Proyecto Banda Transportadora

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE

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BANDA TRANSPORTADORA Facultad De Ingeniería Programa Ingeniería Mecatrónica Danilo Rojas Méndez, Laura Arenas, Ernesto Fernández. [email protected], [email protected], [email protected] ________________________________________________________________________

Resumen El trabajo consiste en la elaboración de una banda transportadora, en el cual se especificaran todos los componentes que se utilizaran detallando el respectivo funcionamiento de cada uno, como va ser el funcionamiento de de nuestra banda describiendo cada una de sus acciones y el momento en que se deben ejecutar, además se incluirán los diagramas de los circuitos utilizados. ________________________________________________________________________

1. Introducción A la lo largo de este documento verán el camino decidido tomar para la elaboración de una banda transportadora, impartida en el quinto semestre de ingeniería Mecatrónica por el docente Msc. Mauricio Barrios Barrios en el periodo 2011-01. En la banda transportadora se desplazaran elementos que serán detectados por un sensor de barrera IR. El número de elementos que pasen por la banda se contaran y se mostrará el total de elementos que han pasado en dos displays 7 segmentos. Para efectos de control de calidad, se extraerá un elemento de los que pasan por la banda. Este elemento se extraerá cuando hayan pasado por esta n+1 elementos con anterioridad. El número n podrá ser del 1 al 15. Para todo esto optamos por investigar qué elementos serian más apropiados y óptimo para lo que teníamos en mente; elegimos elaborar los impresos por separados de varios estructuras como lo fue el driver del motor, controladores del display siete segmentos, comparador, contadores, maquina de estado y temporizador, con el objetivo de que si algún circuito no funcionara se pudiera reemplazar fácilmente.

2. Objetivos 2.1 Objetivo General •

Implementar un sistema digital para el control de una banda transportadora con extracción programada de elementos.

2.2 Objetivos Específicos • •

Adquirir destreza en la elaboración de circuitos con implementación de circuitos electrónicos. Ambientarse en una posible situación de trabajo en el futuro.

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3. Planteamiento del Problema La automatización industrial es uno de los más grandes desarrollos en la industria y una de las áreas de trabajo más importantes, por ende nuestro deber como ingenieros es crear soluciones eficientes y viables a los problemas que se presenten o procesos que se quieran mejorar. La situación problema a desarrollar es diseñar una banda transportadora automática, que debe contar la cantidad de elementos que pasen y que mediante un sistema actuador extraiga de la línea de producción el n+1 elementos indicado previamente para una inspección de calidad, luego de extraído el elemento, el contador debe reiniciarse nuevamente extrayendo nuevamente el n+1 elemento.

4. Marco Teórico 4.1 Motor DC El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. Accionar un motor DC es muy simple y solo es necesario aplicar la tensión de alimentación entre sus bornes. Para invertir el sentido de giro basta con invertir la alimentación y el motor comenzará a girar en sentido opuesto. [1,2] A diferencia de los motores paso a paso y los servomecanismos, los motores DC no pueden ser posicionados y/o enclavados en una posición específica. Estos simplemente giran a la máxima velocidad y en el sentido que la alimentación aplicada se los permite. El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales: Rotor y Estator. [1,2]

4.2 Puente H Un Puente H o Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como convertidores de potencia. La interfaz de potencia para motores de corriente continúa o CD, PUENTE H, es un sistema que permite controlar motores en rangos entre 12 y 30 voltios y con consumos de hasta 2.5 amperios por medio de señales de baja potencia provenientes de un circuito digital. [3,4]. El circuito será mostrado como una anexo al final del informe. Ver Anexo 1. En general cualquier tipo de sistema digital puede adquirir fácilmente la capacidad para activar motores de CD haciéndolos girar en uno o en otro sentido usando la interfaz Puente H como puente entre el sistema digital y el motor de CD. [3,4] Las principales características de la interfaz Puente H se enumeran a continuación: • • • •

Activación de motores en un rango entre 9 y 30 voltios DC. Capacidad para entregar hasta 2.5 Amperios a la carga1. Capacidad para activar el giro del motor en cualquiera de los dos sentidos. Reducido tamaño.

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4.3 Display de LED Un tipo muy común de display de 7 segmentos es el de diodo emisores de luz. Cada segmento es un LED que emite luz cundo lo atraviesa una cor corriente riente eléctrica. La configuración de Ánodo Común requiere de un circuito de excitación,, que proporcione un nivel de excitación bajo para activar un determinado segmento. Cuando se aplica un nivel bajo a la entrada de un segmento, el LED se enciende y circ circula ula corriente a través de el. La configuración en cátodo común requiere de un circuito de excitación que proporcione un nivel de tensión alto para activar un cierto segmento. Cuando se aplica un nivel alto a la entrada del segmento, el LED se enciende y ci circula rcula corriente a través de él. [5]

Imagen 1. Displays 7 segmentos ánodo y cátodo común. [5]

Cada segmento se utiliza para varios dígitos decimales, pero ninguno de ellos se emplea para representar los 10 dígitos; por tanto, cada segmento debe activarse mediante su propio circuito de decodificación que detecta la aparición de cualquier número en el e que haya que usar ese segmento. Los segmentos que hay que activar para representar cada uno de los dígitos son. [5] Digito 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Segmentos Activados a, b, c, d, e, f b, c a, b, d, e, g a, b, c, d, g b, c, f, g a, c, d, f, g a, c, d, e, f, g a, b, c a, b, c, d, e, f, g a, b, c, d, f, g

Imagen 2. Segmentos activados para representación de los dígitos. [5]

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4.4 Decodificadores BCD-- 7 Segmentos Los decodificadores de segmentos requieren cuatro entradas en código decimal binario (BCD) y siete salidas, una para cada segmento del display. Los decodificadores más comunes son los circuitos integrados 7447 y 7448. Siendo el 7447 de lógica negativa y se trabaja con el display de ánodo común y el 7448 de lógica positiva y se trabaja con el display de cátodo común. [6]

Imagen 3. Estructura integrado decodificador BCD-7 segmentos. [7]

4.5 Contador Los contadores son básicamente un circuito secuencial construido a partir de flip-flops flip capaz de realizar el cómputo de los impulsos que recibe en la entrada destinada a tal efecto, almacenar los datos o actuar como divisor de frecuencia. [8]

Imagen 4. Estructura interna contador binario de 2 bits. [[8] Los contadores más comunes son los circuitos integrados 7490y 7493 siendo el 7490 un contador de décadas y el 7493 un contador binario. [9]

Imagen 5. Representación esquemática contador de décadas. [9]

Imagen 6. Estructura integrado contador de décadas. [9]

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Imagen 7. Representación esquemática contador binario. [9]

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Imagen 8. Estructura integrado contador binario. [9]

4.6 Comparador Binario La función básica de un comparador consiste en comparar las magnitudes de dos cantidades binarias para determinar su relación. Además de disponer de una salida que indica si los números son iguales, muchos circuitos integrados comparadores tienen salidas adicionales que indican cual de los dos números que se comparan es el mayor. Esto significa que una salida indica que A>B otra si A=B y otra A
Imagen 9. Estructura integrado comparador binario. [11]

4.7 Maquina De Estado Es un circuito secuencial que está formado por una etapa de lógica combinacional y una etapa de memoria. En un circuito secuencial sincronizado hay una etapa de reloj en la etapa de memoria. [5] El circuito requiere para su funcio funcionamiento lo siguiente: [12]

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Información de la memoria. Las entradas de la lógica combinacional.

En cualquier instante de tiempo, la memoria se encuentra en un estado denominado estado actual y avanza al estado siguiente con un pulso de reloj. [12]

4.8 Temporizador 555 El temporizador 555 es un dispositivo versátil y muy utilizado, porque puede ser configurado dedos modos distintos, bien como multivibrador monoestable o como multivibrador aestable (oscilador). Un multivibrador aestable no tiene estados estables y varia, por tanto una y otra vez (oscila) entre dos estados inestables, sin utilizar un circuito de disparo externo. [13]

Imagen 10. Estructura integrado 555.

4.9 Sensor De Barrera Las barreras tipo emisor emisor-receptor receptor están compuestas de dos partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece un área de detección donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz. D Debido ebido a que el modo de operación de esta clase de sensores se basa en la interrupción del haz de luz, la detección no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el re receptor ceptor se encuentran alineados. [6]. El circuito será mostrado como una anexo al final del informe. Ver Anexo 1. cripción De La Banda 5. Descripción La banda transportadora a va estar compuesta por una serie de circuitos interconectados entre sí que se encargaran de realizar las distintas funciones de las cuales tiene que encargarse la banda transportadora.

5.1 Componentes Los componentes a usar son: • • • •

Un rodillo. Un motor dc de 5 V. Un comparador Binario. Dos Contadores de décadas.

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Un contador binario. Un display de 7 segmentos doble. Un decodificador de BCD BCD-7 Seg. Un temporizador (Astable) Un Anti-rebote rebote (Monoestable) Una Maquina de Estado Un puente h. Un dip switch cuádruple. Un sistema de extracción.

5.2 Funcionamiento Inicialmente se introducirá el n elemento (numero B) que se desea extraer mediante el Dip Switch, el número se introducirá en binario. La banda se encenderá y el sensor empezara a detectar el paso de los elementos y enviara una señal a los contadores tanto binario como de décadas. Los contadores binarios le enviaran señales de cuatro bits a los decodificadores BCD-7 7 seg. Que se encargaran de ir visualizando los números contados, mientras ocurre el contador binario le enviara una señal de cuatro bits al comparador binario que se encargara de comparar este número binario (numero A) con el almacenado en el registro, manteniendo en funcionamie funcionamiento el motor de la banda mientras que el numero A sea menor al número B, y deteniendo la banda cuando el numero A sea mayor al B, lo también origina que se inicialice el temporizador que le enviara las señales a la máquina de estado y esta a su vez le env envía ía las señal al sistema de extracción para que este proceda a extraer el elemento y regresar a su posición inicial. La secuencia generada por la máquina de estado se utilizara para resetear los contadores una vez se haya cumplido el ciclo de esta. Como los contadores se activan con un flanco descendente ocurria un problema y es que la banda se detenia una vez el elemente interrumpía el haz de luz del sensor y por ende el sistema se extracción no lo retiraba debido a que quedaba alejado de este, este problem problema se soluciono mediante el circuito anti-rebote rebote ya que con este se puede generar un retardo que le permite al el elemento emento desplazarse cierta distancia después de que es detectado permitiendo que el elemento quede en una posición optima para ser extraído.

5.3 Diseño Maquina De Estado Inicialmente elaboramos el diagrama de estado siguiente en donde se visualiza la secuencia que ha de seguir nuestra maquina de estado. Diagrama De Estado Siguiente:

Imagen 11. Diagrama maquina de estado.

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Luego elaboramos la tabla de estado siguiente en donde se colocaran paso a paso los estados por los que pasara nuestra maquina tiendo en cuenta los estados actuales y los siguientes. Tabla De Estado Siguiente:

Estado 1 2 3 4

Actual Q1 0 1 0 1

Q0 0 0 1 1

Next Q1 1 0 0 0

FF1 J1 1 X 0 X

Q0 0 1 0 0

K1 X 1 X 1

FF0 J0 0 1 X X

K0 X X 1 1

Para completar las dos últimas columnas de la tabla de estado siguiente se tuvo en cuenta la tabla de transición que nos ilustra sobre los valores que deben tener J y K al momento de cambiar de un estado a otro. Tabla De Transición: Qn 0 0 1 1

Qn+1 0 1 0 1

J 0 1 X X

K X X 1 0

Después de completar la tabla de estado siguiente realizamos los mapas de Karnaugh de cada una de las entradas de los dos Flip-Flops. Mapas De Karnaugh: J0 Q0

Q1 0 1

0

1

0 1

J0 = Q1

X X

K0 Q0

Q1 0 1

0

1

X X

K0 = 1

1 X

J1 Q0

Q1 0 1

0 1 X

1 0 X

J1 = Q0

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K1 Q0

Q1 0 1

0 X 1

1 X X

K1 = 1

Finalmente, una vez terminado todos los mapas de Karnaugh se elabora el circuito correspondiente. El diagrama del circuito se presentara como un anexo al final. Ver anexo 1.

5.4 Diagrama de los circuitos a utilizar Los diagramas de los diferentes circuitos utilizados se presentaran en este informe como un anexo al final. Ver anexo 1.

5.5 Diagrama de los impresos utilizados Los diagramas de los diferentes impresos utilizados se presentaran en este informe como com un anexo al final. Ver anexo 2 2.

5.6 Diagrama de bloques de la banda transportadora El diagrama de bloques es una herramienta fundamental al momento de analizar un sistema dinámico, ya que permite de una manera clara y sencilla observar cómo se comporta nuestro sistema y cómo interactúan las distintas partes de él. El diagrama de bloques se presentara como un anexo. Ver anexo 3.

5.7 Sistema De Extracción Se eligio la bandeja de cd de un DVD, para ser usada como sistema de extracción ya que al energizar el motor que se encarga de mover la bandeja esta sale y al cambiar la polaridad esta se regresa a su posición inicial. Cabe notar que toca controlar el tiempo durante el cual se ener energiza giza el motor en ambas formas.

Imagen 12. Bandeja de DVD. [16]

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6. Diagrama De Gantt En el presente diagrama se presentaran las fechas de inicio y duración de cada una de las tareas que se asignaron para poder desa desarrollar rrollar el proyecto en el tiempo estipulado.

Diagrama De Gantt 8-3

18-3

28-3

7-4

17-4

27-4

7-5

17-5 5

27-5

6-6

Elab. Diagramas De Los Circuitos Elab. Circuitos Logica Combinatoria Elab. Circuitos Logica Secuencial Elab. Fisica De La Banda Elab. Sensor Adaptacion Sistema de extraccion Elab. Informe Preliminar Elab. Maquina Estado y Reseteador Pruebas Banda Elaboracion Anti-rebote rebote Elaboracion Informe Final y Video

7. Conclusiones Con la detallada explicación hecha acerca de la banda transportadora, ya podemos entender completamente el comportamiento externo e interno de este sistema automatizado, debido al cuidado con el que se elaboraron cada una de las partes que componen este sistema, comprobando el funcionamiento individual y conjunto de cada una de las etapas. Esto nos proporcionará excelentes resultados a la hora de iniciar sus funciones, todo to esto asegurado por los análisis realizados que nos permiten garantizar un funcionamiento óptimo.

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8. Referencias [1]http://www.unicrom.com/Tut_MotorCC.asp (Rev. 04-06-11) [2]http://www.todorobot.com.ar/documentos/dc-motor.pdf (Rev. 04-06-11) [3]http://www.angelfire.com/co2/piel/puenteh.html (Rev. 04-06-11) [4]http://robots-argentina.com.ar/MotorCC_PuenteH.htm (Rev. 04-06-11, autor: Eduardo J. Carletti) [5]T. L. Floyd. Fundamentos De Sistemas Digitales. 7ª edición. Prentice Hall. P. 254-257 [6]T. L. Floyd. Fundamentos De Sistemas Digitales. 7ª edición. Prentice Hall. P. 358, 359 [7]http://www.datasheetcatalog.org/datasheets2/34/349296_1.pdf. (Rev. 04-06-11) [8]T. L. Floyd. Fundamentos De Sistemas Digitales. 7ª edición. Prentice Hall. P. 550-558 [9]http://www.datasheets.org.uk/Indexer/Datasheet-04/DSA0057219.html (Rev. 04-06-11) [10]T. L. Floyd. Fundamentos De Sistemas Digitales. 7ª edición. Prentice Hall. P. 345-349 [11] http://www.datasheetcatalog.org/datasheets2/15/159699_1.pdf (Rev. 04-06-11) [12]T. L. Floyd. Fundamentos De Sistemas Digitales. 7ª edición. Prentice Hall. P. 573-578 [13]T. L. Floyd. Fundamentos De Sistemas Digitales. 7ª edición. Prentice Hall. P. 517-524 [14]http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/NE_SA_SE555_C_2.pdf (Rev. 0406-11) [15]http://www.cosasdemecatronica.com/proyectos/electronica/50-sensor-infrarrojo 04-06-11, autor: Juan Camilo Fajardo Junco)

(Rev.

[16] http://img.alibaba.com/photo/297170427/DVD_tray_mechanism.summ.jpg

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DOCUMENTOS ADJUNTOS Anexo 1: Diagramas de los circuitos. a) Diagrama Comparador Binario.

b) Diagrama Codificador BCD BCD-7 Seg.

c) Diagrama Contadores.

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d) Puente H

e) Diagrama Sensor De Barrera

f) Maquina De Estado

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g) Temporizador (Astable)

h) Anti-rebote rebote (Monoestable)

i) Controlador Motor

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j) Reseteador

k)) Diagrama Completo Del Sistema Digital

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Anexo 2: Diagrama de los impresos. a) Impreso Comparador Binario

b) Impreso 7-Segmentos

c) Impreso Contadores

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d) Impreso Puente H

e) Impreso Sensor De Barrera

f) Impreso Maquina De Estado

g) Impreso Temporizador

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h) Impreso Anti-rebote

i) Controlador Motor

j) Reseteador

k) Leds

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Anexo 3: Diagrama de flujo.

Anexo 4: Fotos banda terminada terminada.

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