4. cepillos de lavado principal
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Universidad Tecnológica Nacional Teoría de control Trabajo Práctico Pasaje de Lavado Automático de Vehículos 2do cuatrimestre – Año 2008 Jefe de Cátedra: Ing. Rubén Fusario Profesor : Ing. Raúl Gardella Legajo 118426-0 109444-0 118111-7 Apellido y Nombre Ariosti Maximiliano Salvador, Andrés Renzulli Demian Fecha de entrega pautada: Fecha de entrega efectiva: Correo Electrónico [email protected] [email protected] [email protected] 14/11/08 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Índice Índice...................................................................................................................................................................2 Introducción: ........................................................................................................................................................3 Objetivo: ..............................................................................................................................................................4 Desarrollo de la Propuesta: ....................................................................................................................................5 1. ENTRADA .................................................................................................................................................5 2. PRETRATAMIENTO ....................................................................................................................................5 3. MÓDULOS DE CEPILLOS ............................................................................................................................6 4. CEPILLOS DE LAVADO PRINCIPAL .............................................................................................................6 5. SECADO ...................................................................................................................................................7 6. SALIDA.....................................................................................................................................................7 ESQUEMA DEL PASAJE .......................................................................................................................................8 Diseño de Sensores y Actuadores .......................................................................................................................9 ........................................................................................................................................................................9 Descripción de diseño ...................................................................................................................................... 10 Comparación con la Materia. ................................................................................................................................ 13 Sistema de inyección del agua a presión. .......................................................................................................... 13 Bibliografía: ........................................................................................................................................................ 18 Software utilizado: ........................................................................................................................................... 18 Direcciones de Internet consultadas: ................................................................................................................ 18 Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 2 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Introducción: El modelo de pasaje de lavado representa un tipo sistema de lavado automático de vehículos. Existen dos tipos básicos de sistemas de lavado automático de vehículos; aquellos donde el vehículo se mantiene estático, siendo los elementos de lavado (rodillos, secadores, etc) los que se mueven, y aquellos en los que ocurre al contrario. En este Trabajo práctico se intentará modelar el pasaje de lavado automático en donde los elementos de lavado se encuentran fijos, mientras el vehículo es arrastrado a través de las distintas fases de lavado. La ventaja de estos sistemas es que permiten lavar varios vehículos al mismo tiempo (mientras uno está en la zona de lavado, por ejemplo, otro puede estar en la de secado). Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 3 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Objetivo: Realizar el desarrollo y simulación del sistema de Control para el lavadero de vehículos Hércules de la Compañía Ceccato. El cual es controlado por sensores, con los cuales podremos determinar las acciones a tomar, sabiendo en cada momento el estado de los mismos en todo momento. Además, se intenta relacionar algunos de los conceptos teóricos dictados en la materia con el análisis de dicho dispositivo. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 4 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Desarrollo de la Propuesta: El pasaje de lavado dispone de una botonera, la cual, a través de un interruptor nos permite dar inicio al lavado, como así también otro interruptor para cancelar el mismo. Además posee barrera infrarroja de entrada, rociadores de espuma tricolor en sentido vertical y horizontal, rodillos de lavado y enjugue en ambos sentidos, verticales y horizontales, toberas de secado en ambos sentidos, semáforo tanto en la salida como en la salida del pasaje, luz de funcionamiento, y de una cinta de arrastre de vehículos. Además, dispone de los sensores adecuados para identificar el paso de un vehículo por los distintos elementos, así como de sensores para seguir el perfil del vehículo con el rodillo de lavado Horizontal o el secador. Este modelo consta de un proceso de lavada, el cual se divide en 6 partes que se enumeran y detalla a continuación: 1. ENTRADA Cuando un vehículo se sitúa en la entrada del pasaje, para dar inicio al lavado es necesario que las luces verdes de los semáforos laterales se encuentren encendidas (Fig. 1) y que la rueda delantera izquierda se introduzca en la cadena de arrastre. Esta cadena de arrastre posee que permite el lavado de coches deportivos con spoilers muy bajos o con llantas de poco perfil (Fig. 2). La velocidad de la cadena es variable y se puede ajustar hasta un máximo 120 vehículos/hora. El sistema de cadena está diseñado con módulos de longitudes variables de 0,75 mtrs, 1,5 mtrs ó 3 mtrs. Fig. 2 Fig. 1 2. PRETRATAMIENTO En esta fase de pretratamiento se dispone de 3 barrales de prelavado (2 Horizontales y 1 Vertical) que distribuye un producto químico especial para ablandar la suciedad. Luego de aplicarse dicho producto, el sistema rocía al vehículo con agua a alta presión para remover la suciedad que se encontraba tras la aplicación del químico. Se incluye, además, el lavado del bajo chasis eliminando suciedad provocadas por el barro o otras sustancias. Una vez concluido este paso, el vehículo se encuentra en óptimas condiciones para pasar a la fase de lavado principal. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 5 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Fig. 3 Barral Horizontal de producto químico Fig. 4 Barrales de preenjuague Fig. 5 Lavado de Bajo Chasis 3. MÓDULOS DE CEPILLOS Este módulo consta de cepillos lava llantas (Fig. 6), y cepillos de mediana altura en forma vertical (Fig. 7a 7b). La funcionalidad de los mismos apunta un eficiente lavado de los laterales del automóvil como así también de las partes bajas del mismo (llantas y spoilers) Fig. 6 Lava llantas-Spoilers Fig. 7a Cepillos Medianos Fig. 7b Cepillos Medianos 4. CEPILLOS DE LAVADO PRINCIPAL El paso del vehículo a través del modulo de cepillos de lavado principal es la fase más importante del proceso de lavado. Los cepillos están diseñados para moverse con precisión sobre la superficie exterior de cualquier tipo de vehículo, alcanzando además las partes más difíciles y garantizando una acción eficaz sobre todas las esquinas y ángulos de la carrocería. Esta sección costa de un cepillo horizontal que se ajusta a la altura del automóvil y 4 cepillos verticales, de los cuales 2 son fijos y los restantes pueden ser fijos o deslizantes. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 6 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Fig. 8 5. SECADO Esta anteúltima fase se caracteriza por llevar a cabo la terminación del lavado, o sea el secado mismo. Para poder realizar dicha acción este pasaje consta de una cortina de separación entre esta fase y la anterior de lavado principal y 2 ventiladores fijos para los laterales (Fig. 9) y 1 ventilador Horizontal (Fig. 10) que resigue el perfil del vehículo. Fig. 9 Fig. 10 6. SALIDA Después del proceso de lavado y de secado el vehículo, movido por la cadena de arrastre hacia el final del pasaje, pasa por debajo del arco de salida que mantiene el mismo atractivo diseño que el arco-frontal de entrada. El semáforo ubicado a la salida del pasaje informa al cliente del momento exacto en el que tiene que arrancar y salir de la instalación. Esta sección incorpora dispositivos de seguridad, como por ej. un sistema Anticolisión, el cual detecta cuándo un vehículo posicionado al final de la cadena de arrastre no ha abandonado la instalación parando la cadena para evitar que el vehículo colisione con el que está parado, un dispositivo con actúan como barrera anti-entrada por medio de células fotoeléctricas que detendrán la cadena de arrastre si se intenta entrar en al pasaje en dirección contraria, desde la salida. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 7 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información ESQUEMA DEL PASAJE 6 5 4 3 2 1 Fig Pasaje. COLOR 1 2 3 4 5 6 Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos SECCION ENTRADA PRETRATAMIENTO MÓDULOS DE CEPILLOS CEPILLO PRINCIPAL SECADO SALIDA Pagina 8 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Diseño de Sensores y Actuadores Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 9 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Descripción de diseño A continuación se describen el modo de operación de los elementos previamente mencionados y su funcionalidad. Motores Todos los motores disponen de dos señales de control que lo permiten controlar, una la dirección de giro (DI) y la otra es la habilitación del motor (EN). La siguiente tabla resume la funcionalidad de estas señales. Señal EN DI Descripción Habilitar Dirección de Giro Si ‘1’ Motor ON Giro Derecha Si ‘0’ Motor OFF Giro Izquierda La funcionalidad de los motores es la siguiente: Motor M1: Permite abrir encender la cadena de arrastre. La dirección de giro es hacia la derecha. Existe un sensor (S1) que permite identificar cuándo el vehículo ingresa al pasaje y un microinterruptor (SW1), que genera un pulso para dar arranque al motor e identificar que el vehículo se encuentra posicionado en la cadena de arrastre. Motor M3: Actúa sobre los rodillos lava ruedas. No será necesario controlar su dirección de giro, sino sólo el encendido o apagado. Motor M4: Actúa sobre los cepillos de media altura verticales. Normalmente no será necesario controlar su dirección de giro, sino sólo el encendido o apagado. La dirección de giro debería fijarse de forma que se oponga al avance del vehículo. Por otra parte, y debido al montaje mecánico, esto hace que los rodillos tiendan a cerrarse sobre el vehículo que, al ir avanzando, fuerza su apertura. Motor M5: Permite el funcionamiento de los cepillos principales verticales. No es necesario controlar su dirección de giro, aunque posiblemente se podría experimentar una combinación de movimientos para determinar si es eficiente el lavado con giros hacia la derecha e izquierda. Es necesario controlar el encendido o apagado de los mismos. Motor M6: Actúa sobre la posición del rodillo horizontal. En este motor sí debe controlarse la dirección de giro, de forma que suba y baje adecuadamente el rodillo horizontal. Un nivel lógico ‘1’ sobre la señal DI de este motor hace que el rodillo suba, mientras que un ‘0’ hace que baje (siempre que esté habilitado, lógicamente). Este motor dispone de sensores, tanto para su tope inferior como para su tope superior. Los sensores están conectados de forma que si se alcanza un tope el motor se detiene automáticamente, y sólo es posible hacerlo funcionar en dirección contraria (en cualquier caso, no debe aprovecharse esta circunstancia para el control del motor). En cuanto a las señales asociadas a este motor, la señal SW8 permite conocer si se ha alcanzado un final de carrera (tanto superior como inferior), mientras que los sensores ópticos S7, S8 y S9 se usarán para seguir el perfil del vehículo (ver la descripción de estas señales más adelante). Motor M7: Este motor actúa sobre el giro del rodillo de lavado horizontal. No es necesario controla su sentido de giro. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 10 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Motor M8: Este motor actúa sobre el ventilador de secado horizontal, permitiéndole que suba y que baje de forma que pueda seguir el perfil del vehículo. En un principio, debería controlarse de forma análoga al motor M6, Para este motor, su tope pueden ser detectados mediante la señal SW6, y su perfil podrá seguirse mediante los sensores ópticos S1O, S11 y S12. Sensores Ópticos Todos los sensores ópticos son de tipo barrera, de forma que detectan cuándo un objeto está interrumpiendo el haz de infrarrojos. Los sensores devuelven (sobre la señal Sxx correspondiente) un nivel lógico ‘1’ cuando el haz no está interrumpido, y un ‘0’ cuando algún objeto interrumpe el haz. A continuación se describe la ubicación y utilidad prevista para cada sensor (ver esquema de la ilustración de diseño). Sensor S1: Este sensor se encuentra a ras de suelo en la zona de entrada, y permitirá detectar cuándo un vehículo se encuentra frente a la barrera. Sensor S2: Este sensor está colocado de forma que permite controlar el paso del vehículo de la fase de pretratamiento al módulo de cepillos. Sensor S3: Este sensor está colocado de forma que permite controlar el paso del vehículo de los cepillos lava llantas al los cepillos de media altura verticales y dar arranque al motor M4. Sensor S4: Se controla el paso del vehículo por el primer par de cepillos verticales del sector principal de lavado. Sensor S5: Se controla el paso del vehículo por el segundo par de cepillos verticales del sector principal de lavado. Sensores S7, S8 y S9: Estos sensores se encuentran en el rodillo de lavado horizontal y están dispuestos de forma que seguir el perfil del vehículo de forma adecuada. Sensor S6: Sensor S10, S11 y S12: Estos sensores se encuentran en el secador, y al igual que los sensores del rodillo de lavado horizontal, permiten seguir el perfil del vehículo para realizar un secado adecuado. Sensor S13: Este sensor se encuentra a ras de suelo en el límite entre la zona de secado y la de salida. Cuando la parte trasera de un vehículo deja de ser detectada por este sensor, eso indica que el vehículo ha quedado libre de la cinta de arrastre (lo normal será utilizar esta condición para indicar, mediante el semáforo de salida, que el vehículo puede abandonar del túnel de lavado). Sensor S14: Este sensor se encuentra a ras de suelo en la zona de salida, y está inicialmente previsto para identificar cuándo un vehículo abandona definitivamente el pasaje. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 11 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Sensores Mecánicos (microinterruptores) Todos los sensores mecánicos están pensados para que sean activos a nivel bajo (al igual que los sensores ópticos), de forma que devuelven un ‘0’ lógico cuando se produce un evento (tope, pulsador de emergencia, etc), y un ‘1’ lógico en caso contrario. Sensor SW1: Este sensor está situado en la barrera de entrada, y genera un pulso para el encendido de la cadena de arrastre. Sensor SW2: Se genera un pulso para que los rociadores de alta presión den salida al producto químico del primer barral, como el agua de los 2 restantes. El paso por el sensor S2 provoca el corte de los mismos y dando inicio el cepillo lava llantas. Sensor SW3: Este sensor genera un pulso el cual permite dar arranque a los motores de los cepillos principales de lavado. Sensor SW4: Este sensor está situado en la estructura de soporte del rodillo de lavado horizontal, y detecta los topes tanto inferior como superior (en realidad son dos microinterruptores). Este sensor no sólo indica si se ha alcanzado el tope, sino que además lleva una circuitería asociada que detiene el motor, y sólo permite su funcionamiento en sentido contrario (p.ej: si se alcanza el tope superior, sólo se podrá hacer funcionar el motor haciendo descender el rodillo). Sensor SW5: Este microinterruptor genera un pulso, el cual me dice que el vehículo a abandonado el sector de lavado principal, apagando los motores correspondientes a los cepillos verticales y horizontales. Sensor SW6: Este sensor está situado en la estructura de soporte del ventilador de secado, y detecta topes tanto inferior como superior. Funciona de manera análoga al sensor SW4. Sensor SW7: Este microinterruptor está situado en la zona de salida, y está previsto como botón para una parada de emergencia. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 12 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Comparación con la Materia. Una vez definido todo el circuito de un lavado automático de automóviles, tomaremos los conocimientos aprendidos en la materia y los relacionaremos con lo propuesto anteriormente en el TP. Sistema de inyección del agua a presión. Básicamente relacionaremos los conocimientos vistos sobre “sistemas de control” ( Cap 1 del Libro) sistemas de lazo cerrado y lazo abierto y lo referente al capitulo 10 del libro que trata sobre “controladores”. El propósito del Sistema es controlar o mantener una presión fija en la línea de alimentación de agua. El Sistema se compone básicamente de: 1. Variador de velocidad. 2. Sensor de Presión. 3. Arrancadores. 4. Programa en PLC para manejar los sensores Se utilizará un variador de velocidad Danfoss modelo VLT 8000 AQUA para cada bomba de agua. Este dispositivo permite variar la frecuencia del voltaje en las bombas para modificar su velocidad. El sensor de presión cuenta con un transmisor de señal 4-20 mA. Este elemento se utiliza para la retroalimentación que indica al Sistema cuanta presión hay en la línea de inyección de agua. Los arrancadores son los elementos de interfase de potencia, los cuales tienen una bobina que al ser energizada con un voltaje bajo, provocan el cierre de contactos que conducen el alto voltaje a los motores de las bombas. Principalmente el sistema tendría 2 controladores: 1. Control ON-OFF (Encendido y apagado de Bombas). 2. Control PROPORCIONAL + INTEGRAL+ DERIVADO (PID) utilizando como elemento final de control un variador de velocidad para motores de AC. EL sistema de control, controla la presión utilizando ambos controladores de manera simultánea, para lo cual las acciones a tomar serán: Al arranca la bomba inyectora de agua B2 lo hace con una aceleración lenta y constante, para lo que el sistema compara frecuentemente el valor de la retroalimentación (señal de presión entre los 4-20 mA.) y el punto de referencia de arranque, el cual es el valor de la presión que deseamos mantener como mínimo en la línea. Si el señal de presión es menor a este límite, se acciona el control ON-OFF, el cual apagaba la bomba a fin de evitar su rotura. Luego se sensa si la retroalimentación es diferente al del segundo punto de referencia, el cual establece la presión que debe se debe tener para poder realizar el lavado. Dicha retroalimentación genera una señal de error que puede se positiva o negativa, acá es donde entra en función el controlador PID, que en caso de que la señal de error sea positiva, es decir; que la presión esté baja, la velocidad de la bomba se irá incrementando hasta igualar la retroalimentación y el punto de referencia de lavado. Una vez que la bomba B2 alcanzó su máxima velocidad, pero la presión sigue siendo baja, el sistema enciende la bomba B3, si ahora la presión es excesiva, el variador bajará la velocidad en la bomba B2. Cuando se logre la condición de equilibrio (sensor de presión = punto de referencia de lavado) el error generado será = 0 y el variador mantendrá la velocidad constante en la Bomba B2. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 13 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Presión de Arranque + - + Ea Arrancador ON-OFF + - El Presión de Lavado Unidad de Control Elemento Corrección Unidad de lavado Variador de Velocidad PID Estado Bomba Agua - Sensor de presión de arranque Sensor de presión de arranque Ficha Técnica de un sensor de presión de 4-20mA. TW-200: transmisor de amplitud global de vibración de 4-20 mA y 0-5 V. Sensor acelerómetro piezoeléctrico PZ-101 o electrodinámico de velocidad PU-1004. Magnitud medida: mm/seg, opcional verdadero valor RMS. Rangos seleccionables por jumper: 5-10-20-40 mm/seg. Salida de señal de sensor buffered para analizador. Alimentación: CA (220 a 110V) y CC (24V).Gabinete para montaje sobre riel DIN. Dimensiones: alto: 79 mm, ancho: 48 mm, profundidad: 120mm. Otros diagramas de bloques realizados en base a los módulos 3 y 4 (Pretratamiento, Cepillos) fueron: Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 14 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información PLC Luego de la presentación de los diagramas de bloques, podemos ver una pequeña simulación hecha con LOGO!Soft Comfort V4.0 en donde se puede observar un sencillo funcionamiento de los módulos 1, 2 y 3. La secuencia de simulación es la siguiente, el automóvil se posiciona en la entrada del túnel de lavado, el mismo inserta su rueda delantera izquierda en la cadena de arrastre, con lo cual se activa el interruptor SW1, mientras tanto, como el móvil no cruzo la entrada el semáforo indica con luz verde que esta libre la entrada. Una vez que el vehículo ingresa al pasaje, mediante un haz infrarrojo, el semáforo cambia de luz verde a luz roja que un vehículo se está lavando en este momento. Además es necesario tener una llave que corte el funcionamiento del lavadero en caso de error, suspendiendo de esta manera el servicio. Dicha condición debe manifestarse mediante el parpadeo de una luz indicadora. Para que el rociador de espuma química se accione es necesario que la luz roja del semáforo este activada y que a su vez tanto la verde como la de error deben estar deshabilitadas, otra condición necesaria es que se necesita de un interruptor, esto se debe a que el automóvil lo acciona con sus ruedas delanteras y luego de transcurrido un cierto tiempo se da arranque a la bomba de agua para su enjuague. Cuando el automóvil pasa con sus ruedas traseras por el interruptor anterior, esto dispara un retardo a la desconexión de la bomba, cuya duración es un promedio al tiempo que el automóvil tarda en pasar por completo por lo rociadores. Una vez realizado el pre-tratamiento, el móvil esta en condiciones para el lavado de llantas, el mismo es activado por un sensor de presencia en dicho sector. Para su funcionamiento, deben cumplirse las mismas condiciones del punto anterior, la luz verde y de error deben estar apagadas. Cuando el vehículo haya completado esta acción de lavado, accionara un interruptor, el cual se encargará de desconectar el lavado de llantas con un cierto retardo, y a su vez enviar pulsos al motor del brazo retráctil, para tener distintas frecuencias de giro de cepillo. Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 15 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información CODIFICACIÓN LADDER Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 16 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 17 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Bibliografía: Logo! Manual - Edición 10/99 – Siemens AG Ingeniería de Control – 2da Edición – Bolton – Alfaomega Software utilizado: LOGO!Soft Comfort V4.0 Direcciones de Internet consultadas: http://www.vibratorsa.com/transmisor-tw100.htm http://www.danfoss.com/Spain/BusinessAreas/DrivesSolutions/Products/Frequency+Converters.htm http://www.carwashequipos.com.mx/index.html http://www.planquin.com.mx/productos-vehiculos-puentes-turis.html http://www.barin.es/lavado/eess.aspx http://www.ceccato.it Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 18 UTN - Facultad Regional Buenos Aires Ingeniería en Sistemas de Información Teoría de Control – Año 2008 – 2do Cuatrimestre Trabajo Práctico: Pasaje de Lavado Automático de Vehículos Pagina 19