Proyecto Final Ascensor

Abstract— Industrial electronics lab has a large variety of simulators, models and projects that can easily recreate the workings of an industrial process. In order to implement the concepts acquired during the course, it has been decided to carry out checks through the PLC ABB to lift acrylic model of the laboratory.

In this paper there are a brief description of the steps that were followed to carry out control of the elevator, the disadvantages that were solved and some modifications made.

I. INTRODUCCION

l laboratorio de electrónica industrial cuenta con una gran variedad de simuladores, maquetas y proyectos que

pueden fácilmente recrear el funcionamiento de un proceso industrial. Con el fin de aplicar los conceptos adquiridos durante el curso, se ha decidido realizar un control por medio del PLC ABB para la maqueta del ascensor acrílico del laboratorio.

E

En el presente documento se hace una breve descripción de los pasos que se siguieron para llevar a cabo el control del ascensor, los inconvenientes que se solucionaron y algunas modificaciones que fueron necesarias para un correcto funcionamiento del sistema completo.

Se utilizo una maqueta existente en el laboratorio, se adicionaron algunos mandos que serán descritos posteriormente, y se mejoraron otros, todo con el fin de obtener y manipular las señales necesarias para llevar a cabo el control de funcionamiento del ascensor.

Mediante lenguaje Grafcet se diseñó una subrutina que evaluara constantemente el estado de cada sensor y los tiempos asignados para cada piso con el fin de simular y obtener un proceso completamente automático.

II. OBJETIVOS

Objetivo General

Diseñar e implementar un control automático para el funcionamiento del ascensor, cumpliendo algunos parámetros predefinidos.

Objetivos específicos

τ Adicionar parámetros de funcionamiento a los existentes en el ascensor acrílico.

τ Seleccionar el mejor modelo de control teniendo en cuenta aspectos como funcionalidad, costos, tiempo de trabajo, etc.

τ Lograr el funcionamiento automático del ascensor, respondiendo a mandos instalados en la maqueta.

τ Monitorear de forma precisa la lectura de sensores de posición, de pisos ocupados y demás necesarios para retroalimentar el control de tal forma que la evaluación y toma de decisiones sea consecuente con los parámetros de funcionamiento predefinidos.

τ Presentar los resultados obtenidos y el funcionamiento del mismo.

III. PROCEDIMIENTO

Durante el transcurso del semestre se realizaron pruebas de funcionamiento y lectura de rangos de trabajo de los diferentes sensores que posee el ascensor, como primera parte en el procedimiento, especificaremos los elementos que componen la planta.

PROYECTO FINAL: CONTROL DE FUNCIONAMIENTO DEL ASCENSOR ACRÍLICO

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

Marta Prieto C. 20032005109 [email protected] ; Manuel Fandiño 20032005050 [email protected] ; Arnulfo Álvarez 20032005003 [email protected]

mailto:[email protected]



Electrónica IndustrialPROYECTO FINAL: “Control de Ascensor Acrílico”____________________________________________________________________________________________________

Elementos y características que componen el ascensor:

- Número de pisos: 4- Tres motores DC:

o Motor para subir y bajar el ascensoro Motor de la pinza para cierre y apertura del

mecanismo de agarre.o Motor para sacar y entrar brazo

- Cuatro sensores de existencia de carga, ubicados en todos los pisos. Estos sensores se componen cada uno de un diodo de chorro y una fotorresistencia.

- Tres sensores de herradura y un final de carrera (para el piso cero) que ubican el elevador en el piso requerido.

- Un final de carrera que permite confirmar que el brazo mecánico esta dentro de la cabina del ascensor.

Se ha adicionado a la maqueta, por efectos de automatismo:

- Un led de chorro y una fotorresistencia que en conjunto trabajan como sensor selector de piso mediante la identificación del color de cada pieza.

- Un micro controlador PIC; para que a través de éste se pueda realizar la conversión análogo digital que requiere el sensor de color.

- Driver’s de entrada y de salida para el manejo de potencia y de relevos que permitan la interfaz de comunicación entre la planta (ascensor) y el PLC.

Con base en los elementos relacionados anteriormente, y habiendo realizado las pruebas de funcionamiento pertinentes

de cada uno de estos elementos, la lógica de funcionamiento que se quiere implementar es la siguiente:

1. Al momento de encender el ascensor, el debe automáticamente tomar como referencia de posición el piso cero. Esto quiere decir que si en el momento de encender la planta, el ascensor no se encuentra en este piso, inmediatamente se dirigirá hacia este hasta que el sensor (final de carrera) confirme la posición.

2. Una vez el ascensor esta en posición inicial, queda verificando los sensores de cada piso para evaluar si hay carga al mismo tiempo que verifica si el tiempo requerido para éstas en cada piso ya se cumplió.

3. Una vez se empiece a detectar cargas desde el piso cero, todas se llevan como parte de un proceso en común al piso uno, si este último se encuentra desocupado.

4. Después de cumplir cierto tiempo en el piso uno cada carga se identifica mediante un código de color a que piso le corresponde ir luego.

5. Una vez llevada la carga a su piso correspondiente, se deja allí por otro tiempo determinado hasta que el ascensor regrese por este y decida nuevamente a cual piso le corresponda seguir.

6. El proceso es automático ya que la subrutina del ascensor revisa pisos y tiempos para estar constantemente moviéndose y cargando según el siguiente orden:

Pieza Color Secuencia de Pisos a llevar/Tiempo de cada piso

1er/15s 2do/45s 3er/55s 0

1 Blanco X X X X2 Azul X X X3 Verde X X X

Tabla 1

Restricciones:

1. Cuando se determine que una pieza debe ir a un piso se debe verificar previamente que éste se encuentre libre para realizar el traslado.

2. El piso cero, de carga inicial; necesita de un indicador que le informe si el piso uno, proceso en común está ocupado o no para permitir un correcto funcionamiento de la planta y evitar choque de piezas cuando éstas den por terminado todo su proceso y vuelvan al piso cero.

Marta Prieto, Manuel Fandiño, Arnulfo Álvarez Página 2


Con el diagrama de flujo anterior se describe específicamente la secuencia de funcionamiento que se implemento en el proyecto, estos son los parámetros de funcionamiento que se cumplieron dentro del desarrollo del trabajo.

Para llevar a cabo el control, se determino que se utilizaría el PLC ABB 07KT97, a través de lenguaje Grafcet se logro hacer pruebas de funcionamiento del proyecto, para ello también se uso una interfaz que lograra comunicar las señales del proyecto con el programa, esta interfaz fue lograda mediante relevos y drivers que permitieran una conversión de señales de 0 o 24 voltios. Los elementos utilizados en esta etapa del proyecto fueron:

- Circuitos de adaptación de señales, de acuerdo a los requerimientos del proyecto.

- Cable UTP para facilidad de identificación de cada sensor y señal.

- Computador con programa de trabajo ABB

El programa de programación del ABB trabaja bajo Windows en un entorno bastante amigable para el usuario y a la vez con gran cantidad de prestaciones que permiten combinar los lenguajes conocidos para PLC.

En el desarrollo del proyecto se diseñaron subrutinas para el manejo de los tiempos de cada piso (temporizadores TON), para el mecanismo de entrada y de salida del brazo, para el control de subida y bajada del ascensor y unas subrutinas principales que verificaran el estado de cada sensor y determinan el paso siguiente en el proceso.

Figura 2. Subrutinas de temporizadores

Esta subrutina (de los temporizadores) se está llamando constantemente de tal manera que siempre están contando.

Figura 3. Grafcet

Mediante este Grafcet análogo a una maquina de estados se está revisando constantemente el valor de los sensores y las condiciones que se cumplen, con lo cual como vemos en la figura 3 puede tomar una de las cuatro ramas y realizar un subproceso para cada piso; retornando siempre a la etapa inicial y respondiendo según la necesidad de cada piso.

En el CD, donde se entrega el informe final del presente proyecto, se encuentran anexados los archivos tipo ABB correspondientes a los programas trabajados para este desarrollo.

La otra parte complementaria a esta etapa del proyecto la constituye el sensor incluido para realizar la identificación del color.

La identificación del color es realizada directamente por la lógica establecida para el comportamiento de una fotorresistencia frente a la exposición de luz llevada en términos de bits mediante un conversor análogo digital con el microprocesador 16F877, para ello se desarrollo un programa que permitiera tomar la salida del sensor entre 0-5 Voltios y se le diera unos rangos de respuesta frente a cada color como se muestra a continuación:

Respuesta(R [voltios]) Color Bits

----------- No hay objeto 002.3<R<2.8 Blanco 012.81<R<3.4 Azul 103.41<R<3.7 Negro 11

Tabla 2 Estas señales son requeridas cuando termina el temporizado del piso uno para que el ascensor envié esta información hacia


Electrónica IndustrialPROYECTO FINAL: “Control de Ascensor Acrílico”____________________________________________________________________________________________________el PLC y sea reconocido el piso siguiente de la pieza en cuestión.

Los sensores de carga de los pisos, funcionan como fotorresistencias, de tal forma que la variación de la misma de acuerdo a la cantidad de luz recibida se utilizo para implementar un divisor de voltaje con una resistencia fija.

La variación de voltaje que produce la resistencia variable en el divisor es ingresada a un comparador implementado con un amplificador operacional, de tal forma que de acuerdo a una referencia, al momento de obstaculizar alguno de los sensores de piso, produzca un voltaje de aproximadamente 5V (un valor verdadero) que luego son elevados a 24 para ser reconocidos por los relés que finalmente transmiten la señal al PLC.

Q12N2222

R1

10k

R210k

entreda

VCC

salida

Figura 4 .Elevador de voltaje a 24VDC

Como esta configuración de emisor común niega la señal, entonces cuando no la requerimos negada colocamos otra etapa en emisor común.

De esta manera se manejaron todas las señales monitoreadas desde el ascensor, para las señales de control, básicamente se manejaron:

- 3 bits para controlar el motor de subir y bajar, implementando el cambio de dirección por medio de relevos de 24Vdc.

- 3 bits para controlar el motor de abrir y cerrar los agarres del objeto, implementando el cambio de dirección por medio de relevos de 24Vdc.

- 3 bits para controlar el motor de entrar y sacar el brazo, implementando el cambio de dirección por medio de relevos de 24Vdc.

Controlando de una forma realimentada con las señales recibidas desde el ascensor se logra manipular estos motores para hacer toda la secuencia de funcionamiento requerida.

IV. LIMITACIONES FINALES DEL PROYECTO

Finalmente en el momento de la implementación, conexión, y pruebas definitivas de funcionamiento nos encontramos con varios obstáculos que llevaron a realizar modificaciones en el mismo.

El primero fue en el motor de paso que tenia originalmente el brazo para sacarlo y meterlo y lo cambiamos por un motor DC.

Otro fue la utilización de varios voltajes para la alimentación de los motores DC, para que tuvieran una velocidad adecuada para que realizaran adecuadamente su función, entonces un voltaje de 3 a 4 voltios DC para el motor encargado de llevar el ascensor a cada piso y 12 voltios para los otros dos motores además de los 5 VDC para el microcontrolador y los 24VDC para los relevos y los amplificadores.

V. ANEXOS

En la presentación del PROYECTO FINAL DE ELECTRONICA INDUSTRIAL, se encontraran los siguientes anexos:

- Diagrama de flujo del proceso.- Archivo del programa de ABB - Informe final del Proyecto.



VI. CONCLUSIONES

El manejo del PLC debe realizarse con ciertas precauciones y con la seguridad necesaria a través de relevos (protección galvánica) que permitan aislar y proteger cada entrada y salida de éste.

El lenguaje Grafcet que maneja el PLC es idóneo para desarrollar un control a partir de diagrama de flujo y permite una rápida programación e implementación del diseño de automatismo requerido

La adaptación entre la electrónica y la parte mecánica de la planta es un aspecto fundamental para que exista un óptimo funcionamiento y finalmente un control sobre la misma.

El desarrollo de este tipo de proyectos permiten la ejecución y el desarrollo de un plan de trabajo en conjunto que pone a prueba y a la vez evalúa el conocimiento, la experiencia, y la aplicabilidad de una metodología de ingeniería para la solución de cada problema y la búsqueda de un fin en un tiempo determinado.

El proceso aunque funcional se puede optimizar aun mas como por ejemplo cambiando el tipo de sensor para el color, mejorando el mecanismo del brazo y pinza para un mayor agarre y un control preciso de velocidad sobre éstos; o cambiando el tipo de sensor para determinar si hay carga o no, ya que estos últimos requieren de ciertas condiciones o ajustes dependiendo de la exposición de luz a la que se encuentre la planta.

VII. BIBLIOGRAFÍA

- Manual de microprocesador PIC 16F877- Tutorial de PLC ABB.


Inicialización de variables

Inicio

Ir a piso 0M1 = ON down

Llego al piso

0?

DetenerseM1 = OFF

Hay objeto en

piso 1?

Ha terminado

el tiempo de piso 1?

Ir a piso 1M1 = ON up

Llego al piso

1?

1

Hay objeto en

piso 2?

Ha terminado



Llego al piso

2?

DetenerseM1 = OFF

Sacar BrazoMB = ON out

Ha terminado el tiempo para sacar

brazo?

La pieza

es C2?

Cerrar Mano Mm = ON close

Hay objeto en

piso 3?

Detener BrazoMB = OFF

Entrar BrazoMB = ON in

Ha entrado completamente el brazo?

B

Ha terminado el tiempo

para cerrar mano?



Ir a piso 0M1 = ON down

Llego al piso

0?



brazo?

Abrir Mano Mm = ON open

Ha terminado el tiempo para abrir

mano?



B

X1

D

A



Hay objeto en

piso 3?

Ha terminado



Llego al piso

2?

DetenerseM1 = OFF



brazo?

Detener BrazoMB = OFF

C

B


C


para cerrar mano?



Ir a piso 0M1 = ON DOWN

Llego al piso

0?



brazo?



mano?



Hay objeto en

piso 0?

Ha terminado


Ir a piso 0M1 = ON DOWN

Llego al piso

0?

DetenerseM1 = OFF


Hay objeto en

piso 1?




B


para cerrar mano?




Llego al piso

3?



brazo?



mano?



X1



para cerrar mano?




Llego al piso

2?



brazo?


mano?


X2



DetenerseM1 = OFF



brazo?

La pieza

es C1?

Hay objeto en

piso 2?

Detener BrazoMB = OFF Entrar Brazo

MB = ON in


A

X2

1

La pieza

es C2?

Hay objeto en

piso 2?





A

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