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IPN. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD CULHUACAN

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA.

POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN:

SEMINARIO. “CONTROL MODERNO APLICADO A MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATORIAS Y SISTEMAS AUTOMATIZADOS”.

Reg: fns5122005/07/2007 PRESENTAN: ISMAEL BLANCAS ROLDAN. ENRIQUE CONTRERAS CAMARGO. FRANCISCO JAVIER MARTINEZ RODRIGUEZ.

TEMA. CONTROL APLICADO A MEZCLADORA DE PINTURAS.

OBJETIVO: ATACAR UNA APLICACIÓN INDUSTRIAL TENIENDO COMO BASE

CONOCIMIENTOS SÓLIDOS DE INGENIERÍA.

ÍNDICE: CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS. CAPÍTULO 3. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. CAPÍTULO 4. DISEÑO ELECTRÓNICO. CAPÍTULO 5. TRABAJO A FUTURO. CAPÍTULO 6. CONCLUSIÓN RECOMENDACIONES.

M. EN C. LÁZARO CASTILLO BARRERA ING. EDGAR MAYA PÉREZ COORDINADOR ASESOR ASESOR

M. EN C. GUILLERMO TRINIDAD SÁNCHEZ M. EN. C HÉCTOR BECERRIL MENDOZA ASESOR JEFE DEL DEPARTAMENTO DE ICE.

ÍNDICE. CAPITULO I INTRODUCCIÓN.............................. ..............................................................1 I.1 OBJETIVO .........................................................................................................1 I.2 ALCANCE ..........................................................................................................1 I.3 JUSTIFICACIÓN................................................................................................2 I.4 ESTRUCTURA DE LA TESINA.........................................................................7 CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS....................... ................................................8 II.1 MAQUINAS ELÉCTRICAS. ..............................................................................8 II.2 PROGRAMACIÓN............................................................................................8 II.3 SISTEMA NEUMÁTICO....................................................................................14 CAPITULO III DESCRIPCIÓN DEL PROCESO................. .................................................17 III.1 INTERFAZ GRAFICA ......................................................................................19 III.2 DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL UTILIZADO.................................................22 CAPITULO IV DISEÑO ELECTRÓNICO ....................... .....................................................24 IV.1 SENSORES.....................................................................................................24 IV.2 ETAPA DE CONTROL. ...................................................................................26 IV.3 PROGRAMA....................................................................................................27 IV.4 COMUNICACIÓN SERIAL ..............................................................................36 IV.5 ETAPA DE POTENCIA ...................................................................................37 CAPITULO V. TRABAJO A FUTURO.......................... .......................................................39 V.1 CONTROL DISTRIBUIDO................................................................................39 CAPITULO VI. CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES ............ ......................................46 APÉNDICE A. DIAGRAMAS ELECTRÓNICOS .................. ...............................................47 ANEXO ................................................................................................................................49 BIBLIOGRAFÍA......................................... ...........................................................................51

CONTROL APLICADO A MEZCLADORA DE PINTURAS

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CAPÍTULO I.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, la imperante necesidad de sistemas de manufactura más eficientes y, por

ende, procesos más rápidos y de mayor calidad, siempre con la meta de optimizar al máximo

los recursos para así obtener la mayor ganancia; nos remite a pensar inmediatamente en un

sistema de automatización, el cual nos brinda un sin fin de beneficios siempre con la mira

puesta en la mejora constante del proceso.

Entre los muchos beneficios que se obtienen al utilizar un proceso automatizado se

encuentran; en primer lugar, como consecuencia de la utilización de máquinas y sensores, la

notable reducción de tiempos improductivos, debido a que tienen un ciclo de trabajo mucho

mayor que los humanos y, por la misma causa, se consigue un aumento en la efectividad de

los procesos, esta última característica esta ampliamente ligada con otros rubros como son; el

monitoreo del estado en el que se encuentra el proceso, que es de gran utilidad para mantener

vigilado el sistema, y así procurar su funcionamiento óptimo o, en el peor de los casos,

enterarse oportunamente de alguna falla repentina en él, el otro rubro importante son los

sistemas computacionales que se han convertido en la columna vertebral de cualquier sistema

porque gracias a ellos, es posible utilizar potentes lenguajes de programación en circuitos

integrados, o facilitar el seguimiento paso a paso de un proceso gracias a una interfaz gráfica

o incluso es factible obtener información útil para conformar una base de datos que nos

permitan realizar estadísticas, reportes, historiales, en fin, cuando en un proyecto se logran

unificar la electrónica, la mecánica y un software sencillo y práctico, se consigue como

resultado un producto atractivo, dinámico y funcional ya que, con algunas pequeñas

modificaciones, ya sean de software o de la constitución mecánica o electrónica, es posible

cubrir prácticamente cualquier necesidad a un costo ingeniería-producto bastante accesible.

I.1 Objetivo

La meta principal que rige el proyecto es la convicción de integrar en un solo sistema

aplicaciones tales como; electrónica de potencia, programación estructurada orientada al

manejo de PIC’s, programación orientada a objetos, fenómenos físicos, que se utilizarán

esencialmente en el proceso de llenado, sólo por citar los más destacados, y aún más

importante que los ya mencionados es crear un proyecto cien por ciento funcional y aplicable a

algún proceso industrial como lo es el de mezclado de líquidos, ya que este proceso requiere

de gran cuidado en la proporción de los componentes para obtener el resultado deseado.

I.2 Alcance

Nosotros implementaremos el control de la proporción de cada elemento de la mezcla

mediante el tiempo de apertura y cierre de las electroválvulas correspondientes a cada


-2-

componente. Además, como medidas de seguridad, se utilizarán dos lazos cerrados, en otras

palabras, dos sensores que permitirán, en el caso del primero de ellos, detectar y corregir la

posición del plato giratorio que sostiene los recipientes, con el fin de evitar cualquier derrame o

desperdicio de alguna sustancia, otra medida de seguridad la llevará a cabo el segundo sensor,

informando si el recipiente en turno ya contiene algún líquido o no, con la finalidad de evitar

mezclas no deseadas.

Adicionalmente, cada fase del proceso podrá ser monitoreada gracias a una interfaz gráfica, la

cual mostrará: el nombre de la mezcla a realizar, los componentes de la misma y el tiempo en

que los elementos son vertidos sobre el recipiente.

I.3 Justificación

Puesto que la mezcla de líquidos es crucial para de un sin fin de procesos industriales,

decidimos incursionar en ese campo porque, con los conocimientos que contamos, es posible

crea un sistema bastante confiable y seguro con un costo muy atractivo.

Los mezcladores se agrupan en cinco clasificaciones primarias:

a.-) mezcladores de flujos o corrientes;

b.-) de paletas o brazos;

c.-) de hélices o helicoidales;

d.-) de turbinas o de impulsos centrífugos

e.-) varios tipos diversos.

En este tipo de mezclador, se introducen los materiales casi siempre por medio de una bomba

y la mezcla se produce por interferencia de sus flujos corrientes. Solo se emplean en los

sistemas continuos o circulantes para la mezcla completa de fluidos miscibles

a.1.-) Mezcladores de Chorro: estos se basan en el choque de un chorro contra otro,

generalmente ambos a presión. Este tipo de mezclador se emplea a veces para líquidos, pero

su mayor aplicación es la mezcla de combustibles gaseosos antes de inflamarlos.

a.2.-) Inyectores: consisten en esencia en un tubo principal, y en un tubo, un surtidor, y un

orificio auxiliar por el que se inyecta un segundo ingrediente en la corriente principal. Este tipo

de mezclador, sencillo y poco costoso, se emplea mucho para mezclar, en cualesquiera

proporciones, gases con gases, gases con líquidos, y líquidos con líquidos. El principal

ingrediente pude ser un gas o un líquido. En algunos casos la velocidad de la corriente en la

tubería principal induce la circulación del material en la tubería auxiliar. En otros casos se

alimenta el material por la tubería auxiliar a presión y velocidad suficiente para que circule por

la tubería principal. Este material procede del tanque de alimentación y se recircula por medio

de una bomba exterior.


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a.3.-) Mezcladores de columnas con orificios o de turbulencia: estos mezcladores se basan en

la transformación de la energía de presión en energía de velocidad turbulenta y encuentran

muchas aplicaciones cuando la viscosidad es lo bastante pequeña para permitir que se

completen las reacciones en un tiempo muy corto.

a.4.-) Sistemas de circulación mixta: estos, entre los cuales están los elevadores de agua por

aire comprimido, los tubos "vomit" (vomitadores), los tubos de tiro largos y las bombas

exteriores de circulación, suelen emplearse de ordinario para producir una renovación lenta del

contenido de grandes depósitos de líquidos por medio de aparatos mezcladores relativamente

pequeños. Prácticamente, en casi todos esos sistemas circulantes se agita cada vez solo una

proporción muy pequeña del material.

a.5.-) Bombas centrífugas: a veces se emplean éstas sin recirculación para mezclar líquidos

previamente medidos y a menudo resultan útiles cuando solo de desea obtener una mixtura. El

tiempo de "retención" suele ser menor de un segundo, que solamente es suficiente para que se

produzcan reacciones instantáneas entre materiales inmiscibles.

a.6.-) Torres rellenas y de rociada: aunque éstas se usan por lo general para la absorción de un

gas puro con un líquido o para la eliminación de una parte de una mezcla de gases, van

empleándose mas cada día para eliminar un constituyente de una mezcla líquida por medio de

un líquido inmiscible de densidad superior o inferior. Por regla general, estas instalaciones

funcionan a contracorriente, lo que explica en gran parte su éxito en muchas aplicaciones.

b.-) Mezclador de Paletas o Brazos:

Este es, probablemente el tipo mas antiguo de mezclador y consiste en esencia en una o varias

paletas horizontales, verticales o inclinadas unidas a un eje horizontal, vertical o inclinado que

gira axialmente dentro del recipiente (aunque no siempre está centrado con éste). De esta

manera el material que se mezcla es empujado o arrastrado alrededor del recipiente siguiendo

una trayectoria circular.

Los mezcladores de paletas o brazos se emplean más que los de ningún otro tipo, porque 1)

son los más antiguos, los más conocidos y los primeros en que se piensa; 2) son a menudo de

construcción casera; 3) el costo inicial es por lo general muy bajo; 4) y, sobre todo, dan muy

buen resultado en muchas clases de trabajos.

b.1.-) Mezcladores de brazos rectos o de paletas en forma de remos: este es el modelo más

corriente de mezclador, y puede ser horizontal o vertical. Las paletas pueden ser planas o

dobladas, a fin de producir un empuje ascendente o descendente en el líquido. Merece la pena

observar que en este último caso el resultado se parece mas al de una hélice que el de un

remo.


-4-

b.2.-) Paletas con lengüetas o dedos fijos intercalados: este tipo puede ser horizontal o vertical.

En los líquidos poco densos, las lengüetas fijas tienden a impedir la formación de un remolino

en toda la masa y contribuyen además a producir corrientes mas o menos en ángulo recto con

las lengüetas, facilitando así la mezcla. Éste tipo se usa también para mezclar líquidos densos,

pastas y amasados, como pinturas, pastas de almidón y colas, y en este caso las paletas fijas

facilitan el estirado, el corte y el doblado de los materiales, y por consiguiente, su mezcla.

b.3.-) Tipo de herradura: una característica distintiva de este mezclador es que el elemento

mezclador se amolda siempre a las paredes del recipiente, barriéndolas o incluso rascándolas

para arrancar el material pastoso o sólido apelmazado sobre ellas.

b.4.-) Cubetas giratorias con paletas excéntricas: el recipiente gira sobre una mesa giratoria y

paletas excéntricas giran también dentro del mismo. Este tipo es de uso corriente para mezclar

pequeñas cantidades de pintura espesa y de pasta para tintas.

b.5.-) Paletas de doble movimiento: este tipo se utiliza mucho para los materiales pastosos,

como los adhesivos, las grasas y los cosméticos, y también para la confección de helados. Dos

grupos de paletas giran en direcciones opuestas. El barrido mas exterior se realiza a menudo

con rascadores que mantienen limpias las paredes de recipiente. Esto conduce a una mejor

transmisión del calor y hace posible calentar o enfriar cargas en la cuarta parte del tiempo

necesario en recipientes no provistos de agitadores con rascadores.

b.6.-) Paletas de movimiento planetario: este tipo de agitación guarda relación con las paletas

corredizas. Una paleta gira alrededor de un eje situado excéntricamente con respecto al

caldero o recipiente, y al mismo tiempo el eje gira alrededor de una línea central del caldero.

Este movimiento planetario hace que la acción mezcladora llegue por turno a todas las partes

del caldero, produciéndose así una mezcla local completa, y arrastrando las partículas a lo

largo de trayectorias cicloidales que se solapan unas con otras y la entremezclan. Este tipo se

usa muchísimo para pastas y masas, especialmente en las industrias alimenticias, pastelerías,

fabricación de mayonesas, etc.

b.7.-) Batidor o emulsificador: un ejemplo familiar de este tipo de mezclador es el batidor de

huevos. El dispositivo, cualquiera que sea su forma, funciona siempre a gran velocidad debido

al efecto de batido real de los dos fluidos se produce una fina división, o emulsión.

Frecuentemente tiene dos rejillas que se entreveran y giran en sentidos opuestos.

c.-) Mezcladores de Hélices, incluidos algunos de tipo helicoidal:

Los mezcladores de hélices proporcionan un medio poco costoso, sencillo y compacto, para

mezclar materiales en un gran número de casos. Su acción mezcladora se deriva de que sus


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aletas helicoidales al girar empujan constantemente hacia delante, lo que para todos los fines

puede considerarse un cilindro continuo de material, aunque el deslizamiento produce

corrientes que modifican bastante esta forma cilíndrica. Puesto que la hélice hace que un

cilindro de material se mueva en línea recta, es evidente que la forma del recipiente decidirá la

disposición subsiguiente de esta corriente. Por esta razón, es particularmente importante en

este caso la forma del recipiente y, no obstante, se descuida a menudo este factor.

c.1.-) Hélices como dispositivos para mezclar gases: a veces se emplea una hélice, un disco o

un ventilador (prácticamente idéntico al de uso corriente que suele ponerse en las ventanas

para ventilar las habitaciones) dentro de una cámara mezcladora, con objeto de activar la

circulación de los gases y mezclarlos. Se usa también para mezclar gases en circulación

continua.

c.2.-) Hélice con ejes vertical: estos mezcladores se usan en combinaciones de una, dos o mas

hélices sobre un mismo eje. El empuje de las hélices puede ser totalmente ascendente,

descendente o bien de doble efecto, o sea ascendente y descendente; este último es el más

conveniente para recipientes pequeños.

d.-) Mezcladores de Turbina o de impulsor centrífugo:

El mezclador de turbinas se estudia mejor como una o varias bombas centrífugas trabajando

en un recipiente casi sin contrapresión el material entra en el impulsor axialmente por su

abertura central. Los álabes aceleran el material y lo descargan del impulsor o rodete más o

menos tangencialmente a una velocidad bastante elevada. La turbina puede llevar una corona

directriz con paletas curvas fijas (difusores) que desvían esas corrientes tangenciales hasta

hacerlas radiales. Todo el cambio de dirección de vertical a horizontal y radial se realiza

suavemente con la menor pérdida posible de energía cinética, y en consecuencia, las

corrientes radiales llegan aun a gran velocidad a las partes más alejadas del recipiente.Todo el

contenido del recipiente se mantiene en movimiento muy vigoroso y perfectamente dirigido.

d.1-) Soplante de turbina o ventilador centrífugo: este tipo mezcla gases muy íntimamente

cuando se les hace llegar a él en forma continua y en las proporciones deseadas. Se usa

también para mezclar determinadas cantidades de gases en forma intermitente, colocándolo

dentro o fuera de la cámara mezcladora. Manipula grande volúmenes de gases con un

consumo de potencia pequeño.

d.2-) Mezclador Sencillo de turbina: este tipo es particularmente conveniente para mezclar

líquidos de viscosidad media o baja, en especial cuando se lo coloca excéntrico en el

recipiente.

d.3-) Turbo dispersador: este tipo consiste en un rodete de turbina que gira con un tamiz o una

placa perforada, interpuesto entre dichos rodetes y las paletas directrices fijas. Los álabes del


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rodete están muy cerca del tamiz. Su alto esfuerzo cortante, su acción de extrusión y la intensa

circulación, todos juntos, contribuyen a la realización de dispersiones y a la disolución de

materiales que serían difíciles en mezcladores mas sencillos.

d.4-) El absorbedor turbogas: se usa para estimular el contacto entre gases y líquidos. Las

hidrogenaciones, las oxidaciones, las cloraciones, las purificaciones, etc., se facilitan

muchísimo a causa del largo recorrido del gas a través del líquido sometido a una violenta

agitación. La constante distorsión de las burbujas del gas unida al continuo intercambio de

líquidos en la superficie de separación explica el alto rendimiento de este tipo de mezclador.

e.-) Mezclador de Tambor:

El Mezclador de tambor o de volteo: es sencillo pero útil. Consiste en un recipiente cilíndrico

montado sobre un eje horizontal y que gira con él. Haciendo girar el cilindro o tambor se mezcla

el contenido. Se usa mucho para mezclar polvos y hormigón o concreto.

e.1.-) Mezclador de doble cono: esta es una variante perfectamente definida por su forma. Se

le usa solamente para efectuar una mezcla rápida de sólidos. Consiste en un anillo cilíndrico

horizontal cuyas bases están unidos dos conos, girando el conjunto lentamente sobre cojinetes

laterales. El interior suele estar pulido y libre de obstrucciones para facilitar su limpieza.

Durante la rotación, el cono inferior se inclina hasta un punto en el que se sobrepasa el ángulo

de reposo del contenido. Las capas superficiales del material ruedan entonces hacia abajo

hasta el cono opuesto, seguidas pronto por toda la masa, que resbala rápidamente al interior

del otro cono, cuando este se aproxima a su posición mas baja. Al chocar con las paredes

cónicas, una buena parte del material se desvía hacia el centro y después hacia arriba a través

del resto de la masa. Como no hay dos partículas que sigan trayectorias paralelas y puesto que

además existe una gran diferencia de velocidades entre las diferentes partículas, se logra

rápidamente una gran homogeneidad.

f.-) Tipos Diversos

f.1.-) El molino coloidal: se usa cuando es necesario producir dispersiones sumamente finas.

Casi todos los molinos coloidales se basan en el mismo principio, auque pueden diferir en los

detalles de su construcción. El rotor puede tener ranuras o no tenerlas y ser o no cónico. El

material se somete a un intenso esfuerzo cortante y a una vigorosa fuerza centrífuga, y esta

combinación produce excelentes dispersiones. Los molinos coloidales tienen la ventaja de

trabajar con circulación continua, pero con los inconvenientes de su elevado costo inicial su alto

consumo de energía y de calentar el material.

f.2.-) Mezclador de conos giratorios: Este tipo consiste, simplemente, en uno o más conos

truncados huecos que giran alrededor de su eje. Los conos llevan unidas a su superficie

interior, en toda su altura, estrechas aletas verticales. Cuando se necesita un flujo más


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vigoroso o deslizamiento radial, o cortadura, las aletas sobresalen de las bases mayores de los

conos. La posición de éstos puede ser con la base mayor hacia abajo o a la inversa. Este tipo

es más útil para agitar materiales de alta viscosidad o consistencia aparente, especialmente en

los que exhiben seudo plasticidad, debido a que el material es realmente transportado en una

distancia apreciable y manteniendo bajo esfuerzo cortante directo durante prolongado tiempo

mientras recorre desde la parte superior a la inferior de los conos.

I.4 Estructura de la tesina

El documento se encuentra organizado de forma tal que permita a cualquier persona su fácil

comprensión y lectura, con el orden progresivo de ideas nos lleva desde un panorama general

del estado actual en el que se encuentran las necesidades de la industria pasando por la

construcción del sistema, tanto en hardware como en software y hasta llegar a las muchas

mejoras posibles al proyecto que nos redituarían en una mejor funcionalidad al utilizar mejores

tecnologías

Esta tesina esta organizada en seis capítulos de la siguiente forma: el capítulo 1 expone la

introducción, el objetivo, el alcance y el estado del arte de los sistemas de mezclado. El

capítulo 2 presenta los fundamentos teóricos que se requiere que el lector conozca para

comprender el funcionamiento del sistema. En cuanto al capítulo 3, trata de cual es la

secuencia de funcionamiento que sigue el proceso. En el capítulo 4 se menciona de forma

detallada cual fue el diseño electrónico, así como de la interfaz gráfica. Con respecto al capítulo

5, se explica que nuevas tecnologías se pueden aplicar al sistema. Y, por último, en el capítulo

6 se cierra la presente tesina con unas breves conclusiones y recomendaciones.


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CAPÍTULO II.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS.

II.1 Máquinas Eléctricas.

Una máquina eléctrica utiliza energía eléctrica y mecánica para realizar una determinada

función. Las que convierten energía eléctrica en energía mecánica se llaman motores

eléctricos, y las que convierten energía mecánica en eléctrica se llaman generadores

eléctricos.

Máquinas Eléctricas de corriente directa.

Se les dice máquinas de corriente continua por que el voltaje que se les suministra es

constante en el tiempo. Cuando la corriente pasa a través de la armadura de un motor de

corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reacción magnética, y la armadura gira.

Bajo carga, la armadura gira más lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que

fluya una corriente mayor en la armadura. El motor puede así recibir más potencia eléctrica de

la fuente, suministrándola y haciendo más trabajo mecánico.

Debido a que la velocidad de rotación controla el flujo de la corriente en la armadura, deben

usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando la

armadura está parada, ésta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de

funcionamiento normal, se producirá una gran corriente, que podría dañar el conmutador y las

bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daños es el uso de una resistencia

de encendido conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes de que el

motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia

se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automática.

La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magnético que

actúa sobre la armadura, así como de la corriente de ésta. Cuanto más fuerte es el campo,

más bajo es el grado de rotación necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande

como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razón, la velocidad de los motores de

corriente continua puede controlarse mediante la variación de la corriente del campo.

Máquinas Eléctricas de corriente alterna.

Un motor de corriente alterna es aquel en donde el voltaje suministrado cambia con el tiempo,

este tipo de voltaje es sinusoidal. Entre los principales motores de corriente alterna tenemos los

motores síncronos y los motores jaula de ardilla.

II.2 Programación.

En la actualidad los sistemas de control y automatización son regidos por una serie de

dispositivos como son los microcontroladores y ordenadores mediante interfaces gráficas para


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su fácil monitorización y control. En el presente proyecto de la revolvedora de pinturas se utiliza

un microcontrolador para la manipulación del sistema de bombeo, y con respecto al control de

posición del plato se implementa un algoritmo de control proporcional y se hace la

comunicación a la PC.

El microcontrolador que se utiliza es el PIC16F87A de la compañía de microchip, las ventajas

que nos ofrece los microcontroladores de la compañía de microchip es que su tiempo de

trabajo de máquina es mas rápido que el de otras compañías y en específico el

microcontrolador que se escogió para la realización del proyecto tiene 8 canales convertidores

de analógico a digital del los cuales vamos a utilizar un solo canal.

Microcontroladores.

Un microcontrolador es un dispositivo el cual esta compuesto de tres partes la CPU, memoria y

unidades de entrada y salida. Se pueden clasificar mediante el tamaño de la palabra de la

memoria en donde se guardan las instrucciones como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla II.1. Tipos de microcontroladores.

Empresa 8 bits 12 bits 14 bits 16 bits 32 bits 64 bits

Freescale (antes

Motorola)

68HC05, 68HC08, 68HC11

x x 68HC12, 68HC16

683xx x

Hitachi, Ltd H8 x x x x x

Holtek HT8

Intel

MCS-48 (familia 8048)

MCS51 (familia 8051)

8xC251

x x MCS96, MXS296 x x

National Semiconduc

tor COP8 x x x x x

Microchip Familia 10f2xx

Familia 12Cxx de 12

bits

Familia 12Fxx,

16Cxx y 16Fxx de 14

bits

18Cxx y 18Fxx de 16

bits x x

NEC 78K

Parallax

ST ST 62,ST 7

Texas Instruments

TMS370, MSP430

Zilog Z8, Z86E02


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En la actualidad uno de los microcontroladores más utilizados en proyectos de ingeniería son

los de la empresa de microchip ya que ofrecen ventajas como son el número de instrucciones

reducido, trabajo de ciclo máquina rápido, mayor información para el uso de estos, entre otras

más. En el proyecto de la revolvedora de pinturas se seleccionó el PIC16F877A por las

siguientes ventajas.

• Tiene integrado 8 canales de conversión de analógico a digital de los cuales se utilizara

solamente uno.

• Tiene un trabajo de ciclo de máquina de 1 MHz con un oscilador de 4 MHz.

• Se puede programar a través del lenguaje de programación C.

• El tamaño de su memoria es de 8192x14 bits lo cual lo hace ideal para el proyecto ya

que cuenta con espacio suficiente para implementar el algoritmo de control.

• Y por ultimo su precio es económico.

• En la siguiente tabla se describe las características del PIC16F877A:

Tabla II.2. Configuración del PIC16F877A.

Bytes 14336 Memoria

de

programa Palabras 8192x14

Bytes

EEPROM 256

Memoria

de datos Bytes

Ram 368

Convertidor

Analógico/Digital

8 Convertidores de 10

bits

BOD (Detección de

baja tensión) Si

Líneas de entrada y

salida 33

Comunicación serie USART/MSSP

CCP 2

Temporizadores 1-16 bit, 2-8 bit, 1-WDT

Frecuencia máxima de

oscilación 20 MHz

ICSP (programación

serie en Circuito) Si

Encapsulado 40P, 44L, 44PQ, 44PT

Fuentes de

interrupción 14

Comunicación Paralelo Si


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En los diagrama del anexo se muestran la configuración del PIC16F877A en sus diferentes

encapsulados.

Método de programación.

La manera en que se programó el PIC16F877A fue a través del lenguaje de programación C,

en donde se utilizó diversas librerías para la programación de este microcontrolador,

actualmente existen dos compañías mas famosas que ofrecen las herramientas para

programar desde el programa C los microcontroladores de Microchip que son CCS y PICC.

C es un lenguaje de programación estructurado, robusto y sencillo de entender, ya que utiliza

palabras claves de la lengua inglesa como son if, else, while, do y for, además sus

instrucciones parecen expresiones aritméticas por lo que lo hace uno de los lenguajes de

programación que existen.

El método de programación que se realizó en este proyecto se describe en los siguientes

pasos:

1. Analizar las variables del sistema para que la automatización de este sea óptimo.

2. Una vez analizadas las variables se procede a planear mediante un diagrama de flujo.

3. Del diagrama de flujo se plantea el algoritmo.

4. Del algoritmo se traduce a instrucciones o, mejor dicho, se realiza el programa.

5. Una vez finalizado el programa sin error por código se pone a prueba en el sistema

automatizado

6. Se comprueba que el sistema sea óptimo.

A continuación se muestra un ejemplo en donde se utiliza un programa realizado en C en el

cual se pretende utilizar al puerto A como entrada de datos y trasferirlos al puerto B que es la

salida.

Y el circuito que se armó es el siguiente:


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X1CRYSTAL

C2

15pF

S1

I 1P

Vcc

C1

15pf

A1

I 1P

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN4/SS7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39

RB5 38RB4 37

RB3/PGM 36RB2 35RB1 34

RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4

27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25

RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877

Vcc

A2

I 1P

A3

I 1P

A4

I 1P

A5

I 1P

S2

I 1P

R10R1

R20R1

R30R1

R40R1

R50R1

R60R1

D1

LED

D2

LED

D3

LED

D4

LED

D5

LED

D6

LED

D7

LED

D8

LED

R7

0R1

R8

0R1

R9

0R1

R10

0R1

R11

0R1

R12

0R1

R13

0R1

R14

0R1

Figura II.1. Diagrama eléctrico del PIC16F877A.

Interfaz Gráfica.

La interfases gráficas en los sistema de control nos proporcionan la tecnología para que la

computadora nos pueda entregar los datos y poder controlar un sistema de control de forma

amigable mediante imágenes y gráfico que interpreten la información.

Un programa orientado a objetos (POO) nos permite realizar interfases gráficas mediante

líneas de comando que llaman a librería del sistema operativo, entre los principales lenguajes

de programación tenemos a Visual Basic, Visual C, Delphi, del sistema operativo Windows,

Mono del sistema operativo Linux y Java que funciona en cualquier sistema operativo.

En la realización del proyecto de la revolvedora de pinturas se utilizó Visual Basic 6.0 ya que es

un programa sencillo de utilizar por que sus comandos de programación utilizan palabras

coloquiales de la lengua inglesa y además por la fácil posibilidad de encontrar información en

libros y en la red.

La principal característica de Visual Basic es que se trabajan con formularios los cuales son la

parte fundamental de la interfaz gráfica sobre estos se insertan los controles, gráficos e

imágenes.

Cada control en visual Basic realiza una acción y este manda a llamar a un procedimiento que

ejecuta un conjunto de líneas de comando, por ejemplo al pulsar un botón de un formulario se

realiza una acción y se ejecuta una serie de comandos como en el siguiente ejemplo:


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Figura II.2. Ejemplo de programa en Visual Basic

En este ejemplo tenemos a un formulario que contiene un botón, los pasos a seguir para

construir este formulario son los siguientes:

1. Abrir Visual Basic y en la ficha en donde dice nuevo seleccionar la opción EXE

estándar y dar un clic en Abrir.

2. Una vez creado el nuevo proyecto tendremos un formulario al cual le insertaremos

los controles a través de la barra de diseño que aparece a lado lateral izquierdo del programa y

de ahí pulsamos en el icono Command Button y lo arrastramos en el formulario.

3. Una vez teniendo el botón sobre el formulario configuramos sus propiedades que

se van a utilizar a través de la barra de propiedades que aparece a lado lateral derecho del

programa, seleccionamos el botón del formulario y en la barra de propiedades seleccionamos

la opción nombre y tecleamos “cmdBoton” este va hacer nuestro identificador de programación

y también seleccionamos la opción Caption y tecleamos “Pulsa Aqui”. Después pulsamos con

el ratón en el formulario y seleccionamos la opción nombre y tecleamos “frmBoton” y la opción

Caption tecleamos “Ejemplo”. Hasta aquí ya hemos configurado el formulario.

4. Ahora damos doble clic sobre el botón y se abrirá otra ventana y tecleamos el

siguiente código.

5. Al dar clic sobre el botón este es el resultado:

Figura. II.3. Ejemplo de aplicación en Visual Basic

Puerto Paralelo.

El puerto paralelo recibe ese nombre debido a la forma en que los datos son leídos y escritos, o

sea que se leen en paquetes de 8 bits a la vez (mediante 8 pines, un pin por cada bit), en forma

paralela, el verdadero nombre del conector (con el que se va a las tiendas a comprarlo) es DB-

25, ya que se trata de un conector de 25 pines (así como el DB-9 y DB-15, puerto serial y

gameport respectivamente).


-14-

El puerto paralelo se presenta de dos formas: Hembra y Macho; si posee 25 pines se trata de

un puerto macho, pero si posee 25 agujeros entonces se trata de un puerto Hembra.

El cable que se utiliza para conectar éste puerto también recibe el nombre de DB-25 y es un

cable blindado de 25 líneas; el blindaje por lo general es un vigésimo sexto cable sin forro que

se debe de conectar al tierra del circuito.

Los 25 cables para poder ser diferenciados utilizan una codificación de colores, que por lo

general se trata de un solo color base o de un color base con una pequeña franja negra o

blanca (dependiendo de la tonalidad del color base)

Estructura Lógica:

Figura II.4. Diagrama del puerto paralelo.

La estructura lógica del puerto paralelo es la agrupación de los pines en conjuntos de 8 bits

cada uno. En cuanto a la estructura física y lógica del puerto se presenta en la figura anterior,

en la cuál se puede observar que existen tres registros.

La asignación de pines para cada uno de los bits es standard en todas las computadoras, y lo

más notable e importante es que en el caso del puerto de datos se tiene un pin por bit, en

cambio en los registros de estado y control, no todos los bits poseen pines, pero sin embargo

cuando se trabajen los datos, siempre se tomarán en cuenta estos bits faltantes. A demás es

necesario saber que algunos de los bits están negados.

II.3 Sistema Neumático.

Un sistema neumático es aquel que ocupa como fuente de energía aire la cual es producida

mediante un compresor que toma aire a una presión atmosférica y la comprime a presiones

mayores, el flujo del aire es controlado principalmente mediante válvulas neumáticas.

En el proyecto de la revolvedora de pinturas se utiliza el sistema neumático para controlar el

flujo de la pintura, todo este se realiza a través del efecto sifón el cual consiste en desplazar el

volumen de un líquido contenido en un recipiente cerrado mediante aire.


-15-

Compresores.

Un compresor es aquel que aspira aire a presión atmosférica y la comprime a presiones mas

altas y entre su característica mas importante que tenemos de este es el caudal suministrado

que se puede expresar en cualquier unidad de presión. Los compresores se dividen según su

ejecución, en:

• Compresores de embolo.

• Compresores rotativos.

• Compresores centrifugo.

• Compresor de embolo:

Un compresor de émbolo comprime el aire mediante cilindros y se clasifican de la siguiente

manera:

• Una etapa: Este tipo de compresor utiliza un solo cilindro y para presiones de 6 bar y 8

bar y en casos excepcionales pueden llegar a manejar hasta 10 bar.

• Dos etapas: Aquí se realiza la compresión del aire en dos etapas o mediante dos

cilindros y se ocupan para presiones de 50 bar y donde la temperatura es elevada.

• Tres etapas o más: La compresión del aire se realiza mediante tres cilindros o mas,

para presiones de 250 bar.

Entre cada etapa en donde los cilindros comprimen el aire se encuentra un enfriador

intermedio, así mismo el aire es enfriado a la salida de cada cilindro. Los compresores de

embolo pueden ser accionados mediante un motor eléctrico o de combustión interna.

Compresores rotativos:

Los compresores rotativos utilizan presiones de hasta 4 bar y se caracterizan porque su

marcha es silenciosa. Hay dos tipos de compresores rotativos de paleta y de tornillo que se

describirán a continuación:

• Compresor rotativo de paleta: En este tipo de compresor las paletas están conectada

al rotor del motor, al momento de girar las cámaras de las paletas absorben el aire y es

comprimido mediante un cono.

• Compresor rotativo de tornillo: En este tipo de compresores hay dos rotores

conectados de forma paralela los cuales hacen girar un cuerpo helicoidal de forma

continua.

Esto tipo de compresores pueden ser accionados mediante una maquina eléctrica o un

maquina de combustión interna.


-16-

Compresores centrífugos:

Este tipo de compresores generan presiones de 6 bar y grandes volúmenes de aire. Este tipo

de compresores funcionan a través de rodetes que comprimen las partículas del exterior con

ayuda de un sistema centrifugado.

Este tipo de compresores pueden ser accionados directamente por una máquina eléctrica sin

utilizar reductores y además pueden se accionados por una turbina de gas.

Efecto sifón.

El principio de este efecto consiste en tener un recipiente con algún liquido cerrado sin ninguna

fuga de aire, mediante un tubo se le inyecta aire a presión mayor que la atmosférica lo cual va

ocasionar que el aire desplace el volumen que ocupa el agua en el recipiente mediante otro

tubo.


-17-

CAPITULO III

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.

La mezcladora de pinturas es un sistema en el cual se puede elegir el color que se desea

obtener, mediante la selección de los tres colores primarios (amarillo, rojo y azul), por ejemplo,

si queremos obtener el color verde, seleccionamos el color amarillo y azul. La selección de los

colores se realiza mediante la interfaz grafica realizada en Visual Basic 6.0. Esto nos permite

observar el comportamiento del sistema, mediante la comunicación del puerto paralelo de la

computadora y las señales de salida del PIC16F877A, tales como el inicio del proceso, llenado

del vaso y terminación del proceso.

Figura III.1. Sistema de mezclado

Podemos escoger la combinación de colores para obtener otro color como: violeta, naranja,

negro, azul marino, entre otros.

La selección del vaso para su llenado se realiza con la ayuda de un sensor el cual detecta si

esta lleno el vaso o si esta vacío y poder seguir con el proceso de llenado o buscar otro vaso

que se encuentre vacío para poder llenarlo con el color que se selecciono.

También el sistema cuenta con la ayuda de un potenciómetro que permite colocar la posición

adecuada del plato para que no exista un derrame de pintura y que el vaso quede debajo de la

caída de pintura. El plato es girado por un motor a pasos que esta colocado en el centro del

plato. El plato tiene un engrane en la parte inferior y una banda dentada y de un extremo se

encuentra el potenciómetro el cual también tiene un engrane, la proporción es de dos a uno,

mientras que el motor a pasos da una vuelta, el potenciómetro da dos vueltas.


-18-

Sensor de nivel

Fijo.

Potenciómetro.

Figura III.2. Sensor de nivel fijo y potenciómetro.

Después de encontrar un vaso vacío, se acciona un compresor, el cual nos proporciona el aire

que necesitamos para poder expulsar la pintura contenida en los frascos.

Figura III.3. Compresor de aire

Se colocarón unas electroválvulas, para que al momento de activarse el compresor no expulse

la pintura, estas nos permiten manipular la salida y la cantidad de pintura que necesitamos para

obtener el color que se desea.

Estas electroválvulas se activan dependiendo de la selección de color que en la interfaz gráfica

se designarón, por ejemplo, si seleccionas el amarillo y rojo, entonces es el color naranja, por

lo tanto se activa la electroválvula 1 y después de cierto tiempo la electroválvula 2.


-19-

Figura III.4. Electroválvulas conexión neumatica

Una vez activada cada electroválvula en diferente selección de color, estas dejan pasar el aire

producido por el compresor, donde el aire llega a los contenedores de pintura el cual en este

caso son frascos de vidrio, el aire que entra hace presión sobre la pintura, haciéndola salir por

las mangueras, este efecto es mejor conocido como efecto sifón.

Figura III.5. Electroválvulas

Estas electroválvulas utilizan una presión de 25 psi con un voltaje de 12Vcd.

Una vez concluida la salida de la pintura llega al vaso, el sensor detecta que esta lleno y para

el proceso.

Figura III.6 proceso terminado

Para volver a realizar otra vez el proceso se vuelve a seleccionar el color que se desea

obtener, esta selección se realiza en la interfaz grafica.


-20-

III.1 INTERFAZ GRÁFICA.

Para la interfaz gráfica se utiliza el programa Visual Basic 6.0, el cual nos sirve para poder

observar el proceso y manipularlo, el programa grafico realizado es el siguiente.

Figura III.7. Formulario de presentación.

Se crea un formulario de presentación para que antes de comenzar el proceso, mencione el

nombre del proyecto, el nombre de los integrantes, del sistema operativo.

El programa para el formulario de presentación es el siguiente.

Option Explicit Private Sub Form_KeyPress(KeyAscii As Integer) Unload Me End Sub Private Sub Frame1_Click() Unload Me End Sub Private Sub lblPlatform_Click() End Sub Private Sub lblProductName_Click(Index As Integer) End Sub Private Sub Timer1_Timer() frmSplash.Hide Form1.Show End Sub

Posteriormente se abre otra ventana como se observa abajo.

Figura III.8. formulario de control de proceso

1 2

3

4

5

6


-21-

1. Selección de color, en esta ventana se puede elegir el color que se desea obtener.

2. Enviar, este botón se utiliza para enviar la información al PIC16F877A para que realice

el proceso.

3. Duración del proceso, esta ventana nos permite observar el tiempo que tarda en

realizar el proceso de mezclado.

4. Estado, esta ventana nos muestra en que estado se encuentra el proceso, también nos

menciona si el vaso esta lleno o si esta vacío.

5. Exit, este botón se utiliza para salir del proceso.

6. Escudos

El programa realizado en Visual Basic 6.0 es el siguiente.

Public i As Integer Public a As Integer Public Dato As Boolean Public Dato2 As Boolean Private Sub Combo1_Change() End Sub Private Sub Command1_Click() If Combo1.Text = "Amarrillo-Rojo-Azul" Then PortOut &H378, 0 MsgBox "Amarrillo-Rojo-Azul", vbApplicationModal, "Shenpi-Fraisen" ElseIf Combo1.Text = "Amarrillo-Rojo" Then PortOut &H378, 1 MsgBox "Amarrillo-Rojo", vbApplicationModal, "Shenpi-Fraisen" ElseIf Combo1.Text = "Amarrillo-Azul" Then PortOut &H378, 2 MsgBox "Amarrillo-Azul", vbApplicationModal, "Shenpi-Fraisen" ElseIf Combo1.Text = "Rojo-Azul" Then PortOut &H378, 3 MsgBox "Rojo-Azul", vbApplicationModal, "Shenpi-Fraisen" ElseIf Combo1.Text = "Amarrillo-Rojo-Amarrillo" Then PortOut &H378, 4 MsgBox "Amarrillo-Rojo-Amarrillo", vbApplicationModal, "Shenpi-Fraisen" ElseIf Combo1.Text = "Amarrillo-Azul-Amarrillo" Then PortOut &H378, 5 MsgBox "Amarrillo-Azul-Amarrillo", vbApplicationModal, "Shenpi-Fraisen" ElseIf Combo1.Text = "Azul-Rojo-Azul" Then PortOut &H378, 6 MsgBox "Azul-Rojo-Azul", vbApplicationModal, "Shenpi-Fraisen" Else MsgBox "Por favor selecciona un color", vbCritical, "Shenpi-Fraisen" Exit Sub End If End Sub Private Sub Command2_Click() Unload Me End Sub Private Sub Form_Load() Combo1.AddItem "Amarrillo-Rojo-Azul" Combo1.AddItem "Amarrillo-Rojo" Combo1.AddItem "Amarrillo-Azul" Combo1.AddItem "Rojo-Azul" Combo1.AddItem "Amarrillo-Rojo-Amarrillo" Combo1.AddItem "Amarrillo-Azul-Amarrillo" Combo1.AddItem "Azul-Rojo-Azul" a = 0


-22-

SetPortBit &H378, 0 SetPortBit &H378, 1 SetPortBit &H378, 2 End Sub Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer) SetPortBit &H378, 0 SetPortBit &H378, 1 SetPortBit &H378, 2 End End Sub Private Sub Timer1_Timer() Dato = GetPortBit(&H379, 6) If Dato = True Then a = a + 1 Label1.Caption = a Form1.Enabled = False Else a = 0 Form1.Enabled = True End If Dato2 = GetPortBit(&H379, 7) If Dato2 = True And Dato = False Then Label2.Caption = "Vaso vacio" ElseIf Dato2 = False And Dato = False Then Label2.Caption = "Vaso lleno" Else Label2.Caption = "En proceso controlero. Favor de esperar..." End If If Dato2 = False Then PortOut &H378, 7 End If End Sub

III.2 DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL UTILIZADO.

MATERIAL UTILIZADO.

1. Un motor a pasos, el cual se utiliza para girar el plato a la posicion indicada, se activa

con 5V.

2. Plato redondo, para colocar los vasos.

3. Un sistema de conducción de fluido para la pintura.

4. Una interfaz grafica, la cual esta compuesta por una tarjeta de adquisición de datos, el

puerto paralelo de la computadora y el programa en Visual Basic 6.0.

5. Una tarjeta de conversión analógica digital de 10 Bits para el giro del motor a pasos.

6. Sensor de nivel, para saber si el vaso esta lleno o esta vacio.

7. Compresor de aire. Para realizar el efecto sifón y expulsar la pintura de los frascos

hacia los vasos. Se activa el compresor con 12V

8. Electroválvulas. Para permitir y obstruir el paso del aire. Se activan con 12V

9. Mangueras neumáticas. Permiten las conexiones para el aire del compresor hacia las

electroválvulas, de las electroválvulas hacia los frascos que contienen las pinturas y de

los frascos a los vasos.


-23-

10. Fuente de alimentación de 12V a 10A y 5V a 25A.

11. Base de madera para colocar el material ya mencionado

Motor a pasos.

Figura III.10. Motor a pasos vista frontal

Figura III.9. Motor a pasos vista inferior

Figura III.11. Motor a pasos con base para colocar el plato circular

Utilizamos el motor a pasos el cual es ideal para la manipulación de nuestro plato ya que

necesitamos posiciones muy precisas, este motor realiza pasos de 1.8º, las bobinas se

energizan con 5 Volts, consume 1.6A.

Este motor a pasos se queda enclavado al encontrar la posición, hasta que al PIC16F877A se

le indique buscar otra posición.

Este motor es unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su

conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. Las entradas de

activación pueden ser directamente activadas por un micro controlador.


-24-

CAPITULO IV.

DIAGRAMAS ELECTRÓNICOS.

IV.1 SENSORES.

Para el sensor de nivel fijo se utiliza:

1 foto led

1 foto diodo.

2 resistencias de 330ohm.

El sensor es utilizado para detectar si el vaso esta lleno o esta vacio.

Figura IV.1. Sensor de nivel fijo.

Para el sensor de posición se utiliza.

1 Resistencia de 66K

1Potenciómetro de 100K

Figura IV.2. Sensor de posición.

Para poder calibrar la posición del motor a pasos realizamos las siguientes mediciones que se

muestran en la tabla.


-25-

Tabla IV.1. Valores medidos para calibración.

Grados Resistencia Café

Naranja (1)

Resistencia Café Naranja

(3)

Resistencia Café

Naranja (4)

0 8,86 8,82 8,7

60 10,6 10,6 10,45

120 12,63 12,49 12,33

180 14,39 14,14 13,94

240 15,84 15,85 15,66

300 17,44 17,43 17,39

360 19,17 19,15 18,97

420 21,08 21,09 20,94

480 22,98 22,91 22,83

540 24,65 24,57 24,91

600 26,51 26,22 26,17

660 28,03 27,83 27,78

720 29,75 29,67 29,5

780 30,71 31,58 31,41

840 33,45 33,37 33,22

900 35,07 34,98 34,9

960 36,9 36,65 36,61

1020 38,33 38,24 38,16

1080 40,19 40,04 40,09

Con estos valores obtuvimos la siguiente gráfica. En esta gráfica podemos observar que se

obtiene una pendiente casi lineal.


-26-

Grafico IV.1. Gráfica de mediciones.

Grafica de mediciones

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 200 400 600 800 1000 1200

Grados

Res

iste

ncia

(K

Ohm

s)

Serie1

Serie2

Serie3

IV.2 ETAPA DE CONTROL.

En esta etapa se utilizan:

1 Micro controlador PIC 16F877A.

2 Capacitores no polarizados de 22pf.

1 Capacitor electrolito de 10uf.

1 Cristal de 4Mhz.

1 Botón

1 Resistencia de 10K.

La etapa de control es una de las más importantes, ya que es el que realiza la secuencia de

todo el sistema. El diagrama esquemático es el siguiente.

Figura IV.3. Diagrama de conexión del PIC16F877A


-27-

Los puertos de salida y de entrada son solo conectores que se toman de la salida del

PIC16F877A como se muestra en el siguiente esquema.

Figura.IV.4. Puertos de entrada y salida del PIC 16F877A.

Estos conectores se utilizan para manipular la etapa de potencia y la activación de las

electroválvulas y del compresor, al igual que la entrada analógica digital, sensores y datos de

salida para la interfaz grafica.

También se realiza una fuente para la activación del PIC16F877A y para el MAX232, el

diagrama es el siguiente.

Figura IV.5. Fuente de alimentación a la tarjeta de control

El apéndice A muestra el diagrama electrónico del sistema de control.

IV.3 PROGRAMA.

Este programa es cargado en el PIC16F877A para realizar la secuencia del sistema.

#include <16F877A.h>

#fuses XT,NOLVP,NOWDT,PUT

#use delay(clock=4000000)

#define compresor PIN_B7

#define Vamarilla PIN_B4

#define Vroja PIN_B5

#define Vazul PIN_B6

#define sensor_vaso PIN_A1

#define listo PIN_D4

#define Compresor PIN_B7

#define Vamarilla PIN_B4

#define Vroja PIN_B5


-28-

#define Vazul PIN_B6

#define t_reposo 10000

#define pollo 8000

#define colorado 4000

#define azulito 3000

#define chorreo 15000

#define PCvaso PIN_D5

int i, posicion, valor, per,a;

char dato[8]={8,9,1,5,4,6,2,10};

void yregreso()

{

valor = 53;

do

{

OUTPUT_B(dato[i]);

delay_ms(30);

i=i-1;

if(i==0) i=8;

posicion = read_adc();

}while(posicion > valor);

}

void mueve60()

{


if (posicion < 246)

valor = 246;

if (posicion < 234)

valor = 234;

if (posicion < 219)

valor = 219;

if (posicion < 205)

valor = 205;

if (posicion < 188)

valor = 188;

if (posicion < 170)

valor = 170;

if (posicion < 151)


-29-

valor = 151;

if (posicion < 130)

valor = 130;

if (posicion < 106)

valor = 106;

if (posicion < 82)

valor = 82;

if (posicion < 53)

valor = 53;

do

{

OUTPUT_B(dato[i]);

delay_ms(30);

i=i+1;

if(i==8) i=0;


}while(posicion < valor);

}

void amarillo_rojo_azul ()

{

mueve60();

if(!input(sensor_vaso)) //pregunta si el vaso esta vacio

{

output_high(listo);

delay_ms(1000);

output_high (Compresor); //Activación del compresor durante todo el proceso.

delay_ms (5000); //Tiempo para que el compresor alcance su máxima potencia.

output_high (Vamarilla); //Se activa la electroválvula correspondiente al color amarillo

8 s.

delay_ms (pollo);

output_low (Vamarilla); //Se desactiva la electroválvula correspondiente al color

amarillo.

delay_ms (t_reposo); //Este tiempo se utiliza para que termine de irrigar el agua.

output_high (Vroja); //Se activa la electroválvula correspondiente al color rojo 8 s.

delay_ms (colorado);


-30-

output_low (Vroja); //Se desactiva la electroválvula correspondiente al color rojo.

delay_ms (chorreo); //Este tiempo se utiliza para que termine de irrigar el agua.

output_high (Vazul); //Se activa la electroválvula correspondiente al color azul 8 s.

delay_ms (azulito);

output_low (Vazul); //Se desactiva la electroválvula correspondiente al color azul.

delay_ms (chorreo);

}

else

{output_high(PCvaso); //envia 1 si el vaso esta lleno

}

}

void amarillo_rojo ()

{

mueve60();

if(!input(sensor_vaso))

{

output_high(listo);

delay_ms(1000);


delay_ms (5000); //Tiempo para que el compresor alcance su máxima potencia.

output_high (Vamarilla); //Se activa la electroválvula correspondiente al color amarillo 8 s.

delay_ms (pollo);

output_low (Vamarilla); //Se desactiva la electroválvula correspondiente al color amarillo.


output_high (Vroja); //Se activa la electroválvula correspondiente al color rojo 8 s.


output_low (Vroja); //Se desactiva la electroválvula correspondiente al color rojo.

delay_ms (chorreo); //Este tiempo se utiliza para que termine de irrigar el agua.

}

else


}

}

void amarillo_azul ()

{


-31-

mueve60();


{

output_high(listo);

delay_ms(1000);


delay_ms (5000);

output_high (Vamarilla); //Se activa la electroválvula correspondiente al color amarillo 8 s.

delay_ms (pollo);

output_low (Vamarilla); //Se desactiva la electroválvula correspondiente al color amarillo.


output_high (Vazul); //Se activa la electroválvula correspondiente al color azul 8 s.

delay_ms (azulito);

output_low (Vazul); //Se desactiva la electroválvula correspondiente al color azul.

delay_ms (chorreo);

}

else


}

}

void rojo_azul ()

{

mueve60();


{

output_high(listo);

delay_ms(1000);

output_high (Compresor);

delay_ms (5000);

output_high (Vroja);


output_low (Vroja);

delay_ms (chorreo);

output_high (Vazul);


-32-

delay_ms (azulito);

output_low (Vazul);

delay_ms (chorreo);

}

else


}

}

void amarillo_rojo_amarillo ()

{

mueve60();


{

output_high(listo);

delay_ms(1000);


delay_ms (5000);

output_high (Vamarilla);

delay_ms (pollo);

output_low (Vamarilla);

delay_ms (t_reposo);



output_low (Vroja);

delay_ms (chorreo);


delay_ms (pollo);



}

else


}


-33-

}

void amarillo_azul_amarillo ()

{

mueve60();


{

output_high(listo);

delay_ms(1000);


delay_ms (5000);


delay_ms (pollo);




delay_ms (azulito);

output_low (Vazul);

delay_ms (chorreo);


delay_ms (pollo);



}

else


}

}

void azul_rojo_azul ()

{

mueve60();


{

output_high(listo);

delay_ms(1000);



-34-

delay_ms (5000);


delay_ms (azulito);

output_low (Vazul);

delay_ms (chorreo);



output_low (Vroja);

delay_ms (chorreo);


delay_ms (azulito);

output_low (Vazul);

delay_ms (chorreo);

}

else


}

}

void main(void)

{

set_tris_b (0x00);

set_tris_d (0x0F);

setup_adc_ports( RA0_ANALOG );

setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL );

set_adc_channel( 0 );

output_b (0x00);

i=5;

per=0;

yregreso();

do

{

if(!input(sensor_vaso)) //pregunta si el vaso esta vacio

output_low(PCvaso);

else

output_high(PCvaso); //envia 1 si el vaso esta lleno


-35-

output_low(listo);

delay_ms(1000);

output_low (Compresor);

a=input_D() & 0x07;

switch (a)

{

case 0:

amarillo_rojo_azul();

break;

case 1:

amarillo_rojo();

break;

case 2:

amarillo_azul();

break;

case 3:

rojo_azul();

break;

case 4:

amarillo_rojo_amarillo();

break;

case 5:

amarillo_azul_amarillo();

break;

case 6:

azul_rojo_azul();

break;

}

}while(TRUE);

}


-36-

IV.4 COMUNICACIÓN SERIAL.

El puerto serie se utiliza para comunicar la PC con el sistema electrónico, para cuando

se desee descargar otro programa al PIC, esto se realiza por medio de un programa llamado

TINYBOOTLOADER, este utiliza una velocidades de lectura-escritura que van de 9600

baudios, 19200 baudios, 38400 baudios, 57600 baudios, 115200 baudios, para este caso se

utiliza una velocidad de 19200 baudios

Figura IV.6. Programa Tiny Bootloader

Para realizar esta comunicación se necesita de un dispositivo que utilice un protocolo RS232 el

cual es el siguiente.

MAX232.

Este dispositivo se utiliza para realizar la comunicación entre el TINYBOOTLOADER y el

PIC16F877A, como se muestra.

Figura IV.7. Diagrama electrónico del MAX232

Material que se utiliza:

1 Circuito Integrado MAX232.

4 Capacitores electrolitos de 1uf.


-37-

1 DB9 hembra para placa.

1 Resistencia de 200 ohm.

La norma RS-232, propuesta por la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas).

El RS-232 consiste en un conector tipo DB-25 de 25 pines, aunque es normal encontrar la

versión de 9 pines DB-9, mas barato e incluso mas extendido para cierto tipo de periféricos

(como el ratón serie del PC). En cualquier caso, los PCs no suelen emplear más de 9 pines en

el conector DB-25. Las señales con las que trabaja este puerto serie son digitales, de +12V (0

lógico) y -12V (1 lógico), para la entrada y salida de datos, y a la inversa en las señales de

control. El estado de reposo en la entrada y salida de datos es -12V. Dependiendo de la

velocidad de transmisión empleada, es posible tener cables de hasta 15 metros.

Cada pin puede ser de entrada o de salida, teniendo una función específica cada uno de ellos.

Las más importantes son:

Tabla IV.2. Función de la comunicación con el MAX232

Pin Función

TXD (Transmitir Datos)

RXD (Recibir Datos)

DTR (Terminal de Datos Listo)

DSR (Equipo de Datos Listo)

RTS (Solicitud de Envío)

CTS (Libre para Envío)

DCD (Detección de Portadora)

Las señales TXD, DTR y RTS son de salida, mientras que RXD, DSR, CTS y DCD son de

entrada. La masa de referencia para todas las señales es SG (Tierra de Señal). Finalmente,

existen otras señales como RI (Indicador de Llamada), y otras poco comunes que no se

explican en este artículo por rebasar el alcance del mismo.

IV.5 ETAPA DE POTENCIA.

Para esta etapa se utilizan:

8 Opto acopladores.

8 Diodos 1N4007

8 Transistores NPN TIP121.

1 Conectores de 4 pines.

1 Conector de 3 pines.



8 Resistencias de 470 ohm.


-38-

8 Resistencias de 2.2 kohm.

Se utiliza este material el cual será activado por la señal que nos entrega la salida del

PIC16F877A, estas señales van a los transistores, lo cual hace que estos conmuten y activen

las electroválvulas, el compresor, y el motor a pasos. Los diodos son de protección para el

circuito, ya que cuando se desactiva la bobina de alguna electroválvula, esta regresa una

energía que puede dañar al circuito.

Figura IV.8. Sistema de potencia

El apéndice A muestra el diagrama electrónico de la etapa de potencia.


-39-

CAPITULO V.

TRABAJO A FUTURO .

V.1 Control Distribuido.

Un sistema de control distribuido es aquel en donde el control y la supervisión de un sistema de

control se hace a distancia a través de un dispositivo remoto, como se puede ver este tipo de

aplicaciones se hace mediante protocolos de comunicación que bien ya están desarrollados en

dispositivos como son los PLC que manejan el protocolo de comunicación Profibus y Modbus o

en microcontroladores que manejan protocolos de comunicación como son el TCP/IP. El

control distribuido es la combinación de dos ramas de la ingeniería que son las comunicaciones

y el control.

Para el proyecto de la revolvedora de pinturas se sugiere que se implemente un control

distribuido mediante el protocolo TCP/IP, se puede utilizar el Driver para ethernet ENC28J60 de

la compañía de Microchip o se puede el CS8900A de la compañía Cirrus Logic, este ultimo

tiene mas capacidad en cuanto a su buffer de memoria y el puerto ISA es mas grande, pero el

primero es mas fácil de utilizar ya que la compañía de Microchip diseño un stack del protocolo

TCP/IP que puede ser utilizado desde el lenguaje C.

Controlador de Ethernet ENC28J60.

El controlador ENC28J60 es un chip que puede manejar 10BASE-T de Ethernet que es una red

cuya instalación es mediante cable UTP y a una velocidad de 10 MHz, además este cuanta con

un programador automático de retransmisión cuando se presentan errores o se presenta

alguna colisión. Su Buffer en donde almacena los paquetes de transmisión y recepción es de 8-

Kbyte lo cual es configurable y el oscilador que puede manejar es de tipo XT a una frecuencia

maxima de 4 MHz.

Este chip se encuentra disponible en los siguientes encapsulados: SPDIP, SSOP, SOIC, QFN y

cuenta con 28 pines, para más información consulta la figura B.4. Y B.5.del anexo.

En el siguiente diagrama a bloques se muestra la conexión típica de la interfase.

Figura.V.1. Diagrama a bloques de conexiones del ENC28J60.


-40-

El bloque que dice MCU es el microcontrolador con el cual se va a manipular el controlador de

ethernet ENC28J60, las entradas CS, SI, SO SCK del ENC28J60 forman parte del SPI que es

la interfase serial periférica la cual se va a comunicar con el microntrolador, TPOUT+/- es el pin

que se va encargar de hacer la transmisión a través de la red, INT hace la interrupción, TPIN+/-

es el pin que se va encargar de hacer la recepción a través de la red. El transformador de

ethernet es el que se va encargar de hacer el acoplamiento de impedancia del Circuito

integrado con la línea a la que se vaya a conectar y para protección contra corto circuito. Los

LED A y LED B nos indican transmisión y recepción respectivamente, el bloque TX/RX Buffer

es el que almacena los paquetes de información, el bloque MAC es el controlador de acceso

medio es el cual mediante se hace la conexión a red y define la dirección de los paquetes, el

bloque PHY es el que se encarga de controlar los indicadores en este caso los led.

Como se puede observar en el diagrama a bloques la conexión del ENC28J60 es sencillo, más

adelante se presentara el diagrama eléctrico.

En la siguiente tabla se da una descripción de los pines del los encapsulados:

Tabla V.1. Descripción de los pines del ENC28J60

Numero de Pin

Nombre

del Pin

SPDIP,

SOIC,

SSOP

QFN Descripción

VCAP 1 25

2.5 Volts de salida para regulador interno.

Tiene una resistencia baja, el valor típico

del capacitor es de 1 µF a 10 µF.

VSS 2 26 Tierra de referencia.

CLKOUT 3 27 Pin de reloj de salida programable.

INT 4 28 Interruptor de salida

NC 5 1 No conexión.

SO 6 2 Dato de salida para interfase SPI.

SI 7 3 Dato de entrada para interfase SPI.

SCK 8 4 Reloj de entrada para SPI

CS 9 5 Selección de SPI

RESET 10 6 Reset se activa con nivel bajo

VSSRX 11 7 Tierra de referencia para PHY RX

TPIN- 12 8 Señal diferencial negativa de entrada.

TPIN+ 13 9 Señal diferencial positiva de entrada.

RBIAS 14 10 Pin de corriente para disposición de PHY

VDDTX 15 11 Voltaje Positivo de PHY TX.


-41-

TPOUT- 16 12 Señal diferencial de salida.

TPOUT+ 17 13 Señal diferencial de salida.

VSSTX 18 14 Voltaje de referencia para PHY TX.

VDDRX 19 15 Voltaje positivo de 3.3 Volts para PHY RX.

VDDPLL 20 16 Voltaje positivo de 3.3 Volts para PHY PLL.

VSSPLL 21 17 Voltaje de referencia para PHY PLL.

VSSOSC 22 18 Voltaje de referencia para oscilador

OSC1 23 19 Entrada de oscilador.

OSC2 24 20 Entrada de oscilador.

VDDOSC 25 21 Voltaje positivo de 3.3 V para oscilador.

LEDB 26 22 Indicador.

LEDA 27 23 Indicador

VDD 28 24 Voltaje positivo de 3.3 V.

Una vez descrito cada pin del ENC28J60 se muestra el diagrama de conexiones para las

terminaciones del Ethernet y para las conexiones externas.

Figura V.2. Diagrama a electrónico de conexiones del ENC28J60.

En la figura 5.2. se muestra los componentes electrónicos necesarios para hacer la conexión

de la red de Ethernet, lo que hay que destacar de este circuito es que se necesita un

transformador de acoplamiento se puede recomendar el encapsulado SQ-H48W cuyo

diagrama esquemático se encuentra en la figura B.6 del anexo.

Como se menciono el ENC28J60 maneja un cristal cuya frecuencia debe ser de 20 MHz que se

conecta a los pines del OSC1 y OSC2 como se muestra en la figura 5.3.


-42-

Figura V.3. Conexión del oscilador para el encapsulado ENC28J60

STACK TCP/IP.

El stack TCP/IP provee los servicios de programación para la utilización de este protocolo

mediante microcontroladores de la familia de microchip de 64 bits para aplicaciones http

Server, mail client, etc, este stack es utilizado por el lenguaje de programación “C”, en el

siguiente programa se muestra las funciones principales en el manejo de una aplicación para

redes.

// Declaración de las funciones principales #define THIS_IS_STACK_APPLICATION #include “StackTsk.h” #include “Tick.h” #include “dhcp.h” // Only if DHCP is used. #include “http.h” // Only if HTTP is used. #include “ftp.h” // Only if FTP is used. // Other application specific include files ... // entrada al programa principal void main(void) { // Especificación de inicialización ... // Inicialización de el Stack de componentes // Si la inicialización del stack es usada, inicializa esta tambien. TickInit(); StackInit(); HTTPInit(); // solo para http si es usado FTPInit(); // solo para FTP si es usado. // Bucle infinito while(1) { // Actualización del contador. Puede ser ocasionada por una interrupción. TickUpdate(); // Administrador del Stack StackTask(); HTTPServer();// solo para HTTP si es usado. FTPServer();// solo para FTP si es usado. // Aplicación logica reside aquí. DoAppSpecificTask(); } }


-43-

En este programa las funciones principales se pueden reescribir para aplicaciones en

específico, por ejemplo si se requiere utilizar únicamente un servidor http se reescribe la

función http y se puede borrar la función que corresponden a un servidor FTP.

Este tipo de stack sirve para programar en C cualquier controlador de ethernet como es el

ENC28J60 de una manera sencilla y así hacer aplicaciones de control distribuido, aquí es una

de las aplicaciones a futuro para la revolvedora de pinturas.

Comunicación con la PC mediante Sockets.

Un socket es un punto final de comunicación, en el cual se pueden enviar o recibir paquetes de

información, un socket permite conectarse a un equipo remoto e intercambiar datos con el

protocolo de transmisión TCP o con el protocolo de datagramas de usuario UDP.

En visual Basic el control que permite la utilización de sockets se llama winsock, que se puede

agregar dando clic en proyecto de la barra de herramientas una vez que despliegue se da clic

en componentes y agrega la opción Microsoft Winsock 6.0.

En el siguiente ejemplo se muestra un programa cliente-servidor en donde se utilizan Sockets.

Programa y formulario del servidor.

Figura V.4. Programa Servidor en VB.

Control Winsock


-44-

Programa y formulario de cliente.

Figura V.5. Programa Cliente en VB.


-45-

Una propuesta que se plantea a futuro es que el programa del servidor sirva para comunicarse

con el sistema de control mediante la red, por lo tanto en el proyecto de la revolvedora de

pinturas se plantea que se diseñe de tal manera que este sea el cliente mediante la utilización

de cualquier controlador para Ethernet.


-46-

CAPITULO VI.

CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES .

Con la aplicación de diferentes ramas de ingeniería como son: la electrónica de potencia y

digital, la neumática, programación estructura y programación orientada a objetos se desarrolló

un sistema de control el cual simula el proceso de mezclado de pinturas en donde se utilizan

los tres colores principales. Se realizó este proyecto por que en la actualidad casi todos los

sistemas de control su adquisición y distribución de datos se hace por medio de la

computadora. Tenemos que tener en cuenta que la comunicación de la computadora con la

mezcladota de pinturas se hace mediante el puerto paralelo, con las nuevas tecnologías este

ya va quedando obsoleto, se recomienda en industrias donde tengan instalado una red Lan o la

computadora esta lejos de la planta hacer la comunicación mediante Ethernet donde se haría

un buen control distribuido.

Otra recomendación es que actualmente es necesario que la computadora y la planta, o

sistema se comuniquen a través de un sistema de comunicación inalámbrico, para esto existen

diversos protocolos que se pueden utilizar y proveedores que venden las tarjetas para haer el

diseño.


-47-

APÉNDICE A. DIAGRAMAS ELECTRÓNICOS. A.1 Diagrama esquemático de sistema de control.

Figura A.1. Diagrama electrónico de control

CO

NT

RO

L A

PLI

CA

DO

A M

EZ

CLA

DO

RA

DE

PIN

TU

RA

S

-48-

A.2

Dia

gram

as d

e la

eta

pa d

e po

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ia.

Fig

ura

A.2

.1. D

iagr

ama

elec

trón

ico

para

act

ivar

el m

otor

a p

asos

Fig

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A.2

.2. D

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ama

elec

trón

ico

para

act

ivar

ele

ctro

vál

vula

s y

com

pres

or

6

5

4

1

2

1

OPTOCOUPLER-NPN

6

5

4

1

2

2

OPTOCOUPLER-NPN

6

5

4

1

2

3

OPTOCOUPLER-NPN

6

5

4

1

2

4

OPTOCOUPLER-NPN

D1

1N4007

D2

1N4007

D3

1N4007

D4

1N4007

Q1TIP41

Q2TIP41

Q3TIP41

Q4TIP41

VddVcc

R3

470

R5

2.2k

R6

2.2k

R4

470 R8

2.2k

R7

2.2k

R2

470

R1

470

SUB?

1234

SE

ÑA

LE

S D

EL

PIC

16

F8

77

A

123456

SA

LID

AS

AL

MO

TO

R A

PA

SO

S

6

5

4

1

2

5

OPTOCOUPLER-NPN

6

5

4

1

2

6

OPTOCOUPLER-NPN

6

5

4

1

2

7

OPTOCOUPLER-NPN

6

5

4

1

2

8

OPTOCOUPLER-NPN

D5

1N4007

D6

1N4007

D7

1N4007

D8

1N4007

Q5TIP41

Q6TIP41

Q7TIP41

Q8TIP41

V+Vcc

R11

470

R13

2.2k

R14

2.2k

R12

470 R16

2.2k

R15

2.2k

R10

470

R9

470

SUB?

1234

SE

ÑA

LE

S D

EL

PIC

16

F8

77

A

1234

SA

LID

A A

EL

EC

TR

OV

AL

VU

LA

S

CONN-H4

12

SA

LID

A A

L C

OM

PR

ES

ORHE1*2


-49-

ANEXO. Encapsulados del PIC16F877A

Figura B.1. Encapsulado PDIP

Figura B.2. Encapsulado PLCC.

Figura B.3. Encapsulado TQFP.


-50-

Figura B.4 Configuración del ENCJ28J60 en su encapsulado SPDIP, SSOP y SOIC.

Figura B.5 Configuración del ENCJ28J60 en su encapsulado QFN.

Figura B.6. Configuración del encapsulado SQ-H48W


-51-

BIBLIOGRAFÍA . Francisco. Javier Ceballos. Enciclopedia de Microsoft Visual Basic 6.0. México: Alfomega. Srephen J. Chapman. Maquinas Eléctricas. México: Mc Graw Hill. Antonio Guillen Salvador. Introducción a la Neumática. Colombia: Alfaomega. Muhammad H. Rashid. Power Electronics Handbook. Canada: Academic Press. http://www.microchip.com/

escuela superior de ingenierÍa mecÁnica y ......una paleta gira alrededor de un eje situado...

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