centro nacional de actualizaciÓn docente en mecatrÓnica · 2020. 7. 7. · exponen y aplican...
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SEP DGETI SElT
CENTRO NACIONAL DE ACTUALIZACIÓN DOCENTE EN MECATRÓNICA
CNAD - Cenidet
PROYECTO
DOSIFICADOR DE LÍQUIDOS Prototipo Mecatrónico
Que Presenta Para obtener el reconocimiento de especialista en Ingeniería Mecatrónica.
Ing. Jesús Pérez Martínez
ASESORES:
Máquinas : Ing. José Castaiíeda Nava Control : Ing. Alejandro Butrón
0 3 - 0 2 5 3
I
DGETI SEP SEIT Centro Nacional de ActuaiimciQn Docente ’ Mecatrónica AV. Esianislaa Ramirez s/n erq. Mar de I= lluvias Col. Selene Delegación :Tláhuac ‘rei. ~ ~ 8 4 1 1431 841 1432
CT09FMP0001Q C.P. I2430
. .
México, D.F. a 1 I de abril del 2002
7 Asunto: Autorización de Impresión
del Trabajo Recepcional
C.C Ing. Jesús Pérez Martinez Docentes en formación de la 7“. Generación P R E S E N T E S
Una vez que ha sido revisado el informe académico elaborado como trabajo recepcional del proyecto mecatrónico titulado “Dosificador de Líquidos”, por los asesores de las dos áreas y al no encontrar errores en los aspectos técnicos, en la estructura de contenidos y en la redacción de cada uno de los apartados que lo integran, se ha determinado que el informe cumple con los aspectos necesarios para que pueda imprimirse de forma definitiva.
A T E N T A M E N T E
, I ,
Ing. José Castañeda Nava Área de Máquinas /Area de Control
1 I
Dedicatoria:
Grato debe ser para alguien llegar a la meta que se ha propuesto; mirar siempre hacia ese objetivo , no dudar en lograrlo y la constancia que día a día mostremos nos permitirá escalar uno de tantos peldaños que nos llevan a ser mejores y por ende felices. Sabemos que a veces las condiciones no son propias para que haya avance en lo propuesto y más aún cuando hay deberes como; hijo, padre de familia, trabajador ,amigo, etc, etc. Pero debe ser más grande la responsabilidad a la que se nos hemos encomendado y como consejo; no tomemos aquellas que no vayamos a cumplir. Existen metas que se logran gracias a todo lo anterior y también he de mencionar que van involucrados un sin número de personas con alto grado de empuje y que me alentaron para llegar a la meta que me propuse, entre ellos; los directivos ,mis asesores, amigos, administrativos, instructores, manuales, personal de vigilancia y comedor del CNAD y que vieron en mi, la posibilidad de llegar a dicha meta: a todos ellos les doy las gracias.
A mis Padres: A donde se encuentren; su recuerdo ha motivado cada actividad que realizo. Seguiré siempre su ejemplo.
A mi esposa Lupita: Tu amor y comprensión ha sido el más grande impulso en mi vida, compartir mis metas contigo me llena de felicidad ,espero forjarme otras y llegar como hasta ahora: juntos.
A mis hijos; Abril, Jesús Ángel y José Roberto: Así como su madre, han sido el motor de mi vida y quiero decirles que sin dudarlo, me impulsaron más de lo que creen. Tomen esto, como una de tantas metas a las que se forjarán y que no declinarán ante nada, puesto que nacieron para triunfar.
A mis hermanos; Claudia, Silvia, José Crúz, Alejandro y Armando: Por su apoyo de siempre y que perdure el amor que nuestros padres nos legaron
'
Y para concluir ; otro de los motivos de superarme: Mis alumnos, que son el presente y futuro de nuestro México. A ellos: sean grandes.
Gracias.
I . - , . . . . . .. . . . _ < -
Pagina
INTRODUCCI~N ..................................................................................................... 4
........................................................... OB J ETlVO ...................... 6
JUSTIFICACI~N ....................................................................................................... 7
I. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA ................ : ................................... 8
1 .I Descripción y dibujo general del prototipo .................................................... 8 1.2 Diagrama a bloques de los elementos del sistema. 9
10 1.3 Descripción y diagrama de flujo del funcionamiento ......
2. DESCRIPCIóN DEL SISTEMA MECANICO _. ............................................... 12 2.1 Descripción y dibujos de los elementos mecánicos ................................. 18 2.2 Cálculos de los elementos y mecanismos .......................... 2.3 Descripción de los procesos de fabricación de los elementos mecánicos ....
. .
........... 18 26
3. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL .......... ... 30 31 32
...................... 3.1 Diagrama a bloques del sistema de control ....................... 3.2 Descripción de 10s elementos del sistema ... 3.2.1 Elementos de entrada 33 3.2.2 Elementos de salida 35
.............................. ...........................................................................
3.2.3 Controlador 37 ............................................
4. INTEGRACIÓN DEL SISTEMA MECATRÓNICO .................. 46
48 53
4.1 Programación ...................................................................... 4.1 .I Diagrama de flujo ................................ 4.1.2 Programa de control del sistema ......... 4.2 Operación del prototipo ..........................................
............................. ..................................
.................. .. 4.3 Calibracion y Ajustes ............................................. 4.4 Mantenimiento ............................................................................ . .
5. LISTA DE MATERIALES Y COSTO ............... 62 62 5.1 Sistema Mecanico ..............................................................................
5.2 Sistema de Control 1 64
................................. I .
.................................................................................. ....
2
6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ...................................................
, . . . . , . , . . . . . . . . . , , . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . , . . . , . . , 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................
6.1 Área de máquinas . __ . . .__. _ _ , . _ _ . .. , .. _. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Área de control _......._......__..
8. APÉNDICE .................................................................................................
9. BlBLlOGRAFíA. 9.1 Área de cont 9.2 Área de máquinas .....
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . _ .__ <....__.__..<...___._......._........... . ..........
...............,. <......._._<<............I.....
67 67 68
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70
84 84 84
el avance tecnológico que observamos hacia fines del presente milenio, 10s procesos industriales presentan un marcado desarrollo. Aunando esto, a otras realidades como el tratado de libre comercio y la globalización de la economía, estas condiciones exigen que para seguir siendo una nación soberana e independiente y en busca de una prosperidad que garantice una posición digna de México entre las naciones, es necesario emprender O
continuar acciones que propicien que el pais continúe al ritmo de estos cambios.
Por lo expuesto y ante la necesidad de formar recursos humanos en áreas tecnológicas estratégica, la Dirección General de Educación Tecnológica Industrial (DGETI), a tra\;és del C.N.A.D. y con apoyo de la Agencia Internacional de Cooperación del Japón (JICA), forma y capacita a docentes seleccionados en la especialidad de Mecatrónica, quienes deben elaborar y presentar un Prototipo Mecatrónico en el que se apliquen en forma integral los recursos y conocimientos adquiridos en el área de Control y Máquinas, como requisito indispensable para obtener la certificación de los estudios realizados; buscando además que dicho prototipo tenga aplicación tecnológica y/o didáctica.
Con base a lo anterior, en el presente documento se expone lo relacionado con la elaboración del proyecto final denominado '' DOSIFICADOR DE LÍQUIDOS ", el cuál se presenta para la obtención del TÍTULO DE ESPECIALISTA EN INGENIERÍA MECATR~NICA.
La decisión de seleccionar y desarrollar dicho proyecto se hizo considerando que un aprendizaje significativo se obtiene en la medida que un conocimiento adquirido en las aulas encuentra su identificación y aplicación en aspectos reales, o en situaciones que se presentan en la vida cotidiana y principalmente que tengan un matiz económico dado que todo en la vida del hombre gira en cuanto a su supervivencia.
Desde este punto de vista, como docentes en formación en el campo de la MECATRÓNICA; la capacitación y la actualización que se obtiene, se ve ampliamente fortalecida al elaborar proyectos como el que aquí se expone; en virtud de que en él se exponen y aplican muchos de los logros obtenidos a través de los contenidos programáticos de las diversas asignaturas que integran el plan de estudios de la especialidad en Ingeniería Mecatrónica ofrecida por el C.N.A.D.
El contenido de éste documento esta dividido en 9 capítulos: En el capítulo 1, con ayuda de un dibujo, del diagrama de bloques y del diagrama de flujo se realiza una descripción general del prototipo. La descripción del sistema mecánico y del sistema de control, se lleva a cabo en los capítulos 2 y 3 describiendo el diseño de los diferentes elementos de cada sistema, con sus cálculos de soporte así como sus proceso de fabricación. Dentro del capítulo 4, se integra el sistema mecatrónico al ensamblar la parte mecánica con la parte de control, indicando la programación que permitirá realizar las diferentes rutinas
de movimiento así como la operación, calibración y mantenimiento que se debe llevar a cabo en este prototipo. En cuanto a lo económico, en el capítulo 5 se enumeran los materiales utilizados en la elaboración del prototipo y se da un costo aproximado del mismo. Para un buen desarrollo en el proyecto, él capitulo 6 presenta los programas de actividades para la realización del prototipo. En el capítulo 7, se dan las conclusiones y recomendaciones, para que en caso de retomar este proyecto se apliquen, con el fin de obtener un mejor prototipo. En los últimos capítulos se agregan los apéndices y bibliografía que fue requerida para la elaboración del DOSIFICADOR DE LIQUIDOS.
I
de dos capacidades, utilizando mecanismos,
6
sencores, actuadores y circuitos de control
JUSTIFICACION
En la actualidad, en la mayoría de las microempresas del ramo de la dosificación de agua ,este proceso se realiza de manera rústica. El proceso de embotellamiento esta dividido en la alimentación, dosificación, tapado y empaquetado del producto. Nuestro prototipo pretende resolver las dos etapas primeras de este proceso. Proponiendo una producción en línea, donde se realiza la alimentación y dosificación de manera automática. Con nuestra propuesta se pretende optimim este proceso reduciendo ruido y contaminación producida por los mecanismos, así como la manipulación del producto durante el proceso. La fabricación de este prototipo pretende ser útil, económico y factible en espacio y tiempo, capaz de satisfacer las necesidades de dosificar agua.
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1. DESCRIPCION GENERAL DEL SISTEMA
1.1 Descripción y dibujo general del prototipo.
El DOSIFICADOR DE L~QUIDOS es un prototipo Mecatrónico para el dosificado de agua en envases de capacidades diferentes (250 y 500 mi), confomiado por una combinación de mecanismos, tales como la banda de alimentación, un mecanismo de sujeción y un mecanismo de válvulas. Figura 1.
Estructura
Mecanismo de . sujeción
ón
Figura 1 .-Dibujo general del prototipo
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1.2 Diagrama a bloques de los elementos del sistema
v - MECANISMO ' ' DESUJECIÓN
BANDA DE ALIMENTACI~N
I E S T R U C T U R A I
MECANISMO DE
VÁLVULAS
Figura 2.- Estructura del prototipo
Sobre la estructura van montados los mecanismos, tales como la banda de alimentación, el mecanismo de sujeción y el mecanismo de válvulas; todos ellos actuados con motores de cd. La Banda de alimentación tendrá como objetivo el de llevar los envases a su posición de llenado y ya llenas sacarlas a otro proceso.
En la posición de llenado, un interruptor fotoeléctrico detecta el envase y a su vez envía la señal de paro de banda; en forma paralela entra en acción el mecanismo de sujeción y cuyo objetivo es la de posicionar a los envases para el llenado y al mismo tiempo manda la señal indicando cuántos envases estan listos, es decir, podrá llenar 1,2 o 3 a la vez. Cumplida esta acción, el mecanismo de válvulas se acciona, baja y se coloca en posición de llenado, abriendo las válvulas correspondientes; un retardo de tiempo calculado, permite que el envase o envases adquieran el volumen necesario de líquido.
Ya llenas, el mecanismo de sujeción libera los envases permitiendo que se accione la banda y transporte hacia la salida a los mismos mediante un retardo de tiempo y así reiniciar el ciclo.
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1.3 Descripción y diagrama de flujo de funcionamiento
Para el inicio de la operación del Dosificador de Líquidos, se debe considerar que tendrá dos modos de operación; el modo manual y el modo automático operados desde el tablero.
En el modo automático, podrá realizar las operaciones basándose en un programa, permitiendo que sus acciones sean un tanto flexibles de acuerdo a nuestras necesidades; estará representado por el diagrama de flujo de la figura 3.
Así, estando en automático; se configuran los puertos de entrada y salida de señales, que en este caso serán los puertos del 8255 y del PI0 respectivamente que conforman el microprocesador 280; la primera acción es la de detener todos los motores y la de apagar todas las válvulas; cumplida esta acción, lleva a los mecanismos a origen (home), es decir ; el mecanismo de sujeción (completamente abierto) y de válvulas (completamente arriba). Realizada esta acción, inicia la secuencia arrancando la banda; ésta se detendrá cuando un sensor fotoeléctrico detecte la botella; de no ser así la banda seguirá rotando. Detectada el envase por el sensor, éste envía la señal; paro de la banda; cierra mecanismo de sujeción; detecta el número de botellas a llenar; baja mecanismo de válvulas; abre válvulas respectivas; retardo de llenado; cierra válvulas; sube mecanismo de válvulas; abre sujetador, arranca la banda; retardo que permite salir las botellas llenas; reinicia ciclo.
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Diagrama de flujo de funcionamiento.
Inicio Q Configurar puertos r-l 8255 como entrada
PI0 como salida
. Válvulas apagadas v Mecanismos a home L
I Inicia secuencia: I Arranca la Banda
de válvulas
Abre válvulas
Cierra válvulas
de válvulas
Abre sujetador
Arranca la Banda
Retardo para salir
Figura 3 .-Diagrama de flujo de funcionamiento
I
0 3 - 0 2 5 3
2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO
2.1 Descripción y dibujos de los elementos mecánicos.
Estructura.- La estructura está construida de acero tubular cuadrado de 19 mm, soldada en sus uniones y es la que soportará la banda de alimentación, mecanismo de valvulas y el mecanismo de sujeción. Ver figura 4.
Figura 4.X s t r u c t u r a
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Banda de Alimentación.- La Banda de Alimentación, tiene como función alimentar botellas al sistema para su llenado, está construida de perfiles de aluminio de 1100 rnm x 76 mm x 12.7 mm, dos perfiles de aluminio y una banda de PVC de 100 mm de ancho recomendado por los fabricantes para el uso que se requiere, tiene acoplado en uno de sus rodillos de manera directa un motor eléctríco de CD que proporciona la energía requerida, el otro rodillo está montado sobre un sistema que le permite dar la tensión adecuada a la banda para su Óptima operación y sobre sus perfiles está montado el Mecanismo de Sujeción, así como el barandal que impide la caída lateral de las botellas. Ver figura 5.
Motor
Rodillo
Figura 5.-Banda de alimentación (vista en explosión).
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Mecanismo de Sujeción.- Este mecanismo consta de dos cremalleras con módulo de 0.8 mm donde están montadas las partes que sujetan a las botellas, éstas son actuadas por medio de dos piñones, uno dentro de los perfiles de la banda y el otro montado sobre el eje del motor eléctrico, sujeto al perfil interior, quien proporciona el movimiento al sujetador, todas las partes del mecanismo de sujeción están construidos de aluminio. Ver figura 6 y 7.
sujetador ,
Figura 6.- Mecanismo de sujeción (vista en explosión )
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Figura 7.-Mecanisrno de sujeción sobre los perfiles de la banda.
Mecanismo de Válvulas.- Este mecanismo consta de un cabezal de distribución, construido de un tubo de acero inoxidable de 50.8 mm de diámetro nominal que es donde se conectan a la red de alimentación de agua, en éste cabezal están montadas tres electro- válvulas conectadas por medio de mangueras a los tubos de llenado de las botellas. Los tubos de llenado tienen un movimiento ascendente y descendente producido por un motor eléctrico de CD que esta acoplado a una transmisión de dos poleas dentadas sobre rodamientos de bolas y una banda, este mecanismo tiene como guías a dos barras calibradas y rodamientos lineales para evitar en lo posible la fricción. Ver figura 8 y 9.
olea dentada
Barras
Banda
Barrade \e Alimentación
/ Rodamientos lineales
Electroválvulas - Moto!
Figura S.-Mecanismo de válvulas ( vista en explosión )
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Figura 9.-Mecanismo de válwlas
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2.2 Cálculos de los elementos y mecanismos
Cálculo de la potencia necesaria para accionar la banda de alimentación
Tomando como principio el concepto de Potencia, donde:
Potencia.- “Es la rapidez para realizar un trabajo”
P = T / t = F v Donde P: Es la potencia en vatios ( W )
T.- Es el trabajo realizado en Julios ( J )
t.- Es el tiempo en que se realiza el trabajo en segundos [ s )
F.- Es la fuerza que se aplica en Newton ( N )
v.- Es la velocidad con que se mueve la fuerza en metros I segundo ( m I s )
Del concepto de Energía.- “Que es la capacidad que tiene un cuerpo para desarrollar un trabajo”. Así como del principio de la Conservación de la Energía.- “La Energía no se crea ni se destruye únicamente se transforma’’
T=AE,=AE,
AEc = % m ( vf - vo
AEp = m g ( h f - h o )
donde: T.- Es el trabajo en Julios ( J )
2 1 AEc.- Es la Energía Cinética en Julios [ J )
AEp.- Es la Energía Potencial en Julios ( J )
m.- Es la masa en Kilogramos ( Kg )
YO.- Es la velocidad inicial en metros /segundo ( m / s )
Vr.- Es la velocidad final en metros I segundo ( m / s )
ho.- Es la altura inicial en metros ( m )
hr.- Es la altura final en metros ( m )
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Además de la segunda Ley de Newton
F = m a Donde: F.- es la fuerza en Newton ( N )
m.- Es la masa en kilogramos (Kg)
a.- Es la aceleración en metros/ segundos ( rn I s2 )
Procederemos a realizar los cálculos correspondientes para determinar la Potencia que se requiere para accionar la banda desde el reposo a una velocidad de 0.10 d s , en un tiempo de 0.1 s, Tomando en consideración que transportará botellas de 250 ml y 500 ml, se hará el cálculo para las botellas de mayor capacidad.
a) Potencia para cambiar la Energía Cinética de las botellas, consideraremos 7 botellas llenas y 4 vacías que dan un total de 3.7 Kg, desde el reposo hasta la velocidad de operación de la banda (0.10 d s ) .
P = AEc / t = !4 ( vf2- .o') / t Donde: m = 3.7 Kg
vo= o
V f = O. I O m Is
t = O . l O s
P..'= % (3.7 Kg ) ( 0.10 m / s)2 / ( 0.10 s ) P = 0.185 W
b) Potencia para vencer las fuerzas de fricción entre la banda y la cama de aluminio, así como la fricción de los rodamientos, que soportan a los rodillos de la banda.
P = f v siendo f = p N Donde: f.- Es la fuerza de fricción
p.- Es el Coeficiente de fricción (0.2 segun dato del fabricante de la banda)
N.- Es la fuerza normal que ejerce la cama sobre la banda que es igual al peso ( mg ).
banda (0.10 m / s ) v.- Es la velocidad de la
P =( 0.7) (3.7 Kg 1 (9.8 m / s2) (0.10 m / s ) P = 0.725 W
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c) Potencia para acelerar los rodillos de la banda desde el reposo hasta una velocidad angular de:
a= v / r = 0.10 / 0.025 = 4 rad / s Donde: o.- Es la velocidad angular 4 r a d I s
v.- Es la velocidad lineal de la banda (0.10 m I s )
r.- Es el radio de los rodillos ( 0.025 m )
La masa de los rodillos es de:
m = p (71 r2 L ) Donde: p.- Es la densidad del aluminio
( 2 700 Kg / m 3 )
r.- Es el radio de los cilindros ( 0.025 m )
L,- Es la longitud de los cilindros ( O. I02 m )
m = ( 2700 Kg /m3)( n)(0.025 m)* (0.102 m )
m = 0.541 K
Por lo tanto la Potencia será:
P = A E , / t = % I m 2 = % m r o I t Donde: I.- Es el momento de inercia 2 2
de un cilindro ( m r2 )
o.- Es l a velocidad angular ( 4 r a d / s )
m.- Es la masa de un rodillo ( 0.541 kg )
r.- Es el radio del rodillo ( 0.025 m )
t.- tiempo en segundos ( O. IO s )
P=%(O.541 K g ) {(0.025m)(4rad/s)}2/0.10s=0.027 W Dado que son dos rodillos luego entonces la potencia será dos veces el valor calculado
P = 0.054 W
Por lo tanto la potencia que se requiere para accionar la banda ser$ la suma de las tres potencias calculadas:
20
. .
a) Potencia para cambiar la ............ 0.185 W
b) Potencia para vencer las fuerzas de fricción ................................. 0.725 W
c) Potencia para acelerar los rodillos .......... ..................................... 0.054 W
Potencia total ................................................................. (SUMA) 0.964 W
Para la selección del motor, partiremos de la velocidad lineal de la banda que por pruebas realizadas se ha comprobado que la optima en nuestro caso es de O. 1 O m / s que es a la cual los envases vacíos no corren el riesgo de caerse, por lo tanto es la velocidad de operación de la banda. Para esta velocidad, anteriormente hemos calculado la velocidad angular que nos da un valor de 4 rad / s , que convertida a revoluciones por minuto (rpm ) nos arroja un valor rpm = ( o )( 60 s / min ) / ( 2 x rad ) = 38.2 rpm
Partiendo de el concepto de potencia ( P = F v ); y conociendo la relación que hay entre la velocidad angular y la lineal ( o = v i r ), tendremos que:
P = F r o
F r = P i o = 0.964 W I 4 rad I s
Esta cantidad la convertiremos a onzas-pulgada ( oz-in )que son las unidades utilizadas para el Par de torsión en los catálogos para la selección del motor.
1 onza = 0.283 N
1 pulgada = 0.0254 m
P = 0.241 N-m ( 1 oz / 0.283 N )( I in 10.0254 m ) = 33.53 oz-in
Por lo tanto se concluye que se necesita un motor con las siguientes características:
Par de 33.53 oz-in
Donde. F r.- Es el Par en Newtons- metro (N - m )
F r = 0.241 N-m
Velocidad de 38.2 rpm
. . . . . - . , -
Cálculo de la potencia necesaria para accionar el mecanismo de sujeción de las botellas.
Ahora procederemos a realizar los cálculos correspondientes para deteminar la Potencia que se requiere para accionar el sistema sujeción de las botellas, desde el reposo a una velocidad de O. 10 d s , en un tiempo de O. 1 s, tomando en consideración que la fuerza total que se requiere vencer es de 2.0 N incluyendo las fuerzas de fricción existentes en el sistema.
I d) Potencia para cambiar la Energía Cinética del sistema de sujeción, considerando que
parte del reposo y alcanza una velocidad de 0.1 m I s, en un tiempo de O . 1 s.
P = A E c / t = % m ( v v f ' - v ~ ) l t Donde: m = 0 . 2 0 4 ~
m = w*/g=2.0 /9 .8 'dato obtenido con un dinamómetro
vo= o
VI= O. 10 m I s
t=O.I s
P = % ( 0.204 Kg )( 0.10 mí s,' I (0.10 s )
P = 0.010 w
e) Potencia para mover la fuerza de 2.0 N (que es la total'necesaria para mover el sistema) a una velocidad de 0.1 m I s
P = F v Donde: F.- ES la fuerza total (2.0 N )
V.- ES la velocidad de la banda ( O. IO m / S
p = ( 2.0 N )(O.iO m I s ) P = 0.200 w
Por lo la potencia que se requiere para accionar el sistema de llenado de las botellas
la Suma de las dos potencias calculadas:
d) potencia para cambiar la Energia Cinética .................................... .o.o1o e) potencia mover la fuerza ......... 0.200 w ..............................................
poten& total ................................................................ ,(SUMA) 0.210 w
22
Para la selección del motor, partiremos de lavelocidad lineal de¡ sistema de llenado de 0.10 m / s, tomando en cuenta que el d ihe t ro del piñón que está conectado al motor que tiene un diámetro de paso de .O104 m, utilizando la relación:
o = v / r
0=0.1 I ( . 0104 /2 )=19 .23rad / s (183.6rpm)
Partiendo de el concepto de potencia P = F v ; y conociendo la relación que hay entre la velocidad angular y la lineal ( o = v / r ), tendremos que:
P = F r o Donde: F r.- Es el Par de torsión en Newtons- metro ( N - m )
F r = P / o
Fr = 0.210 W / 19.23 rad / s
P r = 0.011 N - m
Esta cantidad la convertiremos a onzas-pulgada que son las unidades utilizadas para el Par de torsión en los catálogos para la selección de motores.
1 onza = 0.283 N
1 pulgada = 0.0254 m
P = 0.001 N-m ( 1 oz / 0.283 N )( 1 in / 0.0254 m ) = O . 159 oz-in
Esta potencia la dividiremos entre la eficiencia de transmisión que tiene un sistema de dos cremalleras y un piñon, que es del 65 YO
P = 0.159 oz-in / 0.65
Por io tanto se concluye que se necesita un motor con las siguientes características:
Par de 0.249 oz- in
P = 0.245 oz - in
Velocidad de 183.6 rpm
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Cálculo de potencia necesaria para accionar el sistema de llenado de botellas.
Ahora procederemos a realizar los cálculos correspondientes para determinar la Potencia que se requiere para accionar el sistema de llenado de las botellas, desde el reposo a una velocidad de O. 1 O m/s, en un tiempo de 0.1 s, tomando en consideración que la fuerza total que se requiere vencer es de 7.35 N incluyendo las fuerzas de fricción existentes en el sistema.
f) Potencia para cambiar la Energía Cinética del sistema de llenado, considerando que parte del reposo y alcanza una velocidad de O. 1 m / s, en un tiempo de 0.1 s.
P = LIE, / t = m ( vf2-v:) / 2 t Donde: m = 0.750 Kg m = w ' / g = 7.35 I 9.8 * dato obtenido con un Dinamómetro v,= o
Vf = O. 10 m I s
t = O . I s
P = ( 0.750 Kg ) (0.10 m / s)'/2 ( 0.10 s)
P = 0.038 W
g) Potencia para mover la fuerza de 7.35 N (que es la total necesaria para mover el sistema) a una velocidad de 0.1 m I s
P = F v Donde: F.- Es la fuerza total ( 7.35 N )
Y.- Es la velociaad de la banda ( 0..10 m I s )
P = 0.735 W P = (7.35 N)(0.10 m / s )
Por lo tanto la potencia que se requiere para accionar el sistema de llenado de las botellas será la suma de las dos potencias calculadas:
i ) Potencia para cambiar la Energía Cinética ..................................... 0.038 W
g) Potencia para mover la fuerza ........................................................ 0.73SW
Potencia total .................................................................. ( S U ~ A ) 0.773 W
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la selección del motor, partiremos de la velocidad lineal del sistema de llenado de 0.10 ,, tomando en cuenta que el diámetro de las poleas dentadas que conforman el sistema ( 2 pulgadas = 0.0.30 m ), utilizando la relación:
v l r
3.1 I ( 0.030 I 2 ) = 6.61 rad / s (63.1 rpm )
endo de el concepto de potencia P = F v ; y conociendo la relación que hay entre la :idad angular y la lineal ( o = v I r ), tendremos que:
Trw
P I o = 0.773 16.61
cantidad la convertiremos a onzas-pulgada ( oz-in )que son las unidades utilizadas para r de torsión en los catálogos para la selección de motores.
m = 0.283 N
Donde: F 1.- Es el Par de torsión en Newton -metro ( N - rn )
F r = 0.117N-rn
lgada = 0.0254 m
).117 N-m ( 1 oz 10.283 N )( 1 in / 0.0254 m ) = 16.27 oz-in
o tanto se concluye que se necesita un motor con las siguientes características:
de 16.27 02- in Velocidad de 63.1 rpm
25
2.3 Descripción de los procesos de fabricación de los elementos mecánicos.
Banda de alimentación
En los procesos de fabricación de los elementos del prototipo se hizo uso de algunos equipos con los que cuenta el C.N.A.D. en la siguiente tabla los describimos y en las siguientes hojas incluimos programas en APT y C.N.
perfiles - Planta de soldar - Fresadora vertical - Tomo horizontal
Parte I Máauinas 1 Convencionales Estructura I - Cortadora de
I Mecanismo de I - Tomo horizontal sujeción
Máquinas de C.N.
. Centro de maquinado Tomo Harrison
Centro de maquinado Cortadora de alambre.
ProGso
- Corte de tubular y unida con soldadura.
- Se realizó la mayor parte de los procesos de maquinado en la fresa y en el tomo. El maquinado de los rodillos se realizó y simuló en CAM.
- Las tazas de los baleroi sobre los perfiles. se realizaron en el centro de maquinado
- Las barras de las cremalleras y el barrenado se realizo en el tomo.
- El perfil de las cremalleras y el piñón se maquino en la cortadora de alambre.
se realizaron en el centro de maquinado.
- Los sujetadores
26
Parte Mecanismo de válvulas
Máquinas Convencionales
- Tomo horizontal. - Fresadora
vertical. - Planta de soldar.
Máquinas de C.N.
- Centro de maquinado alimentación se
maquino en la fresadora
. Elcabezalde distribución se soldó y el barrenado se realizo en el centro de
El maquinado de la cremallera se llevó a cabo en la máquina ELECTRO- EROSIONADORA y el programa se simuló en el equipo FANUC, se transcribe el programa en APT dado que el programa de control numérico es demasiado extenso ( 369 líneas ).
MCHN,CUT,ABS S2,.3R FEED,200 S5,.2R @ ? S1,.2R S0:OY S7,.3R S 1 :S0,0.8,A S2,P3 S2:SO,i ,B MEND S3:OX @NlO(CORTE PERFIL) S4:.6283X RPD,PO' S6: 1.2566X OM06 S8:2.5133X @M17 S9:1.3Y S3,P1,@G41 PO:S3,S9 COPY,DIENTE,40,2.5 133,O Pl:S3,S2 OM01 P2:S4,SO SlOO,P100,@G40 P3:S8,S2 @M07 SS:P2,75.5A @M99
s100:25 1.3274x FEED,200 P1oo:s1oo,s9 FIN1 MAC,DIENTE PEND
El maquinado del piñón se llevo a cabo en la maquina ELECTRO-EROSIONADORA y el programa se simuló en el equipo FANUC, se transcribe el programa en APT dado que el programa de control cs demasiado extenso.
PART,@CREMALLERA P1
S7:S5,S6 @"h
. . .
27
PINON
PART,@ENGRANE MCHN,CUT,ABS FEED,200 @"? PO:O,O C1 :P0,12.OD C3:P0,22D S0:OY Sl:P0,2A s2 :s 1 ,x PI:S2,C3,L P2:S 1 ,C1 ,R P3:S2,C3,R P4:Sl,Cl ,L
P6:P0,10,2A P7:S2,Cl,L P8:S2,C1 ,R Plo:so,cl,L M1:0.80,13,14.5A I1 :Ci ,PI 0,Ml @,NOl(CORTE PRINCIPAL) RPD,P 1 @M06 @M17 S2,P7,@G41 I1 ,CW,P4 @M07 RPD,Pl @N02(CORTE DE SOPORTE) @M06 @MI7 S2,P7,@G42 c l,L,CCW s 1 ,P5 @M07 @M99 @"h FEED,200 FIN1 PEND
P5:PO,-8,2A
28
El maquinado del sujetador se llevo a cabo en el CENTRO DE MAQUINADO y el programa se transcribe en control numérico.
Sujetador, programa en control numérico.
(CORTE) M06 MI7 G90GO 1X10.G42 Y-to. G03X20.Y-20.110. GOlX29.5 G02X39.5Y-30.J-10. GO 1 Y-74. G03X45.5Y-80.16. X51 SY-74.56. GOlY-30. G02X61.5Y-20.11 O. GOlX113.4 G02X123.4Y-30.J-10. GO1 Y-74. G03X129.4Y-80.16. XI 35.4Y-74.J6. GO1Y-30. G02X145.4Y-20.110. GOlX165.5 (302x1 75.5Y-30.5-10. GO 1 Y-74. 0 3 x 1 8 1 .5Y-80.I6. X187.5Y-74.J6. GOlY-30. G02X197.5Y-2O.I10. GO 1 X207.
GOlYO. M07 GOOX227. MO6
(303x2 17.Y-1O.J 1 O.
M17 GO1 X217.Y 1 .G42 Y68.35 G03X215.35Y70.1-1.65 (301x2 15.61
I>,)SiliLliJ<ll ,IC li<,liiilii\. I:L(,,i,>u NO. 7 . l'<;e,er;iciiii>.
G03X2 13.962Y68.435-1.65 G02X149.047Y68.251-32.46251.57 G03X147.2Y70.1-1.8475-0.1 G01X147.8 G03X145.953Y68.25J-1.85 G02X8 1.0471-32.45351.75 G03X79.2Y70.I-1.8475-0.1 G01X79.8 G03X77.953Y68.25J-1.85 G02X13.038Y68.431-32.453J1.75 G03X11.39Y70.I-! ,6485-0.08 G01X11.65
GOlYI. M07 GOOXO.YO.G40 M99 N02(CORTE SOPORTES) M06 M17 GO1 X1 OG41 Y1. M07 GOOX227.YO.G40 GO 1x2 17.G42 Y1. M07 . GOOX227.YO.G40 M99
G03XtO.Y68.355-1.65
29
3. DESCRIPCI~N DEL SISTEMA DE CONTROL.
Como en todo sistema mecatrónico el sistema de control esta formado por elementos de entrada, salida, drives y actuadores
Los elementos de entrada son: interruptores de límite, la estación de botones o interruptores y sensor fotoeléctrico que se conectan al sistema mínimo por medio de una interfase.
La interfase de los sensores tiene como finalidad el filtrado y aislamiento de las señales que entran ai microprocesador, está integrada por elementos inversores, optoacopladores. resistencias y capacitores.
Asimismo la interfase para los actuadores tiene la doble función de habilitar el sistema manual y el automático, y poner las señales que salen del microprocesador en un nivel de potencia que pueda ser utilizado por los motores y las electroválvulas.
La estación de botones es el medio por el cual el operador puede interactuar con el sistema.
Los drives de los motores tienen la capacidad de manejar la potencia requerida en cualquier situación a través de un circuito PWM (modulación de ancho de pulso) y de entre otras la de cambiar el sentido de giro del motor.
El 280 es el sistema mínimo con el cual se logra el control de todo el sistema bajo un programa preestablecido.
CNAD-Cenidel
3.1 DIAGRAMA BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL
I INTERRUPTOR DE SENSOR LíMITE I 1 FOTOELÉCTRICO 1 I I
4 c I INTERFASE DE SENSORES I
I MICROCONTROLADOR Z80 I I
f INTERFASE DE ACTUADORES
A
UÁLVVLAS
MOTORES
MODO MANUAL MODO AUTOMÁTICO
Figura 10.- Diagrama a bloques del sistema de control
! Dosifrcadorde liquidos Equipo N0.2. 7” Gencracibn
CNAD-Cenrder
3.2 DESCRIPCION DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA.
La integración de un dispositivo Mecatrónico está formado de las siguientes partes:
1.- Unidad de procesamiento de la información.
Tomando como ejemplo una máquina automática, el área de información se refiere a una unidad de control. Unidades de control típicas son las computadoras personales, las microcomputadoras de una tarjeta, los controladores programables y los relacionados con los elementos lógicos de un circuito que se utilizan dentro de los circuitos de un servoamplificador o de un convertidor D/A.
2.- Area de sensores.
Entendiendo que un sensor es un transductor de entrada que detecta variables fisicas, tales como temperatura, presión, flujo, etc. Tiene diversas funciones como la detección de objetos, la detección de posición, la detección de velocidad y recientemente participa en el Area de censores visuales que emplean cámaras, para el reconocimiento de patrones.
Así se convierte en uno de los dispositivos más importantes en el equipo automatizado, con 10 que se logra ahorrar mucho trabajo, de gran aplicacijn en la industria, incluso en el campo de la automatización en las fábricas (AF: en inglés, FA, facíory automation).
3.- Area de actuadores. 1. AI mover un objeto se debe determinar el actuador tomando en cuenta la velocidad,
exactitud, estabilidad y la energía necesaria en ese momento. Existen varios tipos de actuadores entre los que se encuentran los actuadores eléctricos (servomotores CC, servomotores CA), neumáticos (cilindros de aire) y los hidráulicos (cilindros i
I hidráulicos)'.
1 I
I
' "hs microprowsadares Inicl", cap I . Aui. Barry Brey i i
Dosificador de líquidos Equipo No.2, 7' Gcneracibn
3 2
CNAD-Centder
3.2.1 ELEMENTOS DE ENTRADA.
El panel de control conteniendo botones de interrupción o de continuidad, los sensores de dos tipos: microinterruptores de límite y fotoeléctrico.
INTERRUPTOR DE LIMITE. j
El interruptor de límite es un sensor de tipo de contacto. A las pequeñas unidades se les llama microinterruptores. Las características de un interruptor de límite son la resistencia al ruido y los sobrevoltajes. No tienen problemas al someterse a altas temperaturas y humedad. También existen interruptores protegidos para usarse en lugares donde hay mucho polvo o donde están expuestos a gotas de agua o aceite. Sus desventajas son: vida corta e histéresis. Los interruptores de límite, como su nombre lo indica, son interruptores mecánicos que se abren y/o cierran al aplicarles fuerzas externas. Estos dispositivos constan habitualmente de tres contactos, uno de los cuales es el punto común de conexión, otro de ellos es el contacto normalmente abierto (NA), es decir que se cierra al activarse el interruptor, y el contacto restante es normalmente cerrado (NC) el cual se abre al activarse el interruptor. Sobre el perfil de la estructura, banda y los semicirculos del mecanismo de sujeción se colocaron sensores del tipo interruptor de límite que nos indicarán los límites de carrera y presencia de botellas respectivamente.
El envío de señal captada en el interruptor de límite se basa en el circuitc de la figura 1 1.
/ E k 'i % I . - %
SeRal de entrada MCT2
330
Fig.11.- Diagrama del circuito sensor utilizado para los interruptores.
1 Dosificador de liquidos Equipo No.2, 7' Gencraci6n
33
CNAD-Cenider
E1 circuito sensor se repite las veces que sea necesario dependiendo del número de sensores a utilizar.
Su funcionamiento es el siguiente: El estado que presenta nuestro circuito nos indica que es un fototransistor cuya base no esta activada y por lo mismo la rama del colector emisor. Es decir que nuestra salida tiene un valor de Vcc o un “uno”, suficiente para Iiacerlo llegar a la etapa de potencia y al mismo tiempo ordenarle la función de hacer girar al motor en sentido o contrasentido del reloj, ordenar frenarlo o mandar que abra o cierre una electroválvula. La misma función podrá hacer, si a través de SU entrada le hacemos llegar una tierra o un “cero”, a sabiendas que cuando entra un cero, hacemos que su base se active y por lo mismo la rama colector- emisor ; en la salida también tenemos un “cero”. Como resultado, dichas salidas tendrán una acción ya mencionadas que dependerán de los circuitos intermedios hacia los actuadores. Una de las razones de usar optoacopladores es la de aislar circuitos por ambos lados del mismo.
Dosificador dc liquidar EquipaNo.2, 1’ Gcncnción
I 34
3.2.2 ELEMENTOS DE SALIDA
Los elementos de salida son de dos tipos: electroválvulas de corriente alterna y motores de corriente directa. Para las primeras se utilizó optotriac y un triac de potencia. Para los motores un circuito integrado puente H que permite que el motor gire en ambas direcciones. El circuito mostrado en la figura 12 es el que controla las salidas .tiene una función dual; la de controlar la forma automática y que es la de enviar la señal del micro y la fomia manual que es la de conmutar el intemptor enviando la señal desde el tablero
&-Hi NOW AUTOEVLTICO -
Figura 12.- Circuito de control manual y automático
I
El funcionamiento para el control en modo automático o manual es el siguiente: El circuito integrado 74LS240 esta compuesto de inversores que se habilitan con el pin 1 y 19 ’. Este control permite conmutar del modo automático al modo manual, esto lo logramos al conmutar el interruptor desde el tablero de control. La explicación de cómo funciona el circuito es la siguiente: La figura 12 nos presenta que la unidad 2 está habilitada,por lo tanto al activar el switch del tablero. a la unidad 3 le llega un “uno” y a la salida de ésta enviará un “cero”a la etapa de potencia de cualesquiera de los actuadores. I
I
’ Manual de componentes ECG. Ed. 1999
1 Dosificadordc liquidas Equipo No.2, 1‘ Gcncraci6n
35
CNAD-Cenide,
No así, las señales que provengan del microprocesador harán efecto alguno en la U3, ya que la unidad 1 no está habilitada. Habilitamos la compuerta expresa del modo manual y al mismo tiempo deshabilitamos la compuerta del modo automático ó viceversa.
CIRCUITO DE CONTROL DE ELECTROVÁLVULAS.
Entendiendo que la electroválvula; como su nombre io indica es una valvula que actúa por electricidad y ésta es la que permitirá el paso del líquido hacia las botellas. Las electroválvulas se abren por medio de un circuito que consiste de un optoacoplador de un tipo que puede manejar corriente en dos sentidos; un tnac integrado dentro del optoacoplador además de un triac de potencia que tiene la capacidad de manejar la corriente alterna que requiere el solenoide de la electroválvula para operar. Su funcionamiento es el siguiente: La señal de salida descrita en la sección anterior se conecta' a un optoacoplador que a su salida tiene un triac que controla la señal de corriente altema de baja potencia que entra a un tnac de potencia en el cual está ya conectada la electroválvula que se abre para dejar pasar el flujo de agua a las botellas. En síntesis este circuito lleva una señal de corriente directa de 5 volts que sale del microprocesador o un circuito con un interruptor a tierra controlado por un operador, a una línea de potencia de corriente alterna que acciona al actuador.
R7
3.- Diagrama de circuito de c
ELECTROVALVUVI
ntrol de la electroválvula.
Dosificador de liquidus I EquipoNo.2. 7' Generaci6n 1
36
!.3 CONTROLADOR
tes de referirnos ai controlador (microprocesador 280) veamos en forma genérica las uientes referencias: isten muchos tipos de computadoras en el mundo: COMPUTADORES DIGITALES, JALOGICOS Y DE OTROS TIPOS. Pero de todos ellos los mas utilizados son los de o digital y estos pueden definirse como sigue:
Un dispositivo electrónico capaz de aceptar, guardar y manipular en forma aritmética la información, la cual incluye los datos, y el programa de control. La información es tratada en forma de dígitos binarios codificados (O y I ) que son representados por dos niveles de tensión
Cualquier dispositivo normalmente electrónico, capaz de aceptar información, comparar, sumar, restar, multiplicar, dividir e integrar esta información, que está en forma de dígitos binarios Codificados (O y I), y proporcionar entonces los resultados de estos procesos en una forma aceptable. Los elementos principales de un computador digital normalmente incluyen la memoria, el control, la unidad aritmética y lógica, y los dispositivos de entrada y salida.
debe remarcar que un computador digital manipula información binaria. La información naria está generalmente en la forma de códigos digitales: códigos de instrucción; códigos ra representar números decimales en forma digital; códigos utilizados por los circuitos ictiónicos para representar varias operaciones digitales: y códigos para representar en rma digital el alfabeto, números decimales, símbolos y otras operaciones.
n microcomputador es un computador digital completamente operacional que está basado I un circuito integrado (chip) que posee por lo menos el 75 % de la potencia de cálculo y anipulación de datos de un computador digital. Normalmente no puede funcionar sin la iuda del soporte de chips auxiliares y de memoria. I chip del microprocesador es un producto de tecnología avanzada de la industria de los :miconductores, nacido básicamente de la capacidad que tienen ahora los fabricantes de )locar miles de transistores en un solo chipno mayor de 60 a 80 mm *.
rograma para el Computador. Un programa de computadora puede definirse como una :rie de instrucciones o sentencias preparadas en una forma aceptable para el computador, yo propósito es alcanzar cierto resultado. Esta definición no implica cual debe de ser el
I I itrada digitales de una forma más conveniente, la cual puede ser arreglada O
':oporcionada como una salida. Con los microcomputadores, usted estará mas interesado
{spositivo o máquina. En una lavadora casera usted puede controlar la cantidad de agua rilizada, la temperatura del agua para diferentes ciclos de lavado, el número y clase de h o s uiilizados para lavar un determinado tipo de fibra y el tiempo de duración de cada
:sultado deseado. Por ejemplo usted puede simplemente intere 4 ado en arreglar los datos de
i escribir programas para el microcomputador que control h n el funcionamiento de un
! I
I.
I . irificador dc liquidor uipo No 2, 1' Gcneracibn
37
CNAD-Cenrder
ciclo. Todo esto puede hacerse con un programa de computador escrito en la forma adecuada.
Instrucciones. Una instrucción de computador puede ser definida como un grupo de caracteres que definen una operación. Bien sea una sola o con otra información, una instrucción hace que un computador digital realice la operación de manipular las cantidades indicadas. Las instrucciones de un computador pueden expresarse de muy variadas formas. Una de ellas es con números binarios.
Mnemonicos. Es un termino que describe algo que se utiliza para ayudar a la memoria humana. En vista de esta definición, tenemos lo siguiente:
Código mnemónico: instrucciones del computador escritas en una forma que el programador pueda recordar fácilmente, pero que se debe convertir a lenguaje máquina más adelante, bien sea por el computador o por el usuario.
Lenguaje mnemónico. Un lenguaje de programación que se basa en símbolos que se pueden recordar fácilmente y que pueden ser ensamblados en lenguaje de máquinas mediante un computador.
Operación mnemónica. Instrucciones de un computador que están escritas en una notación significativa, por ejemplo, ADD, LD, OUT.
Lenguaje máquina. El moderno computador digital electrónico es capaz de realizar manipulaciones utilizando señales electrónicas binarias, típicamente dos niveles de tensión, (+5 volt y el potencial de masa) que representan los estados lógicos 1 y O, respectivamente. Así cada instrucción del computador esta descrita como una serie de 1 y O que específicamente caracterizan a esta instrucción y no a otra. A esta representación binaria de las instrucciones de un computador se le llama lenguaje máquina o código máquina. Por ejemplo, la instrucción de lenguaje máquina O00001 11 desplaza el contenido del acumulador del microprocesador 280 un bit hacia la izquierda. La instrucción, O0001 1 1 1, desplaza el contenido del acumulador un bit hacia la derecha.'
' PROGRAMACION DEL MICROPROCESADOR 2-80. CNAD
Dosificador de líquidos Equipo Na.2, 7" Generación
I 1
38
MICROPROCESADOR Z80.
Hay muchos tipos de microprocesador usados hoy en día, de los cuales el CPU Z80 de Zilog tiene funciones avanzadas dentro de los microprocesadores de 8 bits, además de que incluye todas las lünciones del CPU 8085 de INTEL.
Este CPU, también es reconocido por su fácil aprendizaje en el lenguaje ensamblador. Además tiene una gran variedad de comandos y suficientes funciones de interrupción que son muy convenientes en aplicaciones de control de procesos. Para estudiar sistemas de control por microcomputadora, este CPU 280 es uno de los más efectivos y más sencillos de estudiar. A continuación se explica brevemente la configuración y funciones de un sistema de microcomputadora usando 280.
CONFIGURACION BÁSICA.
CPU
La microcomputadora puede ser dividida en los siguientes tres bloques :
BUS DE DATOS (8) - - -
UNIDAD DE
Estas tres partes son conectadas a través del bus de direcciones, ver figura 14. El bus de datos es bidireccional para que el microprocesador envíe/reciba datos de/a dispositivos de E/S o memoria (RAM o ROM). El bus de direcciones sólo tiene una dirección, del CPU hacia la memoria y dispositivos de E/S. Para el 280 el bus de datos comprende 8 bits y el bus de direcciones 16 hits.
Dosificador de líquidos ~ q u i p o No.2, 7. Generación
39
CPU 280 Y SUS FUNCIONES.
El CPU es justamente el corazón de una microcomputadora. La función del CPU Z80 y sus pines del CI es ilustrada en la figura 15 (ver apéndice)
6 U- S- 4---
0- E- t
O+--- 1- R- - €4- c, e+--- I t O- N4-- E S
B U s t D- E- D- A- r O S
- t
t--
A0 M
MRE IOR
R W
RFS
HAL IN
NM E S E
WAI
A15
BUSR ..
BUSA
DO
D7
+5 GN CL
Figura 15.- Función de los pines dei 280
40 Dosificador de líquidos Equipo No.2, 7. Generación
CMD-Cenider
Ahora se explican las partes principales de la arquitectura interna del CPU. I ) Bufer de direcciones: - comprende 16 bits y es una salida de señales para establecer la dirección de memoria y
el número de puerto de EIS. 2) Bufer del bus de datos: - comprende 8 bits y es la parte de la entraddsalida para enviadrecibir datos de/a
memoria y puertos de E/S.
DRIVER
La tarjeta que contiene al driver está formada por cuatro etapas: .-Sumador de voltaje.
.-Puente H.
.- Filtro pasa bajos.
En seguida se describe cada una de las etapas para una mayor entendimiento de la función que realiza cada una de ellas.
SUMADOR DE VOLTAJE
.- Modulador de ancho de pulso.
En esta etapa se requiere de un sumador de voltaje porque en el se integra la retroalimentación. En el sumador es donde se adiciona el nivel de cd obtenido como resultado del dato enviado del micro y el nivel de CD que se obtiene de la retroalimentación, que es proporcional a la corriente que circula por el motor y que normalmente se encuentra en el orden de milivolts. Es decir, cuando el motor requiera de más corriente por la carga o atascamiento, entonces el nivel de voltaje de la retroalimentación incrementará provocando que el nivel de voltaje de salida del sumador se incremente. También se suma un nivel de CD que permanece constante, esto se hace por medio de una resistencia variable multivuelta trim-pot de 100 kS2 de 0.5W para lograr mayor precisión refiriéndose al nivel de voltaje.
En el circuito generador de ancho de pulso variable más conocido como modulador de ancho de pulso, se utiliza un circuito integrado LM 1720, para lo cual existe un manual de aplicaciones por parte del subfabncante, misma que se anexa en el apéndice.
En la modulación derecho de pulso intervienen dos circuitos esenciales.
MODULADOR DE ANCHO DE PULSO ( PWM ).
Una onda portadora Un comparador
La onda portadora (onda triangular) mantiene su periodo en amplitud constante, el valor de su frecuencia es de 21 Khz. este valor permite que los motores no emitan sonido audible molesto
I
üosificadordc liquidor Equipo No 2. 7’ Gencración I
41
CNAB-Cenrder
Teniendo en cuenta que la resistencia 2K<Ro<2K y el voltaje V+ es de 12 V, tenemos que Co = 18nF. El amplificador operacional 7421 se usa como comparador, en la cual la salida esta conmutándose de +I2 a -12 V dependiendo del nivel de voltaje aplicado a la terminal inversa y de la señal triangular aplicada a la no inversora. El circuito del PWM se aprecia en la figura 16.
vcc
Figura 16.- Circuito del P W M
PUENTE H
Esta etapa formada por un solo circuito integrado que es el LMD18200T mas conocido como puente H, la cual controla la dirección, el freno y señal modulada a través de los pines 3 , 4 y 5 respectivamente. Los puentes H, son utilizados con frecuencia para controlar la velocidad, posición o torque de motores de corriente directa y a pasos. Anteriormente eran implementados con transistores bipolares monolíticos o discretos, sin embargo, las soluciones utilizando Circuitos totalmente integrados, se están haciendo populares paulatinamente en aplicaciones como: en impresoras, plotters, robótica y de control; cuando estas aplicaciones requieren de 0.5 a 3.0 amperes y que operan desde 12 hasta 55 V. El LMD 18200 fue diseñado y optimizado para operar dentro de estos rangos.
Este circuito permite controlar el sentido de giro del motor por medio del pin 3, el torque que está en función del ancho de pulso que le llega en el pin 5 y que viene del circuito 1720: además de contar con una terminal que permite sensar la corriente que fluye a traves del motor en el pin 8, a la que se le conecta una resistencia y que represcnta una caída de voltaje que es directamente proporcional a !a corriente que fluye en el motor que normalmente está en el orden de milivolts. Así, cuando el motor demanda más corriente la
1 ~
Dosificador dc !iquidos I Equipo No.2, 7s Feneraci6n 42
caída de voltaje es mayor. Este voltaje esta conectado al circuito sumador por lo tanto cuando en el motor demande más corriente, los pulsos que llegan al pin 5 será más ancho proporcionándole así la energía que requiere. (ver apéndice)
La siguiente tabla muestra el comportamiento del puente H:
PWM H H L H H r
DIR FRENO SALIDAS H L Al,B2 L L A2,Bl X L A1,Bl H H A1,Bl L H A2,B2 X H NiNGUNA
P +vcc
Figura 17 .- Diagrama del puente H
43
CNAD-Cemder
DIRECCI~NO
SEÑALPWM 0
VOLTAJE DE ALIMENTACION
DEL MOTOR
~
6 1 3 -a 2
10 LMDl8200
5
P
Figura. 18.- Pines del LM18200
Descripción:
En el pin 3 recibe “1” o “0” del mando lógico para cambiar de CW a CCW. En el pin 5 llega la señal PWM del 1720 En el pin 4 llega “1” o ‘‘O” para activar o desactivar el freno. En el pin 8 llega la señal retroalimentada del circuito sumador del 741 En el pin 1 y 2 un capacitor de filtración de ruido. En el pin 10 y 11 un capacitor de filtración de ruido
I Dosificador de liquidas I
Equipo Na.2, 7‘ Generación
44
CNADCemdel
SUMADOR DE VOLTAJE
-12v O
X
*"7 u2 R1S R14 10K 10K
'1 - R13 10K
-. .
"
~ . -. - -. . . . . . . . . ...~ ~.
-
R16 10K
- - -
-
Figura 19.- Diagrama del sumador de voltaje
RF= R ( n - 1 )
Donde n es el número de entradas y R = 10 KQ
Y por lo tanto R F = 1 O K Q ( 3 - 1 ) = 1OK.Q ( 2 ) = 20KQ
Dasificador de llquidos Equipo No.2. 7' Generación
45
CNAD-Cenider
4. INTEGRACION DEL SISTEMA MECATRdNICO.
La integración del sistema mecatrónico consiste en acoplar el sistema mecánico con el de control. Cuando ejecutan la integración se pasa por una etapa de pniebas y de ajustes, que es donde realmente se reconocen las fallas y omisiones
4.1. PROGRAMACI~N.
La programación está integrada por el diagrama de flujo que es una representación gráfica de los procesos 16gicos implicados en el desarrollo del mismo. Sin él es dificil visualizar de manera global cada una de las operaciones incluidas.
Específicamente hablando del programa utilizado en el desarrollo del proyecto podemos decir que está integrado por una fase inicial de configuración en la cual definimos la ubicación en memoria del stack pointer o sea la dirección de comienzo de la pila. Asimismo se configuran los puertos del PPI como entradas, o sea que, aquí es donde se conectan todos los sensores; de la misma manera, se configura el PI0 como unidad de salida, o sea donde se conectan todos los actuadores que son los motores de corriente directa y las electroválvulas.
El cuerpu-del programa está integradogor procesos secuenciales que-en general se-pueden---- definir como funciones y que son asignaciones de números hexadecimales que corresponden a una acción por parte de los actuadores
Otra parte del programa es la que se ha tenido a bien en llamar INTELIGENCIA DE LLENADO DE BOTELLAS, que consiste en que únicamente se llenaran de líquido aquellas en donde su límite switch esté indicando presencia de la misma, o en el caso de que en ese espacio no se detecte una botella no se active la electroválvula evitando así que el agua se derrame. Esto se logra también de manera secuencial por medio de la entrada de un número hexadecimal que corresponde a; si existe una, dos botellas salteadas o una detrás de la oúa o la presencia de las tres, y un proceso de comparación de un numero hexadecimal, que es el resultado de las posibles combinaciones con uno preestablecido y así tomar una decisión y dar una salida correspondiente a otro número también hexadecimal que activa s610 aquellas electroválvulas correspondientes.
La última parte del cuerpo del programa es la que corresponde a la salida de las botellas llenas y que el espacio comprendido a io largo del mecanismo de sujeción deberá tomarse como base en funci6n del tiempo que tardark en caminar el último envase. Dicho de otra forma; Un retardo de tiempo calculado, permitirá que el cuarto envase reinicie el nuevo ciclo.
-
Dosificador de liquidos Equipo No.2, 1' Gencnicibn
46
CNADCenider
Las interconexiones y asignación de bits del PPI y el PI0 se muestran a continuación:
CONEXIONES DEL PPI DEL 280 EN EL AREA DE SENSORES (Todos entradas)
15 14 13 12 10 11
CONEXIONES DEL PI0 280 AREA DE ACTUADORES (Todos salidas)
11 A0 Motor banda 12 Al Freno motor banda 13 A2 Motor sujeción 14 A3 Freno motor sujeción 15 A4 Motor mecanismo válvulas 16 A5 Freno motor mecanismo válvulas
Dosificador de lfquidos Equipo No.2, 1' Gcncración
41
CNAD-Cenidei
4.1.1 DIAGRAMA DE FLUJO
CONFIGURACION PPI ENTRADAS PI0 SALIDAS
*
I
(OF2H),A
,*/
DETIENE TODOS LOS MOTORES
CIERRA VALVULAS
SUBE MECANISMO DE VALWLAS
LLEGO A LA PARTE ALTA?
SI, DETIENE MECANISMO
v ALVUL AS DE
48
Dosificador de llquidor ~quipo 140.2, 7' Gcncmibn
CNADCenidei
I '>p.. 1 ABRE SUJETADOR DE BOTELLAS
/ A,(PTW / BIT7,A
EL BIT 7 EST ACTIVADO ?
I NO
~. -? . - ..- SI-D-m-. .-. - -..
SUJETADOR
.. -- . ..
ARRANCA LA BANDA
(OEOH),A
I c
DETECTA
BOTELLA NO CONTINUA ESPERANDO
BIT3,A PRIMER
NO
Dosificador de líquidos Equipo No.2, 7' Generación
I 49
CNAD-Cenidef - 8 A,OOH
d BIT4,A
I A,20H I
I No 0 BIT5=O
yll A,OOH + (OEOH),A
I
SI: DETIENE LA BANDA
CIERRA SUJETADOR DE BOTELLAS
SUJETADOR ._ CERRADO?... - . .
N O CONTINUA ESPERANDO
Si: DETIENE SUJETADOR BAJA MECANISMO DE VALWLAS
VALWLAS ABAJO?
NOCONTINUA ESPERANDO
SI: DETIENE MECANISMO DE VALVULAS
Dosificador de llquidos Equipo N0.2. 7' Gcncración SO
. . ... .. . .. . .. . . . . .~.~. .-. .. . - -. -
CNAD-Cenidei
o A,(PTOA) LEER DATOS DE
BOTELLAS PRESENTES Y GUARDARLOS
+ AND 07H
HAY UNA BOTELLA?
me CP 03H
EMPEZAR A LLENARLA
HAY DOS BOTELLAS ?
LOOP3 . . . . . . ~. ~~... .
EMPEZAR A LLENARLAS L
(OE2H),A
+ HAY DOS
ESPACIO ? CP 05H BOTELLAS CONUN
EMPEZAR A LLENARLAS
r~ CP07H I HAY TRES BOTELLAS ?
EMPEZAR A LLENARLAS
Dosificador de llquidos Equip No.2, 7' Generacián
6 51
CNAD-Cenidei
1 * DELAY
4
+ 4
I I (OE2H),A
A,OOH I .J 4 3 0 H
% A,(PTOA)
BIT6.A f
BIT7,A
NO BIT 7=0
I A,OOH I
RETARDO ANTES DE EMPEZAR A LLENAR
BOTELLAS LLENAS
CIERRA VÁLVULAS
SUBIR VÁLVULAS
CORRESPONDIENTES
ESPERA A QUE SUBAN VÁLWLAS
ABRIR MECANISMO DE SUIECIÓN
ESPERA ABRIR SUJECI~N
DETlENE ABRIR SUJECIÓN
ARRANCA LA BANDA
RETARDO QUE PERMITE QUESALGAN LAS BOTELLAS LLENAS
INICIA LA SECUENCIA
r+@ Dosificador de líquidos Equipo No.2, 7' Generación
L 52
G CNAD-Cenider
4.1.2 PROGRAMA DE CONTROL PARA EL “DOSIFICADOR DE LíQUIDOS”
ORG 8000H PTOA EQU OCOH ;PTOA8255 PTOB EQU OClH ;PTOB8255 PTOC EQU OC2H ;PTOC8255 CONTROL EQU OC3H ;PALABRA DE CONTROL STAK EQU 8500 ;STAK DEFINE
LD SP,STAK; LD A,9BH ;PTOA=PTOB=PTOC=ENTRADA (PALABRA DE CONTROL) PPI OUT (CONTROL),A ;MANDA PALABRA
LD A,OFH ;CONFIGURAR PTO A SALIDA PI0 OUT (OElH),A ;MANDA PALABRA DE CONTROL PTO A SALIDA PI0 OUT (OE3H),A ; PTO B SALIDA PI0
INICIO: LD A,OOH OUT (OEOH),A ;DETENER TODOS LOS MOTORES
LD A,OOH OUT (OF2H),A ;CIERRA VÁLWLAS LD A,30H OUT (OEOH),A ;SUBE MECANISMO DE VÁLVULAS
REVISA1 :
IN A,(PTOA) ’BIT 6,A ;EL BIT 6 ESTA ACTIVADO? JP Z,REVISAl
LD ’ A,OCH OUT (OEOH),A ;ABRE SUJETADOR DE BOTELLAS
REVISM:
IN A,(PTOA) BIT 7,A ;EL BIT7 ESTA ACTTVADO? JP Z,REVISA2
LD A,OOH OUT (OEOH),A ;SI, DETIENE SUJETAüOR
;FIN DE POSICIONAMIENTO EN HOME ;COMIENZA LA SECUENCIA
Dosificador de Ilquidos Equipo No.2, 7‘ Generaiión 53
LD A,02H OUT (OEOH),A ;ARRANCA LA BANDA
REVISAA:
IN A,(PTO ;DETECTA PRIMER BOTELLA BIT 3,A ;BOTELLA? JP Z,REVISAA ;NO, CONTINUA ESPERANDO
LD A,OOH ; SI, DETIENE BANDA OUT (OEOH),A
LD A,08H ; CIERRA SUJETADOR DE BOTELLAS OUT (OEOH),A
REVISAB:
IN A,(PTOA) BIT 4A ;SUJETADOR CERRADO? JP Z,REVISAB ;NO, CONTiNUA ESPERANDO
LD A,20H ; DETIENE SUJETADOR, BAJA MECANISMO DE
OUT (OEOH),A VÁLVULAS
REVISAC:
IN A,(PTOA)
JP Z,REVISAC ;NO, CONTINUA ESPERANDO
LD A,OOH ;DETIENE VÁLVULAS OUT (OEOH),A
BIT 5,A ;VÁLVULAS ABAJO?
APERTURA DE VÁLVULAS SIETE:
IN A,(PTOA) ;DETECTA EL NUMERO DE BOTELLAS PRESENTES LD B,A ;COPIA DE SEGURIDAD AND 07H CP 01H ;UNA BOTELLA? JP NZ,CUATRO ;NO, BUSCA DOS BOTELLAS OUT (OE2H),A ;ABRE VALVULAS CORRESPONDIENTES JP OCHO
CUATRO:
Dosificador de lfquidos EquipoNo.2, 7' Generaci6n
54
CNADCenrdei
CP 03H JP NZ,CINC OUT (OE2H),A JP OCHO
CP 05H JP NZ,SEIS OUT (OF2H),A JP OCHO
CP 07H JP NZ,SIETE OUT (OE2H),A
CINCO:
SEIS:
;DOS BOTELLAS JUNTAS? ;NO, BUSCA DOS BOTELLAS SEPARADAS ;ABRE VALVULAS CORRESPONDIENTES
I
;CINCO ;SEIS ;ABRE VALVULAS CORRESPONDIENTES
;TRES BOTELLAS JUNTAS? ;NO, VERIFICA DE NUEVO LA CANTIDADDE BOTELLAS ;ABRE VALVULAS CORRESPONDIENTES
LD A,OFFH CALL DELAY
LD A,OFFH CALL DELAY LD A,OFFH CALL DELAY LD A,OFFH CALL DELAY LD A,OFFH CALL DELAY LD A,OFFH CALL DELAY
;RETARDO ANTES DE EMPEZAR A LLENAR
;RETARDO ANTES DE EMPEZAR A LLENAR
;RETARDO ANTES DE EMPEZAR A LLENAR
;RETARDO ANTES DE EMPEZAR A LLENAR
;RETARDO ANTES DE EMPEZAR A LLENAR
;RETARDO ANTES DE EMPEZAR A LLENAR
LD A,OOH ;BOTELLAS LLENAS OUT (OE2H),A ;CIERRA VÁLVULAS CORRESPONDIENTES
LD A,30H ;SUBIR VALVULAS OUT (OFOH),A
IN A,(PTOA) ;ESPERA A QUE SUBAN VALVULAS BIT 6,A JP Z,NUEVE
LD A,OCH ;ABRIR SUJECCION OUT (OEOH),A
NUEVE:
DIEZ: IN A,(PTOA) ;ESPERA ABRIR SUJECION BIT 7,A JP Z,DIEZ
Dosificador de líquidos Equipo No.2, 7. Gcncracih
55
LD A,02H ;ARRANCA BANDA OUT (OEOH),A
LD A,OFFH CALL DELAY ;RETARDO QI LD A,OFFH ;MOVER LAS 1 CALL DELAY ;LLENAS LD A,OFFH CALL DELAY LD A,OFFH CALL DELAY LD A,OFFH CALL DELAY LD A,OFFH CALL DELAY P REVISAA ;INICIA LA SE
< PERMITEN 3TELLAS
XJENCIA
4.2 Operación del prototipo
En el modo manual,un operador realizará /las funciones desde el tablero: arrancar la banda,posicionar las botellas para su llenado y abrir las válvulas; ya teniendo el nivel de líquido deseado , liberarlas y llevarlas a otro medio por medio de los interruptores. En el modo automático, podrá r e a i i i las operaciones basándose en el programa ya descrito; se configuran los puertos de e n d y salida de señales, que en este caso serán los puertos del 8255 y del P I 0 respectivarneJte que conforman el microprocesador BO; la primera acción es la de detener todos los motores y la de apagar todas las válvulas; cumplida esta acción, lleva a los mecanismos a origen (ñame), es decir ; el mecanismo de sujeci6n (completamente abierto) y de v á l h a s (completamente arriba). Realizada esta acci6n, inicia la secuencia arrancando la banda, ésta se detendrá cuando un sensor fotoeléctrico detecte la botella; de no ser así la banda seguirá rotando. Detectada el envase por el sensor, éste envía la señal; paro de la banda; cierra mecanismo de sujeción y éste se detendrá hasta que un interruptor de límite nos indique que lleg6 a su fin de carrera; se detecta el número de botellas a llenar por medio de los interruptores de límite de cada semicircdo; baja mecanismo de válvulas y se detiene al sensarse otro interruptor que nos indica que lleg6 al límite: abre válvulas respectivas; retardo de llenado; cierra válvulas; sube mecanismo de válvu1as , para hasta que un interruptor de límite ,también, nos indica que lleg6 a la parte alta, abre sujetador, para, arranca la banda; retardo que permite salir las botellas llenas; reinicia ciclo.
i
Dosificador de liquidos Equipo No.2. 7" Generación
56
4.3 Calibración y ajustes
Para lograr una secuencia en el proceso de llenado hacia los envases y después de infinidad de pruebas se tuvieron que hacer algunos ajustes mecánicos y de control.
Mecánicos: remoción del piñón interno (dentro de los perfiles de la banda) hacia un lugar más céntrico; esto permite que haya menos vibraciones de las cremalleras.ver figura 20.
prisionero I Ban;is de desnlammientn
guía \
Estructura de la banda ___) r <.
_.
- Figura 20.-Acoplamiento entre la barra guía, las barras de desplazamiento y la
estructura de la banda
Dosificador de líquidos Equipo No.2. 1' GeneraciEin 57
CNADCenldel
I Guías mostradas en el dibujo mecanismo de sujeción (vista en explosión) ahora son barras de desplazamiento que entran y salen dentro de una guía, pareciendo la función de un pistón, que va de extremo a extremo de los perfiles de la banda y fijada por medio de prisioneros sobre los mismos Así el desplazamiento de todo el sujetador es más uniforme
Con respecto al conjunto sujetador ; el tener tres puntos de apoyo (figura 21) permite que haya mejor centrado del envase ya que a diferencia del original (que sólo eran dos), cualquier posición que no fuera lo más cercana a noventa grados con respecto al horizontal, habría mucho mas probabilidades de que los tubos de vaciado de líquido chocaran con la boquilla del mismo, logrando que la secuencia se parara
La banda llevará divisiones que indican el espacio para cada envase y así sincronizar movimientos con el párrafo anterior
Figura 21.- Mecanismo de sujeción modificado
Dosirrordor do liquidar I . . . - _. - 5%
CNAD-Cenidei
Figura 22.- Mecanismo de sujeción modificado, vista lateral
Entre otros:
Banda de alimentación: los ajustes que requiere son únicamente en la tensión de la banda y ai mismo tiempo la alineación de la misma. Mecanismo de sujeción: verificar la alineación correcta de las guías del sujetador. Mecanismo de válvulas: principalmente los ajustes son en la banda dentada que tenga la tensión adecuada y verificar la correcta alineación de los tubos de llenado.
De control:
El pulso de alimentación al PWM, deberá ser calibrado; con la ayuda del osciloscopio y así tener una velocidad controlada para cada uno de los motores.
Ajustar previamente el retardo de tiempo en el programa para el nivel del líquido .
Dosificador de líquidos. Equipo No. 2 .7' CeiicmciOn.
59
4.4 Mantenimiento
Para prevenir y proteger las partes del prototipo contra la herrumbre y la corrosión debemos lubricar los mecanismos que están en movimiento para reducir las Características de fricción y reducción de daños y desgaste en las superficies de los elementos mecánicos que se mueven entre sí, por ello se recomiendo lubricar los barras calibradas, al menos cada vez que se va ha operar el equipo. Como el mecanismo de piñón y cremallera , se encuentran en un medio abierto, debemos seleccionar un lubricante con propiedades adhesivas especiales para mantenerse sobre la superficie de contacto de los dientes, y este lubricante deberá ser una grasa4, ligera, cuya identificación es Beacon 325, o grasa 11 Aero shell, o grasa Sinclair 3278 o Braycote 678. Para el caso de lubricación de nuestros cojinetes de bolas de una hilera radial, se debe usar gasa, debido a que es conveniente y requieren mínimo mantenimiento, ya que estos vienen lubricados desde su fabricación, sin embargo si fuera necesario volver a llenar de lubricante, debemos tener en cuenta las recomendaciones de la siguiente tabla5, que es una guía general, respecto del tiempo en que es aconsejable, agregar una pequeña cantidad de grasa para proteger los cojinetes.
Intervalos para relubricación con grasa en cojinetes de bolas (Horas de operación)
Diámetro interior Velocidad del cojinete. RPM - del cojinete, mm
5000 3600 1750 1000 200 10 8700 12000 25000 44000 220000 20 5500 8000 17000 30000 150000 30 4000 6000 13000 24000 127000 40 2800 4500 11000 20000 1 1 1000 50 3500 9300 18000 97000 .~
60 2600 8000 16000 88000 70 6700 14000 8 1 O00 80 5700 12000 75000 90 4800 11000 70000 1 O0 4000 10000 66000
Para tensar la banda el prototipo cuenta con abrazaderas que nos permiten restirarla o tensarla.
‘ Marks, Manual del Ingeniero Mecánico, sección 8-1 18 m. Sección 8-142
I>asificador de liqiiidos. liquipo No. 2,1’Genemaci6ii.
60
CNdD-Centder i
Cada etapa de control ha sido diseñada en forma específica de modo que existe la posibilidad, si se daña, que se desensamble por a h p i e t o ; la parte lógica, la parte del 280, el driver de cada actuador, etc., podrá checarse fácilmente.
El tablero de control, que también forma parte de las entradas, es desmontable hasta su conexión principal y ello permite checar si cierra o abren correctamente los interruptores.
Para prevenir sobrecomentes en los motores como en el caso del sujetador y mecanismo de válvulas, cuando trabajemos en el modo manual, es importante verificar sus límites de carrera para no forzarlos y por lo mismo evitar que se dañen y con ellos también el puente H del drive.
Asimismo ya calibrada la velocidad a la que deberán trabajar los tres motores nos permite controlar más fácilmente su acción y por ende el mantenimiento
Dosificador dc liquidas. Equipo No. 2 . P Chicrñci6ii
61
Part. Descripción completa, especificación, reparación, mantenimiento.
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 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
41
Cant. en Cant. en Precio Pzas. Kilos Unit. $ MtS.
BANDA DE TRANSMISION PRO SINFIN PRO 0100X2,200 301-108C18-O2 PERFILTUBULAR C-075 C-18 RODAMIENTO SKF 6201-ZZ SOLERA ALUMINIO 12.7 X 76.2 BARRA DE ALUMINIO 12.7 BARRA CUADRADA ALUMINIO 25.4 LAMINA ALUMINIO C. 12 91 X2.44 LLAVE DE NARIZ REDUCCION BUSH 25x13 VALVULA COMPUERTA 25 CONECTOR P.V.C. 25x1 TUERCA UNION 32 COBRE CINTAS TEFLON CONECTOR P.V.C. 25 WlNT CONECTOR P.V.C 25 NEXT CONECTORES WEXT 32 METRO DE LIJA CINTAS TEFLON PEGAMENTO P.V.C PICHANCHA PICHANCHA TORNILLO CABEZA ClLlNDRlCATCC 5x25 W12FAI FLECHA DE ACERO 12MM. W12FAI FLECHA DE ACERO 12MM. SELENOIDE VALVULA PlLAVADORA MCA. STANDAR AC. INOX. PIPE 304C40 50MM. P7680399COL AC. INOX. PIPE 304C40 50MM. P7680399COL TCC3X12 TORNILLO CABEZA ClLlNDRlCA TCC5X10 TORNILLO CABEZA ClLlNDRlCA TCC5X20 TORNILLO CABEZA ClLlNDRlCA TCC5X16 TORNILLO CABEZA ClLlNDRlCA TCC5X40 TORNILLO CABEZA ClLlNDRlCA
RONDANA WORTH 4 MM. TORNILLOS ALLEN 3x10 MM. TORNILLOS ALLEN 5x50 MM. PRISIONEROS 5/32 X 3/16 BALERO BALERO OH1 3X6MM. OPRESOR HEXAGON0 INTERIOR TCC 5x16 TOR. CABEZA ClLlNDRlCA
1400-7/8 SEGURO CANDADO EXTERIOR
1 34.54
1 8.44 4 22.50
9.3 47.54 1.2 47.54 6.3 47.54
16.8 42.07 1 18.26 1 4.96 1 52.61 1 3.04 1 75.65 2 2.18 1 2.61 1 2.61 1 7.39 1 4.35 1 2.17 1 2.17 1 14.35 1 33.91
40 0.87 45 3.18 45 3.18 1 130.00
1.14 1.50
37 6 8
10 2 4
10 10 2 4 1 2
16
268.13 55.86 0.92 0.64 0.73 0.67 0.67 2.78 0.50 1.17 3.00 0.55
70.00 70.00 0.64
10 0.67
Total $
534.54
8.44 90.00
442.12 57.05
299.50 706.78 18.26 4.96
52.61 3.04
75.65 4.35 2.61 2.61 7.39 4.35 2.17 2.17
14.35 33.91
143.10 143.10 130.00
214.50 50.27 34.10 3.86 5.84 6.70 1.34
11.13 5.00
11.70 6.00 2.20
70.00 140.00 10.30
6.70
34.78
Dosificador de llqiiidor. ’ Equipo NO. 2 . l’Gciieraci(iii
62
42 SA1 SOLDADURA ACERO INOXIDABLE 3132" 43 57-1025 TORNILLO ZINCADO 44 01333-1 1.50 MM. BROCAS CON ZANCO
RECTO A.V. MlLlMETRlCOS 45 01335-8 2.00 MM. BROCAS CON ZANCO
RECTO A.V. MlLlMETRlCOS 46 13002 ALUMINIO BARRA ALEACION 6061 T-6
REDONDA 6.4 X 3660 MM. 47 13002 ALUMINIO BARRA ALEACION 6061 T-6
REDONDA 6.4 X 3660 MM. 48 COFLEX ALIMENTADORES 49 NIPLE ESPIGA 19 50 CODO PARA 13 51 RED. BUSHING GALV. 19x13 52 ESM. ACRILICO ALUMINIO 53 PRAIMER UNIVERSAL 54 THINER ACRlLlCO 55 BROCHA 56 LIJA DE AGUA #280 57 SOLDADURA ACERO INOXIDABLE 3/32" 58 ELECTROVALVULA USEONG SIMPLE
59 COFLEX ALIMENTADORES 60 MANGUERA FLEXIBLE TRANSPARENTE 61 ABRAZADERAS SINFIN DE 318 62 NIPLE ESPIGA 19 63 REDUCCION BUSH 25x13
CROLLS
2 12 1
4
0.15
.33
3 1 1 4
1 I4 1 I4 1 12
1 1
21 2
3 10 6 1 1
I 3.19 1.79
1 5.59
lO!OO 3100 5'00
15.65 14.34 4.34 1.04
23r47 I
3.93
F.O0 2.00
6.78 21.52 6.10
22.36
7.13
15.66
171.00 10.00 3.00
20.00 23.47 15.65 14.34 4.34 3.04
82.61 162.00
66.00 70.00 12.00 10.00 11 .o0
Dosificador do liquidos.
Equipo No. 2 . 7' Generación. 63
5.2 Sistema de Control
Cant. en Part. Descripción completa, especificación, reparación, mantto Pzas, Mts.
Precio Unit. $ Precio Total $
I 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 31
32
CAlCAUl8 CABLE ESTAaADO n18
T-MX P CLAVE: PDJNRlGlGHll 816-71 TRANSFORMADOR PIfuente PC-20x20 PLACA FENOLICA UNA 2c TERMINALES CONECTORES WEXT 32 PASTA PISOLDAR CAB PL20 GR CABLE PLANO GRIS 20 VIAS CAB PL26 GR CABLE PLANO GRIS 20 SW PUSH MINI 1P SWTICH MINI 1P 1T PUSH MINIATURA 1720 CI-LINEAL MODULADOR pwrn 8251A USART INTERFASE DE COMUNICAC16N PROGM. 82C55A-5 CIRCUITOS INTEGRADOS 280-PI0 PUERTO PARALELO (PIA) 2MH7
PDJNR IGIGH 11 PORTAINSERTOS
-. . . . 28OA-CPU UNIDAD CENTRAL DE PROCESO AMHZ. . . .. 272 BIT
- - - - . . . . . 56 MEMORIA EPROM DE 32K X 8 S
MAX 232CPE CI INTERFACE RS 232 CEONVERT. VOLT 74LS32 CUAD COMPUERTA OR 2 ENTRADAS 74LS138 DECOD/MUX 3 A 8 LINEAS 74LSOO CUAD COMPUERTA NAND 2 ENTRADAS 74HC14 HEX INVERSOR SCHMITT TRIGGER CE-22/16V CAPACITOR ELECTROLITICO TIPO RADIAL CE-220/25V CAPACITOR ELECTROLITICO TIPO RADIAL CE-1I50V CAPACITOR ELECTROLITICO TIPO RADIAL
CERAMICO CC-.II~OV CAPACITOR npo RC-330W1/2 RESISTENCIA DE CARBON RC-3K3/1/2 RESISTENCIA DE CARBON I N 4148 DIODO DE CONMUTACION 75mA LED-R LED ROJO 5MM. 14P BASE DOBLE CONTACTO PARA CI 14 PINS 16P BASE PARA CI TIPO DIP 16 PINS
Dosificador dc liqiiidos. Equipo No. 2 . 7’Geiieracihii.
5 1
1 3 6 1 1 5
5 4
5 2
2 2
2
2
2
2
2 2
2
8
4
5
18
20
10
10
4 6
6
0.93 612.70 1 46.09 20.87 0.44 7.39
18.26 8.35
1.30 2.00
32.50 28.30
35.00 26.00
22.70
40.80
11.80
4.40
3.74 3.20
4.10
0.28
1 .o0
0.70
0.80
0.20
0.19
0.28
0.90 1.00
0.90
4.65 612.70
46.09 62.61 2.61 7.39
18.26 41.75
56.50 8.00
162.50 56.60
70.00 52.00
45.40
81.60
23.60
8.80
7.48 6.40
8.20
2.24
4.00
3.50
14.40
4.00
1.90
2.80
3.60 6.00
5.40
64
33
34
35 36 37 38
39
40
41
42 43 44
45
46
47
48
49 50 51
52
53
54
55
56
57
58 59 60
61
62 63
64
65
28P BASE PARA C.IRCUIT0 INTEGRADO 28 PINS 40P BASE DOBLE CONTACTO PlCl 40P
DB-25s CONECTOR 25 PINS HEMBRA DB-25P CONECTOR 25 PINS MACHO CE-47/25V CAPACITOR ELECTROLITICO TIPO RADIAL RC-ZK7/1/2 RESISTENCIA DE CARBON 1/2 W TOL. 5% RC-150WlR RESISTENCIA DE CARBON RC-330WlR RESISTENCIA DE CARBON
HEADER-2 VARIOS
POTM4V-1 K VARIOS POTM4V-5K VARIOS CC-.O1/5OV CAPACITOR TIPO CERAMICO CE-220/35V CAPACITOR ELECTROLITICO TIPO RADIAL CE-l/50V CAPACITOR ELECTROLITICO TIPO RADIAL FCN 20 CONECTOR 20 PINS PARA CABLE PIANO FCN 26 CONECTOR 26 PINS PARA CABLE PLANO
TIP 120 CIRCUITOS INTEGRADOS 1N 4003 DIODO RECTIFICADOR 1N200V RC-47WlR RESISTENCIA W500V LINEAL RS 206 PUENTE RECTIFICADOR W600V LINEAL RS 606 PUENTE RECTIFICADOR 6N600V LINEAL
ELECTROLITICO TIPO RADIAL
POLIESTER 7805 REG DE VOLTAJE 5V 1 AMP POS. 7812 REG DEVOLTAJE 12V 1A POS. 7824 REG DE VOLTAJE 24V 1A POS. LM 317T REG. DE VOLTAJE AJUS. 3
np io7 T-NPN
CE-200/50V CAPACITOR
CP-.O1/25OV CAPACITOR DE
AMPERS TO-220 2N 3055‘T-NPN 15N12OV AMP AUDIO PROP GRAL LED-RM LED ROJO 3MM. 1N 4007 DIODO RECTIFICADOR 1A 10oov AMPF-3 PORTAFUSIBLE CARTUCHO TIPO AMERICANO FA .5 FUSIBLE TIPO AMERICANO A 250V
6 0.90
6 3.50
4 3.90 2 3.10 2 3.40 8 0.19
10 0.20
10 0.20
10 0.20
5 2.17 5 2.17
10 0.33
5 0.90
5 0.70
5 2.00
5 4.90
20 5.40 20 4.90 20 0.20
20 5.91
3 10.80
2 10.87
2 18.10
5 1 .o0
2 3.10
2 3.60 2 3.90 1 4.90
1 16.80
4 1.00 10 0.24
5 3.74
5
5.40
21.00
15.60 6.20 6.80 1.52
2.00
2.00
2.00
10.85 10.85 3.30
4.50
3.50
10.00
24.50
108.00 98.00 4.00
118.20
32.40
21.74
36.20
5.00
6.20
7.20 7.80 4.90
16.80
4.00 2.40
18.70
3.50
Ihsificador de liquidas. Equipo No. 2 . 7” Geiicrncióii. P i 65
66 67 68 69
70
71 72
73 74 75 76 77 78 79 80 81
83 84 85 86
a2
-
FA 2 5 FUSIBLE TIPO AMER 250V LME12232 IKO LMD 18200T SVVTICH PUENTE H SS0505A MICRO-SWITCH CLAMINAY RODAJA BOMBA STNRITE 1/2 HP CON TANQUE EQ42TF 220-50R CAPACITOR LECTROLITICO 150-500 CAPACITOR CERAMICO DE DIS 01-50 CAPACITOR CERAMICO DE DIS 1.0-250 CAP. DE POLIESTER MF
2K7 114 RESISTENCIA DE CARBON % lOOK X RESISTENCIA DE CARBON % 130-1 OK POT-MULTIVUELTA F36-S TIRA DE 36 PINES SENCILLA 500425 CUBIERTA PlCONECTOR 1647 DISIPADOR ELECT. 40MM PEI GPN 1/16 THERMOFIL NEGRO 330 114 RESISTENCIA DE CARBON % MCT2 CIRCUITO INTEGRADO LINEAL T22C PLACA PERFORADA S-117 SWiTCH PALANCA MINI 1P 2T
T1.O-35 CAPACITOR DE TANTALIO
5 4 5
15
1
10 10
10 10 10
1 O0 1 O0
3 20 2 3 4
1 O0 12 2
20
1.30 129.00 170.30
6.40
4.527.12
3.04 0.52
0.61 3.91 2.17 0.50 0.50
15.65 2.17 3.04
15.65 4.78 0.50 5.65
9.57 -
6.50 516.00 851.50 96.00
4,527.12
30.43 5.22
6.09 39.13 21.74 50.00 50.00 46.96 43.48 6.09
46 96 19.13 50.00 67.82
9.57 -
9.194.951
66
6- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.
6.1 Area de máquinas
I Agosto Septiembre Octubre Noviembre Dic.
I 1 2 1 3 1 4 S 1 6 1 7 1 8 1 9 101 II 1 1 2 1 13 1 4 1 I S I 1 6 1 1 7 , 1 8 / 1 9 ACTIVIDAD
BANDA TRANSPORTADORA I l l I l l 1 I l l I 1 I l l / I X I I I
L
67
11 6.2 Área de Control.
'I
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Los conocimientos ádquiridos durante nuestra estancia en el C.N.A.D. han venido a reforzar nuestra formación como docentes de éste subsistema, y que los mismos van a la par con el desarrollo de toda persona y cultura , además de la satisfacción de haber cumplido con un objetivo; la fabricación del DOSIFICADOR DE LIQUIDOS. Durante su elaboración, se efectuaron ajustes un tanto fuera de las actividades programadas y obvio ; mas tiempo del previsto. Las experiencias adquiridas durante el ensamble de piezas mecánicas y circuitos de control, nos permite señalar que; reducir o eliminar la fricción entre metales (como fueron los cambios en el sujetador), dar una tensión propia para la banda de alimentación y la banda dentada del mecanismo de válvulas, el engrasado entre piezas de componentes y las buenas condiciones de cada actuador , nos condujeron a acciones sincronizadas y por ende la optimización de los circuitos de control. También, es importante señalar, que cambios tan simples como el de "encajonar" a cada botella, permitió que se evitara el estrangulamiento y el choque de los tubos de los mecanismos de sujeción y de válvulas respectivamente. Y así, no parar la secuencia. Una de las recomendaciones que hacemos es la de eliminar el ruido eléctrico originados por, entre otras , mal cableado, activación de motores y bobinas, chasises y estructuras metálicas no aisladas, ,etc. Aislarlos a través de cables blindados y mandarlos a una tierra fisica para tener como resultado decisiones correctas que se espera del circuito de control (microprocesador).
Una vez terminado el DOSIFICADOR DE LÍQUIDOS, vemos la necesidad de proponer los siguientes cambios.
as cremalleras y 10s piñones por un mate'riai más resistente como io es el acero
En el movimiento de la cremallera y piñón colocarle baleros tipo lineales para un movimiento mas suave y silencioso Sustituir las válvulas solenoides a tipo industrial, como de la marca ASCO, para obtener una mayor cantidad de vida de este prototipo. El sujetador de un calibre mayor para una mejor rigidez
Asimismo, adicionarle filtros para la purificación del agua (en el caso de que fuera con fines de consumo)
Calibrar la etapa de llenado al tamaño de las botellas.
En la elaboración de tarjetas electrónicas, separar la parte de control, de la parte de potencia.
,
69
CNAD-Ceiiida
8. APÉNDICE
,x
Figura 23.- Diagrama esquemático de las entradas
70
CNAD-Cenidel
Figura 27.-Circuito de acoplamiento; modo manual y automático
DIRECCI~N
FRENO
Figura 25.- Circuito de control para cada motor
& Pines del 18200
72 '
Figura 26.- Diagrama de acoplamiento entre el PWM y el sumador.
i 3
A l 1
A12
A13
A l 4
A15
CKL
D4
DI
D5
D6
+ 5 v
4 0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 1
A i 0
A9
A8
A l
A6
A5
A 4
A3
A 2
A l
A0
34
33
32
31
30 GND
12
13
14 RESET 2 1
D2
D l
DO
DI 15
16
17
18
19
20
HALT
IORQ
I
BUSREQ
WAIT
BUSACK
WR
RD
Figura 36. - Pines de! 8255
74
Figura 27.- PCB de las fuentes de +12,-12, +5 y +24 VCD. Componentes y enrutado
Figura 28.- PCB del circuito de entradas: Componentes
76
b
9
o w m o o m o b m o o m o o 0 0
L- o
Figura 29.- PCB del circuito de entradas: Parte anverca y reversa
71
[ A O
O
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Figura 30.- PCB del circuito de Potcncia Parte componentes
78
0 0 O 0
o n ' b o o n
Figura 31 .- PCB del circuito de Potencia: Pane anversa
79
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0 0 0 o o o
0 m O 'p I
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O 0 L- o
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1- OOSS -4 Figura 32.- PCB del circuito de Potencia parte reversa
80
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m o o o o o o o o o o 1 0 O O O O O O O O O O
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 6 f i m o m 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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Figura 33 - PCB del circuito de acoplamiento manual- automático Componentes
81
Figura 34.- PCB del circuito de acoplamiento manual- automático: Parte anversa
82
0 o
Figura 35.- PCB del circuito de acoplamiento manüal- automatico: Parte rerersa
m w < w
R3
9. BIBLIOGRAFIA
9.1 Área de Control
Timothy J. Maloney ,Electrónica Industrial Dispositivos y SistemasPrentice Hall
Robert F. Coughlin. Frederick F. Driscoll ,Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales,Prentice Hall
Robert Boylestad. Louis Nashelsky, Electrónica Teoría de Circuitos, Prentice Hall
Ronald J. Tocci , Sistemas Digitales Principios y Aplicaciones, Prentice Hall
Linear Applications Handbook 1994, National Semiconductor
Integrated Circuits Aplication note, Datagraphix
Replacement Guide, ECG Semiconductors Master Steren, Catálogo 1999
Bany B. Brey, Los microprocesadores Intel, Prentice Hall.
9.2 Área de Máquinas
Kurt Gieck , Manual de fórmulas técnicas, Ediciones Alfaomega.
J. D iu , S. Zapata, Resistencia de materiales, Limusa
M. F. Spotts, Proyecto de Elementos de Máquinas, Edit. Reverté
Virgil Moring Faires, Desig of machine elements EditMacmillan.
Cia. Thomson, Catálogo de rodamiento y barras calibradas
IKO bearings, Catálogo de productos IKO, Cat. - 5906