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Servicio Nacional de Aprendizaje – SENA

REGIONAL NORTE DE SANTANDER CENTRO de la industria, la empresa y de servicios

Implementación De Un Arrancador Directo Con

Enclavamiento, Mediante El Uso De Microcontroladores

(PIC 18F2550)

Fecha:

Septiembre de 2010

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Abstract: The project consists of the

operation of an three-phase motor, by

means of an across-the-line starter with

look, through an interface and control system of power, which allows an excellent

performance me in the work, that this

machine carries out.

INTRODUCCION

Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor parte de los aparatos que fabricaremos y usamos los humanos.

Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.

Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes.

El trabajo consiste, en realizar una Arrancador Directo Con Enclavamiento, mediante el uso de microcontroladores, en el cual se lee y escribe, mediante de un software llamado Pickit 2v2 50 y cuyo código se realiza en lenguaje c, a través de un programa llamado PIC C COMPILER, se dará una breve explicación sobre estos, además de emplear una interfaz de potencia que permite el correcto funcionamiento de este proyecto.

OBJETIVOS

GENERAL

Desarrollar un sistema de control y una interfaz de potencia, para el arranque de un motor trifásico, empleando el microcontrolador PIC 18F2550 y dispositivos semiconductores como lo son el TRIAC y el SCR, que permita la respectiva activación y desactivación del mismo. ESPECIFICOS 1. Realizar un programa empleando Lenguaje c en el compilador PIC C, que permita codificar el dato proporcionado por el pulsador, adaptándolos a las características de los puertos de entrada de el microcontrolador. 2. Analizar e interpretar el comportamiento de los dispositivos semiconductores (SCR y TRIAC). 3. Realizar un circuito de hardware que permita la interconexión de los datos obtenidos a la salida del PIC ,con la respectiva maquina que se desea poner en funcionamiento. 4. Implementación de un arrancador directo como la aplicación del sistema de control de un motor trifásico. MARCO TEORICO Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito integrado. Son diseñados para disminuir el coste económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy

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pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requiere de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o mas Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil. El esquema de un microcontrolador, se representa en la figura 1(ver anexo). El microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. La idea es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los módulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de información. Otro elemento empleado fue el optocoplador:

Un optoacoplador ( ver anexo figura 2), también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotoreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles.

Otro elemento empleado fue el swiche: Un swiche ( ver anexo figura 3), es un dispositivo utilizado para desviar o

interrumpir el curso de una corriente eléctrica. También es importante hablar de los dispositivos semiconductores, ya que son elementos indispensables en el proyecto.

Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna (ver anexo figura 4), es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.

Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en antiparalelo.

Un rectificador controlado de silicio (SCR) es un dispositivo de tres terminales usado para controlar corrientes más bien altas para una carga. El símbolo esquemático del SCR se presenta en la figura 5(ver anexo).

Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando esta encendido (ON), hay una trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa entonces como un interruptor cerrado. Cuando esta apagado (OFF), no puede haber flujo de corriente del ánodo al cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto. Dado que es un dispositivo de estado só1ido, la acción de conmutación de un SCR es muy rápida.

El flujo de corriente promedio para una carga puede ser controlado colocando un SCR en serie con la carga. Este arreglo es presentado en la figura 5(ver anexo). La alimentaci6n de voltaje es comúnmente una fuente de 60-Hz de ca, pero puede ser de cd en circuitos especiales.

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Además de trabajar con dispositivos como los anteriormente mencionados, se manejaron programas como proteus, PIC Compiler y PICkit 2 v2.50. ISIS PROTEUS es un potente programa de diseño electrónico que permite realizar esquemas que pueden ser simulados en el entorno VSM. Posee una muy buena colección de librerías de modelo tanto para dibujar y simular. El programa ISIS posee un entorno de trabajo (ver anexos figura 6), formado por distintas barras de herramientas y ventanas de trabajo. La característica mas importante de proteus vsm, es la capacidad de depurar programas fuentes de distintos lenguajes de programación como Intel Hex (Hex), Una vez cargado el microcontrolador con el programa fuente, se puede proceder a la simulación del circuito empleando la barra de simulación (ver anexo figura 7). PIC COMPILER ha sido desarrollado especialmente para PIC Mcu, obteniendo la máxima optimización del compilador con estos dispositivos. Dispone de una amplia librería de funciones predefinidas, comandos de preprocesado y ejemplos. Un compilador convierte en lenguaje de alto nivel en instrucciones a código maquina. Los programas son editados y compilados a instrucciones maquina al sistema PIC mediante el IC2(o mediante cualquier programador) y puede ser depurado (puntos de ruptura, paso a paso, etc), desde el entorno de trabajo del PC. El CCS C suministra un editor en el cual, permite controlar la sintaxis del programa (ver anexo figura 8). PICkit , es un programa que permite, leer o escribir y borrar datos en sistema hexadecimal, en un microcontrolador, el cual es muy importante a la horade realizar la implementación de este trabajo. El PICkit suministra un editor en el cual, permite observar el programa que este leyendo, escribiendo o borrando, además de verificar cada una de estas acciones. (Ver anexo figura 9).

EJECUCION El proyecto consiste en la implementación de un Arrancador electrónico con enclavamiento la cuál se puede acceder mediante un pulso que será introducido por medio de un swiche normalmente abierto, a la unidad de control conformada por el microcontrolador pic 18F2550. Esta unidad de control será la encargada de recibir la señal proporcionada por el pulsador, mediante una interfaz de potencia, que es la que se encarga de recibir la señal, permitiendo la activación o desactivación del motor. Si la señal que se envía en la entrada del microcontrolador es un cero, en la salida se obtendrá un 1 lógico, que permite activar el optoacoplador (ver anexo figura 10), posteriormente se habilita el triac , admitiendo que las fases lleguen al motor y se alimenten sus respectivas bobinas, las cuales son las encargadas de colocar en funcionamiento esta maquina, además una vez el motor ya este en funcionamiento, se cuenta con un sistema de enclavamiento (ver anexo figura 11), que después de recibir la primera señal de activación, permite que el motor quede funcionando continuamente, hasta que se deshabilite a través un pulsador normalmente cerrado que desactiva el sitema de enclavamiento, en caso contrario no se activa por que habría un cero lógico en la salida y esto no permite que se polarice el diodo interno del optoacoplador ,y a la vez las fases no van a alimentar las bobinas del motor(ver anexo figura 12). Para la implementacion de este proyecto, lo primero que se realizo, fue la elaboración del código en CCS C, como se puede ver en anexos, en donde se especifica línea a línea, como se esta ejecutando el programa. Una vez ya compilado el programa y que no presente ningún error como se muestra en la figura 13(ver anexo), se puede proceder a realizar la simulación.

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Una vez ya verificado su funcionamiento en la simulación, se procede a realizar el montaje en la protoboard, para verificar que el funcionamiento sea igual, y de esta manera poder luego realizar su respectiva implementación, en la váquela. Para realizar toda su respectiva instalación del circuito en la váquela se debe seguir unos procedimientos, como son:

• Diseño del circuito en Ares proteus, Eagle o cualquier otro programa.

• Impresión del circuito integrado ya sea en Acetato, papel fotográfico u otro material.

• Planchado o Screen dependiendo del papel empleado, para nuestro caso 30 minutos de plancha sobre el acetato en la váquela.

• Colocar en un recipiente con poco agua y luego agregar el acido, y empezar a mover la vasija para qué suelte el cobre y quede finalmente el circuito que se va a emplear.

• Luego de esto, se procede a abrir los huecos en la váquela con un moto tull.

• Después, de haber |realizado l a soldar cada uno de los componentes en la váquela.

*Por ultimo se proceden a realizar las pruebas para verificar el correcto funcionamiento del circuito (ver anexo figura 14). Lo más importante de este proyecto es la aplicación que puede tener, y las modificaciones que aun se le puede hacer para poder mejorar cada vez mas nuestro proyecto. CONCLUSIONES

El microcontrolador 18f2550 es un dispositivo que nos limita el oscilador ya que su correcto funcionamiento lo realiza a una frecuencia de oscilación de 8Mhz.

El optocoplador es un dispositivo muy importante, por que nos permite aislar la parte de control con la parte de potencia,

evitando que el sistema de control se pueda ver afectado por una falla en el circuito de potencia.

Los dispositivos semiconductores de potencia, son muy primordiales en la ejecución de este proyecto, pues son ellos los que conforman ponen en funcionamiento la interfaz de potencia, para el arranque de un motor trifásico con enclavamiento.

El arrancador directo con enclavamiento, es un proyecto que tiene muchas aplicaciones, solo se debe diseñar un hardware o software de acuerdo a la necesidad del cliente.

TRABAJOS FUTUROS Realizar una mejora al programa, de tal manera que el usuario pueda hacer cambio de velocidad y el tiempo conforme a la necesidad del cliente. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

• http://microcontroladores-e.galeon.com/

• http://es.wikipedia.org/wiki/Optoacoplador

• http://www.unicrom.com/Tut_triac.a

sp

• http://proton.ucting.udg.mx/temas/circuitos/omar/Omar.htm

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ANEXOS

Figura 1: Esquema De Un Microcontrolador Figura 2: Esquema De Optodarlington

Figura 3: Esquema De Swiche

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Figura 4: Esquema De un Triac

Figura 5: Flujo De Corriente Promedio Para Una Carg a

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Figura 6: El Entorno De Trabajo Del Programa ISIS

Figura 7: Barra De Simulación

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Figura 8: El Entorno De Trabajo Del Programa CCS C

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Figura 9: El Entorno De Trabajo Del Programa PICkit 2 v2.50

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Figura 10: Activación De La Señal De Salida Y Del S istema Enclavamiento

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Figura 11: Desactivación De La Señal De Salida Y A ctivación Del Sistema Enclavamiento

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Figura 12: Desactivación De La Señal De Salida Y De l Sistema Enclavamiento

Figura 13: Compilación Del Programa En CCS C

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Figura 14: Esquema Circuital De Un Arrancador Directo Con Enclavamiento