Capítulo I
Justificación

El presente documento describe el trabajo realizado para el diseño de un variador - posicionador digital para el control de motores de corriente continua, con la suficiente robustez para ser capaz de controlar una amplia gama de motores de diferentes potencias.

Hay que tener en cuenta que, en la actualidad, el diseño del tipo de control que se ha seleccionado, y que será descrito con más detalle, ha llegado a tal punto de integración que puede ser resuelto en su totalidad con circuitos integrados específicos, incluyendo:

Un microcontrolador, el control del motor (PID), la etapa de potencia (puente H) y muy pocos componentes lógicos.

En estas circunstancias, y por la índole del presente proyecto, se ha optado, junto con una descripción teórica del
sistema en su conjunto,por el diseño de un puente de potencia de topología “Full Bridge”, es decir Puente completo, habitualmente nombrado Puente H, con componentes de control y discretos con el objetivo de aumentar la capacidad de
admitir motores de potencias superiores a las que se pueden lograr con la simple integración.

Esto además viene a realzar la función didáctica del proyecto.

Sin embargo, el control del propio puente H lo llevará a cabo un circuito integrado específico que responde a la norma de control PID, que a su vez será comandado por un micro controlador de propósito general, dado que el diseño de este tipo de circuitos, además de ampliamente estudiado, resulta engorroso y actualmente inútil.

Una primera división nos permite distribuir el conjunto en tres apartados con misiones específicas y complementarias, cuya descripción se hará por separado, y cuya construcción puede ser perfectamente aislada, con objeto de hacer un reparto claro de tareas:

El puente H, que ha de ser dimensionado para poder suministrar al motor la potencia precisa y en el grado adecuado para que, estando el motor protegido, tampoco el propio puente sufra ningún daño.

Incluye la conexión (“drivers”) con el control PID, que va a enviar la modulación por ancho de pulso (PWM) que controlará la corriente por el motor de carga, y la señal de retorno que facilitará un “encoder” montado sobre el rotor del motor y que vendrá realimentada al PID, para que éste efectúe su trabajo.

El “software” que va a decir al µC, y a través de éste al PID, qué debe hacer el motor, y en qué forma, además de gestionar una serie de situaciones irregulares a las que deberá aportar las soluciones adecuadas, deberá almacenar en forma recuperable información del trabajo efectuado para el caso en que el sistema deba trabajar en forma autónoma largos periodos de tiempo, y sea preciso conocer o estudiar su comportamiento.

La lógica que va a interconectar el µC con el PID, mediante el cálculo de los tiempos que requiera el control del bus (“timing”), con sus circuitos asociados, y los circuitos analógicos con salida digital que informarán al µC de las incidencias o mal funcionamiento en el circuito de potencia con relación a la corriente que circula por el motor, de pico o promedio, y la temperatura del circuito de potencia, así como la indicación codificada de este tipo de eventos con un “display” numérico “a pie de máquina” y con un elemento de desconexión manual rápida.

 Capítulo II
Objetivos

Su destino podría ser el control de un motor para un robot de cadena de montaje, de maniobras preprogramadas, o cualquier aplicación en que se requiera un determinado número de movimientos precisos en cuanto a posición, velocidad y tratamiento “inteligente” de su ruta.

Capítulo III
Descripción

En una primera aproximación, obtenemos la siguiente descripción:

El equipo necesita atender las siguientes características:

Todos los parámetros del equipo deben ser programados mediante un terminal RS232 y un software desarrollado en exclusiva.

Parámetros de posicionado:

Tiempo de aceleración, desaceleración, velocidad, ángulo de giro, posicionado absoluto, relativo, inicial.

Parámetros generales:

Límite de corriente, de velocidad; regulación automática.

Las condiciones de trabajo del equipo van a ser:

La alimentación de potencia puede variar entre 10 y 65 VDC con una corriente máxima de 8 A y de 4 A en funcionamiento normal.

Para alimentar el control se dispone de una línea industrial de corriente continua de 24 VDC.

Es necesario que el equipo se proteja de sobrecalentamientos, cortocircuitos y bloqueos.

Además interesa guardar datos de parámetros, porque el equipo va a ser autónomo, careciendo de vigilancia específica.

Va a trabajar en condiciones ambientales que no superarán los 60 grados centígrados, pero no dispone de ventilación especial.

Capítulo IV
Especificación preliminar

Capítulo V
Reglamentación

En la reglamentación de este proyecto se han tenido en cuenta todas y cada una de las especificaciones contenidas en :

Conformidad con las normas CE

Certificaciones:

EN 60204-1

CEI 1000-4-2,3,4,5 de acuerdo con IEC 1800-3

EN 55011 Grupo 1 de acuerdo con IEC 1800-3

Normalización Nacional (normas UNE)

Capítulo XXII
Presupuesto

El Presupuesto de Ejecución de Material se obtendrá, especificando la cantidad de cada una de las distintas Unidades Constructivas y sus correspondientes precios unitarios.
Para obtener el Presupuesto General, será preciso incrementar, el Presupuesto de Ejecución de Material en los porcentajes de Gastos Generales; Beneficio Industrial, Dirección de Obra y cualquier otro que proceda.

Capítulo XXIII
Pliego de condiciones

• 1. Objetivo.

Este Pliego de Condiciones determina las condiciones mínimas aceptables para la ejecución del montaje, hardware del sistema, calculo del sistema, construcción de la tarjeta de control y diseño, software del sistema.

Los Pliegos de Condiciones Particulares podrán modificar las presentes prescripciones.

• 2. Ejecución del trabajo.

La ejecución de los Trabajos se realizara paso a paso y deberán realizarse conforme a las reglas del arte.

• 3. Recepción de obra.

Durante los trabajos o una vez finalizados, el Director de Obra podrá verificar que el trabajo y montaje están de acuerdo con las especificaciones de este Pliego de Condiciones.

Una vez finalizado el Proyecto, se deberá solicitar la oportuna recepción global de la obra.

• 4. Ensayo electrónico.

Los ensayos se realizaran progresivamente durante la ejecución del Proyecto, bien en conjunto o por separado para no dañar las partes del montaje ya comprobadas.

• 5. Instalación.

Una vez comprobado el apartado anterior se procederá a la ejecución e instalación del mismo, atendiendo a los requisitos y normas expuestas en el apartado 4 de los Documentos de la Justificación. 

Capítulo XXIV
Planos (Esquemas)

ÍNDICE

Esquema del convertidor de 24V DC a +5,+15 y -15V DC

Esquema del convertidor preparado para el diseño de placa BOARD

Esquema completo del dispositivo

Esquema completo del dispositivo preparado para el diseño de placa BOARD

Esquema orientativo para la programación de la Eprom del Micro

Placa BOARD de los componentes

Placa BOARD de pistas 4 capas


Placa BOARD pista 1

Placa BOARD pista 2

Placa BOARD pista 3

Placa BOARD pista 4

Placa BOARD Taladros

Capítulo XXV
ANEXO

El anexo estará compuesto por un Cd-Rom, donde estarán incluidos en formato PDF todos los manuales de los distintos dispositivos utilizados en el Proyecto y también estará incluidos en el Cd-Rom en ficheros de ORCAD, que están compuestos por los esquemas de las de las placas de pistas para la posible utilización en el desarrollo de la ejecución del Proyecto.