1. TITULO

Control digital de temperatura de un horno con niveles regulables, para a una

mejor calidad de acabado en el secado de pintura.

2. RESUMEN

El presente proyecto trata de un control digital de temperatura para un horno el

cual se usará para el secado de pintura a niveles aproximados de 120 a 150 [ºC].

El circuito fue implementado con el sensor LM35, que, entre sus características

tiene la capacidad de medir hasta un máximo de 150 [ºC]. La señal a la salida de

este sensor es analógica y para convertir esta señal a digital se utiliza un circuito

integrado convertidor ADC0804, el cual en su salida nos entrega 8 bits de

información. De aquí partimos para implementar un circuito de muestreo utilizando

como transcodificador de binario natural a BCD natural una memoria EPROM por

su versátil aplicación y fácil adquisición, después pasando por unos

demultiplexores se conectan display de siete segmentos para el muestreo. Del

punto de donde partió este circuito también se conecta un circuito de comparación

y control para analizar los dos niveles de salida del convertidor con los dos niveles

determinados por el operador, después se hace el control con un sistema

secuencial que interviene a dos actuadores, una electroválvula y un chispero

eléctrico. Del circuito secuencial se toma una señal retardada por unos diodos la

cual ingresa aun monoestable que funge como temporizador para el chispero.

3. INTRODUCCION

3.1.Planteamiento del problema

Las pinturas líquidas y de polvo utilizadas para un acabado de calidad tienen

especificaciones técnicas de fábrica, de temperatura y tiempo de secado, para

los cuales es necesario tener un ambiente controlado y regulable con la

intención de cumplir dichas especificaciones.

En ausencia de un ambiente controlado no se alcanzará las características

deseadas del acabado, como ser, el brillo, adherencia, etc.Un sistema de

control digital logrará estas.

3.2.Objetivos de la investigación

3.2.1. Objetivo general

Control de temperatura digital para dos niveles.

3.2.2. Objetivos específicos

Diseñar e implementar un circuito utilizando un convertidor analógico/digital,

una memoria EEPROM, decodificadores, comparadores, compuertas

lógicas y display.

Mostrar los valores de la temperatura registrada en los display hasta un

valor no mayor a 150[ºC].

Utilizar actuadotes acordes a nuestro diseño

3.3.Hipótesis

En nuestra etapa de muestreo se ve el dato obtenido coherente con otros

dispositivos de medida de temperatura.

En la etapa de control para los niveles alto y bajo, obtenemos precisión para

periodos específicos de trabajo.

3.4.Justificación

El diseño y construcción de este sistema digital se está realizando para poder

controlar la temperatura en ambientes donde se requiere conocer y mantener

un valor preciso de la misma cuando se están ejecutando procesos de secado.

Este sistema de control permitirá obtener acabados de alta calidad

permitiendo a estos productos entrar en una política de alta competitividad.

En vista que la industria boliviana de productos pintados tiene un acabado no

competitivo frente a los de importación realizamos un sistema de control digital

de costo considerable para nuestro medio.

4. CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO

Sistema de control de temperatura mediante computadora.

La figura describe globalmente el sistema.

Figura Diagrama a bloques global del sistema.

En la figura se aprecian dos etapas, la de control y la de sensores y actuadores. En la primera están contenidos el algoritmo del proceso, la generación del registro y la unidad de adquisición de datos; en la segunda están el termopar tipo K y la electroválvula con su respectivos circuitos.

El control principal del sistema corre a cargo de una computadora y para compensar las limitaciones descritas con anterioridad se optó por la redundancia, esto es, que otro dispositivo entre de relevo cuando el primero falle. El dispositivo elegido es el microcontrolador 80C32 [1] de Intel el cual, aparte de fungir como control secundario, actúa también como unidad de adquisición de datos y respaldo de datos y gracias a sus tres temporizadores internos la sincronización de eventos se realiza con facilidad. La forma en como se comunican computadora y microcontrolador es por medio del puerto serie.

Control por Microcontrolador.

Contiene en su memoria de programa de 32 Kbytes el mismo algoritmo que la computadora aunque su interfaz es pobre, dispone de un LCD de 16x2 caracteres y un teclado matricial, no genera gráficas ni reportes. Posee una memoria adicional de 8 Kbytes para respaldar los datos obtenidos durante el proceso, que incluye la temperatura interna, los parámetros (temperatura objetivo, fecha, hora de inicio, etc.) y en caso de presentarse, eventos de aborto de quema y otros que representan puntos críticos de la quema.

La adquisición de datos la efectúa por medio del convertidor analógico a digital (ADC) ADS774 [2] de Burr – Brown. Este convertidor tiene una resolución de 12 bits, salida paralela, compatibilidad total con el 80C32, voltaje de referencia y oscilador internos, funciona con una sola fuente de alimentación (5 V), es de bajo consumo (120 mW máximo). La única desventaja de este convertidor es que solo dispone de un canal, por ello se emplea un integrado CD4051, multiplexor analógico 8 a 1, para aumentar el número de entradas analógicas.

El 80C32 tiene integrado un subsistema de comunicación UART en nivel TTL, para que pueda comunicarse con la computadora se emplea el driver de línea MAX232 de Maxim Semiconductor.

Control de temperatura para horno o caldera.

Son dos interruptores eléctricos por temperatura programables mecánicamente, se

puede programar la temperatura máxima y la mínima, independientemente. Uno

va de 200 a 270 grados Celsius y el otro de 40 a 90 grados Celcius.El precio de

este equipo es de $200.

5. CAPÍTULO 2 DESARROLLO

Teniendo las características de los componentes a utilizar se hará el ensayo de

cada uno de estos en laboratorio, utilizando para ello fuentes de corriente continua

para su funcionamiento.

Para el sensor, después de verificar la correcta conexión se ve las diferentes

tensiones a la salida de dicho sensor a diferentes temperaturas viendo que a cada

incremento de 1[ºC] se incrementa a la salida 10[mV], este aumento ingresa al

convertidor como un gradiente de tensión entregando a la salida un número

binario natural que coincide relativamente con el valor de temperatura ambiente,

dicha señal fue transcodificada a BCD natural, luego utilizando demultiplexores

mostramos la salida en display de siete segmentos, hasta aquí todo el desarrollo

es de carácter experimental haciendo uso de catálogos de los fabricantes.

temperatura(ºC) Vsalida(mV)20 23021 24122 25523 25824 26825 28026 29427 30028 30729 31830 32631 33832 34933 36234 37035 382

Grafica del Sensor LM 35

200

250

300

350

400

10 20 30 40

Temperatura (ºC)

Vs

alid

a (

mV

)

Para la parte del transcodificador se consiguió una memoria ROM EPROM de una

placa usada para lo cual tuvimos la necesidad de borrar los datos contenidos, a

continuación se detalla los pasos a seguir en laboratorio par el borrado y grabado

de la misma

Borrado de una EPROM

El borrado de una memoria EPROM necesita de iluminación UV. La radiación

alcanza las células de la memoria a través de una ventanilla transparente situada

en la parte superior de la misma. Debido a que la radiación solar e incluso la luz

artificial proveniente de tubos fluorescentes borra la memoria lentamente (de una

semana a varios meses), es necesario tapar dicha ventanilla con una etiqueta

opaca que lo evite, una vez que hayan sido grabadas.

El proceso de borrado necesita de una lámpara de luz UV que emita radiación en

torno a los 2537 Å a una distancia de unos 2,5 cm de la memoria. Para borrarla se

necesita que la cantidad de radiación recibida por la misma se encuentre en torno

a los 15 W/cm2 durante un segundo. El tiempo de borrado real suele ser de unos

20 minutos debido a que las lámparas utilizadas suelen tener potencias en torno a

los 12 mW/cm2 (12 mW x 20 x 60 seg. = 14.4 W de potencia suministrada). Es

importante recordar que no es aconsejable la sobreexposición, es decir,

sobrepasar el tiempo de radiación o lo que es lo mismo, la potencia luminosa

suministrada a la memoria.

Conviene que exista algún procedimiento para comprobar el estado de una

EPROM después del proceso de borrado. Si está bien borrada todos los bytes que

se lean deben contener el valor (todos a 1).

Grabado de una EPROM

Las memorias EPROM que se grabarán son de la serie 27xxx, en su versión

moderna, con una tensión de grabación de 12.5 v (en el encapsulado de la

memoria suele existir información de la tensión de grabación como PGM 12.5). Es

importante que el alumno se asegure que las memorias que adquiera tengan esa

tensión y no otra. Su precio oscila en torno a los Bs.50. De la serie 27xxx sólo se

grabarán las memorias siguientes: 27256 (32 Kb), 27128 (16 Kb), 2764 (8 Kb), por

considerar que esos tamaños son suficientes para almacenar los programas y los

datos de pequeñas aplicaciones. Además, los terminales de las 3 memorias tienen

funciones muy parecidas, lo que simplifica mucho el hardware a diseñar.

Para grabar una memoria EPROM es necesario utilizar un algoritmo recomendado

por los fabricantes de memorias con el fin de acelerar el proceso de grabación de

un byte y es el siguiente:

Establecer la dirección a grabar en el bus de direcciones de la EPROM

Establecer el dato (byte) a grabar en el bus de datos de la EPROM

Cambiar las tensiones (Vcc de +5 v a + 6.2 v, y Vpp de +5 v a 12.6 v), y

poner OE a 1.

Inicializar a 0 un contador de pulsos de grabación aplicados

Generar un pulso de grabación (PGM) negativo de al menos 1 ms

Incrementar en 1 el número de pulsos aplicados

Si se han aplicado ya 25 pulsos, activar un flag de fin de pulsos aplicados

Leer el byte que se acaba de grabar. Para leer el byte basta con poner la

señal OE a 0 después de desactivar el pulso negativo en PGM.

Compararlo con el byte original

Si son distintos: Si no se han aplicado 25 pulsos, ir a 5; Si se han aplicado

los 25 pulsos, dar un mensaje de fallo de la memoria, poner Vcc a +5 v y

Vpp a +5 v, y salir.

Si son iguales, poner Vcc a +5 v y Vpp a +5 v, y salir. Para poder realizar el

proceso de grabación del algoritmo es necesario disponer del circuito

electrónico capaz de generar las tensiones necesarias: + 6.25 v para Vcc y

+ 12.5 v para Vpp, que ya hemos estudiado.

La siguiente Tabla está referida al bus de direcciones y al bus de datos de la memoria:

BINARIO BCD BCD0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0        ,         ,       ,            ,         ,       ,            ,         ,       ,            ,         ,       ,    0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 10 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0        ,         ,       ,            ,         ,       ,            ,         ,       ,            ,         ,       ,    0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1

Ahora para la parte de comparación se realiza con dos circuitos integrados

(74LS85) para un nivel de control, este integrado es un comparador de cuatro bits

y optamos por comparar ocho bits, de los cuales a la parte A del comparador

ingresan datos del convertidor que también son ocho bits así como a la parte B

ingresan datos del dipswicht que en nuestro caso es el nivel deseado.

Para el otro nivel de control se ejecuta de la misma manera también con dos

circuitos integrados (74LS85).

La conexión adoptada para la comparación de los ocho bits se lo hace en serie,

como se muestra en la siguiente figura:

74LS85A3A2A1A0B3B2B1B0

IA<BIA=BIA>B

A<BA=BA>B

74LS85

74LS85A3A2A1A0B3B2B1B0

IA<BIA=BIA>B

A<BA=BA>B

74LS85

La salida de estos comparadores son los niveles de control (2 vineles), que usan

para diseñar un circuito secuencial de control.

     

X        

 

A            

       

B      

El anterior diagrama de tiempos representa la secuencia de control que realiza el

circuito donde:

X = Actuador (Electro válvula)

A = Nivel de control alto

B = Nivel de control Bajo

A un principio el actuador está en funcionamiento elevando la temperatura hasta

que el nivel de temperatura bajo es accionado y registrado, a una temperatura

más elevada el nivel de temperatura alto es accionado, momento en el cual el

actuador deja de funcionar ocasionando un decremento de temperatura y este

desactiva el nivel alto en primera instacia seguidamente desactiva el nivel bajo

poniendo de nuevo en funcionamiento el actuador.

Actuador nivel alto nivel bajo Estado

Co

nd

ició

n 1 0 0 a1 0 1 b0 1 1 c0 0 1 d1 0 0 a

EA/AB OO O1 11 1Oa a,1 b,1 x,x x,xb x,x b,1 c,x x,xc x,x d,O c,O x,xd a,x d,O x,x x,x

b

√c x xd x x √

a b c

Este mismo circuito de control acciona al segundo actuador (Chispero) a través de

un biestable funcionando como un monoestable (CI 4047).

- Experimental.

- Recolección de Datos.

- Pruebas de laboratorio.

- Análisis de Datos e información.

- Construcción de un prototipo.

- Verificación del cumplimiento del objetivo del proyecto de Investigación.