Motor a pasos PDF

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CAPITULO 1. Introducción ................................................................................................... 3 1.1 Resumen ....................................................................................................................... 3 1.2.- Antecedentes .......................

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CAPITULO 1. Introducción ................................................................................................... 3 1.1 Resumen ....................................................................................................................... 3 1.2.- Antecedentes .............................................................................................................. 4 1.2.1.- Componentes de un ascensor .............................................................................. 5 1.2.2.- Funcionamiento ................................................................................................... 9 1.3 Justificación ................................................................................................................ 10 1.4 Objetivos..................................................................................................................... 11 CAPITULO 2. Características de los motores de paso ........................................................ 12 2.1 Introducción ................................................................................................................ 12 2.1.1 Interacción de los Campos Flexibles ................................................................... 13 2.1.2 Aspectos constructivos ........................................................................................ 13 2.1.3 Características Mecánicas.................................................................................... 17 2.1.4 Características desfavorables de los motores pasó a paso. .................................. 18 2.1.5 Formas de Alimentación ...................................................................................... 20 2.2 Manual para el uso de un motor de pasos. .................................................................. 21 2.2.1 Principio de funcionamiento................................................................................ 22 2.2.2 Secuencias para manejar motores paso a paso Bipolares .................................... 25 2.2.3 Secuencias para manejar motores paso a paso Unipolares .................................. 26 2.2.4 Una referencia importante ................................................................................... 29 2.2.5 Identificando los cables en Motores P-P Bipolares ............................................. 31 CAPITULO 3. Características del Sistema de Control ........................................................ 32 3.1 Tableros de control ..................................................................................................... 32 3.1.1 Tablero de control interno ........................................................................... 32 3.1.2 Tablero de control externo.................................................................................. 34 3.1.3 Tablero de control de mantenimiento .................................................................. 35 3.2 Sensores de control .................................................................................................... 37 3.3 Funcionamiento que se desea que tenga el elevador ............................................ 37 CAPITULO 4. Circuitería y diseño electrónico ................................................................... 39 4.1 PLC S7-200 .......................................................................................................... 40 4.2 Etapa de Potencia........................................................................................................ 42 4.2.1 L297 .............................................................................................................. 42 4.2.2 IRFZ44N ....................................................................................................... 44 4.2.3 74LS47 ......................................................................................................... 45 4.2.4 LM324 .......................................................................................................... 46 4.2.5 MRD300 ....................................................................................................... 47 4.2.6 H21B1........................................................................................................... 47 4.3 Fuentes de Voltaje ...................................................................................................... 48 4.3.1 Transformador ..................................................................................................... 49 4.3.2 Puente de diodos rectificadores ........................................................................... 49 4.3.3 Reguladores de voltaje......................................................................................... 50 CAPITULO 5. Programación ............................................................................................... 51 5.1 Diagrama de Flujo ...................................................................................................... 52 5.2 Tablas ......................................................................................................................... 53 5.2.1 Temporizadores ................................................................................................... 53 5.2.2 Contadores ........................................................................................................... 55 5.2.3 Marcas ................................................................................................................. 58 5.2.4 Localidades de Memoria ..................................................................................... 59

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5.3 Programa..................................................................................................................... 59 5.3.1 Inicio del programa .............................................................................................. 60 5.3.2 Almacenamiento en las localidades de Memoria ................................................ 61 5.3.3 Lógica con los pisos intermedios......................................................................... 62 5.3.4 Señales a los Motores .......................................................................................... 64 Conclusiones......................................................................................................................... 67 Apéndice A: Hojas de datos ................................................................................................. 69 Bibliografía ........................................................................................................................... 77

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CAPITULO 1. Introducción

1.1 Resumen Conforme la sociedad ha ido creciendo y desarrollándose ha descubierto que una de las cosas mas importantes es la comodidad con el consiguiente ahorro de tiempo y esfuerzo, por eso el invento de los elevadores, mecanismos encargados de transportar personas y no solo el ahorro de que las personas caminen,

si no también en lo indispensable de

transportar personas incapacitadas, sobre todo en lugares en los que estas personas se encuentran solas.

Aunque el sistema desarrollado en ésta tesis no tiene mucho de innovador, se decidió trabajar sobre él porque requiere subsistemas tanto mecánicos como eléctricos y electrónicos, lo cual representó un reto que enriquece nuestra formación profesional. Cabe señalar que la parte de la programación tuvo mínimas complicaciones gracias a lo sencillo que es de manejar el programa V3.1 STEP 7 MicroWIN SP2 y lo eficaz del PLC S7-200.

El modo de controlar los motores y de poder tener la lectura de donde se encontraba el elevador fue obtenido de trabajos anteriores de la universidad, otro de los motivos por el cual se decidió utilizar los motores de pasos y no uno de corriente directa que nos demandaba diseñar un controlador PID.

Por último debido al hecho de que en el PLC entre más largo sea el programa más lenta es su forma de transmisión de datos, se decidió utilizar una frecuencia externa para tener una mayor eficiencia en el movimiento de cajón del elevador.

Los ascensores o elevadores empezaron como simples cuerdas o cadenas a modo de montacargas. Un ascensor es básicamente una plataforma que es empujada o jalada por medios mecánicos. La estructura física de un elevador para transportar personas consta de una cabina, que se desliza por unas guías muy parecidas a los rieles de trenes, colgada por unos cables de una polea superior y equilibrada con un contrapeso. Se mueve con un motor eléctrico.

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Capitulo 1. Introducción

La cabina del elevador debe ser diseñada, en tamaño, de modo que no quepan en ella más personas de aquéllas cuyo peso es capaz de mover.

1.2.- Antecedentes El primer ascensor fue desarrollado por Arquímedes en el año 236 a.C., que funcionaba con cuerdas y poleas. Para acceder al Monasterio de San Barlaam, en Grecia, construido sobre altas cumbres, se usaron montacargas para uso de personas y suministros, donde la fuerza motriz era provista aún por los hombres. A pesar de que las grúas y ascensores primitivos, accionados con energía humana y animal o con norias de agua, el ascensor moderno es en gran parte un producto del siglo XIX. La mayoría de los elevadores del siglo XIX eran accionados por una máquina de vapor, ya fuera directamente o a través de algún tipo de tracción hidráulica.

En 1835 se utilizó el ascensor movido por una máquina a vapor para levantar cargas en una fábrica de Inglaterra. Diez años más tarde, William Thompson diseñó el primer ascensor hidráulico, que utilizaba la presión del agua corriente.

En el año de 1853, Elisha Graves Otis, construyó un montacargas dotado de un dispositivo de seguridad tal que al cortarse el cable de tracción, la cabina quedaba detenida. Su invento fue presentado en la Feria del Palacio de Cristal de Nueva York y ganó la confianza del público al permitir que cortaran intencionalmente el cable del montacargas con el Sr. Otis en su interior (figura 1.1). Este fue el principio del transporte de personas. En 1857, Otis instaló el primer ascensor para pasajeros del mundo, en una tienda de Nueva York, movido por una máquina de vapor a una velocidad de 0,2 m/seg.

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Capitulo 1. Introducción

En la figura 1.2 se muestra la patente del elevador de Elisha Otis.

Figura 1.1 Primer Elevador con freno

Figura 1.2 Diagrama de la patente

1.2.1.- Componentes de un ascensor Los principales componentes de un ascensor son: Caja: es el recinto o espacio que en un edificio o estructura, se destina para emplazar el ascensor. También se lo denomina hueco o pasadizo. (figura 1.3) Cuarto de Máquinas: es el local destinado a alojar la maquinaria motriz, tableros y demás implementos que gobiernan el funcionamiento de un ascensor. (figura 1.4) Coche: conjunto formado por el bastidor, la cabina, plataforma y accesorios que se desliza sobre las guías principales (figura1.5).

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Capitulo 1. Introducción

Figura 1.3. Diagrama de la caja o hueco.

Figura 1.4 Diagrama del cuarto de Máquinas

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Capitulo 1. Introducción

El Cuarto de Máquinas será construido con materiales no combustibles y el lado mínimo no será inferior a 2,20 m. La ventilación será natural y permanente ya sea por vanos laterales colocados en zonas opuestas o vano lateral y cenital (claraboya). Al frente y atrás del tablero de maniobras, el ancho mínimo de paso es 0,70 m. En la figura 1.5 se muestra el corte de elevación y las diferentes medidas que se tienen entre cada piso y también todo lo que debe llevar en si.

Figura 1.5 Diagrama General

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Capitulo 1. Introducción

También se deben tener otros componentes existentes como lo son las puertas externa (de rellano) e interna (de cabina). Existen distintos tipos de puertas. La más tradicional, la de "tijera", prohibida para el rellano a partir del año 1972, es aún vista en muchos edificios. Por tal razón es aquí más necesario el uso de la pantalla de defensa en el coche o guardapiés pues su misión es justamente proteger el pie de las personas, especialmente el de los niños que por imprudencia o descuido atraviesan sus miembros inferiores por las puertas de rellano. La separación entre puertas enfrentadas de cabina y de rellano no será mayor que 0,15 m. La violación a esta norma ha dado origen a muchos accidentes fatales como consecuencia de imprudencia de jóvenes que han encontrado en ese reducto un lugar apropiado para jugar a las escondidas sin medir las consecuencias que al cerrar las puertas, el ascensor se pone en marcha al llamado de cualquier piso. Las puertas, tanto de de rellano como de la cabina, pueden ser de varias secciones. Las más comunes y tradicionales se muestran en la figura 1.6.

Figura 1.6 Puertas de rellano y cabina

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Capitulo 1. Introducción

Existen otro componente no menos importante que los demás,

como lo son los

operadores de control, los cuales son: 





Operador Interno Operador Externo Operador de Cabezal Operador interno o botonera interna es aquella que se encuentra situada dentro de la

cabina y es capaz de recibir una o más peticiones a la vez. En ella se encuentran botones como el número de piso, parada de emergencia, entre otros. Operador externo es el par de botones que se encuentran en cada piso. Operador de cabezal es aquel al que sólo tiene acceso el personal de mantenimiento y tiene la característica de poder provocar un paro general, ya sea para reparación, mantenimiento u en algún tipo de emergencia.

1.2.2.- Funcionamiento Un ascensor moderno consiste en una cabina sujeta por una armadura ó chasis que se mueve verticalmente (o casi verticalmente) por un hueco dispuesto dentro o en la parte exterior de un edificio y movido por un motor, que antiguamente fue de vapor. El elevador deberá tener los siguientes requisitos para tener un buen desempeño o funcionamiento: • El elevador cuenta con un sistema de control electrónico que gobierna el funcionamiento general del equipo atendiendo a normas de seguridad. • La cabina se pondrá en marcha sólo si las puertas se encuentran perfectamente cerradas y trabadas y la tecla de PARADA DE EMERGENCIA en posición desactivada.

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Capitulo 1. Introducción

• El controlador interrumpe automáticamente cualquier maniobra que no pueda ser ejecutada en un tiempo predeterminado. • Para utilizar el elevador, presione el Pulsador externo de LLAMADA. • Si la cabina se encuentra a nivel del piso desde donde se ejecuta la llamada, el pulsador de LLAMADA estará apagado indicando que se encuentra en condiciones de servicio. • Si la cabina no se encuentra a nivel de piso desde donde se ejecuta la llamada, la luz roja del pulsador estará encendida. La cabina acudirá al piso de llamada y la luz roja del pulsador se apagará indicando que puede proceder a abrir la puerta y hacer uso del elevador. • Presionando el Pulsador interno de MARCHA la cabina se pondrá en movimiento y se detendrá al finalizar la orden indicada. Para abandonar el elevador empuje la puerta hacia afuera.

1.3 Justificación Gran parte por la que se decidió elaborar este proyecto, es el hecho de buscar una aplicación que requiera del mayor numero de entradas, salidas, memorias, contadores, etc. del PLC, esto para ver el desarrollo práctico y la eficiencia que tiene el PLC S7-200.

El elevador se acomodó de la forma adecuada a la demanda que buscábamos obtener del PLC. Se sabe que la lógica de programación de un elevador es muy compleja, ese es uno de los motivos por el cual se decidió utilizar el lenguaje KOP (escalera) del PLC, puesto que se nos facilitaba más el manejo de éste lenguaje. Otro de los motivos por el cual se decide utilizar el PLC S7-200 y no otros sistemas de controladores es porque requiere, poca etapa de potencia para el control de dispositivos externos, puesto que el propio PLC soporta corrientes de hasta 1 ampere en salidas con relevador y si son salidas con transistor soporta hasta 0.3 amperes; en cuanto a niveles de voltaje puede manejar salidas de 30 volts

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Capitulo 1. Introducción

c.d. y hasta 240 volts en c.a., con esto se reduce de manera importante la parte de la circuitería externa para la elaboración del elevador.

Es importante señalar que uno de nuestras motivaciones principales es el hecho de desarrollar un sistema de uso común en el mundo como lo es el elevador, teniendo en cuenta que la lógica que maneja es elaborada por nuestro criterio, respetándose claramente los sistemas que ya se conocen en los diseños de elevadores, pero no con el comportamiento exacto, porque creemos que no hay dos elevadores de diferentes empresas que lleven la misma lógica. Ya obteniendo el resultado que se quería, fue de gran motivación para nosotros el hecho de haber implementado el control de un elevador, lo que consideramos un punto muy importante en nuestro currículo tanto personal como laboral.

1.4 Objetivos 1

Diseñar y construir un elevador en base a la programación KOP del PLC S7-200.

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Diseñar la circuitería adecuada para que la interfase entre el PLC y el elevador permita el intercambio de información entre ambos.

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Diseñar el control de movimiento de un elevador.

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Utilizar el PLC S7-200 como enlace entre la computadora y el elevador.

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Programar el control del elevador para que sea capaz de atender las instrucciones de servicio que sean requeridas, tener la capacidad de poder ofrecer lo que es más cómodo para el usuario tanto en tiempo como en selección de pisos y tener un panel de fácil manejo para el mantenimiento que el elevador requiera durante su vida de uso.

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Capitulo 2. Características de los motores de paso

CAPITULO 2. Características de los motores de paso 2.1 Introducción En muchas ocasiones se hace necesario convertir una energía eléctrica en otra mecánica; cuando dicha energía mecánica se requiere en forma rotacional, un motor es el elemento ideal para tal conversión.

Cuando se requiere un control preciso de la trayectoria a seguir por la mano o herramienta de un robot manipulador, es más sencillo y económico usar motores paso a paso que servomotores de c.c. con realimentación. Se obtienen una elevada exactitud y una muy buena regulación de la velocidad, aunque su mayor inconveniente es su no muy elevada velocidad angular o de giro.

Sus principales aplicaciones se pueden encontrar en robótica, tecnología aeroespacial, gobierno de discos duros y flexibles en sistemas informáticos, manipulación y posicionamiento de piezas y herramientas en general.

El motor de paso a paso es un elemento capaz de transformar pulsos eléctricos (información digital) en movimientos mecánicos. El eje del motor gira un determinado ángulo por cada impulso de entrada. El resultado de este movimiento, fijo y repetible, es un posicionamiento preciso y fiable.

Un motor de paso a paso puede girar, en ambos sentidos, un número exacto de grados, con incrementos mínimos determinados por el diseño.

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Capitulo 2. Características de los motores de paso

2.1.1 Interacción de los Campos Flexibles El principio de funcionamiento de los motores de paso a paso es muy sencillo. Se basa en las fuerzas de atracción y repulsión ejercidas entre polos magnéticos.

Teniendo en cuenta que los polos magnéticos del mismo signo se repelen, si los bobinados del estator 1, se alimentan de tal manera que éste se comporta como un polo norte y el estator 2 como un polo sur, el rotor imantado (imán permanente), si es giratorio, se mueve hasta alcanzar la posición de equilibrio magnético, como se muestra en la figura 2.1.

Figura 2.1. Polaridad de los bobinados