UPS-GT000066

I

UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERIAS

CARRRERA DE INGENIERA ELECTRNICA

MENCION SISTEMAS INDUSTRIALES

Tesis de grado Previo a la obtencin del ttulo de:

INGENIERO ELECTRNICO

TTULO:

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN BANCO DIDCTICO DE PRCTICAS DE INSTRUMENTACION INDUSTRIAL TIPO

ELECTRONEUMTICO UTILIZANDO INSTRUMENTACIN VIRTUAL

AUTORES:

Edgar Ezequiel Estrada Hurtado Jorge Alberto Chvez Anzules Sal Alexander Meja Culcay

Director de tesis:

Ing. Lus Neira

Guayaquil , Abril del 2008

II

AGRADECIMIENTO

Agradecemos ante todo a Dios que nos ha dado

La vida y salud para poder concluir con

satisfaccin sta etapa de nuestras vidas,

convirtindonos en profesionales con todos los

principios morales y ticos que una educacin

Salesiana puede brindar.

A nuestros padres que son los verdaderos

artfices de nuestros xitos y triunfos, que con

su constante lucha y gua nos han sido de

ejemplo de superacin a toda adversidad que

nos imponga el destino.

A nuestros maestros que han sabido compartir

con sabidura sus conocimientos y experiencias

en especial al los Ingenieros: Luis Neira, Pablo

Parra, Otto Astudillo, Aura Romero, Luis

Crdova que ms que ser profesores, se

convirtieron en verdaderos amigos que han

ayudado a fortalecer nuestro carcter para

nuestro desarrollo personal y profesional al cual

nos deberemos enfrentar en un mundo altamente

competitivo.

Gracias.

Autores

III

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD

Los conceptos desarrollados, investigaciones realizadas, prcticas elaboradas, anlisis y conclusiones del presente trabajo son de exclusiva responsabilidad de los autores.

Autores:

(f) __________________________ EDGAR EZEQUIEL ESTRADA HURTADO (f) __________________________ SAL ALEXANDER MEJA CULCAY

(f) _____________________________ JORGE ALBERTO CHAVEZ ANZULES

Guayaquil, Abril del 2008.

4

DEDICATORIA

Llega un momento en la vida que tenemos que darnos cuenta que cada da hay que

esforzarnos por ser mejores en todo en lo que nos propongamos realizar, y es ah

cuando necesitamos ayuda para realizar nuestros sueos, anhelos y aspiraciones.

Este proyecto va dedicado a nuestros asesores que con su dedicacin y esfuerzo

hicieron posible que nosotros encontrramos una solucin al problema que nos

propusimos solucionar.

Y es por eso que este trabajo es el resultado de arduas horas de sacrificio no solo

humano tambin econmico, hemos culminado nuestro trabajo.

Esperando que para nuestros asesores sea satisfactorio el resultado de este proyecto.

5

INDICE

CAPTULO I

ELECTRONEUMTICA 1.0 ELECTRONEUMTICA .. 3 1.1 INTRODUCCIN .. 3

1.2 QU ES LA ELECTRO NEUMTICA? .. 4

1.3 EL AIRE COMPRIMIDO .. 4

1.3.1 ANTECEDENTES HISTRICOS .. 4

1.3.2 CARACTERSTICAS DEL AIRE COMPRIMIDO .. 5

1.3.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL AIRE COMPRIMIDO .. 6

1.3.4 MAGNITUDES FSICAS Y UNIDADES .. 7

1.3.5 COMPONENTES DE UN SISTEMA ELECTRONEUMTICO .. 8

1.4 PRODUCCIN DEL AIRE COMPRIMIDO .. 8

1.4.1 EL COMPRESOR .. 8

1.4.2 TIPOS DE COMPRESORES .. 9

6

1.5 DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO .. 9

1.5.1 DEPSITO O ACUMULADOR .. 10

1.5.2 PRECAUCIONES EN EL USO DE AIRE COMPRIMIDO .. 11

1.6 ELEMENTOS .. 12

1.6.1 UNIDAD DE MANTENIMIENTO .. 12

LUBRICADORES DE AIRE COMPRIMIDO .. 13

FILTROS DE AIRE COMPRIMIDO .. 13

REGULADOR DE PRESIN .. 13

1.6.2 DRENADORES DE CONDENSADO PURGAS AUTOMTICAS .. 13

1.7 ACTUADORES NEUMTICOS .. 13

1.7.1 CARACTERSTICAS .. 13

1.7.2 CILINDROS .. 14

1.7.3 TIPOS DE CILINDROS .. 15

1.7.4 CRITERIOS DE SELECCIN .. 16

1.7.5 APLICACIONES DE LOS ACTUADORES EN LA INDUSTRIA .. 16

1.8 SEALES ELCTRICAS .. 17

1.8.1 SENSORES .. 17

1.8.1.1 TIPOS DE SENSORES .. 17

1.8.2 TRANSDUCTORES .. 18

1.8.2.1 TIPOS DE TRANSDUCTORES .. 18

1.8.3 ELECTROVLVULAS .. 19

1.8.3.1 CLASIFICACION .. 19

1.8.3.2 TIPOS DE ELECTROVLVULAS .. 19

1.8.4 VLVULA PROPORCIONAL .. 20

1.8.5 SIMBOLOGA .. 21 CAPTULO II

INTRUMENTACIN VIRTUAL

RESUMEN .. 27

2 INSTRUMENTACIN VIRTUAL .. 28

2.1 INTRODUCCIN .. 28

2.2 QU ES INSTRUMENTACIN VIRTUAL? .. 28

2.2.1 ANTECEDENTES HISTRICOS .. 29

2.3 INTRODUCCIN SOFTWARE ORIENTADO A EVENTOS .. 30

2.4 ENTORNO DE PROGRAMACIN VISUAL BASIC 6.0 .. 31

2.4.1 QU ES VISUAL BASIC? .. 31

2.4.2 CARACTERSTICAS GENERALES DE VISUAL-BASIC .. 32

2.5 PROGRAMACION EN VISUAL BASIC .. 32

7

2.5.1 VENTAJAS DE VISUAL BASIC .. 33

2.5.2 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA .. 33

2.5.3 MODO DE DISEO y MODO DE EJECUCIN .. 34

2..6 PROGRAMA PARA EL ENTORNO DE WINDOWS .. 34

2.6.1 CONTROLES MS USADOS .. 36

2.6.1.1 CAJAS DE TEXTO (TEXT BOX) .. 36

2.6.1.2 ETIQUETAS (LABELS) .. 37

2.6.1.3 BOTONES DE COMANDO (COMMAND BUTTON) .. 37

2.6.1.4 BOTONES DE OPCIN (OPTION BUTTON) .. 37

2.6.1.5 CAJAS DE CHEQUEO (CHECK BOX) .. 37

2.6.1.6 BARRAS DE DESPLAZAMIENTO (SCROLL BARS) .. 38

2.6.1.7 LISTAS Y CAJAS COMBINADAS (LIST BOX & COMBO BOX) .. 38

2.6.1.8 TEMPORIZADOR (CONTROL TIME) .. 39

2.6.2 DEFINICIN DE TRMINOS .. 39

2.6.3 TIPOS DE DATOS NUMRICOS .. 40

2.7 GRFICOS EN VISUAL BASIC 6.0 .. 40

2.7.1 FORMATOS GRFICOS .. 40

2.8 CONTROLES GRFICOS .. 41

2.8.1 CONTROL SHAPE .. 41

2.8.2 CONTROL LINE .. 41

2.8.3 CONTROL IMAGE .. 41

2.8.4 QU ES UN OCX? .. 41

2.8.4.1 CMO SE REGISTRA UN OCX .. 42

2.8.4.2 QU ES UN CONTROL ACTIVE X? .. 42

2.8.4.3 COMPONENTES ACTIVE X .. 42

2.9 ENTRADA y SALIDA DE DATOS .. 42

2.9.1 COMUNICACIN SERIAL .. 43

2.9.2 TIPO DE COMUNICACIONES .. 43

2.9.2.1 PROTOCOLO DE COMUNICACIN .. 44

2.9.3 TRANSMISIN y RECEPCIN .. 44

2.9.3.1 DESCRIPCIN DE LA UART .. 44

2.9.3.2 TRANSMISIN DE DATOS .. 44

2.9.3.3 RECEPCIN DE DATOS .. 45

2.10 EL CONTROL PERSONALIZADO MICROSOFT COMM .. 47

2.10.1 PROPIEDADES .. 47

2.10.2 COMM PORT .. 47

CAPTULO III

BANCO ELECTRONEUMTICO y TARJETA DE INTERFACE

8

3. INTRODUCCIN AL MICROCONTROLADOR PIC 16F871 .. 49

3.1 MICROCONTROLADORES PIC 16F871 .. 49

3.1.1 ALIMENTACIN DE UN PIC 16F871 .. 50

3.1.2 PUERTOS DE ENTRADA/SALIDA .. 51

3.1.3 OSCILADOR .. 52

3.1.3.1 OSCILADOR XT .. 52

3.1.3.2 OSCILADOR RC .. 52

3.1.3.3 OSCILADORES HS y LP .. 53

3.1.4 UTILIZANDO UNA SENAL DE RELOJ EXTERNA .. 54

3.1.5. PERIFERICOS BASICOS .. 54

3.1.5.1 INTERRUPTORES Y PULSADORES .. 54

3.1.5.2 ENTRADAS DIGITALES CON OPTOACOPLADORES .. 55

3.1.5.3 CONTROL CON REL .. 56

3.1.6 ORGANIZACIN DE LA MEMORIA .. 58

3.1.6.1 MEMORIA DE PROGRAMA. .. 59

3.1.6.1.1 CONTADOR DE PROGRAMA (PC) .. 59

3.1.6.2. MEMORIA DE DATOS. .. 60

3.1.7 NORMAS DE ESTILO PARA ESCRIBIR UN ARCHIVO FUENTE. .. 62

3.1.7.1 CONSTANTES NUMRICAS y ALFANUMRICAS .. 63

3.2. ENTORNO DE PROGRAMACIN PIC 16F871 .. 64

3.2.1 SUBRUTINA "RS232_LEEDATO" .. 64

3.2.2 INCLUDE .. 66

3.2.3 PROGRAMA PRINCIPAL .. 66

3.3 TARJETA DE INTERFACE. .. 69

3.3.1 ENTRADAS DIGITALES .. 69

3.3.2 ENTRADAS ANLOGAS .. 71

3.3.3 SALIDAS DIGITALES. .. 72

3.3.4 SALIDAS ANLOGAS .. 73

3.4 PROTOCOLO DE COMUNICACIN. .. 77

3.4.1 CARACTERSTICAS DE LA TARJETA COMO ..

ELEMENTO ELECTRNICO .. 77

3.4.1.1 TARJETA PRINCIPAL ( CONTROLADOR PIC ) .. 78

3.4.1.2 TARJETA DE ENTRADAS DIGITALES .. 80

3.4.1..3 TARJETA DE SALIDAS DIGITALES .. 82

3.4.1..4 TARJETA DE ENTRADAS ANALOGICAS .. 83

3.4.1..5 TARJETA DE SALIDAS ANALOGICAS (4-20 mA) .. 84

3.4.1.5.1 CARACTERSTICAS DE LA COMUNICACIN .. 86

9

3.4.2 PROTOCOLO PARA LAS SALIDAS DIGITALES .. 88

3.4.3 PROTOCOLO PARA LAS ENTRADAS DIGITALES .. 88

3.4.4 PROTOCOLO PARA LAS ENTRADAS ANLOGAS . .. 88

3.4.5 PROTOCOLO PARA LAS SALIDAS ANLOGAS .. 89

3.4.5.1 CARACTERSTICAS DE LA COMUNICACIN SPI ..

ENTRE EL PIC MAESTRO y LOS PERIFRICOS ESCLAVOS .. 90

3.5.1 DISEO y CONSTRUCCION DEL TABLERO DE PRUEBAS ELECTRONEUMATICOS .. 94

3.5.2 COMPONENTES DEL BANCO ELECTRONEUMATICO .. 97 3.5.3 DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES DEL BANCO PRINCIPAL .. 98 3.5.3.1 COMPRESOR .. 99 3.5.3.2 TANQUE PULMON .. 99 3.5.3.3 UNIDAD DE MANTENIMIENTO .. 100 3.5.3.4 CAJONERA .. 100 3.5.3.5 RACORES .. 100 3.5.3.6 SILENCIADORES .. 100 3.5.3.7 MANGUERAS .. 101 3.5.3.8 VALVULA SELECTORA .. 101 3.5.3.9 ELECTROVLVULAS .. 101 3.5.3.10 CILINDROS .. 102 3.5.3.11 TARJETA DE INTERFACE. .. 102 3.5.4 PANEL DE CONEXIONES DE LOS COMPONENTES DEL .. 102 BANCO PRINCIPAL .. 103 3.5.5 CONEXIONES DE LAS BOBINAS DE LAS ELECTROVLVULAS. .. 103 3.5.6 MAQUETAS .. 104 3.5.6.1 MAQUETA # 1 ENVASADORA DE GRANOS .. 104 3.5.6.2 MAQUETA # 2 ESTAMPADORA .. 107

CAPTULO IV

PRACTICAS ELECTRONEUMTICAS

PRCTICA # 1

SECUENCIA DE ACCIONAMIENTOS

OBJETIVOS: . 110

OBJETIVO GENERAL. . 110

OBJETIVOS ESPECFICOS . 110

MARCO TERICO . 111

MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR: . 111

PROCEDIMIENTOS . 112

FICHA TECNICA DE ELEMENTOS A USARSE . 112

10

DESARROLLO . 112

PRCTICA # 2

MANDO DEPENDIENTE DE LA PRESIN CILINDRO DE DOBLE EFECTO

OBJETIVOS: 116

OBJETIVO GENERAL. 116

OBJETIVOS ESPECFICOS 116

MARCO TERICO 117

MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR: 117

PROCEDIMIENTOS 118

FICHA TECNICA DE ELEMENTOS A USARSE 118

DESARROLLO 119

PRCTICA # 3

MANDO ELECTRO NEUMTICO SIMULTNEO. (CUCHILLAS NEUMATICAS)

OBJETIVOS: 122



MARCO TERICO 123


PROCEDIMIENTOS 124


DESARROLLO 125

PRCTICA # 4 DISEO UN SISTEMA ELECTRO-NEUMTICO PARA ELEVADOR DE PAQUETES.

OBJETIVOS: 129



MARCO TERICO 130


PROCEDIMIENTOS 131


11

DESARROLLO 133

PRCTICA # 5

DISEO DE UN SISTEMA ELECTRO-NEUMTICO PARA UNA MAQUINA

ESTAMPADORA.

OBJETIVOS: 136



MARCO TERICO 137


PROCEDIMIENTOS 138


DESARROLLO 139

PRCTICA # 6 DISEO DE UN SISTEMA ELECTRO-NEUMTICO PARA UNA MAQUINA LLENADORA DE

SILOS DE ARROZ

OBJETIVOS: 143



MARCO TERICO 144


PROCEDIMIENTOS 145


DESARROLLO 146

PRCTICA # 7

CONTROL DE INGRESO DE FLUJO DE AIRE, REGULACION DE LA VALVULA PROPORCIONAL

OBJETIVOS: 150



12

MARCO TERICO 151


PROCEDIMIENTOS 152


DESARROLLO 153

PRCTICA # 8

CONTROL DE RECHAZO DE ENVASES DEFECTUOSOS.

OBJETIVOS: 157



MARCO TERICO 158


PROCEDIMIENTOS 160


DESARROLLO 161

ANEXO

BIBLIOGRAFA 166

1

CAPTULO I

ELECTRONEUMTICA

2

1.1 INTRODUCCIN

En los actuales momentos donde encontramos sistemas totalmente computarizados,

controlados a distancias por software, las seales elctricas han substituido

notablemente a todas fuentes de energas conocidas por el hombre.

Tal ha sido la magnitud del avance tecnolgico, que necesariamente las reas

fundamentales en los procesos industriales se han fusionado, con el fin de desarrollar

nuevos procesos, disminuir los tiempos de produccin, desarrollar mtodos ms

autnomos y tener registros de los mismos.

Nuestro estudio es el desarrollo de la Electro neumtica , desde su origen , hasta los

beneficios que brinda en los actuales momentos .El manejo de seales , la

versatilidad que posee con los diversos sistemas de control..

Los elementos nuevos y/o diferentes que entran en juego estn constituidos

bsicamente para la manipulacin y acondicionamiento de las seales de voltaje y

corriente que debern de ser transmitidas a dispositivos de conversin de energa

elctrica a energa neumtica para lograr la activacin de los actuadores neumticos

El conjunto de elementos que debemos de introducir para lograr el accionamiento de

los actuadores neumticos son bsicamente:

Elementos de retencin

Interruptores mecnicos de final de carrera.

Relevadores

Vlvulas electro neumticas

3

1.2 Qu es la Electro neumtica?

Es el rea en la cual se combinan dos importantes reas de la automatizacin tales

como:

1.- La neumtica que utiliza como fluido motriz al aire comprimido.

2.- La electricidad o electrnica, que controlan el manejo de seales y control de

procesos.

Tal como se determin a la Electro neumtica, es notorio conocer el principio del

cul se fundamenta esta ciencia, como lo es la Neumtica. Pero que es?

La Neumtica es la tcnica que se dedica al estudio y aplicacin del aire comprimido

en la automatizacin de los distintos campos de la fabricacin. Dos de las principales

propiedades del aire comprimido son:

1.- La presin ejercida en un gas (aire) se transmite con igual intensidad en todas las

direcciones.

2.-Un gas puede ser comprimido dentro de un recipiente cerrado, de forma que su

presin aumente y posiblemente tambin su temperatura.

La mecanizacin neumtica se realiza usando las propiedades del aire comprimido,

cuyas aplicaciones son entre otras:

Movimientos rectilneos con cilindros de aire comprimido.

El accionamiento de herramientas manuales giratorias, tales como taladradoras o

pulimentadoras.

1.3 EL AIRE COMPRIMIDO

1.3.1 Antecedentes Histricos

El aire comprimido es el fluido que se utiliza en la neumtica, es una de las formas

de energa ms antiguas utilizadas por el hombre. Su utilizacin se remonta al

Neoltico, cuando aparecieron los primeros fuelles de mano, para avivar el fuego de

fundiciones o para airear minas de extraccin de minerales.

4

Desde estas pocas hasta el siglo XVII de nuestra era, la utilizacin del aire a presin

como energa, se realiz puntualmente para diversas mquinas y mecanismo; as

tenemos la catapulta de aire comprimido del griego KTESIBIOS, o la descripcin en

el siglo I de nuestra era de diversos mecanismos que son accionados por aire caliente.

A partir del siglo XVII, se comienza el estudio sistemtico de los gases, y con ello,

comienza el desarrollo tecnolgico de las diferentes aplicaciones del aire

comprimido; as, en el siglo XVIII se construye el primer compresor alternativo, en

el XIX, se utiliza como fuente energtica para perforadoras de percusin, para

sistemas de correos, para frenos de trenes, ascensores, etc..

Estando hoy en da ampliamente implantado en todo tipo de industrias.

1.3.2 CARACTERSTICAS DEL AIRE COMPRIMIDO

El aire atmosfrico, nuestro fluido energtico, contiene gran nmero de compuestos

gaseosos, as como vapor de agua y contaminantes varios (humos, polen, polvo,

contaminantes gaseosos cerca de las fuentes de emisin de estos productos, etc.).

El aire atmosfrico una vez eliminados tanto el vapor de agua como las impurezas,

presenta una composicin relativamente constante.

La composicin aproximada en volumen es:

N2=> 78,084%; O2=> 20,9476%; CO2 => 0,0314%; Ne => 0,00181%; He =>

0,000524%.

Sus molculas no ofrecen ninguna resistencia para desplazarse entre s.

Cuando se encierra en un recipiente a presin, esa presin es transmitida a toda la

pared

Se comprime hasta una presin de unos 6 bares, con respecto a la presin

atmosfrica, y se denomina presin relativa.

Presin absoluta = Presin atmosfrica + Presin relativa

Los manmetros indican el valor de la presin manomtrica dentro de un sistema.

5

1.3.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL AIRE COMPRIMIDO

Ventajas:

El aire es:

Abundante (disponible de manera ilimitada).

Transportable (fcilmente transportable, adems los conductos de retorno son

innecesarios).

lmacenables (permite el almacenamiento en depsitos).

Resistente a las variaciones de temperatura.

Anti-deflagrante (no existe peligro de explosin ni incendio).

Limpio (lo que es importante para industrias como las qumicas, alimentarias,

textiles, etc.).

Los elementos que constituyen un sistema neumtico, son simples y de fcil

comprensin).

La velocidad de trabajo es alta.

Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua.

Aguanta bien las sobrecargas (no existen riesgos de sobrecarga, ya que cuando sta

existe, el elemento de trabajo simplemente para sin dao alguno).

El depsito del compresor es un acumulador de aire comprimido, por lo que la

capacidad del compresor no necesita ser igual al mximo consumo de aire

El transporte de aire comprimido a travs de las tuberas es seguro y presenta

menos riesgos que la conduccin de energa elctrica.

Las fugas en las tuberas neumticas causan un gasto importante de aire, pero la

mquina sigue trabajando y aunque debe resolverse, no tiene por qu pararse el

proceso productivo.

Mediana fuerza (porque se pueden lograr fuerzas mucho ms altas con la

hidrulica).

Altas velocidades de operacin.

Menos riesgos de contaminacin por fluidos (especialmente si se utiliza en la

industria de alimentos o farmacutica).

6

Menores costos que la hidrulica o la electricidad neta.

Desventajas

Las mayores desventajas que posee frente a otros tipos de fuente de energa, son:

Alto nivel sonoro.

No se pueden manejar grandes fuerzas.

El uso del aire comprimido, si no es utilizado correctamente, puede generar ciertos

riesgos para el ser humano.

Altos costos de produccin del aire comprimido.

Necesita de preparacin antes de su utilizacin (eliminacin de impurezas y

humedad).

Debido a la compresibilidad del aire, no permite velocidades de los elementos de

trabajos regulares y constantes.

Esfuerzos de trabajo limitados (de 20 a 30000 N).

Ruidos, debido a los escapes de aire despus de su utilizacin.

Coste. Es una energa cara, que en cierto punto es compensada por el buen

rendimiento y la facilidad de implantacin.

No existen tuberas de retorno para el aire de escape, ya que ste se hace

directamente a la atmsfera

1.3.4 MAGNITUDES FSICAS Y UNIDADES

Presin: Es la fuerza que se ejerce por unidad de superficie.

P = presin (Pa, PSI, Bar)

F = fuerza ejercida (N)

S = superficie de actuacin (m2)

7

En Neumtica Industrial, el pascal resulta una unidad muy pequea, por lo que se

emplean mltiplos, como el kilo pascal (KPa) y el mega pascal (MPa).

Otros de los mltiplos muy utilizados en clculos tcnicos son el bar, la atmsfera

(atm).y el PSI (Poundal Square Inch).

1 bar = 100000; 1 Pa = 105 Pa

1 atm =1,013 ; 1 bar =101300 Pa

1 atm = 14.7 PSI; 1 bar = 14.5 PSI

- Caudal:

Es el volumen de fluido que circula a travs de un conductor en la unidad de tiempo.

Q = Caudal (m3/s)

V = Volumen (m3)

t = tiempo (s)

1.3.5 COMPONENTES DE UN SISTEMA ELECTRONEUMTICO

Dentro de un sistema Electro neumtico, encontramos elementos y accesorios que nos

permiten realizar de mejor y de forma ms segura el control de un proceso. Dentro del

anlisis

Para nuestro trabajo, se denotar los elementos ms esenciales.

1.4 PRODUCCIN DEL AIRE COMPRIMIDO

1.4.1 El Compresor

Son maquinas que aspiran aire del ambiente y lo comprime hasta conferirle una

presin superior. Son las maquinas generadoras de aire comprimido.

Fig. 1.1 Compresor

Fuente : Pdf Compresores

8

4.2 TIPOS DE COMPRESORES

De acuerdo al tipo de trabajo a realizar, se especifica el tipo de compresor. Los tipos

de compresores se clasifican de acuerdo a sus caractersticas de construccin, esto

hace que su caudal de salida sea diferente para cada tipo .Existen varios tipos de

compresores, dependiendo la eleccin de las necesidades y caractersticas de

utilizacin., pueden ser: a pistn (Alternativos), a membrana, Desplazamiento Fijo, a

paletas, Rotativos, a tornillo (Roots).

Fig. 1.2 Clasificacin de los compresores por tipo

Fuente: Pdf . Clasificacin de los compresores

1.5 DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO

Como resultado de la racionalizacin y automatizacin de los dispositivos de

fabricacin, las empresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire. Cada

mquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo abastecido

por un compresor, a travs de una red de tuberas.

El dimetro de las tuberas debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la

prdida de presin entre l depsito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar)

generosamente las tuberas. El montaje posterior de una red ms importante supone

costos dignos de mencin.

9

1.5.1 DEPSITO O ACUMULADOR:

El acumulador o depsito sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido.

Compensa las oscilaciones de presin en la red de tuberas a medida que se consume

aire comprimido.

Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por

este motivo, en el acumulador se desprende directamente una parte de la humedad

del aire en forma de agua

Figura 1.3 Acumulador

Fuente : www.monografias.com (Aire comprimido)Fuente :

El tamao de un acumulador de aire comprimido depende:

Del caudal de suministro del compresor

Del consumo de aire

De la red de tuberas (volumen suplementario)

Del tipo de regulacin

De la diferencia de presin admisible en el interior de la red.

Determinacin del acumulador cuando el compresor funciona Intermitentemente

El tamao de un acumulador puede determinarse segn el diagrama de la figura1.4.

10

Fig. 1.4 Diagrama para determinar tamao del acumulador

Fuente : www.monografias.com (Aire comprimido)

1.5.2 PRECAUCIONES EN EL USO DE AIRE COMPRIMIDO Riesgos:

El riesgo principal de todos los aparatos a presin es la liberacin brusca de la

presin. Para poder ser utilizados deben reunir una serie de caractersticas tcnicas

y de seguridad requerida en las disposiciones legales que le son de aplicacin.

11

Atrapamientos con partes mviles

Contactos trmicos

Contactos elctricos

Explosiones

Incendios

Ruido

Medidas de seguridad:

Las mangueras de aire comprimido se deben situar de forma que no se

tropiece con ellas, ni puedan ser daadas. Se colocarn en ganchos o rieles

elevados.

Hay que asegurarse del buen acoplamiento de las herramientas a la manguera de

aire comprimido, ya que si no est bien sujeta, puede salir disparada como un

proyectil.

El compresor deber encontrarse al aire libre o en un local con aislamiento

acstico, ventilado, resistente al fuego y que evite la proximidad a zonas de trabajo

Deben disponer de vlvulas de bloqueo y parada para emergencias, dispositivos

de purga, as como de vlvula de retencin.

Se recomienda comprobara a diario visualmente el nivel y presin de aceite.

Los racores deben sujetarse a las tuberas de goma mediante bridas eficaces que

los sujeten bien y resistan sin fugas la presin del aire.

No eliminar las protecciones de la mquina.

1.6 ELEMENTOS

Para el desarrollo de todo proyecto de tipo Electro neumtico, se necesitan

elementos que ayuden a realizar de manera confiable y segura el trabajo a

realizarse, para ello se describen a continuacin los elementos ms comunes dentro

de las aplicaciones electroneumticas.

1.6.1 UNIDAD DE MANTENIMIENTO:

Para conseguir una buena calidad del aire es necesario someterlo a tres operaciones

previas: filtrado, regulacin y lubricacin. De estas funciones se ocupa la unidad de

12

mantenimiento (conjunto FRL), que est formada por un filtro, un regulador de

presin y un lubricador.

El filtro detiene las impurezas que posee el aire.

El regulador mantiene una presin constante de aire en el circuito neumtico.

Esta presin queda indicada en el manmetro.

El lubricador aade aceite nebulizado al aire comprimido. As, se evita la

oxidacin de los componentes del circuito y asegura un buen funcionamiento de las

partes mviles.

Fig. 1.5 Unidad de Mantenimiento


1.6.2 DRENADORES DE CONDENSADO PURGAS AUTOMTICAS

Las vlvulas de drenaje automtico deben ir en sitios donde exista la necesidad de

desalojar condensados, por ejemplo filtros, separadores centrfugos, piernas de

drenaje, tanque etc. La funcin de estas consiste en abrirse cada cierto tiempo para

comunicar el sitio donde existe el condensado con el exterior, permitiendo que este

sea desalojado:

Figura 1.6 Vlvulas de Drenaje Automtico Fuente : www.monografias.com (Aire comprimido)

13

1.7 ACTUADORES NEUMTICOS

1.7.1 Caractersticas

El trabajo de estudio de la automatizacin de una mquina no acaba con el esquema

del Automatismo a realizar, sino con la adecuada eleccin del receptor a utilizar y la

perfecta unin entre ste y la mquina a la cual sirve. En un sistema neumtico los

receptores son los llamados actuadores neumticos o elementos de trabajo, cuya

funcin es la de transformar la energa neumtica del aire comprimido en trabajo

mecnico.

Los actuadores neumticos se clasifican en dos grande grupos:

Cilindros y Motores, aunque el concepto de motor se emplea para designar a una

mquina que transforma energa en trabajo mecnico, en neumtica solo se habla de

un motor si es generado un movimiento de rotacin, aunque es tambin frecuente

llamar a los cilindros motores lineales.

1.7.2 CILNDROS

Los cilindros son componentes neumticos, que mediante el uso del aire

comprimido, generan un movimiento de avance y retroceso de un mecanismo.

Generalmente, el cilindro neumtico est constituido por un tubo circular cerrado en

los extremos mediante dos tapas, entre las cuales de desliza un mbolo que separa

dos cmaras. Al mbolo va unido a un vstago que saliendo a travs de ambas tapas,

permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la presin del

fluido al actuar sobre las superficies del mbolo.

Existen diferentes tipos de cilindros neumticos. Segn la forma en la que se realiza

el retroceso del vstago, los cilindros se dividen en dos grupos: cilindros de simple

efecto y cilindros de doble efecto.

1.7.3 TIPOS DE CILNDROS

- Cilindros de simple efecto

Estos cilindros tienen una sola conexin de aire comprimido. No pueden realizar

trabajos ms que en un sentido. Se necesita aire slo para un movimiento de

traslacin. El vstago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza

externa.

14

El resorte incorporado se calcula de modo que haga regresar el mbolo a su posicin

inicial a una velocidad suficientemente grande.

Fig. 1.7 cilindro simple efecto


En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de ste limita la

carrera. Por eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm.

Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alimentar, etc.

Cilindro de doble efecto

La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al mbolo, en cilindros de doble

efecto, a realizar un movimiento de traslacin en los dos sentidos. Se dispone de una

fuerza til tanto en la ida como en el retorno

Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el

mbolo tiene que realizar una misin tambin al retornar a su posicin inicial. En

principio, la carrera de los cilindros no est limitada, pero hay que tener en cuenta el

pandeo y doblado que puede sufrir el vstago salido. Tambin en este caso, sirven de

empaquetadura los labios y mbolos de las membranas.

Fig.1.8 Cilindro Doble efecto


15

1.7.4 CRITERIOS DE ELECCIN DE LOS CILINDROS:

Para seleccionar de una mejor eficiencia de los actuadores neumticos se sugiere

tomar en consideracin los siguientes aspectos:

Simple efecto o doble efecto

Presin del fluido de mando

Temperatura ambiente

Dimensin normalizada o no

Amortiguado o no, fijacin

Agresividad del medio ambiente

Esfuerzo a desarrollar, dimetro, carrera

Cadencias de funcionamiento

Previstos o no para detectores de posicin

1.7.5 APLICACIONES DE ACTUADORES EN LA INDUSTRIA Los actuadores neumticos tienen una amplia gama de aplicacin dentro de la

industria y esto se debe a su fcil utilizacin y a su mecanismo empleado. Los

actuadores, que comnmente o en su mayora son cilindros, son apropiados para ser

utilizados en la industria qumica, en los procesos de galvanizacin, en la industria

alimenticia etc.

Los cilindros de simple efecto son utilizados para:

Dispositivos de corte y prensado en la fabricacin de piezas de plstico

Dispositivos de sujecin, de corte, de plegado y de prensado, accionamiento de

prensas de recortes, accionamiento de dosificadores de grapas en manipulados de

papel y cartn.

Dispositivos de corte en las industrias de confeccin y en la industria de calzado.

Expulsin de piezas en la industria alimenticia y en la industria farmacutica.

Los actuadores o cilindros de doble efecto son utilizados para:

Dispositivos de elevacin y descenso para baos, accionamiento de compuertas en

la Industria qumica.

Aplastador de chatarra.

16

Desplazamiento de rodios en sierras alternativas, accionamientos en sierras

tronzadoras y prensas de bastidor en la industria de la madera.

Dispositivos para prensas de moldeo y sujecin en la industria de muebles.

Accionamiento de puertas en vehculos de transporte.

1.8 SEALES ELCTRICAS - TIPOS

Se usan dos tipos de seales para la transmisin de datos: Digitales y Anlogas.

Seales digitales:

Una seal digital corresponde a magnitudes fsicas limitadas a tomar slo unos

determinados valores discretos. Por ejemplo: 0 (seal de resistencia elctrica, muy

pequea), 1(seal de resistencia elctrica, muy grande).

Seales anlogas:

Un sistema analgico es aquel que tiene la capacidad de generar, transmitir, procesar

o almacenar seales analgicas.

Se dice que una seal es analgica cuando las magnitudes de la misma se representan

mediante variables continuas, anlogas (Relacin de semejanza entre cosas distintas.)

a las magnitudes que dan lugar a la generacin de esta seal.

1.8.1.1 SENSORES Son dispositivos que detectan manifestaciones de cualidades o fenmenos fsicos,

como la energa, la temperatura, la radiacin electromagntica, la velocidad, la

aceleracin, el tamao, la cantidad, etc.

Muchos de los sensores son elctricos o electrnicos, aunque existen otros tipos. Un

sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir en

otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicacin directa (e.g. un termmetro de

mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a travs de un

convertidor analgico a digital, un computador y un display) de modo que los valores

detectados puedan ser ledos por un humano.

17

1.8.1.1 TIPOS DE SENSORES

De acuerdo al tipo de parmetro a medir se lo clasifican como: Sensores de temperatura: Termocupla, Termistor

Sensores de deformacin: Galga extensiomtrica

Sensores de acidez: IsFET

Sensores de luz: fotodiodo, fotorresistencia, fototransistor

Sensores de sonido: micrfono

Sensores de contacto: final de carrera

Sensores de imagen digital (fotografa): CCD o CMOS

Sensores de proximidad

Sensores de Contacto

Sensores de fuerza

Sensores blindados y sin blindaje

Sensores inductivos

Sensores capacitivos

Sensores Ultrasnicos

1.8.2 TRANSDUCTORES

Son dispositivos que transforma un tipo de variable fsica en otra como por ejemplo;

Fuerza, presin, temperatura, velocidad, etc.

La calibracin es el procedimiento mediante el cual se establece la relacin entre la

variable medida y la seal de salida convertida.

1.8.2.1 TIPOS DE TRANSDUCTORES

Los transductores se clasifican en dos tipos bsicos, dependiendo de la forma de la

seal convertida. Los dos tipos son:

Transductores analgicos y Transductores digitales

18

Los transductores analgicos proporcionan una seal analgica continua, por ejemplo

Voltaje o corriente elctrica. Esta seal puede ser tomada como el valor de la

variable fsica que se mide.

Los transductores digitales producen una seal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que

pueden ser contadas. En una u otra forma, las seales digitales representan el valor

de la variable medida.

Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser ms compatibles con las

computadoras digitales que los sensores analgicos en la automatizacin y en el

control de procesos.

1.8.3 ELECTROVLVULAS

Consisten en una vlvula neumtica a la cual se le colocan bobinas elctricas , sobre

la cual se hace pasar una corriente para generar un campo magntico, que finalmente,

generar la conmutacin en la corredera interna de la vlvula, generando as el

cambio de estado de trabajo de la misma, modificando las lneas de servicio.

1.8.3.1 CLASIFICACIN

Las vlvulas elctricas se clasifican segn la cantidad de puertos (entradas o salidas

de aire) y la cantidad de posiciones de control que poseen.

Por ejemplo, una vlvula 3/2 tiene 3 orificios o puertos y permite dos posiciones

diferentes.

3 = Nmero de Puertos

2 = Nmero de Posiciones

1.8.3.2 TIPOS DE ELECTROVLVULAS

Las vlvulas elctricas de acuerdo a su construccin y accionamiento se dividen en dos

tipos monoestable y biestable

Electrovlvulas monoestables.- Este tipo de vlvula posee una sola bobina en un

extremo y el retroceso a su posicin inicial lo realiza mediante accionamiento

mecnico (resorte).

19

Electrovlvulas biestables o de doble bobina.- Estas vlvulas poseen dos bobinas.

Cuando se aplica corriente a una bobina, el carrete interno se dirige en direccin

contraria de la otra bobina, y se mantendr hasta que haya algn cambio .La

principal funcin en estos sistemas es la de "memorizar" una seal sin que el

controlador est obligado a tener permanentemente energizada la bobina.

1.8.4 VLVULA PROPORCIONAL DE PRESIN

Este tipo de vlvulas regula la presin y el caudal a travs de un conducto por medio

de una seal elctrica, que puede ser de corriente o de voltaje, Su principal aplicacin

es el control de posicin y de fuerza, ya que los movimientos son proporcionales y de

precisin, lo que permite un manejo ms exacto del paso de fluidos, en este caso del

aire.

Por medio de una vlvula proporcional podemos realizar un control de posicin de

lazo cerrado.

Salida de la vlvula proporcional:

Presin variable.

Caudal variable.

Direccin y caudal variables

Funcionamiento

Voltaje de alimentacin 24V. Fig. 1.9 vlvula proporcional

Fuente : Pdf Vlvulas MAC

Amplificador electrnico de una intensidad elctrica proporcional.

Solenoide proporcional transforma la seal elctrica de entrada en una seal

proporcional de fuerza o posicin como salida.

Las magnitudes de fuerza o posicin como seal de entrada a la vlvula, resultan

en un determinado caudal o presin.

20

1.8.5 SIMBOLOGA

Cilindros

Smbolo: Descripcin:

De simple efecto. Retorno por muelle.

De simple efecto. Retorno por fuerza externa.

De doble efecto.

De doble efecto con amortiguador.

De doble efecto con doble vstago.

De simple efecto telescpico.

Lineal sin vstago.

Accionador angular.

Motor neumtico de un solo sentido de giro.

Motor neumtico de dos sentidos de giro.

21

Unidades de Tratamiento del Aire

Smbolo: Descripcin:

Filtro con purga de agua manual.

Filtro con purga de agua automtica.

Filtro en general.

Refrigerador.

Secador.

Lubrificador.

Unidad de acondicionamiento.

Compresor.

Generador de vaco.

Termmetro.

Manmetro.

Silenciador.

22

Vlvulas

Smbolo: Descripcin:

Regulador de caudal unidireccional.

Vlvula selectora.

Escape rpido.

Antirretorno.

Antirretorno con resorte.

Regulador de presin.

Regulador de presin con escape.

Bifurcador de caudal.

Regulador de caudal.

Regulador constante de cauda.

Vlvula 5/3.

Vlvula 5/2.

Vlvula 4/3.

Vlvula 4/3.

23

Vlvula 4/2.

Vlvula 3/3.

Vlvula 3/2.

Vlvula 3/2.

Vlvula 2/2.

Vlvula 2/2.

Accionamientos

Smbolo: Descripcin:

Enganche con enclavamiento.

Pulsador de emergencia.

Pulsador en general.

Tirador.

Accionamiento por leva.

24

Accionamiento por rodillo.

Accionamiento por presin.

Accionamiento por rodillo escamoteable.

Electrovlvula.

Accionamiento por Motor elctrico.

Accionamiento por Palanca.

Accionamiento por Pedal

Retorno por muelle.

Electrovlvula servo pilotada.

Electrovlvula servo pilotada gobernable manualmente.

Detector neumtico.

Final de carrera accionado.

1

CAPTULO III

BANCO ELECTRONEUMTICO

y

TARJETA DE INTERFACE

2

3. INTRODUCCIN AL MICROCONTROLADOR PIC 16F871.

3.1 MICROCONTROLADORES PIC 16F871

Un micro controlador es un circuito integrado programable que contiene todos los

componentes necesarios para controlar el funcionamiento de una tarea determinada,

como el control de una lavadora, un teclado de ordenador, una impresora, un sistema

de alarma, etc. Para esto, el microcontrolador utiliza muy pocos elementos asociados.

Un sistema con microcontrolador debe disponer de una memoria donde se almacena

el programa que gobierna el funcionamiento del mismo que, una vez programado y

configurado, solo sirve para realizar la tarea asignada.

Ventajas:

Reduce notablemente el tamao y nmero de componentes, y en consecuencia

disminuye el nmero de averas y el volumen y el peso de los equipos, entre otras

ventajas.

Estos PIC son fabricados por Microchip Technology Inc. Los PIC(Peripheral

Interface Controller) son una familia que han tenido gran aceptacin por su bajo

precio, reducido consumo, pequeo tamao, gran calidad, fiabilidad y abundancia de

informacin, es fcil, cmodo y rpido de usa la siguiente figura Se muestra grafico

de encapsulado del PIC 16f871 y su smbolo.

Fig. 3.1 configuracin de pines del PIC 16F871

Fuente :Data Sheet Microchip PIC16F87X

3

12VDC

5VCC

GND

SD0SD1SD2SD3SD4SD5SD6SD7

SD0SD1SD2SD3SD4SD5SD6SD7

D0D1D2D3D4D5D6D7

RA0/AN0 2

RA1/AN1 3

RA2/AN2/VREF- 4

RA4/T0CKI 6

RA5/AN4 7

RE0/AN5/RD 8

RE1/AN6/WR 9

RE2/AN7/CS 10

OSC1/CLKIN 13

OSC2/CLKOUT 14

RC1/T1OSI16

RC2/CCP117

RC318

RD0/PSP019

RD1/PSP120

RB7/PGD40RB6/PGC39RB538RB437RB3/PGM36RB235RB134RB0/INT33

RD7/PSP730RD6/PSP629RD5/PSP528RD4/PSP427RD3/PSP322RD2/PSP221

RC7/RX/DT26RC6/TX/CK25RC524RC423

RA3/AN3/VREF+ 5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV 1

U1

PIC16F871

T1IN11

R1OUT12

T2IN10

R2OUT9

T1OUT 14

R1IN 13

T2OUT 7

R2IN 8

C2+

4

C2-

5

C1+

1

C1-

3

VS+ 2

VS- 6

U3

MAX232

C11nF

C21nF

C31nF

C41nF

RXD

RTS

TXD

CTS

PC

VI1 VO 3

GN

D2

U27805

C53300UF

110VAC TR1

TRAN-2P2S

D1

1N4007

C7100nF

C6100UF

D03

D14

D27

D38

D413

D514

D617

D718

CLK11

MR1

Q0 2

Q1 5

Q2 6

Q3 9

Q4 12

Q5 15

Q6 16

Q7 19

U4

74ALS273

D03

D14

D27

D38

D413

D514

D617

D718

CLK11

MR1

Q0 2

Q1 5

Q2 6

Q3 9

Q4 12

Q5 15

Q6 16

Q7 19

U5

74ALS273

CONVERTIDOR DIGITAL ANALOGICO

3.1.1 ALIMENTACIN DE UN PIC 16F871

Generalmente un PIC se alimenta de 5 voltios aplicados entre los pines Vdd y Vss

que son, respectivamente, la alimentacin y la masa del chip.

La siguiente figura describe un circuito de alimentacin que obtiene los 5 voltios a

partir de una tensin continua de 12 voltios y de al menos 1 amperio. Este circuito se

basa en el popular regulador de tensin 7805. Dispone de un diodo a la entrada para

protegerlo en el caso que se aplicaran tensiones con la polaridad invertida. El

condensador C4 reduce considerablemente el rizado de la tensin de entrada que

finalmente el regulador 7805 se encarga de estabilizar a los 5 voltios de alimentacin

de todo el entrenador.

El circuito de alimentacin del microcontrolador debe tratarse como el de cualquier

otro dispositivo digital, debiendo conectarse un condensador de desacoplo de unos

100nF lo mas cerca posible de los pines de alimentacin.

Fig. 3.2 Alimentacin de voltaje para el PIC

Fuente: Autores

4

3.1.2 PUERTOS DE ENTRADA/SALIDA

El microcontrolador se comunica con el mundo exterior a travs de los puertos.

Estos estn constituidos por lneas digitales de entrada /salida que trabajan entre 0 y

5 V.

Los puertos se pueden configurar como entradas para recibir los datos o de salida

para gobernar dispositivos externos.

Las lneas son capaces de entregar niveles TTL cuando la tensin de alimentacin

aplicada a Vdd es de 5 V. La mxima capacidad de corriente de cada una de ellas es:

25 mA, cuando el pin est a nivel bajo, es decir, cuando consume corriente

(modo sink). Sin embargo, la suma de las intensidades por las 5 lneas del puerto A

no pueden exceder los 80mA, ni la suma de las 8 lneas del puerto B puede exceder

de 150mA.

20 mA, cuando el pin est a nivel alto, es decir, cuando proporciona corriente

(modo source). Sin embargo, la suma de las intensidades por las 5 lneas del puerto A

no puede exceder de 50 mA, ni la suma de las 8 lneas del puerto B puede exceder de

100 mA.

Aqu se indica el diagrama de bloques de la configuracin interna de los puertos de

entrada y salida del PIC 16F871

Fig. 3.3 Configuracin interna del PIC16F871


5

3.1.3 OSCILADOR

Todo micro controlador requiere de un circuito que le indique la velocidad de

trabajo, es el llamado oscilador o reloj. Este genera una onda cuadrada de alta

frecuencia que se utiliza como seal para sincronizar todas las operaciones del

sistema. Este circuito es muy simple pero de vital importancia para el buen

funcionamiento del sistema.

Generalmente todos los elementos del reloj se encuentran integrados en el propio

microcontrolador y tan solo se requieren u8nos pocos elementos externos, como un

cristal de cuarzo o una red RC, para definir la frecuencia de trabajo.

En el PIC los pines OSC1/CLKIN y OSC2/CLKOUT son las lneas utilizadas para

este fin. Permiten 5 tipos de osciladores para definir la frecuencia de funcionamiento:

XT. Cristal de cuarzo

RC. Oscilador con resistencia y condensador

HS. Cristal de alta velocidad

LP. Cristal para baja frecuencia y bajo consumo de potencia.

Externa. Cuando se aplica una seal de reloj externa

3.1.3.1. OSCILADOR XT

Es el ms usado y est basado en el oscilador de cristal de cuarzo o en un resonador

cermico. Es un oscilador estndar que permite una frecuencia de reloj muy estable

comprendida entre 100 Khz. y 4MHz.

En la grafica anterior muestra la conexin tpica. En muchos proyectos se utiliza un

cristal de 4 MHz. El cristal debe ir acompaado de dos condensadores entre 15 y 33

pF.

3.1.3.2. OSCILADOR RC

Es un oscilador de bajo coste formado por una red RC. Su principal inconveniente es

la baja precisin, pero como contrapartida esta su bajo precio, que lo hace interesante

para muchas aplicaciones en las que no importa la exactitud de los tiempos.

6

Fuente : Autores

Los valores recomendados por el fabricante para este tipo de oscilador son: 5 k

7

Fuente : Autores

El oscilador de cristal de cuarzo o resonador cermico de baja potencia LP (Low

Power Crystal) es un oscilador de bajo consumo. Su cristal esta diseado para

trabajar con frecuencias comprendidas entre 32 kHz y 200 kHz.

El circuito para cualquiera de las configuraciones HS, LP y XT es el mismo. El valor

de los condensadores C1 y C2 depende del cristal segn unas tablas que facilita el

fabricante. La resistencia RS solo es necesaria para algunas versiones del tipo HS.

3.1.4. UTILIZANDO UNA SENAL DE RELOJ EXTERNA

Esta posibilidad puede ser utilizada para hacer funcionar varios Microcontroladores a

partir de una nica seal de reloj. La frecuencia del oscilador dividida por cuatro,

esta disponible en el pin OSC2/CLKOUT. Se utiliza en pocas ocasiones.

3.1.5. PERIFERICOS BASICOS

3.1.5.1. INTERRUPTORES Y PULSADORES

Estos dispositivos permiten introducir un nivel lgico 0 1 segn la posicin en

que se encuentren, cerrado y abierto.

Fuente : Autores

8

La lectura del estado de interruptores y pulsadores es muy simple, basta con conectar

estos dispositivos entre una entrada y masa, tal como se indica en la figura y forzar la

entrada a un nivel lgico alto (5V) mediante una resistencia de Pull Up de unos

10 k.

Mientras el dispositivo esta abierto, la entrada mantiene una tensin de 5 V que

corresponde a un nivel lgico 1. Cuando se cierra, la entrada pasa a valer 0 V

correspondiente al nivel lgico 0.

Hay muchos tipos de conmutadores que podran ustedes usar, como por ejemplo

finales de carrera, detectores y sensores digitales con un funcionamiento similar a los

pulsadores e interruptores.

3.1.5.2. ENTRADAS DIGITALES CON OPTOACOPLADORES

En algunos proyectos es necesario utilizar como entrada seales de alta tensin o

seales relacionadas con la tensin de la red elctrica. Estas tensiones no se pueden

aplicar directamente al microcontrolador y es necesario aislar elctricamente el

circuito mediante un opto acoplador.

EL 4N25 es un popular opto acoplador, en cuya cpsula DIL-6 se encierra un diodo

LED y un foto transistor. Es fcil deducir su funcionamiento:

Cuando se aplica una tensin Vin, circula una corriente por el LED del opto

acoplador emitiendo un haz de luz que incide sobre el transistor y lo satura.

En este caso a la entrada del microcontrolador se aplica un nivel bajo, igual que

cuando estaba cerrado el interruptor.

La tensin directa en extremos del LED 4N25 en conduccin es de 1,2 V y para que

se ilumine hay que hacer circular una corriente de unos 5 mA. La resistencia en serie

con el LED debe permitir que circule esta intensidad, as, por ejemplo para una

tensin Vin de 24 voltios se conectara una resistencia con un valor comercial de

4K7 (o mejor 3k9) ya que:

9

EL diodo LED soporta una tensin mxima inversa de solo 3V. Para aplicaciones en

corriente alterna hay que conectar en paralelo con el LED un diodo de proteccin en

inverso o, mejor, utilizar un opto acoplador que ya lo lleve integrado como el

H11A1.

Fig. 3.8 Configuracin seales de entrada a la tarjeta de interface

Fuente : Autores

Puede comprobarse que la nica comunicacin entre ambos es la luz que emite el

diodo LED, estos circuitos estn elctricamente aislados.

3.1.5.3. CONTROL CON REL

La utilizacin de un rel es la forma mas sencilla para gobernar dispositivos a partir

de una salida del puerto. Un par de transistores Darlington son necesarios para

controlar el rel.

Cuando la salida del microprocesador proporciona un nivel alto a la base del

Darlington, pasa a conduccin y activa el rel que, al cerrar sus contactos, puede

controlar una potencia mayor en la carga. Este circuito tambin asla elctricamente

la carga del microcontrolador. El valor de la potencia a controlar depende de los

10

contactos del rel y vara mucho segn el modelo, aunque todos ellos pueden

soportar ms de 5 Amperios.

Es indispensable conectar un diodo en paralelo con la bobina del rel, como

proteccin frente a los picos de fuerza contra electromotriz producidos por la carga

inductiva de la bobina en el momento de la conmutacin.

Para esto, para controlar un cierto nmero de rels a partir del mismo

microcontrolador, se puede utilizar un circuito integrado especializado como el

ULN2003. Este chip dispone de siete circuitos inversores realizados internamente

con circuitos Darlington, que aguantan una tensin mxima de 50 V y pueden

alimentar cargas de hasta 500 mA, incorpora adems los indispensables diodos de

proteccin.

Fuente : Autores

11

3.1.6. ORGANIZACIN DE LA MEMORIA

Se constituyen tres bloques de memoria:

Fig. 3.10 Direccionamiento de la memoria interna del PIC

Fuente : Tutorial Microchip Pic

Memoria de programa. Esta memoria es de tipo voltil, es decir, el programa se

mantiene aunque desaparezca la alimentacin.

Memoria de datos RAM. Se destina a guardar las variables y datos. Es voltil, es

decir, los datos almacenados se borran cuando desaparece la alimentacin.

Memoria EEPROM de datos. Es una pequea rea de memoria de datos de

lectura y escritura no voltil, gracias a la cual, un corte de suministro de la

12

alimentacin no ocasiona la perdida de la informacin, que estar disponible al

reiniciarse el programa.

3.1.6.1. Memoria de programa.

El micro controlador esta diseado para que en su memoria de programa se almacene

todas las instrucciones del programa de control. El programa a ejecutar siempre es el

mismo, por lo tanto, debe estar grabado de forma permanente. Esta caracterstica de

no volatilidad garantiza que la memoria mantenga su contenido aun sin alimentacin,

de forma que el programa no necesite volver a ser cargado en el sistema cada vez que

se utilice.

La informacin contenida en estas memorias debe ser grabada previamente mediante

un equipo fsico denominado programador o grabador. Este equipo debe ser

conectado a un ordenador mediante un software que controla la grabacin de la

memoria de programa del microcontrolador. A este proceso se lo llama programar o

grabar el microcontrolador.

La memoria de programa comienza en la posicin 000h (posicin inicial de reset) y

llega hasta la 3FFh. Este PIC admite unas 1000 grabaciones y el fabricante garantiza

que la informacin permanece inalterable durante varias decenas de aos.

3.1.6.1.1. Contador de Programa (PC)

Un programa est compuesto por instrucciones que generalmente se ejecutan de

forma secuencial. Cada una de estas instrucciones ocupa una posicin de memoria de

programa.

EL contador de programa o PC (program counter) es un registro interno que se

utiliza para direccional las instrucciones del programa de control que estn

almacenadas en la memoria de programa. Este registro contiene la direccin de la

prxima instruccin a ejecutar y se incrementa automticamente de manera que la

secuencia natural de ejecucin del programa es lineal, una construccin despus de

otra.

13

Cuando el microcontrolador se conecta a la alimentacin o cuando ocurre un reset, el

contador de programa de pone a cero forzando asi que la direccin de inicio sea la

00h. La primera instruccin ejecutada ser la que este grabada en esta instruccin.

3.1.6.2. Memoria de datos.

En esta memoria se almacenan los datos que se manejan en un programa. Estos datos

varan continuamente, por lo que esta memoria debe ser de lectura y escritura. Se

utiliza memoria denominada RAM que es de tipo voltil, con lo cual los datos de

borran en caso de que desaparezca la alimentacin.

La memoria del PIC esta dividida en dos partes:

Registros de funciones especiales SFR. Son los primeros registros, cada uno de

ellos cumple un propsito especial en el control del microcontrolador.

Registros de propsito general. Son registros de uso general que se pueden

guardar los datos temporales del programa que se est ejecutando.

La memoria de datos cuenta con dos bancos de memoria, banco 0 y banco 1.

Los registros del SFR estn agrupados entre las direcciones 00h a 0Bh para el

banco 0 y entre las direcciones 80h hasta 8Bh para el banco 1. Algunos de los

registros del SFR se encuentran duplicados en la misma direccin en los dos bancos,

con el objeto de simplificar su acceso. Por ejemplo, el ejemplo STATUS se localiza

en las direcciones 03h (Banco 0) y 83h (Banco 1).

Mostraremos los registros de datos que se utilizan en el PIC 16F871:

14

Fig. 3.11 registros de datos que se utilizan en el PIC 16F871

Fuente : Tutorial Microchip Pic

15

El banco de registro de propsito general est formado por 68 posiciones de

memoria, ya que son solo operativas las del banco 0 (direcciones desde 0Ch hasta la

4Fh), porque las del Banco 1 se mapean sobre el Banco 0. Es decir cuando se apunta

a un registro de propsito general del Banco 1 (direcciones de 8Ch hasta 0CFh),

realmente se accede al mismo registro del Banco 0.

Para seleccionar el banco a acceder hay que configurar el bit 5 (RP0) del registro

STATUS. Con RP0 = 0 se accede al Banco 0 y con RP0 = 1 se accede al Banco 1. El

Banco 0 es seleccionado automticamente despus de un reset.

3.1.7. Normas de estilo para escribir un archivo fuente.

Para simplificar la codificacin del programa fuente, los ensambladores permiten que

cada lnea est escrita en formato libre, esto quiere decir que puede haber cualquier

nmero de espacios entre dos campos de una lnea y se puede utilizar mayscula o

minscula a criterio del diseador del programa.

Cuando se escribe un archivo fuente hay una serie de normas de estilo comunes entre

los programadores, que facilitan su lectura.

Conviene respetar la designacin de los registros.

Se debe respetar las columnas, para esto se recomienda utilizar los tabuladores

para definir las columnas de cada campo.

Se conviene numerar toda las filas, normalmente es numerado de forma

automtica por el programa editor.

Los espacios en blando no son significativos en ningn campo.

Los nemnicos de las instruccin es se escriben en minsculas. Ejemplo: movlw

d15.

16

El nombre de la etiqueta debe indicar claramente el funcionamiento del

programa. Deben ser reales y referidos al programa. La tendencia actual en

programacin es que las etiquetas sean lo suficientemente descriptivas por si mismas

aunque un poco extensas.

3.1.7.1 Constantes Numricas y Alfanumricas

El ensamblador MPASM soporta los sistemas de numeracin decimal, hexa decimal,

octal, binario y el cdigo alfanumrico ASCII. En la siguiente tabla se representa de

forma especfica el sistema de numeracin o cdigos alfanumricos.

Fig 3.12. Bloque de constantes numricas Fuente :Data Sheet Microchip PIC16F87X

TIPO SINTAXIS EJEMPLO

D'' Movlw D'109'

Decimal d'' movlw d'109'

movlw .109

H'' Movlw H'6D'

h'' movlw h'6D'

Hexadecimal 0x movlw 0x6D

H movlw 6DH

h movlw 6Dh

Octal O'' Movlw O'155'

o'' movlw o'155'

Binario B'' Movlw B'0101010101'

b'' movlw b'0101010101'

ASCII A'' Movlw A'M'

a'' movlw a'M'

'' movlw 'M'

"String" o cadena de caracteres "" DT "Estudia DTE"

17

3.2. ENTORNO DE PROGRAMACIN PIC 16F871

Al conectar por primera vez el PIC 16F871 el bit RP0 del registro Status se carga

automticamente con 0, con lo que se permite el acceso a las posiciones del Banco 0

de la memoria de datos.

Fig 3.13. Bloque de constantes numricas Fuente :Data Sheet Microchip PIC16F87X

Se ha configurado el PIC para que atienda una interrupcin interna, es decir que si

por el puerto B, el bit 0, recibe una seal (nivel bajo), atiende de inmediato esta

interrupcin llamando de inmediato a la instruccin RS232_Leedato.

3.2.1. Subrutina "RS232_LeeDato"

El micro controlador lee el dato por la lnea de entrada comenzando por el bit de

menor peso. El dato ledo se enva finalmente en el registro de trabajo W.

GOTO INICIO

Org 4 ;

GOTO SERVICE_INT SERVICE_INT

BTFSC PTOB,0 ;SI ES POR B0 GOTO FIN_INT

CALL RS232_LEEDATO MOVF RS232_DATO,0 MOVWF D1 CALL RS232_LEEDATO MOVF RS232_DATO,0 MOVWF D2 BSF RX,0 BCF INTCON,1 CALL Retardo_10micros RETFIE FIN_INT BCF INTCON,1 RETFIE

18

Fig 3.14. Rutina de lectura RS232 en el PIC


El ordenador parte siempre de un nivel alto, que es el estado que tiene cuando no

enva informacin. La secuencia utilizada es:

1 Espera que se ejecute el pulso negativo del bit Start o flanco de bajada.

2 Deja pasar un tiempo una y media veces mayor que el periodo de transmisin

para saltarse el bit de Start y lee el primer bit en su mitad.

3 Lee el resto de los bits de datos, esperando un tiempo igual a la duracin del

periodo entre lectura y lectura para testearlos en mitad del bit.

Salida: En el registro de trabajo W el byte ledo.

3.2.2. Include

RS232_LEEDATO

movlw d'8' ; Nmero de bits a recibir.

movwf RS232_ContadorBits RS232_EsperaBitStart

btfsc RS232_Entrada ; Lee la entrada y espera a que sea "0".

goto RS232_EsperaBitStart ; No, pues espera el nivel bajo.

call Retardo_100micros ; El primer bit debe leerlo un tiempo igual a una

call Retardo_50micros ; vez y media el periodo de transmisin.

RS232_LeeBit

bcf STATUS,C ; Ahora lee el pin. En principio supone que es 0.

btfsc RS232_Entrada

; Realmente es cero?

bsf STATUS,C

; No, pues cambia a "1".

rrf RS232_DATO,F ; Introduce el bit en el registro de lectura.

call Retardo_100micros ; Los siguientes bits los lee un periodo ms tarde.

decfsz RS232_ContadorBits,F ; Comprueba que es el ltimo bit.

goto RS232_LeeBit ; Si no es el ltimo bit pasa a leer el siguiente.

call Retardo_200micros ; Espera un tiempo igual al los 2 bits de Stop.

movf RS232_DATO,W ; El resultado en el registro W.

return

19

Indica el fichero donde se localizan las etiquetas que nombran a los diferentes

registros y el valor que le corresponde a cada uno, es decir, en el fichero RS232.INC

se muestra la lectura del dato serial que recibe el PIC de la computadora.

Fig 3.15. Fichero de Subrutinas utilizadas Fuente : Autores

Se puede apreciar los diferentes ficheros que se utilizan en la programacin del PIC,

que opera a la tarjeta de interface, usaremos fichero de Retardos que se usa para la

transicin de datos, fichero I2C que se utiliza en la comunicacin de las partes

internas de la tarjeta (sub tarjetas), un fichero muy importante que es ADC_87X, este

fichero convierte los valores anlogos en la entrada de su puerto a valor digital, y lo

almacena en un registro para luego as enviarlo hacia la computadora que tiene el

programa de instrumentacin virtual para su debida lectura y proceso.

3.2.3. Programa principal En el programa principal, se realizara la programacin de los puertos que se va a

utilizar, y las caractersticas de trabajo del PIC.

Para configurar la lnea de los puertos hay que acceder a los registros TRIS A Y

TRIS B, que se hallan en el banco 1 y cargar con los valores adecuados. Por ello

previamente hay que acceder al Banco 1 poniendo a 1 el bit RP0 del registro

STATUS.

Una vez configurado los puertos hay que volver a poner a 0 el bit RP0 del registro

STATUS para poder leer la informacin introducida por las lneas que funcionan

como entradas o para poder enviar al exterior los bits colocados sobre las lneas de

salida, cuyos valores se hallan en las posiciones 5 y 6 del banco 0, que son las

direcciones del puerto A y B respectivamente.

#INCLUD E

#INCLUDE

#INCLUDE

#INCLUDE

#INCLUDE

20

Fig 3.16.Rutina de programa principal Fuente : Autores

Para poder ensamblar un programa automticamente el ensamblador necesita

informacin en forma de directivas, que son comandos insertados en el programa que

;------------------------------------------------------------ ; programa principal ;------------------------------------------------------------ INICIO BCF OE BCF STB BSF CS1 BSF CS2 BSF STATUS,5 MOVLW 84H MOVWF 9FH BCF STATUS,Z MOVLW 01H

TRIS PTOB ; ;B0 RX RS232 Y B1 TX RS232 B2 ENABLE

MOVLW 0FFH TRIS PTOA

MOVLW 00H ; ;PUERTO C COMO SALIDAS DE ENABLE

TRIS PTOC BSF STATUS,5

MOVLW 0FFH ; PUERTO

;D CONFIG COMO ENTRADA

MOVWF 88H

MOVLW 00H ; ;SALIDA DE SPI D ES E0 Y CLK E1

MOVWF 89H

BCF OPTIONS,6 ; ;RPULL UP

BCF OPTIONS,7 ; FLANCO DE BAJADA

BSF OPTIONS,3 ; ;HABILITACION DEL WDT

BSF OPTIONS,2 BSF OPTIONS,1 BSF OPTIONS,0 BCF STATUS,5 BSF OE BCF STB BSF CS1 BSF CS2 CLRF RX CALL INIRS232

MOVLW 90H ;INICIALIZACION DE

MOVWF INTCON ;INTB0 BSF PTOB,1

21

controla el proceso ensamblado. No son parte del repertorio de instrucciones del

microprocesador y, por lo tanto, no tienen traduccin al cdigo de maquina del

microcontrolador, por lo que tambin se le llama pseudos instrucciones.

MPASM es el programa ensamblador del PIC 16F871 mas utilizado, tiene mas de 50

directivas que se explican en detalle en su men HELP y en la gua

MPASM.USERS GUIDE que se puede obtener gratuitamente en la pagina Web

del fabricante www.microchip.com.

Algunas de estas directivas deben ser utilizadas obligatoriamente en todos los

programas, pero la mayora son opcionales y sirven para facilitar el desarrollo y la

realizacin del programa. Las directivas del ensamblador suelen escribirse en la

segunda columna y en minscula, aunque no es obligatorio.

Se indican las directivas mas utilizadas a continuacin:

END.- (End Program Block). Indica el fin de programa. Es la nica directiva

obligatoria. AL ensamblar un programa, el programa ensamblador debe saber donde

detiene el proceso, para eso esta la directica END, la cual debe estar en la ultima

lnea del programa y explcitamente le indica al ensamblador en fin de aqul. Todas

las lneas posteriores a la lnea en la que se encuentra esta directiva son ignoradas y

no se ensamblan.

Fig 3.17.Ejemplo de programa inico Fuente :Data Sheet Microchip PIC16F87X

EQU.- (Define an Assenbler Constant). Su sintaxis es:

EQU

Es una directiva de asignacin. El valor de es asignado a la etiqueta .

Usualmente las asignaciones con EQU van al principio del programa (antes de las

instrucciones). Siempre que el nombre aparece en el programa es sustituido por el

valor numrico de la expresin que se le haya asignado. Ejemplo:

Valor carga EQU d147 ;asigna el valor numrico de 147 a la etiqueta valor carga

Inicio bsf STATUS,RP0 :comienza el programa ejecutable . .. END :fin de programa

22

ORG.- (Set Program Origin). Su sintaxis es:

[} ORG

Esta directiva indica al programa ensamblador la direccin en memoria de programa

a partir de la cual deben ensamblarse las instrucciones del cdigo fuente. Es decir, la

direccin de la memoria de programa donde se van a almacenar esas instrucciones es

la fijada por la de la directiva. Ejemplo:

Fig 3.18. Directiva ejemplo ORG Fuente :Data Sheet Microchip PIC16F87X

Si las instrucciones de un programa comienzan a escribirse sin indicar ORG, el

programa toma por defecto ORG 0x00.

Cuando las distintas secciones de un programa deben colocarse en diferentes reas de

memoria se usa una directiva ORG antes de cada parte del programa para especificar

la direccin inicial u origen de esa porcin del programa. Es decir, en un programa

pueden aparecer varios ORG dependiendo de las necesidades.

3.3. TARJETA DE INTERFACE.

La tarjeta de interface esta dividida en cuatro partes:

1. Tarjeta de Entradas digitales

2. Tarjetas de Entradas anlogas

3. Tarjeta de Salidas digitales \

4. Tarjeta de Salidas anlogas

3.3.1 Entradas Digitales

La tarjeta de entradas digitales, est compuesta de opto acopladores, en las entradas.

El PIC carga todo el puerto D, que se lo ha configurado como entradas digitales.

Se propuso que para las entradas, los sensores solo deban cerrar contacto es decir

que las seales de entrada solo deben ser unos contactos normalmente abiertos.

ORG 0x04 ;Los cdigos maquinas correspondientes a las instrucciones que aparecen en las lineas ;siguientes, deben ser ensamblados en la memoria de programa a partir de la direccion 4

23

Fig 3.18A. Diagrama de entradas digitales

Por ende estas seales entran a la seal de los opto apto acopladores para proteger

la entradas de algn seal defectuosa que pueda afectar la tarjeta de interface. La

salidas de las seales de los opto acopladores van al puerto D del PIC, es decir que

se conectan desde el pin D0 hasta el pin D7 del PIC 16F871.

Estos 8 pines que estn conectados al puerto D, corresponden a 8 bits (1 byte), lo

que hace ms sencilla la lectura de las entradas ya que lee todo el byte mediante la

comunicacin RS232 entre la computadora y el PIC.

En la grafica se presenta la manera como se conectan las entradas y salidas

digitales.

24

Fig 3.19. Diagrama de conexin de tarjeta Fuente : Autores

3.3.2. Entradas Anlogas.

Para las entradas anlogas consta de un seguidor de voltaje formado por un 741

(amplificador operacional), que se alimenta de +12VDC y -12VDC y su salida se

conecta al pin A0,A1,A2 respectivamente del PIC ya que son tres entradas anlogas

independientes, estas se conectan a un potencimetro de precisin de 10K que

mandar una seal en voltaje a los pines de entrada anlogas del puerto A del PIC.

Estas seales entran al PIC y mediante una subrutina convierte el valor anlogo a

digital. Ya digital se lo trabaja para enviar ese valor hacia la computadora mediante

el protocolo establecido.

E0E1RXC0TXB2B2

E1E0C1

E1D4E0D5C2D6

12VCC 12VCC

E0E1

C0C1C2C3

D0D1D2D3

D7

ADC1ADC2

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D0D1D2D3D4D5D6D7

RX

E1

E0

E1

E0

TX

E0E1RXC0TXB2B2

E1E0C1

E1D4E0D5C2D6

12VCC 12VCC

E0E1

C0C1C2C3

D0D1D2D3

D7

ADC1ADC2

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D0D1D2D3D4D5D6D7

RX

E1

E0

E1

E0

TX

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN47

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI 16

RC2/CCP1 17

RC3 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39

RB5 38RB4 37

RB3/PGM 36RB2 35RB1 34

RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25

RC5 24RC4 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F871

D2

CLK3

STB1

OE15

Q0 4

Q1 5

Q2 6

Q3 7

Q4 14

Q5 13

Q6 12

Q7 11

QS 9

QS 10

U2

4094

1B1

2B2

3B3

4B4

5B5

6B6

7B7

8B8

1C 18

2C 17

3C 16

4C 15

5C 14

6C 13

7C 12

8C 11

COM 10U3

ULN2824

SCK2

SI3

CS1

PA0 5

PW0 6

PB0 7

U4

MCP41010

SCK2

SI3

CS1

PA0 5

PW0 6

PB0 7

U5

MCP41010

+88.8Volts

+88.8Volts

B112V

6

5

4

1

2

U9

OPTOCOUPLER-NPN

R10.5k

ENTRADA DIGITAL

23456789

1RP1

RESPACK-8

SALIDAS DIGITALES

SALIDA ANALOGICA 1

SALIDA ANALOGICA 2

ENTRADAS DIGITALES

RXD

RTS

TXD

CTS

R210k

R310k

R410kR510k

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN47

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI 16

RC2/CCP1 17

RC3 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37


RB0/INT 33



RC5 24RC4 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U?

PIC16F871

D2

CLK3

STB1

OE15

Q0 4

Q1 5

Q2 6

Q3 7

Q4 14

Q5 13

Q6 12

Q7 11

QS 9

QS 10

U?

4094

1B1

2B2

3B3

4B4

5B5

6B6

7B7

8B8

1C 18

2C 17

3C 16

4C 15

5C 14

6C 13

7C 12

8C 11

COM 10U?

ULN2824

SCK2

SI3

CS1

PA0 5

PW0 6

PB0 7

U?

MCP41010

SCK2

SI3

CS1

PA0 5

PW0 6

PB0 7

U?

MCP41010

+88.8Volts

+88.8Volts

B?12V

6

5

4

1

2

U?

OPTOCOUPLER-NPN

R?0.5k

ENTRADA DIGITAL

23456789

1RP?

RESPACK-8

SALIDAS DIGITALES

SALIDA ANALOGICA 1

SALIDA ANALOGICA 2

ENTRADAS DIGITALES

RXD

RTS

TXD

CTS

R?10k

R?10k

R?10kR?10k

25

Fig 3.20. Circuito seguidor de voltaje

Fuente : Autores

Circuito de entrada anloga a la tarjeta de interface.

La salida de este circuito A0, va conectada con el Pin A0 del puerto A que es una

entrada anloga del PIC 16 F871

3.3.3. Salidas Digitales.

La tarjeta de salidas digitales consta del integrado 4094 que es convertidor de serial a

8 bits, y para la parte de las salidas mediante rel, la salida de los 8 bits se conecta al

integrado ULN2004 que es un driver que controla las salidas por rel.

Este driver convierte los datos seriales que le ingresa a travs del pin D a paralelo,

para su respectiva salida en unin con el ULN2004.

EL integrado 4094, se lo control mediante los pines D, CLK, STB, OE que se

describir cada uno a continuacin:

D es el dato serial que enva el PIC hacia las salidas

CLK es la seal de reloj que habilita cada bit por byte que enva el PIC

STB esta seal habilita al convertidor

OE activa la salida

26

3.3.4. Salidas Anlogas.

Para las dos salidas anlogas, se ha dispuesto de potencimetros digitales para

controlar con precisin los valores de 4 a 20 ma.

Se ha establecido el protocolo SPI entre el PIC y la tarjeta de salidas anlogas, para

habilitar estos potencimetros se enva desde el PIC dos bytes una de direccin 11H

y un byte de datos 8 bits . Estos potencimetros digitales son los MCP41010, son

elementos de 8 pines y su funcin es la de convertir datos seriales en una seal

anloga que dependiendo de su conexin en conjunto con un circuito amplificador

que se ha diseado para esta tesis, enviara una seal anloga que variar de 4 20

ma.

El microcontrolador controla al potencimetro por los pines E1 que es la seal de

reloj SCK, E0 que son los datos que recibe el potencimetro digital en SI y C1, C2

independientemente que son los habilitadores para Cs

Circuito bsico junto con amplificador operacional que al cambiar los valores de las

resistencias R1 y R2 su valor de salida cambiar.

Arquitectura de MCP41010 pines de conexin.

Fig 3.22. Diagrama de pines del potencimetro digital


27

Indicaremos la descripcin de los pines del potencimetro digital a continuacin:

PA0, PA1.- conexin A del potencimetro digital

PB0, PB1.- conexin B del potencimetro digital

PW0.- conexin salida del potencimetro

Chip Select (CS).- selecciona el puerto SPI del integrado y es usado para ejecutar un

nuevo comando despus de que este a sido cargado en el registro

Serial Clock (CK).- es usado como reloj en los registros de datos

Serial data Input (SI).- este es el puerto serial de datos de entrada.

Serial Data Output (SO).- puerto serial de datos de salida

Reset (RS).- pin de reinizializacin, este pin pondr todos los potencimetros a

media escala si este pin se pone en bajo por lo menos en 50 ns.

Cuadro donde se indica los pines de configuracin tanto de entrada y salida.

Fig 3.23. Pines de configuracin del potencimetro digital Fuente :Data Sheet Microchip PIC16F87X

Es importante saber el valor de resistencias que se debe aplicar, a continuacin se

indicar una tabla donde se calculan los valores antes mencionados

28

Se vera el diagrama del circuito para las salidas anlogas, las cuales constan de un

OPAMP, y a la salida del operacional se conecta a la base de un transistor PNP, para

as lograr una salida en corriente en el orden de miliamperios. El potencimetro

digital se encarga de fijar los valores de nivel segn lo requerido en el sistema.

29

Fig 3.25. Circuito de salida anloga Fuente :Autores

En la tarjeta de interface se ha establecido que tanto C1 y C0 sean los habilitadores

para escoger las salidas anlogas que se desee utilizar. Se muestra a continuacin una

tabla en la que se indica las seales a travs del tiempo de los pines de datos y reloj

para el MCP41010.

Cabe anotar que el protocolo de comunicacin que se establece entre el PIC y el

potencimetro digital es SPI.

Fig 3.26. Trama de datos seriales hacia el potencimetro digital

Fuente :Autores

30

Se explica que CS est en un nivel bajo, desde un alto y pasa a un bajo se habilita el

potencimetro para que convierta los datos digitales a anlogos, en ese momento los

datos que se desean convertir deben ir en sincronizacin con la seal SCK (reloj).

Tcnicamente tiene un rango de 0 255 como dato que representa de 0 -12Voltios.

3.4 PROTOCOLO DE COMUNICACIN.

Hemos establecido el protocolo RS232 de comunicacin entre la computadora donde

se encuentra instalado el programa de instrumentacin virtual y la tarjeta de

comunicacin que esta controlada por el PIC 16F871.

La tarjeta de comunicacin es un solo cuerpo de adquisicin de datos tanto digitales

como anlogos, es una tarjeta electrnica que transforma estos datos y los convierte

en datos seriales que los envan a la computadora para su proceso correspondiente.

3.4.1. Caractersticas de la tarjeta como elemento electrnico La tarjeta electrnica transforma datos tanto digitales como anlogos y los convierte

en datos seriales que los envan a la computadora para su proceso correspondiente.

La tarjeta puede ser acoplada con otro sistema de instrumentacin ya sea LabVIew,

PLC.

La tarjeta electrnica se subdivide en diferentes tarjetas para su mejor rendimiento y

confiabilidad, ya que si una de las partes que conforman la tarjeta esta defectuosa no

seria problema remplazarla por otra de igual caracterstica. Es por ende de su

versatilidad y seguridad en cuanto a que el proceso que se este realizando no se

detendr.

Para su mejor funcionamiento se ha dividido en:

Tarjeta central (ubicada PIC 16F871)

Tarjeta de entradas digitales

Tarjeta de salidas digitales

Tarjeta de entradas anloga 1

Tarjeta de entrada anloga 2

Tarjeta de salida anloga 1

Tarjeta de salida anloga 2

31

Fig 3.26. DIAGRAMA DE BLOQUES TARJETA DE INTERFASE

3.4.1.1 TARJETA PRINCIPAL ( CONTROLADOR PIC )

Fig 3.27. Diagrama esquemtico de tarjeta principal Fuente :Autores

32

La tarjeta principal de interface consta principalmente de un controlador PIC

16F871, que es el encargado del manejo y procesamiento de datos dentro de la

misma.

El manejo de informacin entre el computador y la tarjeta se lo realiza mediante

protocolo RS-232 (comunicacin serial).

La forma de cmo la tarjeta principal se comunica con la PC va RS-232, lo realiza

mediante un integrado llamado MAX 232, que es el encargado de normalizar el

nivel de voltaje que sea manejable para el PIC. Normalmente los niveles de voltajes

que maneja el protocolo RS-232 son de +12 V y 12V. Significa que en el

protocolo RS-232 un 0 representa +12V y un 1 representa -12V.

Este integrado realiza la conversin de voltaje para que el PIC pueda recibir esa seal

en los niveles de voltaje que maneja que son de 0V y 5V

La alimentacin en el socket de la tarjeta es de +5V , +12V, -12V y Gnd.

Fig 3.28. Comunicacin del PIC con el MAX 232 Fuente: Autores

El PIC utilizado para el control de datos posee 5 puertos aplicables A;B;C;D y E. La

configuracin de cada puerto est acorde a las necesidades requeridas por el usuario.

Puerto A: Esta configurado para las entradas analgicas 3 canales de 4-20 mA

(Pin 3)

Puerto B: Est configurado para la emisin y recepcin de datos (RB0 Rx y RB1

Tx).

33

Puerto C: Esta configurado para habilitar tanto las salidas digitales como salidas

anlogas

C0, habilita salidas digitales

C1, habilita salida analgica 1

C2, habilita salida analgica 2

Puerto D: Est configurado para el ingreso de entradas digitales D0 hasta D7.

Puerto E: Est configurado para el envo de datos serial (E0) y seal de reloj ( E1 ).

3.4.1.2. TARJETA DE ENTRADAS DIGITALES

Fig 3.29. Circuito esquemtico de pistas Entradas Digitales Fuente: Autores

Esta tarjeta permite el ingreso de seales puntuales, internamente est configurada

para que solo puedan ser utilizados los contactos de los actuadores y de esta forma

llegar el voltaje requerido hacia el PIC ( 5V ) .

Esta tarjeta consta de 16 borneras en las cuales sern colocados los terminales de los

elementos medidos .Las entradas se encuentran aisladas por medio de Opto-

acopladores, para evitar daos a la tarjeta por alguna seal errnea ingresada hacia la

misma.

34

RXTXB2

D4D5D6

E0E1

C0C1C2C3

D0D1D2D3

D7

ADC1ADC2 RA0/AN0

2

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN47

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI 16

RC2/CCP1 17

RC3 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37


RB0/INT 33



RC5 24RC4 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F871

Fig 3.30. Configuracin de entradas digitales en Puerto A

Fuente: Autores

Dentro del PIC, las entradas digitales estn configuradas en el Puerto D, que va

desde D0 hasta D7 (1 Byte). El manejo de estos datos dentro del PIC se lo realiza por

medio del Protocolo RS-232.

Estas entradas estn conectadas a una regleta de resistencias, para obtener a la

entradas del puerto resistencias Pull Up (cero lgico para el PIC).

D0D1D2D3D4D5D6D7

23456789

1RP1

RESPACK-8

Fig 3.31. Resistencias Pull Up Fuente: Autores

35

3.4.1.3. TARJETA DE SALIDAS DIGITALES

Fig 3.32. Circuito esquemtico de pistas Salidas digitales Fuente: Autores

Fig 3.33. Trama de bits de salida de datos digitales Fuente: Autores

36

Esta tarjeta realiza la salida de datos de manera individual (bit) o enviando el byte de

datos, dependiendo la configuracin con la que se la determine. La salida de datos en

esta tarjeta es realizada mediante protocolo SPI, que es una configuracin muy

parecida a la del I2C, con la nica diferencia que no existe pin de envo y recepcin

de datos, sino que solo enva el dato. Se utiliza un integrado 4094 que espera todos

los datos seriales y lo transforma en un byte, adems se utiliza un driver ULN2824

que habilita las salidas de los Rels.

3.4.1.4. TARJETA DE ENTRADAS ANALOGICAS

Fig 3.34. Circuito esquemtico de pistas Entradas Anlogas Fuente: Autores

Esta tarjeta permite el ingreso de corriente de 4-20 mA proveniente de fuente

e

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