo numérico doble.
  29. 29. 29 Código de programación desarrollado en LABVIEW A continuación se muestra la estructura del programa principal que controlaba y monitoreaba la estación Festo. Además, se explicará su funcionalidad tomando como ejemplo el programa de la estación de nivel El recuadro más grande que se observa representa un ciclo while. Es una estructura cíclica que permite ejecutar más de función de manera repetitiva. Se detendrá solo si se aplica una valor booleano (true, 1 o 0). Los recuadros de menor tamaño representan una instrucción if. Permiten controlar procesos que tienen lugar, típicamente en función del valor de una o varias variables, de un valor de cálculo o booleano, o de las decisiones del usuario. Debe aclararse que, como en todo lenguaje de programación, maneja varios tipos de variable como: Numéricas (int, double, long), Booleanas (0, 1, true, false), String (caracteres de cualquier tipo #, ~). Comprendido esto, se procederá a explicar la función que realiza la estructura de la imagen de arriba. Como se observa, en un principio se encuentra una variable tipo booleano (Nivel), que es enviada a nuestra estructura If. Si el valor que recibe es true o 1, entrará a dicha instrucción y ejecutará la tarea asignada.
  30. 30. 30 En este caso esa orden es que abra un subpanel (ventana secundaria) de control y consecuentemente lo haga correr. Si el valor es false o 0. Permanece sin hacer algo. La primer sección, es la etapa donde se abre la ventana secundaria, esto se logra gracias a la función de nodo de invocación llamada “FP.OPEN”, que traducido al español es panel frontal abierto. Y para poder ser activada fue necesario agregar una variable de tipo booleano (true). El panel secundario es el que se encuentra justo antes de esa función. Ese cuadro es el que hace referencia al subpanel (Open Vi Reference). En la segunda parte, esta otro nodo llamado “Run VI”, que tiene como objetivo el hacer actuar el programa que contiene el VI o la ventana secundaria. Del mismo modo que “FP.Open”, se debe activar con una variable de tipo booleano. Y por último, se localizan condiciones para indicar cuando está habilitado y cuando no, el subpanel. Donde, si el estatus de error que arroja la función FP.Open, es falsa, envía una señal booleana a las variables Operando y Detenido para advertir que la ventana secundaria está habilitada como se observa en la imagen. 1 2 3
  31. 31. 31 Lo mismo sucede en la parte de “RUN VI”, y señaliza que el subpanel ha sido deshabilitado. Cabe aclarar que cuando nos referimos a un estatus de error falso, significa que el programa se está ejecutando correctamente. Las siguientes son solo referencias de error y referencia del VI utilizado. La siguiente imagen es parte del mismo ciclo while de la ilustración de arriba. Como se percibe, en esta otra figura se encuentra otra instrucción if. Solo que esta vez fue utilizada como un case. Por su traducción al español caso, contiene más de una opción de operación que puede ser realizada dependiendo del valor que se le asigne. Tenemos dos variables de tipo booleano: Salir y Stop, las cuales fueron convertidas a un valor de tipo int (entero) por medio de una función llamada booleano a 0,1. Después haber hecho dicha conversión se multiplican por un número cualquier, en nuestro caso agregamos la multiplicación por 1 y por 2, para darle un orden.
  32. 32. 32 Y consecuentemente, el valor de las variables fue unido por medio de una operación lógica OR, que hace comparación entre 2 o más valores y dependiendo de su resultado arroja un nuevo valor que es ingresado a nuestra instrucción case: Existen solo dos casos en esta parte del programa, 1 y 2, donde el primero (Salir) ejecuta una opción de detener y cerrar el programa principal por completo o cancela la acción antes mencionada. Esto se logra gracias a otra operación case que se encuentra anidada dentro del primer case que tenemos. El ese case anidado, contiene otras 3 opciones, que son realizadas de acuerdo al botón que se pulse en el programa: “Left Button” o botón izquierdo detiene el ciclo while que controla todo el programa en general y además cierra la aplicación completamente. Aquí se utilizó un nodo invocación parecido a los anteriores, sola que esta vez tiene la función de cerrar todo panel que se le indique “FP.Close”. Además se les agrega un valor de tipo booleano en estado true a 3 variables también de tipo booleano: S1, S2 y S3 que son utilizadas para cerrar otros ciclos while anidados en este principal. La primera parte muestra un mensaje de advertencia, indicándole al usuario si desea detener y salir de la aplicación. La siguiente etapa contiene las 3 opciones de los botones que se mencionaron explicados con anterioridad. Este primer caso mostrado detiene y cierra la aplicación. 1 2
  33. 33. 33 Los siguientes dos casos, muestran una cancelación de detener y cerrar la aplicación. Por medio de un valor de tipo booleano false que es añadido al loop del ciclo while. Que al detectar ese valor falso le permite continuar su operación. El segundo caso (Stop) detiene la aplicación sin salirse de ella, solo proporcionándole un valor booleano true al loop del ciclo while, que lo detiene y deshabilita. Además, es designada una variable de tipo booleano false para los indicadores de estado. Que al momento de ser detenida la aplicación pierden su estado actual para regresar a su valor por default.
  34. 34. 34 La subsiguiente imagen es una función diseñada para brindar la fecha y hora constante actual. Donde este pequeño cuadro (Get Data/Time) es capaz de obtener la fecha y tiempo en segundos que en ese momento este sucediendo. Después se encuentra esta otra fase que adquiere los valores que genera el cuadro anterior. Long es una variable de tipo entero largo y la variable f o false es booleana hace que el valor crudo que de fecha y tiempo que entrega el cuadro Get/Data Time sea convertido a un valor String y configurado por la zona en la que se encuentra la computadora. Y por último tenemos un arreglo en donde son introducidos los valores String de la fecha y el tiempo, los cuales se dirigen a ser recibidos por una variable de tipo String (Fecha y hora). El pequeño cuadro con un guion bajo, representa un espacio en blanco en tipo String, que fue agregado para darle más orden a ese diseño. De la misma manera que en la sección de la forma visual de la aplicación. El código de programación para todos los casos es el mismo. Por lo que con el primer programa explicado en un principio de este apartado se ha explicado en general todo los demás. Solo se mostrará una imagen de cómo se componen.
  35. 35. 35 Código de programación para la estación de presión. Código de programación para la estación de pH. Código de programación para la estación de temperatura.
  36. 36. 36 El siguiente código que será explicado forma parte de los paneles secundarios. Donde se diseñaron dos modos de operación: Automático (utiliza PID) y Manual. En esta primera imagen se observa el programa estando en modo automático. A continuación se explicaran las partes del programa: 1. Como primer paso se toma la lectura de la DAQ en la cual se lee un valor de voltaje de 0 a 5 volts l cual se multiplica por 20 para convertir la lectura a un rango de 0 a 100%. 2. Se calcula la ganancia de salida integral por medio de la regla se Simpson, el cual es un método de integración, para esto se toman tres valores tomados de muestra y guardados en los shift-register. 3. Se calcula la ganancia derivativa por medio del cálculo de la pendiente de una recta tangente que pasa por un punto usando los valores acumulados de muestra en los shift-register. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
  37. 37. 37 4. Se calcula la ganancia proporcional restándole al SetPoint a lectura tomada. 5. Una vez obtenidas las ganancias se procede a sumarlas y delimitarlas en un rango de 0 a 10 para no obtener un valor muy grande a la salida. 6. Una vez delimitada la lectura se multiplica por .5 para obtener un valor de voltaje equivalente en una escala de 0 a 5V además de multiplicarla por 20 para escalarlo de 0 a 100% y graficarlo junto al Setpoint y el CPID. 7. Como último se escribe el valor obtenido del PID en la DAQ para llevar a cabo la acción de control. 8. Indicador de la bomba. 9. Son indicadores de cuando el programa funciona en modo manual o automático (en este caso automático). Además, se pueden observar una propiedad de las ganancias, llamada visible. Que al estar en automático (condición true dentro del if), hace aparecer los cuadros donde se manejan las ganancias. Y hace desaparecer la barra del modo manual. 10. Y por último tenemos una condición de cerrar y detener este programa, que de la misma manera que el programa anterior explicado. Se utiliza la propiedad FP.Close y también otra propiedad llamada Default Vals. Reinit All, que traducido al español significa reiniciar todos los valores por default.
  38. 38. 38 La figura que se mostrará a continuación representa el modo manual. Como se puede apreciar, la diferencia entre ambos modo se puede notarse bastante, ya que en esta sección solo tenemos un pequeño algoritmo. Donde le dimos la capacidad al usuario de manipular la variable de la manera que necesitara. Esto por medio de una barra o slide llamada Setpoint manual donde podemos colocar cualquier valor deseado en un rango de 0 a 100. Después de haber establecido un valor, ese mismo es multiplicado por 0.05 para brindar un voltaje de salida proporcional a 0-5V. Además de graficar ese valor y la variable monitoreada. Como fue mencionado arriba en la primera imagen, estando en modo automático son visibles los cuadros donde se ingresan los valores para ganancias. Al estar en manual, pasa lo mismo, pero esta vez con la barra Setpoint manual. Solo es visible estando en este modo.
  39. 39. 39 CONCLUSIONES Durante la estadía que se tuvo en los laboratorios de electrónica del Instituto Tecnológico de Los Mochis. Los resultados que se obtuvieron de nuestro proyecto llamado “Interfaz de Monitoreo y Control Festo 485”, fueron satisfactorios. El proyecto estaba basado en darle una mejora a un módulo de control y monitoreo, debido a la gran cantidad de tiempo que tenían operando, su practicidad se estaba perdiendo. Además de que su estado físico se encontraba muy deteriorado. Por lo cual, nos planteamos el objetivo de renovar todo ese proceso, para darle un toque más moderno, más interactivo y un mejor estado de operación. Así pues, en base a la propuesta obtenida, procedimos en realizar de manera progresiva los objetivos que nos fuimos poniendo durante ese periodo de trabajo. Donde después de haber examinado y comprendido el funcionamiento de la estación de control, nos dirigimos a desarrollar una aplicación que hiciera exactamente lo mismo que hacia el controlador que contenía dicha estación de trabajo. Por lo cual optamos en utilizar una herramienta software llamada LABVIEW, que por medio de algoritmos desarrollados por nosotros mismos logramos hacer que funcionará de la manera esperada. Tras haber logrado obtener eso, seguimos con acondicionar las señales que controlaba la estación. Ya que el modulo operaba con valores muy altos y nuestra aplicación software trabajaba con cifras pequeñas. Por lo que diseñamos un pequeño circuito para reducir esas grandes señales que recibía nuestra interfaz de control. Luego, al estar examinando la estación, encontramos que contenía un circuito amplificador que, reutilizamos para nuestro beneficio. Esto porque también necesitábamos amplificar las mismas señales y debido a que no conseguimos encontrar un diseño adecuado.
  40. 40. 40 Todas las etapas que íbamos efectuando, las probábamos individualmente para saber si tenían un funcionamiento correcto. Una vez que se verificaba dicho comportamiento, se unían todas las fases hasta completar lo que eficientemente resultó hoy. La estación de control y monitoreo a través de una interfaz gráfica. Con esto, proseguimos en hacer las pruebas correspondientes a lo planteado en el objetivo general. Y después de haber obtenido los mejores resultados, terminamos por darle los últimos ajustes para que quedara lista para ser utilizada. El desarrollo de esta actividad nos permitió obtener una mejor orientación con respecto nuestro perfil de profesional. Es decir, logramos tener la habilidad de ser analistas, emprendedores y creativos al momento de realizar actividades de diseño, innovación, adaptación y transferencia de tecnología para resolver problemas. Esto nos ha permitido estar lo mejor preparados posible para salir demostrar, nuestro desempeño en el ámbito laboral de una manera muy eficaz y óptima.
  41. 41. 41 RECOMENDACIONES Una de las recomendaciones más importantes que le hacemos al Instituto Tecnológico de Los Mochis es que este siempre al pendiente de los proyectos de residencia profesional que realizan dentro de sus instalaciones. Específicamente en saber que el alumnado cuente con el material necesario para el desarrollo de los trabajos de dicha actividad mencionada anteriormente. Puesto que esto, retrasa algunas veces que el progreso de los planes, y no trae beneficio tanto a estudiantes como al plantel. Otras de las recomendaciones que podemos hacerle a la institución es que, al momento de que un alumno vaya a realizar un proyecto de residencia, se le trate de brindar un área especial de trabajo, para que este pueda trabajar de manera óptima sin ser interrumpido y sin interrumpir a los profesores y alumnos en las practicas que tengan programadas en las áreas que contiene el laboratorio de electrónica. De esta manera, el alumno en cuestión no perdería tiempo al estar realizando sus actividades. Por último, le recomendamos a la institución que promueva más proyectos de este tipo para sí misma. Ya que esto le permitiría a la universidad o plantel obtener mayores mejoras en sus instalaciones o áreas por medio de proyectos que innoven o creen cosas que le proporcionen un buen beneficio.
  42. 42. 42 FUENTES DE INFORMACIÓN http://www.bucaramanga.gov.co/documents/controlinterno/FOLLETO_ACTUALIZADO_ NOVIEMBRE.pdf http://www.chr5.com/investigacion/investiga_igu/igu_aproximacion_semio- cognitiva_by_chr5.pdf http://www.ni.com/data-acquisition/what-is/esa/ http://www.ni.com/pdf/manuals/371303n.pdf http://www.pepperl- fuchs.com/global/es/classid_1826.htm?view=productdetails&prodid=29169 http://72.52.239.46/Catalog/documents//20100913130557_1497_7_Transmisor%20de%20 presi%C3%B3n%20Barksdale%20UPA2.pdf

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