UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO DE UN TABLERO SIMULADOR Y DE UN CONTROLADOR DE SEMÁFORO
Por: Sergio Renato De Jesús Meleán
INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista
Sartenejas, Junio de 2012
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO DE UN TABLERO SIMULADOR Y DE UN CONTROLADOR DE SEMÁFORO
Por: Sergio Renato De Jesús Meleán
Realizado con la asesoría de: Tutor Académico: Alexander Bueno Tutor Industrial: Rafael Santelmo
INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista
Sartenejas, Junio de 2012
Título: Diseño de un tablero simulador y de un controlador de semáforo
Realizado por: Sergio Renato De Jesús Meleán
RESUMEN
El proyecto desarrollado a continuación, se trata de una solución integral para resolver dos problemas de desarrollo para un sistema centralizado de semáforos: la posibilidad de hacer pruebas en controladores sin comprometer la seguridad del tráfico vehicular y la de tener un controlador de código fuente propio y con la posibilidad de adaptar el protocolo de comunicaciones a las necesidades del mismo sistema de centralización, obteniendo de esta simbiosis red de semáforos – sala central, el mayor provecho posible. Para esto se llevaron a cabo pruebas sobre las unidades existentes, se aprendió de la documentación técnica necesaria y se procedió a desarrollar un tablero simulador y un controlador de semáforos de ocho fases a partir de la información obtenida de estas pruebas y de los cinco años de carrera. En el siguiente informe se mostrará paso a paso cómo se desarrolló el proyecto desde la reparación del tablero existente, que permitió hacer las primeras pruebas, hasta la obtención final del talero y el controlador. Palabras clave: Controlador de semáforos, Sistema centralizado, Tráfico, Protocolo de comunicaciones, Tablero de simulación, Fase.
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Dedicado a mis padres y mi abuela que siempre me han apoyado. A Nunito que siempre se encarga de llenarme de alegría, y, por supuesto, a Dios. v
Agradecimientos
Gracias a mis padres por todo el apoyo que me han brindado y por sus consejos para ayudarme a crecer personal y profesionalmente en estos veintidós años.
A mi abuela Sara que con su atención y su fe me ha ayudado a confiar en mí y sentirme el hombre más consentido del mundo y por inculcarme esa sed de conocimientos.
A Nunito, luz de mis alegrías en tranquilidad y depresión. Siempre me recuerda que hay un futuro en este país por el que vale la pena luchar.
Gracias a Josh por siempre estar allí y salvarme la vida siempre que pienso que ya no hay más remedio y gracias a Caneto, mi mejor amigo, el que me hace entrar en cordura y replantearme mis decisiones y actitudes.
A ese grupo genial de la uni que en el último año me levantó y me sostuvo hasta que pude desbordar en seguridad personal. Gracias Julia, mi mejor amiga, Luz, Angel, Juan Miguel, los chicos de Royals FC, los dominoseros de IQ y todos los que me hicieron pasar un buen rato los últimos dos años de carrera.
Al grupo tamarero Lucho, Lain, Oto, Daniel, Carlos, Endiver y todos los bautizados en el grupo por ayudarme a relajar con las farras y encuentros en la plaza.
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El equipo del orfeón que nunca olvido, en particular a Fox, Manu, Jeanine, Ciuffi, Steph que siempre los seguí viendo. Gracias a Franciel que me convenció con Muga y a Daniel, el que conocía antes de la entrevista.
Gracias al Lic. Iván Trujillo por ayudarme a despejar la mente en el momento en que más lo necesité.
Muchas gracias por su apoyo a todo el equipo de la oficina, en particular a Germán, Alfredo an, Vanessa, Alejo, Gabriela, Vero que siempre me hicieron reir y a Daniel, Néstor, Héctor,
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Bruno y Sara que me brindaron inmedible apoyo técnico para mi proyecto.
Miles de gracias a Rafael Santelmo y Alexander Bueno porque con su experiencia e interés, me dieron definitivamente todo el apoyo que esperaba de mis tutores.
Y finalmente gracias infinitas a Dios y a la Chinita por darme la vida y por darme la calma que necesitaba cuando más me hizo falta.
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Índice general
Introducción…………………………………………………………………………………... Antecedentes…………………………………………………………………………………. Justificación…………………………………………………………………………………... Planteamiento del problema…………………………………………………………………. Objetivo general…………………………………………………………………………….... Objetivos específicos…………………………………………………………………………. CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA………………………………………. CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO……………………………………………………….... 2.1 Glosario…………………………………………………………………………………… 2.1.1 Actuación……………………………………………………………………………….. 2.1.2 Anillo……………………………………………………………………………………. 2.1.3 Barrera………………………………………………………………………………….. 2.1.4 Ciclo…………………………………………………………………………………....... 2.1.5 Controlador de semáforos…………………………………………………………....... 2.1.5.1 Controlador electrónico……………………………………………………………… 2.1.5.2 Controlador electromecánico………………………………………………………... 2.1.6 Coordinación……………………………………………………………………………. 2.1.7 Detección………………………………………………………………………………... 2.1.8 Fase……………………………………………………………………………………… 2.1.8.1 Fase activa…………………………………………………………………………….. 2.1.8.2 Fase conflictiva……………………………………………………………………….. 2.1.8.3 Fase coordinada………………………………………………………………………. 2.1.9 Intersección……………………………………………………………………………... 2.1.10 Llamada………………………………………………………………………………... 2.1.11 Monitor de conflictos…………………………………………………………………. 2.1.12 Norma técnica…………………………………………………………………………. 2.1.13 Paquete de interruptores……………………………………………………………... 2.1.14 Partición……………………………………………………………………………….. 2.1.15 Plan…………………………………………………………………………………….. 2.1.16 Protocolo de comunicación………………………………………………………….... 2.1.17 Sala centralizada……………………………………………………………………… 2.1.18 Solape………………………………………………………………………………….. 2.1.19 Tráfico…………………………………………………………………………………. 2.2 Normas NEMA y COVENIN para equipos de control de semáforos…………………. CAPÍTULO 3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL…………………………………... 3.1 Pruebas sobre el tablero de simulación existente………………………………………. 3.2 Pruebas sobre el controlador de semáforos NOVAX 6905……………………………. CAPÍTULO 4 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN…………………………………………. 4.1 Diseño e implementación del tablero de simulación………………………………….... viii
1 1 1 3 3 3 4 6 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 10 10 11 11 11 11 12 12 12 13 13 13 13 14 14 18 19 22 28 28
4.2 Diseño e implementación del controlador de semáforos……………………………… 4.2.1 Circuitería……………………………………………………………………………… 4.2.2 Programación………………………………………………………………………….. Conclusiones y recomendaciones…………………………………………………………… Referencias…………………………………………………………………………………… Apéndices……………………………………………………………………………………...
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35 35 45 51 53 54
Índice de tablas
Tabla 3.1 Tiempos para prueba experimental……………………………………………
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Índice de figuras
Figura 1.1 Organigrama de la empresa…………………………………………………… Figura 2.1 Intersección y sus fases………………………………………………………... Figura 3.1 Ubicación de la Quinta Ayoyo (Google Maps, 2012)…………………………. Figura 3.2 Fachada de la Quinta Ayoyo…………………………………………………… Figura 3.3 Tablero de simulación…………………………………………………………. Figura 3.4 Bornes del Tablero……………………………………………………………… Figura 3.5 Organización de la puerta……………………………………………………… Figura 3.6 Gabinete abierto (Daniel Alvarado, 2010)……………………………………… Figura 3.7 Bornera de conexión del controlador…………………………………………… Figura 3.8 Distribución esperada…………………………………………………………… Figura 3.9 Distribución obtenida…………………………………………………………… Figura 4.1 Circuito RC de alimentación LED……………………………………………… Figura 4.2 Tarjeta de alimentación de LEDs en modo prueba……………………………... Figura 4.3 Tablero de simulación…………………………………………………………... Figura 4.5 Circuitos de la fuente de poder………………………………………………….. Figura 4.6 Fuente de poder…………………………………………………………………. Figura 4.7 Microcontrolador dsPIC 30F3011………………………………………………. Figura 4.8 Implementación en módulo de prototipos o protoboard………………………... Figura 4.9 Diagrama de estados de la fase vehicular……………………………………….
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5 10 18 19 20 21 21 23 24 27 27 30 30 33 36 36 38 40 47
Lista de abreviaturas
NEMA: Asociación nacional de fabricantes de equipos eléctricos. COVENIN: Comisión venezolana de normas industriales. IATTC: Instituto Autónomo de Tránsito, Transporte y Circulación de Chacao. LED: Diodo emisor de luz. ICSP: Programación serial en circuito. UART: Transceptor universal asíncrono. RTC: Reloj en tiempo real. EEPROM: Memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente. I2C: Protocolo de circuitos inter-integrados. Triac: Tríodo de corriente alterna. BJT: transistor de junturas bipolar. PC: Computadora personal ASCII: Código estándar estadounidense para el intercambio de comunicación. LCD: Pantalla de cristal líquido.
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INTRODUCCIÓN
Antecedentes
Es algo bien conocido por todos los habitantes de la ciudad de Caracas y otras ciudades importantes del mundo, que el tráfico denso es uno de los problemas que más los cargan de estrés a lo largo de su vida. Esto se intensifica cuando su trabajo se enfoca en el traslado de materiales o pasajeros, ya que esta situación se convierte en su verdadero dolor de cabeza cotidiano.
También es conocido que las más importantes ciudades de cada país, son las que más sufren el aumento exponencial de la población, fenómeno que complica la movilidad en la medida que transcurre el tiempo si no se aplican medidas que alivien estos problemas.
Justificación
Con el fin de mitigar esas fuentes de estrés que deterioran la calidad de vida de los venezolanos, es que Tec-intraf, C.A. produce soluciones tecnológicas enfocadas en la ingeniería de tráfico, con medidas que van desde la sincronización de semáforos hasta el control dinámico y conteo de vehículos.
Para ofrecer todas estas soluciones y, en particular, una de las más importantes de la empresa como lo es la creación de salas centralizadas de control de semáforos, las cuales consisten en un sistema de gestión de semáforo remoto, para visualizar, planificar, monitorear y sincronizar semáforos, utilizando un software desarrollado por la empresa, es necesario que software y controlador sepan hablarse entre sí, por lo cual se debe desarrollar una ingeniería que requiere de pruebas de comunicación y funcionamiento de una amplia gama de controladores de los más
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diversos fabricantes nacionales y extranjeros, pudiendo así satisfacer las necesidades de todas las poblaciones sin importar qué clase de controlador de semáforos posea, mientras éstos se rijan por las normas norteamericanas NEMA (Asociación nacional de fabricantes de equipos eléctricos por sus siglas en inglés) TS1 y TS2 para controladores de semáforos y la norma venezolana COVENIN (Comisión venezolana de normas industriales) 2753:1999 para equipos de control de semáforos.
Todas estas pruebas son más fáciles de llevar a cabo si se poseen herramientas que hagan más ilustrativa la realidad física de los experimentos que se están desarrollando, por lo que se convierte en una necesidad, la posibilidad de crear un dispositivo que permita mostrar exactamente lo que se muestra en una intersección semafórica, sin poner en peligro el tráfico vehicular y peatonal de la ciudad.
Aparte de esto, pese a que es ideal, para convertir el software de coordinación en una herramienta genérica, la implementación de comunicaciones con distintas marcas de proveedores de controladores de semáforos, es conveniente y prácticamente una necesidad, tener plena comunicación los controladores, pudiendo acceder a todas sus funcionalidades remotamente y sin que esto, suponiendo que los controladores implementados lo permiten, implique un trabajo arduo de “descifrado” de los protocolos de comunicación de cada uno de los controladores. Por lo que desarrollar un controlador de la propia marca y con completa comunicación con los sistemas de coordinación de la empresa, se convierte indiscutiblemente en una prioridad.
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Planteamiento del problema
Por las razones expuestas anteriormente, se plantea la necesidad de diseñar un tablero de simulación que permita mostrar, de forma portátil, la manera en la que se mostrarán las luces de los semáforos en una intersección real, sin utilizar para esto la propia intersección suponiendo con ello un peligro para los transeúntes.
Además de esto, se plantea diseñar en su circuitería básica y programar según el criterio más básico propuesto por la norma COVENIN 2753:1999, un controlador de semáforos de ocho fases.
Objetivo general
Diseño de un tablero simulador y de un controlador básico de semáforo.
Objetivos específicos
• Estudiar un tablero de simulación existente. • Diseñar un tablero de simulación tomando las virtudes del tablero existente y corrigiendo sus defectos. • Diseñar y programar un controlador básico para una intersección de 8 fases. • Elaborar un informe para la empresa
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CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
Según las palabras de su gerencia de mercadeo a través de la página web institucional, el Grupo Intech Solutions Es una empresa fundada por emprendedores venezolanos, comprometidos con el desarrollo de ideas de negocio, exitosas y sustentables que solucionen situaciones comunes y generen bienestar al ciudadano. Desde sus inicios, la corporación se ha orientado hacia el desarrollo de una gama de productos que permitan explotar al máximo la infraestructura ya existente y, al mismo tiempo, introducir tecnologías nunca antes implementadas.
Tec-intraf, C.A. es una empresa venezolana dedicada a la investigación, desarrollo, creación, comercialización e implementación de Sistemas y Servicios Inteligentes de Transporte, conjugando tecnologías de información, comunicación y control, para ofrecer soluciones innovadoras en el área de tráfico vehicular, movilidad y seguridad.
Su gran baluarte es el capital humano altamente capacitado, comprometido, motivado y especializado para generar los productos que aportan satisfacción a nuestros clientes y consumidores.
Su visión es ser reconocida como la empresa líder en Venezuela y posicionada entre las primeras diez en Latinoamérica y el Caribe en la industria de los Sistemas y Servicios Inteligentes de tráfico vehicular, movilidad y seguridad.
Es su enfoque, generar mejor calidad de vida a los ciudadanos y satisfacción a los clientes, a través del aporte constante de soluciones tecnológicas innovadoras y calidad de sus productos, con un capital humano altamente capacitado, comprometido y orientado al logro; en constante desarrollo con un ambiente de trabajo dinámico y confortable, agregando valor y rentabilidad a sus a ccionistas.
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Las oficinas del Grupo Intech Solutions se encuentran ubicadas en la avenida Francisco de Miranda, Edificio Torre Delta, piso 7, oficina 7-D. Altamira – Estado Miranda. Venezuela. Su página web es www.grupointech.com y sus teléfonos son 0212-264.35.85 y 0212-267.95.55.
El organigrama de la empresa se puede observar en la figura 1.1.
Figura 1.1 Organigrama de la empresa
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CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO
En el ámbito de la ingeniería de tráfico existen una serie de teorías, conceptos, vocabulario y aspectos resaltantes, que permiten establecer un lenguaje cómodo y preciso que facilite la comunicación eficaz en los temas relacionados. Por esta razón, a continuación se hará un recorrido por aquellos conceptos y teorías que permitirán familiarizarse con el tema estudiado a lo largo del proyecto, y comprender los resultados finales mostrados más adelante.
2.1 Glosario 2.1.1 Actuación
En control de tráfico se le llama actuación a la propiedad de una fase física, de comunicarle al controlador la presencia de un vehículo o peatón, haciendo así un llamado en caso de que se encuentre activa una fase conflictiva.
2.1.2 Anillo
Se le denomina anillo al conjunto de fases que, por ser perpendiculares sus accesos a la intersección, son conflictivas. En un controlador de 8 fases, cada anillo posee dos fases de la vía principal y dos fases de la vía secundaria, permitiendo así que las fases no conflictivas de la misma vía, es decir, los dos avances de frente y los dos cruces a la izquierda puedan estar activos al mismo tiempo entre ellos, pero no cruzados.
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La regla de los anillos y barreras establece que dos fases de un mismo anillo no pueden estar activas al mismo tiempo. Los anillos de un controlador de ocho fases son (1, 2, 3, 4) y (5, 6, 7, 8).
2.1.3 Barrera
La barrera es la propiedad configurable del controlador que permite indicarle qué fases de una misma vía son conflictivas entre sí. Por ejemplo, un cruce a la izquierda es conflictivo con el avance derecho del sentido contrario de la misma vía, por lo que estas dos fases deben pertenecer a barreras distintas.
La regla de los anillos y barreras establece que dos fases de barreras distintas no pueden estar activas al mismo tiempo.
2.1.4 Ciclo
Se denomina ciclo al tiempo que transcurre desde que una luz del semáforo enciende en rojo hasta que la misma luz vuelve a encender rojo. Los ciclos pueden ser variables o constantes, permitiendo esta segunda posibilidad coordinar varios semáforos de un corredor vial entre sí y predecir su posición en el ciclo en cualquier cualqu ier segundo gracias grac ias a la coordinación interna que hace el controlador, de los ciclos con su reloj interno.
2.1.5 Controlador de semáforos
Se llama controlador de semáforos al conjunto de aparatos que permiten alimentar cada cara semafórica con su luz correspondiente en el momento indicado, de tal forma que se pueda coordinar el movimiento de vehículos y peatones en una intersección de manera automatizada.
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También se le llama controlador de semáforos al aparato, componente de este grupo, que se encarga de organizar el orden de salida de estas luces mediante una programación que puede ser de tiempos fijos, actuada o semi-actuada.
2.1.5.1 Controlador electrónico
El controlador electrónico es aquel cuyo cerebro organizador de los tiempos y las llamadas, consta de un microcontrolador y los conmutadores que se encargan del encendido de las luces, están formados por semiconductores.
2.1.5.2 Controlador electromecánico
Es aquel cuyo cerebro organizador de las luces consta de temporizadores electromecánicos y los conmutadores que se encargan del encendido de las luces están formados por relés y contactores.
2.1.6 Coordinación
Es el proceso mediante el cual varios controladores de un corredor vial, pueden ser configurados para encender en verde, para ese corredor vial, al mismo tiempo o empleando una onda verde, es decir, un encendido de verdes con desfasaje constante.
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2.1.7 Detección
Es el proceso en el cual, un dispositivo adecuado al tipo de usuario de la fase, detecta la presencia de un usuario. Los detectores más comunes son los botones peatonales, para los peatones, que son accionados a través de la presión consciente y los detectores de lazo inductivo, para los vehículos, que son accionados a través del cambio de inductancia debido a la presencia de una gran masa metálica sobre él.
2.1.8 Fase
Se denomina fase, en el entorno físico de la intersección, al conjunto de cada acceso a la intersección con el movimiento que realizarán los que se acerquen a tal acceso, para llegar a su vía de destino. De esta manera se asignan números de fase impares a los cruces a la izquierda y números pares a los avances derecho y cruces a la derecha.
En el controlador en cambio, aunque el concepto está relacionado con las fases físicas, se convierte en un objeto con las propiedades de poseer un color asignado, un tiempo restante, estar activa o no, tener o no llamada o detección, que permiten conocer si la fase física se encuentra en movimiento o no, tiene presencia de vehículos si no está en movimiento o tiene vehículos en fases conflictivas si lo está, entre otras propiedades lógicas. Como se puede observar en la figura 2.1, una intersección está compuesta por fases, que por convención son pares si corresponden a un avance derecho o cruce a la derecha e impares si corresponden a un cruce a la izquierda y se puede comprobar que cada anillo posee dos fases de la vía principal y dos de la secundaria, ubicándose primero las fases de la vía principal (1, 2, 5, 6) y luego las fases de la vía secundaria.
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Figura 2.1 Intersección y sus fases
2.1.8.1 Fase activa
Se trata de aquella fase cuyo estado en ese momento es Verde, Amarillo o Rojo de despeje. Cuando una fase está activa, si la configuración del controlador está hecha correctamente, no debe estar activa ninguna fase conflictiva y esto se comprueba a través de la regla de Anillos y Barreras.
2.1.8.2 Fase conflictiva
Son fases conflictivas aquellas que si avanzan simultáneamente a través de la intersección, provocarán una colisión.
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2.1.8.3 Fase coordinada
Es la primera fase que se activará en el ciclo. Su comienzo se dará tantos segundos después del comienzo del ciclo, como segundos de desfasaje tenga configurado el controlador. Su función es permitir la generación de una onda verde en la coordinación de varias intersecciones de un corredor vial.
2.1.9 Intersección
Es una intersección el cruce de dos vías o de una vía y un paso peatonal, como se pudo observar en la figura 2.1. La característica más importante de este componente de una vía, es su propiedad de provocar una colisión si los vehículos que por ella transitan, no pasan por turnos.
2.1.10 Llamada
Se le denomina llamada a la solicitud que hace una fase al controlador, a través de los detectores, de poseer el derecho de paso debido a la presencia de vehículos en su acceso.
2.1.11 Monitor de conflictos
Es el elemento supervisor de los controladores de semáforos. El monitor de conflictos se encarga de verificar en todo momento que las tensiones de alimentación se encuentren en un nivel adecuado, que la intermitencia posea tiempos que no puedan producir peligro en la intersección, que una falla en la configuración del controlador, produzca la salida de fases
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conflictivas y que ningún cable se corte o se quemen todas las lámparas que dan la indicación de rojo a los conductores que utilizan cierta fase. En todos estos casos, este dispositivo dispara una alarma al controlador y cambia automáticamente los relés de intermitencia, provocando la intermitencia en todas las fases de la intersección. La intermitencia puede configurarse para que las fases de la vía principal sean de color amarillo y las de la vía secundaria, de color rojo.
2.1.12 Norma técnica
Es un documento, discutido y aprobado por el gremio de diseñadores, constructores y letrados de un rubro en particular de la ingeniería. La intención de este documento es estandarizar los diseños de los productos del rubro, de tal forma que los repuestos puedan ser intercambiables y las maquinarias de producción posean un diseño compatible, para abaratar costos y asegurar el servicio de los productos aunque su fabricante desaparezca del mercado. Además posee pruebas técnicas que, de aprobarlas el producto, le permiten optar por una certificación de la marca asociada, lo que le permite ser ofrecido bajo estándares de calidad.
2.1.13 Paquete de interruptores
Es un dispositivo diseñado a base de semiconductores, que permite la conmutación de las luces de los semáforos de manera segura.
2.1.14 Partición
Se le llama partición a la distribución de los tiempos de las fases a lo largo del ciclo del semáforo.
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2.1.15 Plan
Es el conjunto de configuraciones (particiones, fases coordinadas, desfasaje y reglas de detección) que pueden ser programadas para ser ejecutadas en cierto horario del día, ciertos días de la semana, ciertas semanas del año.
2.1.16 Protocolo de comunicación
Se trata del lenguaje a través del cual, el controlador se comunicará con un dispositivo distinto, como por ejemplo un equipo de computación, de tal manera que se entiendan e intercambien información apropiada.
2.1.17 Sala centralizada
Es el punto remoto de recolección de información de los controladores de semáforos y en el cual se preparan los planes de control que serán enviados a los controladores por labores de rutina o de emergencia.
2.1.18 Solape
Es una propiedad configurable del controlador que permite, por una salida eléctrica, la salida de una fase activa adicional, compuesta por el momento en que se encuentran activas otras dos fases.
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2.1.19 Tráfico
Se le denomina tráfico al flujo de vehículos y peatones por una vía destinada para tal fin. El tráfico puede ser ligero, regular o pesado. Esta clasificación viene dada por la cantidad de vehículos que fluyen por una vía en un determinado momento y con planes de tráfico correctos, se puede independizar de la clasificación en rápido, moderado y lento.
2.2 Normas NEMA y COVENIN para equipos de control de semáforos
La Asociación nacional de fabricantes de equipos eléctricos de Estados Unidos, NEMA, establece dos normas técnicas para el diseño y la programación de controladores electrónicos de semáforos, excluyendo a los electromecánicos del estándar mínimo de calidad.
Para normar estos equipos, se encuentra vigente actualmente la norma TS2, la cual pasa a desplazar a la norma TS1. Sin embargo, esta última es utilizada para comprender el funcionamiento de controladores aun ampliamente extendidos en las intersecciones semafóricas a nivel mundial, y como base para comprender la norma TS2.
Las normas NEMA TS1 y TS2 establecen límites para los valores de tensión de alimentación, picos, respuesta ante fallas en la alimentación para distintos tiempos de interrupción, temperaturas en el gabinete, configuración y funcionalidad del monitor de conflictos, tipos de semiconductor utilizados para los conmutadores, entre otros aspectos de circuitería. Además establece características mínimas que debe poseer la lógica del controlador, desde barreras y solapes hasta números de anillo en función de la cantidad de fases que posee el controlador.
Todas las características establecidas en las normas NEMA son de gran utilidad para el trabajo que se llevará a cabo, puesto que su explicación es mucho más completa que la que ofrece la
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norma COVENIN, sobre todo en cuanto a terminología se refiere. No obstante, la norma necesaria y de la cual se tomarán las características que finalmente serán plasmadas en la programación del controlador que se desarrollará, es la norma COVENIN 2753:1999 puesto que es la que tiene las exigencias que esperan las instituciones venezolanas y que son requisito para obtener en el producto el sello de calidad NORVEN (Marca de calidad venezolana) una vez que sea concluido un diseño final y con características de lanzamiento al mercado.
De la norma COVENIN se tomarán los aspectos de software de un controlador a tiempos fijos, semi –actuado y actuado sin capacidad de coordinación (Operación Aislada), tomando de las especificaciones circuitales y mecánicas, solamente aquellas que son básicas e indispensables como lo son el diseño modular y la conmutación a través de dispositivos de estado sólido en lugar de dispositivos electromecánicos.
El modo de operación aislada, ofrecido por la norma COVENIN establece tres (3) esquemas de operación secundarios obligatorios para ese modo. Estos esquemas son:
Operación manual
En tiempo fijo
Accionado por el tránsito
Según la norma COVENIN 2753:1999 en su página 16 “El controlador debe incluir las facilidades para permitir una operación manual de la secuencia de las fases. Esto provee el tratamiento de situaciones anormales, tales como accidentes u otras ocasiones especiales.” Por lo tanto, es importante que exista la posibilidad de operar el semáforo físicamente obligando al cambio de fase en un momento deseado.
También se establece en la norma, que el controlador debe introducir, al final de la operación manual, llamadas a todas las fases para evitar que el anterior modo de operación produzca retrasos importantes a algunos peatones o vehículos.
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Para que este modo manual funcione, el controlador debe verificar, por cada cambio de fase, que se cumplen los tiempos mínimos de verde. Esto con el propósito de evitar operaciones que pongan en peligro a los conductores y peatones.
Luego se muestra la operación en tiempo fijo, que según la norma en discusión, “En este modo de operación, las fases aparecerán prestablecidas en un orden cíclico, y las indicaciones de los semáforos estarán determinadas por las duraciones fijas establecidas para cada fase. En el caso de existir detectores vehiculares o peatonales, sus llamadas serán ignoradas por el controlador.” Lo que quiere decir que funciona dando el derecho de paso a cada una de las fases en la secuencia establecida, a un tiempo fijo por cada ciclo y sin reaccionar cambiando los tiempos de derecho de paso, incluso en el caso de que existan detectores y éstos se activen.
Este modo también exige la llamada a todas las fases a su salida para evitar retrasos importantes a los vehículos correspondientes a algunas fases que pudieran quedar permanentemente en rojo.
A continuación, la norma presenta la operación accionada y según las palabras del apartado correspondiente “Cuando el controlador opere en modo accionado o semi-accionado, debe proveer el derecho de paso según las demandas de vehículos o peatones. El derecho de paso debe continuar al menos por un mínimo”. Esto muestra dos características importantes relacionadas con este modo secundario: la posibilidad de actuar en este modo como actuado o semi-actuado y la exigencia de un tiempo mínimo de verde que deberá cumplirse antes de dar paso a la siguiente fase en conflicto con llamada.
La primera característica puede cumplirse mediante asignaciones particulares del tiempo máximo de fase, es decir, si se asigna un tiempo finito al tiempo máximo de fase, el controlador operará de forma semi-accionada haciendo cambios en tiempos menores al de máximo verde en caso de que existan llamadas en fases conflictivas y trabajando en modo tiempo fijo en el caso de
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no existir llamadas en las fases conflictivas. En el caso de colocar un tiempo máximo de verde infinito, el controlador se comportará en operación accionada, haciendo cambios de luces solamente ante la presencia de un vehículo o peatón en una fase conflictiva.
Dependiendo de la estrategia utilizada y tomando en cuenta que los tiempos máximos de verde deben ser configurables para cada fase, existe la posibilidad de una operación intermedia que permita, por ejemplo, asignar a una fase principal un tiempo máximo infinito y a la secundaria un tiempo máximo finito, de tal forma que la vía principal siempre tenga la preferencia excepto en el caso de que un vehículo o peatón llame a la fase secundara. Caso en el cual, la fase secundaria poseerá el derecho de paso por un tiempo mínimo en el caso de existir demanda en la fase principal o un tiempo máximo en caso contrario. Finalmente el modo siempre llevará a que, en algún momento, exista o no la presencia de vehículos, el derecho de paso se otorgue a la fase principal y permanezca en ella.
Aparte de las exigencias operacionales, existen ciertas exigencias de seguridad que deben ser establecidas en la programación del controlador. Estas exigencias están relacionadas con las intermitencias y plantean que al encendido del controlador, éste muestre un tiempo en amarillo intermitente configurable por el usuario, de entre cero (0) y doscientos cincuenta y cinco (255) segundos con incrementos de un segundo. Estas son los lineamientos de la norma bajo los cuales se regirá el diseño algorítmico del programa de controlador de semáforos, ofreciendo así, un controlador básico y que permitiría que éste fuera utilizado en la gran mayoría de las intersecciones de Venezuela sin afectar su modo de funcionamiento actual.
En cuanto a los protocolos de comunicación utilizados y la coordinación del controlador de semáforos con un sistema centralizado, la norma no establece lineamientos especiales, por lo que su diseño se hace a discreción.
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CAPÍTULO 3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Para llevar a cabo el proyecto, éste se dividió en dos fases, que a su vez fueron sub-divididas en dos etapas que corresponden a los dos productos finales esperados, es decir, el tablero de simulación y el controlador de semáforos.
La primera etapa del proyecto se trató de una etapa experimental, en la cual se observó el comportamiento y diseño de un tablero de simulación existente en la sala de control de semáforos del IATTC (Instituto Autónomo de Tránsito, Transporte y Circulación de Chacao) ubicado en la Av. Eugenio Mendoza de La Castellana en la Quinta Ayoyo como se muestra en las figuras 3.1 y 3.2.
Figura 3.1 Ubicación de la Quinta Ayoyo (Google Maps, 2012)
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Figura 3.2 Fachada de la Quinta Ayoyo
Para llevar a cabo las pruebas del tablero simulador, fue necesario aprender a manipular el controlador de semáforos más difundido en las intersecciones del municipio Chacao, el Novax 6905 de Novax Industries Corporation. Por esta razón, aunque se separarán en dos subtítulos, las pruebas sobre los dos, en gran medida, se desarrollaron en el mismo espacio de tiempo.
3.1 Pruebas sobre el tablero de simulación existente
Inicialmente y como medio para tener experiencia inicial sobre lo que representa un tablero de simulación para controladores de semáforo, se probó y reparó el tablero descrito anteriormente y ubicado en la sala de semáforos del IATTC.
Este tablero fue fabricado por la empresa venezolana productora de semáforos y controladores SEMAVENCA, cuya sede se encuentra ubicada en la zona industrial de la ciudad de Mérida, Estado Mérida y consta de un gabinete eléctrico multiusos de aluminio, con el diseño de una intersección pegado en vinil autoadhesivo y con conexiones internas que alimentan las luces de unos semáforos de madera fijados con tornillos, como se muestra en la figura 3.3.
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Figura 3.3 Tablero de simulación
Este tablero, además, posee por cada vía de acceso, un pulsador/conmutador que permite simular los detectores peatonales y vehiculares. Todos estos componentes están cableados internamente a través de unos bornes de ajuste por tornillo montados sobre riel din simétrico como se puede observar en la figura 3.4 y los cables están organizados con canaletas ranuradas para permitir el uso de un mismo canal troncal para todas las conexiones, como se muestra en la figura 3.5.
Inicialmente se llevaron a cabo las pruebas necesarias para determinar el estado del tablero simulador, por lo que, habiendo verificado que las lámparas utilizadas en la iluminación son lámparas piloto, alimentadas con 120V, se aplicó tal tensión en cada una de ellas, comprobando el estado de todas.
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Figura 3.4 Bornes del tablero
Figura 3.5 Organización de la puerta
Esta metodología permitió comprobar el buen estado de los bornes, cables y lámparas de treinta de las treinta y dos luces indicadoras. Al fallar las dos lámparas se planteó como protocolo probar el funcionamiento con cambio de lámpara, verificación de la integridad del cable y verificación de la integridad del respectivo borne, estas últimas verificaciones utilizando un probador de continuidad. Sin embargo, no fue innecesario recurrir a los procedimientos de prueba subsiguientes debido a que en los dos casos, el cambio de lámpara permitió poner en funcionamiento las 32 luces en su totalidad.
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Finalmente fueron probados los botones simuladores de detectores vehiculares y peatonales, para lo cual se utilizó un probador de continuidad. Éste fue utilizado en dos casos: “toque” del botón, es decir, presionar y soltar con la velocidad con la cual lo haría un peatón promedio y con acción sostenida, es decir, presionando el botón y dejándolo unos segundos, como se comportaría un vehículo sobre un detector.
3.2 Pruebas sobre el controlador de semáforos Novax 6905
Luego de haber comprobado el estado del tablero simulador y haber reparado cada una de sus señalizaciones, se procedió con la lectura de las normas NEMA TS1 y TS2 y la norma COVENIN 2753:1999 ya que éstas explican el funcionamiento requerido de un controlador de semáforo y forman parte de la documentación básica necesaria para comenzar con el diseño y programación del controlador resultante.
Para complementar el conocimiento adquirido con la teoría explicada en las normas, debido a que esta información es compleja y de difícil comprensión para las personas que no tienen experiencia en el área de ingeniería de tráfico, se llevaron a cabo pruebas sobre el controlador que permitieran verificar si lo comprendido es cierto, o si existían errores conceptuales luego de leer las normas y, en tal caso, corregirlos.
En vista de que el objetivo era hacer una comprobación de lectura, fue necesario comprobar, en primer lugar, que el controlador efectivamente cumplía con las normas revisadas. Esto se hizo evidente al comprobar que los controladores NOVAX 6905 están certificados bajo la norma NEMA TS1. Luego de esto se hizo una equivalencia de normas. Como la norma COVENIN difiere de la NEMA TS1 en que la primera está inspirada en la segunda, pero restando requerimientos o exigencias, saber que la comprobación de lectura permitía corroborar que se conoce la programación exigida por la norma NEMA TS1 y que esta es más exigente, pero no distinta en cuanto a filosofía del funcionamiento, con la COVENIN, permitió verificar que, de
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poder conocer el funcionamiento del controlador NOVAX, se lograrían dominar los conocimientos necesarios para luego programar un controlador respetuoso de la norma COVENIN que, por ser la norma venezolana, es la seleccionada para establecer los estándares de calidad con los que se tiene como visión diseñar el controlador de semáforos resultante.
Con respecto a la norma NEMA TS2, su lectura permite obtener una visión futurista y en cuyos términos estará enfocado cualquier exceso a la norma COVENIN que se aplique en la programación de controladores. Como la filosofía del diseño de la norma NEMA TS1 no es profundamente distinta a la de la norma TS2, dominar los conceptos mostrados en la primera, permitirá comprender con bastante claridad los nuevos conceptos y los cambios de perspectiva introducidos en la segunda.
El controlador NOVAX 6905 consta, en su aparataje físico y palpable, de las características mostradas en la figura 3.6 y que muestran un gabinete o envolvente eléctrico. Una placa madre al fondo, unas tarjetas de procesamiento de detectores de lazo inductivo, un grupo de paquetes de interruptores, una unidad de procesamiento o equipo controlador, un monitor de conflictos y una bornera para la conexión de las luces de semáforos que se muestra en la figura 3.7.
Figura 3.6 Gabinete abierto (Daniel Alvarado, 2010)
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Figura 3.7 Bornera de conexión del controlador
En el gabinete del controlador, la placa madre se encarga de hacer todas las conexiones entre los periféricos, el controlador, los conmutadores, las entradas y las salidas, permitiendo conexiones limpias con la menor cantidad posible de cables. Las tarjetas de procesamiento de los detectores, se encargan de energizar y obtener la información analógica de los detectores de lazo inductivo y enviar información digital, de acuerdo con los estándares, al controlador.
Los paquetes de interruptores son quizás unos de los componentes más interesantes del gabinete del controlador, aparte del controlador y el monitor de conflictos. Existen dos tipos de paquete: uno por fase que hace la conmutación verde – amarillo – rojo de cada fase y uno dedicado a la conmutación de alimentación para intermitencias. Como la frecuencia de conmutación tiende a ser mayor en el segundo caso, son necesarios componentes más robustos y con una mayor vida útil para que el modo de intermitencia de los semáforos no convierta a los paquetes de interruptores en el eslabón débil de la cadena. Estos interruptores deben ser, por norma, formados por componentes de estado sólido, quedando dedicados los relés electromecánicos únicamente a la conmutación entre el modo cíclico y el modo intermitente de cada fase.
La unidad de procesamiento se encarga de ejecutar el programa que decidirá el estado de las luces de cada cara semafórica en cada instante de tiempo, mientras el monitor de conflictos se
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encargará, teniendo en una tarjeta cableada la configuración topológica de la intersección, de verificar que en todo momento las indicaciones emitidas por el controlador no provoquen el derecho de paso a dos fases conflictivas, conllevando a un posible accidente. En el caso de que esto suceda, la intersección pasará automáticamente a intermitencia hasta que se resuelva la situación.
Finalmente la bornera de conexiones ofrece una salida eléctrica a 120Vac para cada fase, teniendo todas ellas la ubicación de su retorno o neutro en la paca de alimentación del gabinete.
Para llevar a cabo la comprobación de lectura, se desarrollaron varios planes para configurar la intersección. Gracias a la ayuda del tablero simulador, estas pruebas se pudieron llevar a cabo en la sala de semáforos del IATTC de tal forma que nunca se comprometió la seguridad de los conductores y peatones.
En primer lugar se plantearon varios planes de configuración, de tal forma que, en una imagen se pudiera describir gráficamente el resultado esperado. Luego de esto, se introdujeron los datos en el controlador y se analizó la respuesta, comparándola con el resultado esperado y obteniendo de esta comparación alguna conclusión que permitiera comprobar si la lectura permitió dominar el concepto o si por el contrario, el concepto estaba mal asimilado y, de ser así, verificar en dónde estuvo el error para corregirlo.
Estas comprobaciones se enfocaron en verificar el dominio de los siguientes conceptos: Fase, Anillo, Barrera, Fase coordinada, Partición, Plan y finalmente, Solape.
Corroborar con la práctica los conceptos permitió replantear su explicación, tal y como está planteada en este documento, de tal forma que una persona que no esté familiarizada con la ingeniería de tráfico, pueda comprenderlos fácilmente.
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Para explicar el procedimiento experimental, se mostrará un ejemplo de una de las tantas pruebas que se hicieron, mostrando la preparación, experimentación, análisis de resultados y la conclusión que se obtuvo de ese experimento en particular.
En primer lugar se propuso un plan que se configuraría en el controlador NOVAX que consta de las reglas mostradas en la tabla 3.1.
Tabla 3.1 Tiempos para prueba experimental
Fases
Tiempo [s]
4 y8
75
1
15
6
15
7
15
Las fases habilitadas son 1, 4, 6,7 y 8 con una sola barrera de fases 1, 4, 6,7 y 8 y fijando la fase inicial como fase 1. Se espera que la distribución de tiempos de fase activa (verde, amarillo y rojo de despeje) sea la mostrada en la figura 3.8, sin embargo se obtuvo la mostrada en la figura 3.9.
De la comparación del resultado esperado con el resultado obtenido, se pudo comprobar que, además de completarse los tiempos de cada anillo hasta coincidir con el tiempo de ciclo, la preferencia para completar el tiempo faltante, se da a las fases menores puesto que, por como está organizado el sistema de anillos, las fases menores son las correspondientes a las vías más importantes.
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Figura 3.8 Distribución esperada
Figura 3.9 Distribución obtenida
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Otras pruebas experimentales pudieron comprobar otros errores de interpretación en la lectura, de tal forma que se logró entender a cabalidad el funcionamiento del sistema de anillos-barreras. Conocimiento esencial para poder desarrollar posteriormente su aplicación en el controlador.
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CAPÍTULO 4 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN
Luego de llevar a cabo la experimentación, que permitió adquirir los conocimientos y la experiencia necesaria para comenzar a ahondar en el proyecto, se procedió a diseñar el tablero de simulación y el controlador de semáforos y, cuando los diseños estuvieron finalizados se procedió a implementar los diseños hasta donde los recursos, principalmente temporales, lo permitieron.
Sin embargo, es importante aclarar que una parte del proceso de implementación, que incluye procura de proveedores y presupuestos, fue desarrollada durante el período de diseño, gracias a lo cual fue posible tomar decisiones mediante criterios económicos, donde ya los criterios técnicos se hacían ambiguos.
4.1 Diseño e implementación del tablero de simulación
Para el tablero de simulación se tomaron en cuenta los aspectos positivos del diseño del ya existente y se puso especial atención en los defectos. En ocasiones estos aspectos pueden ser evidentes y en otras no tan evidentes, por ejemplo, es evidente que en el tablero existente, la idea de colocar canaletas ranuradas en lugar de canaletas individuales, para así permitir un canal troncal con salidas en cada punto de alimentación, es un aspecto positivo y que muy difícilmente tiene solución alternativa. De igual manera es evidente que no colocar fusibles para proteger el cableado interno independientemente de la protección del controlador para el cableado de salida, es un defecto y que es conveniente colocar una fusiblera en el diseño del nuevo tablero.
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Sin embargo, existen otras características, la mayoría, cuya necesidad de cambio no era evidente, es eso lo interesante de un diseño novedoso, que se abre a las posibilidades que arroje la imaginación y es por eso que se separó el diseño en varias características que debían ser analizadas para considerar si serían o no cambiadas.
Estas características son: Modo de señalización, tipo de simuladores de sensor de presencia, tipo de gabinete, impresión de la intersección, disposición estática o personalizable, cableado, disposición de las fusibleras y conexiones internas.
Para el modo de señalización se plantearon dos casos, lámparas piloto o lámparas LED (diodo emisor de luz por sus siglas en inglés). Por criterios de consumo y ahorro se prefirió la lámpara LED. Mientras una lámpara piloto consume 2W nominales, un circuito de lámpara LED, diseñado a 18mA consume a 120V:
Que al ser fijada la corriente por un circuito RC (resistencia-capacitor) predominantemente capacitivo, la potencia consumida por la parte resistiva es aproximadamente, despreciando la caída en el LED:
(
)
Por lo que, evidentemente, según el criterio de ahorro energético se decidió para este diseño sustituir las lámparas piloto por LEDs.
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El circuito que permite encender cada LED a 120V con una corriente de aproximadamente 18mA se ofrece en la figura 4.1. Treinta y seis de estos circuitos se dispondrán en una tarjeta de alimentación de LEDs con entradas independientes y neutro común para las lámparas del tablero como se observará en la figura 4.2.
Figura 4.1 Circuito RC de alimentación del LED
Figura 4.2 Tarjeta de alimentación de LEDs en modo prueba
Una característica importante para los simuladores de detectores de presencia es que deben proveer de un pulso y desaparecer. Es posible hacerlos, al menos los vehiculares, con sensores de lazo inductivo, sin embargo, éstos deben ser calibrados de tal forma que las tarjetas controladoras
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sean compatibles con ellos y, además, se deben agregar al tablero simuladores de vehículos, metálicos y que sean detectados por los sensores, agregando innecesariamente dispositivos al tablero. Además, no todos los controladores de semáforos manejan de la misma manera los detectores de lazo inductivo, por lo que esta solución convertiría el tablero en una solución no universal.
Es por esto que se seleccionó un pulsador, cuyo modelo sería decidido más adelante. De esta forma el simulador no es más que un conmutador y se adaptará a cualquier circuito de simulación que se establezca para los controladores.
Para seleccionar exactamente el modelo, se escogió de encaje cilíndrico para evitar dificultades al abrir el agujero donde encajará en el tablero. Finalmente, la palabra decisiva se tomó con un criterio estético con asesoría de la diseñadora gráfica de la empresa y económico de acuerdo con los presupuestos.
Con respecto al tipo de gabinete, se tenían las posibilidades de un gabinete de aluminio diseñado por encargo, gabinete de aluminio estandarizado para uso general, gabinete acrílico diseñado por encargo, gabinete de madera bajo las mismas condiciones y gabinete de poliéster estandarizado para uso general.
Por razones de costo y debido a que la aplicación estética y funcionalmente no requiere de características muy particulares, la balanza se inclinó a favor de los gabinetes de diseño estándar. La palabra decisiva estuvo atada a otra característica que fue la disposición (estática o personalizable).
Una de las ideas originales, nacida de manipular durante algún tiempo el gabinete de la sala de semáforos y de probar varias configuraciones del controlador en ella, fue hacer personalizable la disposición de los semáforos y la topología de la intersección, restringiendo la capacidad de
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adaptación a intersecciones reales solamente en la disposición ortogonal entre las vías y haciendo personalizables los cruces, límites de las vías, cantidad de canales de ida y de regreso e islas de canal dedicado al cruce.
Para lograr esto se ideó un tablero con hoyos dispuestos de manera estratégica para no llenar el tablero de agujeros, pero que convirtieran la intersección en personalizable. Para la topología, piezas acrílicas o de madera (resultando seleccionada la acrílica forrada con vinil autoadhesivo para la impresión, por precio de la mano de obra y calidad del acabado) y para los semáforos las mismas opciones con el mismo resultado, excepto por las conexiones. En las piezas que definen la topología, las conexiones de encaje serían de varas de acrílico soldadas con pega para PVC, mientras para el semáforo, la circuitería se desarrollaría en una placa de baquelita, cubierta por delante y por detrás con acrílico y las conexiones estarían en la baquelita, con pines cabecera, para conexiones tarjeta a tarjeta, mientras, del lado de adentro de la tapa del tablero, se ubicarían placas de baquelita con un conector cabecera hembra para conexiones tarjeta a tarjeta y la circuitería para conectar al cableado de alimentación.
Por supuesto, también se analizó la posibilidad de continuar con el formato estático, para lo cual no sería necesario crear piezas adicionales ni semáforos extraíbles, para lo cual se seleccionaría la opción de un semáforo de madera o de acrílico de varias capas, resultando ganador, una vez más, el acrílico. Sin embargo, la comparación de presupuestos mostró una diferencia de precios de menos del 30%, por lo que se decidió asumir el diseño personalizable.
Para el diseño estático, el gabinete escogido sería el de aluminio, por ser más económico, sin embargo, para el diseño personalizable se escogió el gabinete de poliéster para evitar cortocircuitos en la tapa, por las conexiones extraíbles de los semáforos. En cuanto a las medidas, se procuró que fuera aproximadamente del tamaño del existente, por facilidad de visión en las indicaciones, por lo que, buscando con criterio económico un tablero de un metro de largo, se seleccionó uno de 800mm de largo por 600mm de alto y 300mm de profundidad como se muestra en la figura 4.3.
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En cuanto al cableado, se optó por cable UTP cat5 debido a que, por ser un cable 24AWG, permite por circuito hasta 0,577A, más de veinte veces la corriente esperada para cada circuito. Además, este cable es económico y de uso extendido en la empresa, por lo que se convierte, por demás en el cable ideal para esta aplicación.
Figura 4.3 Tablero de simulación
En cuanto a los fusibles, la norma IEC 60364 establece dos condiciones que deben ser cumplidas:
Donde IB es la corriente de diseño del circuito, In es la corriente nominal del fusible e Iz es la capacidad amperimétrica del cable. Es decir que, como es lógico, la corriente nominal del fusible debe ser mayor a la que manejará el circuito, por sensibilidad y por protección, la corriente
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nominal del fusible debe ser menor a la corriente nominal del conductor, con un factor de seguridad del 10%. De esta manera:
Por lo que fueron seleccionados fusibles de 0,5A que son menores a 0,51A y dramáticamente mayores a 18mA. Los fusibles podrían estar dispuestos distribuidos en la parte superior del gabinete, para acceso general o en un cajetín dentro del gabinete, para acceso limitado. Se seleccionó la segunda opción, en atención a las personas que manipulen el gabinete sin conocimientos de electricidad.
Finalmente para las conexiones internas se seleccionaron bornes de ajuste por tornillo y sostenidos por Riel Din simétrico, puesto que es la solución más eficaz para atender a esos casos. Se consideró la posibilidad de colocar fusibleras de riel din, pero por criterio económico se seleccionó la opción de fusibleras independientes.
La implementación del gabinete, como se observa en las figuras 4.2 y 4.3 que representan el aparataje de esta primera sección del proyecto, se desarrolló completamente, hasta antes del acabado con acrílicos, pudiendo ver el tablero funcionar ante la alimentación de un controlador marca Peek, que respeta las normas NEMA TS1, TS2 y la norma IEC relacionada con el control de semáforos, con lo que se comprobó su independencia del diseño del controlador NOVAX.
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4.2 Diseño e implementación del controlador de semáforos
4.2.1 Circuitería
Para el diseño del controlador de semáforos, en su aparataje físico, el diseño se inspiró en las exigencias de la norma COVENIN, respetando a cabalidad los detalles indicados anteriormente, es decir, el diseño modular y el uso de semiconductores en la conmutación a 120V. Aparte de estas características, se pensó el diseño con una visión futurista que le permitiera, cada vez más, acercarse al cumplimiento a cabalidad de la norma completa en su parte física.
El diseño modular permitió dividir el diseño completo del controlador en 6 etapas como se puede observar en la figura 4.4.
Figura 4.4 Diagrama de bloques del controlador de semáforos
La Fuente de poder se encarga de la protección y el acondicionamiento de la onda de tensión deseada para alimentar cada uno de los otros módulos. De esta forma, posee dos fusibles de 0,5A y uno de 1A, tres varistores de 150V para evitar el paso de picos al circuito de acondicionamiento, dos transformadores (uno de 120V a 6V y uno de 120V a 24V) dos puentes rectificadores, dos reguladores de tensión (uno de 5V y uno de 24V) y dos condensadores electrolíticos de 1000µF para disminuir el rizado.
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El diseño de uno de los tres circuitos de la fuente de poder, se puede observar en la figura 4.5. De los otros dos circuitos, uno es exactamente igual al mostrado, pero con otro transformador y otro regulador mientras el tercer circuito no tiene la parte de transformación, rectificación y regulación, siendo únicamente utilizado para proveer protección al cableado que entregue los 120Vac al módulo de conmutación AC. Mientras tanto, en la figura 4.6, se podrá observar el circuito ya implementado. Primer paso para poder hacer pruebas sobre el controlador final.
Figura 4.5 Circuitos de la fuente de poder
Figura 4.6 Fuente de poder
Como se puede observar, en la implementación existe activo solamente el módulo de 5V puesto que el montaje desarrollado en un módulo de prototipos o protoboard, para poder programar el controlador constaba solamente del módulo de control, el de detección y el de salidas como se observará más adelante en la figura 4.7.
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El módulo de control, quizás el más importante de todos, posee el microcontrolador, conexiones en pines cabecera del tipo tarjeta-cable, los osciladores respectivos, un conjunto de conmutadores para cambiar modos, como intermitencia, conexiones a unos pines cabecera de 90º que permiten la conexión a un programador con capacidad ICSP (In-Circuit Serial Programming o programación serial en circuito) y finalmente un módulo de comunicación serial bajo el protocolo RS-232, por lo que se agregaron el integrado MAX-232, el conjunto de capacitores necesarios para que este integrado funcionara y un conector tipo DB-9.
Para escoger el microcontrolador, se investigaron varias líneas de productos que tuvieran las siguientes características: Programación ICSP, comunicación serial a través de un puerto UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter o transceptor universal asíncrono) que es el que se encargará, programado de tal forma, de enviar la información serial al MAX-232, el cual, a su vez, se encargará de convertir los niveles ofrecidos por el microcontrolador (de 0 a 5V) a los requeridos en el estándar para comunicación con computadoras; al menos 10 pines de entrada/salida (3 para la salida, 5 para la detección y 2 para controles adicionales como cambio de modo) y la posibilidad de integración con un módulo RTC (reloj en tiempo real por sus siglas en inglés), es decir, comunicación SPI (interfaz serial para periféricos por sus siglas en inglés) que es el protocolo más utilizado en integrados RTC o un módulo de RTC integrado y, finalmente, memoria EEPROM (memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente por sus siglas en inglés) que permita guardar los datos no volátiles como los planes de ejecución y la topología de la intersección, además de la posibilidad de programarlo en lenguaje C para microcontroladores.
De varios candidatos y luego de analizar la posibilidad de utilizar 32 salidas de un microcontrolador con al menos 40 entradas/salidas, por razones que se detallarán en el módulo de salidas, se optó por utilizar el microcontrolador dsPIC 30f3011 de Microchip que se puede observar en la figura 4.7 y que tiene posibilidad de programación ICSP con el programador PICKIT 3 de Microchip, dos puertos UART, un módulo RTC integrado con oscilador independiente y con la posibilidad de mantenerlo encendido en modo de ahorro de energía, un
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puerto SPI y un puerto I2C (protocolo de circuitos inter-integrados por sus siglas en inglés), el compilador C30 de Microchip, compilador de lenguaje C para microcontroladores PIC de las series 24, 30 y 33, que en su modo estudiantil es gratuito al igual que la interfaz de programación MPLAB IDE, necesaria para manejar el PICKIT 3 y memoria EEPROM de 1024 bytes de almacenamiento, dispuestos en 512 registros de 16 bits.
Figura 4.7 Microcontrolador dsPIC 30F3011
El módulo de detección consta de dos multiplexores de 8 bits que poseen un puerto de lectura y tres pines para selección del canal de lectura. Como estos multiplexores son alimentados con 5V, el cableado de datos que proviene del módulo controlador, posee dos hilos para la alimentación, evitando así conexiones adicionales a la fuente de poder. Estos multiplexores tienen canales que son seleccionados simultáneamente en ambos permitiendo disminuir el número de pines de entrada/salida del controlador, dedicados a la detección, a solamente cinco.
El primer multiplexor está dedicado a la parte vehicular, por lo que sus ocho canales son utilizados por las ocho fases vehiculares y pueden ser conectados directamente a pulsadores simuladores o a las salidas de tarjetas controladoras de detectores de lazo inductivo. Mientras tanto, el segundo multiplexor está dedicado a las cuatro fases peatonales, por lo que, de igual forma, pueden ser conectados a pulsadores simuladores, botones peatonales o cualquier medio de detección de peatones que genere un pulso de 5V.
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El módulo de salidas es quizás el que más discusiones acerca de su diseño, provocó. El controlador tenía ciertas características que lo hacían rápidamente identificable y asociable a un modelo particular del mercado. Esto mismo sucedió con los detectores, que al ser una lectura de entradas, si la frecuencia es suficientemente alta, el microcontrolador siempre detectará presencia aunque los canales sean leídos de dos en dos y no todos al mismo tiempo. Más aún, estaba totalmente claro en la fuente de poder, cuyo diseño tiene décadas de implementado y se puede obtener fácilmente de cualquier apunte de una clase estándar de electrónica para ingenieros electricistas. Sin embargo, la aplicación de la salida no era evidente.
La primera opción fue dedicar una entrada/salida del controlador a cada indicación luminosa. Una opción que limitaba la búsqueda de microcontroladores a una familia extremadamente pequeña y que se ubicaba fuera de las fronteras del mercado nacional.
La segunda opción fue por barrido, como se implementó en el módulo de detectores. A una alta frecuencia, esta opción era aceptable para lámparas LED ubicadas a la salida de los multiplexores, sin embargo, al pensar en llevar la solución a conmutación en 120V, los Triac (tríodo de corriente alterna) ofrecen respuestas muy lentas por lo que la solución no brindaría la seguridad, necesaria en lámparas de semáforos, de mostrar la señal luminosa siempre encendida, o al menos, a una frecuencia de conmutación superior a la máxima perceptible por el ojo humano.
Finalmente se buscó alguna opción que brindara la posibilidad de almacenar en una memoria las salidas y mostrarlas hasta que se hiciera algún cambio en ellas, es decir, algún dispositivo que, al indicarle una salida, la mantuviera hasta que se le indicara lo contrario. La respuesta, ubicada en el área de electrónica digital, se hallaba en los biestables.
Una distribución de biestables dispuestos en cascada, permitirían cargar la información de manera serial, es decir, un bit detrás del otro y luego de terminar la carga, mantener esa
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información hasta que fuera cargado nuevamente. Sin embargo, aunque esta solución es la más completa hasta donde los conocimientos aprendidos durante la carrera de ingeniería eléctrica ofrecen, se encontró una solución integrada que hace exactamente lo deseado, posee internamente biestables en cascada y con entrada serial, muestra en paralelo (todos los datos a la vez) la información cargada hasta que exista una nueva carga. Estos dispositivos se llaman registros de desplazamiento de entrada serial y salida en paralelo.
Es de esta forma que se determinó el módulo de salidas como un conjunto de registros de desplazamiento en cascada (cuatro en total para treinta y dos salidas) y conectados al módulo controlador por tres hilos de información (datos serial, reloj y borrado) y dos hilos que proveen la alimentación de 5V. En la figura 4.8 se pueden observar, a la izquierda del microcontrolador, el módulo de detección formado por los dos multiplexores y a la derecha el módulo de salidas formado por los cuatro registros de desplazamiento.
Figura 4.8 Implementación en módulo de prototipos o protoboard Las decisiones tomadas, principalmente en el módulo de salidas, fueron determinantes para conocer el diseño final que tendrían los módulos de conmutación DC y de conmutación AC y protección.
El módulo de conmutación DC se desarrolla para cumplir con un tema de estandarización de las salidas, que según las normas NEMA TS1 y COVENIN, deben ser a 24V y no a 5V, sirviendo
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como un equivalente del MAX-232 en el sub-módulo de comunicación, para el módulo de salidas.
Es evidente que una conmutación DC tiene un diseño conocido formado por un BJT (transistor de junturas bipolar) y un par de resistencias, sin embargo, es necesario analizar la necesidad de un opto acoplador para las salidas. Como la referencia del módulo de conmutación AC no interfiere con la referencia del módulo de conmutación DC, no es imprescindible que se aíslen las referencias en este módulo, por lo que se utilizará un transistor con sus resistencias.
Para determinar el tamaño de las resistencias, es necesario recordar la ecuación que rige el funcionamiento del BJT en estado de conmutación:
De esta forma se asegura que se coloca en la base, la corriente necesaria para permitir el paso de corriente entre el colector y el emisor.
Para determinar la corriente de colector, es necesario conocer el circuito de conmutación AC. Este circuito existe para conmutar con una señal de 24V, la señal de 120V que alimentará a las luces de los semáforos.
La conmutación a 120V se puede hacer a través de un Triac, sin embargo, es necesario hacerse nuevamente la pregunta de si se requiere aislar las referencias. Como en el extremo DC se trata de una referencia DC que está conectada directamente al microcontrolador, mientras en el extremo AC se trata de un neutro AC, es necesario aislar las referencias para evitar que el neutro AC afecte negativamente al microcontrolador. Por lo tanto se colocará a la salida del módulo de conmutación DC, un opto-Triac que funciona de la misma manera que un opto acoplador, pero, la luz del LED interno, en lugar de accionar un transistor, acciona un Triac.
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Este LED interno tiene las mismas características que una lámpara LED de uso regular, por lo que se desea hacer pasar una corriente de alrededor de 20mA, asumiendo una caída de 1V en el LED.
⁄ Para colocar una resistencia de valor estandarizado, se aplica una de 1kΩ, resultando la corriente de alimentación del LED interno, bajo la misma Ley de Ohm en 23mA, corriente soportada por el LED (hasta 50mA).
Como la corriente del colector, se sabe que son 23mA, entonces ya se puede determinar el valor de la resistencia de base en el BJT. Al asumir β=100 que es el valor en los transistores para uso general y un voltaje base-emisor de 0,7V, también común en estos transistores, se tiene:
Utilizando finalmente una resistencia de 18kΩ que, por la Ley de Ohm aplicaría en la base una corriente de 0,24mA.
Algo que no se ha aclarado acerca de la sección de conmutación AC, es que el opto-Triac no permite corrientes de carga, siendo únicamente útil para aislar las referencias y alimentar, con una señal AC de conmutación a un Triac que sí soporte carga.
Este módulo de conmutación AC, es el conocido en controladores regidos por la norma NEMA TS1 como paquetes de interruptores y deben ser independientes para cada fase, pudiendo solamente poseer tres circuitos de conmutación por tarjeta, que deben permitir la conmutación en
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lámparas de 1000W. Como este es un primer diseño y se enfoca en el uso del controlador con el tablero simulador, los Triacs incluidos en el diseño no están preparados para soportar tal carga, sin embargo, el diseño está pensado para cumplir con la norma NEMA TS1 solamente con separar las tarjetas de conmutación AC y protección de tres en tres circuitos y con sustituir el Triac y la resistencia de control por uno de la capacidad exigida.
Con respecto a la protección, la norma no exige la protección individual para cada salida, siendo imposible utilizar cables de menor calibre al protegido por el interruptor o fusible principal del gabinete. Sin embargo, para permitir, sin costos adicionales, el acoplamiento del controlador con el tablero simulador a través de cable 24AWG, que se sabe que soporta la corriente necesaria para alimentar las lámparas LED, se colocó un fusible de 0,5A en cada salida, independizando las salidas del fusible de 1A colocado en la fuente de poder.
En cuanto a la resistencia utilizada para el control del Triac, es necesario que sea tal que la corriente entregada sea mayor o igual a la mínima necesaria para que el Triac se accione y menor o igual a la máxima que puede manejar el opto-Triac.
Según las fichas técnicas de ambos dispositivos, se puede obtener la siguiente ecuación:
Si se sabe que la corriente de puerta, por Ley de Ohm es igual a:
Entonces:
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Y:
Por sensibilidad y para evitar que fluctuaciones en la tensión de línea afecten la conmutación se toma un valor intermedio de resistencia, siendo el escogido 18kΩ. Este valor de resistencia, por Ley de Ohm, ofrece una corriente de control de 6,67mA.
En cuanto a las conexiones entre módulos se establecieron cables planos de datos con conectores cabecera tipo tarjeta-cable entre los módulos del nivel inferior (detección, control, salida, conmutación DC y conmutación AC y protección) y cables calibre 24AWG (UTP para las conexiones de 5V y 24V) y para la conexión de 120V de la fuente de poder a la tarjeta de conmutación AC y protección se sigue la norma IEC 60364 requiriendo un cable cuya capacidad amperimétrica sea:
Por lo que el calibre deberá ser 21AWG que soporta hasta 1,2A o superior.
En cuanto a la implementación, se llevó a cabo la instalación de la fuente de poder en una placa de baquelita perforada con puntos de cobre y de los módulos de detección, control y salidas, con el fin de probar en tiempo real los cambios en la programación.
Para las salidas se adquirieron adicionalmente resistencias de 220Ω y se utilizaron los semáforos fabricados para el tablero de simulación, alimentados a 5V, cuya corriente fue entregada por los integrados de los registros de desplazamiento.
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4.2.2 Programación
Para la programación del controlador se estableció un marco de la norma COVENIN bajo el cual, el controlador sería programado. Este marco se basó en un controlador funcionando en modo aislado con capacidad de detección.
El controlador poseerá un ciclo fijo siempre que no sea activada la detección y un ciclo variable en el caso de estar activada la detección. En todo caso, siempre que el controlador se encuentre en modo de ciclo constante, una función del programa se encargará de sincronizar los inicios de cada ciclo con la hora del día, de tal forma que los ciclos se reajusten a bloques completos comenzados a las 12 de la madrugada del día en curso.
Para lograr lo deseado en primera instancia por el controlador, es decir, mostrar cíclicamente las señales luminosas que regulen el tráfico vehicular y peatonal, existen varias posibilidades.
En primer lugar, existe la posibilidad de lanzar las señales deseadas para un primer instante, esperar el tiempo necesario sin efectuar ninguna otra operación excepto las interrupciones, a través de interrupciones leer con cierta frecuencia los detectores para inspeccionar presencia en una vía conflictiva y de ser así, disminuir el tiempo de espera, de lo contrario, esperar hasta que finalice la cuenta y se pase al siguiente grupo de señales luminosas.
Esta opción es la primera que se puede analizar puesto que es bastante sencilla su filosofía, sin embargo posee varios defectos que son fácilmente visibles. El primero es su ineficiencia. Es evidente que con este esquema de programación, el controlador reduce significativamente su versatilidad, ocupando la mayor parte de su tiempo en espera sin hacer nada, tiempo preciado que se puede utilizar para supervisar con mayor frecuencia los detectores, atender el puerto serial, actualizar la hora del día, supervisar el momento para cambios de plan, entre otras tareas.
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Otro defecto es su posibilidad de perder la referencia con el tiempo real, puesto que cada interrupción produce un retraso al programa principal y es el programa principal el que genera las esperas que indicarán el cambio de fase. En este caso, es posible que las interrupciones para lecturas de detectores y otras tareas, terminen retrasando el conteo, lo que impediría que los “segundos” del controlador sean fieles a los segundos reales.
La segunda opción establecería desarrollar el programa de manera modular, revisando cada módulo en cada ciclo del programa principal, esto permitiría que el conteo ahora se haga por interrupciones, lo que, si se utilizan las interrupciones del RTC, permitiría que el conteo sea totalmente fiel al tiempo real. Además de esto, se podrían hacer verificaciones al resto de los módulos del programa a la frecuencia del ciclo de programa y utilizar las interrupciones solamente para las tareas que exijan frecuencias menores a la del ciclo de programa, es decir, la lectura de multiplexores, que tienen respuesta lenta, la salida de señales, que al ser con registros de desplazamiento, una actualización constante implicaría movimiento constante de información, mostrando puras salidas falsas y la actualización de los segundos en el reloj. Aparte de las interrupciones del puerto serial, que no serían cíclicas sino al servicio de la interfaz de usuario desarrollada para PC (computadora personal).
Este nuevo diseño modular permite eliminar todos los defectos planteados en la posibilidad anterior, sin embargo, sigue siendo un problema a resolver, el modo de funcionamiento del sistema de fases y la distribución de sus salidas.
Al ser desarrollado el programa en lenguaje C y no en C++, debe ser programado con filosofía algorítmica y no orientada a objetos, esto quiere decir, que para manejar eficientemente la fase vehicular y la fase peatonal, debemos convertir cada una de ellas en un “objeto” virtualizado con filosofía algorítmica. La mejor manera de desarrollar esto es mediante el uso de máquinas de estado.
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Una función en la cual todos los parámetros estén declarados como arreglos, se convierte en una posible clase que tiene predefinidos tantos objetos como componentes tenga el arreglo en su declaración, con la salvedad de que no existe forma de ocultar las variables internas, aspecto que en parte es bueno, porque no es necesario desarrollar funciones para manejarlas, pero en parte es malo, porque es muy sencillo que al utilizarlas en funciones externas, se manipulen inadecuadamente o por falta de una definición estática, no se encuentren cuando se las necesita.
Una máquina de estado es una forma bastante sencilla de resolver un problema de objetos que, además funcionan cíclicamente, es decir, que luego de llevar a cabo todo el trabajo necesario, regresan al estado inicial a la espera de ser llamados de nuevo y eso es exactamente una fase, si se le ve desde el punto de vista de desarrollo: un objeto que por defecto se encuentra en rojo, pero que al ser llamado, se coloca en verde, espera un tiempo, verifica si existe presencia en fases conflictivas, pasa a amarillo y luego regresa a su estado de reposo que es la luz roja.
Esta manera de manejar las fases le brinda una versatilidad interesante, sin embargo, para que funcionen correctamente, es necesario que una función se encargue de ofrecerles los datos imprescindibles para su funcionamiento: Llamada y tiempos mínimos y máximos. Además de esto, necesita funciones auxiliares que le permitan verificar, por ejemplo, la presencia de vehículos en fases conflictivas o les permita agregar su color al vector de salida que alimentará el registro de desplazamiento. El diagrama de estados para las fases vehiculares se muestra en la figura 4.9.
Figura 4.9 Diagrama de estados de la fase vehicular
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La función de la fase se encargará de supervisar, en cada estado si debe mantenerse en ese estado o cambiar al siguiente y, en caso de cambiar a un estado, deben actualizarse las salidas necesarias, es decir, las luces del semáforo y el indicador de que la fase se encuentra activa.
Resuelto ya el problema de la autogestión de las fases, es necesario un ente que verifique por cada ciclo del programa principal, el modo apagado, intermitente o en funcionamiento del semáforo, además de coordinar la salida de las fases de acuerdo con la configuración del controlador. De esta forma, la función gerente, como se le llamará de ahora en adelante, deberá encargarse en primer lugar de verificar el estado de los conmutadores de intermitencia y apagado y en caso de estar activado alguno de los dos, detener el funcionamiento de las fases y pasar al modo correspondiente.
En caso de estar los dos conmutadores apagados, la función gerente se encargará de seleccionar las fases activas en un momento dado y llamar a la función de dicha fase. Si la fase estuviera inactiva se encargará de darle señal de activación y en caso contrario, se encargará de permitir que continúe funcionando. Estas verificaciones se hacen una vez por ciclo del programa principal mientras que la selección del orden de las fases y sus respectivas salidas en paralelo, serán determinadas al final de cada ciclo de semáforo para el siguiente ciclo.
Desarrollados estos dos módulos, es posible decir que ya se tiene un controlador de semáforo, sin embargo, es necesario que estas funciones tengan algún lugar al cual enviar las indicaciones. Debido a que las salidas no son propias del microcontrolador, es necesario desarrollar un protocolo que permita hacer la carga de los colores del semáforo, cada vez que la fase lo necesite.
Este protocolo se desarrolla de forma serial síncrona para dar la señal de reloj a los registros de desplazamiento y se traslada la información a través de la carga de un vector y su posterior vaciado de fin a principio en los registros de desplazamiento.
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Es así como se ideó una especie de búfer de datos al estilo de un arreglo de variables que permitiera indicar el estado encendido o apagado de cada luz, para enviarlo a los registros de desplazamiento cada 500ms. Se escogió la cifra de 500ms puesto que es el tiempo mínimo en que cambian las luces. Esto sucede cuando el semáforo está en intermitencia, dado que la frecuencia estandarizada es de 1Hz, con un ciclo útil de 50%, es decir, 500ms encendido y 500ms apagado.
En cuanto a la lectura de detectores, una función se encargará, con la lectura de la configuración topológica de la intersección, de comprobar si una fase llamada es conflictiva con alguna fase activa. De ser esto cierto, se envía la señal de presencia a la fase activa hasta que ésta esté en capacidad de atenderla, es decir, que se encuentre en estado de Verde de detección.
Finalmente se tiene la configuración del puerto serial de comunicación. Este es, quizás, uno de los elementos más novedosos para el desarrollo del proyecto, puesto que la preparación para su diseño y programación se basó predominantemente en investigación en lugar de conocimientos adquiridos durante la carrera. La comunicación RS-232, es asíncrona, basada principalmente en el envío de caracteres ASCII (código estándar estadounidense para el intercambio de información), por lo que generalmente los paquetes de información enviados, están formados por palabras de 8 bits, existiendo posibilidades desde 0 hasta 255.
El uso de este medio de comunicación se debió a una visión de futuro. El proyecto tal como está ideado, permite, por sus recursos temporales, el aprendizaje de una de dos herramientas, existiendo la posibilidad de conocer, dominar e implementar la comunicación serial o bien el manejo de pantallas LCD (pantalla de cristal líquido) y teclado. Con la intención de preparar un módulo que permita la configuración de parámetros del controlador, tal como se hace con el teclado y la pantalla, pero con la posibilidad de luego utilizar ese módulo para conexión del
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controlador a una sala central, se optó por la vía de la comunicación serial, que deja muchas puertas abiertas para el posterior desarrollo del controlador.
Como, en principio, el protocolo de comunicación está pensado para conectar con una computadora cercana, sin cambios de protocolo y sólo para configuración local, se consideró innecesaria una herramienta de verificación de la integridad de datos así como incluir un saludo en el protocolo, limitándose a enviar o solicitar la información requerida.
El protocolo posee un byte (registro de 8 bits) dedicado a la notificación del tipo de información que se solicita o se envía y luego, en el caso de la solicitud, no se agrega información a menos que sea necesario indicar algo más, por ejemplo, en el caso de una solicitud de plan, se envía el byte de solicitud de plan y luego un byte de indicación del plan que se desea solicitar. De la misma forma, en el caso del envío, se envía un byte de notificación del tipo de información que se enviará y luego tantos bytes como sean necesarios para contener toda la información.
De esta forma se pudo desarrollar un módulo de configuración programado para computador personal y con esto se pudo dar por concluida la programación del controlador de semáforos.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Luego de desarrollar el proyecto de diseño de un tablero simulador y un controlador de semáforos, se pudo concluir en primer lugar, que en el campo de la ingeniería, para cada problema generalmente existen muchas soluciones posibles y que, de acuerdo con la cantidad de puntos de vista que se investiguen para solucionar el problema, más posibles soluciones se encontrarán. Muchas veces gran parte de las soluciones podrán ser filtradas a través de decisiones técnicas que inclinen la balanza a favor de ciertas soluciones, sin embargo, es común que la palabra decisiva sea tomada por criterios económicos y estéticos que permitan decidirse por la decisión adecuada al gusto del diseñador y de la empresa a la cual está dedicado el diseño.
Además se pudo determinar que en gran cantidad de ocasiones, las ecuaciones y normas técnicas solamente se encargan de acotar las soluciones, siendo el ingeniero el encargado de diseñar según otros criterios el que será el resultado final.
En cuanto a las normas y especificaciones, al trabajar en un área cuya terminología y conceptualización corresponde a un gremio muy particular, se pudo comprobar que, muchas veces los documentos técnicos están dirigidos al gremio particular que se espera que los maneje, siendo complicada para una persona sin conocimientos previos de la materia, la correcta comprensión de estos conceptos. Es acá donde la ingeniería entra en un punto delicado y resalta la necesidad de investigar y experimentar para poder ampliar los conocimientos en un tema y es acá donde el papel de los laboratorios cursados durante la carrera, resalta y pone en evidencia la importancia de las metodologías de experimentación utilizadas durante cinco años.
Es muy importante en esta área, que tiene muy pocos desarrolladores e investigadores en el mundo en comparación con otros gremios del área de la electricidad, la electrónica y la computación, que se dedique cierto tiempo de preparación sobre conceptos y filosofías de funcionamiento de los equipos, antes de comenzar un trabajo de diseño o programación. Si se
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dedica ese tiempo como parte de la planificación para desarrollar un proyecto, se podrán evitar pérdidas de tiempo durante la marcha del proyecto por verificación de datos no comprendidos correctamente.
Finalmente es una conclusión que debe ser tomada muy en cuenta en futuros proyectos, que el conocimiento de proveedores y de la disponibilidad en el mercado al que se tiene acceso, de los materiales, puede ayudar a tomar decisiones acertadas al momento de diseñar un proyecto. Esto, además de evitar diseñar soluciones imposibles de implementar, permitirá muchas veces conocer nuevas maneras de solucionar el problema, que muchas veces además de ser económicas, convierten la solución en más eficiente o con mejor estética.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alvarado, Diego, Libro de pasantía “CONTROL Y SINCRONIZACIÓN DE LOS SEMÁFOROS DEL MUNICIPIO CHACAO DE FORMA REMOTA”, USB, Enero de 2010
Grupo Intech Solutions, 2012, Quiénes Somos, Disponible en Internet: http://www.grupointech.com/quienes-somos/, consultado el 8 de enero de 2012.
CODELECTRA, “EQUIPOS DE CONTROL DE SEMÁFOROS 1ra Revisión”, COVENIN-Norma COVENIN 2753:1999, Caracas – 1999.
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APÉNDICES
Apéndice A.- Distribución del tablero parte frontal tapa.
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Apéndice B.- Distribución del tablero parte trasera tapa.
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Apéndice C.- Distribución del tablero parte interior.
