CAPITULO IV RESULTADO DE LA INVESTIGACIÓN
21
CAPITULO IV RESULTADO DE LA INVESTIGACIÓN
Transcript of CAPITULO IV RESULTADO DE LA INVESTIGACIÓN
CAPITULO IV
RESULTADO DE LA INVESTIGACIÓN
51
A.- PROPUESTA DEL DISEÑO.
Para desarrollar el sistema automatizado de supervisión y control, se ha
optado por dividir el proyecto en cuatro fases, las cuales contemplan desde la
concepción del diseño, hasta la construcción del prototipo y operacionalización
del mismo.
La organización de las fases atiende a la descripción teórica de los
elementos que conforman el diseño, donde se destacan las características de
cada uno de los componentes y posteriormente a la operacionalización de
dichos elementos que forman parte del circuito.
B.- ESTUDIO DE FACTIBILIDAD.
1.- FACTIBILIDAD TÉCNICA.
En el ámbito de la factibilidad técnica se realizaron estudios de mercado
para constatar que los elementos requerido para llevar acabo el proyecto se
encontraban disponibles.
Para lograr esto se practicaron visitas a cada una de las tiendas
proveedoras de dispositivos electrónicos y una vez confirmados el
52
abastecimiento de los componentes necesarios, así como los manuales de
operación de dichos componentes, se determino que existía la disponibilidad
técnica para la realización del proyecto.
2.- FACTIBILIDAD ECONÓMICA.
En cuanto a la factibilidad económica se determinó que el sistema
automatizado de supervisión y control brinda una proporción favorable costo-
beneficio; ya que desempeña amplias labores y funciones con una inversión
relativamente baja. Para llegar a esta conclusión se elaboró un presupuesto
donde se especifican los componentes mas importante utilizados en el circuito.
La selección de los componentes se realizó tomando en cuenta características
como: bajo consumo de energía, facilidad de reemplazo y existencia en el
mercado. Los principales proveedores encontrados fueron “componentes para
la ingeniería electrónica” con sede en la ciudad de Barquisimeto (Vzla), y
semiconductores C.A. (SEMCA) radicada en Maracaibo Edo. Zulia (Vzla).
El presupuesto fue realizado en el mes de noviembre de 1998, lo que
explica que puede presentar fluctuaciones con el paso del tiempo. A
continuación en la figura # 3 se muestra un cuadro con el balance de costo del
proyecto según dos proveedores.
53
Figura # 3
Presupuesto Estimado de Gastos
Descripción Precio componente para la ingeniería
Precio SEMCA
PIC 16C84 Bs. 3.500 Bs. 4.500
L.C.D. Bs. 8.500 Bs. 11.000
Optointerruptor Bs. 1.000 Bs. 1.000
Relé Bs. 1.200 Bs. 1.300
Fuente: Cayama y Ordoñez 1999.
3.- FACTIBILIDAD OPERATIVA.
La factibilidad operativa se ve influenciada por el tipo de proyecto.
Debido a que esta investigación se realiza para resolver un problema específico
de la empresa Imagen Color T.V., la operatividad del sistema automatizado de
supervisión y control quedó satisfecha con la realización de las respectivas
pruebas que certifican el cumplimiento cabal de todos los objetivos propuestos.
B.- ESTRUCTURA OPERACIONAL.
Las estructura operacional viene dada por el desarrollo de cada una de
54
las fases de la investigación. En primera instancia se plantean los
requerimientos que satisfacen el sistema; posteriormente se secciona el diseño
en circuitos, luego se realza una descripción detallada de la función de cada
módulo y finalmente se definen las características y funcionamiento global del
sistema automatizado de supervisión y control.
4.- PRIMERA FASE: DEFINICIÓN DEL DISEÑO.
La primera fase contempla la determinación de los requerimientos del
sistema de supervisión y control a implementar.
Para concretar el alcance y desempeño de dicho sistema se hace
necesario formular las especificaciones que debe incluir el prototipo a fin de
lograr que el dispositivo satisfaga todas las necesidades. Los requerimientos
del sistema automatizado de supervisión y control se obtuvieron a través de
entrevistas realizadas a entes asociados con él proceso de fabricación de
transformadores no automatizado. En esta empresa se evidencio la necesidad
de poseer un sistema de monitoreo y control en la tarea de fabricación, ya que
el comportamiento de dicha tarea es regulado por un operador humano
propenso a cometer errores. Otra fuente de información la constituyeron
empresa donde los procesos en su mayoría son automatizados. En estás se
55
verificaron los elementos que debe incluir el sistema para cumplir con las
funciones requeridas.
A continuación se destacan las características más importantes propias
del sistema.
El sistema fue desarrollado bajo una configuración estrictamente
modular, es decir, todas las partes que lo compone están dividida y clasificada
según su función.
El sistema posee la capacidad de realizar mediciones de
parámetros del proceso de fabricación tales como (velocidad, numero de vuelta
del embobinaje y otros) que se denominan variables del proceso.
El circuito muestra las variables del proceso mediante un circuito
de visualización que la muestra en una pantalla de cristal liquido.
Opera bajo un software que permite realizar las funciones al
sistema de supervisión y control con el menor ajuste posible.
Se obtuvo un sistema que conjuga un conjunto de circuitos
integrados en un área relativamente pequeña, usando para ello componentes
sencillos, de fácil adquisición y bajo costos.
56
Figura # 4
Visión general del sistema
Fuente: Cayama y Ordóñez 1999
5.- SEGUNDA FASE: SUBDIVISIÓN DEL DISEÑO.
Una vez definido y especificado el circuito es necesario realizar una
división del diseño en sección o bloques a fin de facilitar la comprensión y
elaboración del sistema.
El desarrollo del sistema sufre una primera división tomando en cuenta
que el circuito atiende a requerimientos de hardware y software. De esta
manera el sistema se compone de una circuitería física que sigue instrucciones
contenidas en un programa preestablecido. La figura # 5 muestra una primera
división del diseño.
57
Figura # 5
Bloque Principal del Sistema
Fuente: Cayama y Ordóñez 1999
6.- HARDWARE.
El bloque que contempla todo el hardware del sistema se subdivide a su
vez en tres etapas o módulos. Estas etapas tienen la característica de agrupar
circuitería destinada a desempeñar un fin común. La división por etapas facilita
la comprensión del diseño, ya que permite dividir éste en secciones simples y
tina vez evaluadas acopladas entre sí de acuerdo a las necesidades.
Las etapas que conforman el hardware del sistema automatizado de
supervisión y control pueden definirse de la siguiente forma:
58
Visualización de variable.
Circuito principal de control de variable.
Control de velocidad.
Como se apunta anteriormente cada una de estas etapas serán descritas
en forma conceptual para luego ser definida la operación especifica en el
prototipo desarrollado, en la figura # 6 se aprecia el diagrama de bloques que
conforma el hardware del sistema
Figura # 6
Diagrama de bloque del hardware
Fuente: Cayama y Ordóñez 1999
59
7.- VISUALIZACIÓN DE VARIABLE.
La etapa de visualización de datos y variables tales como el número
predeterminado de espira del embobinaje del transformador y el número de
espira actual en el proceso de embobinaje que maneja el circuito principal de
control mediante el Microcontrolador, muestran dichas variables a través de
una pantalla de cristal liquido de 2Lxl6C con comunicación paralelo.
El gráfico de la figura # 7 muestra la pantalla del circuito.
Figura # 7
PANTALLA DE CRISTAL LIQUIDO
Fuente: Cayama y Ordóñez 1999
60
8.- CIRCUITO PRINCIPAL DE CONTROL.
Esta etapa del circuito tiene como componente principal un
Microcontrolador que mediante un software de rutinas es el encargado de
supervisar y controlar el motor embobinador y detenerlo en el momento
preciso en el cual el número de espira de la bobina del transformador en
construcción sea igual al valor preestablecido introducido previamente por el
operador que se muestra en la pantalla de cristal líquido.
Para detener el motor el circuito principal de control se vale de un relé
multicontacto que se activará, en el momento preciso en que el número de
vuelta actual del proceso sea igual al preestablecido, esto se efectuará al
invertir la polaridad de la alimentación del motor encargado del proceso de
embobinaje para aplicar un torque inverso por un instante que es suficiente
para detenerlo.
La figura # 9 muestra toda la circuitería necesaria para el circuito
principal de control y la etapa de visualización de las variables del proceso, de
igual manera la figura # 10 muestra el diagrama del circuito encargado de
invertir la polaridad de la alimentación o inversor de polaridad para detener el
motor.
61
Figura # 9
CIRCUTO PRINCIPAL DE CONTROL
Fuente: Cayama y Ordóñez 1999
62
Figura # 10
INVERSOR DE POLARIDAD PARA DETENER EL MOTOR
Fuente: Cayama y Ordóñez 1999
El circuito principal de control posee cuatro pulsadores tres de los
cuales le permite hacer un preajuste del número de vuelta del embobinaje
(1,10,100) y un cuarto pulsador que admiten las funciones de STOP/ RUN esta
función permite detener el motor bajo una circunstancia extrema tales como
reordenar el alambre de la bobina del transformador mientras se efectúa el
proceso de fabricación y arrancarlo posteriormente sin necesidad de
reprogramarlo, esto se realiza mediante el circuito que se muestra el la
figura#11.
63
Figura # 11
PULSADORES DE PREAJUSTE
FUENTE: Cayama y Ordóñez
El circuito principal cuenta el número de vueltas actual del proceso
mediante la ayuda de un optointerruptor que se conecta a la entrada TOCK 1
del Microcontrolador enviando un pulso cada vez que se cumple un ciclo del
64
motor ya que es interrumpido el haz de luz, debido al puerto RAO, se colocó
un buzzer con el propósito de verificar las funciones que el PCI 16C84 realice,
la figura # 12 muestra en forma detallada el circuito interno del optointerruptor
y su conexión con el Microcontrolador
Figura # 12
OPTOINTERRUPTOR
Fuente: Cayama y Ordóñez.
9.- CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR.
Esta etapa la constituye un Triac para reducir por control de fase por corriente
65
AC, cuya función es la de variar la velocidad del motor.
Descripción del funcionamiento del circuito. El funcionamiento es
sencillo, un circuito RC de control de compuerta donde el disparo para un tría
se muestra en la figura # 13 donde el capacitor se carga a través del
potenciómetro R de 220 KΩ durante la parte del ángulo de retardo de cada
semiciclo. Durante un semiciclo positivo, MT2 es positivo con respecto de MT
1 y la placa superior del capacitor C cuyo valor se encuentra establecido por
100 nF es cargada positivamente. Cuando el voltaje en el capacitor C alcanza
un valor lo bastante grande para entregar suficiente corriente de compuerta
(IGT) para disparar el triac, éste se dispara. Durante un semiciclo negativo, C se
carga negativamente en su placa superior. De nuevo cuando el voltaje a través
del capacitor alcanza un tamaño bastante grande para entregar la corriente de
compuerta suficiente en la dirección opuesta a través de la compuerta para
disparar el triac, este se dispara. La velocidad de carga del capacitor C está
dada por el potenciómetro R. Para un R grande, la velocidad de carga es lenta,
causando un retardo de disparo grande y una baja corriente de carga promedio.
Para un R pequeño la velocidad de carga es alta, el ángulo de retardo de
disparo es pequeño, y la corriente de carga es alta.
A continuación se muestra el circuito de control de velocidad La figura
# 13.
66
Figura #13
CONTROL DE VELOCIDAD
Fuente: Cayama y Ordóñez 1999.
En el anexo a se encuentra el esquema general de todo la circuitería del
sistema de supervisión y control ( visualización, circuito principal de control y
control de velocidad del motor).
10.- SOFTWARE.
El software de operación del microcontrolador se basa en tina estructura
modular; en otras palabras se encuentra seccionado en bloques que se ejecutan
dependiendo de las señales de excitación suministrada ya sea por el proceso o
67
el operador.
El software que gobierna el microcontrolador lo configura para que éste
trabaje como contador, de esta manera los pulsos provenientes del interruptor
óptico harán que el registro TMRO del contador se incremente. Por otro lado el
microcontrolador comparará el estado del contador con el valor
predeterminado, para decidir si detiene o no el giro del motor embobinador.
Esta acción se lleva a cabo mediante una rutina de comparación que toma la
decisión de detener el motor cuando las variables comparadas son exactamente
iguales, esto se logra con la ayuda del registro de estado que coloca una
bandera cuando el resultado de la operación aritmética es igual a cero.
La información del estado actual del número de vueltas y el valor
predeterminado son mostrada en la pantalla de cristal líquido mediante una
subrutina que permite enviarle las órdenes de control al módulo LCD por
medio de un cable paralelo.
El software presente en el microcontrolador también inspecciona el
estado de los pulsadores para determinar si el operador desea detener el giro
del motor por una u otra causa.
La figura # 14 presenta el diagrama general de bloque del software que
describe en forma detalladas todas las rutinas a seguir por el microcontrolador.
68
Figura # 14
DIAGRAMA GENERAL DEL SOFTWARE
Fuente: Cayama y Ordóñez 1999.
Los diagrama de flujo de las, rutina de interrupción y la rutina del
69
display se encuentra en el anexo B, y el programa del software del
microcontrolador se encuentra anexado en el anexo C
70
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Una vez culminado el sistema automatizado de supervisión y control,
que utiliza como dispositivo central un microcontrolador, se determina que el
desarrollo de dicho sistema es viable por varias razones.
Una de estas razones es el costo relativamente bajo del sistema
comparado con las grandes cualidades brindadas por el mismo. El sistema
puede ser implantado en determinada área donde se lleve acabo procesos de
embobinaje y fabricación de transformadores, ya que el funcionamiento del
mismo le brinda un ahorro de tiempo en el proceso lo que se traduce en
disminución de gasto de producción.
Se determino que para desarrollar el sistema automatizado la estructura
modular es la mas óptima por permitir una mejor distribución de los elementos
de acuerdo a sus funciones, facilitando la comprensión del mismo y lo que es
mas importante le brinda la facilidad de realizar ajustes futuros con un mínimo
de modificación y de esta manera crecer con las necesidades de la empresa.
