Control de Motores (AC y DC) por medio de la Computadora

Control de Motor Monofásico, On/Off por medio de una Computadora Personal.
Control de 2 Motores DC, On/Off y sentido de giro por medio de una Computadora Personal

Introducción

En el presente proyecto tuvo como finalidad de dejar al laboratorio un dispositivo capaz de permitir el controlar varios motores eléctricos por medio de la computadora, se construyo un driver con micro-controlador  se hizo uso de comunicación USB-Serial, se desarrollo una Interfaz Hombre-Maquina echa en C#, se uso un motor de AC y dos de DC.

Control de Motor AC
En la clase se estudia cómo se controlan diferentes tipos de motores, en el salón se dispone de un motor monofásico, a este no se nos fue posible controlar el sentido de giro ya que los 2 embobinados, el de arranque y el trabajo, están unidos en los cables de sus “neutros” por lo que no se puede invertir las terminales, como no se pudo controlar la dirección, se agregaron dos motores de corriente directa para demostrar que el sentido de giro puede ser cambiado en un motor.
Cabe mencionar que el trabajo anterior, tenía un tablero para cambiar el sentido de giro del motor monofásico; pero se hacía un corto circuito y esto ocasionaba que el motor empezara a fallar y producir humo, puesto que esa operación forzada pudiera dañar al motor, se cambió el circuito que traía puesto que los dispositivos no trabajaban como debían así como los interruptores de cambio de giro.

Desarrollo

Figura 1.- Diagrama de Subsistemas de la función controlar un motor.

Matariales:

                 1) Motor de Corriente Alterna:

Para saber cómo funciona el motor se hicieron diferentes pruebas, al motor encontrando la siguiente información:

• Motor, 3-3358-4 333584 del secador de Maytag

• Modelo S58NXEET-2895

• Potencia, 1/4B

• Voltaje 115 AC

• RPM 1725

• 60 Hz.

• 6 Amperes.

• CL B 40 °C

Figura 2.- Etiqueta de datos del fabricante del motor monofásico.

Figura 3.- Fotografía del motor monofásico del laboratorio.

Como se aprecia en las fotografías se tienen 3 cables de diferentes colores, los cuales se identificaron como:
• Amarillo -> Fase del embobinado de trabajo
• Azul -> Neutro del embobinado de trabajo
• Negro -> Fase del embobinado de arranque

Figura 4.- En la imagen de arriba se muestra como se cree que es el arreglo de las terminales de las bobinas del motor de AC.

El trabajo anterior tenía dos interruptores de palanca, uno de encendido y otro de dirección, los cuales al hacer girar el motor a favor de las manecillas del reloj no había problema, pero al momento de hacerles girar en contra se ponía al cable azul sin conectar, el amarillo se llevaba a la fase y el negro al neutro; si se seguía con esta operación se quemaría el motor puesto que sacaba humo después de un rato.

Figura 5.- Diagrama de conexiones cuando se forzaba a girar en sentido contrario al motor de AC.

Se podía hacer girar el motor desconectando el bobinado de arranque, desconectando el cable negro, dejando alimentados los demás con CA; pero se requería girar el eje manualmente hacia el lado deseado.

Para poder invertir su sentido de giro hay que invertir solo las terminales del bobinado de trabajo sin invertir las de arranque pero con lo anteriormente expuesto no se podía controlar el motor de AC.

Para poder controlarlo, por medio de la computadora; solo se requiere decirle al micro-controlador que encienda al motor, como este solo trabaja a 5V requerirá de otro dispositivo que lo encienda para ello se hizo uso de un relevador activado por el micro-controlador, que al cerrarse alimentara al motor con 127 AC ~.

Figura 6.- Arriba parte del esquemático donde se muestra al micro-controlador activando y desactivando al relevador, en el circuito se puso en paralelo e invertido un diodo con respecto a la bobina del relevador para evitar que las contracorriente dañen al dispositivo.

                 2)  Control de motor DC:

Como no se pudo hacer el cambio de giro del motor AC, se anexaron dos motores de DC para demostrar el sentido de cambio todo controlado por la computadora. Para esto se hizo uso de un puente H, en circuito integrado sin diodos de rodada estos se tuvieron que poner externos.

Figura 7.- Arriba se muestra la sección del esquemático para el control de 2 motores de DC, se hizo uso del circuito integrado L293. Las señales de sentido de giro son mandadas desde el micro-controlador.

                 3) Micro-controlador:

Se eligió para este trabajo el uso del micro-controlador PIC16F877P para mandar los pulsos de señal, así como recibir las instrucciones de la computadora por medio de puerto serial.

Figura 8.- Esquemático del micro-controlador usado.

Figura 9.- Arriba se muestran las conexiones al PIC para primero hacer el parpadeo de un led que nos asegurara que el PIC trabaja bien y segundo unas terminales para poder reprogramar al PIC In Circuit Program

Figura 10.- En la imagen de arriba se muestran las conexiones de la comunicación serial echa por medio de un MAX233.

Figura 11.- Esta parte del esquemático muestra que la alimentación de todos los dispositivos a 5 V será interrumpida por un interruptor de palanca, para hacer el encendido y apagado.

Figura 12.- En la imagen de arriba se muestran las entradas que tendrá el PIC para ser controlado por un tablero y así tener una botonera para controlar los motores cuando no se disponga de una computadora, en el dibujo no se aprecia pero todas las 8 conexiones tienen un diodo que va a un 9° pin del micro este es para hacer que lea el estado del teclado.

Interfaz Hombre-Maquina

Se desarrollo una interfaz de manera que simulara los tipos de tableros que se manejan físicamente para control de maquinas rotativas o en lineas de producción, algunas de las características de la interfaz se basaron en las recomendaciones del los estándares de la <<referencia 1>>. La interfaz es gráfica y hace uso de imágenes para su manejo, el usuario puede interactuar con ella para el control de los motores, también presenta bloqueos de seguridad (los botones de inhabilitan) dependiendo de las operaciones. En el vídeo del final se pueden apreciar las funciones de todo el proyecto.

En la imagen de arriba, se muestra el primer prototipo de la interfaz para el usuario final.

En la imagen de arriba, se muestra la interfaz aprobada para su uso.

Vídeo del Proyecto:

Conclusiones:

1. Interfaz H-M. Vemos que el resultado final es mas amigable que el prototipo presentado, los botones son mas fáciles de diferenciar, la consola de comunicación se coloco por debajo del área del trabajo, ya que en sí no es necesaria para el operador, es importante para los desarrolladores de la interfaz para saber si ocurre algún error con la comunicación serial; también esta la parte que comienza la comunicación serial, que sera usada por operarios y desarrolladores.

Referencias:

1.- NFPA 79: Electrical Standard for Industrial Machinery, 2002 Edition
2.- http://esp.ebay.com/viewItem?item=110766848335&v=gbh
3.- http://html.rincondelvago.com/motores-de-induccion-monofasicos-asincronos.html

Anexo A (Programas Utilizados):

1.         Microsoft Visual Studio 2010
2.     PIC C Compiler (PCWHD Compiler, CCS inc.)
3.     Eagle PCB Software
4.         Solid Works 2010