Instrumentación de un almacén de automóviles

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1 Instrumentación de un almacén de automóviles C. A. Arriaga-Arriaga, J. G. Escamilla Reyes, S. Ramírez-Martínez, F. Quirino-Morales Facultad de Ciencias de la Electrónica, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Av. San Claudio y 18 Sur, Col. San Manuel, C.P , Puebla, México. arriaga.cesar@gmail.com, gabrielescamilla10@gmail.com, soledad.ramirez30@gmail.com, fquirino@live.com RESUMEN En este trabajo se presenta el desarrollo de la etapa de instrumentación para un almacén de automóviles. A diferencia de los almacenes comunes, en los almacenes automatizados no hay rampas, sólo plataformas elevadoras y sistemas de colocación de los vehículos. Bajo esta visión se propone un sistema de monitoreo y control a través de NI LabVIEW que ejecuta las acciones de traslado, selección y acomodamiento de un vehículo en un lugar determinado dentro del almacén. PALABRAS CLAVE: Instrumentación, Almacén, Autos, NI LabVIEW. 1 INTRODUCCIÓN En su concepción teórica, la automatización de un almacén no presenta gran dificultad, pero la exigencia de integrar el conjunto de operaciones puede llegar a resultar un problema complejo, exigiendo una cuidadosa planificación y un radical cambio en la mentalidad y formación de los usuarios [1]. Los almacenes automatizados son sistemas orientados a reducir las maniobras y a minimizar el espacio necesario por cada elemento. La realización de un almacén automatizado ofrece una alternativa de solución convincente a diversos problemas y mejorar tecnológicamente un almacén convencional. Actualmente, existen diversos sistemas de almacenamiento automatizados con fines de aplicaciones civiles, comerciales o industriales. Los principales problemas que se suscitan en los almacenes de coches en la actualidad son: Las normas de uso y funcionamiento de los mismos; la falta de señalización apropiada de plazas libres, de vías de salida para vehículos y usuarios, especialmente, la carencia de carriles protegidos para el paso de los usuarios; la falta de espacio adecuado para que el usuario pueda estacionarse con total comodidad. A diferencia de los almacenes comunes, en los almacenes automatizados no hay rampas, sólo plataformas elevadoras y sistemas de colocación de los vehículos para el almacenamiento de los autos, como si se tratara de una rueda de la fortuna. Este tipo de almacenes tienen muchas ventajas. Por ejemplo, aprovechan el espacio disponible más eficientemente. Además, se pueden construir en espacios limitados y son bastante seguros, porque los vehículos están almacenados en compartimientos cerrados y se estacionan y se recuperan por un mecanismo automatizado [2]. Los almacenes automáticos son la solución más eficaz para el movimiento y la gestión de materiales en un entorno completamente controlado, teniendo en cuenta debe ser diseñado como un todo, donde cada solución parcial debe integrarse completamente en el entorno global. Otro aspecto a considerar son las características de los productos internos a transportar, desde pequeñas cajas de almacenaje hasta grandes estructuras diseñadas para pesos elevados. Todas las soluciones deben garantizar una velocidad de flujo alineada con la productividad deseada, una alta precisión en todos los movimientos y la flexibilidad necesaria para adaptar la instalación a unas necesidades. Los almacenes vehiculares deben tener un tamaño adecuado, de fácil acceso, cómodo de usar y sobre todo que sea seguro. Por lo tanto, estos sistemas deben considerar la optimización de espacio, tiempo y uso de recursos. 1

2 Bajo este enfoque, en este trabajo se propone realizar un prototipo de un almacén de autos donde a través del uso de elementos y dispositivos adecuados, el sistema quede automatizado. Es decir, es necesario aplicar conceptos de instrumentación para lograr dicho objetivo. 2 DISEÑO CONCEPTUAL El sistema a instrumentar consiste en un prototipo que se basa principalmente en las siguientes etapas: 1. Bahía de ingreso. El conductor se detiene en la plataforma de transporte para que el automóvil se dirija hasta el área de transelevador. 2. Transelevador. Aquí el vehículo es trasladado a una de las plazas de estacionamiento disponibles mediante el uso de un sistema de elevación. 3. Plazas de estacionamiento. Se elige y se asigna un área determinada de almacenamiento del vehículo. Estas etapas se pueden visualizar gráficamente en la Figura 1. Figura 1. Representación gráfica del diseño conceptual del sistema de almacenamiento de automóviles. 2

3 2.1 Interfaz de monitoreo y control La comunicación entre el usuario y sistema de almacenamiento se basa en un ambiente gráfico diseñado en el programa LabVIEW. Se elaboró un programa en secuencia que permite elegir el lugar que será destinado para el resguardo del automóvil. En este caso únicamente se cuenta con cuatro posibles opciones, plazas de estacionamiento, para ubicar el vehículo. En la Figura 2 se muestra un diagrama de flujo que permite visualizar el proceso que se realiza. Figura 2. Diagrama de flujo de la lógica para el monitoreo y control del almacén. Por otro lado, debido a que es necesario monitorear por medio de una pantalla el proceso que se encuentra realizando el sistema, se propone una interfaz gráfica o panel de control, tal como se muestra en la Figura 3. Como se observa en la Figura 3 se presenta el monitoreo constante de los estados actuales de cada uno se los sensores que se encuentran colocados en el sistema de transporte, elevación y plazas de estacionamiento. Básicamente se incluyen sensores de presencia que permiten detectar si se encuentra disponible una plaza. Las flechas indicadoras, permiten el monitoreo del desplazamiento del sistema de transporte, es decir muestran la dirección del movimiento que se encuentra efectuando el sistema de tal forma que realiza cuatro desplazamientos: izquierdo, derecho, superior e inferior. En esta misma sección del panel se encuentra un gráfico que muestra el momento en el cual el sistema se encuentra en estado de reposo o HOME, que indica que el sistema se encuentra listo en espera de posicionar un nuevo vehículo. Además en este bloque se encuentra dos indicadores de posición, posición 1 y posición 2, que muestra el trayecto de la plataforma que transporta al vehículo del transelevador hacia la plaza de estacionamiento. 3

4 Figura 3. Panel de control del sistema de almacenamiento. Para lograr los movimientos lineales y rotacionales que se llevan a cabo en el sistema, se emplean servomotores marca HITECH modelo HS422 de 9 kg y 2.5 kg respectivamente, motores a pasos bipolares MERCURY MOTOR modelo ST-PM C y motor DC con moto reductor a 5V, lo que permite obtener una precisión adecuada con la finalidad de conservar la seguridad e integridad del vehículo transportado. Por otro lado la comunicación entre el sistema y la computadora, se realiza a través de una tarjeta Arduino UNO compuesta por un microcontrolador ATmega328 con 14 entradas/salidas digitales, 6 entradas analógicas y con una frecuencia de trabajo a 16 MHz.. La cual permite transmitir los datos de los sensores hacia la PC y viceversa. Sensores de fin de carrera modelo PCS-71 se emplean para monitorear los límites de los estados de desplazamiento de las plataformas de elevación y traslado, con la finalidad de evitar posibles desgastes y/o daños en los actuadores. 3. RESULTADOS Se realizaron pruebas de funcionamiento del prototipo, en el Laboratorio de Sistemas Digitales de la Maestría en Ingeniería Electrónica de la FCE - BUAP, con la maqueta experimental presentada en la Figura 4. Las pruebas permitieron observar el comportamiento del sistema. Una de las pruebas consistió en trasladar diferentes automóviles, a escala, para observar el comportamiento del sistema en cuanto al tamaño y peso de los mismos. Lo cual reflejó una limitante en cuanto al peso de algunos vehículos. La interfaz gráfica permitió visualizar adecuadamente los estados del traslado. Finalmente, los movimientos lineales y rotacionales se realizaron adecuadamente debido al ajuste de los mecanismos. El proceso que 4

5 requirió de mayor atención, fue el mecanismo de sujeción y desplazamiento de la plataforma de ubicación del automóvil, que es el actuador final que coloca el vehículo en el lugar de disposición final. Figura 4. Prototipo implementado e interfaz de monitoreo y control. 4. CONCLUSIONES En este trabajo se presentó el desarrollo de la etapa de instrumentación para un almacén de automóviles. El prototipo consiste principalmente en el uso de plataformas elevadoras y sistemas de colocación de los vehículos. Se propuso un esquema de monitoreo y control a través de NI LabVIEW que ejecuta las acciones de traslado, selección y acomodamiento de un vehículo en un lugar determinado dentro del almacén. El sistema funciono correctamente de acuerdo a lo esperado tomando en cuenta el trabajo de caracterización de cada uno de los componentes, en este caso los dispositivos con mayor caracterización fueron los motores a pasos y los servomotores y el acoplamiento de la señal de los sensores con la tarjeta de adquisición de datos y por medio de todo esto se logró el correcto funcionamiento de nuestro sistema. Al momento de ser escalado para su implementación en un sistema real es necesario considerar los materiales de la estructura ya que no todos los materiales son capaces de soportar cargas mayores a una tonelada, otra variable a tomar en cuenta es el mecanismo a implementar para el movimiento de las plataformas elevadoras así como la rampa de traslado del vehículo por lo cual es necesario contar con motores de potencia que tengan suficiente torque para realizar estas tareas lo cual la relación costobeneficio se vería un poco afectada y el factor más importante a considerar es el mantenimiento del sistema ya que no es el mismo desgaste de un prototipo a escala a un sistema real con condiciones climáticas y desgaste reales. 5

6 REFERENCIAS [1] Pau i Cos, J., De Navascués y Gasca, R. Manual de logística integral. Ediciones Díaz de Santos [2] Ortega, R. I. Por qué automatizar un almacén? [3] Neoteo. [4] Invisible Parking. [5] Estudios de tránsito. [6]Metros cúbicos. estacionamiento-automatizado. [7] Areny, R. P. (2003). Sensores y acondicionadores de señal. Marcombo. [8] Angulo Usategui, J. M., Romero Yesa, S., & Angulo Martínez, I. (2000). Microbótica. Tecnología, Aplicaciones y Montaje Práctico. 6