3.8 SISTEMA ELÈCTRICO ELECTRONICO
3.8.2 ELECTROVALVULA DIRECCIONAL
A continuación se muestran las características de la electrovàlvula de 4vías 3 posiciones a utilizar para el sistema hidráulico.
FIG. 3.24 ESTRUCTURA INTERNA DE LA VÁLVULA[FESTO,2002]
1.- Cuerpo de la válvula.
TABLA 3.4 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE ELECTROVÀLVULA.
[CETOP, 2006]
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
Están compuestos esencialmente de dos partes las cuales son el tubo y la bobina, el tubo esta atornillado al cuerpo de la válvula y contiene el ancla móvil que se desliza sumergida en aceite sin desgaste; la parte interna que se encuentra en contacto con el aceite de descarga asegura la disipación térmica. La bobina esta fijada al tubo por medio de una tuerca y si el espacio disponible lo permite puede ser girada.
TABLA 3.5 BOBINAS DE CORRIENTE CONTINUA PARA ELECTROVÀLVULAS
[CETOP, 2006]
INSTALACIÓN
Las válvulas de fijan por medio de tornillos o tirantes sobre una superficie rectificada cuyos valores de planitud y rugosidad sean iguales o mejores que los indicados por los símbolos correspondientes. Si no respetan los valores mínimos de planitud y/o rugosidad pueden producirse perdidas entre el flujo de la válvula y plano de apoyo.
FIG. 3.25 VALORES DE INSTALACIÓN DE UNA VÁLVULA [FESTO, 2002]
Nota: Los valores de la figura anterior están dados en milímetros.
3.9 SUMINISTRO DE ENERGIA.
La alimentación del sistema esta en base a baterías recargables las cuales proporcionan 12 volts cada una, por lo cual necesitamos tener una conexión en serie de 4 baterías para alimentar todo el sistema. Tomando en cuenta las especificaciones mostradas del motor eléctrico y motobomba debemos considerar que ambas tienen un consumo aproximado de 156.41 A/HORA, por lo cual requerimos baterías con un suministro de energía potente por lo tanto definimos utilizar una batería de 12V a 225A/20horas de la marca ARIZONA y clasificación 12 CGL 225 a continuación mostramos las características de la batería seleccionada.
TABLA 3.6 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE BATERÍA
Batería de ciclado profundo Manijas para su manipuleo
Mayor rendimiento energético Medidas: Largo: 265mm
Resistente a las vibraciones Ancho:181mm Alto: 285mm
Terminales especiales con inserto Tiempo de recarga: 10hs a 2.583V por
roscados de acero inoxidable elemento y con corriente limitada al 10% de C20.
Las baterías de gel están diseñadas para cumplir los requerimientos de las aplicaciones cíclicas y de alta temperatura tales como banda ancha, PVs, etc, a través de tecnología de gel de avanzada. Las baterías de gel utilizan sílice de alta pureza de origen alemán para formar electrolito gelificado y llenar las baterías con vacío para asegurar la completa penetración del electrolito a través de los separadores y las placas empastadas.
TABLA 3.7 CONSTITUCIÓN DE BATERÍA
Componente: Materia prima Sellador: Resina Epoxica
Positiva: Dióxido de plomo Válv. Seguridad: EPDR
Negativa: Plomo Terminal: Cobre
Contenedor: ABS Separador: PVC
Tapa: ABS Electrolito: gelificado
[BATERÍAS ARIZONA, 2006]
TABLA 3.8 CAPACIDAD Y MODELO DE BATERÍA
FIG. 3.26 GRAFICA DE EFICIENCIA DE LA BATERÍA [BATERÍAS ARIZONA, 2006]
3.10 ETAPA DE POTENCIA
Se pretende proporcionar un suministro 5volts en la etapa de control para la conjunción del circuito electrónico, pero sin duda debemos tomar en cuenta que tendremos así mismo una derivación de voltaje de 12 y 48 volts. Para establecer una arreglo entre voltajes utilizaremos optoacopladores (MOC’S) en la etapa de potencia como también relevadores para manejar los voltajes de los motores eléctricos los cuales son dos y la electro válvula, es decir nos ayudarán a proteger la parte de control si es que existiera una falla en la parte de potencia.
OPTOACOPLADORES
una fuente emisora de luz, y un fotosensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso.
Existen varios tipos de optoacopladores cuya diferencia entre sí depende de los dispositivos de salida que se inserten en el componente. Según esto tenemos los siguientes tipos:
Fototransistor: Conmuta una variación de corriente de entrada en una variación de tensión de salida. Se utiliza en acoplamientos de líneas telefónicas, periféricos, audio
Optotiristor: Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal lógica y la red. Optotriac: Al igual que el optotiristor, se utiliza para aislar una circuiteria de baja tensión a la red.
[ANGULO, 2003]
Un MOC es un circuito integrado que incluye un led que controla un fototriac. Este dispositivo esta especialmente diseñado para usarse como interfase de sistemas lógicos con equipos que tienen que alimentarse con máximo 230V de la red eléctrica.
Los MOC`S cuando se encuentran en estado de conducción el diodo emiten un haz de luz y el foto Triac para entrar en dicho estado y activa el elemento el cual esta controlando, es comúnmente utilizado en interfases para control de cargas, a continuación se muestra el esquema del MOC3041 de Motorola.
1.- Ánodo. 2.- Cátodo. 3.- NC. 4.- Terminal 5.- NC.
6.- Terminal FIG. 3.27 ESTRUCTURA DEL MOC3041 [ALLDATASHE, 2006]
En la tabla siguiente podemos observar los rangos máximos que maneja el MOC3041 el cual proporcionara protección al PIC 16F84.
TABLA 3.9 RANGOS MÁXIMOS DEL MOC3041
[ALLDATASHE, 2006]
Las características mas significativas de este elemento son: • Pequeño y económico encapsulado DIP 6.
• Tensión de aislamiento de 7500V.
• Capaz de proporcionar 100mA, que permite alimentar cargas directas de 20W. RELEVADORES
Un relevador es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido.
Tipos de relevadores:
• Relevadores electromecánicos: A) Convencionales.
• Relevadores híbridos.
• Relevadores de estado sólido.
FIG. 3.28 ESTRUCTURA DE UN RELEVADOR
En general, podemos distinguir en el esquema general de un relevador los siguientes bloques:
• Circuito de entrada, control o excitación.
• Circuito de acoplamiento.
• Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por: - circuito excitador.
- dispositivo conmutador de frecuencia. - protecciones.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Las características generales de cualquier relevador son:
• El aislamiento entre los terminales de entrada y de salida.
• Adaptación sencilla a la fuente de control.
• Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida.
• Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un relevador se caracterizan por: - En estado abierto, alta impedancia.
- En estado cerrado, baja impedancia.
Para los relevadores de estado sólido se pueden añadir:
• Gran número de conmutaciones y larga vida útil.
• Conexión en el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de intensidad por cero.
• Escasa potencia de mando, compatible con TTL y CMOS.
• insensibilidad a las sacudidas y a los golpes.
• Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico. Relevadores de tipo armadura
Son los más antiguos y también los más utilizados. El esquema siguiente nos explica prácticamente su constitución y funcionamiento. El electroimán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es N.O ó N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado).
FIG. 3.29 CONSTITUCIÓN DE RELEVADORES [ANGULO, 2003]
ACOPLAMIENTO.
El acoplamiento con el circuito se realiza por medio de un optoacoplador o por medio de un transformador que se encuentra acoplado de forma magnética con el circuito de disparo del Triac.
CIRCUITO DE CONMUTACIÓN O DE SALIDA.
El circuito de salida contiene los dispositivos semiconductores de potencia con su correspondiente circuito excitador. Este circuito será diferente según queramos conmutar CC, CA.
La derivación de corriente de los 127 VCA disminuye a 48V por medio de la transformación de energía, cabe mencionar que la sub derivación determinada para los elementos a controlar (Motores y Electro válvulas) la desarrollan los reguladores de la familia LM78XX, por lo cual; a continuación podemos observar las características de los elementos correspondientes.
FIG. 3.30 DIAGRAMA DE REGULADORES LM [Osemi, 2006]
TABLA 3.10 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL 7805
TABLA 3.11 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL 7812
[Osemi, 2006]
En el esquema siguiente se muestra la etapa de potencia determinada por los optoacopladores, relevadores, motobomba, motor eléctrico de avance y electro válvula.
FIG. 3.31 ETAPA DE POTENCIA
En la etapa de potencia se muestra la conjunción de elementos del sistema, por lo tanto en el diagrama siguiente podemos observar el control del motor por medio de dispositivos de disparo (TRIAC’S) los cuales
En la figura de la etapa de potencia se presenta un voltaje de 5V proporcionado del PIC16F894 al MOC3041 y este a su vez maneja por tablas 0.06A, por lo cual; si: V =IR
R = 5/0.06=83.88Ω.
Para el cálculo de las resistencias RG, RH, RI, verificamos el valor determinado en tablas de la intensidad y voltaje de los relevadores para tener: R =12/5=2.4Ω para el accionamiento de electro válvula y motobomba, de igual manera calculamos la resistencia para el motor eléctrico y el valor que se define es 2.4Ω.
El control del motor eléctrico de 48V se realizará por medio de dispositivos de disparo TRIAC’S.
FIG. 3.32 DIAGRAMA DE ACCIONAMIENTO DEL MOTOR
El TRIAC es un dispositivo que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga; es fundamentalmente una combinación paralela inversa de dos terminales de capas de semiconductor que permiten el disparo en cualquier dirección. Es un semiconductor de tres terminales que controla la corriente en cualquier dirección, las terminales de la energía están señaladas como MT1, MT2 y la terminal gate, que es el que activa el componente. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarización, es decir, mediante una corriente positiva o negativa. Cuando el voltaje en el MT2 es positivo con respecto a MT1 y se aplica un voltaje positivo en el gate, conduce el lado izquierdo. Cuando se invierte el voltaje y un voltaje negativo se aplica a la puerta, conduce el lado derecho. El mínimo que lleva a cabo la corriente IH, se debe mantener para controlar el TRIAC. [ALLDATESHE, 2006]
FIG 3.33 SÍMBOLO ESQUEMATICO DEL TRIAC [ALLDATESHE, 2006]
La etapa de acción del motor esta regida por dispositivos de disparo, triac`s (MAC 210FP); la utilización de este conlleva a verificar sus características mostradas en la tabla siguiente:
TABLA 3.12 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL TRIAC.
[ALLDATESHE, 2006]
3.11 ETAPA DE CONTROL
La presente etapa corresponde a la manipulación de los elementos para el avance y funcionamiento del sistema de ascenso automático.
TABLA 3.13 FACTIVILIDAD DE MICROCONTOLADOR
CARACTERES PIC AVR MICRO PLC
COMPONENTES ELECTRONICOS COSTO VIABLE SI SI NO NO FACIL MANEJO SI SI SI SI FACIL IMPLEMENTACIÒN SI SI SI SI TAMAÑO REDUCIDO SI SI SI SI
JUSTIFICACIÓN DE LA ETAPA DE CONTROL
Al verificar la tabla anterior pueden existir desventajas entre estos 4 elementos, ya que el PIC y AVR se caracterizan por que sirven para una función especifica y por su reducido tamaño, en cambio un Micro PLC nos influiría un poco más en costo, por ultimo al ocupar componentes electrónicos debemos tomar en cuenta costo y espacio, por lo tanto definimos que para el control del sistema utilizaremos un microcontrolador específicamente el PIC 16F84 ya que por los conocimientos que actualmente tenemos de este nos facilita un poco mas el trabajo.
3.11.1 MICROCONTROLADOR
Un microcontrolador es un circuito integrado que incorpora parte de los elementos que configuran un controlador, dispone normalmente de los siguientes componentes:
• Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso). • Memoria RAM.
• Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM. • Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.
• Diversos módulos para el control de periféricos. • Generador de impulsos de reloj.
[ANGULO, 2003]
VENTAJAS DE UN MICROCONTROLADOR (PIC) • Aumento de fiabilidad.
• Mayor flexibilidad.
Sencillez de manejo ya que su juego de instrucciones es reducido. Facilidad para localizar y conseguir información de este.
El precio es comparativamente inferior a sus competidores. Elevada velocidad de funcionamiento.
Variedad en el uso de sus herramientas de hardware que permite grabar, depurar, borrara y comprobar el comportamiento del PIC.
FIG. 3.34 ESTRUCTURA DEL PIC 16F84 [MICROCHIP, 1998]
La arquitectura del procesador sigue el modelo harvard ya que el CPU se conecta de forma independiente y con buses distintos con la memoria de instrucciones y con los datos.
La segmentación permite que el procesador realice al mismo tiempo la ejecución de una instrucción y la búsqueda del código siguiente.
Los formatos de instrucción que maneja son de una gama baja ya que tiene una longitud de 12 bits. Los modelos de gama baja cuentan con un repertorio disponible de 33 por medio del procesador RISC ( Computador de Juego de Instrucciones Reducido).
Los bancos de registro son objetos del sistema y se pueden utilizar como E/S, temporizadores, posiciones de memoria; etc.
CARACTERÍSTICAS DEL PIC
• El PIC16F84 tiene 68 registros de propósito general.
• Camino de datos con una ALU de 8 bits y un registro de trabajo W del que normalmente recibe un operando y envía el resultado. El toro operando puedo provenir del bus de datos o del propio código de la instrucción.
• Diversos recursos conectados al bus de datos, tales como puertas de entrada salida/ salida, temporizador TMR0, etc.
• Base de datos y circuitos auxiliares.
• Direccionamiento de la memoria de programa en base al controlador de programa ligado a una pila de 8 niveles de profundidad.
En la figura siguiente se muestra el banco de registros perteneciente al PIC 16F84, mostrando los rangos que guarda cada uno de los bancos.
3.11.2 PROGRAMACION
El desarrollo que se muestra a continuación representa el funcionamiento o ejecución de los movimientos de los sistemas a controlar por medio del PIC16F84, el programa se puede realizar en MPLAB y su codificación o traslape de datos se puede hacer por medio de ICPROG o PONYPROG.
“PROGRAMA A EJECUTARSE” LIST P = 16F84
.include “P16F84.INC” ; librería ORG 0
GOTO INICIO ORG 5 INICIO:
BSF STATUS, RPO ; configura los puertos MOV LW 0FH
MOV WF TRISA ; puerto A como entrada MOV LW 00H
MOV WF TRIS B ; puerto B como salida
CLR W ENCENDIDO:
BTFSC PA,1 ; brinca si el bit F tiene cero GOTO ENCENDIDO
CALL ELEYMOT ; sub rutina CLR W
MOV LW 02H ; apaga motobomba MOV WF PUERTOB
APAGADO:
BTSFC PA,1 ; brinca si el bit F tiene cero
GOTO APAGADO
CLR W
MOV LW 00H ; apaga el sistema
MOV WF PUERTO B
CLR W
MOTOR: ;accionamiento del circuito del motor
BTFSC PA,1
MOTOR2: ; espera para apagado del motor BTFSC PA,1 GOTO MOTOR2 CLR W MOV LW 00H MOV WF PUERTB ELEYMOT
MOV LW 03H ; enciende motobomba y electro
MOV WF PUERTO B
CALL TIEMPO ; subrutina de tiempo
CALL TIEMPO CALL TIEMPO CALL TIEMPO CALL TIEMPO CALL TIEMPO CALL TIEMPO RETURN ; subrutina de 1 segundo de retardo TIEMPO: MOV LW 0x21 MOV WF CONTA2 TIEM2 MOV LW 0x64 MOV WF CONTA1 TIEM1 MOV LW 0x64 MOV WF CONTA0
TEM0 DECFCZ CONTA 0,1
GOTO TIEM0 DECFSZ CONTA 1,1 GOTO TIEM 1 DECFSZ CONTA 2,1 GOTO TIEM 2 RETURN END
3.11.3 DIAGRAMAS DE FLUJO
El diagrama de flujo para la ejecución del programa de accionamiento del sistema de ascenso automático, se presenta de la siguiente manera y representa el movimiento de cada variable en las rutinas de programación.
Este diagrama representa el paso de energía al motor y no su funcionamiento o acción a realizar ya que esta se desarrolla por medio del arreglo realizado con los disparadores (TRIAC`S).
3.12 DIAGRAMA ELECTRÓNICO
FIG. 3.38 DIAGRAMA DE CIRCUITO ELÈCTRICO
El diagrama esta determinado por:
• E: Alimentación de 127VCA con su derivación respectiva de 48V, 12V y 5V por medio de reguladores del tipo LM
• PIC 16F84
• Entradas de señales en contactos 1,2,3. (Puerto A en RA0, RA1, RA2) • Cristal de 4Mhz.
• Dos capacitores cerámicos de 24pF.
• Salidas de señala en puerto B (RB1, RB2, RB3.). • Tres Optocopladores (MOC`S 3041).
La figura siguiente muestra la interacción de todos los sistemas ya unidos y acoplados en el ascensor de carga automático.
FIG. 3.39 INTEGRACIÓN DE LOS ELEMENTOS.
MANUBRIO
UÑAS
DEPOSITO HIDRÁULICO BATERÌAS
3.13 SUMARIO
Al concluir el análisis hidráulico, mecánico, la etapa de control y potencia del sistema, se obtuvieron buenos resultados del diseño. Los resultados fueron los esperados, ya que cumplen con las especificaciones y requerimientos que el propio sistema exige para su desarrollo. Se pudo ampliar y entender el proyecto a elaborar de una manera más clara así también la forma de operar de los sistemas electrónicos y eléctricos, además de establecer la comunicación entre ambos.
A lo largo del capitulo se muestran los problemas resueltos y la realización de los diferentes cálculos de los elementos estructurales como vigas, columnas, elementos de transmisión, etc., se llegó a obtener una noción más amplia de estos temas y la importancia que tienen. Por medio de la etapa eléctrico – electrónica se pudo realizar al mismo tiempo la programación pudiendo comprobar la utilidad del tipo de software utilizado y los componentes electrónicos para la integración de un sistema de transporte.
CAPÍTULO IV
En este capítulo es viable
verificar y contemplar el costo total del proyecto , tomando en cuenta
la información proporcionada en los capítulos anteriores, por lo cuál; en el presente se demostrará la
eficiencia de los costos de fabricación de este ascensor..
INTRODUCCIÓN
En el capítulo anterior se pudo observar y detallar cada uno de los elementos a utilizar en el sistema de transporte automático, más sin embargo también es imperativo detallar la parte que ocupan los costos en este proyecto, por lo cual; este capítulo desglosa el costo que tendrá el proyecto.
4.1 DEFINICIÓN DE PROYECTO
El proyecto el cual se desea implementar esta destinado a cumplir una necesidad especifica teniendo un alcance social y económico. Para convertir el proyecto en algo tangible es necesario asignar los recursos necesarios a fin de conocer los estados viables que genere el sistema de trasporte automático.
El carácter del ascensor de carga automático es de tipo social ya que las necesidades que satisfacen son sociales. Su influencia esta determinada por un Área local ya que el proyecto esta determinado para las pequeñas y medianas empresas.
Finalidad. Modernización de un sistema de transporte confiable.
Grado de Complejidad. Es de propósito único ya que la producción se debe a un solo bien como prototipo de implementación.
4.2 DEFINICIÓN DE COSTO.
Los costos se pueden generar dentro de una empresa y están considerados como una unidad productora. El término costo ofrece múltiples significados y hasta la fecha no se conoce una definición que abarque todos sus aspectos. Su categoría económica se encuentra vinculada a la teoría del valor, "Valor Costo" y a la teoría de los precios, "Precio de costo".
2. Lo que es sacrificado o desplazado en el lugar de la cosa elegida. [Alatriste,1998]
4.3 ESTUDIO DE COSTOS.
Tomando en cuenta que el proyecto presentado se entiende como el proceso de medidas y cumplimiento de objetivos para la solución de un problema, con la finalidad de resolver una de muchas necesidades de distintas variables, es imperativo el contemplar que dicha acción se resuelva con los intervalos que generan en los gastos en dicho proyecto.
Las ventajas y desventajas del proyecto se llevan de la mano con los caracteres económicos y/o sociales de la población
De acuerdo a esto, el análisis económico determinará la posibilidad de implementación del sistema desde el punto de vista monetario, es decir; la rentabilidad del sistema de transporte automático.
4.4 MATERIA PRIMA.
Ya que el sistema de transporte automático esta dividido en tres sistemas (mecánico, hidráulico y eléctrico – electrónico) es posible que de igual manera se pueda subdividir estos elementos para su estudio económico. Inicialmente desglosaremos cada uno de los elementos a utilizar de acuerdo al sistema para posteriormente costear cada uno.
• Mecánico. Contempla el estudio monetario de la mayor parte de la transmisión como lo es:
Perfil tipo “C” (UÑAS). Perfil rectangular (RIEL).
Perfil tipo “L” (UNION RIEL – PERFIL). Juego de engranes para transmisión. Flecha de transmisión.
Llantas para trabajo extra pesado.