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E. T. S. de Ingenieros de Sevilla Diseño de dispositivo autónomo de I.A.E.I. detección de la orientación solar.
Miguel Ángel Zamudio Florido Página 23
4. MEMORIA DESCRIPTIVA
4.1. Introducción.
Existe una gran variedad de seguidores solares en el mercado. La clasificación
de éstos se puede hacer atendiendo a varios factores. Varias posibles clasificaciones
son las que se describen a continuación.
Atendiendo a la capacidad de movimiento, los seguidores pueden clasificar en:
Dispositivos fijos. Son aquellos en los que los paneles solares
permanecen fijos, sin tener en cuenta la orientación solar. Este tipo de
dispositivos no son viables para paneles solares de concentración ya que
no son efectivos.
Dispositivos de un eje. Estos dispositivos solo disponen de un eje de
giro, por lo que no permiten alcanzar todas las posiciones angulares.
Dentro de este tipo de seguidores, existen varios diferentes clasificados
en función de la configuración del eje de giro.
Dispositivos de dos ejes. Éstos disponen de dos ejes de giro que
permiten alcanzar cualquier orientación.
La diferencia principal entre los seguidores descritos anteriormente estriba en
la capacidad de conseguir la orientación adecuada que maximice la creación de energía
eléctrica. Los primeros, evidentemente, están limitados, ya que no tienen capacidad de
movimiento y su orientación es fija. Los seguidores de un solo eje, permiten acercarse
a la orientación óptima, pero no alcanzan, generalmente, una orientación precisa ya
que su capacidad de movimiento está limitada a un solo eje. Finalmente, los
seguidores de dos ejes permiten alcanzar cualquier orientación, por lo que la
generación de energía eléctrica es máxima.
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Atendiendo a la unidad de control, los seguidores se pueden clasificar también
en varios tipos:
Pasivos. Estos no tienen una electrónica extensa ni actuadores para
realizar los giros. Por el contrario, se utilizan sistemas pasivos para
orientar a los paneles solares.
Microprocesados. Estos seguidores no necesitan sensores para la
detección de la incidencia solar sino que utilizan algoritmos
matemáticos que calculan la trayectoria solar en función de la ubicación
del dispositivo y la hora y fecha en la que se realiza el cálculo.
Electro-Ópticos. Éstos utilizan algún tipo de sensor para determinar la
posición angular real del sol.
Los seguidores pasivos tienen una precisión muy limitada ya que no utilizan
mecanismos activos de giro y dependen fundamentalmente de la variación de
densidad de algún líquido provocada por incidencias diferentes en función de la
orientación del panel. Los seguidores microprocesados dependen de un correcto
posicionado conseguido habitualmente mediante GPS y de una señal de reloj que
indique la hora correcta. Al no tener sensores, estos sistemas son incapaces de
determinar si existe algún tipo de perturbación externa. Finalmente, los seguidores
electro-ópticos hacen uso de sensores, por lo que pueden determinar si alguna
perturbación está afectándoles.
Normalmente los seguidores solares forman parte de la estructura de los
paneles solares, por lo que el movimiento de ambos es solidario. En el caso abordado
en este proyecto, se diseña un seguidor independiente que obtendrá la orientación
solar y que posteriormente enviará dicha información a uno o varios paneles para su
correcta orientación.
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4.2. Principios de funcionamiento.
En función de la clasificación descrita anteriormente, el dispositivo objeto del
proyecto estaría encuadrado, atendiendo a la capacidad de movimiento, en el grupo
de seguidores de dos ejes; y atendiendo a la unidad o tipo de control, estaría incluido
dentro del grupo de seguidores electro-ópticos.
El principio fundamental de funcionamiento del dispositivo es la variación de la
resistencia de varios sensores en función de la intensidad luminosa que reciben. Los
sensores foto-eléctricos son dispositivos que responden ante un cambio en la
intensidad luminosa. Éstos detectan el nivel de luz y producen una señal de salida
función de la cantidad detectada. Los sensores de luz más comunes son las resistencias
dependientes de la luz o LDR (Light dependant resistor). Este tipo de sensor es muy
común debido a su sencillez y bajo coste y consiste básicamente en un dispositivo que
cambia su resistencia cuando cambia la intensidad de la luz. Este componente
electrónico disminuye su resistencia con el aumento de luz incidente, pudiendo llegar a
decenas de ohmios. Por el contrario, cuando se encuentra a oscuras, la resistencia
entre sus dos patillas puede llegar a ser de varios megaohmios.
Una LDR está compuesta de una célula y dos patillas. La célula está formada por
un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio (CdS). Cuando la luz
que incide sobre el dispositivo tiene energía suficiente para superar la banda de
conducción, los electrones quedan libres y conducen electricidad, por lo que la
resistencia total del dispositivo disminuye.
Figura 2. Símbolo de la LDR.
Las células de sulfuro cadmio se basan, por tanto, en la capacidad que tiene el
cadmio de variar su resistencia en función de la cantidad de luz que incide en la célula.
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Cuanto mayor es la cantidad de luz que incide sobre la superficie de la célula, menor es
la resistencia que presenta ésta al paso de corriente. Este tipo de células son sensibles
a una alta gama de frecuencias entre las que se encuentran las frecuencias infrarrojas,
la luz visible y la ultravioleta. Esta gama implica que los sensores no sólo reaccionarán
ante la luz solar, sino a otro gran número de interferencias. Esto es importante tenerlo
en cuenta a la hora de diseñar el dispositivo para evitar una influencia excesiva de
diferentes perturbaciones a la de la propia luz solar, que es la única que interesa.
La variación del valor de resistencia de este tipo de sensores tiene un cierto
retardo. Por este motivo, estos sensores no son apropiados para usos en los que la
variación lumínica es muy rápida. El tiempo de respuesta de las LDR suele ser del orden
de una décima de segundo, por lo que, para el uso que se pretende dar en este
proyecto, no existirá ningún tipo de problema siempre y cuando el periodo de
muestreo sea superior al tiempo de respuesta de los sensores.
Una tabla de características típica para una LDR puede ser la que se presenta a
continuación:
Figura 3. Tabla de datos técnicos de la LDR.
Las dimensiones de las células pueden ser variadas, pero los modelos
comerciales más comunes son dos, las de 10-12 mm de diámetro y las de 5 mm. Para
el proyecto serán necesarios muchos sensores, por lo que, si se eligen los sensores de
un diámetro superior, el tamaño total del dispositivo puede ser excesivo. Por este
motivo, para este proyecto, el tamaño óptimo de los sensores es 5 mm de diámetro.
Las dimensiones de estos sensores son las siguientes:
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Figura 4. Dimensiones de una LDR.
La variación de la intensidad luminosa recibida por una LDR puede estar
provocada por varios motivos. Uno de éstos puede ser una variación en la intensidad
del foco que genera la fuente luminosa. En el caso de la luz solar, esta variación puede
ser provocada por las condiciones climáticas o ambientales. Otro de los motivos que
pueden provocar una variación en la intensidad luminosa que incide sobre un
dispositivo detector es la sombra provocada por un objeto opaco que se interponga
entre la fuente de luz y el dispositivo detector. Este último motivo será el utilizado para
el desarrollo, diseño e implementación del seguidor solar objeto del proyecto.
Una LDR expuesta a una fuente de luz constante sin ningún objeto que se
interponga entre su superficie y la fuente luminosa – en este caso es el sol –
presentará una resistencia mínima, ya que toda su superficie estará recibiendo la
incidencia de los fotones que suministran la energía suficiente para provocar la
circulación de corriente.
Figura 5. Sensor expuesto a la incidencia solar.
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Si se coloca un objeto junto al sensor y los rayos solares inciden de forma
perpendicular sobre la superficie del sensor, el objeto en cuestión no genera ninguna
sombra sobre el sensor, por lo que éste seguirá presentando un valor de resistencia
mínimo.
Figura 6. Sensor expuesto a la luz solar con objeto.
Por el contrario, si los rayos solares no inciden de manera perpendicular sobre
la superficie del sensor, sino que lo hacen formando un ángulo cualquiera, este objeto
podría provocar una sombra sobre dicha superficie y, por tanto, la intensidad luminosa
incidente sobre el sensor sería menor, aumentando con ello la resistencia del
dispositivo. Que se produzca una sombra sobre el sensor, dependerá del ángulo de los
rayos solares con respecto al plano generado por la superficie del mismo. Si los rayos
inciden desde el lado opuesto al que se encuentra ubicado el objeto, éste seguirá sin
producir ningún tipo de sombra sobre el sensor. Si, por el contrario, los rayos inciden
desde la misma zona donde está colocado el objeto, éste estará interpuesto entre el
sensor y la fuente luminosa, por lo que proyectará una sombra sobre el sensor.
La forma de la proyección dependerá fundamentalmente de la forma del objeto
que la provoca y de la distorsión que provoque la fuente luminosa. Si la fuente
luminosa es artificial, los rayos que parten de dicho foco, tienden generalmente a
Incidencia solar
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abrirse, por lo que la sombra proyectada cambiará de tamaño en función de la
distancia existente entre el foco y el objeto, y entre ambos y el plano de proyección.
Figura 7. Sombra proyectada por un objeto sometido a luz artificial.
El sol es una fuente de luz suficientemente lejana y sus rayos se pueden
considerar paralelos entre sí, por lo que el tamaño y forma de la sombra no dependerá
de la distancia. La forma y tamaño de la sombra solo dependerá de la forma y tamaño
del objeto y del ángulo con el que incidan los rayos con respecto a éste y al plano de
proyección. De este modo, si el objeto utilizado es una placa plana de forma
rectangular colocada junto al sensor, formando un ángulo de 90o con su superficie, la
sombra proyectada por éste crecerá de manera inversamente proporcional al ángulo
formado por los rayos y la superficie del sensor (figura 8), por lo que la cantidad de luz
que incidirá sobre el sensor irá disminuyendo.
Se puede asegurar por tanto, que la resistencia del sensor crece a medida que
los rayos solares se alejan de la normal a la superficie del sensor, obteniéndose de esta
manera una relación directa entre el ángulo de los rayos solares y la resistencia
eléctrica del sensor. Utilizando este procedimiento, se puede convertir una variable
difícil de medir, como es el ángulo con el que inciden los rayos solares sobre una
superficie, en una variable eléctrica fácil de manejar.
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Figura 8. Sombra generada por un objeto sobre la superficie del sensor.
Como se ha comentado anteriormente, si los rayos solares inciden desde el
lado opuesto al representado en la figura 8, la superficie colocada junto el sensor
proyectará su sombra hacia el otro lado, por lo que no influirá en la intensidad
luminosa que incide sobre el sensor. Por este motivo, si se quiere que, sea cual sea la
orientación del sol, el sensor detecte el ángulo de incidencia de los rayos solares, es
necesario colocar objetos en cada uno de los laterales del sensor. Así, incidan desde
donde incidan los rayos solares, los objetos proyectarán una sombra sobre el sensor y
la resistencia de éste se verá incrementada.
Figura 9. Sensor rodeado por paneles.
Incidencia solar
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Esta solución, sin embargo, presenta otro problema evidente. Es posible,
mediante una tabla de correspondencia, determinar el valor del ángulo en función de
la resistencia del dispositivo, pero no es posible determinar desde dónde están
incidiendo los rayos solares, ya que todas las placas tienen el mismo tamaño y
proyectarán la misma sombra sobre el sensor. La solución a este problema no se
puede abordar mediante el uso de un único sensor, pues sea cual sea la configuración
de las superficies utilizadas para proyectar las sombras, no se puede determinar de
manera exacta desde dónde se produce la incidencia solar. Sería posible, sin embargo,
intentar variar las alturas de los objetos colocados en cada uno de los laterales con el
objeto de determinar la orientación solar (figura 10). No obstante, aún optando por
esta opción, siempre quedan dudas de si realmente el sol incide desde una
determinada orientación o desde la opuesta, pero con un ángulo diferente.
Figura 10. Sensor con paneles de distintas alturas.
Como se puede ver en la figura anterior, las dos incidencias representadas se
producen desde lados opuestos y con ángulos diferentes, pero la sombra sobre el
sensor es del mismo tamaño y, consecuentemente, el valor de resistencia de éste será
también similar. Es necesario, por ello, utilizar más de un sensor para determinar los
dos ángulos de las coordenadas horizontales requeridos para obtener de manera
adecuada la posición del sol. En el caso de dos dimensiones, se podría conseguir
colocando dos sensores, uno a cada lado de la superficie que proyecta la sombra.
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Figura 11. Dos sensores con panel central.
De esta manera, suponiendo un escenario en dos dimensiones, cuando la luz
incide desde uno de los lados de la superficie, uno de los sensores continuará
recibiendo incidencia solar sobre la totalidad de la superficie mientras que, el que está
en lado opuesto, recibirá la proyección de la sombra generada por el objeto (figura 11).
Esta sombra será proporcional, como se vio con anterioridad, al ángulo de incidencia
de los rayos solares, por lo que será posible determinar tanto la amplitud del ángulo,
como el cuadrante desde el que incide la luz.
La solución anterior está limitada a dos dimensiones. En el caso real de tres
dimensiones (para seguidores de dos ejes), serán necesarias al menos 4 LDR’s
dispuestas como muestra la figura 12.
Figura 12. Distribución de sensores y paneles para 3D.
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Con esta disposición, cuando los rayos inciden desde el lado derecho, los
sensores del lado opuesto presentarán una resistencia mayor que los que se
encuentran en el mismo lado de incidencia. Si los rayos inciden desde la parte superior,
tomando siempre como referencia la figura 12, los sensores inferiores serán los que
presenten una resistencia mayor. Existe otra posibilidad consistente en que los rayos
incidan desde una de las esquinas. En este último caso, el sensor ubicado en dicho
cuadrante recibirá luz en toda su superficie y, por tanto, su valor resistivo será mínimo.
El sensor ubicado en el lado opuesto estará sometido a la proyección de sombras
generadas por ambos paneles (figura 13). Por último, los otros dos sensores también
tendrán sombra en su superficie que dependerá tanto del ángulo que forman los rayos
solares con el plano formado por las superficies de los sensores (altura), como del que
forma la proyección de éstos sobre el eje horizontal (azimut).
Figura 13. Sombras generadas por los paneles.
Con esta disposición y, tomando los valores de resistencia de los cuatro
sensores, es posible determinar tanto la altura solar, como el azimut con una cierta
exactitud (bastante limitada). Es posible encontrar una relación matemática entre la
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resistencia de cada sensor y los ángulos de altura y azimut. Esta relación matemática
se puede ver en la memoria de cálculo.
Existen varias razones que hacen a la distribución anterior poco precisa. Uno de
los motivos principales es la diferencia de valor resistivo que presentan los distintos
sensores ante una misma cantidad de luz. Esto es debido a las pequeñas diferencias en
el proceso de fabricación de los sensores, pequeños defectos, diferencias en el
material que recubre la célula o distintas concentraciones de materiales no deseados
en el semiconductor. Estas diferencias hacen que los sensores no tengan una
respuesta exactamente igual entre ellos, presentando distinta resistencia ante
condiciones idénticas. Por este motivo, cuando el ángulo de incidencia es cercano al
deseado (normal a la superficie de los sensores), esta diferencia puede inducir a
errores, alcanzando incluso resultados en los cálculos totalmente opuestos al buscado.
Cuando la desviación es mayor, el error puede mantenerse, reducirse o incluso
incrementarse, por lo que es necesario corregir la diferencia existente entre las
respuestas de los distintos sensores utilizados. A este defecto se le suma la influencia
de las reflexiones de los rayos solares en superficies cercanas a los sensores (incluidos
los mismos objetos que las separan) y el albedo, que pueden influir de manera
diferente en cada sensor.
El primer defecto mencionado requiere de una calibración y compensación de
cada una de las LDR’s. Con este proceso se intenta igualar la respuesta de todos los
sensores ante condiciones idénticas. Para realizar la calibración, se somete a todos los
sensores a la misma incidencia luminosa y se toman los datos de cada una de ellas.
Seguidamente, se varía la intensidad luminosa y se vuelven a tomar los datos. Este
proceso se repite hasta obtener suficientes datos como para representar la respuesta
de cada una de ellas de manera precisa. Una vez obtenidas las curvas de cada una de
las LDR’s, se toma una como referencia y, utilizando la herramienta de cálculo que
ofrece Excel (aproximación lineal), se obtienen parámetros de compensación para cada
una de las demás. Con estos parámetros, cuando se obtenga un valor real de
resistencia, se puede calcular el valor compensado que posteriormente se utilizará
para el cálculo de los ángulos. Realizando esta operación, se minimizan los errores
producidos por la diferencia entre las curvas características de los distintos sensores.
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La calibración y obtención de los parámetros de compensación para los sensores
usados en el prototipo del proyecto se pueden apreciar en el anexo 1, donde se explica
más detalladamente todo el proceso y se presentan los resultados finales.
El problema de la influencia de la reflexión de los rayos solares sobre
superficies cercanas es difícil de solventar utilizando la disposición descrita con
anterioridad. Para resolver este problema, y a la vez minimizar el generado por la
influencia del albedo, es necesario “arropar” de una manera más efectiva cada uno de
los sensores. Esto implica colocar objetos o paredes alrededor de cada uno de ellos, de
manera que no estén expuestos directamente a la luz ambiente, es decir, que la
influencia de los rayos solares, luces artificiales, reflejos, albedo y demás
perturbaciones lumínicas se minimicen.
Es evidente que, si las paredes externas son de la misma altura que las que
separan a los sensores unos de otros, el problema vuelve a ser la imposibilidad de
determinar desde dónde están incidiendo los rayos solares. Las paredes externas han
de ser, por tanto, de una altura menor a las internas. Si por el contrario, las paredes
externas fuesen de una altura mayor, provocando al igual que en el caso anterior
sombras diferentes, existe la posibilidad de que, para un determinado ángulo de
incidencia, la pared exterior influya en la luz que recibe el sensor del lado opuesto
perturbando el resultado final obtenido.
Figura 14. Sensores con paneles de distinta altura.
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La nueva disposición minimiza el efecto de los reflejos externos, pero aumenta
el efecto de los reflejos en las propias paredes, ya que ahora rodean al sensor. Este
efecto se puede minimizar utilizando materiales de baja reflexión, o en su defecto,
tratar dichas superficies para que reflejen poco la luz. Esta distribución presenta
ciertos inconvenientes que es necesario comentar. Anteriormente, siempre existía al
menos un sensor expuesto al 100% de la incidencia, por lo que la diferencia entre la
resistencia de los sensores sobre los que se proyecta la sombra y los que están
expuestos a la luz crece en función del ángulo de incidencia. Sin embargo, con la nueva
distribución, todos los sensores estarán afectados por sombra cuando los rayos se
alejan de la normal. Por este motivo, para desviaciones elevadas, todos los sensores
estarán a oscuras y la diferencia entre los valores de resistencia se irá recortando. Esto
afecta negativamente al cálculo de los ángulos, limitando el rango donde este
dispositivo es efectivo.
Es importante seleccionar correctamente tanto la altura de los paneles como la
diferencia entre ellos. Una altura elevada de dichas paredes ayudará a evitar la
influencia de perturbaciones externas, pero como contrapartida reducirá el rango
dentro del cual el dispositivo es efectivo. Esto último es debido a que paredes altas
impiden la incidencia directa de la luz para pequeñas desviaciones y provocan un
aumento rápido de la resistencia de los sensores. Si las paredes son bajas, la influencia
de las perturbaciones externas es mayor, pero también el rango de efectividad. La
diferencia entre la altura de las paredes interiores y exteriores es también importante
ya que, a mayor diferencia, mayor será también la diferencia entre la sombra que
proyecta una y otra, y con ello el contraste entre las resistencias que presentan los
sensores. Una diferencia pequeña de estas alturas, además de limitar el rango de
trabajo, agrava el efecto de la diferencia entre la respuesta de los sensores. Es
necesario, por tanto, encontrar una solución de compromiso que permita rechazar la
mayoría de las perturbaciones, a la vez que no limite en exceso el rango de cálculo
efectivo.
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Así, el rango efectivo del dispositivo será limitado. Por ello, para ángulos de
incidencia fuera de este rango, es necesario buscar una solución que permita que el
dispositivo diseñado mantenga la autonomía sea cual sea su desviación. La solución
buscada no tiene por qué ser de una precisión elevada, ya que solo es para llevar al
dispositivo dentro del rango efectivo de los otros sensores que tendrán la capacidad de
determinar el ángulo de incidencia de una manera más precisa.
Teniendo en cuenta todas las consideraciones realizadas hasta este punto, se
puede llegar a la conclusión de que los nuevos sensores utilizados para una
aproximación inicial no tienen por qué rechazar de manera absoluta las perturbaciones
lumínicas externas, así que éstos se podrían colocar en cada lateral del dispositivo
anterior. Los nuevos sensores recibirían la sombra del dispositivo completo si los rayos
solares inciden desde el lado opuesto al que están colocados.
El funcionamiento del dispositivo tendría que separarse en dos etapas. Una
primera etapa, donde se realizará una aproximación inicial teniendo en cuenta solo los
nuevos sensores. Posteriormente, y una vez el dispositivo se encuentre dentro del
rango efectivo de los sensores de aproximación final, se tomarían los valores de éstos
para calcular los ángulos necesarios.
Para llevar al dispositivo desde una posición angular inicial cualquiera hasta una
posición dentro del rango de cálculo es necesario disponer de un mecanismo que haga
girar a todo el dispositivo, acercándolo a la orientación deseada. Este mecanismo
deberá estar capacitado para alcanzar cualquier orientación en el espacio, por lo que
dispondrá de dos ejes de giro. Cada eje tendrá un actuador que hará girar al dispositivo
completo sobre dicho eje.
Así el funcionamiento consiste en calcular, mediante los sensores de
aproximación inicial, la dirección y amplitud del giro de cada uno de los ejes, para
llevar al dispositivo dentro del rango de cálculo, acercándolo a la posición final sin
alcanzarla. Posteriormente, utilizando los sensores “finales”, se calculan nuevamente
los ángulos y, utilizando el mecanismo de giro, se moverá el dispositivo a la posición
final. En este momento, todos los sensores, si el cálculo ha sido correcto, estarán
sometidos a la máxima exposición lumínica y su valor resistivo será mínimo.
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Debido a que el calibrado y compensación de los sensores no es perfecto y al
efecto de las perturbaciones externas, el cálculo puede no ser correcto. Además, a
pesar de que el dispositivo se encuentre muy desviado, debido a los reflejos y al
albedo, los sensores no presentarán una resistencia muy elevada, por lo que es posible
que la amplitud del giro realizado sea insuficiente y los sensores continúen
presentando discrepancia entre sus valores resistivos. La posición angular alcanzada
estará mas cerca de la deseada, pero aún alejada de ésta. El proceso se podrá repetir
hasta alcanzar un resultado satisfactorio, en el que todos los sensores reciban la misma
cantidad de luz.
Finalmente, motivado por la diferencia de los sensores, el resultado obtenido
será de una precisión y exactitud limitadas. Por esta razón, es necesario encontrar otra
solución que permita obtener la precisión y exactitud requeridas en este proyecto.
Siguiendo el mismo principio de funcionamiento empleado para los sensores de
aproximación inicial y final, se puede asegurar que para obtener una exactitud elevada
es necesario elevar la altura de los objetos que generan las sombras sobre la superficie
de los sensores. De esta manera, con un ángulo de incidencia pequeño medido sobre
la normal a la superficie del sensor, se proyectará sobre éste una sombra más grande y
su resistencia será mayor. Esto quiere decir que, con pequeñas desviaciones del
dispositivo con respecto a la orientación solar, la resistencia de los sensores variará
mucho más que hasta ahora, siendo así más sensibles y pudiendo con ello calcular el
ángulo con una precisión mayor.
Esta solución implica fabricar un dispositivo de unas dimensiones excesivas que
lo harían difícil de manejar y susceptible de sufrir desviaciones provocados por la
incidencia del viento. Otra solución posible es acercar las paredes entre sí, dejando una
distancia entre ellas suficientemente pequeña como para que, ante mínimas
desviaciones, la sombra sobre el sensor cubra el 100% de su superficie. El
inconveniente en este caso es, que al acercar las paredes entre sí, éstas estarían sobre
la superficie del sensor obstaculizando los rayos solares, sea cual sea el ángulo de
incidencia, y provocando que el sensor siempre tenga una resistencia elevada. Esto se
puede solucionar aumentando el número de paredes y reduciendo el espesor de las
mismas. De esta forma, la superficie efectiva que no estará continuamente a oscuras
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por situarse bajo la pared – la que es susceptible de ser afectada por la incidencia
directa de los rayos solares – es mayor, pero el efecto de una pequeña desviación con
respecto a la orientación solar es el mismo, ya que la distancia entre cada una de las
paredes seguirá siendo reducida (figura 15).
Figura 15. Sensores con dos y catorce paneles.
Como se ve en la figura anterior, la superficie efectiva del sensor de la izquierda
es mucho mayor y, por tanto, la resistencia resultado de una incidencia perpendicular
es mucho menor que el que se obtendría en el sensor de la derecha.
El efecto de estos paneles es doble. Por un lado, ante una desviación
perpendicular a éstos, la sombra que proyectan sobre el sensor cubrirá el 100% de la
superficie efectiva. Por otro lado, si la desviación es paralela a los paneles, éstos no
proyectarán sombra sobre la superficie efectiva y, por ello, la resistencia,
teóricamente, no se verá incrementada (figura 16).
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Figura 16. Resultado de la incidencia perpendicular y paralela.
Como se puede observar en la figura anterior, los paneles internos del sensor
de la derecha proyectan sombra sobre toda la superficie efectiva del sensor; por el
contrario, ante la misma incidencia solar, la superficie efectiva del sensor de la
izquierda no se ve afectada. Este comportamiento se utilizará para el ajuste de ambos
ángulos, empleando un sensor con los paneles longitudinales y el otro con
transversales, como los que aparecen en la figura 16. Cada uno de ellos se utilizará de
manera independiente para el ajuste de uno de los ángulos, haciendo girar en cada
caso el eje correspondiente.
Estos sensores de ajuste presentan un problema similar al de los sensores de
aproximación, pero más acusado. Consiste en que, si la desviación con la orientación
solar es suficientemente elevada, la resistencia de los sensores será máxima y no serán
efectivos. El rango de actuación de estos sensores será mucho menor, y el dispositivo,
como ocurría con los sensores de aproximación final, tendrá que colocarse
previamente dentro de este rango.
Teniendo en cuenta que estos sensores se usarán solo para dar un ajuste final
sobre el cálculo realizado, no es necesario realizar uno nuevo. Simplemente, una vez se
ha posicionado el dispositivo en el rango de actuación de los sensores de ajuste
mediante los actuadores, se irán dando pequeños giros (de décimas de grado) en un
eje hasta que el sensor asociado a dicho eje presente el mínimo valor de resistencia.
Alcanzado este mínimo, se realizará el mismo procedimiento para el otro, hasta que el
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sensor asociado a este segundo eje presente el valor mínimo de resistencia. Llegados a
este punto, el dispositivo estará posicionado correctamente y con una precisión de
décimas de grado.
Las mediciones realizadas en cada paso serán relativas a los valores
presentados en el paso anterior, es decir, cuando se realizan los pequeños giros, si la
desviación crece, la resistencia irá incrementándose, por lo que el sentido de los giros
tendrá que ser el opuesto. Si la desviación disminuye, la resistencia irá disminuyendo
progresivamente hasta llegar al mínimo. Éste coincidirá con la correcta alineación del
dispositivo con los rayos solares. Para asegurarse de que el valor es el mínimo, se
tendrá que hacer siempre un giro más. Dicho de otro modo, se realizarán giros
mientras la resistencia continúe bajando; cuando por el contrario la resistencia del
sensor sea mayor que la presentada en el paso anterior, querrá decir que se ha
superado el punto de inflexión y, por tanto, el mínimo estaba en el paso anterior. El
dispositivo deshará el último paso quedando correctamente posicionado. Este
procedimiento se repetirá para los dos ejes.
En resumen, el funcionamiento del dispositivo se divide en tres etapas descritas
a continuación:
Etapa 1: Etapa de aproximación inicial. En ésta, mediante el uso de cuatro
sensores convenientemente distribuidos, se calcula una orientación
aproximada hacia la cual tiene que moverse el dispositivo. Gracias al uso
del mecanismo de giro, el dispositivo se moverá hacia la posición angular
calculada de forma aproximada y, si la orientación está dentro del rango
necesario para la siguiente etapa, ésta comenzará.
Etapa 2: Etapa de aproximación final. Ésta consiste en calcular, de una
manera más exacta, la orientación final del dispositivo. Esta etapa se
llevará a cabo mediante el uso de ocho sensores. Dichos sensores estarán
convenientemente distribuidos por parejas colocadas en cada cuadrante.
El uso de dos sensores por cuadrante está justificado por la falta de
igualdad entre las respuestas de los sensores. A pesar de que éstos se
calibrarán y compensarán posteriormente, el uso de varios de ellos
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 42
permite hacer una media entre ellos, compensando las pequeñas
discrepancias existentes.
La etapa comenzará cuando el dispositivo este orientado dentro del rango
efectivo. En este momento, se tomarán los valores de los ocho sensores y
se realizarán los cálculos pertinentes (ver Memoria de cálculo). Una vez
obtenida la orientación, el dispositivo girará hasta alcanzarla. Después del
posicionamiento se realizará una nueva toma de datos para comprobar
que la orientación es la adecuada para la siguiente etapa. En caso
afirmativo, comenzará la tercera etapa. Si por el contrario, la nueva toma
de datos muestra una mala orientación, se repetirá nuevamente la etapa
actual. Se realizarán cuantas iteraciones sean necesarias para alcanzar una
orientación suficientemente adecuada como para comenzar la siguiente
etapa.
Etapa 3: Etapa de ajuste. Para la consecución de esta etapa se utilizarán
dos sensores alojados bajo la estructura de paneles descrita
anteriormente. En esta etapa, el dispositivo irá girando, paso a paso, hasta
obtener la posición angular correcta para uno de los ejes. Posteriormente,
esta etapa se repite para el otro eje. Finalizados estos dos procesos, el
dispositivo estará orientado correctamente.
Una vez que el dispositivo haya alcanzado la posición angular correcta, se
enviará la información necesaria al exterior para que las placas solares se coloquen
adecuadamente.
Es importante tener en cuenta que el dispositivo no realizará las tres etapas
continuamente. Solo empezará desde la etapa 1 cuando la situación de partida sea
muy desfavorable, lo que puede ocurrir después de un periodo de nocturnidad o de
nubosidad. En situación de funcionamiento normal, el dispositivo, una vez orientado,
continuará en la tercera etapa. Cuando la resistencia de uno o ambos sensores de
ajuste supere un determinado valor debido a la progresión de la trayectoria solar, el
dispositivo irá realizando pequeños giros siguiendo dicha trayectoria. Si estando en
esta etapa se produce alguna interferencia, ya sea un periodo de nubosidad o un
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 43
objeto que se interponga entre el sol y el dispositivo, se puede optar por varias
opciones. La primera opción, consiste en mantener la posición actual hasta que la
perturbación pase y se pueda obtener una nueva orientación con garantías. La
segunda opción consiste en colocar el dispositivo en una posición inicial que podría ser
totalmente vertical. En ambos casos, cuando el periodo de perturbación haya pasado y
la luz solar incida nuevamente sobre el dispositivo, éste partirá, si es necesario, desde
la etapa 1 para orientarse nuevamente.
4.3. Diseño cabeza de sensores.
Para que el dispositivo funcione siguiendo los principios explicados con
anterioridad es necesario conseguir un diseño compacto que integre todos los
sensores necesarios y cuyo peso sea reducido. Esto permitirá que el mecanismo
utilizado para impulsar ambos ejes sea sencillo y no muy costoso. El funcionamiento
del dispositivo depende de que éste gire adecuadamente en cada etapa para ir
acercándose a la posición final. Todo el dispositivo tendrá que girar solidariamente sin
que nada interfiera, provocando sombras no deseadas sobre los sensores. Los ejes del
dispositivo, por tanto, tendrán que situarse en la parte posterior para que no
interfieran. La placa de sensores, donde se alojarán todos, estará situada entre el eje
horizontal y la estructura fabricada para provocar la sombra.
La placa alojará todos los sensores del dispositivo de forma que compartan el
mismo plano. El dispositivo, por tanto, estará compuesto por la placa donde se alojan
los sensores, por la estructura que integra todos los paneles utilizados para la
proyección de sombras y finalmente por el soporte que integrará los mecanismos de
giro.
La pieza fundamental del dispositivo es la estructura colocada sobre la placa de
sensores. Esta deberá tener unas dimensiones adecuadas para poder alojar todos los
sensores sin que se produzcan interferencia entre ellos y además asegurar la precisión
deseada. El diseño de esta estructura es complejo, pero existen diversidad de
soluciones para llegar a un resultado satisfactorio. La condición fundamental que debe
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 44
cumplir es que los orificios por los que penetran los rayos hasta llegar a la superficie de
los sensores tengan la sección y altura necesarias para que cada uno de los sensores
cumpla su función satisfactoriamente. Una opción es partir de una pieza maciza y
mecanizarla hasta darle la forma adecuada. Esto no es fácil, ya que los orificios
deberían ser de sección cuadrada para poder variar la altura de cada lateral. Mecanizar
orificios de sección cuadrada y área reducida con una profundidad relativamente
grande es difícil. Otra opción sería conseguir la estructura mediante fundición, lo que
requiere el uso de un molde y un material relativamente fácil de fundir. Esta opción,
aunque viable, es también compleja ya que el proceso para obtener una pieza
adecuada a partir de un molde no es sencillo. La opción más simple que permite la
obtención de la estructura con las dimensiones adecuadas es la de construirla a partir
de paneles planos mecanizados. Éstos se encajarán formando una especie de puzle 3D
con la forma adecuada. La gran ventaja de este método es la relativa facilidad de
mecanizar piezas planas mediante el uso de fresadoras. Si las formas son complejas se
puede utilizar maquinas de control numérico que permiten programar los
movimientos necesarios de forma precisa para obtener piezas de calidad y con un
acabado superficial excelente.
Una vez conocida la forma de llevar a cabo la construcción del dispositivo, es
necesario conocer de manera exacta las medidas. Con las medidas se podrá
determinar el número de piezas necesarias y la forma de las mismas para construir la
estructura. Dos de las medidas a tener en cuenta son la altura de los paneles y el área
de los orificios (formados por los paneles) a través de los que pasa la luz. Teniendo en
cuenta estas dimensiones se describirá de manera detallada el diseño de las piezas.
Como se desprende de la Memoria de cálculo, para conseguir la precisión
necesaria en los sensores de ajuste, las láminas han de tener una altura de 11.5 cm, si
la separación entre ellas es de 0.2 mm. La altura de las láminas determinará la altura
máxima del dispositivo. Además, para que la diferencia entre la sombra generada por
los paneles altos y los bajos sea suficiente, la altura de estos últimos será la mitad. Esto
determina las dos alturas fundamentales del dispositivo.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 45
Para determinar la separación entre los paneles, hay que tener en cuenta la
dimensión de los sensores. Éstos poseen un diámetro aproximado de 5 mm y su
sección es circular. Por este motivo y, teniendo en cuenta que la sección de los orificios
que formarán los paneles será cuadrada, éstos han de estar a una distancia que impida
que parte de su sección sea no efectiva, como se puede ver en la figura 17.
Figura 17. Área de sección excesiva.
La distancia entre los paneles será, por tanto, de 3 mm formando orificios de
sección cuadrada de 3 mm de lado y eliminando, incluso en las esquinas, las superficies
no efectivas. Los sensores quedarían como el que aparece en la figura 18.
Figura 18. Sección correcta.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 46
Por otro lado, la separación entre cada uno de los sensores tendrá que ser
suficiente para que entre ellos se pueda colocar algo que las separe e impida que la luz
que afecta a uno, afecte al contiguo. Si se utilizan paneles de 4 mm de espesor, la
separación de los sensores será de 2 mm, ya que el panel montará 1 mm en cada
sensor quedando un hueco de 2 mm entre los sensores. Este hueco es suficiente para
interponer algo que separe a los sensores adyacentes.
Una vez se han conseguido las medidas fundamentales, se intentará determinar
la distribución óptima de los sensores. Es esencial obtener un diseño simétrico que
permita que el peso esté equilibrado. Por ello, se parte de una distribución matricial
como la que aparece en la figura 19, en la que los sensores están a una distancia de 2
mm con los adyacentes.
Figura 19. Matriz de sensores.
Partiendo de una matriz como la que aparece en la figura anterior, existen
varias posibilidades para distribuir los sensores de aproximación final. Éstos han de
estar separados en cuatro parejas, cada una de ellas correspondiente a un cuadrante.
Los dos sensores de cada cuadrante tienen que estar sometidos a las mismas
incidencias solares, por lo que los paneles que estén relacionados con cada pareja han
de tener la misma altura. Como se vio en el apartado de Principios de funcionamiento,
los paneles centrales son compartidos por cuatro sensores, y serán de una altura
idéntica a la necesaria para los sensores de ajuste. En este caso el número de sensores
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 47
se duplica, por lo que la distribución vista anteriormente cambia ligeramente. Si los
paneles se colocan como se muestra en la figura 20, las posiciones 6, 7, 10 y 11 de la
matriz no cumplirían los requisitos, ya que los cuatro lados del hueco tendrían la
misma altura y no se podrían realizar los cálculos como se explicaba en los apartados
anteriores.
Figura 20. Distribución inicial.
Por el contrario, las posiciones 2, 3, 5, 8, 9, 12, 14 y 15 sí cumplen las
condiciones. Si los rayos solares inciden con un determinado ángulo sobre uno de los
laterales de un dispositivo como el que aparece en la figura 20, los sensores 2, 5, 9 y 14
estarían afectados por la misma proyección de sombra, ya que los paneles que están a
su derecha son de la misma altura. Si los rayos solares inciden desde la esquina inferior
derecha, los sensores 2 y 5 deberían mostrar la misma resistencia (después de ser
compensada), por lo que el comportamiento de los sensores sería el mismo para los
que se encuentran en un mismo cuadrante.
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Figura 21. Sensores descartados.
Con la distribución mostrada en la figura anterior, cada cuadrante tendrá dos
sensores con comportamiento similar. Para reducir el efecto de reflejos externos y
otras perturbaciones lumínicas, como ya se comentó en apartados anteriores, sería
necesario “arropar” los sensores con paneles de una altura inferior manteniendo la
funcionalidad actual. La altura de estos nuevos paneles será justo la mitad que los
colocados inicialmente. Las posiciones 1, 4, 13 y 16 podrían reservarse para los
sensores de ajuste inicial, con lo que prácticamente todos los sensores necesarios
quedarían integrados de manera compacta en un mismo dispositivo.
Finalmente habría que buscar una ubicación adecuada para los sensores de
ajuste. Sería conveniente colocarlos en la parte central del dispositivo. Una posible
ubicación podría ser cualquiera de las posiciones descartadas para los sensores de
aproximación. Éstas podrían dividirse a lo largo de toda su longitud por láminas de
espesor reducido para conseguir el efecto explicado en el apartado Principios de
funcionamiento, pero presentan un inconveniente fundamental. Cada sensor de ajuste
se usa para un eje, por lo que giros en el otro eje no deberían afectarle o hacerlo de
manera mínima. Por este motivo, la superficie del prisma formado por las láminas
tiene que ser superior al área efectiva del sensor. Con esto, los sensores, cuando el
dispositivo se encuentre dentro del rango de ajuste, solo se verán afectados por giros
producidos en los ejes correspondientes, como ya se explicó anteriormente.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 49
Las láminas de los sensores de ajuste son de un espesor mucho menor y la
sección del prisma creado con ellos es de 1 cm2. Este prisma se fabricará con láminas
de 0.5 mm de espesor. Éstas tienen que estar completamente planas para evitar que
cualquier imperfección genere interferencias, ya que están separadas entre sí por una
distancia de 0.2 mm, por lo que cualquier defecto en la superficie de una de ellas
puede generar sombras no deseadas sobre el sensor correspondiente provocando
errores en los datos y en la orientación final del dispositivo.
Las láminas necesarias para la fabricación de los prismas de ajuste tendrán una
sección de 10 x 115 mm. Su espesor total será de 0.7 mm, contando los 0.5 mm de
espesor propio más los 0.2 mm de los separadores (necesarios para mantener en toda
su longitud la distancia entre láminas). Así, con 14 láminas se crearía un prisma con
una sección de 10 x 9.8 mm. Teóricamente sería necesario otro separador más para
completar la sección de 10 x 10 mm. Este prisma iría alojado en un hueco de idéntica
sección creado por láminas de aluminio de 4 mm de espesor y justo debajo de cada
prisma se colocarían los sensores de ajuste.
Figura 22. Sensores de ajuste.
Como se puede ver en esta figura, los sensores de ajuste no pueden estar
separados 2 mm entre sí, como ocurre con los demás. La separación necesaria entre
ambos (teniendo en cuanta la distribución elegida) es de 9 mm. Éstos tienen que estar
colocados en el centro de la sección creada por los prismas de láminas metálicas, ya
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 50
que de otra forma podrían no obtenerse datos correctos. Con el diseño mostrado en la
figura 22, si el dispositivo está correctamente alineado, y se produce un pequeño giro
en el eje del azimut, el sensor encargado del ajuste de la altura solar no se vería
afectado o, al menos la variación en su resistencia sería muy pequeña en comparación
con la variación presentada en el sensor encargado del ajuste del azimut. De esta
forma, la única sombra generada sobre los sensores (siempre que el dispositivo esté en
el rango de ajuste) será la generada por las láminas metálicas delgadas que solo
incrementarán su proyección sobre el sensor cuando el giro se produzca en el eje
correspondiente (figura 23).
Figura 23. Sombra sobre los sensores de ajuste.
Como se puede ver en la figura anterior, cuando los rayos solares inciden desde
abajo, la zona sombreada del sensor de la izquierda se limita a la suma de las secciones
de las láminas que están sobre él. Por el contrario, la sombra sobre el sensor de la
derecha cubre el 100 % de su superficie, por tanto la resistencia de este último será
mucho mayor que el de la izquierda e indicará cual es el eje que está desfasado. Si el
sol incidiera sobre alguno de los laterales, la situación sería similar pero
intercambiando los sensores.
Para integrar estos dos prismas en la distribución original, será necesario
separar la matriz original e intercalar los prismas. La nueva distribución se puede ver
en la siguiente figura.
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Figura 24. Distribución con sensores de ajuste.
Aquí se puede apreciar que entre la mitad de los sensores originales colocados
en la parte superior y los colocados en la parte inferior, se han intercalado los dos
prismas. La funcionalidad de los sensores sigue siendo la misma, puesto que la altura
del panel original y la de los prismas de ajuste es exactamente la misma. Se ha
mantenido la numeración original para facilitar la apreciación de la modificación.
Además, se han colocado los paneles de altura inferior, que aparecen en tonos
marrones, para mejorar el rechazo de las perturbaciones externas. Los sensores
alojados en las posiciones 6, 7, 10 y 11 han sido eliminados y se mantienen los que
están en las esquinas del dispositivo, que serán utilizados, como se comentó
anteriormente, para la etapa de aproximación inicial.
La construcción de este dispositivo, tal como aparece en la figura 24, se realiza
utilizando paneles planos. Para determinar la forma de cada uno de ellos se parte del
diseño de la figura 24. Realizando cortes tanto longitudinales como transversales como
se muestra en la figura 25, se obtienen las formas y dimensiones de los paneles
necesarios.
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Figura 25. Cortes en el dispositivo.
Los cortes longitudinales dan como resultado las siguientes piezas que se
muestran a continuación:
Figura 26. Secciones longitudinales.
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Y los cortes transversales dan como resultado las siguientes piezas:
Figura 27. Secciones transversales.
Para poder encajar todas estas piezas, volviendo a conformar la estructura
tridimensional, es necesario efectuar cortes en las piezas planas que permitan su
correcto encaje. Estos cortes tienen que permitir que todas las piezas encajen sin que
éstas pierdan su forma. Por este motivo, a unas se les practicarán cortes por la parte
superior, y a las otras por la parte inferior. La longitud de estos cortes será la mitad de
la longitud total de la intersección. Es decir, si dos piezas comparten un volumen de
una altura X, a una de ellas se le practica un corte de X/2 de longitud por la parte
superior y a la otra un corte de X/2 por la parte inferior. De esta manera encajarán a la
perfección.
Teniendo en cuenta que cada pieza tiene intersecciones con varias, todas
presentarán varios cortes de alturas diferentes y de una anchura de 4 mm (que es la
anchura de los paneles). Además de lo comentado, la anchura de las piezas tendrá que
ser mayor de la mostrada en la figura 27, ya que hay que añadirle pestañas que sujeten
a las piezas exteriores.
Los huecos de los sensores de aproximación inicial tendrán ciertas
peculiaridades que se describen a continuación. Estos sensores solo se tendrán en
cuenta cuando la desviación con respecto a la orientación final sea muy elevada.
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Lograr que los sensores sean sensibles a altas desviaciones se consigue mediante el
uso de pequeños espejos que impiden que la luz penetre por el orificio, a la vez que
permiten que los rayos que inciden lateralmente en el dispositivo se reflejen e incidan
en los sensores. Para ello, en cada lateral del dispositivo, se practica una ranura de 3
mm de anchura por la que entrarán los rayos y donde se alojará el espejo. Cada sensor
recibirá los rayos que inciden en el lateral correspondiente. El orificio con el espejo
quedará como muestra la figura 28.
Figura 28. Espejo de los sensores de aproximación inicial.
El tamaño de los espejos es muy reducido debido a que el hueco esta limitado
al espacio entre dos láminas (3 mm). La fabricación de esta superficie reflectante no se
realizará, por tanto, con espejo convencional sino que se utilizará una pequeña lámina
de acero inoxidable con la superficie pulida. Ésta se colocará, adherida a un “triangulo”
de material plástico, formando un ángulo de 45º con la superficie del sensor. Este
ángulo permitirá que los rayos laterales se reflejen e incidan directamente sobre la
superficie de los sensores.
Finalmente, las piezas quedarán como las que aparecen en la figura 29, en las
que aparecen todas las modificaciones descritas.
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Figura 29. Piezas de la cabeza de sensores.
Como se observa en las figuras anteriores, todas las piezas presentan “aletas
exteriores” que permiten sujetar las piezas perimétricas del puzle 3D, como ya se
había comentado anteriormente. En el apartado Planos del presente documento se
pueden ver con mayor detalle las dimensiones de las piezas y el resultado final del
montaje. Una vista superior aparece en la siguiente figura.
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Figura 30. Montaje de la cabeza.
4.4. Diseño de la placa de sensores.
En el apartado anterior se ha diseñado la estructura que provocará las sombras
sobre los sensores. Estas sombras afectarán de forma diferente a los sensores, por lo
que los valores resistivos de éstos serán diferentes, en función del ángulo con el que
inciden los rayos solares. Los sensores han de estar distribuidos en un mismo plano,
justo debajo de la estructura metálica. La distribución final es la que aparece en la
siguiente figura:
Figura 31. Distribución final de los sensores.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 57
Los sensores se colocarán en una placa de circuito eléctrico para realizar las
conexiones eléctricas necesarias. Las células, por tanto, quedarán en la parte superior
de la placa. Si la placa con los sensores se coloca en la parte inferior de la cabeza de los
sensores, aunque la superficie inferior de ésta sea plana, la luz penetrará por los
huecos variando la resistencia de los sensores. La luz solo debe incidir desde los huecos
creados por los paneles de la cabeza, por lo que el ajuste entre la superficie de la
cabeza y la placa de los sensores debe ser perfecto, evitando que la luz se filtre entre
los huecos. Además, es necesario aislar unos sensores de otros para evitar que la luz
que penetra por el hueco correspondiente a un sensor pueda afectar a los sensores
que se encuentran a su alrededor. Las placas de circuitos eléctricos suelen ser de fibra
de vidrio, por lo que permiten el paso de la luz. Esto puede provocar también que si la
luz incide en la parte posterior de la placa del circuito, los sensores al otro lado se vean
afectados.
Para evitar que la luz se filtre por los huecos o a través de la placa del circuito es
necesario colocar placas opacas. Serán necesarias dos placas, una de ellas se encargará
de aislar los sensores entre sí y la otra se encargará de impedir que la luz que se filtra a
través de la placa de circuitería afecte a los sensores. La descripción de ambas se indica
a continuación:
Placa 1. La primera placa será de un espesor suficiente para cubrir la
célula de los sensores, impidiendo que los sensores sobresalgan y estará
perforada para que éstos se alojen en los orificios. De esta manera, la
luz que afecte a un sensor no afectará a los demás. La superficie plana
de la placa de material plástico, permitirá también un ajuste perfecto
con la parte inferior de la cabeza.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 58
Figura 32. Placa de separación de sensores.
Placa 2. La segunda se encargará de aislar la parte inferior de los
sensores. Por tanto, ésta también estará perforada, pero los orificios no
estarán destinados para alojar la cabeza de los sensores sino que
servirán para que las patillas de cada sensor la atraviesen. La placa se
colocara entre los sensores y el circuito, impidiendo que la luz incida en
la parte inferior de los sensores.
Figura 33.Placa de aislamiento entre el circuito y los sensores.
Los sensores, por tanto, estarán soldados a la placa del circuito con la placa 2
interpuesta entre ambos. La placa 1 se colocará sobre la primera de manera que los
sensores se alojen en cada uno de sus orificios. Con esta distribución cuando se
coloquen en la parte inferior de la cabeza, todos ellos estarán sometidos solo y
exclusivamente a la luz que penetre por el hueco superior.
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Figura 34. Sensores soldados con la placa de aislamiento.
4.5. Soportes.
Para colocar la placa de los sensores y poder girar de manera solidaria todo el
dispositivo es necesario crear una estructura sobre la que colocar todo el dispositivo,
que permita los movimientos necesarios para llevarlo a la posición angular adecuada.
Esta estructura ha de tener dos ejes de giro y ha de cumplir varias condiciones:
El soporte ha de ser suficientemente resistente para soportar el peso de
toda la estructura sin deformarse.
El soporte no puede provocar sombras sobre el dispositivo en ningún
caso.
La estructura se puede dividir en varias partes encargadas de llevar a cabo
distintas funciones. A continuación se describen cada una de las partes que formarán
la estructura completa.
4.5.1. Estructura de fijación de la cabeza y la placa de sensores.
La estructura tiene que situar a la cabeza de sensores y a la placa que los aloja
en una zona no afectada por sombras indeseadas, por lo que el resto de componentes
tendrán que colocarse detrás de ambos. Si el eje horizontal se ubica en la parte
posterior del dispositivo, todo el peso de la cabeza de sensores, de la placa y de los
propios sensores estaría en el mismo lado y, por tanto, totalmente desequilibrado. El
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peso del dispositivo tendrá que equilibrarse mediante el uso de algún tipo de
contrapeso.
El soporte tiene que acoplar la cabeza y la placa de sensores alineando ambas
para que los sensores caigan justo bajo los orificios y no exista posibilidad de
desplazamiento. Además, tiene que permitir el ajuste perfecto entre la superficie de la
placa y la superficie inferior de la cabeza de sensores. A la vez tendrá que soportar el
contrapeso y alojar el eje horizontal.
El contrapeso tiene que equilibrar al dispositivo. Si se utilizan materiales
similares a los usados para la construcción del dispositivo, la distancia medida desde el
eje de giro al dispositivo y desde el eje al contrapeso tiene que ser parecida (si el
volumen del contrapeso es aproximadamente igual al del dispositivo). El resultado
total será de un tamaño elevado y difícil de manejar. Para reducir el volumen y la
distancia del contrapeso al eje se pude utilizar material de mayor densidad como el
plomo, que permite reducir tanto el volumen total del contrapeso, como la distancia
entre éste y el eje. La solución escogida finalmente será colocar dos contrapesos
cilíndricos de plomo insertados en moldes de cobre atornillados a la estructura. El peso
de cada uno de ellos será aproximadamente 300 g, por lo que el total sumará 600 g.
Las dos piezas principales del soporte se construirán utilizando paneles de
aluminio de 3 mm de espesor. La razón por la que se elige este espesor es que permite
encajar las piezas del soporte entre las pestañas de los paneles que forman la cabeza
de sensores. Las piezas del soporte deslizarán, por tanto, entre los paneles y sujetarán
la placa de sensores contra la superficie inferior de la cabeza, además en la parte
posterior se colocarán los contrapesos y el eje quedará ubicado entre los contrapesos
y la cabeza. La composición queda como muestra la siguiente figura:
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Figura 35. Soporte con contrapesos.
Las piezas que conforman la estructura soporte mostrada en la figura anterior
se pueden ver en la figura 36. El montaje de las mismas para colocar los contrapesos
anteriormente mostrados (figura 35) y encajar la cabeza de sensores se muestra en la
figura 37. Las placas que sujetan el eje de 8 mm también presionan a la placa de
sensores contra la superficie inferior de la cabeza para evitar la filtración de luz
indeseada.
Figura 36.Piezas del soporte.
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Figura 37. Detalle del montaje.
4.5.2. Soporte del eje horizontal.
El eje horizontal que aparece en la figura 35 tendrá que estar soportado por
una estructura que permita girar sin problemas al dispositivo, sin que los contrapesos
golpeen sobre ella ni exista riesgo de rozamiento alguno. Además, la estructura
necesaria no puede provocar sombra sobre ninguno de los sensores en ningún
momento, ya que si esto ocurre puede provocar un mal funcionamiento del
dispositivo.
La estructura estará formada por dos apoyos provistos de rodamientos sobre
los que girará el eje. Estos apoyos, tienen que soportar el peso de todo el conjunto.
Además, tendrán que tener hueco suficiente para montar uno de los mecanismos de
giro, que posteriormente de describirá, y que se usará para impulsar el eje horizontal.
El eje horizontal utilizado es de 8 mm. Esto permite soportar con garantías el
peso de todo el conjunto sin riesgo de deformación. Por ello, los rodamientos
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 63
utilizados serán también de 8 mm. El espesor de éstos será de 4 mm para que puedan
ser alojados en el panel sin que sobresalgan. Para evitar que los rodamientos se
desplacen, éstos se alojarán en un orificio de un diámetro superior realizado en el
panel del soporte. Los rodamientos se fijarán con anillas de aluminio (figura 38) que
rellenan el hueco entre la superficie del rodamiento y el alojamiento. Estas anillas
cumplen dos funciones principales: por un lado, sujetan los rodamientos impidiendo
que éstos se muevan y anulando las posibles holguras y vibraciones. Por otro lado, el
“encamisado” conseguido con estas anillas ayuda a extraer los rodamientos en caso
necesario y evita dañar los orificios de alojamiento, ya que en caso de desgaste, éste se
produce en las anillas de encamisado y solo sería necesario sustituir éstas sin
necesidad de sustituir toda la pieza soporte.
Figura 38. Anillas de sujeción de los rodamientos.
Las anillas se atornillarán entre sí y a la pieza soporte mediante tres tornillos
pasantes roscados con tuercas y separados entre sí 120º, alojando entre ellas los
rodamientos. El conjunto se puede ver en la siguiente figura:
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Figura 39. Detalle de montaje de las anillas.
El número de anillas necesarias será cuatro, dos por cada rodamiento. El resto
de piezas que completarán los soportes del eje horizontal se pueden ver en la figura
40. En ella se aprecia que existen dos piezas de contorno semejante a las que alojan a
los rodamientos. Éstas se usarán para formar un espacio en el que se puedan montar
los componentes del mecanismo de giro encargado de impulsar al eje horizontal.
Figura 40. Piezas del soporte del eje horizontal.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 65
4.5.3. Plataforma giratoria.
El soporte del eje horizontal y todo el dispositivo estarán montados sobre una
plataforma giratoria impulsada por el eje vertical. En este caso no gira solo el
dispositivo de los sensores, sino que lo hace toda la estructura completa apoyada
sobre la plataforma giratoria. El eje vertical estará en el centro de la plataforma y será
hueco para permitir el paso del cable proveniente de los sensores a su través.
Figura 41. Plataforma giratoria.
El segundo mecanismo de giro se montará también bajo la plataforma giratoria
e impulsará a toda la estructura. La plataforma giratoria se atornillará sobre unas
placas provistas de un rodamiento, como las que aparecen en la figura 42, que
permiten el giro y el paso del eje a su través. Es importante que la holgura de este
rodamiento sea mínima para evitar vibraciones y desplazamientos, ya que éstos
pueden generar errores en la medición.
Figura 42. Rodamiento de la plataforma horizontal.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 66
Los soportes montados sobre la plataforma giratoria quedarán como muestra la
figura 43. En ésta, además, se puede apreciar las poleas del mecanismo de giro del eje
horizontal que se detallará en el siguiente aparatado. Sobre los rodamientos quedará
montado el dispositivo que aparecía en la figura 35.
Figura 43. Soporte sobre plataforma horizontal.
4.6. Mecanismos de giro.
El correcto funcionamiento del dispositivo dependerá de unos buenos
mecanismos que hagan girar a todo el conjunto. De esta manera se pueden realizar las
distintas etapas de aproximación y la de ajuste hasta llegar al resultado deseado.
Ambos mecanismos han de cumplir dos condiciones fundamentales:
El mecanismo de giro ha de ser capaz de orientar al dispositivo hacia
cualquier punto del espacio desde el plano de apoyo del dispositivo
hacia arriba (no tiene sentido que el dispositivo se oriente apuntando al
suelo).
El mínimo giro que el mecanismo pueda dar tiene que ser lo
suficientemente pequeño para obtener la precisión y exactitud deseada.
Si el giro mínimo es muy grande, cuando el dispositivo se encuentre en
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la etapa de ajuste, éste pude ser superior al necesario y superar la
orientación correcta, por lo que la orientación finalmente obtenida
podría estar alejada de la deseada.
Uno de los mecanismos de giro se encargará de impulsar al eje vertical y
permitirá al dispositivo alcanzar el azimut solar. El segundo mecanismo impulsa al eje
horizontal y permitirá al dispositivo alcanzar la altura solar. Cada mecanismo estará
impulsado por un actuador capaz de hacer girar el peso total del dispositivo, con giros
suficientemente pequeños para cumplir la segunda condición.
Los actuadores podrían ser motores de corriente continua que al tener un
movimiento continuo son capaces de orientar con la precisión deseada. Los motores
de corriente continua presentan sin embargo algunas desventajas que los hacen poco
atractivos para este proyecto. Uno de los inconvenientes principales consiste en la
dificultad que tendría un motor de corriente continua para llevar y mantener al
dispositivo en una posición concreta. Al ser el movimiento continuo, es difícil alcanzar
una posición angular concreta. Además, este tipo de actuadores no permiten
mantener una posición fija al contrario que ocurre con otro tipo de actuadores. Esto
también genera otro inconveniente añadido, ya que solo con el uso de un motor de
corriente continua no sería posible determinar la posición angular, por lo que sería
necesario el uso de encoders. Los encoders requeridos para la precisión necesaria en
este proyecto serían excesivamente caros, ya que el número de pasos es elevado.
Otra opción a la hora de seleccionar el actuador adecuado es elegir motores
paso a paso. Este tipo de motores, permite realizar giros definidos y mantener la
posición de manera más sencilla en comparación a los motores de corriente continua.
El problema que surge con este tipo de motores es que el movimiento se realiza con
pasos discretos, por lo que la posibilidad de obtener posiciones intermedias es
compleja. Esto implica que el motor necesario para obtener la precisión buscada en el
proyecto debería tener al menos 3600 pasos. Es posible utilizar, sin embargo, un motor
paso a paso de 200 pasos con un ángulo de paso de 1.8° y reducir este ángulo a 0.1°
mediante el uso de una reductora.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 68
Finalmente se opta por el uso e un actuador paso a paso con un ángulo de paso
de 1,8º. Este actuador estará acompañado por una reductora de 18/1 que reducirá el
ángulo de cada paso a 0,1º. El uso de motores paso a paso permitiría conocer, en todo
momento, la posición angular en la que se encuentran siempre que se conozca la
posición de partida. Esto es posible gracias al ángulo constante por cada paso. Por ello,
para conocer la posición de partida de cada motor, se proveerá a los mecanismos de
giro de varios finales de carrera que indiquen la posición inicial. A partir de este punto
se irán contando los pulsos en uno u otro sentido para calcular la posición angular en
la que se encuentran. Las características de los motores, así como las de cada una de
las reductoras necesarias, se describen en los siguientes apartados.
4.6.1. Actuadores utilizados.
Los dos ejes del dispositivo serán impulsados por el mismo tipo de motor. En
este caso, el modelo utilizado será el Minebea Matsushita. Se trata de un motor paso a
paso bipolar de tipo hibrido, cuyas características principales se pueden ver en la
siguiente tabla:
Características Tensión Nominal 24 Vdc
Corriente Nominal 1 A Nº Fases 4
Resistencia de Fase 1’6 Ω Angulo de Paso 1’8º
Par de Retención 380 mNm Par de Detención 11’8 mNm
Tabla 1. Características motor paso a paso.
Como se puede apreciar en la tabla, el par de detención que es el que tiene el
motor sin alimentación no es muy elevado, pero el par de retención, que es el que
tiene cuando el motor está alimentado, es bastante elevado, lo cual permite mantener
al dispositivo en una posición angular fija sin riesgo de desplazamientos indeseados.
Los motores se adaptarán a los huecos disponibles en el dispositivo para su ubicación.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 69
4.6.2. Reductora del eje horizontal.
Cada una de las reductoras utilizadas en los mecanismos de giro presentan
características constructivas que se desarrollarán en este y en el siguiente apartado. La
reductora del eje horizontal tendrá que convertir el giro mínimo que realiza el
actuador (1,8º) en el giro mínimo requerido en el proyecto (0.1º).
Existen algunas posibilidades diferentes para el diseño y fabricación de la
reductora. Debido al poco espacio disponible se descartan reductoras comerciales. Por
este motivo se opta por un diseño específico para el proyecto. La holgura admisible en
este mecanismo es mínima, ya que una holgura elevada reduce en exceso la precisión
final conseguida. Por este motivo, se descartan las ruedas dentadas como
componentes principales de la reductora. Para conseguir esta precisión buscada se
opta por la utilización de poleas dentadas de paso métrico de 2.5 mm. Estas poleas son
de un tamaño y peso reducido y al ser dentadas minimizan las holguras. Para la
conexión de los distintos pasos de la reductora se utilizan correas dentadas, también
de paso métrico de 2.5 mm.
Las poleas necesarias son las siguientes:
o 3 poleas de 10 dientes
o 1 polea de 20 dientes
o 2 poleas de 30 dientes
La transmisión está compuesta por varios pasos. El eje del motor montará una
polea de 10 dientes. El primer eje monta dos poleas de 20 y 10 dientes. La primera se
enlaza mediante una correa dentada a la del motor, la segunda se enlaza a su vez al
segundo eje, que monta otras dos poleas. La que se conecta con el eje 1 es de 30
dientes, la segunda es de 10 dientes y se conecta también con una correa dentada con
el eje horizontal del dispositivo que llevará acoplado una polea de 30 dientes, por lo
que el coeficiente de reducción será: 12; 13; 13, y el factor de reducción total
será de 1:18. Las correas necesarias para conectar los ejes son:
o 1 correa de 48 dientes
o 2 correas de 58 dientes
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La reductora montada en el soporte se puede ver en la siguiente figura:
Figura 44. Vistas de la reductora del eje horizontal.
Se han retirado de las imágenes anteriores la placa sobre la que se fija el motor
y se apoyan los ejes de las poleas para poder ver mejor la ubicación y distribución de la
reductora.
4.6.3. Reductora del eje vertical.
Al igual que con la reductora del eje horizontal, se utilizarán poleas de paso
métrico de 2.5 mm y el mismo tipo de correas. En este caso, la relación de la reductora
es exactamente la misma, pero el espacio para su distribución es mucho más amplio.
Este mayor espacio, y el diámetro del eje vertical (20 mm), hacen que las poleas
seleccionadas para obtener la relación de reducción sean diferentes. Las poleas
seleccionadas son las siguientes:
o 2 poleas de 10 dientes
o 1 polea de 60 dientes
o 1 polea de 30 dientes
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En este caso la reductora está compuesta por un eje intermedio en el que se
montan dos poleas de 10 y 30 dientes. La primera se enlaza con el eje vertical del
dispositivo, en el que se monta la polea de 60 dientes. La segunda se conecta con la
polea de 10 dientes del motor. La relación de reducción será: 13; 16. Finalmente,
como en el caso de la reductora horizontal, la relación es 1:18.
Las correas necesarias para conectar los ejes son las siguientes:
o 1 correa de 114 dientes
o 1 correa de 168 dientes
4.7. Lectura de sensores.
El funcionamiento del dispositivo depende los valores obtenidos de los
sensores, por ello, es necesario un circuito que asegure una correcta lectura. El
número de sensores es elevado, por este motivo, se puede utilizar un circuito
multiplexor que seleccione en cada caso el sensor adecuado reduciendo el número de
entradas analógicas necesarias en el sistema de control. El circuito multiplexor permite
leer, uno a uno, el valor de resistencia de los sensores. Los únicos inconvenientes que
presenta esta solución son el tiempo necesario para la lectura que se multiplica por 14
(ya que la lectura es en serie), y la necesidad de salidas digitales provenientes del
sistema de control utilizadas para la selección de la entrada del multiplexor. El circuito
utilizado para la función descrita se puede ver en la figura 45.
El circuito está compuesto por dos multiplexores analógicos de 8 a 1 modelo
74HCT4051. La selección de la entrada se realiza mediante cuatro entradas digitales.
Cada entrada está provista de un diodo zener que limita la tensión de entrada a 5 v. El
bit más significativo habilita uno de los multiplexores, obteniendo con ello un
multiplexor de 16 a 1. Los sensores no estarán en la misma placa que el resto del
circuito, ya que como se ha visto anteriormente, éstos estarán ubicados en la placa de
sensores descrita anteriormente. La conexión de estos sensores se realiza como
muestra el circuito de la figura 45.
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Figura 45. Circuito multiplexor.
4.8. Sistema de control
El proyecto requiere de un sistema de control que implemente el
funcionamiento desarrollado en los apartados anteriores. Este sistema se encargará de
llevar a cabo las tres etapas fundamentales de funcionamiento del dispositivo, así
como de llevar al dispositivo a la posición inicial cundo sea necesario y enviar los datos
necesarios al sistema encargado de posicionar los paneles solares. Para ello, el sistema
de control ha de cumplir unas determinadas características que se desarrollan a
continuación:
Este sistema de control ha de ser capaz de capturar y almacenar los
datos de los sensores. Los datos de los sensores se tomarán de forma
secuencial mediante el uso de un multiplexor, por lo que solo será
necesario disponer, en principio, de una entrada analógica por la que se
irán tomando uno a uno los datos de cada uno de los sensores. Será
necesario una segunda entrada analógica que tome la tensión de
referencia para cada medición de los sensores. De esta forma, si se
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 73
produce una oscilación en la tensión que alimenta a los sensores, ésta
no afectará a los datos calculados posteriormente.
El sistema de control, ha de ser capaz de almacenar una base de datos y
realizar las transformaciones necesarias sobre los datos obtenidos de
los sensores. De la misma forma, este sistema tendrá que estar
capacitado para realizar los cálculos necesarios para obtener, en función
de los datos externos, los ángulos necesarios para orientar las placas
solares.
El sistema estará provisto de las salidas digitales necesarias para
seleccionar en cada caso el sensor deseado mediante el uso de un
multiplexor externo. Las salidas digitales serán utilizadas para conectar a
las patillas de selección del multiplexor.
El sistema de control tendrá que suministrar la información necesaria al
circuito de control de los motores paso a paso para que éstos orienten
correctamente al dispositivo.
Por último, el sistema de control, una vez obtenido el resultado final,
tendrá que enviar la información al sistema de orientación de los
paneles solares.
Existen diversas opciones para obtener la funcionalidad requerida. Las más
comunes pueden ser:
PC convencional: donde se programe todo el funcionamiento y éste
alimente la circuitería necesaria para realizar todas las funciones
deseadas.
Microcontroladores: este tipo de sistemas de control son muy utilizados
para pequeñas aplicaciones. Existen una gran variedad en el mercado
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 74
que proporcionan una gran flexibilidad a la hora de realizar
determinadas aplicaciones. Su programación suele ser relativamente
sencilla, pero es necesario el uso de programadores específicos. Su gran
ventaja estriba en el tamaño reducido su facilidad de programar y
alimentar, pudiendo quedar integrado en el mismo circuito del
dispositivo. Las desventajas fundamentales son su limitada memoria y
su número de entradas y salidas, que lo hacen poco atractivo ante la
perspectiva de futuras modificaciones o ampliaciones. Además, una vez
programado y montado, es necesario desmontar en caso de necesitar
alguna modificación, o requiere de una circuitería externa que permita
su programación aún estando montado.
PLC: los controladores lógicos programables son, sin embargo, una
opción siempre muy atractiva a la hora de realizar aplicaciones de
control. Existen gran cantidad de marcas y modelos que permiten
realizar prácticamente cualquier tipo de aplicación de control. Éstos
tienen una gran cantidad de ventajas, como puede ser una gran
capacidad de ampliación de manera relativamente sencilla. Al permitir
el uso de tarjetas de entrada/salida independientes, se pueden añadir
las que sean necesarias para la realización de la aplicación en cuestión.
Si en un futuro se requieren más, es posible añadir otros módulos de
entrada-salida, los cuales además permiten ser programados con gran
facilidad mediante software específico y generalmente con diversidad
de lenguajes de programación, lo que le da al usuario una enorme
flexibilidad a la hora del diseño de la aplicación deseada. El software
necesario permite configurar el PLC y los distintos módulos que lo
acompañan y se puede instalar en un PC convencional. La programación
es fácilmente modificada, generalmente solo es necesario conectarse a
la CPU del PLC mediante una conexión USB y descargar la nueva versión
del programa sin apenas esfuerzo. Como inconveniente principal está su
elevado tamaño en comparación con los microcontroladores. Éstos
generalmente han de ser montados en un armario donde estará la
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 75
fuente de alimentación, la CPU y los distintos módulos de entrada-salida
que variarán en función de las necesidades.
Para el proyecto en cuestión, se ha optado por elegir un PLC como sistema de
control, fundamentalmente por lo comentado anteriormente. Al tratarse de un diseño
nuevo y, por tanto, de ser necesario la realización de una gran variedad de pruebas y
modificaciones, la facilidad que presenta el PLC a la hora de trabajar inclina la balanza
a su favor, quedando en un plano secundario el reducido tamaño del
microcontrolador, que permitiría instalarlo en el mismo circuito del dispositivo.
Además, se deja la puerta abierta a futuras mejoras y modificaciones que requieran del
uso de nuevas entradas y salidas.
El PLC elegido finalmente ha sido el modelo MODICON M340, de la marca
SCHNEIDER. Esta elección está fundamentada principalmente en los siguientes dos
motivos. Cumple con todas las necesidades descritas en el inicio de este apartado y
está disponible en el laboratorio.
4.8.1. Descripción del PLC
4.8.1.1. Bastidor.
Una de las piezas fundamentales para el montaje de un PLC es el bastidor
donde se integrarán todos los demás componentes del sistema de control. Mediante
éste, se conectan las distintas partes que componen el PLC, utilizando conectores DIN
de 40 puntos y consiguiendo una rigidez adicional en el conjunto. Para el PLC
seleccionado, se utilizará el bastidor BMX XPB 0400 con capacidad para cuatro
módulos. Las dimensiones y características constructivas se pueden apreciar en las
siguientes figuras:
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Figura 46. Dimensiones del bastidor de 4 slots.
Figura 47. Imagen real del bastidor.
La primera posición está reservada para colocar la fuente de alimentación que
suministrara potencia tanto a la CPU, como a los distintos módulos de entrada/salida
necesarios. Para la fuente de alimentación, por tanto, se utilizarán los dos primeros
conectores del bastidor (ver Figura 48) y, a partir de ésta, estarán distribuidos en
primer lugar la CPU y en los slots siguientes, los distintos módulos de entrada/salida.
Figura 48. Distribución de los slots.
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4.8.1.2. Fuente de alimentación.
La fuente que suministra potencia al sistema de control es la BMX CPS 2000.
Ésta suministra una tensión de salida de 24 V estables con una potencia de 20 W.
Figura 49. Fuente de alimentación.
Descripción de los elementos externos de la fuente, que aparecen en la Figura
49:
1.- Panel de visualización, donde se puede ver el estado de la fuente.
2.- Botón de reset.
3.- Conector del relé de alarma.
4.- Conector de alimentación y salida de 24 V.
En la siguiente figura se puede ver un detalle de los conectores frontales de la
fuente de alimentación.
Figura 50. Conectores de la fuente de alimentación.
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Las características técnicas de la fuente de alimentación se pueden observar en
la siguiente tabla de datos técnicos:
Tabla 2. Datos de la fuente de alimentación
4.8.1.3. CPU.
La CPU es un componente fundamental, ya que ésta se encarga de realizar
todas las operaciones necesarias y de gestionar las variables y entradas/salidas
disponibles para conseguir la funcionalidad deseada. En este caso se utiliza la BMX P34
2020 como la que se muestra en la figura 51.
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Figura 51. CPU.
Descripción de los elementos externos de la CPU, que aparecen en la figura 51:
1. Tornillo de fijación
2. Display de visualización. Con éste se puede ver el estado de los
principales parámetros de la CPU.
Figura 52. Detalle del display de visualización.
3. Conector mini USB utilizado para conectar con el PC de
configuración.
4. Ranura de inserción de la tarjeta de memoria flash utilizada para
guardar la copia de seguridad de la aplicación.
5. Conector RJ45 para la conexión a red Ethernet.
6. Conector RJ45 para la conexión Modbus.
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La CPU puede gestionar hasta 1024 E/S digitales y hasta 256 E/S analógicas en
configuración monorack. La capacidad de procesado permite ejecutar un número
máximo de 8100 instrucciones al milisegundo, si éstas son estrictamente booleanas y
un número algo menor (6400), si son mixtas. El resto de características de la CPU
elegida se pueden ver en la siguiente tabla de datos técnicos.
Tabla 3. Datos técnicos de la CPU.
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4.8.1.4. Módulos E/S.
Los módulos de entrada/salida se encargarán de comunicar el PLC con el
exterior, tanto para recibir los datos necesarios para las operaciones para las que se
programó, como para enviar las salidas generadas a los dispositivos que componen el
proyecto. En el presente proyecto se utilizarán dos módulos de entrada/salida
montados convenientemente en el bastidor descrito. El primer módulo será de
entradas/salidas digitales compuesto de 8 entradas y 8 salidas todas ellas de 24 V. El
módulo corresponde al modelo BMX DDM 16022. El diagrama de conexionado se
puede ver en la siguiente figura:
Figura 53. Diagrama de conexionado.
Las salidas digitales se utilizarán para el control del multiplexor analógico que
selecciona el sensor adecuado en cada caso. Además, se utilizarán algunas más para el
control de los motores paso a paso. Las entradas, por otra parte, se usarán para las
señales de inicialización del dispositivo y la señal de falta de luz.
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Las características del módulo utilizado se pueden ver en la siguiente tabla de
datos técnicos:
Tabla 4. Datos técnicos del módulo de E/S digitales.
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El segundo módulo utilizado será el BMX AMI 0410. Éste posee 4 entradas
analógicas configurables, utilizadas para la lectura de las resistencias y demás variables
requeridas en este proyecto. Las entradas podrán ser configuradas en función de las
necesidades. Las características principales de este módulo son las que aparecen en la
siguiente tabla de datos técnicos:
Tabla 5. Datos técnicos del módulo de entradas analógicas.
4.8.2. Configuración del PLC.
El desarrollo de cualquier aplicación implementada en un PLC requiere de la
utilización de un software específico que permite tanto la configuración hardware del
mismo, como el desarrollo, simulación y posterior carga de la programación necesaria
para el correcto funcionamiento de la aplicación. El PLC elegido utiliza para la
configuración el software Unity Pro, que permite realizar de forma flexible e intuitiva
los pasos necesarios para la configuración del PLC. La configuración se realizará en dos
pasos fundamentales que son la configuración hardware y la programación y carga de
la aplicación.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 84
4.8.2.1. Configuración Hardware.
En esta etapa se seleccionan y configuran, mediante el uso de software Unity
Pro, los distintos módulos que se emplearán en el proyecto. La configuración comienza
abriendo un nuevo proyecto para lo cual, una vez abierto el software, se hace clic en la
pestaña fichero y posteriormente sobre nuevo y aparece una tabla que permite
seleccionar la plataforma donde se realizará el proyecto (figura 54)
Figura 54. Plataformas.
En este caso, la plataforma seleccionada, como se puede ver en la figura
anterior, es la BMX P34 2020 con la CPU 340-20 con posibilidad de comunicación via
modbus y ethernet.
Una vez seleccionada la plataforma, se irán escogiendo los distintos
componentes que completan el PLC. El primer componente necesario será el bastidor,
ya que éste limitará el número máximo de módulos que se podrán conectar a la CPU
seleccionada. Para escoger dicho bastidor, haciendo uso del explorador de proyecto,
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 85
se despliega el menú configuración y se clicka sobre Bus PLC. Aparece una ventana
donde se puede ver la distribucion de los distintos componentes elegidos. Haciendo
doble click sobre el lateral de la imagen que aparece en dicha ventana (bastidor),
aparecerán las distintas opciones disponibles para el bastidor.
Figura 55. Ventana de configuración del PLC.
En la ventana que aparece se elige el bastidor de 4 slots, que en este caso es
BMX XBP 0400.
Figura 56. Ventana de selección del bastidor.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 86
A partir de este momento, en el explorador de proyecto solo aparecerán las
cuatro posiciones disponibles del bastidor. La primera estará reservada para la CPU, las
otras estarán libres para ir incluyendo los diferentes módulos de entrada/salida.
Figura 57. Posiciones del bastidor.
Para seleccionar los módulos que se conectarán en los distintos Slots libres, es
necesario hacer doble clic sobre la imagen del slot en cuestión. De esta manera,
aparece una ventana con menús desplegables donde se podrán seleccionar los
módulos.
Una vez se ha completado el PLC con los distintos módulos conectados en el
bastidor, se pueden configurar éstos para poder comenzar con la siguiente etapa.
Como se puede apreciar en las siguientes figuras, es posible seleccionar, configurar y
etiquetar las distintas entradas y salidas de los módulos; así como configurar, dentro
de los márgenes de cada módulo, los distintos parámetros de actuación. En este caso,
una de las cosas a tener en cuenta es el tipo de entrada analógica utilizada. Existen
varias posibles configuraciones para las entradas analógicas. Dentro de los posibles
rangos de trabajo de las entradas, se configurarán las entradas para variables en
tensión y con un rango de 0 a 10 V, por lo que, como se muestra en la figura 58, se
elige dicha opción. Es posible configurar las distintas entradas del módulo analógico de
E. T. S. de Ingenieros de Sevilla Diseño de dispositivo autónomo de I.A.E.I. detección de la orientación solar.
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forma diferente según las necesidades. Para este proyecto, todas las entradas
analógicas estarán conectadas y serán entradas en tensión de 0 a 10 V.
Figura 58. Configuración de entradas analógicas.
Navegando por las distintas ventanas de configuración, se podrán seleccionar
todos los parámetros de los módulos que componen el PLC, para que éstos se
comporten de manera adecuada durante la ejecución de la aplicación.
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Figura 59. Ejemplo de ventana de configuración.
4.8.2.2. Declaración de variables.
El etiquetado de las variables, ya sean entradas, salidas o variables internas de
tipo analógico o digital, se realiza desde el menú variables e instancias FB que se
encuentra en el explorador de proyectos. Las variables creadas pueden ser de diversos
tipos predefinidos (booleanas, enteras…), en este caso se crean desde el menú
variables elementales. Éstas podrán estar vinculadas, si es necesario, a alguna de las
entradas o salidas disponibles en los diferentes módulos. De esta manera, no será
necesario hacer referencia cada vez a la direccion de dicha entrada o salida, sino que
simplemente se usará el símbolo o etiqueta previamente definido.
Es posible crear, además de los ya existentes, tipos de variables definidos por el
usuario, que después se podrán usar en el proyecto. En caso de crear alguna variable
de un tipo definido por el usuario, se realizará desde el menú variables derivadas.
Todas las variables, ya sean elementales o derivadas, se pueden ver navegando por el
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explorador de proyectos. Como ya se ha comentado anteriormente, es posible vincular
las variables a alguna de las entradas o salidas disponibles para lo cual, en el momento
de su creación, es necesario asignarles el tipo correcto que coincida con la entrada o
salida en cuestión y asignarles una dirección correcta que esté libre. También es
posible crear variables internas de cualquier tipo, que no estarán vinculadas a ninguna
entrada/salida y que serán utilizadas para realizar las distintas operaciones necesarias
de la aplicación. En este caso, la forma de definirlas es similar, se le asigna un nombre
(que no exista) y un tipo, pero no es necesario asignarles ninguna dirección.
Las variables precisadas para el proyecto, se podrán ir creando durante la
programación del mismo. Si en alguna de las secciones de programación se hace
referencia a una variable inexistente, el software permite la creación de la misma
desde la propia sección, sin necesidad de ir a la lista de variables para crearla.
4.8.2.3. Programación.
La ejecución de una aplicación en este tipo de PLCs se divide en tareas que a su
vez se dividen en secciones. Estas secciones se ejecutan de manera secuencial en
orden descendente, por lo que es importante ordenar adecuadamente todas las
secciones que componen la aplicación. La ejecución de las distintas secciones se puede
condicionar a alguna variable, evitando la ejecución de determinadas secciones
cuando no sean necesarias. Para crear una nueva sección, navegando por el explorador
de proyecto, se despliega el menú programa y posteriormente se despliega la carpeta
de la tarea deseada y sobre la carpeta secciones haciendo clic con el botón derecho
sobre dicha carpeta, se selecciona nueva sección y aparece una ventana que permite
crear una nueva sección. Para la creación de dicha sección, es necesario asignarle un
nombre que no exista previamente, seleccionar el tipo de programación usado para su
desarrollo y, si se desea, en la pestaña condición, se configura la condición que permita
la ejecución de la sección.
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Figura 60. Ventana de configuración de nueva sección.
Como se puede ver en la figura anterior, existen varios tipos de programación
que permiten, en función de las necesidades, programar las funciones de cada una de
las secciones. A continuación se muestra una breve descripción de los lenguajes de
programación fundamentales que se utilizarán posteriormente en la aplicación.
1. LD o lenguaje de contactos. Éste consiste en la programación típica de
contactos en los que mediante la utilización de contactos normalmente
abiertos o cerrados, comparaciones básicas y bloques de funciones se
permite generar la salida adecuada a la bobina deseada.
2. ST o lenguaje estructurado. Éste es parecido a los lenguajes de
programación existentes como C y permite al usuario, mediante el uso
de líneas de código, programar el comportamiento deseado.
3. SFC o programación grafcet. Permite programar de manera secuencial
el comportamiento de la aplicación. Si la aplicación está compuesta de
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etapas claramente definidas y diferenciables, se puede configurar
mediante el uso de este tipo de programación que permite al usuario
crear etapas y transiciones, cada una con las funciones necesarias. Las
transiciones se realizarán cuando se cumplan las condiciones impuestas
por el usuario. Para programar tanto el comportamiento de las distintas
etapas, como el de las transiciones se pueden utilizar los mismos
lenguajes usados para las secciones (LD, ST etc.).
4.8.2.4. Programa del PLC
Una vez descritas las nociones básicas necesarias para el manejo del software
Unity Pro, se pasa a describir el programa necesario para el proyecto. Éste estará
compuesto por varias secciones independientes que se ejecutarán en cada ciclo y dos
secciones grafcet que implementarán las distintas etapas de funcionamiento del
dispositivo y la inicialización de éste. Las etapas de funcionamiento independiente
serán cuatro y se describen a continuación.
Sección PULSOS.
Esta sección, que se ejecuta en continuo, se encargará de generar una señal
pulsatoria temporizada con un intervalo de 0.2 segundos. Ésta se utilizará para
temporizar la ejecución de todas las secciones del programa permitiendo,
fundamentalmente, el refresco de los datos externos cuando se realiza la lectura de los
sensores. Esta señal se usará también para generar los pulsos necesarios para el
movimiento de los motores paso a paso. Además de la funcion basica descrita, esta
sección se encarga también de habilitar las salidas de selección del multiplexor que
permitirán en cada caso elegir el sensor adecuado. El nombre de esta sección será
PULSOS y su programación es la que aparece en el esquema 1.
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Esquema 1.
Sección EJE-H
La segunda sección independiente se llama EJE-H y se encarga de enviar los
pulsos necesarios al motor que impulsa al eje horizontal. Esta sección estará
temporizada por la señal pulsatoria de la sección anterior y su funcionamiento
consistirá en enviar los pulsos al motor, siempre que la señal de habilitado
(motor1_enb) esté a 1, e irá incrementando o decrementando el valor de la variable
cuenta1. El valor de la variable cuenta1 se enviará posteriormente a los actuadores de
EN
INentrada
ENO
OUT sel
.1
UINT_TO_BYTE
EN
INsel
ENO
BIT4
BIT7
BIT6
BIT1 bit1
BIT3 bit3
BIT5
BIT2 bit2
BIT0 bit0
.2
BYTE_TO_BIT
EN
INTERVALsec
DELSCANS
ENO
Q RELOJ
FBI_8
SAMPLETM
EN
ININICIO
ENO
OUT PROGRAMA
.3
NOT
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 93
las placas solares para su correcta orientación. El incremento o decremento de esta
variable se consigue mediante el uso de un contador de doble sentido y dependerá de
otra variable llamada sentido que habilitará la cuenta, hacia arriba o hacia abajo, en
función de su estado. La programación de esta sección, al igual que la anterior, se
realiza en lenguaje de contactos y se puede apreciar en el esquema 2.
Esquema 2.
Como se puede ver, además de las señales mencionadas, existe una
comparación en cada una de las líneas que impedirán que el motor sobrepase los
límites de funcionamiento.
Sección EJE-V
La tercera sección independiente es igual que la anterior. En este caso se
encargará del manejo del motor del eje vertical. La programación es exactamente la
misma, pero sustituyendo la señal de habilitado por motor2_enb y la variable cuenta1
por cuenta2. Se puede ver dicha programación en el esquema 3.
EN
R
LD
CU
CD
PV
ENO
QU
QD
CV cuenta1
FBI_10
CTUD_INT
/
sentido
reloj
reloj
sentidomotor1_...
motor1_...
MOTOR... RELOJ PULSO
cuenta1<1800
COMPARE
cuenta1>-1800
COMPARE
cuenta1<1800 ...
COMPARE
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 94
Esquema 3.
Sección LÍMITES
Por último, existe una cuarta sección independiente que se encargará de
indicar cuándo se alcanzan los límites de funcionamiento de ambos motores,
habilitando un flag en caso de llegar a alguno de ellos. Existen dos flags, uno por cada
motor, que se activarán cuando alguno de los mecanismos de giro esté en el límite.
Esta sección no para los motores, puesto que de esta función ya se encargan cada una
de las secciones anteriores. La programación se realiza en lenguaje de contactos y es la
siguiente:
Esquema 4.
Cuando la variable cuenta1 es menor a -1800 o mayor a 1800 el flag
correspondiente, en este caso LIM_EJE_H se pone a 1 indicando que el motor ha
llegado a uno de sus límites. De igual forma, cuando la variable cuenta2 es menor a
-1800 o mayor a 1800, el flag LIM_EJE_V se pone a 1 indicando el límite del segundo
EN
R
LD
CU
CD
PV
ENO
QU
QD
CV cuenta2
FBI_11
CTUD_INT
/
sentido
reloj
reloj
sentidomotor2_...
motor2_...
MOTOR... RELOJ PULSO
cuenta2<1800
COMPARE
cuenta2>-1800
COMPARE
cuenta2<1800 ...
COMPARE
CUENTA1<=-18.
..
COMPARE LIM_EJE...
CUENTA2<=-18.
..
COMPARE LIM_EJE...
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 95
motor. Como se puede observar, el rango de funcionamiento de ambos motores es el
mismo (3600), que, teniendo en cuenta que la unidad de medida de las variables
cuenta1 y cuenta2 son décimas de grado, corresponden a 360º.
Sección SECUENCIA
Como se comentó en el apartado Principios de funcionamiento del presente
documento, el funcionamiento del dispositivo se divide en tres etapas fundamentales.
Esta funcionalidad se consigue mediante la programación de un diagrama grafcet
(diagrama 1) que implementará estas etapas. Éstas a su vez tendrán que ser divididas
en pasos. A continuación se describirá el funcionamiento de las distintas etapas que
componen la aplicación, para posteriormente desarrollar el diagrama grafcet necesario
mostrando el código de cada una de las acciones necesarias.
Etapa reposo: en esta etapa, el PLC no realiza ninguna acción y solo
ejecuta una inicialización de las variables internas utilizadas durante la
ejecución de todas las etapas y secciones de la programación. La
condición de transición de esta a las siguientes etapas será temporizada,
es decir, cuando el programa esté un determinado tiempo en esta etapa
pasará automáticamente a la siguiente.
Etapa de lectura: Ésta es la primera etapa de funcionamiento real del
dispositivo, en ella se realizará una lectura de 12 de los 14 sensores del
dispositivo con la idea de identificar en primera instancia cuál es la
magnitud aproximada del desvío del dispositivo con respecto a la
orientación final deseada. Si el resultado de la lectura muestra valores
excesivamente altos de resistencia, el dispositivo estará muy alejado de
dicha orientación y, por tanto, tendrá que realizarse una primera
aproximación (etapa de aproximación inicial). Si por el contrario, el
resultado de la lectura muestra valores de resistencia bajos, indicará
que el dispositivo se encuentra orientado de manera próxima a la
orientación solar y se podrá pasar directamente a una aproximación
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 96
más cercana (aproximación final) saltándose la etapa de aproximación
inicial.
Etapa de aproximación inicial: esta etapa pretende alcanzar una
orientación que, aun no siendo muy buena, acerque al dispositivo lo
suficiente a la orientación deseada como para que el número de
iteraciones necesarias en la etapa de aproximación final no sea excesivo
y se minimice el riesgo de resultados erróneos que podrían darse si se
comienza la etapa de aproximación final desde una posición muy
desfavorable. El funcionamiento consistirá fundamentalmente en,
partiendo del dispositivo totalmente vertical, es decir, con los orificios
de los sensores mirando hacia arriba, ir girando el eje vertical, hasta que
el sensor de aproximación inicial muestre un valor de resistencia
mínimo. Para conseguir el resultado deseado, se ejecutarán varios pasos
que se describen a continuación.
Paso 1: en este paso, partiendo del valor inicial obtenido en la etapa de
lectura para el sensor de aproximación inicial, se hace girar al dispositivo
diez grados en un sentido, se toma nuevamente el valor de ese sensor y
se compara con el valor anterior. Si el valor actual es menor, querrá
decir que el sentido de giro es el correcto y el dispositivo se está
acercando a la orientación adecuada. En este caso, se producirá otro
giro de diez grados y se vuelve a comparar el valor actual con el
obtenido en iteración anterior, esto se repetirá hasta que el valor
obtenido sea mayor que el de la iteración anterior. Cuando el valor
actual sea mayor que el anterior, ya sea en la primera iteración o en las
realizadas posteriormente, indicará que el dispositivo ha superado la
posición angular idónea o que el sentido de giro no es el correcto y por
tanto tendrá que volver atrás. En este caso se pasa al siguiente paso.
Paso 2: en ésta se realiza la misma operación que en el caso anterior,
pero en el sentido contrario. De la misma forma, mientras los valores
obtenidos sean menores que los de la iteración anterior, el dispositivo
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 97
continuará girando en arcos de diez grados. Cuando el valor obtenido
sea mayor que el de la iteración anterior, y sabiendo que ya en la paso 1
había ocurrido lo mismo pero en sentido contrario, indicará que se ha
superado el valor mínimo posible para este sensor y que, por tanto, éste
se encontraba en el paso anterior. Por este motivo, se realiza un último
giro de diez grados en sentido inverso y se pasa al siguiente paso.
Paso 3: en ésta se realiza un cálculo del giro necesario en el eje
horizontal para llevar al dispositivo a la orientación más cercana posible
a la del sol. Teóricamente, en los dos pasos anteriores, se ha llevado al
dispositivo a un azimut bastante cercano al final. El sensor de
aproximación final dispone de un espejo que impide que los rayos
incidan directamente sobre la superficie del sensor si éstos llegan desde
la parte superior del dispositivo y, a su vez, permite que los rayos que
inciden desde el lateral del dispositivo, una vez reflejados en su
superficie, incidan en la del sensor. Por este motivo, el valor de
resistencia del sensor será menor cuanto mayor sea la desviación en
altura de los rayos solares y mayor cuanto menor sea ésta. Así, si una
vez se ha alcanzado un valor correcto de azimut, el sensor muestra
todavía un valor elevado de resistencia, significará que los rayos inciden
desde una altura elevada y por tanto el dispositivo no tiene una
desviación excesiva con respecto a la orientación solar. Si por el
contrario el sensor presenta un valor pequeño de resistencia, indicará
que los rayos inciden desde una altura menor (incidiendo en el lateral
del dispositivo) y, por tanto, la desviación es grande. Es por esto que si la
resistencia medida en este paso es pequeña, el giro del motor 2 será
grande y al contrario, si la resistencia medida es grande, el motor 2
prácticamente no girará. Teniendo en cuenta que la orientación buscada
en esta etapa es aproximada y, que los errores cometidos se corregirán
en etapas posteriores, se utilizará una ecuación lineal para calcular, en
función de la resistencia, el valor del ángulo. La ecuación es la siguiente:
Altura = -0.032*Valor_sensor + 64
E. T. S. de Ingenieros de Sevilla Diseño de dispositivo autónomo de I.A.E.I. detección de la orientación solar.
Miguel Ángel Zamudio Florido Página 98
Los parámetros de la ecuación se han calculado mediante pruebas con
el prototipo, por lo que es posible la necesidad de ajustes posteriores.
Una vez realizado el giro del eje horizontal, el dispositivo estará
teóricamente en una posición angular mucho más cercana a la final y,
por tanto, el resultado de una nueva lectura de los sensores tendrá que
ser mucho menor. La salida de este último paso vuelve a llevar a la
secuencia a la etapa de lectura donde se realizará una nueva. Ésta
puede arrojar dos resultados diferentes que llevarán a la secuencia, sin
embargo, a un mismo punto. El primer resultado posible consiste en que
el valor de las resistencias sea suficientemente pequeño para que el
dispositivo pase a la etapa de aproximación final y, por tanto, la
secuencia saltará a esta etapa. Otra posibilidad consiste en que el valor
de las resistencias siga siendo excesivamente alto, indicando que el
dispositivo se encuentra aún muy alejado de la posición final. A pesar de
esto, el dispositivo pasará a la etapa de aproximación final ya que, al no
estar ya en una posición vertical, el orificio lateral del sensor de
aproximación inicial se encontrará orientado hacia el suelo y, por tanto,
el resultado de una nueva aproximación inicial puede ser imprevisible.
Etapa de aproximación final. El objetivo de esta etapa es conseguir una
aproximación mucho más exacta que la anterior dejando al dispositivo
en un rango de más o menos 2 grados en ambos ejes. Para ello, se
utilizan los 8 sensores de aproximación final con los que se calculan los
ángulos de desviación y se hace girar al dispositivo hacia la posición
calculada. Esta operación se repetirá hasta conseguir que el cálculo
obtenido sea menor a 0.2 grados en ambos ejes. A pesar de que el
resultado final de esta etapa pueda ser de una desviación no superior a
0.2 grados, esto puede no ser totalmente correcto, puesto que el
cálculo es simplemente una aproximación. A pesar de esto, se puede
asegurar que el dispositivo estará en una posición angular muy cercana
a la deseada, ya que todos los sensores de aproximación final
E. T. S. de Ingenieros de Sevilla Diseño de dispositivo autónomo de I.A.E.I. detección de la orientación solar.
Miguel Ángel Zamudio Florido Página 99
presentarán valores mínimos de resistencia y esto solo ocurre cuando el
dispositivo está bien orientado.
El cálculo de los ángulos de desviación se lleva a cabo en varios pasos.
Inicialmente, se determina cual de los cuatro cuadrantes del dispositivo
es el que presenta menor incidencia solar. Esto determinará un ángulo
base de partida. Si se supone una incidencia solar en la que la
proyección de los rayos forma un ángulo de 45º con respecto a la
horizontal (figura 61), el cuadrante que presentará la mayor resistencia
será el tercero. Por el contrario el primer cuadrante presentará menor
resistencia y los cuadrantes 2 y 4 presentarán teóricamente un valor de
resistencia similar comprendido entre el del primero y el del tercero. Si
el ángulo de la proyección disminuye, el tercer cuadrante continuará
presentando el valor máximo y el primero el mínimo, pero los valores de
los cuadrantes 2 y 4 ya no serán similares sino que, por el contrario, el
valor del cuarto será ahora menor que el del segundo. Por ello, en
función de cual sea el cuadrante más iluminado se tomará un ángulo
base, y éste se corregirá en función de los valores de los cuadrantes
adyacentes. El siguiente paso para determinar los dos ángulos de desvío
necesarios es calcular las proyecciones sobre cada eje del vector
calculado anteriormente. Una vez se obtienen los ángulos, se girará el
dispositivo primero en un eje y posteriormente en el otro. Finalmente,
se realizará una nueva lectura de los sensores para comprobar si la
posición angular cumple los requisitos mínimos para la próxima etapa.
Figura 61. Vista esquemática del dispositivo.
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 100
Etapa de ajuste. Una vez alcanzada la posición angular resultado de la
etapa anterior, el dispositivo estará suficientemente bien orientado
para pasar a la siguiente etapa. Ésta consiste en ajustar dicha
orientación para obtener la precisión final deseada. La ejecución es
similar a la de aproximación inicial, pero en este caso se utiliza para el
ajuste de cada eje el sensor de ajuste correspondiente. Los pasos
necesarios para llevar a cabo esta etapa son los siguientes:
Paso 1: el ajuste se realizará de manera independiente en cada eje. En el
primer paso, se selecciona el sensor correspondiente a este eje y se
comienzan a dar pequeños saltos de una décima de grado en un
sentido. Si el valor de resistencia del sensor disminuye después de un
salto, indicará que el sentido es el correcto y se continuará en ese
sentido. Si el valor de resistencia del sensor se incrementa, ya sea en el
primer paso o en los posteriores, el sentido será el opuesto y se pasará
al siguiente paso.
Paso 2: al igual que ocurría en la etapa de ajuste inicial, los pasos ahora
se realizarán en sentido contrario hasta que el valor de resistencia
obtenido sea mayor al del paso inicial. En este caso, se realiza un último
paso en sentido inverso y este eje estará ajustado.
Paso 3: el tercer paso realizará la misma función que el paso 1 pero en
este caso, con el segundo eje. De esta manera una vez seleccionado el
sensor correspondiente y habilitado el motor adecuado, se irán
realizando saltos de 0.1º hasta que el valor de resistencia obtenido sea
mayor que en el salto anterior. En este momento se pasa al último paso.
Paso 4: el último paso lleva a cabo la misma función que el paso 2 para
el segundo eje. Una vez finalizada la función del mismo, el dispositivo
estará correctamente orientado y se habilitará un flag que indica tal
estado. La aplicación permanecerá en este estado hasta que el valor de
alguno de los dos sensores de ajuste supere un valor determinado, lo
que indicará que la desviación está creciendo. Existen varias
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 101
posibilidades que provocan la salida de esta etapa. La primera es que,
debido a la trayectoria solar, el dispositivo presente una pequeña
desviación, por lo que la aplicación comenzará nuevamente la etapa de
ajuste. La segunda es que, debido a cualquier tipo de perturbación
(nubes, sombras…) el valor de los sensores de ajuste se eleve
demasiado, por lo que la desviación será muy elevada. En este último
caso, la aplicación comenzará el proceso de orientación desde el
principio, tomando una nueva lectura de los sensores.
Las etapas descritas anteriormente se implementan en un diagrama grafcet,
que se desarrollará posteriormente. Las etapas de un diagrama grafcet pueden incluir
varias acciones que se ejecutarán, en función de la configuración elegida, una vez al
inicio de la etapa, durante la estancia en dicha etapa, o a la salida de ésta. A
continuación se describen y se muestran las distintas acciones programadas para cada
etapa, así como algunas de las programadas en las transiciones entre etapas.
Diagrama grafcet:
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 102
Diagrama 1.
LECTURA SENSORES
Etapa reposo
REPOSO
TRANS2_2
A_INIC_1
COND3
A_FINAL
COND6
AJUSTE_1
COND7
TRANS2_1
LECTURA
TRANS1
TRANS5
A_INIC_2
COND4
A_INIC_3
COND5
AJUSTE_2
COND8
AJUSTE_3
COND9
AJUSTE_4
COND11COND12
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 103
Etapa REPOSO. Ésta solo se encarga de inicializar las distintas variables de la
aplicación, por lo que solo tiene asociada una única acción que se ejecuta durante la
etapa. La acción está desarrollada en lenguaje estructurado y su programación es la
siguiente:
CUENTA1:=0;
CUENTA2:=0;
COND1:=FALSE;
COND2:=FALSE;
COND3:=FALSE;
COND4:=FALSE;
COND5:=FALSE;
COND6:=FALSE;
COND7:=FALSE;
COND8:=FALSE;
COND9:=FALSE;
COND10:=FALSE;
COND11:=FALSE;
COND12:=FALSE;
MOTOR1_ENB:=FALSE;
MOTOR2_ENB:=FALSE;
Etapa LECTURA. La función de esta etapa es la de leer el valor de los distintos
sensores del dispositivo. La etapa tiene asignada tres acciones. La primera se ejecuta
una única vez a la entrada de la etapa, su nombre es ENTRADA2 y su única función es
inicializar la cuenta de selección de sensor. La segunda acción y principal, se ejecuta
durante la etapa. Ésta se encarga de cumplir la función descrita anteriormente,
además, se realiza la compensación de los datos de entrada para poder realizar los
cálculos adecuadamente. Su nombre es ETAPA2, y su código es el siguiente:
IF (RELOJ) THEN
DATOS[0][ENTRADA]:=TENSION;
DATOS[1][ENTRADA]:=REFERENCIA;
ENTRADA:=ENTRADA+1;
IF ENTRADA=14 THEN
FOR I:=0 TO 13 DO
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 104
DATOS_INTERMEDIOS[I]:=((3.3*INT_TO_REAL(DATOS[0][I]))/INT_TO_REAL(D
ATOS[1][I]-DATOS[0][I]));
DATOS_FIN[I]:=((DATOS_INTERMEDIOS[I]-
COMPENSACION[1][I])/COMPENSACION[0][I]);
END_FOR;
SUMA:=0.0;
FOR I:=0 TO 3 DO
LUZ_CUADRANTE[I]:=(DATOS_FIN[2*I]+DATOS_FIN[(2*I)+1])/2.0;
CUADRANTE[I][0]:=LUZ_CUADRANTE[I]*COS_REAL(6.283*(45.0+90.0*UINT_T
O_REAL(I))/360.0);
CUADRANTE[I][1]:=LUZ_CUADRANTE[I]*SIN_REAL(6.283*(45.0+90.0*UINT_TO
_REAL(I))/360.0);
END_FOR;
IF
MIN(LUZ_CUADRANTE[0],LUZ_CUADRANTE[1],LUZ_CUADRANTE[2],LUZ_CUADRANTE[3])>4.
5 THEN
COND1:=TRUE;
COND2:=FALSE;
ELSE
COND1:=FALSE;
COND2:=TRUE;
END_IF;
END_IF;
END_IF;
La tercera y última acción asignada a esta etapa se denomina SALIDA2 y sólo se
encarga de resetear las condiciones de transición de esta etapa a las siguientes.
Etapa A_INIC_1. Esta etapa implementa el primer paso de la etapa de
aproximación inicial. Al igual que la etapa anterior, tiene asignadas tres acciones
distribuidas de forma similar. La acción ENTRADA3 selecciona el sensor de
aproximación inicial y le da valor a la variable que se utilizará para comparar con los
valores obtenidos en cada iteración del sensor. Esta última se irá refrescando en cada
iteración. El código es el siguiente:
VALOR:=DATOS[0][10];
E. T. S. de Ingenieros de Sevilla Diseño de dispositivo autónomo de I.A.E.I. detección de la orientación solar.
Miguel Ángel Zamudio Florido Página 105
ENTRADA:=10;
La acción principal de esta etapa se denomina ETAPA3 e implementa el código
necesario para la realización de las iteraciones en las que el dispositivo realiza giros de
10º y toma lectura del sensor de aproximación inicial.
IF (RELOJ) THEN
IF (ETAPA3_1=FALSE) THEN
ETAPA3_1:=TRUE;
ETAPA3_3:=TRUE;
PASOS_3:=100;
IF (TENSION>VALOR+100 AND ETAPA3_3=TRUE) THEN
COND3:=TRUE;
END_IF;
VALOR:=TENSION;
ELSE
IF (PASOS_3>0) THEN
MOTOR2_ENB:=TRUE;
SENTIDO:=TRUE;
PASOS_3:=PASOS_3-1;
END_IF;
IF PASOS_3<=0 THEN
MOTOR2_ENB:=FALSE;
ETAPA3_1:=FALSE;
END_IF;
END_IF;
END_IF;
Por último, la etapa tiene asignada una acción de salida encargada de resetear
los flags de condiciones utilizados durante la ejecución de la ETAPA3.
Etapa A_INIC_2. Ésta implementa el paso dos de la etapa de aproximación
inicial. Las acciones asociadas en este caso son solo dos. La primera se llama ETAPA4 y
se ejecuta durante la etapa. Su código realiza los giros en sentido opuesto a los que se
realizaban en la etapa anterior hasta que, como ya se comentó, el valor obtenido del
sensor supere al valor de la iteración anterior. El código es el siguiente:
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 106
IF (RELOJ) THEN
IF (ETAPA4_1=TRUE) THEN
ETAPA4_1:=FALSE;
ETAPA4_3:=TRUE;
PASOS_3:=100;
IF (TENSION>VALOR+100 AND ETAPA4_3=TRUE) THEN
ETAPA4_2:=TRUE;
END_IF;
VALOR:=TENSION;
ELSE
IF (PASOS_3>0 AND ETAPA4_2=FALSE) THEN
MOTOR2_ENB:=TRUE;
SENTIDO:=FALSE;
PASOS_3:=PASOS_3-1;
END_IF;
IF (PASOS_3>0 AND ETAPA4_2=TRUE) THEN
MOTOR2_ENB:=TRUE;
SENTIDO:=TRUE;
PASOS_3:=PASOS_3-1;
END_IF;
IF (PASOS_3<=0 AND ETAPA4_2=FALSE) THEN
MOTOR2_ENB:=FALSE;
ETAPA4_1:=TRUE;
END_IF;
IF (PASOS_3<=0 AND ETAPA4_2=TRUE) THEN
MOTOR2_ENB:=FALSE;
COND4:=TRUE;
END_IF;
END_IF;
END_IF;
La segunda acción, al igual que en las etapas anteriores se encarga de resetear
los flags de la acción anterior y se denomina SALIDA4.
Etapa A_INIC_3. Ésta corresponde al paso tres de la etapa de aproximación
inicial y tiene tres acciones asociadas. La acción de entrada – ENTRADA5 – se encarga
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Miguel Ángel Zamudio Florido Página 107
del cálculo de la altura que posteriormente se usará para el giro del eje horizontal. En
ésta se implementa la ecuación que se vio anteriormente de la siguiente manera:
ALTURA:= -0.032*INT_TO_REAL(VALOR) + 64.0;
Como en el caso de la etapa anterior, la segunda acción se ejecuta durante la
etapa. Su nombre, siguiendo la misma terminología que en los casos anteriores, es
ETAPA5 y lleva a cabo el giro calculado en la acción anterior. Su código es el siguiente:
IF RELOJ THEN
IF ALTURA<0.15 THEN
COND5:=TRUE;
END_IF;
MOTOR1_ENB:=TRUE;
SENTIDO:=FALSE;
ALTURA:=ALTURA-0.1;
END_IF;
La acción de salida se denomina SALIDA5 y se encarga de resetear los flags.
Etapa A_FINAL. Esta etapa corresponde a la etapa de aproximación final por lo
que implementa la función de ésta. Tiene asociadas dos acciones. La primera se
denomina ETAPA6 y se ejecuta durante la etapa. Su código es el siguiente:
SUMA:=0.0;
IF (MOVIMIENTO = FALSE) THEN
(* DETERMINAR EL CUADRANTE MAS SOMBREADO*)
FOR I:=0 TO 3 DO
IF LUZ_CUADRANTE[I]>SUMA THEN
SUMA:=LUZ_CUADRANTE[I];
INDICE:=I;
END_IF;
END_FOR;
(* EL ANGULO BASE SERÁ 45 MAS 90 EN FUNCION DEL CUADRANTE EN EL
QUE ESTE*)
ANGULO:=(45.0+90.0*UINT_TO_REAL(INDICE));
IF INDICE=0 THEN
ANTES:=3;
ELSE
E. T. S. de Ingenieros de Sevilla Diseño de dispositivo autónomo de I.A.E.I. detección de la orientación solar.
Miguel Ángel Zamudio Florido Página 108
ANTES:=INDICE-1;
END_IF;
IF INDICE=3 THEN
DESPUES:=0;
ELSE
DESPUES:=INDICE+1;
END_IF;
(*BIAS EN FUNCION DE LA LUZ DE LOS CUADRANTES ADYACENTES*)
BIAS1:=45.0*(LUZ_CUADRANTE[INDICE]-
LUZ_CUADRANTE[DESPUES])/((LUZ_CUADRANTE[INDICE]-
LUZ_CUADRANTE[DESPUES])+(LUZ_CUADRANTE[INDICE]-LUZ_CUADRANTE[ANTES]));
BIAS2:=45.0*(LUZ_CUADRANTE[INDICE]-
LUZ_CUADRANTE[ANTES])/((LUZ_CUADRANTE[INDICE]-
LUZ_CUADRANTE[DESPUES])+(LUZ_CUADRANTE[INDICE]-LUZ_CUADRANTE[ANTES]));
(*ANGULO FINAL*)
ANGULO:=ANGULO+BIAS2-BIAS1;
(*PROYECCIONES DEL ANGULO CALCULADO EN LOS EJES DE GIRO*)
XA:=LUZ_CUADRANTE[INDICE]*COS_REAL(6.283*(ANGULO/360.0));
YA:=LUZ_CUADRANTE[INDICE]*SIN_REAL(6.283*(ANGULO/360.0));
(*CORRECION DE LOS ÁNGULOS FINALES*)
ALTURA:=(YA-0.2)*1.3;
AZIMUT:=(XA-0.2)*1.3;
IF (ABS(ALTURA)<=0.2 AND ABS(AZIMUT)<=0.2) THEN
COND6:=TRUE;
END_IF;
END_IF;
(*GIRO MOTOR 1*)
IF (RELOJ AND REAL_TO_INT(ABS(ALTURA*10.0))>1) THEN
MOVIMIENTO:=TRUE;
MOTOR1_ENB:=TRUE;
MOTOR2_ENB:=FALSE;
IF ALTURA>=0.0 THEN
SENTIDO:=FALSE;
ALTURA:=ALTURA-0.1;
ELSE
SENTIDO:=TRUE;
ALTURA:=ALTURA+0.1;
END_IF;
E. T. S. de Ingenieros de Sevilla Diseño de dispositivo autónomo de I.A.E.I. detección de la orientación solar.
Miguel Ángel Zamudio Florido Página 109
ELSE
(*GIRO MOTOR 2*)
IF (RELOJ AND REAL_TO_INT(ABS(AZIMUT*10.0))>1)THEN
MOVIMIENTO:=TRUE;
MOTOR1_ENB:=FALSE;
MOTOR2_ENB:=TRUE;
IF AZIMUT>=0.0 THEN
SENTIDO:=FALSE;
AZIMUT:=AZIMUT-0.1;
ELSE
SENTIDO:=TRUE;
AZIMUT:=AZIMUT+0.1;
END_IF;
END_IF;
END_IF;
La acción de salida se denomina SALIDA6 y se encarga, como en casos
anteriores, de resetear flags y deshabilitar los motores.
Etapa AJUSTE_1. Ésta corresponde al primer paso de la etapa de ajuste. Tiene
asociadas tres acciones. En la primera, que se ejecuta solo a la entrada, se habilita el
motor correspondiente al eje que se va ajustar y se selecciona el sentido de giro inicial.
La segunda acción – ETAPA7 – se ejecuta durante la etapa y su código es el siguiente:
IF (RELOJ) THEN
IF (TENSION>VALOR+10) THEN
COND7:=TRUE;
END_IF;
VALOR:=TENSION;
END_IF;
Finalmente, la acción de salida – SALIDA7 – resetea el flag de condición de
transición y cambia el sentido de giro.
Etapa AJUSTE_2. Ésta corresponde al paso dos de la etapa de aproximación
inicial. Tiene asociadas dos acciones que se ejecutan durante la etapa (ETAPA8) y a la
E. T. S. de Ingenieros de Sevilla Diseño de dispositivo autónomo de I.A.E.I. detección de la orientación solar.
Miguel Ángel Zamudio Florido Página 110
salida de ésta (SALIDA8). La de salida se encarga del reseteo del flag de condición y
deshabilitar el motor del eje que se está ajustando. El código de la otra es el siguiente:
IF (RELOJ) THEN
IF SENTIDO THEN
COND8:=TRUE;
END_IF;
IF (TENSION>VALOR+10) THEN
SENTIDO:=TRUE;
END_IF;
VALOR:=TENSION;
END_IF;
Etapa AJUSTE_3. Ésta implementa la función del paso tres de ajuste. Aquí se
produce el cambio de eje, por lo que tiene asociadas tres acciones. La primera, que se
ejecuta a la entrada, selecciona el motor correspondiente al eje vertical y fuerza el
sentido de giro inicial. La segunda – ETAPA9 – posee el siguiente código:
IF (RELOJ) THEN
IF (TENSION>VALOR+10) THEN
COND9:=TRUE;
END_IF;
VALOR:=TENSION;
END_IF;
La acción de salida – SALIDA9 – resetea el flag de condición y cambia el sentido
de giro.
Etapa AJUSTE_4. Esta última etapa corresponde al paso cuatro de ajuste y se
ejecuta mediante dos acciones. La primera – ETAPA10 – tiene el siguiente código:
IF (RELOJ) THEN
IF SENTIDO THEN
COND10:=TRUE;
END_IF;
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IF (TENSION>VALOR+10) THEN
SENTIDO:=TRUE;
END_IF;
VALOR:=TENSION;
IF (COND10 AND TENSION<800) THEN
FIN:=TRUE;
MOTOR2_ENB:=FALSE;
END_IF;
IF (COND10 AND TENSION>=800) THEN
COND11:=TRUE;
END_IF;
IF TENSION>3000 THEN
COND12:=TRUE;
END_IF;
END_IF;
Por último, la acción SALIDA10 se encarga de resetear los flags y deshabilitar el
motor 2. A su vez también pone a 0 el flag que indica que el dispositivo está
correctamente orientado.
Sección INICIO
La sección inicio se encarga de inicializar la posición del dispositivo. Para ello se
utiliza una sección programada en Grafcet con tres etapas. La primera etapa es la
etapa de reposo y no realiza ninguna acción. La segunda etapa se encarga de inicializar
el eje vertical, para lo cual, mediante tres acciones, se habilita el motor
correspondiente y se realizan giros hasta que se activa la entrada digital VERTICAL_FIN
proveniente del final de carrera que indica la posición angular inicial del eje vertical.
Las acciones necesarias para esta etapa son EN_2, que habilita el motor y configura el
sentido de giro (esta acción solo se realiza a la entrada de la etapa). Cuando la acción
de entrada habilita al motor del eje vertical, éste comenzará a girar. Cuando la señal
del final de carrera se habilita, se cumplirá la condición de salida de la etapa. A la salida
de esta etapa se ejecuta la tercera acción en la que se deshabilita el motor. La tercera y
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última etapa se encarga de inicializar el eje horizontal de la misma forma que en la
etapa anterior.
El diagrama de esta etapa es la siguiente:
Diagrama 2
Las acciones necesarias son las siguientes:
Para la etapa INICIO_2:
o Acción EN_2:
MOTOR2_ENB:=TRUE;
SENTIDO:=FALSE;
o Acción INI_2:
IF VERTICAL_FIN THEN
ICOND2:=TRUE;
END_IF;
EJE VERTICAL
EJE HORIZONTAL
REPOSO
INICIO_1
INICIO_2
INICIO_3
ICOND1
ICOND2
ICOND3
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o Acción SAL_2:
MOTOR2_ENB:=FALSE;
ICOND2:=FALSE;
Para la etapa INICIO_3:
o Acción EN_3:
MOTOR1_ENB:=TRUE;
o Acción INI_3:
IF HORIZONTAL_FIN THEN
ICOND3:=TRUE;
END_IF;
o Acción SAL_3:
MOTOR1_ENB:=FALSE;
ICOND3:=FALSE;
Tabla de símbolos
Para la realización del proyecto se utilizan una serie de variables que pueden
ser elementales o derivadas. La tabla de variables elementales es la siguiente:
Variable Tipo Dirección Descripción Valor
AJUSTE1 INT %iw0.2.2 Valor del sensor de ajuste horizontal AJUSTE2 INT %iw0.2.3 Valor del sensor de ajuste vertical altura REAL
Coordenada altura
ángulo REAL
Ángulo de desvío antes UINT
Variable interna
azimut REAL
Coordenada azimut bias1 REAL
Ajuste de ángulo 1
bias2 REAL
Ajuste de ángulo 2 bit0 EBOOL %q0.1.16 Bit de selección 0 bit1 EBOOL %q0.1.17 Bit de selección 1 bit2 EBOOL %q0.1.18 Bit de selección 2 bit3 EBOOL %q0.1.19 Bit de selección 3 COND1 BOOL
Condición de transición 1
COND2 BOOL
Condición de transición 2
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COND3 BOOL
Condición de transición 3 COND4 BOOL
Condición de transición 4
COND5 BOOL
Condición de transición 5 COND6 BOOL
Condición de transición 6
COND7 BOOL
Condición de transición 7 COND8 BOOL
Condición de transición 8
COND9 BOOL
Condición de transición 9 COND10 BOOL
Condición de transición 10
COND11 BOOL
Condición de transición 11 COND12 BOOL
Condición de transición 12
cuenta1 INT
Posición angular eje horizontal cuenta2 INT
Posición angular eje vertical
después UINT
Variable interna entrada UINT
ETAPA3_1 BOOL
Flag interno ETAPA3_2 BOOL
Flag interno
ETAPA3_3 BOOL
Flag interno ETAPA3_4 BOOL
Flag interno
ETAPA4_1 BOOL
Flag interno ETAPA4_2 BOOL
Flag interno
ETAPA4_3 BOOL
Flag interno ETAPA7_1 BOOL
Flag interno
ETAPA7_2 BOOL
Flag interno FIN BOOL
Flag de posición correcta
HORIZONTAL_FIN EBOOL %i0.1.1 Final de carrera eje horizontal i UINT
Variable interna
ICOND2 BOOL
Condición de transición ini2 ICOND3 BOOL
Condición de transición ini3
índice UINT
Cuadrante iluminado INICIO EBOOL %i0.1.2 Orden de inicialización LECTURA_FIN BOOL
Flag interno
LIM_EJE_H BOOL
Límite teórico horizontal LIM_EJE_V BOOL
Límite teórico vertical
modulo REAL
variable interna motor1_enb EBOOL %q0.1.20 Habilitado motor 1 motor2_enb EBOOL %q0.1.21 Habilitado motor 2 MOVIMIENTO BOOL
Flag interno
PASOS_3 INT
Flag interno PROGRAMA EBOOL
Habilitado posicionamiento
pulso EBOOL %q0.1.22 Pulsos a motores referencia INT %iw0.2.1 Tensión de referencia reloj EBOOL
Señal de reloj
reset EBOOL
TRUE
sec TIME
Periodo de muestreo t#0.2s
sel BYTE
Byte de selección
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sentido EBOOL %q0.1.23 Sentido de giro suma REAL
Variable interna
tensión INT %iw0.2.0 Tensión de los sensores valor INT
Variable interna
VERTICAL_FIN EBOOL %i0.1.0 Final de carrera eje vertical x REAL
Variable interna
xa REAL
Variable interna y REAL
Variable interna
ya REAL
Variable interna Tabla 6. Variables elementales.
La tabla de variables derivadas es la siguiente:
Variable Tipo Indice1 Indice2 Valor
compensación Comp [0] [0] 0,9035203
compensación Comp [0] [1] 0,6221566
compensación Comp [0] [2] 0,7634751
compensación Comp [0] [3] 0,7034414
compensación Comp [0] [4] 1,3637049
compensación Comp [0] [5] 1,4376631
compensación Comp [0] [6] 0,4856435
compensación Comp [0] [7] 1,4349189
compensación Comp [0] [8] 1
compensación Comp [0] [9] 0,6594015
compensación Comp [0] [10] 0,5344183
compensación Comp [0] [11] 0,6410445
compensación Comp [0] [12] 0,9783192
compensación Comp [0] [13] 0,8338547
compensación Comp [1] [0] 0,154528
compensación Comp [1] [1] 0,1953707
compensación Comp [1] [2] 0,2904882
compensación Comp [1] [3] 0,2057391
compensación Comp [1] [4] 0,2632606
compensación Comp [1] [5] 0,2508723
compensación Comp [1] [6] 0,117381
compensación Comp [1] [7] 0,2091182
compensación Comp [1] [8] 0
compensación Comp [1] [9] 0,1960917
compensación Comp [1] [10] 0,2260443
compensación Comp [1] [11] 0,3213141
compensación Comp [1] [12] -0,074271
compensación Comp [1] [13] -0,035918
cuadrante coordenadas
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datos Datos_in Datos_fin Datos_proc datos_intermedios Datos_proc luz_cuadrante luces Selección bit Tabla 7. Variables derivadas.
Los tipos de datos de las variables derivadas son los siguientes:
Comp ARRAY[0..1,0..15] OF REAL
coordenadas ARRAY[0..3,0..1] OF REAL
Datos_in ARRAY[0..1,0..15] OF INT
Datos_proc ARRAY[0..15] OF REAL
luces ARRAY[0..3] OF REAL
bit ARRAY[0..3] OF EBOOL Tabla 8. Tipos de variables derivadas.