UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniería Civil en Mecánica

Transcripción

1 INGENIERÍA CIVIL EN MECÁNICA PLAN 2012 GUÍA DE LABORATORIO ASIGNATURA Automatización y Robótica CÓDIGO NIVEL 10 EXPERIENCIA C04 Automatización de un sistema de Iluminación

2 Automatización de un sistema de Iluminación 1. OBJETIVO GENERAL Aprender sobre los elementos necesarios para la automatización de un sistema de iluminación elemental. Es un caso particular de control de sistemas (podrían ser motores) en lazo cerrado. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al completar las actividades en este capítulo será capaz de: 2.1. Comprender los conceptos de control en lazo abierto y en lazo cerrado Conocer el circuito necesario para el funcionamiento de un Relé, 2.3. Controlar circuitos eléctricos de alta energía mediante señales de baja energía Interactuar LabVIEW con dichos dispositivos y crear una interfaz para su control. 3. INTRODUCCIÓN TEÓRICA Sistema de control de lazo abierto Es aquel sistema en que solo actúa el proceso de acuerdo a la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en ella. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador. Ejemplo: Un sistema de iluminación en lazo abierto opera en base a un temporizador, que lo hace funcionar todos los días desde cierta hora por una cantidad determinada de horas, independiente si la iluminación es requerida o no. Figura 1: Control en lazo abierto 1

3 Sistema de control de lazo cerrado Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de lazo cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia. Ejemplo: Un sistema de iluminación en lazo cerrado opera en base a un sensor de luminosidad, que lo acciona cuando la iluminación es requerida. Figura 2: Control en lazo cerrado Relés Los relés son interruptores electromecánicos que permiten controlar circuitos eléctricos de alta energía mediante señales de baja energía, estos están conformados por un interruptor y una bobina; la forma de representarlos electricamente se observa en la figura 1. Cuando circula corriente por la bobina, el campo magnético generado en torno de ella acciona los contactos del interruptor, los cuales vuelven a su estado inicial cuando se suspende el flujo de la corriente. Figura 3: Relé Electromagnético (dpdt) 2

4 Relés de estado sólido (SSR) Los relés de estado sólido o SSR (solid state relays) son simplemente interruptores estáticos utilizados para controlar potencia de corriente alterna o de corriente continua y proporcionar algún tipo de aislamiento eléctrico entre el circuito de control y la carga. Como su nombre lo indica, son circuitos que utilizan interruptores de estado sólido, principalmente transistores y tiristores, para sustituir relés electromecánicos y conmutar cargas de potencia a partir de señales de control de bajo nivel. Estas últimas pueden provenir, por ejemplo de puertos de computadora o de sistemas digitales y estar dirigidas a motores, lámparas, resistencias calefactoras, solenoides, etc. El aislamiento entre el circuito de control y la etapa de potencia, lo proporciona generalmente un optoacoplador, pero también puede ser un transformador, un relé de lengüeta (reed) u otro dispositivo similar. Los relés de estado sólido pueden ser diseñados para controlar potencia AC o DC. Los primeros utilizan tiristores como elementos de conmutación y los segundos transistores para el mimo propósito. En la figura 3 se muestra como ejemplo el circuito básico de un SSR para CC utilizando un optoacoplador con salida por transistor bipolar. Este último conduce cuando se aplica al LED una corriente de valor adecuado, por ejemplo 20 ma y se bloquea cuando a través del mismo circula una corriente cero o inferior a un valor mínimo especificado. La corriente de excitación puede ser proporcionada por una fuente de corriente propiamente dicha o una fuente de voltaje en serie con una resistencia limitadora. Figura 4: Relé de estado sólido de corriente continua (DC) con acoplamiento óptico. Un ejemplo de circuito básico de SSR para AC se muestra en la figura 5. En este caso se utiliza un triac (TRI) como interruptor de potencia y la señal de control de la compuerta se proporciona a través de un transformador de pulsos. La carga está representada por RL. El transformador puede ser sustituido por un optoacoplador o un relé reed. Todos 3

5 estos dispositivos pueden ser obtenidos comercialmente como módulos con capacidades específicas de potencia o construidos por el usuario a la medida de sus necesidades. Figura 5: Relé de estado sólido de corriente alterna (AC) con acoplamiento por transformador Fotocelda Una fotocelda es un dispositivo de dos terminales fabricado de sulfuro de cadmio (CdS), este dispositivo varía su resistencia con la iluminación en el espectro visible de 400 a 700 nm. La fotocelda mostrada en la Figura 6 tiene una resistencia que varía en muchos órdenes de magnitud: 10 kω a iluminación moderada, menos de 100 Ω a alta iluminación y más de 10 MΩ en la oscuridad. Figura 6: Fotocelda 4

6 4. MÉTODO A SEGUIR La metodología a seguir en este laboratorio es la siguiente: Figura 7: Diagrama de conexiones Relé Figura 8: Diagrama de conexiones Fotocelda 4.1. Empleando un relé, construir un sistema de iluminación en lazo abierto. De modo que mediante programación, la lámpara permanezca encendida una determinada cantidad de tiempo Añadiendo una fotocelda al sistema anterior, transformar el sistema a lazo cerrado, a modo que se asegure siempre tener un nivel de luminosidad mayor al establecido. 5.- VARIABLES A CONSIDERAR Las variables más importantes a considerar en el ensayo son los siguientes: Sistemas de control en lazo abierto y cerrado. Circuitos de actuadores (Relés, SSR) Sensores myrio 5

7 6.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR Los instrumentos a usar en esta experiencia son los siguientes: myrio Computador con LabVIEW Relé Cables Lámpara y ampolleta Fotocelda Resistencia 10k Opcional: o Protoboard o Mosfet ZVP2110 o Diodo 1N LO QUE SE PIDE EN EL INFORME Informe con los resultados obtenidos en el laboratorio. Especificando el detalle de la programación realizada y las problemáticas encontradas al desarrollar esta experiencia. 8.- BIBLIOGRAFÍA Lajara, J., Pelegrí, J. LabVIEW. Entorno gráfico de programación. Barcelona: Alfaomega Marcombo (2007) Ed Doering. Guía de elementos básicos para iniciar proyectos con myrio. National Instruments TM 6