control de puente grua por medio de un sistema inalambrico

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
TRABAJO PRESENTADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERO
MECATRONICO
TITULO: CONTROL DE PUENTE GRUA POR MEDIO DE UN SISTEMA
INALAMBRICO
AUTOR: CRISTIAN ALBERTO AGUDELO RODRIGUEZ
DIRECTOR: ING. EDUARDO RODRIGUEZ
PAMPLONA COLOMBIA
JUNIO DEL 2007
1
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
TRABAJO PRESENTADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERO
MECATRONICO
TITULO: CONTROL DE PUENTE GRUA POR MEDIO DE UN SISTEMA
INALAMBRICO
AUTOR: CRISTIAN ALBERTO AGUDELO RODRIGUEZ
E-mail: [email protected]
DIRECTOR:
ING. EDUARDO RODRIGUEZ
DIRECTOR DE PROGRAMA:
M. Sc. JHON PALACIOS
JURADO CALIFICADOR:
ING. CRISTIAN DURAN
ING. JOSE DEL CARMEN PEÑA
PAMPLONA COLOMBIA
JUNIO DEL 2007
2
TABLA DE COTENIDO
PAG.
RESUMEN
1
INTRODUCCION
1. FROMULACION DEL PROBLEMA
3
2. JUSTIFICACION
4
3. OBJETIVOS
5
3.1 Objetivo general
5
3.2 Objetivos Específicos
5
4. GLOSARIO
6
5. MARCO TEORICO
9
5.1 Historia
9
5.1.1 Emisión de ondas electromagnéticas (Antenas)
9
5.1.2 Nacimiento De La Comunicación Inalámbrica
10
5.1.3 Evolución
14
6. ESTUDIO Y SELECCIÓN DEL SISTEMA INALÁMBRICO
ADECUADO
16
6.1 IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers)
16
6.2 IEEE 802.11
17
7. ESTUDIO DE LAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS
19
7.1 Bluetooth
19
7.1.1 Aplicación del bluetooth
20
7.1.2 Ventajas y desventajas del bluetooth
20
7.2 ZigBee
21
7.2.1 Aplicaciones Zigbee
22
7.2.2 Ventajas Y Desventajas Zigbee
23
7.3 Infrarrojo (IrDA)
23
7.3.1 Aplicaciones Infrarrojos
25
7.3.2 Ventajas y desventajas del infrarrojo
25
7.4 Módulos de Radiofrecuencia (RF)
25
7.4.1 Aplicaciones de los Módulos RF
26
3
7.4.2 Ventajas y desventajas de los módulos RF
26
7.5 Cuadro Comparativo de las tecnologías
27
8. SELECCIÓN DEL SISTEMA
28
9. PUENTE GRÚA
28
9.1 Componentes Puente grúa
29
9.2 Movimientos del puente grúa
29
9.3 Características del puente grúa
29
9.4 Mando desde el suelo
31
9.5 Mando desde la cabina
31
10. DESCRIPCIÓN PUENTE GRÚA DE LA EMPRESA CINSA S.A.
31
11. DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE LA CAJA DE
RECEPCIÓN Y CONTROL
34
11.1 Desarrollo del diseño
34
11.2 Frecuencia de 433 Mhz.
36
12. COMPONENTES EMPLEADOS
37
12.1 Emisor RF Industriales de 16 canales (TL32)
37
12.2 Telemando Receptor 4 Canales (TL22)
38
12.3 Mando de ampliación para recep. De 4 c. Standards TL24
39
12.3 Antena de varilla para 433 Mhz
39
12.4 Rele 8 pines 08P/024DC
40
12.5 Fuente de 24 voltios
41
12.6 Pulsador Telemecanique XEN-G1191
41
12.7 Relé Omron G5V-2
42
4
13. PRESUPUESTO QUE SE ELABORÓ PARA
LA EMPRESA CINSA
42
14. CREACIÓN E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA
INALAMBRICO PARA EL CONTROL DEL PUENTE GRÚA
45
14.1 Baquela para reles OMRON G5V-2
45
14.2 Esquema de funcionamiento de los pulsadores XEN-G1191
46
14.3 Esquema de funcionamiento de los motores con los bloques
de contacto telemecanique XEN-G1191
47
14.4 Esquema eléctrico de la caja de control
48
14.5 Esquema del eléctrico del mando inalámbrico
(Control Remoto)
49
14.6 Esquema de la configuración para que los dos reles funcionen
al mismo tiempo
50
15. ANEXOS
51
15.1 Características de la antena y los módulos de radiofrecuencia
51
15.2 Fotos
55
15.3 Fotos del funcionamiento de la caja de control y el mando
Inalámbrico
59
16. CONCLUCIONES
60
17. BIBLIOGRAFIA
61
18. PROPUESTA DE MEJORAMIENTO DEL SISTEMA
62
19. MARCO TEORICO DE LA PROPUESTA
63
19.1 Variador de frecuencia
63
19.1.2 Los variadores de frecuencia están compuestos por
64
19.2 Celda de carga
65
20. DESARROLLO DEL DISEÑO
67
5
21. SELECCIÓN DEL VARIADOR DE FRECUENCIA Y LA CELDA DE
68
CARGA
21.1 Variador de frecuencia
68
21.2 Celda de carga
71
6
RESUMEN
Este trabajo consiste en diseñar y adaptar un sistema de control inalámbrico
mediante módulos de radiofrecuencia (RF), para optimizar el manejo y
funcionamiento del puente grúa en la empresa CINSA S.A. de la ciudad de
Cúcuta; este puente grúa cuenta con una capacidad de diez toneladas y tiene
seis grados de libertad con dos velocidades para cada grado.
El sistema de control inalámbrico esta provisto de un modulo emisor industrial
de 16 canales, un modulo receptor estándar de cuatro salidas, dos módulos
para aumentar cuatro salidas estándar, los cuales serán acoplados entre si y a
su vez con el receptor estándar, cada uno de los canales del modulo emisor
serán configurados con cada uno de los canales de los módulos receptores, así
tendremos un control por aparte de las dos velocidades de cada uno de los
grados de libertad del puente grúa.
El diseño e implementación, del control de puente grúa por medio de un
sistema inalámbrico, se lleva acabo con el desarrollo de las siguientes etapas:
(I) Estudio y selección del sistema inalámbrico más óptimo. (II) Diseño del
sistema eléctrico de la caja de control y recepción. (III) Elaboración de la lista
de elementos y el presupuesto para la empresa CINSA S.A. (IV) Pruebas
iniciales que nos lleven al refinamiento del sistema. (V) Implementación y
adaptación del sistema inalámbrico al puente grúa.
Para complementar este proyecto se dejará ala empresa CINSA S.A. una
propuesta de perfeccionamiento del control inalámbrico del puente grúa,
basándonos en el diseño de un sistema totalmente autónomo para la
asignación de la velocidad, en donde el sistema analice dinámicamente y
asigne la velocidad de trabajo del puente grúa según su peso de carga. Para
esta oferta esta provisto un variador de frecuencia, que será el encargado de
proporcionar la velocidad de los motores del puente y una celda de carga que
nos controlará el variador de frecuencia, indicándole la velocidad que debe
proporcionar a los motores según el peso de carga.
7
INTRODUCCION
La empresa CINSA (Comercial Industrial Nacional S.A.) se encuentra ubicada
en la zona industrial de la ciudad de Cúcuta, es una compañía que esta
dedicada a la fabricación de cilindros y tanques para gas.
Las compañías hoy en día se encuentran amenazadas por una variedad de
riesgos que pueden perturbar el correcto funcionamiento de sus actividades. El
riesgo industrial esta asociado ala explotación sistemática de las fuerzas y los
fenómenos del mundo físico, cuyas leyes ya son conocidas y cuyos efectos se
pueden predecir con notoria precisión. Es cierto que la precisión absoluta es
inalcanzable, pues el comportamiento de los materiales ante solicitaciones
exigentes, o las reacciones de los seres humanos que manejan maquinas o
controlan procesos, no puede garantizarse con total fiabilidad.
Con el fin de evadir la ejecución de accidentes y disminuir las consecuencias
de los mismos en caso de que éstos llegaran a suceder, se requiere la
aplicación de sistemas tecnológicos que ayuden a reducir los riesgos a sus
valores más bajos posibles.
Hoy en día, hay gran variedad de soluciones para los conflictos o problemáticas
de tipo industrial, dando toques innovadores y tecnológicos alas empresas,
manteniéndolas ala vanguardia de esta época.
Para disponer el desarrollo de este proyecto, me he basado en la problemática
que asumen los operarios de dicha empresa al controlar el puente grúa a
través de un control por cable, ya que tienen un gran riesgo de accidente. Es
por ello que he decidido implementar el control de puente grúa por medio de un
sistema inalámbrico, basado en módulos de radiofrecuencia RF, para así
disminuir los índices de accidente al maniobrarlo y a su vez darle un toque de
innovación y automatización a la compañía.
Muchos productos de consumo e industriales hacen uso de la energía
electromagnética. Un tipo de energía electromagnética que está aumentando
8
en importancia a nivel mundial es la energía de radiofrecuencia (RF),
incluyendo ondas de radio y microondas, las cuales son usadas para proveer
comunicaciones y otros servicios.
Esta tecnología que es una de las más prometedoras, nos ayudan en
aplicaciones como, el control a distancia de maquinaria, haciendo de esto algo
más seguro y eficiente, ya que el operario no tiene contacto directo con la
maquinaria al manipularla.
Para la ejecución de este proyecto, se realizó un estudio detallado de los
sistemas inalámbricos existentes, seleccionando el más apropiado teniendo en
cuenta las siguientes estimaciones: Economía, fácil implementación y
adaptación, cómoda manipulación en comparación a otros, y mejor adaptación
al diseño de la caja de control.
Por otra parte, la utilización de reles de potencia en el diseño del circuito
eléctrico (caja de control), permite una óptima conformación al sistema de
control del puente grúa, ya que estos trabajan con corriente alterna (110VAC –
220VAC).
9
1. FORMULACION DEL PROBLEMA
¿Qué sistema inalámbrico se pueden implementar para optimizar el control de
un puente grúa?
10
2. JUSTIFICACION
La finalidad de este proyecto es implementar en la empresa CINSA, un sistema
inalámbrico que logre optimizar el control del puente grúa, dándole prioridad a
los riesgos que corren en este momento los operarios al manipularlo a través
de un control por cable.
Para este proyecto se ha considerado un sistema inalámbrico por medio de
módulos RF (Radiofrecuencia), ya que después de un estudio se logró
comprobar que este sistema es el más apropiado por su adaptación,
funcionamiento y costo en comparación con otros sistemas, dándole así una
solución eficaz y económica para la empresa.
11
3. OBJETIVOS
3.1 GENERAL
Optimizar el sistema de control por cable del puente grúa de la empresa CINSA
S.A. de la ciudad de Cúcuta, adaptando un sistema de control remoto
inalámbrico por medio de módulos RF.
3.2 ESPECIFICOS
•
Estudio y selección del sistema inalámbrico adecuado para el control del
puente grúa teniendo en cuenta su viabilidad y economía.
•
Diseño del sistema eléctrico de la caja de recepción y control.
•
Implementación de la caja de control y del sistema inalámbrico (módulos de
radiofrecuencia) para el mando del puente grúa.
•
Pruebas de funcionamiento del control inalámbrico del puente grúa.
12
4. GLOSARIO
Antena: Una antena es un dispositivo capaz de emitir o recibir ondas de radio.
Está constituida por un conjunto de conductores diseñados para radiar
(transmitir) un campo electromagnético cuando se le aplica una fuerza
electromotriz alterna.
Batería
eléctrica:
Generador
de
corriente
eléctrica
por
medios
electroquímicos.
Botonera: Control de mando por cable con pulsadores de dos estados.
Contactor: Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente
eléctrica de un receptor o instalación con la posibilidad de ser accionado a
distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de
reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra
inestable, cuando actúa dicha acción.
Control remoto: Un mando a distancia o control remoto es un circuito
electrónico usado para realizar una operación remota sobre una máquina.
Emisor: Es el punto (persona, organización...) que elige y selecciona los
signos adecuados para transmitir su mensaje; es decir, los codifica para poder
llevarlo de manera entendible al receptor. En el emisor se inicia el proceso
comunicativo.
Infrarrojo: Es un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda
que la luz visible, pero menor que la de las microondas. Consecuentemente,
tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas.
Módulos RF: Se le nombra así ala pareja
radiofrecuencia.
13
emisor – receptor del tipo por
Motor: Un motor es una máquina capaz de transformar la energía almacenada
en combustibles, baterías u otras fuentes en energía mecánica capaz de
realizar un trabajo.
Puente grúa: Los Puentes-Grúa son máquinas para elevación y transporte de
materiales, tanto en interior como en exterior, de uso muy común tanto en
almacenes industriales, como talleres. Básicamente se trata de una estructura
elevada formada por una o varias vigas metálicas, con un sistema de
desplazamiento de 4 ruedas sobre rieles laterales, movidos por uno o más
motores eléctricos, con un sistema elevador central mediante polipasto y
gancho.
Radiofrecuencia: El término radiofrecuencia, también denominado espectro de
radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción del espectro electromagnético en el
que se pueden generar ondas electromagnéticas aplicando corriente alterna a
una antena.
Receptor: Es el punto (persona, organización...) al que se destina el mensaje,
realiza un proceso inverso al del emisor ya que en él está el descifrar e
interpretar lo que el emisor quiere dar a conocer.
Relé: El relé o relevador (del francés relais, relevo) es un dispositivo
electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito
eléctrico en el que, por medio de un electroimán, se acciona un juego de uno o
varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos
independientes.
Seguridad industrial: La seguridad industrial desde el punto de vista de una
definición compleja, representa un conjunto de estrategias que su único
objetivo es el de proteger a los empleados, preservar todo tipo de instalaciones
y aumentar la producción por medio de la prevención de accidentes.
14
Sistemas inalámbricos: Son los diferentes sistemas de medios no guiados
para enviar y recibir datos, ejemplo: los infrarrojos, radiofrecuencia, etc.
15
5. MARCO TEORICO
HISTORIA
5.1.1 Emisión de ondas electromagnéticas (Antenas)
Una vez que Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas se
presentó la importante cuestión de cómo generarlas. Hertz fue el primero que
estudió este problema y lo resolvió. Para ello desarrolló un formalismo
matemático con el cual pudo encontrar las características de estas ondas a
partir de las ecuaciones de Maxwell. De este trabajo se desprendió la
predicción de que si una partícula eléctricamente cargada se mueve en forma
acelerada, entonces emite ondas electromagnéticas. Así, por ejemplo, en el
experimento de Hertz la chispa que salta de una esfera a la otra, está
compuesta de electrones acelerados que emiten ondas electromagnéticas.
Cuando una corriente eléctrica se establece a lo largo de un cable se están
moviendo partículas cargadas. Sin embargo, no siempre ocurre que estas
partículas se aceleren; por ejemplo, si la corriente es de valor constante como
la corriente directa que se establece cuando la fuente es una batería conectada
a un foco de una linterna, entonces las partículas que dan lugar a la corriente
eléctrica se mueven con velocidad constante y por tanto no se están
acelerando. Una partícula experimenta una aceleración cuando su velocidad
cambia al transcurrir el tiempo. En consecuencia, solamente en una corriente
eléctrica que varía al transcurrir el tiempo, las partículas se aceleran. Esto
sucede, por ejemplo, con la corriente alterna.
Supóngase que una varilla metálica se conecta a una fuente de corriente
alterna. Los electrones que circulan por la varilla llegarán a su extremo y se
regresarán; por consiguiente, su velocidad cambia y hace que se aceleren, y en
consecuencia emiten ondas electromagnéticas. Esta onda así emitida tendrá la
misma frecuencia de los electrones que oscilan en la varilla.
El elemento que produce las ondas se llama antena emisora. En el caso
anterior la antena es la varilla.
16
5.1.2 Nacimiento de la Comunicación Inalámbrica
Si nos remontamos en la historia, encontramos que las comunicaciones
inalámbricas comenzaron con:
•
La postulación de las ondas electromagnéticas por James Cleck Maxwell
durante el año de 1860 en Inglaterra.
•
La demostración de la existencia de estas ondas por Heinrich Rudolf
Hertz en 1880 en Inglaterra.
•
La invención del telégrafo inalámbrico por Guglielmo Marconi.
Durante 1890 eminentes científicos como Jagdish Chandra Bose de India,
Oliver Lodge en Inglaterra y Augusto Righi de la Universidad de Bologna, se
encargaron del estudio de los fundamentos naturales de las ondas
electromagnéticas. La noción de la transmisión de información sin el uso de
cables fue visto por nuestros ancestros como algo mágico.
En 1896 la primera patente de comunicaciones inalámbricas fue concedida a
Guglielmo Marconi en el Reino Unido. Desde aquel momento, entonces el
número de desarrollos en el campo de las comunicaciones inalámbricas
tomaron ese sitio. Como se puede ver en la tabla 1. Esta tabla solo contiene
comunicaciones inalámbricas en términos de tecnologías de radio.
En 1980 comienza la era celular. Diferentes desarrollos y nuevas tecnologías
tomaron lugar durante los años de 1990 al 2000.
ERA PIONERA
1860
-Postulación de las ondas EM por James Maxwell
1880
-Demostración de la existencia de las ondas por
Henry Rudolf Hertz.
1890
-Primera patente de los sistemas inalámbricos por
Guglielmo Marconi.
17
1905
-Primera transmisión de voz y música vía enlace
inalámbrico por Reginald Fessenden
1912
-Hundimiento del Titanic destacando la importancia
de las comunicaciones inalámbricas sobre las vías
marítimas, en los años siguientes la marina
comenzó a establecer los radios de telegrafía.
ERA
PPRECELULAR
1921
-El Dpto. de la Policía de Detroit dirige maniobras
militares con radios móviles.
1933
-En EEUU, existen 4 canales en los 30-40 Mhz.
1938
-En EEUU, se reglamenta el servicio regular.
1946
-Primer comercio de los sistemas de teléfonos
móviles operados por el sistema Bell, en EEUU.
1948
-Primer comercio plena- mente automático de teléfonos móviles en EEUU.
1950
-Los teléfonos y los enlaces de microondas son
desarrollados.
1960
-Introducción de líneas interurbanas a los sistemas
de radio con canales automáticos en EEUU.
1970
-Los sistemas de teléfonos móviles operan en
muchas ciudades. Lo utilizaban 100 millones de
vehículos.
ERA CELULAR
1980
-Distribución de los sistemas celulares analógicos
por el mundo
18
1990
-Distribución de los celulares digitales y modo de
operación dual de los sistemas digitales.
2000
-Distribución de los servicios multimedia a través de
FPLMTS, IMT-2000, UMTS
2010
-Ancho de banda para Comunicación inalámbrica
que soporten redes
B-ISDN y ATM
2010+
-Radio sobre fibra (así como micro celdas sobre
fibra óptica)
Tabla 1. La Era Inalámbrica
Una vez que Hertz demostró que en la naturaleza existen realmente las ondas
electromagnéticas que Maxwell había anticipado, se inició una serie de
estudios teóricos y experimentales para encontrar sus diversas propiedades.
En la parte teórica fue necesario desarrollar una serie de métodos matemáticos
para poder extraer las propiedades de las ecuaciones de Maxwell. Las
predicciones
teóricas
que
se
obtuvieron
de
esta
manera
fueron
consistentemente verificadas en el laboratorio.
En Estados Unidos Nikola Tesla logró hacer varias demostraciones usando
descargas de alto voltaje y de alta frecuencia, para lo cual inventó una bobina,
llamada bobina de Tesla, que posteriormente fue de utilidad para las
comunicaciones inalámbricas.
En 1892 William Crookes publicó un trabajo en la revista inglesa Fortnightly
Review, en el que proponía las bases para utilizar ondas electromagnéticas
como medio para transmitir señales telegráficas a través del espacio, es decir,
telegrafía sin hilos o inalámbrica.
Fue en 1894 cuando el físico inglés Oliver Lodge, basándose en el trabajo de
Crookes, desarrolló el primer sistema de comunicación inalámbrica. Con los
aparatos que construyó demostró la recepción de una señal a través de una
19
distancia aproximada de 100 m, para lo cual usó un circuito sintonizador.
Avances posteriores le permitieron ampliar la distancia a un kilómetro.
En 1894 el ingeniero italiano Guglielmo Marconi (1874-1937) leyó la biografía
de Hertz e inmediatamente empezó a trabajar en la idea de usar las ondas
electromagnéticas para transmitir señales. Construyó los aparatos descritos por
Hertz, a los cuales les añadió un cohesor, que es un tubo de vidrio que
contiene limaduras de hierro, y conectó tanto el transmisor como el receptor a
una antena. Una señal eléctrica que pase por el cohesor hace que las
limaduras se unan durante el intervalo que dura la señal; de esta manera este
dispositivo detecta ondas electromagnéticas. En 1895 Marconi probó sus
aparatos, con los cuales logró enviar señales hasta distancias de un par de
kilómetros. Marconi ofreció sus inventos al gobierno italiano, pero como la
respuesta tardó en llegar decidió ir a Inglaterra, donde en 1896 obtuvo la
primera de sus muchas patentes. Marconi afirmaba que sería posible enviar
señales a distancias de 150 km. Sin embargo, muchos científicos rechazaron
su pretensión con el argumento de que, si las señales se propagaban en línea
recta, entonces se perderían en el espacio antes de poder seguir la curvatura
de la Tierra.
Marconi realizó muchos experimentos, y fue aumentando poco a poco la
distancia de la transmisión. Descubrió que si conectaba a tierra uno de los
extremos del transmisor, y el otro extremo a una varilla larga, entonces las
ondas parecían ser guiadas alrededor de la superficie terrestre; de esta manera
logró transmisiones a través de distancias increíbles para su época. En 1898
transmitió señales a través del Canal de la Mancha y en 1901 logró una
transmisión a través del Océano Atlántico: de Polhu en Cornualles, Inglaterra,
hasta San Juan de Terranova, Canadá.
El transmisor utilizado por Marconi fue muy sencillo, pues consistía en un
transformador con un extremo de su secundario conectado a una varilla o
antena y el otro a tierra. El primario del transformador forma parte del circuito,
al cerrar el interruptor la corriente que circula por él varía con el tiempo, por lo
que el primario del transformador induce en el secundario una corriente. La
relación de vueltas en el transformador es tal que en el secundario se genera
un alto voltaje, dando lugar a que la antena radie ondas electromagnéticas. Al
20
llegar estas ondas al receptor son captadas por la antena, por lo que circula
una corriente variable por el primario del transformador del receptor, que a su
vez induce una corriente en el secundario. Pero este secundario forma parte de
un circuito que contiene una bocina que transforma la corriente en una señal
sonora. Así se pueden transmitir señales codificadas, por ejemplo por medio de
la convención de Morse, que fue lo que hizo Marconi.
5.1.3 Evolución
TERCERA GENERACION
Para el año 2005 se estima que en el mundo existan cerca de 2.400 millones
de abonados a sistemas de comunicación celular. Esto significa que hoy
existen menos de 10 por ciento de los usuarios que demandarán este tipo de
servicios en el mediano plazo. A la par de esta tendencia, la convergencia de
tecnologías de la información y las comunicaciones han dado paso a un gran
número de nuevas aplicaciones que distan de las sencillas modalidades de
telefonía inalámbrica que brindaban los dispositivos analógicos basados en
estándares AMPS. En una segunda generación digital, hoy los teléfonos
celulares constituyen pequeñas unidades de información capaces de reconocer
comandos de voz, enviar y recibir mensajes de texto, procesar datos en
aplicaciones de agenda, directorio telefónico, calculadora, entre otras.
El impacto generado por Internet, y la creciente capacidad en anchos de banda
para la transmisión de archivos de variados formatos (texto, audio, voz y video)
a través de redes, ha hecho girar la mirada de la tecnología hacia estos
terminales celulares como el punto de acceso a la información más personal,
sobrepasando las aplicaciones actuales. Cobra más fuerza entonces la idea de
una nueva generación de dispositivos inalámbricos, con capacidades para
realizar llamadas de voz con cobertura planetaria, obtener y cargar información
desde Internet, recibir noticias desde un proveedor de contenidos, así como
boletines con despliegues de video y audio en línea. Una maravilla del futuro,
de transmisión móvil de datos en altas velocidades, que se ha dado por llamar
la tercera generación inalámbrica, o 3G.
21
Recientemente, las compañías Lucent Technologies y Vodaphone anunciaron
haber realizado las primeras llamadas de prueba usando una tecnología global
de tercera generación (3G) bajo el estándar de comunicación inalámbrica
CDMA (Acceso Múltiple por División de Código). Asimismo, la operadora
japonesa de telefonía celular NTT DoCoMo, anunció la adopción de un
estándar de banda ancha WCDMA, que en nada se acerca a la idea de un
CDMA ampliado, en sus proyectos de servicios de 3G, los cuales podría
comenzar a operar en unos 18 meses. Por su parte, Europa maneja una
propuesta a partir del estándar de comunicaciones inalámbricas dominante en
estos mercados, el GSM. Las redes de comunicación inalámbrica en todo el
mundo han evolucionado impulsadas por los servicios de telefonía celular. Sin
embargo, en cada país, en cada mercado, y en cada gobierno, han funcionado
distintas realidades y regulaciones que han dispuesto un complicado mapa de
estándares de comunicación, y tecnologías de conexión analógica y digital:
AMPS, DAMPS, TDMA, CDMA, GSM, más los sistemas de comunicación
satelital.
En un intento por visualizar el futuro, en 1985, la Unión Internacional de
Telecomunicaciones planteó la necesidad de un estándar común para hacer
posible que cualquier persona en cualquier lugar del mundo obtuviera la
posibilidad de comunicarse de manera móvil y con un mismo número: el
sistema
IMT
2000
(Internacional
Mobile
Telecomunications,
o
Telecomunicaciones Móviles Internacionales). Este fue el cimiento de lo que
hoy se puede denominar como 3G. Sin embargo, lo que UIT quizás no previó
es que razones de mercado, regulación y tecnología, harían un poco compleja
la definición de este parámetro común para las comunicaciones inalámbricas
globales. Es más, para mediados de los ochenta nadie podría prever que esta
necesidad mundial de conexión se vería aderezada por la amplia difusión de
Internet y la transferencia de datos por medio de protocolos IP, que hace
posible la transmisión en línea de voz, video y audio. Los mercados quieren
explotar aún más estas capacidades y hacerlas llegar a dispositivos móviles
como un teléfono celular.
22
6. ESTUDIO Y SELECCIÓN DEL SISTEMA INALÁMBRICO ADECUADO
Actualmente hay diversas tecnologías para establecer una comunicación de
tipo inalambrico de pronto unas mas avanzadas que otras y con un grado de
adquisición alto si hablamos en el país en que vivimos. Para el cumplimiento de
este trabajo se realizó un estudio de las diferentes tecnologías o sistemas
inalámbricos existentes para así encontrar el más apropiado entendiendo lo
que se quiere conseguir para su cumplimiento.
Antes de abordar las distintas tecnologías inalámbricas hablaremos un poco
sobre el comité IEEE 802.11 que es el encargado de desarrollar los estándares
para las redes de área local inalámbricas. Para que halla un mejor
entendimiento comenzaremos hablando sobre lo que es la IEEE y seguiremos
con la IEEE 802.11.
6.1 IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers)
IEEE corresponde a las siglas de The Institute of Electrical and Electronics
Engineers, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, una asociación
técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización, entre otras cosas.
Es la mayor asociación internacional sin fines de lucro formada por
profesionales de las nuevas tecnologías, como ingenieros eléctricos, ingenieros
en
electrónica,
científicos
de
la
computación
e
ingenieros
en
telecomunicación....
Su creación se remonta al año 1884, contando entre sus fundadores a
personalidades de la talla de Thomas Alva Edison, Alexander Graham Bell y
Franklin Leonard Pope. En 1963 adoptó el nombre de IEEE al fusionarse
asociaciones como el AIEE (American Institute of Electrical Engineers) y el IRE
(Institute of Radio Engineers).
A través de sus miembros, más de 360.000 voluntarios en 175 países, el IEEE
es una autoridad líder y de máximo prestigio en las áreas técnicas derivadas de
23
la eléctrica original: desde ingeniería computacional, tecnologías biomédica y
aeroespacial, hasta las áreas de energía eléctrica, control, telecomunicaciones
y electrónica de consumo, entre otras.
Según el mismo IEEE, su trabajo es promover la creatividad, el desarrollo y la
integración, compartir y aplicar los avances en las tecnologías de la
información, electrónica y ciencias en general para beneficio de la humanidad y
de los mismos profesionales. Algunos de sus estándares son:
•
VHDL
•
POSIX
•
IEEE 1394
•
IEEE 488
•
IEEE 802
•
IEEE 802.11
•
IEEE 754
Mediante sus actividades de publicación técnica, conferencias y estándares
basados en consenso, el IEEE produce más del 30% de la literatura publicada
en el mundo sobre ingeniería eléctrica, en computación, telecomunicaciones y
tecnología de control, organiza más de 350 grandes conferencias al año en
todo el mundo, y posee cerca de 900 estándares activos, con otros 700 más
bajo desarrollo.
6.2 IEEE 802.11
El protocolo IEEE 802.11 o WI-FI es un estándar de protocolo de
comunicaciones del IEEE que define el uso de los dos niveles más bajos de la
arquitectura OSI (capas física y de enlace de datos), especificando sus normas
de funcionamiento en una WLAN. En general, los protocolos de la rama 802.x
definen la tecnología de redes de área local.
24
La familia 802.11 actualmente incluye seis técnicas de transmisión por
modulación que utilizan todas los mismos protocolos. El estándar original de
este protocolo data de 1997, era el IEEE 802.11, tenía velocidades de 1 hasta
2 Mbps y trabajaba en la banda de frecuencia de 2,4 GHz. En la actualidad no
se fabrican productos sobre este estándar. El término IEEE 802.11 se utiliza
también para referirse a este protocolo al que ahora se conoce como
"802.11legacy." La siguiente modificación apareció en 1999 y es designada
como IEEE 802.11b, esta especificación tenía velocidades de 5 hasta 11 Mbps,
también trabajaba en la frecuencia de 2,4 GHz. También se realizó una
especificación sobre una frecuencia de 5 Ghz que alcanzaba los 54 Mbps, era
la 802.11a y resultaba incompatible con los productos de la b y por motivos
técnicos casi no se desarrollaron productos. Posteriormente se incorporó un
estándar a esa velocidad y compatible con el b que recibiría el nombre de
802.11g. En la actualidad la mayoría de productos son de la especificación b y
de la g. El siguiente paso se dará con la norma 802.11n que sube el límite
teórico hasta los 600 Mbps. Actualmente ya existen varios productos que
cumplen un primer borrador del estándar N con un máximo de 300 Mbps (80100 estables). La seguridad forma parte del protocolo desde el principio y fue
mejorada en la revisión 802.11i. Otros estándares de esta familia (c–f, h–j, n)
son mejoras de servicio y extensiones o correcciones a especificaciones
anteriores. El primer estándar de esta familia que tuvo una amplia aceptación
fue el 802.11b. En 2005, la mayoría de los productos que se comercializan
siguen el estándar 802.11g con compatibilidad hacia el 802.11b.
Los estándares 802.11b y 802.11g utilizan bandas de 2,4 gigahercios (Ghz)
que no necesitan de permisos para su uso. El estándar 802.11a utiliza la banda
de 5 GHz. El estándar 802.11n hará uso de ambas bandas, 2,4 GHz y 5 GHz.
Las redes que trabajan bajo los estándares 802.11b y 802.11g pueden sufrir
interferencias por parte de hornos microondas, teléfonos inalámbricos y otros
equipos que utilicen la misma banda de 2,4 Ghz.
25
7. ESTUDIO DE LAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS
7.1 Bluetooth
La tecnología Bluetooth es una especificación abierta para la comunicación
inalámbrica (WIRELESS) de datos y voz. Está basada en un enlace de radio de
bajo coste y corto alcance, implementado en un circuito integrado de 9 x 9 mm,
proporcionando
conexiones
instantáneas
(ad
hoc)
para
entornos
de
comunicaciones tanto móviles como estáticos. En definitiva, Bluetooth pretende
ser una especificación global para la conectividad inalámbrica.
En el aspecto técnico, Bluetooth opera en la llamada banda de aplicaciones
industriales, científicas y médicas (ISM, por sus siglas en inglés), con una
frecuencia de 2.45GHz, dividiendo esta banda en 79 canales de 1MHz,
permitiendo transmisiones a velocidades de hasta 2.1Mbps, para la versión 2.0
de este protocolo.
El principal objetivo de esta tecnología, es la posibilidad de reemplazar los
muchos cables propietarios que conectan unos dispositivos con otros por
medio de un enlace radio universal de corto alcance. Por ejemplo, la tecnología
de radio Bluetooth implementada en el teléfono celular y en el ordenador
portátil reemplazaría el molesto cable utilizado hoy en día para conectar ambos
aparatos. Las impresoras, las agendas electrónicas, los PDA, los faxes, los
teclados, los joysticks y prácticamente cualquier otro dispositivo digital son
susceptibles de formar parte de un sistema Bluetooth.
Pero más allá de reemplazar, los con frecuencia incómodos cables, la
tecnología Bluetooth ofrece un puente a las redes de datos existentes, una
interfaz con el exterior y un mecanismo para formar en el momento, pequeños
grupos de dispositivos conectados entre sí de forma privada fuera de cualquier
estructura fija de red.
26
7.1.1 Aplicación del bluetooth
Dentro del campo de la tecnología su aplicación es inmediata ya que permite
una comunicación: fácil, instantánea, en cualquier lugar y su coste es bajo. Sin
olvidar su impacto en la forma de realizar los procesos, al sustituir los medios
convencionales y posibilitar nuevos negocios y aplicaciones.
Del mismo modo, su aplicación será amplía y fructífera en los Sectores
Industriales de:
•
Automoción, Aeronáutico, Naval, otros transportes.
•
Bienes de equipo mecánico / eléctrico / Electrodomésticos.
•
Ordenadores, Equipos de oficina / hogar.
•
Telecomunicaciones y Equipos electrónicos.
•
Otros segmentos industriales
7.1.2 Ventajas y desventajas del bluetooth
La ventaja más evidente es que permite conectar entre sí todo tipo de
dispositivos electrónicos (teléfonos, ordenadores, impresoras, faxes, etc.)
situados dentro de un radio limitado de 10 metros (ampliable a 100, aunque con
mayor distorsión) sin necesidad de utilizar cables.
Bajo coste y corto alcance, implementado en un circuito integrado de 9 x 9 mm,
proporcionando conexiones instantáneas para entornos de comunicaciones
tanto móviles como estáticos. En definitiva, Bluetooth pretende ser una
especificación global para la conectividad inalámbrica
Por su puesto, Bluetooth todavía tiene algún pequeño problema que solucionar.
Los microchips no son baratos y no se espera que su precio alcance los 10
dólares hasta el 2002. Por su parte, la velocidad de transmisión, aunque
27
considerable, pronto quedará empequeñecida por la capacidad de los móviles
de tercera generación.
Pese a que los prototipos de dispositivos Bluetooth se reproducen como las
chinches, no sucede lo mismo con los programas informáticos que deben
regular su funcionamiento.
Además, el espectro de radiofrecuencia en el que opera no está abierto al
público en todos los países. En lugares como Francia o España el uso del
espectro está restringido y se requiere la aprobación explícita del gobierno.
La interoperabilidad, pilar sobre el que se sustenta Bluetooth, es uno de los
factores que se someterán a tensiones en el largo plazo. Con miles de
compañías diseñando productos y aplicaciones Bluetooth, será difícil
mantenerlas a todas bajo el mismo manto.
Aun así, las desventajas son mínimas cuando se comparan con los beneficios
de disfrutar de un mundo sin cables. Las compañías son conscientes y se
lanzan como aves de rapiña sobre los fabricantes de componentes de radio
frecuencia, en un intento por asegurarse el suministro en un mercado que en el
año 2001 moverá 1.000 millones de dólares según Cahners In-Stat Group.
Una revolución tecnológica impulsada por un colosal ejército empresarial se
acerca con pasos de gigante. Y pronto, muy pronto habrá de llamar a nuestra
puerta
7.2 ZigBee
Los módulos inalámbricos mas extendidos hoy en día son los de 868MHz, que
son los principalmente utilizados en LonWorks, CEBUS, EIB, etc. Sin embargo,
y debido al ancho de banda (que es bastante reducido en 868MHz), la
tendencia es que los sistemas inalámbricos se desarrollen en la banda de
2.4GHz, donde es muy importante la economía de escala. En esta banda de
frecuencias se encuentra en desarrollo la tecnología Zigbee, basada en el
estándar de IEEE 802.15.4, que introduce además otros elementos como el
ultra bajo consumo, para poder operar bajo alimentación de baterías durante
largos períodos de tiempo (meses o incluso años). Como contrapartida esta
28
tecnología es de ancho de banda reducido (250Kbps), lo que la hace apta sólo
para telecomando y lectura de información de baja velocidad como sensores,
etc.
La tecnología ZigBee parece que va a tener gran importancia en seguimiento
de productos, monitorización médica y redes de sensores para el Control
industrial de Plantas de Proceso, etc.
Actualmente se utilizan para enviar datos de medidas de temperatura,
encendido/apagado de luces o lectura de teclados inalámbricos. Utilizan las
frecuencias "libres" de 900MHz y 2.4GHz y con un numero de canales de 1 a
10, enviando los datos hasta unas distancias del orden de 20 m, aunque
pueden construirse redes que cubran grandes superficies ya que cada ZigBee
actúa de repetidor enviando la señal al siguiente, etc.
Esta tecnología, desarrollada en el 2003, es una alternativa a los protocolos
utilizados tradicionalmente en aplicaciones WPAM, como Bluetooth, que ofrece
mayor simplicidad. De hecho es posible implementar aplicaciones ZigBee
utilizando el equivalente al 2% del software requerido para implementar otras
tecnologías como Bluetooth.
7.2.1 Aplicaciones Zigbee
•
Automatización
•
Sistemas de seguridad
•
Telemandos
•
Control industrial
29
7.2.2 Ventajas Y Desventajas Zigbee
ZigBee esta diseñado para operaciones de baja potencia. Un dispositivo
ZigBee puede dejarse sin utilizarse por un periodo largo de tiempo sin
necesidad de volver a cargar la batería de ese dispositivo. Esto elimina la
necesidad de del operador de recargar la batería frecuentemente. ZigBee
también ofrece mayor rango que Bluetooth. Esta diseñado para dar servicio a
dispositivos con baja transmisión de datos a comparación de dispositivos que
requieren banda ancha para transmitir video y gráficos. Esto quiere decir que
este estándar su usara pronto en la industria.
ZigBee es un protocolo de comunicaciones inalámbrico similar al bluetooth.
ZigBee es muy similar al Bluetooth pero con algunas diferencias: Menor
consumo eléctrico y velocidad de transferencia también menor. Ambos son
pensados para aplicaciones portátiles (PDAs, móviles, etc.) aunque zigbee es
más adecuado para la automatización del hogar, Domótica. El término
domótica proviene de la unión de las palabras domus (que significa casa en
latín) y robótica (robota, esclavo en checo). Se entiende por domótica al
conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios
de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden
estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación,
cableadas o inalámbricas. Se podría definir como la integración de la
tecnología en el diseño inteligente de un recinto.
7.3 Infrarrojo (IrDA)
El conjunto de especificaciones que actualmente constituyen el estándar
internacional para el desarrollo de sistemas de comunicaciones a través de
rayos infrarrojos adopta el mismo nombre de la asociación que los produce:
IrDA, del ingles "Infrared Data Association, IrDA", la cuál está patrocinada por
más de 160 industrias y fue establecida en 1993 con el objetivo de crear las
especificaciones y estándares para los equipos y protocolos empleados en este
tipo de enlaces.
30
Los estándares de IrDA definen comunicaciones bidireccionales punto a punto
empleando un haz de luz infrarroja que requiere línea de vista, un ángulo no
mayor de 30 grados y una distancia que no excede un metro para obtener
tasas de transmisión de datos entre 9.6Kbps y 16Mbps dependiendo del
entorno. No obstante, es oportuno aclarar que estos estándares están divididos
en dos segmentos diferentes para satisfacer las necesidades del mercado.
IrDA-Data: Empleado básicamente para transferencias bidireccionales de
información en forma inalámbrica y con altas tasas de transmisión entre
dispositivos portátiles. En lo sucesivo, cuando se mencione IrDA se hará
referencia a IrDA-Data, que es el objetivo de este documento.
IrDA-Control: fue establecido para cursar comunicaciones de control entre
dispositivos periféricos como teclados, ratones, joysticks o controles remotos.
La distancia máxima se amplia hasta garantizar un mínimo de 5 metros con
tasas de transmisión alrededor de 75Kbps.
Nivel físico: le corresponde el envió y recepción de cadenas de bits a través
del aire, así que, está involucrado primeramente con la generación y detección
de los destellos de luz infrarroja con la debida protección para los ojos
humanos, por otro lado, con las formas de codificación de la información,
esquemas de modulación y las características generales de los pulsos. Se
encarga además de algunas tareas de entramado de los datos como el
chequeo de redundancia cíclica y la adicción de las banderas de inicio y final
de trama.
Este nivel puede ser implementado completamente en hardware, no obstante,
debido a sus constantes mejoras y actualizaciones, se ha incluido un
componente software para aislarlo del resto de la pila de protocolos y permitirle
su evolución sin afectar en gran medida la estructura total.
Este componente recibe el nombre "entramador" y se encarga de la
presentación de la información recibida por el puerto infrarrojo a la capa
superior en formato compatible, de igual forma, construye tramas con la
31
información de la capa superior para posteriormente transmitirlas hacia el
destino. Este procedimiento incluye la compensación de la diferencia de tasas
de transmisión entre el receptor y el transmisor empleando memorias elásticas
para garantizar comunicaciones confiables.
7.3.1 Aplicaciones Infrarrojos
•
Controles remotos
•
Comunicaciones de dispositivos
•
Envió de datos
7.3.2 Ventajas y desventajas del infrarrojo
•
Requerimientos de bajo voltaje por lo tanto es ideal para Laptops,
teléfonos, asistentes personales digitales.
•
Circuito de bajo costo: por todo el circuito de codificado/decodificado.
•
Circuiteria simple: no requiere hardware especial, puede ser incorporado
en el circuito integrado de un producto.
•
Alta seguridad: Como los dispositivos deben ser apuntados casi
directamente
alineados
(capaces
de
verse
mutuamente)
para
comunicarse.
•
Se bloquea la transmisión con materiales comunes: personas, paredes,
plantas, etc.
•
Corto alcance: la performance cae con distancias mas largas.
•
Sensible a la luz y el clima. Luz directa del sol, lluvia, niebla, polvo,
polución pueden afectar la transmisión.
•
Velocidad: la transmisión de datos es mas baja que la típica transmisión
cableada
7.4 Módulos de Radiofrecuencia (RF)
Aunque las tecnologías ya mencionadas trabajan con frecuencia, hemos
decidido incluir como una tecnología aparte los módulos de radiofrecuencia que
32
utilizan los juguetes inalámbricos como los carros de control remoto, en este
caso para aplicaciones industriales y con una frecuencia mucho mas alta.
El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o
RF, se aplica a la porción del espectro electromagnético en el que se pueden
generar ondas electromagnéticas aplicando corriente alterna a una antena.
Cuando hablamos de módulos estamos hablando de un modulo emisor (El que
emite o lleva una señal o mensaje al receptor) y un modulo receptor (El que
recibe), los cuales tienen un numero de canales para el control de las
diferentes
tareas que puede variar de 1 a 16 canales y obviamente una
frecuencia para su alcance, que puede ser entre 400Mhz – 600Mhz.
7.4.1 Aplicaciones de los Módulos RF
•
Automatización industrial
•
Domotica
•
Comunicación
7.4.2 Ventajas y desventajas de los módulos RF
•
Bajo voltaje
•
Alto alcance
•
Costo bajo
•
Cómoda manipulación
•
Interferencias si hay otro medio de radio por la misma frecuencia
•
Fácil acceso
33
7.5 Cuadro Comparativo de las tecnologías
A continuación se elaboró un cuadro comparativo de las diferentes tecnologías
que describimos anteriormente, para este cuadro solo se tendrán en cuenta las
ventajas y desventajas que estén relacionadas directamente con la preparación
y el aporte que le puedan hacer al proyecto.
TECNOLOGÍA
FRECUENCIA
VENTAJA
DESVENTAJA
Módulos RF
433 Mhz
- Bajo costo
- Alcance ideal
- Facilidad de
manipulación
- Facilidad de
adquisición
- Comunicación
y envió de datos
bidereccional
Interferencias si
hay otro medio
de radio por la
misma
frecuencia
Bluetooth
2.4 Ghz
- Comunicación - Dificultad de
y envió de datos adquisición
multidireccional - su frecuencia
se divide en 79
canales
de
1Mhz lo que lo
hace corto en el
alcance (10 mt.
de radio)
ZigBee
900Mhz
a
2.4Ghz
-Mayor alcance
Menor
consumo
eléctrico
- Comunicación
y envió de datos
multidireccional
Infrarrojo
Taza max.
16 Mbps
- Circuito simple
- Bajo costo
Tabla 2. Cuadro comparativo
34
CANAL
ALCANCE
1 - 16
100 mt.
79
10 mt.
- Baja potencia
- Dificultad de
adquisición
Menor
velocidad
de
transferencia
1 - 10
20 mt.
- Corto alcance
- Bloqueo de
transmisión
- Sensible a la
luz
1
5 mt.
8. SELECCIÓN DEL SISTEMA
Después de este estudio por las diferentes tecnologías inalámbricas y con el
objetivo de seleccionar uno de estos sistemas para el correcto desarrollo de
nuestro proyecto, se ha llegado ala conclusión de optar por el sistema de
Módulos RF, ya que es el único que en este momento le aporta un poco mas
al proyecto en comparación con los demás, claro sin desmeritar los otros
sistemas que pueden llegar a ser mas eficientes y sofisticados en otras
aplicaciones que los módulos RF. Zigbee y bluetooth son tecnologías muy
similares y a su vez recientes, y les falta muy poco para crecer en el sector
industrial, además en el país que vivimos no tenemos un fácil acceso a estas
tecnologías, esto hace que las descartemos del proyecto, y los módulos
infrarrojos no cumplen con lo requerido para esta aplicación.
9. PUENTE GRÚA
Los puente grúa son aparatos destinado al transporte de materiales y cargas
en desplazamientos verticales y horizontales en el interior y exterior de
industrias y almacenes.
Consta de uno o dos vigas móviles sobre carriles, apoyadas en columnas,
consolas, a lo largo de dos paredes opuestas del edificio rectangular.
El bastidor del puente grúa consta de dos vigas transversales en dirección ala
luz de la nave (vigas principales) y de uno o dos pares de vigas laterales
(testeros), longitudinales en dirección ala nave y que sirven de sujeción alas
primeras y en donde van las ruedas.
Para grandes luces y cargas elevadas se sustituyen las vigas de palastro de
alma llena, por las más ligeras de celosía o en cajón rectangular.
35
9.1 Componentes Puente grúa
Desde el punto de vista de seguridad se consideran tres partes diferenciadas
a) El puente. Se desplaza a lo largo de la nave.
b) El carro. Se desplaza sobre el puente y recorre el ancho de la nave.
c) El gancho. Va sujeto al carro mediante el cable principal, realizando los
movimientos de subida y bajada de las cargas.
9.2 Movimientos del puente grúa
Los tres movimientos que realiza un puente grúa son:
1. Traslación del puente. En dirección longitudinal a la nave. Se realiza
mediante un grupo moto – reductor único, que arrastra los rodillos
motores por medio de semiárboles de transmisión.
2. orientación del carro. Traslado de carro a lo largo del puente.
3. elevación – descenso. La carga es subida o bajada por efecto del motor
que sujeta el gancho con la ayuda de un cable principal.
9.3 Características del puente grúa
Además de los aspectos indicados anteriormente en la clasificación de los
puentes grúa, existen una serie de datos básicos dependiendo del tipo de grúa
– puente:
1. velocidades de traslación
Es imprescindible que exista una relación correcta entre la velocidad de
traslación
final
y
los
valores
de
aceleración
y
deceleración
correspondientes.
Para garantizar el servicio eficaz del puente – grúa, el tiempo de traslación a
plena velocidad, será un 85 por 100 de la marcha total.
36
2. Motores de accionamiento
Según el tipo de empleo que vaya a tener el puente – grúa, así será el tipo
de motor a utilizar en el transporte.
Básicamente son:
Motores de Corriente Continúa. Con su correspondiente equipo de
regulación de velocidad. Se trata de equipos caros, muy delicados y que
necesitan mucho mantenimiento (en la actualidad su existencia está muy
limitada a puentes grúa ya instalados).
Algunos de los motores que se utilizan en estos casos son: motores en
serie, en shunt y compoud.
Motores de Corriente Alterna. A base de los motores siguientes:
Motor asíncrono de rotor bobinado: es el más utilizado en la actualidad; la
regulación de la velocidad se efectúa por resistencias robóticas, de modo
que a medida que van eliminándose las resistencias aumenta la velocidad
del motor.
Motor de rotor en cortocircuito: basado en la práctica en el principio de rotor
deslizante, consiguen la regulación de la velocidad en función de la
frecuencia de la red a partir de un convertidor de la red, primero a corriente
continua y después a alterna con la frecuencia regulada.
3. tipos de mando de puente grúa
Según el tipo de condiciones de servicio, la utilización del sistema de mando
en los puentes grúa puede ser:
37
9.4 Mando desde el suelo
a) Desplazable a lo largo del puente. Permite guiar la carga manualmente y
permite mantener una distancia de seguridad entre el conductor y la
carga. Se recomienda para velocidades máximas de traslación de
63m/minuto.
b) Mando suspendido del carro. El conductor está próximo ala carga y
puede guiarla manualmente. Adecuado para trabajos de mantenimiento
y montaje.
c) Mando suspendido de un punto fijo del puente. Solo utilizable en
puentes de luz reducida. Tampoco debe utilizarse en velocidades de
traslación superiores a los 63m/minuto.
d) Mando por radio. Se utilizará cuando el conductor no pueda acompañar
a la grúa (centrales de energía nuclear, instalaciones de depuración de
aguas, talleres de decapado y galvanización, etc.)
9.5 Mando desde la cabina
a) Cabina montada en el centro del puente. Este sistema se utiliza para
puentes de gran luz, al objeto de conseguir una buena visibilidad para el
conductor.
b) Cabina desplazable a lo largo del puente. Muy empleada en el
transporte de materiales muy voluminosos.
c) Cabina abierta/cerrada, fija en un extremo del puente.
10. DESCRIPCIÓN PUENTE GRÚA DE LA EMPRESA CINSA S.A.
Aunque realmente no se sabe mucho de la parte interna (parte eléctrica) del
puente grúa de la empresa, ya que no se encontraron catálogos y con la
referencia no se halló nada en Internet, a continuación se dará una breve
descripción del puente con los pocos conocimientos de este.
38
El puente grúa en la empresa CINSA S.A. tiene una capacidad máxima de diez
toneladas y cuenta con tres grados de libertad los cuales son lineales,
obviamente cada grado de libertad tiene dos desplazamientos (derecha e
izquierda – arriba y abajo – adelante y atrás), el primer grado de libertad es el
desplazamiento total del puente, el segundo es el desplazamiento del carro
para ubicar la carga y el tercero es el desplazamiento del gancho para montar y
subir la carga, los tres grados de libertad manejan dos velocidades; el control
de mando es una botonera colgante que consta de ocho botones de los cuales
dos son para probar fase y los otros seis es para controlar cada uno de los
desplazamientos, los botones del control de mando son pulsadores de dos
estados de referencia XEN-G119, lo cual sirven para manejar las dos
velocidades de cada desplazamiento.
De los motores no se sabe mucho, (solo lo que nos aportó el técnico), son
motores asíncronos (jaula de ardilla) y para las velocidades manejan dos
bobinas una para cada velocidad cuando el pulsador esta activo en el primer
estado, entra una de las bobinas (velocidad lenta) y cuando se oprime mas a
fondo en el segundo estado del pulsador, entra la otra bobina (velocidad
rápida). También tiene una caja de control donde se encuentran los contactores
y reles para el control de dichos motores.
Figura 1. Puente grúa Empresa CINSA
39
Figura2. Carro del puente
Figura 3. Botonera de control
Figura 4. Caja de control del puente grúa.
40
11. DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE LA CAJA DE RECEPCIÓN Y
CONTROL
Para el diseño del sistema de recepción que se elaborará en este proyecto no
se alterará la caja de control del puente grúa, solo se acoplará el sistema en
paralelo al control de mando (botonera), dejando los dos sistemas por si alguno
llegase a fallar.
11.1 Desarrollo del diseño
Como se habló anteriormente, lo que se piensa implementar en este proyecto
es un sistema de control remoto inalámbrico en el puente grúa de la empresa
CINSA S.A. de la ciudad de Cúcuta, en donde este puente tiene un sistema de
control por cable, este sistema de mando esta compuesto por una serie de
pulsadores que lo activan, también hay una caja de funcionamiento que
conecta con el control de mando, y esta conformada por una serie de
conectores, contactores, relés, etc.
Los módulos RF (radiofrecuencia) están divididos en dos partes, una es el
receptor (Rx) y la otra el transmisor (Tx), lo que se quiere es acoplar en
paralelo el receptor (que es el que recibe la señal) a la botonera de control,
para esto se emplearán módulos RF de marca Cebek , el emisor es industrial
de 16 canales de los cuales solo se utilizaran 12 y el receptor es estándar de 4
canales y se acoplaran dos módulos mas, que no son receptores sino
amplificadores de canales, para que el receptor tenga 12 canales, mas
adelante se describirán los componentes utilizados.
Para esto tenemos que hablar de algo muy importante que son los canales que
tienen los módulos RF, por cada desplazamiento del puente se asignará un
canal de los módulos teniendo en cuenta que cada uno de los seis
desplazamientos tiene dos velocidades, lo cual vendrían siendo 12 canales,
también es importante hablar de la frecuencia que se utilizará en estos módulos
41
que va a ser de 433 Mhz, con esto vamos garantizar un alcance de cien
metros.
La idea como se muestra en la figura 5, es que por medio del modulo
transmisor (control remoto) se envié una señal, que el receptor la reciba se
active el rele interno del modulo el cual me va a dejar pasar los 12 voltios de la
fuente, con esta señal se me activará el relé pequeño, este me dejará pasar
una señal de 24 voltios para la activación de los relés de potencia, el cual
permitirá el paso de las líneas de 110V. – 220V., que antes llegaban a los
pulsadores de la botonera de mando y así permitirá el control de cada uno de
los grados de libertad que tiene el puente grúa, vale aclarar que el control de
mando antiguo (botonera) se dejara como segunda opción de control por si en
cualquier momento llegara a fallar el sistema inalámbrico o viceversa.
Figura 5. Diseño del sistema de control
42
Figura 6. Control de mando
11.2 Frecuencia de 433 Mhz.
Esta frecuencia de 433 Mhz que manejaremos para la comunicación, es muy
reconocida en Europa y Japón ya que la usan frecuentemente, además a esto
le agregamos que el contacto y la compra de los módulos RF que utilizaremos
en el proyecto se realizó en una empresa de la ciudad de Barcelona (España)
llamada DIOTRONIC S.A. dedicada a la venta de componentes electrónicos e
informáticos.
Aunque no se encuentra mucha información sobre esta frecuencia por que
están naciendo tecnologías más innovadoras, se sabe que puede llegar a
manejar hasta 69 canales, cada uno con un ancho de banda de 20 Khz. De
este modo es posible, controlar todos los canales sin riesgo de interferencias
entre ellos. Esta tecnología ha demostrado ser fiable, siendo su única limitación
el número de canales disponibles por banda. No obstante, estos dispositivos
43
podrían verse afectados por interferencias locales de otros dispositivos de radio
de la fábrica que emitan en la misma frecuencia.
12. COMPONENTES EMPLEADOS
A continuación se describirán los componentes que se emplearán en la
implementación de este proyecto, también se incluirán en anexos los datasheet
de los módulos RF y su funcionamiento.
12.1 Emisor RF Industriales de 16 canales (TL32):
Figura 7. Telemando emisor TL32
Emisores de 8 y 16 canales con rango de cobertura según modelo y
compatibles con receptores del grupo 2: TL-22 a TL-27. Según el modelo de
receptor de las salidas funcionarán en modo monoestable o biestable. Los
emisores industriales se suministran sin caja y con bornes de conexión para las
distintas entradas, facilitando su integración en cualquier sistema. Opera con la
señal de radiofrecuencia homologada de 433,92 Mhz. El alcance descrito en el
cuadro de características es aproximado, dependiendo de la existencia de
estructuras u objetos sólidos intermedio. Incorporan microrruptor trinario de 8
bits para selección del código de seguridad y led indicador de emisión. El
44
modulo TL-32 incluye conector para entra de teclado. Ambos módulos pueden
ser instalados en Carril-Din.Fuente recomendada FE-103.
12.2 Telemando Receptor 4 Canales (TL22):
Figura 8. Telemando receptor TL22
Receptores de 1,2 y 4 canales con modo de salida según modelo y ampliables
hasta 16 salidas. Son compatibles únicamente con emisores del grupo 2: TL-20
a TL-38. Incluyen selección de botón de emisor, lo que posibilita asignar a cada
salida el botón del emisor que la activará. Los modelos monoestables actúan
como un pulsador, conectando la salida solamente mientras se mantiene
presionado el correspondiente botón del emisor. Los modelos biestables se
comportan como un interruptor, conectando o desconectado alternativamente
la salida por cada pulsación del botón correspondiente del emisor. Los modelos
monoestables/biestables pueden ser configurados en cualquiera de los dos
modos de funcionamiento. Los módulos de ampliación no pueden operar
directamente con un emisor, su misión es ampliar en cuatro salidas por cada
módulo conectado, un sistema compuesto al menos por un receptor TL-22, TL23, TL-26 o TL-27. Todos los receptores incorporan microrruptor trinario de 8
bits para selección.
45
12.3 Mando de ampliación para recep. De 4 c. Standards TL24:
Figura 9. Telemando amplificador TL24
Modulo para ampliación del número de canales para los telemandos
receptores de 1,2 y 4 salidas estándar. Son únicamente compatibles con
telemandos del grupo 2
12.3 Antena de varilla para 433 Mhz:
Figura 10. Antena 433 Mhz. C-0509
46
Antenas de gran calidad, para uso exterior, están perfectamente ajustadas a la
frecuencia de trabajo. Su impedancia es de 50 Ohm. Se suministran con 2,5 m
de cable RG58. La antena C-0509 es del tipo vertical. La varilla de 135 mm. Es
de acero de color negro. Esta ajustada para 433,92 Mhz y se fija mediante una
tuerca que se incluye: La C0510 es del tipo Ground Plane, omnidireccional,
para 433,92 Mhz. Tiene el cuerpo de aluminio y las radiales de latón cromado.
12.4 Rele 8 pines 08P/024DC:
Figura 11. Rele de 8 pines
Como los demás reles de potencia, es un dispositivo mecánico capaz de
comandar cargas pesadas a partir de una pequeña tensión aplicada a su
bobina. Básicamente la bobina contenida en su interior genera un campo
magnético que acciona el interruptor mecánico. Ese interruptor es el encargado
de manejar la potencia en sí, quedando al circuito electrónico la labor de
"mover" la bobina. Permite así aislar mecánicamente la sección de potencia de
la de control. Incluye la base B08BP/TLK.
47
12.5 Fuente de 24 voltios:
Figura 12. Fuente de 24 voltios
Fuente de alimentación fija con su salida de 24 voltios – 3 amperios. Es un
dispositivo o subsistema que convierte la corriente alterna de la red de
distribución de la energía eléctrica en otro tipo de corriente eléctrica adecuado
para el uso que se le vaya a dar.
12.6 Pulsador Telemecanique XEN-G1191:
Figura 13. Pulsador XEN-G1191
Pulsador especial para control de motores con dos velocidades ya que trae 3
contactos, dos normalmente abiertos y uno normalmente cerrado.
48
12.7 Relé Omron G5V-2:
Figura 14. Rele G5V-2
Igual que los demás reles su funcionamiento es similar, internamente trae dos
contactos normalmente cerrados y su bobina se activa con 5 VDC y me permite
circular 30 voltios y 2 amperios a través de el.
Nota: los demás componentes como lo son: Reguladores, carcasas, cajas
metálicas, caja para mando, cableado, conectores, baterías pequeñas, circuitos
impresos, acabados del control, tornillos, tuercas, arandelas, etc. Se cotizaron
como gastos varios, por ende no se ampliara su información.
13. PRESUPUESTO QUE SE ELABORÓ PARA LA EMPRESA CINSA
A continuación se anexa el presupuesto que se le entrego a la empresa CINSA
S.A. con los componentes y su valor total con IVA incluido.
49
ARTICULO
REFERENCIA
VALOR
UNITARIO
MONEDA
VALOR
MONEDA
EXTRANJERA
CAMBIO
MONEDA LOCAL
VALOR
(MONEDA
LOCAL)
CANTIDAD
VALOR TOTAL
Receptor
estándar de
4 salidas
TL22 - 12V
US$ 160
Dólares
US$ 1 → $ 2.175
US$ 160 X $ 2.175
$ 348.000
1
$ 348.000
Modulo para
aumentar 4
salidas
estándar
TL24 - 12V
US$ 140
Dólares
US$ 1 → $ 2.175
US$ 140 X $ 2.175
$ 304.500
2
$ 609.000
Emisor
industrial 16
canales
TL32 - 12V
100 metros
US$ 86
Dólares
US$ 1 → $ 2.175
US$ 86 X $ 2.175
$ 187.050
1
$ 187.050
Antena para
433 MHZ
C0509
US$ 38
Dólares
US$ 1 → $ 2.175
$ 82.650
2
$ 165.300
Relevos 8
pines
08P/024DC
$ 21.025
Pesos
-
-
$ 21.025
12
$ 252.300
Base 8 pines
Riel
B08BP/TLK
$ 10.880
Pesos
-
-
$ 10.880
12
$ 130.560
50
US$ 38 X $ 2.175
ARTICULO
REFERENCIA
VALOR
UNITARIO
MONEDA
VALOR MONEDA
EXTRANJERA
CAMBIO
MONEDA LOCAL
VALOR
(MONEDA
LOCAL)
CANTIDAD
VALOR TOTAL
Fuente 24 V.
-
$ 66.000
Pesos
-
-
$ 66.000
1
$ 66.000
Adaptador
regulable
1.5V – 12V
(1 Amperio)
$ 19.000
Pesos
-
-
$ 19.000
2
$ 38.000
Relés
OMRON
G5V-2
$ 2.000
Pesos
-
-
$ 2.000
12
$ 24.000
Bloque de
contactos
XEN-G1191
$ 81.200
Pesos
-
-
$ 81.200
6
$ 487.200
GASTOS
VARIOS
DESCRIPCION: Gastos de envío, carcasas, cajas metálicas, caja para mando, reguladores, cableado, conectores,
baterías pequeñas, baquelas, acabados del control, comunicación, tornillos, tuercas, arandelas, etc.
TOTAL :
51
$ 550.000
$ 2’857.410
14. CREACIÓN E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA INALAMBRICO PARA
EL CONTROL DEL PUENTE GRÚA
14.1 Baquela para reles OMRON G5V-2
En estos doce pequeños montajes que se hicieron en baquelas universales se
implemento un rele marca OMRON que trabaja su activación de bobina con 5
VDC y me permite trabajar en sus contactos con un voltaje de hasta 30 VDC y
2 amperios, esto se hizo con el fin de poder activar los reles de potencia, ya
que el me permite el paso de los 24 VDC para la activación de dichos reles.
52
14.2 Esquema de funcionamiento de los pulsadores XEN-G1191
A continuación se describirá el funcionamiento de los pulsadores de
telemecanique XEN-G1191. Son pulsadores de dos estados utilizados para
motores con dos velocidades y la figura nos muestra el funcionamiento de esos
estados cuando esta en el primero se activan el contacto NO (13 – 14) y el
contacto NC (21 – 22) y en el segundo estado se activa el contacto NO (33 –
34) dejando activos los anteriores.
Figura 15. Funcionamiento de los bloques telemecanique XEN-G1191
53
14.3 Esquema de funcionamiento de los motores con los bloques de
contacto telemecanique XEN-G1191
Como se observa en la figura 15 y se hablaba anteriormente, los motores
tienen dos bobinas, una grande y dentro de la grande una pequeña para
manejar sus dos velocidades, entonces cuando se pulsa el bloque en su primer
estado se activará la bobina pequeña para su velocidad lenta y cuando se
pulsa en su segundo estado se activa la bobina grande junto con la pequeña
para su velocidad rápida, vale recordar que no se puede arrancar estos
motores con su velocidad rápida siempre tendrá que empezar desde su mínima
velocidad, para esto están diseñados estos bloques de contacto.
Figura 16. Funcionamiento del motor con los bloques telemecanique XENG1191
54
14.4 Esquema eléctrico de la caja de control
En la siguiente figura se muestra el esquema de la conexión real de los
componentes que se utilizaron para la caja de control, en este esquema se
observa la explicación que se hizo anteriormente en el desarrollo del sistema.
Figura 17. Esquema de conexión real de la caja de control
55
14.5 Esquema del eléctrico del mando inalámbrico (Control Remoto)
En la figura 17 se observa claramente la conexión real que se hizo entre los
bloques de contacto XEN-G1191 con la tarjeta receptora Cebek TL32.
Figura 18. Esquema de conexión real de la caja de control
56
14.6 Esquema de la configuración para que los dos reles funcionen al
mismo tiempo
En esta parte se presento un problema por que se pensaba que dos canales de
los módulos podían estar activos ala vez y esto no es posible ya que cada
canal trabaja con una frecuencia diferente, esto quiere decir que si se pulsa por
ejemplo el canal uno y después el canal dos, se desactivará el canal uno y
entrará en funcionamiento el canal dos cambia la frecuencia.
Para la solución se aprovecho el contacto normalmente cerrado que tiene el
rele interno de la tarjeta receptora, como se muestra en la figura 17 se colocó
un puente entre el común del rele del canal 2 con el contacto normalmente
cerrado del rele del canal 1, de esta manera cuando se pulse el bloque de
contacto XEN-G1191 en su primer estado (velocidad lenta) solo estará activo el
rele del canal 1 y a su vez el rele de la baquela 1 , pero cuando se pulse el
bloque para su segundo estado (velocidad rápida) se desactivará el rele del
canal 1 y se activará el rele del canal 2, el rele de la baquela 2 y a su vez se
mantendrá activo el rele de la baquela 1, permitiendo que se energicen las dos
bobinas del motor para su velocidad rápida.
Figura 19. Esquema de conexión para el funcionamiento de dos reles al tiempo
57
15. ANEXOS
15.1 Características de la antena y los módulos de radiofrecuencia
58
59
60
61
Fotos del montaje del mando de control
62
Fotos de la creación de la caja de control
63
Fotos de la caja de control
64
65
15.3 Fotos del funcionamiento de la caja de control y el mando
inalámbrico
66
16. CONCLUCIONES
•
Se estudio y se seleccionó correctamente el sistema inalámbrico adecuado
para el control del puente grúa teniendo en cuenta su viabilidad y economía.
•
Se logró un diseño simple y eficaz del sistema eléctrico de la caja de
recepción y control.
•
Se consiguió el desarrollo y la Implementación de la caja de control y el
mando inalámbrico para el sistema de control del puente grúa.
•
Se probó el correcto funcionamiento de la caja de control y el mando
inalámbrico para el puente en su espacio de trabajo logrando su alcance
ideal.
67
17. BIBLIOGRAFIA
•
http://www.solomantenimiento.com/man-gruas.htm
•
http://www.gvinedesigns.com/shopping/bluetooth/
•
http://www.cebek.com/Producte.aspx?referencia=1038&article=emisores
-r-f-industriales-del-grupo-2-tl-32#
•
www.monografias.com/Redes%20Inalámbricas%20%20Monografias_2_archivos
•
http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagnético
•
http://es.wikipedia.org/wiki/BaterÃ-a_eléctrica
•
http://www.celdasdecarga.com/html/spanish-about.html
•
http://www.mecmod.com/Convertidores-de-frecuencia.html
68
18. PROPUESTA DE MEJORAMIENTO DEL SISTEMA
Esta propuesta que se le dejará a la empresa CINSA S.A. para el mejoramiento
del sistema de control del puente grúa, consiste en hacer un gobierno mucho
más autónomo en cuanto a la selección de la velocidad.
Este perfeccionamiento del proyecto consiste en que el sistema analice
dinámicamente y asigne la velocidad de trabajo del puente grúa según su peso
de carga. Para esto se tiene provisto un variador de frecuencia, que será el
encargado de regular la velocidad de los motores del puente y una celda de
carga que nos controlará el variador de frecuencia, designándole la velocidad
que debe proporcionar a los motores.
69
19. MARCO TEORICO DE LA PROPUESTA
19.1 Variador de frecuencia
El variador de frecuencia regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor,
logrando modificar su velocidad. Sin embargo, simultáneamente con el cambio
de frecuencia, debe variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la
saturación del flujo magnético con una elevación de la corriente que dañaría el
motor.
Figura 20. Variador de frecuencia
El motor de corriente alterna, a pesar de ser un motor robusto, de poco
mantenimiento, liviano e ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales,
tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su velocidad. La
velocidad del motor asincrónico depende de la forma constructiva del motor y
de la frecuencia de alimentación.
70
Como la frecuencia de alimentación que entregan las Compañías de
electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrónicos es
constante, salvo que se varíe el número de polos, el resbalamiento o la
frecuencia.
El método más eficiente de controlar la velocidad de un motor eléctrico es por
medio de un variador electrónico de frecuencia. No se requieren motores
especiales, son mucho más eficientes y tienen precios cada vez más
competitivos.
El variador de frecuencia regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor,
logrando modificar su velocidad. Sin embargo, simultáneamente con el cambio
de frecuencia, debe variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la
saturación del flujo magnético con una elevación de la corriente que dañaría el
motor.
19.1.2 Los variadores de frecuencia están compuestos por:
•
Etapa Rectificadora. Convierte la tensión alterna en continua mediante
rectificadores de diodos, tiristores, etc.
•
Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensión rectificada y reducir la
emisión de armónicos.
•
Inversor o "Inverter". Convierte la tensión continua en otra de tensión y
frecuencia variable mediante la generación de pulsos. Actualmente se emplean
IGBT´s (Isolated Gate Bipolar Transistors) para generar los pulsos controlados
de tensión. Los equipos más modernos utilizan IGBT´s inteligentes que
incorporan un microprocesador con todas las protecciones por sobrecorriente,
sobretensión, baja tensión, cortocircuitos, puesta a masa del motor,
sobretemperaturas, etc.
•
Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos
variables de tensión y frecuencia. Y además controla los parámetros externos
en general, etc.
71
Los variadores mas utilizados utilizan modulación PWM (Modulación de Ancho
de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En
la etapa intermedia se usan condensadores y bobinas para disminuir las
armónicas y mejorar el factor de potencia.
19.2 Celda de carga
La celda de carga ó galga extensiométrica es básicamente una resistencia
eléctrica. El parámetro variable y sujeto a medida es la resistencia de dicha
galga. Esta variación de resistencia depende de la deformación que sufre la
galga.
Se parte de la hipótesis inicial de que el sensor experimenta las mismas
deformaciones que la superficie sobre la cual está pegada.
El sensor está constituido básicamente por una base muy delgada no
conductora, sobre la cual va adherido un hilo metálico muy fino, de forma que
la mayor parte de su longitud está distribuida paralelamente a una dirección
determinada, tal y como se muestra en la figura siguiente:
Figura 21. Galga extensiométrica
La resistencia de la galga es la propia resistencia del hilo, que viene dada por
la siguiente ecuación:
72
R = ρ⋅
l
S
En base a esta última ecuación, se puede afirmar que la resistencia eléctrica
del hilo es directamente proporcional a su longitud, o lo que es lo mismo, su
resistencia aumenta cuando éste se alarga. De este modo las deformaciones
que se producen en el objeto, en el cual está adherida la galga, provocan una
variación de la longitud y, por consiguiente, una variación de la resistencia.
73
20. DESARROLLO DEL DISEÑO
Para el desarrollo de esta propuesta se piensa diseñar un sistema de control
remoto que sea mas autonomo en cuanto al manejo de las dos velocidades
que posee el puente grúa.
La idea es acoplar la celda de carga al variador de frecuencia haciendo que la
celda controle al variador y este controle la velocidad de los motores del
puente. Como se hablaba anteriormente la celda de carga es una resistencia
que varia según su deformación, aprovechando esta función cuando la celda
se someta a la carga que se quiera transportar variará su resistencia y regulará
el variador de frecuencia haciendo que este dinamicamente seleccione la
velocidad indicada para el transporte de la carga.
Figura 22. Esquema del diseño
74
21. SELECCIÓN DEL VARIADOR DE FRECUENCIA Y LA CELDA DE
CARGA
21.1 Variador de frecuencia
El variador de frecuencia que se seleccionó para esta propuesta es de marca
DURAPULSE y se eligió por que es el que mas se acomoda a nuestras
necesidades , a continuación se hablará un poco mas a fondo.
Figura 23. Variador de frecuencia DURAPULSE
Este variador es alimentado por un sistema trifásico en dos rangos de voltaje:
200 a 240 Volt, 50 y 60 Hz o 380 a 480 Volt, 50 o 60 Hz. Vea las tablas en las
páginas siguientes para conocer los valores específicos de potencias
admisibles.
Vea el diagrama siguiente para las explicaciones que siguen:
75
Figura 24. Diagrama del variador de frecuencia
El variador de frecuencia DURAPULSE convierte la corriente de alimentación a
corriente continua por medio de un simple rectificador de 6 pulsos, la que es
suavizada por medio de condensadores en la barra de corriente continua (DC
bus). Este voltaje de corriente continua es a su vez transformado a un sistema
trifásico de corriente alternada con un conjunto de transistores IGBT por medio
de una conmutación de la corriente a una tasa del orden de 2 a 12kHz.
El sistema de transistores IGBT (Isolated gate bipolar transistors) es
conmutado rápidamente a una frecuencia dada para producir una onda de
corriente de salida que tiende a ser sinusoidal, con un sistema de modulación
de ancho de pulsos (PWM), por medio de algoritmos complejos calculados por
un microprocesador interno. La corriente de salida es suavizada parcialmente
por la inductancia inherente de los enrollados del motor.
El variador de frecuencia DURAPULSE, se adapta perfecto a nuestras
necesidades ya que cuenta con la facilidad de inyectarle una señal externa
para el control UP, DOWN para regular la velocidad de los motores, lo que nos
hace fácil la adaptación de la celda de carga para el control del variador.
76
Especificaciones generales del variador de frecuencia DURAPULSE
Tabla 3. Especificaciones generales variador de frecuencia DURAPULSE
77
21.2 Celda de carga
Para la selección de la celda de carga se tendrá en cuenta los siguientes
parámetros:
•
Fácil adquisición
•
Capacidad similar a la del puente grúa
•
Fácil implementación
La celda de carga que seleccionó (marca: BSL referencia: EGT-1) es perfecta
para el diseño de esta propuesta, ya que es especial para puente grúas o
aplicaciones en donde existen cargas colgantes, además tiene una capacidad
max. de 10 toneladas exactamente la misma capacidad del puente grúa de la
empresa CINSA S.A.
Figura 25. Celda de carga EGT-1
A continuación se anexará las especificaciones de la celda de carga EGT-1.
78
Especificaciones de la celda de carga EGT-1
79