UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN

FACULTAD POLITÉCNICA

ELEVADOR DE CUATRO NIVELES CON TRES MODOS DE FUNCIONAMIENTO

Autores:Yo Ana Cheón

José Miguel BarbozaDerlis Romero Segovia

Orientador:Ing. Lucas Frutos

Palabras claves: elevador, ascensor, microcontrolador,

1. INTRODUCCIÓN

Un ascensor o elevador, es un sistema de transporte vertical diseñado para movilizar

personas o bienes entre pisos definidos, Estos aparatos consisten en una cabina o

plataforma que se desplazan dentro de un hueco, y se deslizan por unas guías verticales,

constando de mecanismos de seguridad y una fuente de energía eléctrica para su

funcionamiento mecánico y electrónico.

En 1.853 se exhibió un ascensor equipado con un dispositivo (llamado seguro) para parar la

cabina si la cuerda se rompía. En este caso, un resorte haría funcionar dos trinquetes sobre

la cabina, forzándolos a engancharse a los soportes de los lados del hueco así como al

soporte de la cabina. Este invento impulsó la construcción de ascensores.

Los elevadores verticales los hay de muchos tipos, ya sean de varias velocidades, diferentes

tipos de cabina, diferentes decoraciones de cabina, iluminación, etc [1].

Los elevadores hidráulicos, se distinguen de los otros porque llevan un pistón que por dentro

tiene aceite, y es lo que le propulsa para poder subir. La máquina que lleva esta llena de

aceite, y cuando el elevador hidráulico quiere bajar, la máquina absorbe el aceite que está

en ese momento en el pistón y en ese instante empieza a bajar hacia abajo. Este tipo de

maniobra es recomendable para edificios con pocas alturas, aunque también se pueden

instalar en edificios de mayores alturas.[2]

Las puertas exteriores pueden ser también de varios tipos, puertas manuales, puertas

semiautomáticas o automáticas. Los elevadores verticales pueden llevar diferente carga de

personas, dependiendo del peso que acepte la cabina, que hay desde dos personas en

adelante, dependiendo del tipo de carga que acepte.

En edificios de gran altura se hace la necesidad de la instalación de elevadores verticales ya

que nos evita tener que subir o bajar escaleras de modo que nos hacen la vida más fácil y

nos hace utilizar menos esfuerzo.

Por su especificación técnica debe disminuir la velocidad cuando alcanza cierta altura por

causa de la gravedad, para esto se utiliza variadores de velocidad controlados por PLC [3].

Estos elevadores verticales, nos hacen la vida más fácil, ya que nos evita tener que subir

escaleras en edificios de una gran altura.

1.1 Elementos constitutivos

1.1.1 Cabina

La cabina es el elemento mediante el cual son transportados los bienes o personas del

sistema de ascensores. Se halla conformada por dos elementos principales: el bastidor y la

caja.

El bastidor de acero es el elemento al que se fijan los cables de tracción y el mecanismo de

paracaídas. Su coeficiente de seguridad debe estar calculado para resistir las cargas

normales y las que se produzcan en el momento en que entre en funcionamiento el sistema

paracaídas y quede acuñada bruscamente la cabina.

La caja, fijada sobre el bastidor, debe estar construida por materiales de alta resistencia

mecánica, que además sean incombustibles y que no provoquen gases ni humos.

El techo de la cabina debe soportar sin romperse ni deformarse con el peso de dos

hombres. Sobre el mismo se han de colocar los controles del equipo en maniobra manual.

1.1.2 Grupo tractor

Los grupos tractores para ascensores están normalmente formados por un motor acoplado a

un reductor de velocidad, en cuyo eje de salida va montada la polea acanalada que arrastra

los cables por adherencia.

Los motores más utilizados son trifásicos, del tipo de rotor de jaula de ardilla.

El reductor está formado por un sinfín de acero engranado con una corona de bronce. En el

mismo eje del sinfín del reductor va generalmente montado el tambor del freno, acoplado

por un enlace mecánico a la polea de tracción.[4]

1.1.3 Maniobras de control

El control de los sistemas de ascensores es llevado adelante por maniobras electrónicas,

encargadas de operar la dirección de movimiento de la cabina y de seleccionar los pisos en

los que esta deba detenerse.

Actualmente, los controles de ascensores son microprocesadores que mediante algoritmos

de inteligencia artificial determinan la forma de disminuir los tiempos de espera de los

pedidos de llamadas coordinando los distintos equipos para trabajar en conjunto; También

se utilizan PLC para el control de giro del motor, puertas de cabina, puertas de piso,

velocidad de inicio de movimiento y velocidad de parada.

1.2 Dispositivos de seguridad

La seguridad del sistema es un elemento clave en los ascensores. Para maximizarla se

emplean varios dispositivos específicos:

1.2.1 Enclavamiento mecánico de las puertas

En el acceso a los pisos, que hace imposible la apertura de todas las puertas de acceso

excepto la del piso en que se halla detenida la cabina.

1.2.2 Enclavamiento eléctrico de las cerraduras

También en los pisos, que impide el movimiento del ascensor en caso de que alguna puerta

se encuentre abierta.

1.2.3 Paracaídas de rotura o desequilibrio de cables de tracción

Dispositivo capaz de detener el ascensor aún con plena carga, acuñándose sobre las guías,

que se utiliza para detener al ascensor cuando la velocidad de la cabina excede cierto límite

establecido o cuando se rompe uno de los cables de suspensión.

1.2.4 Limitador de velocidad

Se trata de una polea instalada en la parte alta del elevador conectada a la cabina a través

de un cable de acero el cual transmite el movimiento para monitorear la velocidad. En caso

de aumento de velocidad, el dispositivo utiliza el principio de energía centrífuga para activar

un segundo dispositivo instalado en la cabina que actúa como una cuña y detiene el

movimiento.

1.2.5 Finales de carrera

Sensores que interrumpen la alimentación cuando la cabina rebasa los extremos en

ascenso o en descenso.

1.2.6 Dispositivo de parada de emergencia

Interrumpe la maniobra, corta la alimentación del grupo tractor y actúa el freno. Permite la

detención del ascensor dejando sin efecto los mandos de cabina y pisos.

1.2.7 Timbre de alarma

Para que lo utilicen los pasajeros en caso de avería o emergencia, y recibir asistencia lo

más pronto posible.

1.2.8 Luz de emergencia

Ilumina la cabina en caso de que el alumbrado normal sea interrumpido por alguna falla o

corte de energía.[5]

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo General:

Diseñar un sistema electrónico utilizando un microcontrolador PIC, capaz de ejecutar

operaciones de forma automática o decidir sus próximas operaciones mediante señales

externas previstas por un operador, para determinar la lógica del programa.

2.2 Objetivos Específicos:

2.2.1 Montar los circuitos correspondientes para la unidad de control y la unidad de potencia.

2.2.2 Realizar la interconexión de los periféricos del microcontrolador con los respectivos

sensores y actuadores.

2.2.3 Demostrar las diversas aplicaciones que tiene el microcontrolador PIC 16F877A.

2.2.4 Diseñar el software del microcontrolador en lenguaje de programación C.

3 MATERIALES Y MÉTODOS

La estructura física del sistema diseñado está constituido por una maqueta de la fosa de un

elevador, construida por cuatro vigas en H de latón, unidas por varillas planas de hierro

sujetadas con tornillos y unidas a una base de madera mediante piezas metálicas en forma

de L. El motor de corriente continua de 24 Vatios, está posicionado en la parte superior de la

estructura para efectuar la tracción de la caja y el contrapeso mediante una correa industrial.

Las partes móviles, la cabina del elevador y el contrapeso, están encastradas a ejes que

sirven para que éstas se deslicen hacia arriba y abajo sin que se balanceen lateralmente. Se

utilizaron dos ejes para la caja del elevador y uno para el contrapeso. Los sensores

magnéticos (reed switch) están adheridos a las varillas planas que indican los pisos del

edificio, que son cuatro en total, planta baja, primero, segundo y tercer piso.

El sistema posee un panel de mando donde se encuentran los pulsadores para llamada a

los respectivos pisos y parada de emergencia y unos interruptores para la selección del

modo de operación.

También consta de un display de cristal líquido (LCD) de matriz de puntos de 40 por 2 líneas

que sirve para indicar la posición del elevador en un instante determinado [6].

El control electrónico del elevador se consigue mediante el microcontrolador PIC 16F877A

montado en un placa que tiene como periféricos los buses de datos que se conectan a los

respectivos puertos del PIC, consta de un cristal de 4 MHz para el oscilador interno del PIC

y en las entradas de la alimentación están conectados capacitores para la reducción de

ruido eléctrico, incluye un circuito de reset conectado al respectivo pin del PIC para

restablecer el sistema [7].

A continuación, se describen los bloques que componen el prototipo desarrollado.

Figura 1 Diagrama de bloques del sistema.

3.1 Software para visualización de pisos en Display

El software para visualización del display fue desarrollado en lenguaje C, y compilado con el

programa Mplab a lenguaje de máquina para ser gravado en ICprog que es el programa que

ejecuta el grabador de PIC.

3.2 Software para funciones de movimiento y parada

Al igual que el software de visualización para el display fue desarrollado en lenguaje C,

compilado con MPlab y gravado en ICprog, esta vez teniendo en cuenta los módulos de

parada con detección de los sensores reed switch y tiempo de espera en parada hasta una

siguiente señal o pedido externo mediante el circuito de mando.

3.3 Circuito de Control

Motor

Sensores

Interfaz de potencia

Circuito de control

Fuente de Alimentación

Circuito de Mando

Display LCD

Todo el sistema se encuentra gobernado por un solo circuito integrado, el microcontrolador

PIC 16F877A, este PIC dispone de 40 pines, trabaja con 35 palabras de instrucciones, es un

microcontrolador CMOS FLASH de 8 bits que posee seis puertos de entrada/salida

configurables para que operen de diversas formas.

Para la aplicación del proyecto, se utilizan los seis puertos disponibles; el puerto A actúa

como entrada para las señales de selección de modo de operación; el puerto B es la salida

que se conecta a la unidad de potencia para controlar el movimiento del motor; el puerto C

es la entrada de los sensores de pisos y de los pulsadores; el puerto D está configurado

como salida para enviar datos al LCD; y el

puerto E envía las señales de control al

LCD.

Figura 2 Circuito de control.

3.4 Circuito de Mando

El PIC 16F877A por un lado se conecta a los sensores, a los

pulsadores, a 2 interruptores, al pulsador stop, y posee dos

salidas A y B; que junto con GND se conectan al circuito

inversor de giro para controlar todos los movimientos del

motor que mueve al ascensor.

Figura 3. Circuito de mando.

3.5 Interfaz de potencia

El interfaz de potencia se realizo mediante el diseño del circuito digital tipo puente H que

hace posible la inversión de giro del motor cuando se requiera en la operación del sistema;

para esto se utilizaron los transistores TIP 122 y 127 transistores bipolares NPN 222 y

capacitor para control de ruido de la alimentación, el interfaz recibe pulsos del circuito de

control uno para que gire en un sentido y otro para el sentido contrario, cuando no hay

presencia de estos pulsos el motor permanece en reposo.

La tierra del circuito de control es común a la tierra del circuito

de potencia, si la señal de entrada es 0 Voltios y 0 Voltios

el motor ubicado en el centro no gira, una de las señales debe

ser de 5 Voltios para que empiece a girar el motor, cuando

se tenga 0 y 5 gira en un sentido y si se tiene 5 y 0 gira en

otro sentido, los 5 Voltios polarizan los transistores del

lado derecho o izquierdo del circuito, así también si ambos extremos están polarizados

tampoco habrá giro.

Figura 4. Circuito de control de giro de motor (Puente H).

4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El sistema diseñado resultó ser robusto físicamente, sin descuidar la estética, pues

soportaba el peso y el movimiento del motor sin que se aprecien vibraciones de la

estructura. La caja del elevador se deslizaba de manera suave a través de los ejes y al

arrancar no se producían saltos ni sacudidas. Dicha caja se detenía en el lugar indicado de

subida y de bajada, por lo que concluimos que la elección y disposición de los sensores fue

la correcta. Se realizaron pruebas en los modos de funcionamiento automático y manual

durante varias horas y el software no se colgó y respondió adecuadamente, el motor no se

calentó ni tampoco lo hizo el microcontrolador o la interfaz de potencia (puente H), lo que

indica que los componentes fueron dimensionados correctamente. Las placas impresas

fueron diseñadas mediante Eagle 4.17 y se manufacturaron mediante un proceso

fotomecánico,

perforadas con taladro

tipo dremmel y los

componentes

soldados con soldador de

punta fina de forma

empírica. Para grabar el

microcontrolador se utilizó el grabador que es de propiedad del laboratorio de la Facultad

Politécnica.

a) b)

Figura 5. a) prototipo a prueba y simulación de sensores en protoboard. b) prototipo teminado.

5 CONCLUSIONES

El logro conseguido fue el de construir la maqueta de un elevador funcional, lo más cercano

posible a un ascensor real utilizado en la actualidad, que puede ser utilizado con fines

didácticos para comprender su funcionamiento y para realizar el desarrollo del software que

controla un ascensor real a fin alcanzar un nivel óptimo de ahorro de energía, reducción de

tiempo de espera del usuario y desempeño del motor en un modelo a escala bastante

aproximado a uno real. Las limitaciones encontradas fueron en la construcción de la

estructura y en la miniaturización de los dispositivos de seguridad que se encuentran en un

ascensor real.

6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] sistemas de ascensores y elevadores de carga. wikipedia. Enciclopedia Libre.

www.wikipwdia.org/ascensores.

[2] Electrohidráulica. Festo Didactic. D. Merkle, K. Rupp.

[3] Motores Eléctricos. Variación de Velocidad. J. Roldán Viloria. Paraninfo.

[4] Selección y aplicación de motores eléctricos. lebosco - Dias - siemens- tomo 1.

McGRAW- HILL.

[5] Revista del ascensor- octubre 2007

[6] datasheet del display

[7] Microcontroladores PIC 16F87x. Diseño practico de aplicaciones. Segunda parte. José

M. Angulo Usategui. – Susan Romero Yesa. – Ignacio Angulo Martines.