informe de pasantia del proyecto “diseÑo e...
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INFORME DE PASANTIA DEL PROYECTO “DISEÑO E IMPLEMENTACION DE
UN SISTEMA DE CONTROL PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE UN TORNO
CONVENCIONAL Y UN TALADRO DE ÁRBOL EN LA EMPRESA ECOLUZ”
JASON ALEXANDER JULIO SALAZAR
Código: 20131383020
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
INGENIERIA EN CONTROL
FACULTAD TECNOLOGICA
BOGOTÁ, 2019
INTRODUCCIÓN
Ecoluz es una empresa dedicada a la fabricación de todo tipo de piezas o
dispositivos mecánicos a la medida de sus clientes, para esto cuenta con máquinas
como torno, fresadora, prensa hidráulica, soldadura de diferentes tipos, pintura etc.
Algunos de los trabajos realizados son repetitivos y en serie o de volúmenes muy
grandes de piezas iguales, donde para cumplir con ciertos estándares de calidad se
requiere que el proceso de fabricación en el torno se pueda realizar en las mismas
condiciones para cada una de las piezas o con algunas velocidades específicas
para lograr el acabado deseado o para remover el material de manera más rápida.
En la actualidad existen maquinas automatizadas de tipo CNC (Control Numérico
Computarizado) que facilitan los procesos de manufactura ya que realizan varias
operaciones en un mismo montaje, sin embargo este tipo de tecnología tiene un alto
costo monetario, por lo cual la empresa no tienen la capacidad de adquirir máquinas
de este tipo.
En la empresa Ecoluz se cuenta con un torno y un taladro de árbol que sirve como
taladro fresador para la fabricación de diferentes piezas mecánicas en materiales
diversos. Estas máquinas trabajan a velocidades constantes las cuales se pueden
variar ajustando de manera manual el juego de poleas que tienen internamente. Sin
embargo este procedimiento quita tiempo en el proceso de fabricación además de
ser una labor bastante tediosa. No se tiene control de la velocidad ni del torque de
salida.
Debido a lo anterior se pretende realizar una automatización y control de estas dos
máquinas para que el operario pueda ajustar la velocidad deseada mediante una
perilla y que a su vez las maquinas mantengan el torque a dicha velocidad.
Para esto se pretende cambiar el motor de cada máquina, por uno de mayor
potencia y realizar sobre este un control de tipo electrónico que permita que la
máquina trabaje con un único ajuste de poleas pero que su velocidad sea regulable
mediante una perilla, manteniendo el torque cuando se le aplica una carga de
trabajo. De esta manera el operario ya no tendrá que detener la máquina y cambiar
la posición de la correa para ajustar la velocidad de la máquina, dando como
resultado la disminución de los tiempos de fabricación y el aumento de la vida útil
de las correas de transmisión.
Este proyecto se realizará bajo la modalidad de pasantía en la empresa Ecoluz, la
cual espera que mediante la implementación de este proyecto el tiempo de
fabricación de las piezas se vea reducido significativamente.
Para la realización de este proyecto el estudiante cumplirá con 560 horas de trabajo,
donde será capacitado sobre el funcionamiento de las máquinas para que pueda
cumplir con el desarrollo del proyecto de acuerdo a las necesidades de la empresa.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La empresa Ecoluz fabrica diferentes piezas y dispositivos mecánicos para la industria, para esto cuenta con diferentes máquinas entre las que destacan un torno y un taladro de árbol el cual sirve como taladro fresador, estas máquinas en su transmisión son completamente mecánicas, por lo cual para variar la velocidad de funcionamiento de las mismas es necesario cambiar las poleas de transmisión de manera manual. Además por seguridad las poleas tanto del torno como del taladro están protegidas con tapas las cuales deben estar sujetadas a la maquina con tornillos. Esto hace que la fabricación de las piezas y los trabajos en serie tomen más tiempo del necesario, ya que cuando se desea cambiar la velocidad de funcionamiento del torno o del taladro el operario debe detener la máquina, desmontar las tapas, cambiar las correas de posición y asegurar nuevamente las tapas, esto incrementa los tiempos muertos de trabajo además de reducir la vida útil de las correas de transmisión ya que en este proceso se tensionan y se maltratan para ser ajustadas. Todo esto hace que muchas veces se desperdicie más tiempo en la configuración
y adecuación de la máquina que en el mismo proceso de fabricación.
JUSTIFICACIÓN
Las dos máquinas principales en la industria de manufactura de piezas mecánicas son el torno y la fresadora, ya que con estas máquinas se fabrican todo tipo de piezas además de que se complementan entre sí, puesto que algunas piezas relacionados con los sólidos de revolución se realizan en el torno mientras que otras se realizan en la fresadora, con el fin de tener un producto final de acuerdo a las exigencias del cliente. Otro factor importante en la fabricación de cualquier producto es el tiempo, ya que en cualquier industria siempre se busca que los procesos sean lo más rápidos posibles. Debido a esto la empresa Ecoluz desea reducir los tiempos de fabricación de sus productos, los cuales en su mayoría se realizan con las maquinas mencionadas. Después de un análisis del proceso completo de fabricación de cada una de las piezas que se entregan, la empresa determino que se tenía una pérdida de tiempo muy alta en la configuración de las velocidades del torno y del taladro fresador cuando se fabrican las piezas. Por lo cual se hace necesario automatizar estas máquinas para reducir el tiempo de fabricación significativamente. Lo cual dará como resultado que los pedidos se puedan entregar en menos tiempo incrementando la productividad de la empresa haciéndola a su vez más competitiva a nivel local. Dado que en esta empresa se fabrican productos con ciertos requerimientos específicos a la medida de cada cliente se hace necesario que la automatización de estas máquinas se realice con ciertos criterios de acuerdo a los procesos propios de la empresa, por lo cual no son viables tecnologías que se encuentran en el mercado, sino que se debe realizar un trabajo específico sobre las máquinas.
TRAYECTORIA DE LA EMPRESA.
Ecoluz es una empresa dedica a la fabricación de todo tipo de dispositivos
mecánicos y piezas en serie, además incursiona en la fabricación de máquinas de
moler, peladoras de papa, vehículos ambulantes, también en mantenimiento
preventivo y correctivo de máquinas industriales.
Siempre se ha caracterizado por tratar de innovar y dar solución a sus clientes con
dispositivos o mecanismos originales. La filosofía principal del dueño de la empresa
es no copiar nada y hacer las cosas de manera eficiente y con excelente calidad.
Para el desarrollo de la pasantía el dueño de la empresa estará en todo momento
supervisando el proyecto junto con el estudiante y los operarios de las máquinas
con el objetivo de cumplir con los requerimientos establecidos.
OBJETIVOS
General.
Diseñar e implementar un sistema de control para el torno y el taladro de árbol de
la empresa Ecoluz, que permita al operario regular la velocidad de cada uno de
estos mediante una perilla.
Específicos.
1. Encontrar el modelo matemático de la planta mediante la identificación de las
variables de entrada y salida del sistema.
2. Diseñar e implementar un sistema de control que permita que el torno y el
taladro de árbol mantengan la velocidad y el torque deseados cuando se
trabaja con y sin carga.
3. Medir y verificar que las variables de entrada y salida cumplan con los
requerimientos de velocidad y torque deseados y coincidan con el modelo
matemático encontrado.
RESULTADOS ALCANZADOS
- Modelo matemático de la planta - Desarrollo del sistema de control - Implementación del sistema de control en PCB profesional - Medición de las variables de entrada y salida - Capacitación sobre los procesos de mecanizado
A continuación, se describen los resultados esperados antes del desarrollo de la
práctica para luego ser comparados con los resultados obtenidos al finalizar la
misma.
Resultados esperados al comienzo del proyecto
La empresa espera reducir los tiempos de fabricación de las piezas que se llevan a cabo
en el torno y la fresadora mediante el desarrollo de este proyecto. Lo cual traerá para la
empresa beneficios económicos y podrá brindar a sus clientes un servicio más rápido.
Se desea que al finalizar el proyecto se tenga control absoluto sobre las variables de
entrada y salida de la planta y que estas se comporten de acuerdo al modelo matemático
identificado.
Se espera que el dispositivo de control diseñado y fabricado sirva para ser implementado
en otras de las maquinas con las cuales cuenta la empresa y también para las futuras
maquinas que la misma fabrique para sus clientes.
Cronograma de Actividades
Actividades Horas
Abril Mayo Junio Julio Agosto
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1
Capacitación y reconocimiento de las
maquinas 70 X X
2 Desmontaje de Torno y Taladro 35 x X
3 Selección y prueba de motores 70 x x
4
Implementación y prueba de
sensores 35 x
5 Caracterización de actuadores 35 x
6
Medición de variables de entrada y
salida 35 x x
7
Identificación del modelo matemático
de la planta 35 x x
8 Diseño del controlador 70 x x
9 Pruebas del controlador sin carga 35 x x
10 Pruebas del controlador con carga 35 x
11 Fabricación del controlador final 35 x x
12
Montaje del controlador y sensores
en las maquinas 35 x x
13 Documentación final 35 x x
Total Horas 560
Plan de trabajo
Actividad Descripción Responsables Horas
Capacitación
Se llevara a cabo 2 semanas de
capacitación en las cuales el estudiante
será orientado sobre los procesos de la
empresa, las normas de seguridad, el uso
general de cada una de las máquinas y los
requerimientos específicos de los clientes.
Empresa -
Estudiante 70
Desmontaje de
Torno y Taladro
Las maquinas serán desarmadas según la
necesidad para realizar las pruebas
correspondientes
Empresa -
Estudiante 35
Selección y
prueba de
motores
Investigación sobre los motores
comerciales en el mercado y elección de
los más adecuados para el proyecto
Empresa -
Estudiante 70
Implementación
y prueba de
sensores
Se instalaran los sensores en las máquinas
y se verificara su correcto funcionamiento
Empresa -
Estudiante 35
Caracterización
de actuadores Pruebas iniciales con los motores.
Empresa -
Estudiante 35
Medición de
variables de
entrada y
salida
Ya con la maquina ensamblada con los
sensores y los motores instalados, se
medirán las variables de entrada y salida
verificando el correcto funcionamiento de
las maquinas con los nuevos equipos
Empresa -
Estudiante 35
Identificación
del modelo
matemático de
la planta
Basado en los datos recopilados y con el
uso de un software se identificara el
modelo matemático del torno y la fresadora
Estudiante 35
Diseño del
controlador
Diseño electrónico y fabricación del
prototipo que servirá como controlador
para las maquinas
Estudiante 70
Pruebas del
controlador sin
carga
Pruebas iniciales del controlador con la
maquina sin carga bajo diferentes
requerimientos de velocidad
Empresa -
Estudiante 35
Pruebas del
controlador con
carga
Pruebas de las maquinas bajo condiciones
normales de trabajo, verificando que el
sistema desarrollado controle la velocidad
y el torque
Empresa -
Estudiante 35
Fabricación del
controlador
final
Diseño y manufactura del controlador final
que sera instalado en las maquinas
Estudiante 35
Montaje del
controlador y
sensores en las
maquinas
Instalación y pruebas finales del
controlador los sensores y todo el sistema
de control definitivo
Empresa -
Estudiante 35
Documentación
Final
Se debe entregar a la empresa un informe
final sobre el sistema de control
desarrollado adjuntando los planos, código
de programación y todo lo relacionado al
proyecto.
Estudiante 35
De acuerdo al plan de trabajo a continuación se describen las actividades que se
desarrollaron durante la pasantía.
CAPACITACIÓN
Lo primero que se realizó al comienzo de la pasantía fue el proceso de capacitación
por parte de la empresa al estudiante. Los temas que se desarrollaron fueron los
siguientes.
- Normas de seguridad para la prevención de riesgos laborales en tornos. - Operaciones básicas de mecanizado en Torno convencional. - Operaciones básicas de mecanizado en Fresadora. - Instrumentos de Medición. - Datos técnicos para fabricación de piezas. - Principales trabajos realizados en la empresa.
Normas de seguridad para la prevención de riesgos laborales en tornos.
La empresa se enfocó inicialmente en la importancia de la seguridad en el ambiente
laboral ya que al trabajar con máquinas que giran a altas revoluciones se debe tener
un cuidado especial en cada uno de los procesos.
Los aspectos más relevantes en este tema son, las generalidades sobre las
maquinas, el voltaje al que trabajan, el tipo de movimientos que realizan, los
actuadores y los accionamientos que tienen etc. La protección personal y el uso de
los elementos de seguridad. Las condiciones iniciales de las maquinas antes de
ponerlas en operación y por ultimo las recomendaciones cuando las máquinas están
en movimiento.
Operaciones básicas de mecanizado en Torno y Fresadora.
Este fue uno de los temas fundamentales para el desarrollo de la pasantía ya que
era necesario entender la importancia del control de velocidad en las máquinas para
que las operaciones de mecanizado cumplieran con los estándares de calidad
solicitados por los clientes. A continuación se describen las operaciones básicas en
el torno.
Cilindrado: Esta es una de las operaciones más comunes que se realizan en la
empresa y consiste a grandes rasgos en disminuir el diámetro a una barra cilíndrica,
dando un nuevo diámetro a la pieza. Es importante entender que cuando se están
haciendo las primeras pasadas se profundiza más que cuando se está dando el
acabado final, por lo cual el torno gira a menos revoluciones cuando se disminuye
el material y a más revoluciones cuando se está dando el diámetro final, esto con el
fin de dar un terminado de mayor calidad.
Fig. 1 Cilindrado
Refrentado: Esta operación consiste en obtener una superficie plana en la pieza y
generalmente se hace por las dos caras de la misma.
Fig. 2 Refrentado
Taladrado: Consiste en perforar una pieza mediante el uso de una broca, en este
la caso la pieza es la que gira mientras que la broca esta quieta y el avance se hace
de manera manual.
Fig. 3 Taladrado
Aunque existen más operaciones de mecanizado en este tipo de máquinas, las
mencionadas anteriormente son las principales que se realizan en la empresa
ECOLUZ.
Instrumentos de Medición
Los instrumentos de medición más utilizados en la empresa son el calibrador pie de
rey, el goniómetro y el micrómetro. Cada uno de estos sirve para tomar mediciones
con precisión antes y después de la fabricación de las piezas. Por lo general se
busca que las medidas finales de las piezas sean lo más precisas posibles y con un
acabado de calidad. Por esto es importante que las maquinas trabajen a
velocidades constantes en cada uno de los procesos.
Datos técnicos para fabricación de piezas.
Sobre este tema se hizo énfasis sobre la determinación del número de revoluciones
a los que debe girar la maquina dependiendo el proceso que se vaya a realizar, el
acabado que se busque en la pieza y el tipo de material.
Los materiales más utilizados en la empresa son Aluminio, Acero y Empack, cada
uno de estos tiene unas características diferentes que se deben tener en cuenta
durante el proceso de mecanizado.
Principales trabajos realizados en la empresa
La empresa ECOLUZ antiguamente fabricaba principalmente lámparas para el
sector industrial, pero desde hace algunos años fabrica repuestos para maquinas o
piezas especiales mecanizadas y algunas piezas en serie. Dado que el torno y la
fresa son convencionales se requiere ahorrar el máximo de tiempo en las
operaciones.
DESARMADO DE MAQUINAS
El torno y el taladro de árbol fueron desarmados completamente para verificar el
estado de las maquinas y para tener una idea clara de las posibles alternativas de
solución.
Torno: El torno cuenta con un sistema de engranajes que hace una reducción de
5:1 entre el eje de entrada del motor y el eje de salida en la copa del torno, el
mecanismo se puede observar en la figura 4. De acuerdo a los requerimientos del
dueño de la empresa, el torno debe tener una velocidad en el eje de salida de
máximo 2000 RPM y mínimo 120RPM estos datos fueron claves para la elección
del motor ya que debido a la reducción propia del torno se requería un motor que
girara hasta por lo menos 10000 RPM.
Fig. 4 Sistema de Reducción del Torno
Fig. 5 Torno Convencional
Taladro de Árbol: El taladro a diferencia del torno cuenta con un sistema de poleas
variables que permite seleccionar entre 5 reducciones diferentes mediante el ajuste
de las relaciones entre las poleas. Para esta maquina las revoluciones deben variar
entre 400 RPM y 2300 RPM.
Fig. 6 Taladro de árbol
Las maquinas se encontraron en perfecto estado mecánico ya que tanto los
engranes como las poleas están en buenas condiciones, facilitando el trabajo ya
que no hubo necesidad de hacer ninguna reparación ni mantenimiento.
SELECCIÓN Y PRUEBA DE MOTORES
Dado que se buscaba una solución de bajo presupuesto se miraron diferentes
opciones de motores que cumplieran con los requerimientos de una velocidad
mayor a 10000RPM y una potencia igual o mayor a ½ caballo de fuerza.
Buscando en el mercado local se consiguieron unos motores de la marca General
Electric con las siguientes características:
Diámetro: 122.74mm
Largo Motor: 241.59mm
Largo Eje: 37.61mm
Diámetro Eje: 15.72mm
Modelo: BD6219
Alimentación: 120VAC
Potencia: 1HP
Consumo: 6.2A con carga y 1A en Vacío
RPM: 14000
En la figura 7 se puede observar el motor adquirido
Fig. 7 Motor General Electric
Estos motores son denominados motores universales y son muy utilizados en
lavadoras y algunos equipos electrodomésticos. Se consiguieron de segunda mano
en muy buenas condiciones y a un precio bastante económico comparado con
motores nuevos con características similares, debido a esto fueron seleccionados
ya que cumplían con los requerimientos deseados.
Luego de algunas pruebas se verificaron las características técnicas del motor
suministradas por el vendedor en cuanto a consumo y velocidad obteniendo los
siguientes datos.
RPM: entre 19000 y 21000
Consumo: 10A con carga y 0.8A en vacío
A pesar de que los valores obtenidos eran diferentes respecto a la ficha técnica
suministrada por el vendedor, las características eran aceptables para la aplicación
deseada por lo cual se dio el aval para utilizar estos motores tanto en el torno como
en el taladro de árbol.
IMPLEMENTACIÓN Y PRUEBA DE SENSORES
A pesar de que este tipo de motores cuenta con una bobina tacométrica la cual
entrega una Señal AC que varia tanto en amplitud como en frecuencia proporcional
a la velocidad del motor, se opto por implantar un encoder al motor. Debido a que
se realizaron pruebas con la bobina y esta no era muy precisa ya que ante un valor
de voltaje constante la señal de la bobina no siempre era la misma.
El encoder que se implemento fue un sensor de tipo herradura y se acoplo al eje del
motor un disco de 6 ranuras.
Fig. 8 Encoder Herradura
Este sensor cuenta con un diodo emisor y un receptor. Cuando el eje del motor
empieza a girar el has de luz del emisor solo puede pasar por las ranuras del disco,
por lo cual va entregar 6 pulsos por cada giro del motor.
Fig. 9 Encoder y motor
Este sistema a pesar de ser muy sencillo y económico es mucho mas preciso que
la bobina tacometrica ya que permite saber realmente a que velocidad gira el motor,
facilitando el control de la velocidad.
IDENTIFICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO DE LA PLANTA
El control que se realizo es de tipo PID digital y se realizó la identificación mediante Matlab, usando la aplicación SISOTOOL se obtuvo una función de transferencia sugerida para el controlador PID. Para poder utilizar esta herramienta primero se determinó la función de transferencia de la planta, la cual se presente a continuación:
A partir de esta función de transferencia y con la ayuda de la herramienta SISOTOOL se procedió encontrar una función de transferencia para el controlador PID, esto basado en la siguiente arquitectura de control
Fig. 10 Arquitectura de control
Donde C es el controlador deseado, G es la planta y F y H son iguales a 1. De acuerdo a lo anterior se obtuvo la siguiente función de transferencia para el controlador PID
Luego de tener esta función de transferencia se procedió a buscar los circuitos equivalentes para poder implementar el controlador PID y la respectiva función de transferencia.
En simulación se puede utilizar la herramienta de Simulink de Matlab haciendo el montaje del sistema de acuerdo a los valores obtenidos para ver el comportamiento en respuesta a una entrada escalón y luego agregar una señal de ruido y verificar la respuesta ante la señal de ruido.
Fig. 11 Diagrama de bloques
Fig. 12 Respuesta a la señal paso
Fig. 13 Diagrama de Bloques de la señal con ruido
Fig. 14 Respuesta a la señal paso con ruido
Como se puede evidenciar en las gráficas anteriores el controlador PID no es
completamente robusto ya que se ve claramente influenciado por las perturbaciones
las cuales no permiten que el sistema se comporte como se desea.
DISEÑO DEL CONTROLADOR DE LA PLANTA
Para el diseño del controlador se realizo un control en lazo cerrado del motor, donde
la variable a controlar era la velocidad del motor medida mediante el encoder,
buscando que la velocidad se mantuviera constante tanto en vacío como con carga
o durante el proceso de mecanizado.
Dado que el motor es de tipo universal y se buscaba una opción económica se
implemento un circuito con las siguientes características:
- Detector de cruce por cero - Control digital mediante un microcontrolador Atmega 328P
- Etapa de potencia mediante un TRIAC, controlando el ángulo de disparo - Realimentación mediante un encoder.
Detector de Cruce por cero
Dado que el control seleccionado es de tipo digital, se requiere un circuito detector
de cruce por cero que permita determinar cuando la señal de AC pasa por 0V y
cambia de polaridad para tener una referencia del tiempo requerido para activar el
Triac.
El circuito tiene un puente rectificador de onda completa conectado a la red limitado
por unas resistencias en serie. A la salida de este puente rectificador se conecta un
optoacoplador 4N25 el cual tiene un transistor que fue conectado en configuración
de colector abierto que corta la señal cada vez que la onda pasa por 0V. Esta señal
entra a un comparador LM323 para tener a la salida un pulso de 5V cada vez que
hay que la señal de la red cruza por cero.
Fig. 15 Detector de cruce por cero
Etapa de control Digital
Esta etapa esta basada en un microcotrolador Atmega328P trabajando a 20MHz.
El microcotrolador tiene como entradas la señal del cruce por cero, la señal del
encoder y la señal del potenciómetro lineal. La salida del microcontraldor es una
señal de disparo para activar el Triac.
El microcontrolador activa una interrupción cada vez que se tiene un pulso del cruce
por cero, de ahí de acuerdo a la frecuencia de la red de 60Hz se tiene que el periodo
de esta señal es de:
𝑇 =1
𝑓=
1
60𝐻𝑧= 16.66𝑚𝑠
Este es el periodo de la señal completa. Como la señal pasa 2 veces por cada ciclo
por cero, el periodo de los pulsos del cruce por cero es:
𝑇 =16.66𝑚𝑠
2= 8.33𝑚𝑠
Lo cual indica que la interrupción se activara cada 8.33ms y corresponde a un
angulo de 180º de la señal.
Luego de que el microcontrolador sabe cuando se da el cruce por cero se puede
ajustar el tiempo antes del próximo cruce para activar el triac. Esto con el fin de que
el voltaje RMS que llega al motor sea menor al de la red y de esta manera gire a
una menor velocidad.
A continuación se presenta un diagrama de bloques simplifica esta idea.
Fig. 16 Diagrama de bloques cruce por cero
La otra entrada del microcontrolador es la señal del potenciómetro Lineal la cual
estará variando entre 0V y 5V y será leída por el conversor análogo digital. Esta
señal será manipulada por el operario siendo la que determinará la velocidad
deseada por el operario o setpoint.
Como ya se mencionó anteriormente los valores de la velocidad en el eje de motor
de salida del torno no pueden exceder las 2000RPM y como el torno tiene una
reducción de 5:1 el motor no debe exceder las 10000RPM, por lo cual cuando el
potenciómetro se encuentre totalmente girado hacia la izquierda determinara una
velocidad de 0 RPM y cuanto se encuentre girado totalmente a la derecha, la
velocidad será de 10000 RPM en el motor y 2000 RPM en el eje de salida del torno
(en la copa).
Finalmente la otra señal de entrada al microcontrolador es la señal del encoder, la
cual generara una interrupción cada vez que se tenga un pulso debido al movimiento
del eje del motor. Cada vez que se genera la interrupción se incrementa una variable
y este proceso se repite durante 1s, el cual es el tiempo de muestreo para
determinar las RPM a las que esta girando el motor.
Fig. 17 Encoder montado en el motor
Fig. 18 Circuito de Control
Fig. 19 Circuito de Potencia
Cumplimiento de los objetivos de la pasantía
- El objetivo general se cumplió dado que se diseño e implemento el sistema de control para el torno y el taladro de árbol
- Se encontró el modelo matemático del motor que se utilizo haciendo uso de la herramienta SISOTOOL de Matlab, utilizando los valores conocidos de voltaje de entrada y midiendo la velocidad del motor mediante el encoder.
- El sistema de control diseñado permite que el torno y el taladro de árbol mantengan la velocidad y el torque en vacío y cuando están trabajando con carga.
- Se verifico que cada motor gira a una velocidad constante y deseada tanto en vacío como con carga, cumpliendo con las características del sistema de control.
Fig. 20 Circuito Ensamblado
Fig. 21 Circuito Ensamblado
Fig. 22 Comportamiento en vacio a 300RPM
Fig. 23 Datos a 300 RPM
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930
Velocidad Vs Tiempo
SetPoint RPMs
Tiempo SetPoint RPM
1 300 298
2 300 297
3 300 298
4 300 297
5 300 301
6 300 303
7 300 303
8 300 304
9 300 302
10 300 301
11 300 298
12 300 300
13 300 303
14 300 302
15 300 304
16 300 303
17 300 299
18 300 298
19 300 299
20 300 301
21 300 304
22 300 301
23 300 299
24 300 298
25 300 300
26 300 302
27 300 303
28 300 301
29 300 302
30 300 303
Fig. 24 Comportamiento en Vacio a 1000 RPM
Fig. 25 Datos a 1000RPM
850
900
950
1000
1050
1100
1150
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Velocidad VS Tiempo
SetPoint RPM
Tiempo SetPoint RPM
1 1000 1010
2 1000 1005
3 1000 1002
4 1000 995
5 1000 998
6 1000 996
7 1000 1003
8 1000 1000
9 1000 1002
10 1000 996
11 1000 993
12 1000 995
13 1000 991
14 1000 996
15 1000 1001
16 1000 1003
17 1000 1008
18 1000 1007
19 1000 1010
20 1000 1005
21 1000 1009
22 1000 1002
23 1000 995
24 1000 990
25 1000 992
26 1000 995
27 1000 997
28 1000 1001
29 1000 1005
30 1000 1010
Fig. 26 Comportamiento en vacio a 1800RPM
Fig. 27 Datos a 1800 RPM
1600
1650
1700
1750
1800
1850
1900
1950
2000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Velocidad vs Tiempo
SetPoint RPM
Tiempo (s) SetPoint RPM
1 1800 1815
2 1800 1805
3 1800 1807
4 1800 1802
5 1800 1798
6 1800 1795
7 1800 1795
8 1800 1790
9 1800 1796
10 1800 1800
11 1800 1800
12 1800 1805
13 1800 1810
14 1800 1808
15 1800 1802
16 1800 1799
17 1800 1798
18 1800 1795
19 1800 1790
20 1800 1785
21 1800 1792
22 1800 1796
23 1800 1800
24 1800 1809
25 1800 1809
26 1800 1805
27 1800 1799
28 1800 1798
29 1800 1802
30 1800 1801
Fig. 28 Comportamiento con carga a 300RPM
Fig. 29 Datos con carga
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930
Velocidad Vs Tiempo
SetPoint RPM
Tiempo SetPoint RPM
1 300 299
2 300 298
3 300 300
4 300 302
5 300 301
6 300 260
7 300 240
8 300 210
9 300 260
10 300 285
11 300 292
12 300 301
13 300 305
14 300 302
15 300 301
16 300 298
17 300 299
18 300 301
19 300 300
20 300 300
21 300 301
22 300 300
23 300 299
24 300 298
25 300 301
26 300 301
27 300 300
28 300 299
29 300 298
30 300 301
CONCLUSIONES
- Mediante un control digital basado en un microcontrolador y algunos componentes electrónicos sencillos y económicos se pudo dar solución a una aplicación de tipo industrial de la empresa Ecoluz
- El modelo matemático de la planta fue identificado mediante el sotfware Matlab, sin embargo se debe tener en cuenta que en la industria se tienen variables adicionales que muchas veces no se pueden controlar por lo cual el control debe ser robusto para evitar un mal comportamiento en el proceso.
- El sistema de control implementado cumple con los requerimientos de funcionamiento ya que permite que las maquinas mantengan la velocidad tanto en vacio como con carga y funcionamiento, haciendo que el proceso de fabricación de las piezas sea más rápido y con un mejor acabado ya que permite que el operario pueda manipular la velocidad en tiempo real durante todo el proceso.
- A pesar de que para el operario no es necesario conocer la velocidad exacta a la que funciona la máquina en cada proceso, el sistema de control permite que la velocidad sea constante durante el proceso de mecanizado y que el operario la pueda variar fácilmente mediante un potenciomentro lo cual ahorra bastante tiempo respecto al proceso antiguo donde el operario debía modificar la relación de engranes o poleas de las maquinas.
BIBLIOGRAFÍA
[1]. K. Ogata, “Ingeniería de control moderna”, Pearson. 5 Edición.
[2]. Kuo. Benjamín C “Sistemas Automáticos de Control”, Pearson. 7 Edición.
[3]. Martinez, Juan Antonio, “libro de taller Torno y Fresadora”, Ediciones CEYSA