Texto completo
Contents
1. Para el deslizamiento del cable se utiliz rodamientos los cuales al acoplarlos a un eje facilitan su desplazamiento ya que reduce la fricci n entre dicho eje y las piezas conectadas a ste Este sistema se ajusto a trav s de poleas al motor Se utiliz un fusible 3 para la protecci n de todos los elementos de la maquina implementando la utilidad de la protecci n y control a niveles considerables de corriente por medio de Electr nica de Potencia 3 DISE O DEL PROTOTIPO El dise o del prototipo se realiz con base a tres m dulos Electrico Mecanico Electr nico y Seccionamiento cuyo diagrama de bloques general se muestran en la Fig 1 MODULO DE CONTROL TECLADO Interfaz Usuario Maquina DISPLAY LCD Interfaz Maquina Usuario INTERFAZ DE SECCIONAMIENTO SISTEMA DE MEDIDA DEL CABLE CONTADOR DE CABLE Encoder SISTEMA DE CORTE DEL CABLE Figura 1 Diagrama de bloques general del prototipo 3 1 Modulo El ctrico Mec nico Este modulo consta de un motor con el que se accionan rodamientos para el sistema de medida y un electroim n cuya funci n es accionar el sistema de corte Ver Fig 2 Scientia et Technica A o XVI No 44 Abril de 2010 Universidad Tecnol gica de Pereira 15 La tensi n de alimentaci n del prototipo es de 120VAC de la cual se conecta el motor el electroim n y un convertidor con salida a SVDC para suministrar tensi n a la parte electr nica de2. Enero 26 de 2010 Fecha de Aceptaci n Marzo 25 de 2010 Aqu el prototipo vuelve a reiniciarse y queda a la espera de una nueva orden Los puertos de entrada y salida del microcontrolador se asignaron como lo muestra la Tabla 2 Tabla 2 Configuraci n utilizada para el PIC 16f877A PUERTO COFIGURACION APLICACION Entrada Interfaz de Usuario Teclado C Entrada Salida Se al encoder Control Actuadores D Salida Interfaz grafica LCD Continuando con la descripci n de los componentes de la parte electr nica El LCD funciona como un perif rico de salida visualiza toda la informaci n como texto dando instrucciones al usuario para que introduzca la cantidad de tramos con su respectiva medida en cent metros por medio del teclado y con estos valores definidos empieza el funcionamiento del prototipo Estos microcontroladores son muy sensibles y no cuentan con una protecci n se utilizan optoacopladores Ref 4N25 El optoacoplador esta conectado a la salida con un arreglo de resistencias y transistores que realizan la funci n de amplificador cuyo objetivo es lograr el nivel de corriente necesario para activar los rel s de 5V El sistema de medida corte y conteo se relacion con las revoluciones del motor y el elemento encargado de contar estas revoluciones es un encoder tambi n conocido como optoacoplador ya que tiene su mismo funcionamiento por medio de un emisor un receptor y un material que dependiendo de sus ca
3. la habilidad y experiencia del operario logrando que este se especialice en relaci n a los avances tecnol gicos En la actualidad el desarrollo tecnol gico se ha encaminado a la automatizaci n de procesos industriales incrementando as la necesidad de invertir en la innovaci n de mecanismos con los cuales se logre realizar las mismas Operaciones de una manera ptima eficaz y eficiente Se ha comprobado que las causas m s comunes de fallas en sistemas el ctricos electr nicos etc obedecen en primera instancia a errores humanos Por esta raz n nos encaminamos a innovar dispositivos que realicen los procesos que no necesiten de razonamiento generando la necesidad de especializar al operario motivando al desarrollo humano en procesos que mejoren la competitividad de la empresa Evaluando los procesos que involucran cableado es evidente que el operario invierte aproximadamente el 40 de tiempo en procedimientos mec nicos como medir contar y cortar las longitudes de cable retrasando el desarrollo de una operaci n y aumentando la probabilidad de error en gran magnitud En este art culo encontrara los conceptos necesarios para comprender el desarrollo y aplicaci n del prototipo la descripci n de sus componentes incluyendo circuitos simulaciones im genes y diagramas de flujo del sistema integrado y de la l gica de programaci n la metodolog a el dise o la evaluaci n de costos la ficha t cnica resultados recom
4. n Marzo 25 de 2010 electr nicos y el ctricos con los cuales se integra un sistema de f cil manejo para el usuario Al realizar las pruebas y energizar el circuito se debe evaluar el montaje y determinar las protecciones necesarias dependiendo del componente que se desee proteger en este caso se utilizo un fusible como protecci n de todo el sistema y optoacopladores como protecci n de las dos salidas del microcontrolador Las ventajas de este prototipo con otros sistemas autom ticos para cortar a medida cable es que contribuye al mejoramiento de procesos es econ mico y de f cil transporte 7 Se realizaron cotizaciones de motores DC paso a paso y motores AC pero en los DC no se encontr un motor que se ajustara al presupuesto de 100W y que contara con un valor alto de revoluciones por minuto Raz n por la cual se utilizo un motor monofasico con las siguientes ventajas Alimentaci n 120VAC 100W de potencia 7500 RPM 1 A El nico inconveniente que se presento fue al hallar un encoder que cumpliera con los requerimientos en sensibilidad para registrar eficientemente las revoluciones REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1 Robert boylestad Louis nashelsky Electr nica teor a de circuitos Libro Bogot capitulo 6 y 7 5 Edici n Prentice Hall 1994 2 Muhammad H Rashid Electr nica de potencia circuitos dispositivos y aplicaciones 2 Edici n Prentice Hall 1995 3 A E Fitzgerald Char
5. perdidas ocasionadas por errores en el conteo y o la medida teniendo en cuenta que estos errores implican en la mayor a de los casos perdida de materia prima Al realizar el mismo proceso con este dispositivo se ahorra un 40 de tiempo con una utilidad ptima de los recursos Ver Figura 9 Serie 1 corresponde a la operaci n manual Serie 2 corresponde a la operaci n autom tica EFICIENCIA OPERACI N Seriel a Serie2 T Te Oo LO O N L m m xw O O Oo N CANTIDAD DE CORTES Figura 9 Curva De Eficiencia Para el sistema de deslizamiento del cable se utilizaron inicialmente dos rodamientos pero el cable se salfa del curso para esto fue necesario aumentarlos a cuatro y adaptar unos cilindros en la entrada y salda de los rodamientos facilitando un 60 el deslizamiento del cable Al realizar aproximadamente 180 pruebas a la parte 2 i Valores obtenidos por experiencia laboral como auxiliares en cableado en empresas que implementan cableado el ctrico Instrumentos y Controles S A y Automatizaci n Avanzada S A Scientia et Technica A o XVI No 44 Abril de 2010 Universidad Tecnol gica de Pereira 18 mec nica y determinar los ajustes necesarios para mejorar su funcionamiento se obtuvo la siguiente grafica que describe el desgaste mec nico del prototipo Ver Fig 10 DE DESGASTE MECANICO MAA o o
6. ECTROMAN SISTEMA DE CORTE PNIS PEIEE 4700 3 MOVAC Figura 7 Circuito de la salida del micro al Electroim n MOTOR ENCODER SISTEMA DE CONTEO Y MEDIDA Foto emisor h optico CO Foto receptor 110VAC Figura 8 Circuito de la salida del micro al Motor Tabla 3 Medida de corriente de los mecanismos a accionar DISPOSITIVO MEDIDA DE CORRIENTE A 1 5 9 3 Partiendo de estas medidas y de los recursos disponibles se encontr comercialmente un rel a 5V con los contactos a 120V y 3A este rel es optimo para accionar el motor pero para el electroim n esta muy limitado Ver Tabla 3 raz n por la cual utilizamos adicionalmente un rel a 10 A Fecha de Recepci n Enero 26 de 2010 Fecha de Aceptaci n Marzo 25 de 2010 igualmente se puede utilizar un contactor costoso pero es mas Despu s de tener claro los m dulos del prototipo y cu l ser a la funci n que desempe ar a cada uno se procedi a trabajarlos por separado y de esta manera cada vez que fuera realizada una etapa O fase se efectuar an las pruebas respectivas para el funcionamiento integral del sistema Finalmente se ajustaron todos los dispositivos brindando una soluci n e implementando un sistema integral y practico 4 RESULTADOS Por medio de una evaluaci n de tiempos se comprob que la medida corte y conteo de cable calibre 24 manualmente dura en promedio 30 segundos con un 20 o 60 mas de
7. Scientia et Technica A o XVI No 44 Abril de 2010 Universidad Tecnol gica de Pereira ISSN 0122 1701 13 DISE O Y CONSTRUCCI N DE UN PROTOTIPO PARA MEDIR CONTAR Y CORTAR CABLE CALIBRE 24 Design and construction of a prototype for measure count and cutting cable 24 gauge RESUMEN En este art culo se presenta el desarrollo de un dispositivo enfocado a optimizar los procesos relacionados con el cableado el ctrico como medir contar y cortar cable de calibre 24 lo cual contribuye a ser m s productivo en las actividades relacionadas con este campo El objetivo es dise ar e implementar un sistema que permita de forma autom tica medir cortar y contar cable de calibre 24 por lo cual el dise o se enfoca en desarrollar un dispositivo electromec nico que cumpla eficazmente con cada una de las funciones Adem s de motivar la inversi n en tecnolog a innovadora sencilla y completa para combatir las debilidades y amenazas de las empresas optimizando procesos para reducir la mano de obra la perdida de materia prima y la probabilidad de error lo que representa una oportunidad de fortalecimiento para las mismas por medio de la especializaci n del personal El dise o se evalu realizando pruebas y pr cticas las cuales dieron como resultado los requerimientos y cambios necesarios para la correcta ejecuci n de cada una de las funciones Finalmente se realizo la construcci n y ajustes del prototipo Debido a que en la industria del cable
8. ado se puede encontrar cable de fuerza control y comunicaci n se realiza una evaluaci n de la aplicabilidad de cada uno de ellos en automatizaci n industrial dando como resultado que el dispositivo a realizar tiene una participaci n del 50 1 y que dicho valor tiende a aumentar teniendo en cuenta que los avances tecnol gicos est n enfocados en hacer los procesos m s aut nomos por medio de comunicaci n PALABRAS CLAVE Consumo Control Energ a Medidor Microcontrolador ABSTRACT This paper presents the development of a device aimed at optimizing the processes related to electrical wiring which contributes to the mechanical electromechanical devices are made by product of technological advances The objective is to design and implement a system to automatically measure cut and have 24 gauge wire so design focuses on developing an electromechanical device that effectively meets each of the functions Besides motivating investment in innovative technology simple and comprehensive to address the weaknesses and threats by optimizing business processes to reduce labor raw material loss and the probability of error which represents an opportunity for strengthening the same through the specialization of staff The design was evaluated by testing and practices which resulted in the requirements and changes necessary for the proper execution of each of the functions Finally the construction was carried out and adjustments of the prototyp
9. e Because in the cabling industry can find power cable control and communication conducting an assessment of the applicability of each of them in industrial automation resulting in the device to perform has a 50 and that value tends to increase given that technological advances are focused on making processes more independent through communication KEYWORDS Consumption Control Energy Measurer Microcontroller Fecha de Recepci n Enero 26 de 2010 Fecha de Aceptaci n Marzo 25 de 2010 VIVIANA C GARCIA G Tecn logo en Electricidad Estudiante de Ingenier a El ctrica Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas Email vcarolinagg O hotmail com CESAR A HERNANDEZ S Ingeniero Electr nico Docente de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas Email cahernandezs O udistrital edu co LUIS F PEDRAZA M Ingeniero Electr nico Docente de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas Email IfpedrazamO udistrital edu co Scientia et Technica A o XVI No 44 Abril de 2010 Universidad Tecnol gica de Pereira 14 1 INTRODUCCI N Los avances tecnol gicos han generado ventajas y beneficios que impulsan un inter s general en el uso y actualizaci n de los sistemas de control raz n por la cual se incrementa la necesidad de seguir desarrollando sistemas especializados e innovadores que permitan automatizar procesos optimizando el tiempo para invertirlo en procesos mas productivos que requieran de
10. endaciones conclusiones referencias bibliogr ficas y el manual de operaci n 2 METODOLOGIA Para la puesta en marcha de este prototipo se tuvieron en cuenta los siguientes conocimientos con su respectiva aplicaci n como se observa en la Tabla 1 Tabla 1 Conocimientos requeridos para el proyecto CONOCIMIENTOS APLICACI N El ctricos Relee de fuerza motor y electroim n Microcontrolador Electr nicos Fecha de Recepci n Enero 26 de 2010 Fecha de Aceptaci n Marzo 25 de 2010 Teniendo en cuenta que la tensi n de operaci n del prototipo es 120Vac y que el control se realiza por medio de un microcontrolador 16F877A el cual es muy sensible se implementan elementos de protecci n Optoacoplador para brindar un sistema m s confiable La ventaja fundamental de un optoacoplador 1 2 es el aislamiento el ctrico entre los circuitos de entrada y salida El nico contacto entre ambos circuitos es un haz de luz Esto se traduce en una resistencia de aislamiento entre los dos circuitos del orden de miles de MO El esquema mec nico se enfoco en brindar la estructura y el soporte donde se alojaron los diferentes elementos este concepto es fundamental a la hora de evaluar la practicidad en el transporte de la maquina por esta raz n se dibujaron varios bosquejos hasta encontrar un dise o que se implementara eficientemente a las necesidades inicialmente establecidas optimizando el espacio y utilizando recursos accesibles
11. l cual se describe que Fecha de Recepci n Enero 26 de 2010 Fecha de Aceptaci n Marzo 25 de 2010 operaciones y en que secuencia se requieren para obtener los resultados esperados Ver Fig 4 y Fig 5 INICIO D TECLA SIGUIENTE DIGITE LA LONGITUD EN cm J gt TECLA ENTER LA LONGITUD DE CADA CORTE ES B ESPERE UN MOMENTO POR FAVOR T RETURN II L RETURN TII Figura 5 Diagrama de flujo de las subrutinas necesarias Scientia et Technica A o XVI No 44 Abril de 2010 Universidad Tecnol gica de Pereira 16 Donde C CONTADOR V VUELTAS CONVERSION CV CTS CENTENAS D DECENAS U UNIDADES M MOTOR E ELECTROIMAN C7 SE AL ENCODER K INFORMACI N INGRESADA POR EL USUARIO POR MEDIO DEL TECLADO A NUMERO DE CORTES INGRESADO POR EL USUARIO B LONGITUD DE CORTES INGRESADO POR EL USUARIO En el diagrama de flujo se esbozan cuatro fases importantes la inicializaci n de las variables el Saludo al usuario la solicitud al usuario del n mero de tramos y la solicitud de su respectiva longitud En la subrutina organizar el programa distribuye los d gitos ingresados por el usuario de la siguiente manera el primer digito son centenas el segundo decenas y el tercero unidades K que es la informaci n ingresada por el usuario por medio del teclado toma el primer valor que es el n mero de cortes ingresado luego el usuario debe digitar la tecla siguiente para continuar con e
12. l proceso se captura el n mero completo teniendo en cuenta el primer resultado de la subrutina organizar y se muestra al usuario la cantidad de cortes digitada Luego le indica al usuario la segunda instrucci n nuevamente va a la subrutina organizar para la longitud de los tramos K que es la informaci n ingresada por el usuario por medio del teclado toma el segundo valor que es la longitud de cortes luego el usuario debe digitar la tecla enter para terminar con el proceso de instrucciones y activar los sistemas de medida conteo y corte Se captura el numero completo teniendo en cuenta el segundo resultado de la subrutina organizar le muestra al usuario la cantidad de cent metros digitada y muestra al usuario un mensaje que indica que ya se activaron los sistemas de medida conteo y corte y va a la subrutina conversi n En la subrutina conversi n se divide por un factor que es la cantidad de cent metros correspondiente a un pulso del encoder se activa el motor y a su vez el encoder para lo cual se define el pulso del encoger como un contador cuando el contador sea igual al valor que digit el usuario correspondiente a la longitud se activa el electroim n se define un nuevo contador para el numero de cortes se desactiva el electroim n y se repite el proceso desde la activaci n del motor hasta que el contador correspondiente al n mero de cortes sea igual al ingresado por el usuario Fecha de Recepci n
13. les Kingsley Stephen D Umans Maquinas El ctricas 3 Edici n McGraw Hill 1994 4 Jose MA Angulo Usategui Ignacio angulo martinez Microcontroladores PIC dise o practico de aplicaciones 2 Edici n McGraw Hill 1999 5 Stephen J Chapman Maquinas El ctricas 3 Edici n McGraw Hill 2000 6 Raymond A Serway F sica 4 Edici n McGraw Hill 1997 7 Maquinas Autom ticas para cortar a medida Disponible en http catalog weidmueller com procat Product jsp jsessionid 9E5FB120DD9635BD1DD6 45326892 A566 productId 5b9023 100000 5d amp page Product
14. o o o mM lt O N O O N m LO e 00 O A A A O pu NUMERO DE OPERACIONES Figura 10 Curva Caracter stica Durante la construcci n del prototipo se realizaron investigaciones relacionadas con las caracter sticas t cnicas de los componentes a utilizar y de acuerdo a los recursos disponibles encontramos que aunque hay equipos como electroim n cuchillas para corte rodillos y dem s con mayor calidad confiabilidad y precisi n son muy costosos y sobrepasaban el presupuesto 4 1 Especificaciones T cnicas Las especificaciones t cnicas del dispositivo implementado se detallan en la Tabla 4 Tabla 4 Tabla de especificaciones t cnicas del prototipo VALOR DE VARIABLE FUNCIONAMIENTO Tensi n De Alimentaci n 120 VAC Dimensiones 25 30 20 Aproximadas Alto Ancho Profundo Peso Aproximados Calibre de operaci n 24 AWG Rango de medida 1 a 999 cm N m ximo de tramos por operaci n Se anexa un manual de usuario que incluye indicaciones de cada una de las funciones por tecla adem s de indicar el paso a paso de cada uno de los procesos y posibles fallas del dispositivo 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En el desarrollo del prototipo se comprob que para realizar dispositivos que mejoren la calidad de vida de una poblaci n es necesario integrar conceptos de muchas reas para este caso se requiere dise o mec nico conceptos Fecha de Recepci n Enero 26 de 2010 Fecha de Aceptaci
15. racter sticas f sicas definidas por el dise ador interrumpe y permite la transmisi n de luz logrando as que por cada interrupci n envi un pulso como entrada a el microcontrolador este valor es enviado como salida para detener el motor cuando el n mero de pulsos es igual a el n mero de tramos deseados igualmente este valor es enviado como salida para accionar el electroim n y el sistema de corte en el momento que dicho valor es igual al numero de cent metros 3 3 Modulo de Seccionamiento Este modulo consta de rel que realiza la interacci n entre la parte electromec nica y electr nica Ver Fig 6 Para la elecci n del dispositivo que realizar esta funci n fue necesario efectuar medidas de corriente al electroim n Ver Fig 7 y al motor Ver Fig 8 5 6 debido a que los contactos auxiliares deben soportar la corriente de 1 Aislador Acoplado pticamente Interruptor excitado mediante luz que aplica la recepci n y emisi n de luz el nico contacto entre los circuitos de entrada y salida es un haz de luz creando un aislamiento el ctrico o resistencia del orden de los MQ Scientia et Technica A o XVI No 44 Abril de 2010 Universidad Tecnol gica de Pereira 17 funcionamiento de estos equipos En la Tabla 3 se muestra un valor promedio de las mediciones de cada dispositivo realizadas con una pinza amperim trica Figura 6 Fotograf a del montaje de las interfaces de seccionamiento del prototipo EL
16. ta ja a B ls av Figura 2 Fotograf a del montaje El ctrico Mec nica del prototipo a la derecha vista frontal en la izquierda vista posterior 3 2 Modulo Electr nico Consta de un microcontrolador PIC controlador de interfaz perif rico 4 compuesto por CPU memoria y unidades de entradas y salidas al cual se conectaron un LCD y un teclado que funcionan como interfaz para que el usuario interact e con el dispositivo dise ado encargadas de la indicaci n de eventos y activaci n de contactos donde se encuentra el sistema l gico el tiempo de proceso para cada instrucci n depende del valor del cristal u oscilador que sea conectado al microcontrolador el cual se programo utilizando un lenguaje de programaci n llamado C y un programa de dise o y simulaci n llamado Proteus Ver Fig 3 MOTOR LED BLUEOTOR K NE BOBINA Ut 25 OSC1 CLKIN RBO NT H 141 Osc2CLKOUT RBI RB2 25 RAD ANO RB3IPGM H i AN1 RA2 AN2 VREF CVREF 22 REO ANS AD RE1ANSMWA 101 RE2 ANTICS Z MOLA Vpp THV RCTIRXIDT H ADO PSPO H RD1 PSP1 RD2PSP2 L RD3 PSPO pres RD4 PSP4 H RD5 PSP5 RD6 PSP6S H RD7 PSP7 PIC16F877A LM018L Figura 3 Simulaci n en Proteus de los componentes electr nicos del prototipo Para comprender mejor el programa a continuaci n se presenta el diagrama de flujo con e
Download Pdf Manuals
Related Search