Control de Bobinador.

Trabajo Práctico Final – Informática Electrónica – 2010
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERIA
Y AGRIMENSURA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA
INFORMATICA ELECTRONICA
TRABAJO FINAL
Grupo Número 4
Año 2010
Control de Bobinador
ALUMNO
LEGAJO
Naranjo Manuel Francisco
N-0621/1
Sanchez, Gonzalo Daniel
S-3070/8
Hoja 1 de 5
Trabajo Práctico Final – Informática Electrónica – 2010
Índice de contenido
Introducción..........................................................................................................................................3
Funcionalidad requerida.......................................................................................................................3
Solución propuesta – Circuito Electro-Mecánico.................................................................................4
Solución propuesta – Control digital....................................................................................................4
Conclusiones.........................................................................................................................................5
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Trabajo Práctico Final – Informática Electrónica – 2010
Introducción
El objetivo de este trabajo fue implementar el controlador de un sistema para fabricar bobinas
solenoidales con un motor de corriente continua. Para el mismo se utilizo el kit DEMO9S08LC60 y
se implemento un prototipo del sistema a escala.
Funcionalidad requerida
El sistema requiere poder controlar la cantidad de vueltas recorridas por un conductor eléctrico el
cual se enrolla sobre un núcleo ferromagnético, a fin de poder garantizar el valor de la inductancia
requerida. A fin de evitar dañar el conductor y para resguardo del operario el sistema requerirá un
control de aceleración y desaceleración en arranque y frenado respectivamente.
⋅K⋅A⋅N 2
, dónde 
l
depende del material ferromagnético, K depende de la geometría, A representa el área efectiva de
una espira, l la longitud total del inductor y N la cantidad de vueltas, siendo N entero. Dado que N
es un número entero y el valor de L no se afecta por cantidades no exactas de vueltas, deducimos
que nuestro sistema no necesita un control extremadamente preciso de la cantidad de vueltas, pero
sí debe garantizar que el error sea siempre por exceso y no superior a una vuelta.
Viendo la ecuación de la inductancia para nuestro tipo de bobina:
L=
Desdé el punto de vista del usuario el mismo tiene que ser capaz de configurar la cantidad de
vueltas requeridas, la cantidad de vueltas que demora el sistema en acelerar y la cantidad de vueltas
que demora el mismo en frenar. Por seguridad también se dispondrá en el sistema de un freno de
emergencia.
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Solución propuesta – Circuito Electro-Mecánico
Para contar la cantidad de vueltas utilizamos un sensor óptico el cual cambia su tensión de salida en
función de si se encuentra interrumpido o no un haz de luz generado por el mismo, en nuestro caso
utilizamos el circuito integrado OMROM EE-SX3239-P1, dado que el mismo es del tipo colector
abierto y que posee el control de histeresis podemos con un circuito resistivo muy sencillo
conectarlo directamente a las patas digitales del microcontrolador. Solidario al eje montamos una
rueda dentada de 12 pasos.
Para el control del motor se utilizaron un transistor tipo FET de potencia, el cual se puede disparar
con tensiones de nivel TTL (permitiendo la conexión directa al microcontrolador sin ningún tipo de
protección), modelo STB16NF06L2 corriente máxima 16A a 60V. Y un circuito para el frenado
realizado con 2 transistores bjt, 1 de señal el cual proponemos usar un transistor de señal NPN
BC337 y un transistor de potencia PNP TIP147, el cual se pone en paralelo con el motor a fin de
frenarlo más rápido.
Se desarrollo el diseño del circuito utilizando el software Eagle 3 de Cadsoft, se realizo tanto el
diseño de un esquemático, como el diseño de una posible PCB compatible con el kit utilizado.
Todos archivos de dicho proyecto son incluidos junto al presente informe.
Solución propuesta – Control digital
Para lograr la interfaz con el usuario se usaron los pulsadores y el display disponibles en el kit de
desarrollo buscando que el dispositivo se pueda usar de forma autónoma sin necesidad de disponer
de una PC .
Se provee al usuario con un menú interactivo el cual le permite configurar parámetros del sistema:
cantidad de vueltas totales a bobinar, cantidad de vueltas de aceleración, cantidad de vueltas de
frenado, calibración de la potencia de arranque (puesta a punto del sistema).
Para el control de los pulsadores se decidió realizar la lectura de los mismos mediante polling en el
ciclo principal, mientras que la detección de los pulsos del encoder los realizamos vía
interrupciones (flanco ascendente) a fin de garantizar su procesamiento.
El control de velocidad del motor se realizo utilizando uno de los módulos contadores del
microcontrolador en modo PWM, alineado al arranque de cuenta. El freno del mismo se realiza
primero bajando la velocidad de forma suave y luego enclavando la tensión en bornes del motor a
0V vía el transistor de freno. En las transiciones marcha-parada tuvimos que disponer de retardos en
el código a fin de evitar cortocircuitar los distintos elementos de potencia.
Para una comprensión del código decidimos divir al mismo en varios archivos teniendo en total 3
módulos main.(c,h) menu.(c,h) y lcd.(c,h). Dónde lcd fue provisto por uno de los ejemplos del
entorno de programación y permite el fácil manejo del display, menu implementa todas las
operaciones del menu, salvo la lógica de control del mismo y main implementa el control del motor,
el disparo de las acciones del menú, las interrupciones del encoder y el bucle de control de
pulsaciones.
1 http://www.omron.com/ecb/products/pdf/en-ee_sx3239_p2.pdf
2 http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD000
02847.pdf
3 http://www.cadsoft.de/
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Conclusiones
La utilización del microcontrolador más una electrónica sencilla nos permitió poder montar un
prototipo andando en unos pocos días. La mezcla de manejo de pulsadores por polling con
interrumpciones aunque fue complicada de resolver, nos permitió separar totalmente la lógica del
control del motor propiamente dicha de la lógica de interfaz con usuario.
La utilización de un circuito digital trae aparejadas ciertas limitaciones respecto a la cantidad de
vueltas máximas posibles, a pesar de ello a calculado realizado podríamos hacer bobinas de más de
300 millones de vueltas, con lo cual se encuentra garantizado la utilizad del circuito dentro de todo
el rango posible (suponiendo una cantidad máxima de vueltas de 1000).
Obviamente el sistema podría ser mejorado en muchas funcionalidades sobre todo desdé el punto de
vista digital, por mencionar algunas posibles mejoras:
•
Control de tiempos para mostrar en display tiempo de proceso y posible tiempo restante en
el proceso actual.
•
Cálculo de velocidad en RPM u otra unidad.
•
Cálculo automático de cantidad de vueltas en función del valor de inductancia buscado.
•
Contador de cantidad de bobinas realizadas.
•
Contador de cantidad de vueltas realizadas por el eje a fin de poder realizar mantenimiento
preventivo.
•
Calibración automática de la potencia de arranque, entre otras.
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