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“DISEÑO Y SIMULACIÓN DEL SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL
DE SEÑALIZACIÓN DE PISTA Y AMBIENTACIÓN PARA EL
LABORATORIO DE CONTROL DE AERÓDROMO”
Escuela de sub. Oficiales de la Fuerza Aérea (ESUFA)
AURA CAROLINA ROMERO MORENO
CAROLINA TORO PADILLA
IVAN ALEJANDRO BUSTOS RUBIO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÌA ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C.
2006
“DISEÑO Y SIMULACIÓN DEL SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL
DE SEÑALIZACIÓN DE PISTA Y AMBIENTACIÓN PARA EL
LABORATORIO DE CONTROL DE AERÓDROMO”
Escuela de Sub. Oficiales de la Fuerza Aérea (ESUFA)
AURA CAROLINA ROMERO MORENO
CAROLINA TORO PADILLA
IVAN ALEJANDRO BUSTOS RUBIO
Proyecto de grado como requisito para optar al título de Ingenieros
Electrónicos
Asesores:
Pedro Luís Muñoz Ochoa
Licenciado Electrónico
Técnico 1º Carlos Roberto Hurtado Hurtado
Ingeniero Aeronáutico
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÌA ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C.
2006
Nota de Aceptación
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
Firma del presidente del jurado
_______________________________
Firma del jurado
_______________________________
Firma del jurado
Bogotá D.C., Noviembre de 2006
DEDICATORIA Este proyecto está dedicado principalmente a Dios por habernos dado
la oportunidad de alcanzar este logro tan satisfactorio y a nuestras
familias por su apoyo incondicional, por creer en nosotros y por
depositarnos su confianza.
A todos ellos entregamos nuestros más sinceros agradecimientos, por
acompañarnos en esta parte del camino tan importante para el gran
futuro que estamos construyendo.
AGRADECIMIENTOS
Los autores de este proyecto expresamos nuestros más sinceros
agradecimientos a la Universidad de San Buenaventura por acogernos
durante cinco años para inculcarnos principios, valores humanos y
profesionales, a través de sus colaboradores como lo son el Ingeniero
Fernando Moreno, Director del programa de Electrónica en la
Facultad de Ingeniería quien muy amablemente nos involucró con la
Fuerza Aérea Colombiana al darnos diferentes opciones para trabajar
un proyecto interinstitucional; el licenciado Pedro Luís Muñoz Ochoa
quien con sus conocimientos técnicos nos orientó correctamente para
llevar a cabo este proyecto; el ingeniero Gustavo Quiroga quien con su
dedicación y sabiduría encaminó nuestra intención cabalmente; a la
CSP Patricia Carreño quien colaboró en el diseño metodológico de
nuestro trabajo escrito.
De igual forma ofrecemos nuestro agradecimiento a la Escuela de
suboficiales de la Fuerza Aérea Colombiana (ESUFA) la cual permitió
que fuera posible realizar un proyecto ingenieril tan útil en el proceso
de educación para sus estudiantes. Agradecemos especialmente al
ST Gerson Ricardo Jaimes Parada, por su gran colaboración durante
el proceso del proyecto, al TJ Ricardo Humberto Cárdenas Tabares, al
T1 Alfonso Piñeros, y muy especialmente al T1 Carlos Roberto
Hurtado Hurtado, quien se entregó en cuerpo y alma a nuestro
proyecto de una manera encarecida y pulcra.
CONTENIDO
GLOSARIO
INTRODUCCIÓN
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...........................23
1.1. ANTECEDENTES
1.2. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA....24
1.3. JUSTIFICACIÓN…………………..................................25
1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.........................26
1.4.1. General
1.4.2. Específicos…...........................................................27
1.5. ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1. Alcances
1.5.2. Limitaciones…...................................................……28
2. MARCO DE REFERENCIA……................................…29
2.1. MARCO CONCEPTUAL
2.2. MARCO LEGAL O NORMATIVO……........................…33
2.3. MARCO TEÓRICO……….........................................…34
2.3.1. Labview
* Programa en Labview….........................................…35
2.3.2. Software……….......................................................…37
2.3.3. Hardware o soporte físico
* Tipos de hardware…...........................................……39
* Principales usos….................................................…40
* Principales características
2.3.4. Puerto serial……...................................................…41
2.3.5. Puerto paralelo……............................................……43
2.3.6. Microcontrolador
* Aplicaciones de los microcontroladores…………........46
* Luces de borde de pista……...................................…47
* Luces de umbral y extremo de pista
* Luces de borde de calle de rodaje…………………………48
* Sistema de iluminación de aproximación
* Luces de destello en secuencia lineal…..............……49
* Sistema visual indicador de pendiente de
aproximación de precisión (PAPI)
* Línea del eje central de la pista……………..............…51
3. METODOLOGÍA………………………........................……53
3.1. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
3.2. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUBLÍNEA DE
FACULTAD / CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA
3.3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN…...54
3.4. HIPÓTESIS
3.5. VARIABLES…………...............................................…55
3.5.1. Independientes
3.5.2. Dependientes…..................................................……56
4. PRESENTACIÓN ANÁLISIS DE RESULTADOS……......57
5. DESARROLLO INGENIERIL……..............................…59
5.1. Módulo de control……….....................................……60
5.2. Módulo de pista………......................................………71
5.3. Diseño de hardware………......................................…74
* Interfaz plataforma y software
* Hardware luces externas……….................................78
5.4. Diseño de potencia……......................................……81
5.5. Cálculos………….............................................………83
5.6. Fuente de alimentación
6. CONCLUSIONES……..............................................…85
7. RECOMENDACIONES…………………………………………88
BIBLIOGRAFÍA……………………..............................…89
WEBLIOGRAFÍA…………………................................…90
ANEXOS
ANEXO 1. Anexo 14. Diseño y operación de
Aeródromos………………………………………91
ANEXO 2. Anexo B. Conformación de rutinas……..120
ANEXO 3. TIP 41C................................................147
ANEXO 4. LEDS....................................................149
ANEXO 5. Puerto paralelo.....................................154
TABLA DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama de bloques……………………………………………..36
Figura 2. Secuencia de luces PAPI ..……………………………………….50
Figura 3. Diagrama de bloques del software de Labview para
Control de las rutinas…………………………………………….62
Figura 4. Diagrama e bloques para la visualización análoga del
Viento……………………………………………………………......63
Figura 5. Diagrama e bloques para la visualización digital de los
Instrumentos……………………………………………………….64
Figura 6. Diagrama e bloques para la visualización análoga del
Intensidad…..…………………………………………………......65
Figura 7. Diagrama e bloques para la visualización digital de la
Intensidad…………………………………………………………..66
Figura 8. Diagrama e bloques para la visualización de
Temperatura y punto e rocío
Figura 9. Diagrama e bloques para la visualización de QNH..……..67
Figura 10 Diagrama e bloques para la visibilidad……………………….68
Figura 11 Diagrama e bloques para la visualización del reloj………..69
Figura 12 Diagrama e bloques. Sistema de iluminación de pista……72
Figura 13 Diagrama e bloques. Secuencia de luces Rabbit…………..73
Figura 14 Declaración de la entrada del microcontrolador…………..75
Figura 15 Comparador………………………………………………………..75
Figura 16 Circuito de potencia con TIP 41C para la pista…………….81
Figura 17 Circuito de potencia con SCR para ambientación…………82
Figura 18 Diseño de la fuente……………………………………………….84
TABLA DE IMÁGENES
Imagen 1. Luces borde de pista……….......................………………...47
Imagen 2. Luces de aproximación……...…………………………………48
Imagen 3. Luces PAPI…………………………….………………………….51
Imagen 4. Panel de visualización de instrumentación…………….….61
Imagen 5. Panel de rutinas para el desarrollo de la práctica........…62
Imagen 6. Panel de control para selección e indicación del modo
digital………………………………………………………..…....64
Imagen 7. Panel de control. Sistema de iluminación de pista..........72
Imagen 8. Programa de micrograde para interfaz de pista..............74
Imagen 9 Configuración de micrograde para interfaz de pista
(E/S digital).…………………........................…….………....76
Imagen 10. Configuración de micrograde para interfaz de pista
… (Estructura)……………………………......................………..77
Imagen 11. Configuración de micrograde para interfaz de pista
(E/S digital)…………………………...………………..………..78
Imagen 12. Configuración de micrograde para interfaz de pista
(E/S digital)……………………………………………………….79
Imagen 13. Configuración de micrograde para interfaz de pista
(E/S digital)
Imagen 14. Configuración de micrograde para interfaz de pista
(Estructura)………………………………………………………..80
Imagen15. Circuito impreso de la etapa e potencia………..................82
GLOSARIO
Apartadero de espera: área definida en la que puede detenerse una
aeronave, para esperar o dejar paso a otras, con el objeto de facilitar
el movimiento eficiente de la circulación de las aeronaves en tierra.
Área de aterrizaje: parte del área de movimiento destinada al
aterrizaje o despegue de aeronaves.
Área de maniobras: parte del aeródromo que ha de utilizarse para el
despegue, aterrizaje y rodaje de aeronaves, excluyendo las
plataformas.
Área de movimiento: parte del aeródromo que ha de utilizarse para el
despegue, aterrizaje y rodaje de aeronaves, integrada por el área de
maniobras y la(s) plataforma(s).
Área de señales: área de un aeródromo utilizada para exhibir señales
terrestres.
Baliza: objeto expuesto sobre el nivel del terreno para indicar un
obstáculo o trazar un limite.
Barreta: tres o más luces aeronáuticas de superficie, poco espaciadas
y situadas sobre una línea transversal de forma que se vean como
una corta barra luminosa.
Coeficiente de utilización: el porcentaje de tiempo durante el cual el
uso de una pista o sistema de pistas no está limitado por la
componente transversal del viento.
Dispositivos de almacenamiento portátiles (como las unidades de CD-
ROM, Zip o Jaz): son soportes de almacenamiento extraíbles que
tienen una gran capacidad y permiten almacenar y transportar
grandes cantidades de datos en discos compactos, disquetes o
cartuchos.
Elevación del aeródromo: la elevación del punto más alto del área de
aterrizaje.
Falla de luz: se considerará que una luz ha fallado cuando, por una
razón cualquiera, la intensidad luminosa media, determinada
utilizando los ángulos especificados de elevación, convergencia y
amplitud del haz, sea inferior al 50% de la intensidad media
especificada para una luz nueva.
Faro aeronáutico: luz aeronáutica de superficie, visible en todos los
azimuts ya sea continua o intermitentemente, para señalar un punto
determinado de la superficie de la tierra.
Faro de aeródromo: faro aeronáutico utilizado para indicar la posición
de un aeródromo desde el aire.
Faro de identificación. faro aeronáutico que emite una señal en clave,
por medio de la cual puede identificarse un punto determinado que
sirve de referencia.
Faro de peligro: faro aeronáutico utilizado a fin de indicar un peligro
para la navegación aérea.
Fiabilidad del sistema de iluminación: la probabilidad de que el
conjunto de la instalación función dentro de los limites de tolerancia
especificados y que el sistema sea utilizable en las operaciones.
Franja de calle de rodaje: zona que incluye una calle de rodaje
destinada a proteger a una aeronave que este operando en ella y a
reducir el riesgo de daño en caso de que accidentalmente se salga de
esta.
Indicador de sentido de aterrizaje: dispositivo para indicar
visualmente el sentido designado en determinado momento, para el
aterrizaje o despegue.
Intensidad efectiva: la intensidad efectiva de una luz de destellos es
igual a la intensidad de una luz fija del mismo color que produzca el
mismo alcance visual en idénticas condiciones de observación.
Intersección de calles de rodaje. Empalme de dos o más calles de
rodaje.
LabVIEW: es una herramienta gráfica de test, control y diseño
mediante la programación. El lenguaje que usa se llama lenguaje G
Longitud del campo de referencia del avión: la longitud de campo
mínima necesaria para el despegue con el peso máximo homologado
de despegue al nivel del mar, en atmósfera tipo, sin viento y con
pendiente de pista cero, como se indica en el correspondiente manual
de vuelo del avión, prescrito por la autoridad que otorga el certificado,
según los datos equivalentes que proporcione el fabricante del avión.
Longitud de campo significa longitud de campo compensado para los
aviones, si corresponde, o distancia de despegue en los demás casos.
MarBen: banda de terreno que bordea un pavimento, tratada de forma
que sirva de transición entre ese pavimento y el terreno adyacente.
Microcontrolador: circuito integrado o chip que incluye en su interior
las tres unidades funcionales de un ordenador: CPU, Memoria y
Unidades de E/S, es decir, se trata de un computador completo en un
solo circuito integrado. Aunque sus prestaciones son limitadas,
además de dicha integración, su característica principal es su alto
nivel de especialización.
Número de clasificación de pavimentos (PCN): cifra que indica la
resistencia de un pavimento para utilizarlo sin restricciones.
Objeto frangible: objeto de poca mesa diseñado para quebrarse,
deformarse o ceder al impacto, de manera que represente un peligro
mínimo para las aeronaves.
Obstáculo: todo objeto fijo (tanto de carácter temporal como
permanente) o móvil, o parte del mismo, que este situado en un área
destinada al movimiento de las aeronaves en tierra o que sobresalga
de una superficie definida destinada a proteger a las aeronaves en
vuelo.
Operaciones paralelas segregadas: operaciones simultáneas en pistas
de vuelo por instrumentos, paralelas o casi paralelas, cuando una de
las pistas se utiliza exclusivamente para aproximaciones y la otra
exclusivamente para salidas.
Pista: área rectangular definida en un aeródromo terrestre preparada
para el aterrizaje y el despegue de las aeronaves.
Pista de despegue: pista destinada exclusivamente a los despegues.
Pista de vuelo por instrumentos: uno de los siguientes tipos de pista
destinados a la operación de aeronaves que utilizan procedimientos
de aproximación por instrumentos:
Pista para aproximaciones que no sean de precisión: pista de vuelo por
instrumentos servida por ayudas visuales y una ayuda no visual que
proporciona por lo menos guía direccional adecuada para la
aproximación directa.
Pista para aproximaciones de precisión de Categoría III: pista de vuelo
por instrumentos servida por ILS y/o MLS hasta la superficie de la
pista y a lo largo de la misma.
Pistas casi paralelas: pistas que no se cortan pero cuyas
prolongaciones de eje forman un ángulo de convergencia o de
divergencia de 15º o menos.
Puesto de estacionamiento de aeronave: área designada en una
plataforma, destinada al estacionamiento de una aeronave.
Punto de espera en la vía de vehículos: un punto designado en el que
puede requerirse que los vehículos esperen.
Punto de espera en rodaje: punto designado en el que las aeronaves
en rodaje y los vehículos se detendrán y se mantendrán a la espera, a
menos que haya una autorización en contrario por parte de la torre de
control de aeródromo.
Punto de referencia de aeródromo: punto cuya situación geográfica
designa al aeródromo.
Salidas paralelas independientes: salidas simultaneas desde pistas de
vuelo por instrumentos paralelas o casi paralelas.
Señal: símbolo o grupo de símbolos expuestos en la superficie del
área de movimiento a fin de transmitir información aeronáutica.
Señal de identificación de aeródromo: señal colocada en un aeródromo
para ayudar a que se identifique el aeródromo desde el aire.
Servicio de dirección en plataforma: servicio proporcionado para
regular las actividades y el movimiento de aeronaves y vehículos en la
plataforma.
Software: también conocido como programática y aplicación
informática- es la parte lógica del ordenador, esto es, el conjunto de
programas que puede ejecutar el hardware para la realización de las
tareas de computación a las que se destina. Es el conjunto de
instrucciones que permite la utilización del equipo.
Umbral: comienzo de la parte de pista utilizable para el aterrizaje.
Umbral desplazado: umbral que no esta situado en el extremo de la
pista.
Vía de vehículos: un camino de superficie establecido en el área de
movimiento destinado a ser utilizado exclusivamente por vehículos.
Zona de parada: área rectangular definida en el terreno situado a
continuación del recorrido de despegue disponible, preparada como
zona adecuada para que puedan pararse las aeronaves en caso de
despegue interrumpido.
Zona despejada de obstáculos (OFZ): espacio aéreo por encima de la
superficie de aproximación interna, de las superficies de transición
interna, de la superficie de aterrizaje interrumpido y de la parte de la
franja limitada por esas superficies, no penetrada por ningún
obstáculo fijo salvo uno de mesa ligera montado sobre soportes
frangibles necesario para fines de navegación aérea.
INTRODUCCIÓN Decidir la asignación de una ruta o un nivel y conceder una prioridad
a una aeronave sobre otra, son acciones que se realizan en función de
una decisión personal que ha de ser rápida y correcta. Esta decisión
la toma el controlador aéreo, el cual basa su decisión gracias a los
conocimientos que ha adquirido previamente en aeronaves y manejo
de datos e instrumentos en la torre de control, sobre todo, a la ayuda
que le prestan las herramientas diseñadas para la navegación. Estas
herramientas no sólo ayudan al controlador sino también a los pilotos
encargados de dirigir las aeronaves de un lugar a otro y conseguir que
aterricen de la forma más segura posible. Todo el conjunto de
infraestructuras hacen que la navegación aérea sea la más segura.
La navegación aérea surgió como respuesta a las necesidades
planteadas por el desarrollo de la aviación. En cuanto la aeronave
despega, se ve expuesta a tres peligros: las condiciones
meteorológicas adversas, la posible colisión y llegar a su destino. El
desarrollo de la navegación aérea tiene como objetivo minimizar las
tres amenazas y por ello se desarrollan nuevos elementos (cada vez
más efectivos) para capacitar tanto a los pilotos como a los
controladores aéreos para ayudar a la aeronave a superar sus
dificultades.
Los primeros métodos de navegación estaban basados en las técnicas
usadas en la marina, adaptadas para el uso de las aeronaves, las
cuales representaban sobre un mapa la ruta programada, dibujando
las posiciones del avión sobre la base de su rumbo (gracias a una
brújula) y su velocidad (gracias a un anemómetro) respecto del aire.
Rápidamente surgió la necesidad de disponer ayudas para que la
aeronave se dirigiese al aeródromo de manera sencilla, creándose así
las primeras ayudas para la navegación basadas en tierra: los
aerofaros luminosos. Además, hacia 1930 en los primeros aeródromos
con "gran demanda de tráfico" se designaba un jefe de pista que
ayudaba a las aeronaves por medio de la radio. Con el tiempo y el
desarrollo de las aeronaves, que aumentaron la capacidad de
transporte y alcance, el desarrollo de las infraestructuras para la
ayuda de la navegaciones ha tenido que extenderse de tal manera que
ya no está presente sólo en las proximidades del aeródromo sino que
ha tenido que extenderse a todo el espacio terrestre para poder
controlar y guiar adecuadamente a las aeronaves. Este gran
desarrollo ha sido impulsado por la evolución de la demanda del
transporte aéreo.
Durante la evolución de la aviación se han ido desarrollando (a
medida que han ido surgiendo y se han necesitado) organizaciones y
leyes a nivel nacional e internacional para establecer una serie de
mínimos tanto fuera como dentro de cada país, homogeneizando los
sistemas de comunicación entre las aeronaves y las infraestructuras
para de ese modo liberar al transporte aéreo y hacerlo llegar a todos
los rincones del globo terráqueo. De este modo la evolución de los
equipos antiguos y el desarrollo de los nuevos se ha realizado en base
a estas normas internacionales con lo que cada nueva invención ha
tenido una aplicación universal en todo el mundo (habiendo superado
previamente un periodo de prueba) de forma inmediata. Estas
organizaciones, que surgieron por necesidad, son la base de todas las
reglamentaciones que hacen, junto con las infraestructuras para la
navegación, que el transporte aéreo sea el más seguro.
Para aportar los conocimientos ingenieriles a la seguridad del
transporte aéreo se ha hecho necesario diseñar e implementar
infraestructuras modernas que contengan situaciones meteorológicas
y ayudas visuales para las aeronaves que se acerquen lo mejor posible
a la realidad para capacitar correctamente los controladores aéreos.
Es por esto que el proyecto busca modernizar y tener al alcance los
métodos necesarios para manipular una pista de aeródromo en los
diferentes casos climáticos; utilizando tecnologías de vanguardia en la
electrónica como Labview, Micrograde, etc.
Al culminar este proyecto los futuros controladores aéreos en sus
prácticas de control de tránsito aéreo en el laboratorio de control de
aeródromo de ESUFA, podrán experimentar situaciones reales
aportando así una mejor experiencia a su carrera profesional.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. ANTECEDENTES
Las fuerzas militares y en especial la FAC presentan a diario
problemas tecnológicos, los cuales tienen soluciones económicas y al
alcance de un profesional bien preparado, pero a veces no se tiene en
cuenta el talento de nuestro país y es por esto que la gran mayoría de
tecnología es importada, a precios muy elevados desde los países
desarrollados.
La FAC ha decidido implementar un laboratorio de control de
aeródromo, con el fin de mejorar la preparación de sus estudiantes.
Este proyecto es de mucho interés para la institución y se ha venido
realizando desde hace un año, pues para ellos es muy importante
contar con un laboratorio en el cual sus estudiantes puedan
practicar todas las situaciones de control de tráfico aéreo.
Hasta este momento cuentan con el prototipo del aeródromo y sus
controladores aéreos, pero aún carecen del sistema automático de
luces (señalización, asignación de carril, alerta, etc.), de manera que
quien controla pueda manejarlas desde un módulo.
23
Actualmente existe un laboratorio de control de transito aéreo,
ubicado en el CEA (Centro de Estudios Aeronáuticos), el cual brinda
sus servicios a los estudiantes de la fuerza aérea y aeronáutica civil;
1.2. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
La FAC, como muchas instituciones, no cuenta con laboratorios
especializados en su campo; además en Colombia existe un solo
simulador como este, pero es obsoleto y no se encuentra en las
instalaciones de la escuela; por lo cual los estudiantes deben
desplazarse hasta otros planteles de aprendizaje durante el periodo de
práctica de control aéreo.
El laboratorio de control de aeródromo de la Escuela de Sub Oficiales
de la FAC carece de iluminación intervenida por software y hardware
adecuados, ya que en este momento se utilizan switches comunes y
esta iluminación es de gran importancia para que los aviones guiados
no sufran ningún tipo de accidente, de manera que debe ser
manipulada desde la torre de control y no manualmente.
Este laboratorio carece de tecnología y no alcanza el nivel de exigencia
necesario para que los estudiantes adquieran el suficiente
conocimiento
24
¿Cómo diseñar y simular desde un computador, el control de una
situación climática real y la señalización de pista en un aeródromo?
1.3. JUSTIFICACIÓN
Este proyecto se desarrolla con la intención de implementar un
laboratorio de control de aeródromo con simulaciones muy cercanas a
la vida real, de manera que el estudiante termine el curso con la
capacidad de manejar cualquier tipo de situación, en una torre de
control real.
Es también de gran importancia para ESUFA que los alumnos
encuentren escenarios reales para cada tipo de situación en la que se
puedan encontrar; por esto se ha solicitado diseñar un modelo de
simulación climática implementable dentro del aula del laboratorio,
que pueda ser manipulada y controlada por el instructor, mediante
un módulo maestro.
El diseño de la plataforma de control del sistema de iluminación para
el laboratorio de control de aeródromo de ESUFA es muy importante
para el desarrollo académico de los futuros controladores de vuelo de
esta institución; además sería el segundo laboratorio de control de
aeródromo que existe en Colombia, pues el primero ya está bastante
25
obsoleto y actualmente es necesario enviar a los estudiantes al
exterior para que se capaciten en este tema.
Por las razones ya expuestas, se diseñará un novedoso sistema de
iluminación y ambientación del aeródromo, usando tecnologías
modernas, de manera que se ponga al alcance de los futuros
controladores de vuelo todo el realismo de una verdadera situación.
Todo esto será posible con la colaboración tecnológica y profesional
tanto de ESUFA como de la Universidad de San Buenaventura
1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1.General
Diseñar y simular el sistema electrónico de control de señalización de
pista y ambientación, para el laboratorio de control de aeródromo.
26
1.4.2. Específicos
• Crear un sistema de iluminación que ilustre los diferentes
escenarios meteorológicos, con el ánimo de recrear las diversas
situaciones de control.
• Diseñar el control de señalización de pista del aeródromo, de
manera que sea manipulado desde un módulo de trabajo.
• Diseñar el control de ambientes climáticos, de manera que sea
manipulado desde un módulo maestro.
1.5. ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1. Alcances
Se realizará el estudio y diseño del control de señalización y
ambientación del laboratorio de control de aeródromo, con su
respectivo software, circuitos requeridos y la programación de
elementos electrónicos.
27
1.5.2. Limitaciones
El laboratorio de control de aeródromo de la ESUFA cuenta con una
maqueta que ilustra a escala una pista de aeródromo con su
respectiva iluminación, por medio de leds comunes, que de acuerdo
con el ANEXO 14 cumple la función de contribuir a la capacitación de
los controladores aéreos guiando, orientando y dirigiendo
correctamente el tránsito de aviones; el proyecto se inicia a partir de
esta maqueta y se tendrá en cuenta, que los elementos solicitados
necesarios para la implementación del mismo están sujetos a un
conducto regular de presupuesto.
28
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1. MARCO CONCEPTUAL
Un terreno llano, provisto de pistas y demás instalaciones necesarias
para el despegue y aterrizaje de aviones, recibe el nombre de
aeródromo; el cual está equipado por una serie de características que
cumplen con los parámetros recibidos por la aeronáutica civil. De
igual forma existe una distancia, la cual el piloto de una aeronave
que se encuentra sobre el eje de una pista puede ver a través de las
señales de superficie de la estela o las luces que la delimitan o que
señalan su eje; este trayecto se conoce como el alcance visual en la
pista (RVR). También están otras distancias llamadas aproximaciones
paralelas dependientes las cuales son simultáneas a pistas de vuelo
por instrumentos, paralelas o casi paralelas, cuando se prescriben
mínimos de separación radar entre aeronaves situadas en las
prolongaciones de ejes de pista adyacentes.
De igual manera las aproximaciones paralelas independientes son
también simultáneas a pistas de vuelo por instrumentos, paralelas o
casi paralelas, cuando no se prescriben mínimos de separación radar
entre aeronaves situadas en las prolongaciones de ejes de pista
adyacentes.
29
Dentro del aeródromo el área de aterrizaje es la parte del sitio de
movimiento destinada al aterrizaje o despegue de aeronaves; el área
de movimiento es el fragmento que ha de utilizarse para el despegue,
aterrizaje y rodaje de aeronaves, integrada por el área de maniobras y
la plataforma. Por otra parte el área de seguridad de extremo de pista
(RESA), es un área simétrica respecto a la prolongación del eje de la
pista y adyacente al extremo de la franja, cuyo objeto principal
consiste en reducir el riesgo de daños a un avión que efectúe un
aterrizaje demasiado corto o un aterrizaje demasiado largo.
La calle de rodaje es la vía definida en un aeródromo terrestre,
establecida para el rodaje de aeronaves y destinada a proporcionar
enlace entre una y otra parte del aeródromo, incluyendo calle de
acceso al puesto de estacionamiento de aeronave. La parte de una
plataforma designada como calle de rodaje y destinada a
proporcionar acceso a los puestos de estacionamiento de aeronaves
solamente. Del mismo modo la calle de rodaje en la plataforma es el
sistema de calles de rodaje situada en un escenario y destinada a
proporcionar una vía para el rodaje a través de la plataforma. Así
mismo se encuentra la calle de salida rápida, vía de rodaje que se
une a una pista en un ángulo agudo y está proyectada de modo que
permita a los aviones que aterrizan virar a velocidades mayores que
las que se logran en otras calles de rodaje de salida y logrando así
que la pista esté ocupada el mínimo tiempo posible.
30
Existe otro tipo de aeródromo llamado Helipuerto es un área definida
sobre una estructura artificial destinada a ser utilizada, total o
parcialmente, para la llegada, la salida o el movimiento de superficie
de los helicópteros. De igual modo se halla dentro del procedimiento
general La fiabilidad del sistema de iluminación la cual entrega la
probabilidad de que el conjunto de la instalación funcione dentro de
los límites de tolerancia especificados y que el sistema sea utilizable
en las operaciones.
El conjunto de luces consiste en un Indicador de sentido de aterrizaje,
éste es un dispositivo para indicar visualmente el sentido designado
en determinado momento, para el aterrizaje o despegue. Una de las
luces más importantes es la de superficie, Es toda la luz dispuesta
especialmente para que sirva de ayuda a la navegación aérea, excepto
las ostentadas por las aeronaves. Este sistema de luces se aplica en
una Pista cuya área rectangular es definida en un aeródromo
terrestre preparada para el aterrizaje y el despegue de las aeronaves.
Existen dos tipos de pista por una parte está la Pista de vuelo por
instrumentos la cual es destinada a la operación de aeronaves que
utilizan procedimientos de aproximación por instrumentos. Además
la pista de vuelo visual la cual cumple con las operaciones de
aeronaves que utilicen procedimientos visuales para la aproximación.
Cada una de ellas cuenta con un Umbral que es el comienzo de la
parte de pista utilizable para el aterrizaje.
31
La cifra que indica el efecto relativo de una aeronave sobre un
pavimento, para determinada categoría normalizada del terreno de
fundación es considerada como el número de clasificación de
aeronaves (ACN). A su vez se emplea para el área definida en un
aeródromo terrestre o plataforma, la cual es destinada a dar cabida a
las aeronaves para los fines de embarque o desembarque de
pasajeros, correo o carga, abastecimiento de combustible,
estacionamiento o mantenimiento. Otra parte de la pista que resulta
ser de gran relevancia es la zona de toma de contacto, situada después
del umbral, destinada a que los aviones que aterrizan hagan el primer
contacto con la pista.
De igual forma se halla un edificio situado en los aeropuertos, desde
donde se realiza el control de tráfico aéreo relacionado con el
aeropuerto y sus inmediaciones, es decir, el control del rodaje,
despegue y aterrizaje de aviones conocido como Torre de control de
aeródromo. La estructura de este centro de control es una atalaya,
en cuya cima se sitúa la sala de control, desde donde los
controladores aéreos pueden contemplar toda el área del aeródromo.
Su labor es compleja, debido a la gran cantidad de aviones que
transitan y las condiciones atmosféricas que pueden alterar dicho
tránsito. Utilizan sistemas de computación para controlar el tránsito
del aeropuerto y de esta manera optimizan el trabajo.
Debe siempre haber una persona encargada de la torre y sus
funcionamientos, a quien se le denomina como controlador de tránsito
32
aéreo o controlador de tráfico aéreo es el profesional de dirigir el
tránsito de aeronaves en el espacio aéreo y en los aeropuertos, de
modo seguro, ordenado y rápido, autorizando a los pilotos con
instrucciones e información necesarias, dentro del espacio aéreo de
su jurisdicción, con el objeto de prevenir colisiones, principalmente
entre aeronaves y entre aeronaves y obstáculos en el área de
maniobras. Es el responsable más importante del control de tránsito
aéreo.
2.2. MARCO LEGAL O NORMATIVO
La ley que rige la señalización de pista en un aeródromo se
contemplan en el capítulo 5: “Ayudas visuales para la navegación”
específicamente en el numeral 5.3 “Luces” página 48 del ANEXO 14.
Anexo 1*.
Este Anexo contiene las normas y métodos recomendados
(especificaciones) que prescriben las características físicas y las
superficies limitadoras de obstáculos con que deben contar los
aeródromos, y ciertas instalaciones y servicios técnicos que
normalmente se suministran en un aeródromo
33
2.3. MARCO TEÓRICO
2.3.1.Labview
El programa de labview es una herramienta gráfica de test, control y
diseño mediante programación. El lenguaje que usa se llama lenguaje
G.
Este programa fue creado por National Instruments (1976) para
funcionar sobre máquinas MAC, salió al mercado por primera vez en
1986. Ahora está disponible para las plataformas Windows, UNIX,
MAC y Linux y va por la versión 7.1 (desde julio de 2004).
Los programas hechos con LabVIEW se llaman VI (Virtual Instrument),
lo que da una idea de uno de sus principales usos: el control de
instrumentos. El lema de LabVIEW es: "La potencia está en el
Software". Esto no significa que la empresa haga únicamente
software, sino que busca combinar este software con todo tipo de
hardware, tanto propio (tarjetas de adquisición de datos, PAC, Visión,
y otro Hardware), como de terceras empresas. Se llama programación
a la creación de un programa de computadora, un conjunto concreto
de instrucciones que una computadora puede ejecutar. El programa
se escribe en un lenguaje de programación, aunque también se pueda
escribir directamente en lenguaje de máquina, con cierta dificultad.
34
Un programa se puede dividir en diversas partes, que pueden estar
escritas en lenguajes distintos.
Software es el sustantivo que denomina a los programas y datos de
una computadora. Este software es frecuentemente utilizado en la
programación de dispositivos electrónicos, que soportan el control de
un hardware, el cual a su vez tiene la misión de vigilar el buen
funcionamiento del sistema implementado.
Para proyectos de desarrollo tecnológico se requiere efectuar diseños
de programación que sean capaces de manejar grandes magnitudes
de trabajo de sistemas inteligentes o sistemas manipulados por el
hombre a través de un computador.
*Programa en LabVIEW: como se ha dicho es una herramienta
gráfica de programación. Esto significa que los programas no se
escriben, sino se dibujan.
Un programa se divide en panel frontal y diagrama de bloques. El
panel frontal es la interfaz con el usuario, en él se definen los
Controles e indicadores que se muestran en pantalla. El diagrama de
bloques es el programa propiamente dicho, donde se define su
funcionalidad; aquí se colocan iconos que realizan una determinada
función y se interconectan.
35
Es más sencillo para el ingeniero o programador trabajar la
instrucciones a partir de un entorno gráfico, ya que este proporciona
más facilidad de trabajo y un ahorro de tiempo además de ser
divertido; esto comparado con sistemas obsoletos que aún manejan
líneas de código extensas y agotadoras para quien desea un software
sencillo y eficiente.
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques de un programa en el
que se genera un arreglo de 100 elementos aleatorios, a continuación
se hace la FFT de este arreglo y se muestra en una gráfica:
Figura 1. Diagrama de bloques
Fuente: http://es.wikipedi/wiki/labview
36
2.3.2.Software1
El software conocido como programática o equipamiento lógico es el
conjunto de programas que puede ejecutar el hardware para la
realización de las tareas de computación a las que se destina. Se trata
del conjunto de instrucciones que permite la utilización del
ordenador. El software es la parte intangible de la computadora, es
decir programas, aplicaciones etc.
Para que el hardware funcione eficazmente, se requiere un software
activo que es creado por el programador y que debe estar en facultad
de controlar de manera autónoma dicho sistema artificial.
De igual forma el software es herramienta básica y fundamental para
el ingeniero ya que este puede evitar tareas operadas por el hombre y
si puede proporcionar rapidez y perfección.
2.3.3. Hardware o soporte físico
Conjunto de elementos materiales que componen un ordenador.
Hardware también son los componentes físicos de una computadora
tales como el disco duro, CD-ROM, floppy, etc. En dicho conjunto se
1 YAHOO PROJECT. definiciones Electrónicas / programación. España. Nov. 2005 [Consultado 23 Jul., 2006 1:30p.m] Disponible en: http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20061027152036AAdLWSz
37
incluyen los dispositivos electrónicos y electromecánicos, circuitos,
cables, tarjetas, armarios o cajas, periféricos de todo tipo y otros
elementos físicos.
El hardware se refiere a todos los componentes físicos (que se pueden
tocar) de la computadora: discos, unidades de disco, monitor, teclado,
ratón (mouse), impresora, placas, chips y demás periféricos. En
cambio, el software es intangible, existe como ideas, conceptos,
símbolos, pero no tiene sustancia. Una buena metáfora sería un libro:
las páginas y la tinta son el hardware, mientras que las palabras,
oraciones, párrafos y el significado del texto son el software. Una
computadora sin software sería tan inútil como un libro con páginas
en blanco.
Aunque el hardware depende completamente del software, este
primero es el fin y el objetivo del ingeniero ya que será el maestro
encargado de ejecutar las actividades programadas para él
previamente. Además deberá actuar de forma inteligente para que el
sistema externo entregue los resultados esperados por el
programador.
38
* Tipos de hardware2
• Periféricos de entrada: son los que permiten que el usuario
aporte información exterior.
Estos son: teclado, ratón, escáner, SAI (Sistema de Alimentación
Ininterrumpida), micrófono, etc.
• Periféricos de salida: son los que muestran al usuario el
resultado de las operaciones realizadas por el PC. En este grupo
se encuentran: monitor, impresora.
• Periféricos de entrada/salida: son los dispositivos que pueden
aportar simultáneamente información exterior al PC y al
usuario.
Aquí se encuentran: módem (Modulador/Demodulador), disquete,
ZIP, CD-ROM, DVD-ROM, HD-DVD, Blu-Ray Disc, memoria USB
(Pendrives, Flash Disks, etc), disco duro externo, memorias de
pequeño tamaño (SD, Compact Flash I & II, Smart Card, MMC, etc).
2 WIKIPEDIA PROJECT. Instrumentación Electrónica / programación. España. Sep. 2006 [Consultado 22 Jul., 2006 11:30a.m] Disponible en: <http://es.wikipedi/wiki/labview>
39
* Principales usos3: es usado principalmente por ingenieros y
científicos para tareas como:
• Adquisición de datos
• Control de instrumentos
• Automatización industrial o PAC (Controlador de
Automatización Programable)
• Diseño de control: prototipaje rápido y hardware en el bucle
(HIL)
* Principales características4: su principal característica es la
facilidad de uso. Personas con pocos conocimientos en programación
pueden hacer programas relativamente complejos, imposibles para
ellos de hacer con lenguajes tradicionales. También es muy rápido
hacer programas con LabVIEW y cualquier programador, por
experimentado que sea, puede beneficiarse de él. Para los amantes de
lo complejo, con LabVIEW pueden crearse programas de miles de VIs
(páginas de código) para aplicaciones complejas, programas de
automatizaciones de decenas de miles de puntos de entradas/salidas,
etc. Incluso existen buenas prácticas de programación para optimizar
el rendimiento y la calidad de la programación.
3 Ibíd., p.31. 4 Ibíd., p. 31.
40
Presenta facilidades para el manejo de:
• Interfaces de comunicaciones:
o Puerto serial
o Puerto paralelo
• Herramientas para el procesado digital de señales.
• Visualización y manejo de gráficas con datos dinámicos.
• Adquisición y tratamiento de imágenes.
• Control de movimiento.
• Tiempo real estrictamente hablando.
• Programación de FPGA’s.
• Sincronización.
2.3.4. Puerto serial5
Un puerto serial es una interfaz de comunicaciones entre ordenadores
y periféricos, donde la información es transmitida bit a bit enviando
un solo Bit a la vez. (En contraste con el puerto paralelo que envía
varios bits a la vez).
El puerto serial por excelencia es el RS-232 que utiliza cableado
simple desde 3 hilos hasta 25 y que conecta ordenadores o
5 Ibíd., p.31.
41
microcontroladores a todo tipo de periféricos, desde terminales a
impresoras y módems pasando por ratones.
La interfaz entre el RS-232 y el microprocesador generalmente se
realiza mediante el integrado 82C50.
El RS-232 original tenía un conector tipo D de 25 pines, sin embargo
la mayoría de dichos pines no se utilizaban, por lo que IBM incorporó
desde su PS/2 un conector más pequeño de solamente 9 pines que es
el que actualmente se utiliza.
En Europa la norma RS-422 de origen alemán es también un
estándar muy usado en el ámbito industrial.
Uno de los defectos de los puertos serie iniciales eran su lentitud en
comparación con los puertos paralelo, sin embargo, con el paso del
tiempo, están apareciendo multitud de puertos serie de alta velocidad
que los hacen muy interesantes ya que utilizan las ventajas del menor
cableado y solucionan el problema de la velocidad con un mayor
apantallamiento y más barato usando la técnica del par trenzado. Por
ello, el puerto RS-232 e incluso multitud de puertos paralelo están
siendo reemplazados por nuevos puertos serie como el USB, el
Firewire o el Serial ATA.
42
2.3.5. Puerto paralelo6
Un puerto paralelo es una interfaz entre un ordenador y un periférico
cuya principal característica es que los bits de datos viajan juntos
enviando un byte completo o más a la vez. Es decir, se implementa un
cable o una vía física para cada bit de datos formando un bus.
Además habrá una serie de bits de control en vías aparte que irá en
ambos sentidos por caminos distintos.
El puerto paralelo más conocido es el puerto de impresora que se
destaca por su sencillez y transmite 8 bits.
Otros puertos paralelos son el SCSI o el ATA.
2.3.6. Microcontrolador
Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a
través del tiempo, su implementación física ha variado
frecuentemente. Hace tres décadas, los controladores se construían
exclusivamente con componentes de lógica discreta, posteriormente
se emplearon los microprocesadores, que se rodeaban con chips de 6 Ibíd., p.31.
43
memoria y E/S sobre una tarjeta de circuito impreso. En la
actualidad, todos los elementos del controlador se han podido
incluir en un chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador.
Realmente consiste en un sencillo pero completo computador
contenido en el corazón (chip) de un circuito integrado.
Un microcontrolador es un circuito integrado, de alta escala de
integración, que incorpora la mayor parte de los elementos que
configuran un controlador.
La eficiencia que aportan los microcontroladores al desarrollo de
trabajos tecnológicos es poco ideada por otros dispositivos de
control; es por esto que los mecanismos de registro son
actualmente utilizados por la ciencia electrónica ya que su calidad
y suficiencia es altamente apetecida por la vigente tecnología y
abarcada en diversos campos del desarrollo ingenieril.
Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes
componentes:
• Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso).
• Memoria RAM para contener los datos.
• Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM.
• Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.
44
• Diversos módulos para el control de periféricos
(temporizadores, puertas serie y paralelo, CAD: conversores
analógico/digital, CDA: conversores digital/analógico, etc.).
• Generador de impulsos de reloj que sincroniza el
funcionamiento de todo el sistema.
Los productos que para su regulación incorporan un
microcontrolador disponen de las siguientes ventajas:
• Aumento de servicios: un mayor control sobre un
determinado elemento representa una mejora considerable en el
mismo.
• Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador
por un elevado número de elementos, disminuye el riesgo de
averías y se precisan menos ajustes.
• Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración
del microcontrolador en un chip disminuye el volumen, mano de
obra y stocks.
• Mayor flexibilidad: las características de control están
programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en
el programa de instrucciones.
El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que
incluye todos los componentes de un computador. Debido a su
reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio
dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el
nombre de controlador encajado (embedded controller).
45
* Aplicaciones de los microcontroladores7: cada vez existen
más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de
aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y
costo, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.
Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de
unidades de un modelo determinado producidas en una semana.
Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos
componentes.
Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de
sistemas presentes en la vida diaria, como pueden ser juguetes,
horno microondas, frigoríficos, televisores, computadoras,
impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche,
etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no se estará tan
familiarizado como instrumentación electrónica, control de
sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría
emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas
partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían
comunicarse entre ellos y con un procesador central,
probablemente más potente, para compartir la información y
coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente
en cualquier PC.
7MOREA Lucas. Tecnología Electrónica. Argentina. Nov. 1997 [Consultado 01 Ago., 2006 02:30 p.m.] Disponible en: < http://www.monografias.com/trabajos12/microco/microco.html>
46
* Luces de borde de pista8: son elementos luminosos de color
blanco que se instalan para delimitar los bordes en la extensión
física de la pista destinada a uso nocturno y en condiciones de
alcance visual reducido y se emplazan a todo lo largo de los
bordes del área destinada a servir de pista en dos filas paralelas
equidistantes del eje de la pista. Estas luces son visibles desde
todos los ángulos de azimuth necesario para orientar al piloto que
aterrice o despegue en cualquiera de los dos sentidos.
Imagen 1: Luces borde de pista
Fuente: http:// www.unionelectrica.com.co/proyectos/imagenes
* Luces de umbral y de extremo de pista9: son elementos
luminosos de color rojo y verde, que sirven para indicar el comienzo y
fin de la pista, que se instalan en una fila perpendicular al eje y en el
extremo de la pista.
8CORPAC S.A. Ayudas Luminosas / Servicios Aeroportuarios. Perú. Ene 1999. [Consultado 15 Ago., 2006 3:30 p.m.] Disponible en: < www.corpac.gob.pe/servicios/ayudas/ayudas.htm> 9 Ibíd., p.40.
47
• Luces de borde de calle de rodaje10: son elementos
luminosos de color azul y sirven para delimitar los bordes de las
calles de rodaje, con la finalidad de permitir el desplazamiento de
las aeronaves en el área de movimiento, y son visibles desde todos
los puntos de azimut para proporcionar guía a los pilotos que
circulen en cualquiera de los sentidos.
* Sistema de iluminación de aproximación: son elementos
luminosos de color blanco situadas en la prolongación del eje de
pista, a partir del umbral hasta una distancia entre 420 y 900 y
proporcionan al piloto guía visual en la aproximación a una pista en
operaciones nocturnas o en condiciones diurnas de poca visibilidad.
Imagen 2: Luces de aproximación
Fuente: http://www.sampol.com/sampol/baliza3.jpg
10 Ibíd., p.40.
48
* Luces de destello en secuencia lineal11: son elementos
luminosos que se instalan asociadas a las luces de aproximación.
Cada luz emite dos destellos por segundo, comenzando por la luz
más alejada y continuando sucesivamente en dirección del umbral.
* Sistema visual indicador de pendiente de aproximación de
precisión (PAPI)12: son luces ubicadas al lado de la pista,
conocidas como indicador PAPI, señalan al piloto la cenda
adecuada de la aproximación con respecto al terreno, son cuatro
luces que normalmente dan su visión tomada por el piloto de
acuerdo a la altura y ángulo y funcionan así: (están fijas pero se
ven según el ángulo).
La barra de ala PAPI, está constituida principalmente por cuatro
elementos luminosos, dispuestos de manera que el piloto que
realiza la aproximación:
1. Vea rojas las dos luces más cercanas a la pista y blancas las
dos más alejadas, cuando se encuentre en la pendiente de
aproximación o cerca de ella.
11 Ibíd., p.40. 12 Ibíd., p.40.
49
2. Vea roja la luz más cercana a la pista y blancas las tres más
alejadas cuando se encuentre sobre la pendiente de
aproximación y blancas todas las luces en posición todavía
más elevada.
3. Vea rojas las tres luces más cercanas a la pista y blanca la
más alejada, cuando se encuentre por debajo de la pendiente
de aproximación, rojas todas las luces en posición todavía más
baja.
Figura 2: Secuencia de luces PAPI
Fuente: http://www.mailxmail.com/curso/vida/pilotaje/capitulo13.htm
50
La idea es acelerar al ángulo correcto no ascender, porque luego
tendrá que bajar y saldrá mal la operación, se debe ir con la nariz
del avión levantada en trayectoria, estas luces estarán prendidas las
24 horas.
Las luces PAPI proporcionan al piloto el ángulo de descenso en la
aproximación de las aeronaves, en operaciones diurnas y
nocturnas.
Imagen 3: Luces PAPI
Fuente: http://www.aerocivil.gov.co/cnsatm/galeria/images/th-rdy-03.jpg
* Línea del eje central de la pista13: es una línea punteada de
color blanco que se desplaza por todo el centro de la pista y sirve
13URREA Sandra, QUIROGA Hollman. Sistema de Luces de Aeródromo. España. Mar 2002. [Consultado 20 Ago., 2006 5:30 p.m. Capítulo XIII.] Disponible en: <http://www.mailxmail.com/curso/vida/pilotaje/capitulo13.htm>
51
para orientar al piloto para llevar su dirección en tierra, son para
horas nocturnas y de baja intensidad.
52
3. METODOLOGÍA
3.1. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
El enfoque del proyecto es Empírico analítico, dado a que su interés
es técnico, cumpliendo con el objetivo de ejecutar las diferentes
etapas del proyecto; está orientado a la interpretación de datos, los
cuales serán obtenidos a través de pruebas de simulación, que se irán
realizando tanto en hardware como en software y al análisis de los
resultados que se adquieran a medida que se automatice y controle
todo el sistema, aprobando cada una de las fases.
3.2. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB LÍNEA DE
FACULTAD / CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA
La línea de investigación de la USB será “Tecnologías actuales y
sociedad”.
La sublínea de la facultad en la cual se desarrollará el proyecto es
“Instrumentación y Control para la Verificación de Procesos”.
El campo temático del programa es enfocado al área de “Control” que
aplica en potencia, automatización e instrumentación.
53
3.3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
El desarrollo de la investigación se basa en pruebas y simulaciones
ejecutadas a partir de programas de software, establecidos en
lenguajes de programación como labview, MPLAB, Micrograde, circuit
maker, orcad, entre otros, con la posibilidad de ir adaptando los
procedimientos operacionales, de acuerdo con las necesidades
generadas por el proyecto.
Por otro lado, la ESUFA proporcionará la información necesaria a
través de catálogos que cubran conceptos y procedimientos
aeronáuticos, que requieran un enfoque electrónico.
3.4. HIPÓTESIS
Este proyecto será implementado creando un módulo de control en
LabVieW, el cual enviará información mediante el puerto paralelo a
una serie de microcontroladores programados para cada función.
Las diferentes situaciones climáticas serán diseñadas a partir de las
condiciones meteorológicas contemplados por los instructores
capacitados para el laboratorio de control de tráfico aéreo, las cuales
serán entregadas en forma escrita para su implementación.
54
El diseño de la señalización de pista del aeródromo estará basado en
la realización de un gráfico en el programa de Solid Edge al cual se le
dará una aplicación en Labview donde se efectuarán los anexos
necesarios del software, estos serán capaces de simular las diversas
luces de la pista.
Por otro lado la simulación de la situación climática se realizará a
través de reflectores luminosos que proporcionarán una diversa gama
de colores necesarios, según la aplicación ambiental que en el
momento se requiera en el laboratorio, estos serán controlados a
través de los software previamente diseñados tanto en Labview como
en Micrograde, suministrando así una situación real para quien está
a cargo del laboratorio.
La señalización de pista será simulada a través de una plataforma
electrónica creada a semejanza de un aeródromo ideal, el cual
funcionará controlado por un software diseñado en Labview,
inspeccionando el encendido y apagado de cada una de las secciones
del aeródromo.
3.5. VARIABLES
3.5.1. Independientes
• Variación de las rutinas de práctica
55
3.5.2. Dependientes
• Iluminación (Ambientación climática)
• Señalización de la pista
56
4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
El diseño y simulación del sistema electrónico de control de
señalización de pista se acopló de manera exitosa al software
diseñado en el programa de Labview; la ambientación climática se
manejó desde un realismo, acorde con las experiencias necesarias
para lograr un excelente desempeño en el campo del controlador de
tráfico aéreo.
La información enviada a través del puerto paralelo a las interfaces de
comunicación entre los dispositivos que actúan sobre la potencia y el
software no registró pérdidas, debido a que el puerto paralelo
presentó mejor adaptación en la transmisión de datos y sabiendo que
el puerto serial es también una buena opción. Además la distancia de
comunicación entre software y hardware fue mínima, por lo tanto el
uso del puerto paralelo fue la mejor opción.
Las diferentes rutinas proporcionadas por los instructores fueron la
base para realizar el sistema de simulación de cada una de las
situaciones climáticas, ya que se trabajó bajo un perfil de realidad
exigido por los expertos del laboratorio, para la perfección de la
práctica. Aunque no fue fácil adaptar los datos sugeridos al software,
lo cual requirió un mayor cuidado a la hora del diseño del programa
en Labview, sin embargo el empalme fue óptimo y se pudo crear el
proceso tanto análogo como digital.
57
Para la implementación de la ambientación se utilizaron pares
luminosos que proporcionan una diversa gama de colores necesarios,
según la aplicación ambiental que en el momento se requiera en el
laboratorio, estos son controlados a través de los software
previamente diseñados tanto en Labview como en Micrograde,
suministrando así una situación real para quien está a cargo del
laboratorio.
Fue de gran relevancia el diseño de la parte de potencia en el manejo
de voltajes y corrientes para estos reflectores, de hay que se hicieran
una serie de pruebas con varios dispositivos electrónicos como el
TRIAC, el SCR y el IGBT, los cuales permitieron el acople del
programa desde el computador con el hardware exterior, sin
presentar pérdidas de tensión ni con riesgos de calentamiento en los
conectores.
58
5. DESARROLLO INGENIERIL
Notablemente el desarrollo electrónico ha evolucionado de manera
formidable a lo largo de estos últimos años, marcando un reto que se
acelera y crece constantemente por intervenciones económicas que
aplican un papel predominante para alcanzar nuevas metas.
Los avances electrónicos no tienen límites y es así como se generan
nuevas herramientas al servicio del hombre con grandes proyecciones
al futuro y de alta tecnología, que sorprende por su complejidad y
eficiencia al momento de crear e implementar nuevas aplicaciones
electrónicas.
La filosofía del proyecto pretende diseñar un laboratorio de control de
aeródromo que cumpla con las especificaciones físicas y técnicas para
llevar adelante procesos de simulación de control electrónico en un
ambiente de aeródromo y que cada uno de sus componentes y
dispositivos del alta y media tecnología reflejen y recreen condiciones
propias de este, con el fin de propiciar el escenario adecuado para que
el estudiante en la medida que avance cada nuevo ejercicio, sienta la
realidad de los hechos de la manera mas cercana posible.
59
5.1 Módulo de control. Establecido con el fin de ejecutar una serie de instrucciones
previamente planteadas por el instructor del laboratorio, para crear
las distintas rutinas que tendrán como práctica los estudiantes.
El sistema funciona a través de un lenguaje de programación en el
entorno gráfico de labview, el cual incluye una secuencia de
terminales que realizan una serie de actividades en el panel de trabajo
entregando los resultados por puerto paralelo.
A continuación se presenta en las Imágenes, el esquema de trabajo
del panel de control y del diagrama de bloques elaborado para la
ejecución de tareas de viento, intensidad, dirección, temperatura,
QNH, Visibilidad, reloj y hora internacional.
60
Imagen 4. Panel de visualización de instrumentos
61
Imagen 5. Panel de Rutinas para desarrollo de la práctica.
Figura 3. Diagrama de bloques del software de Labview para control de las rutinas.
62
Funciones que son programadas en Labview y sugeridas por los
Instructores de control de trafico aéreo. Todas las rutinas pueden ser
observadas en el anexo B. “Conformación de rutinas” Anexo 2*.
En el Anexo B, se encuentran las 27 rutinas correctamente
relacionadas en tablas, donde se entregan los diferentes datos
mencionados anteriormente que que representan informción básica
para el dearrollo de los ejercicios.
Este ambiente de simulación debe reunir los requisitos básicos del
escenario y equipos de tal forma que el estudiante sienta y se ubique
como si estuviera realmente en un puesto de control, en donde se
refleje cada condición de control y se puedan llevar a efecto algunos
de los fenómenos que son determinantes en nuestro caso para el
servicio de control de aeródromo.
1. VIENTO: También llamado Rosa de los Vientos, representa la
dirección del brisa de acuerdo con el código aeronáutico relacionado
en el anexo 14.
Figura 4. Diagrama de bloques para la visualización análoga del Viento.
63
En base a la información suministrada por cada una de las rutinas,
se toman los datos que vienen de estas madiante una sumador de
manera que multiplexe los valores, permitiendo la visualización de
todos ellos en un solo instrumento, uno por uno.
Por otra parte se observa en la Figura 5 que es posible visualizar el
dato en forma digital siempre y cuando esta función este activada.
Figura 5. Diagrama de bloques para Imagen 6. Panel de control para la visualización digital de los selección e indicación de Instrumentos. Modo digital
Para que el instructor tenga la posibilidad de variar el grado de
dificultad durante la práctica con los estudiantes, tendrá la
64
posibilidad de activar o desactivar el selector Boolean 9, de manera
que permita la visualización de los instrumentos análogos y digitales
o bloquee los instrumentos digitales.
2. INTENSIDAD: visualiza la velocidad del viento en nudos (KT) para
cada una de las rutinas.
Figura 6. Diagrama de bloques para la visualización análoga de la intensidad.
Al igual que el viento se toman los datos de cada una de las rutinas,
de tal manera que pasen por un sumador para realizar su
multiplexación en un mismo visualizador.
3. TEMPERATURA: es un parámetro termodinámico del estado de un
sistema que caracteriza el calor, o tranferencia de energia térmica,
entre ese sistema y otros.
65
Figura 7. Diagrama de bloques para la visualización digital de la intensidad.
En la Figura 7 se muestra como el diagrama de bloques ejecuta la
función de visualización de datos multiplexandolos por medio de un
sumador que permite observar el resultado del sistema.
4. PUNTO DE ROCIO: es la temperatura a la que empieza a
condensar el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocio,
neblina o, en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja,
escarcha.
Figura 8. Diagrama de bloques para la visualización de la
temperatura y el punto de rocío.
66
En la Figura 8 se muestra como el diagrama de bloques se toman los
datos multiplexándolos por medio de un sumador. Para la
visualización del punto de rocío se toma el valor de la temperatura y
se divide en dos ya que ese es el valor aproximado del punto de rocío
y este será el dato que se va a visualizar; para la visualización de la
temperatura se multiplexan los datos tomados de cada una de las
rutinas por medio de un sumador.
5. QNH: es la presión al nivel del mar deducida de la existente en el
aeródromo, considerando la atmósfera con unas condiciones
estándar, es decir sin tener en cuenta las desviaciones de la
temperatura real con respecto a la estándar; se visualiza en el módulo
de control análoga y digitalmente en pulgadas de mercurio (In Hg).
Figura 9. Diagrama de bloques para la visualización del QNH
En la Figura 9 se muestra como el diagrama de bloques ejecuta la
función de visualización de datos multiplexandolos por medio de un
sumador que permite observar el resultado del sistema en un
instrumento análogo y otro digital.
67
6. VISIBILIDAD: es la capacidad de ver objetos a una determinada
distancia. A mayor visibilidad mejor se verán objetos a la lejanía,
mientras que a menor visibilidad se verán unicamente objetos
cercanos; se visualiza en el módulo de control de manera digital y
análoga en metros (Mts).
Figura 10. Diagrama de bloques para la visibilidad.
En la Figura 10 se muestra como el diagrama de bloques ejecuta la
función de visualización de datos multiplexándolos por medio de un
sumador que permite observar el resultado del sistema en un
instrumento análogo.
7. HORA GMT o ZULU: para evitar que se utilicen horas locales y
estar siempre calculando las diferencias horarias entre dos ciudades,
tanto en la aviación real como en la simulada hay que utilizar un tipo
de hora que sea universal. Esta hora se denomina como hora GMT o
ZULU.
68
Figura 11. Diagrama de bloques para la visualización del reloj.
En la imagen anterior observamos la construcción de un reloj digital
en LabView, está compuesto por los siguientes instrumentos
virtuales:
• Simulador de señales: es un instrumento que actúa como
generador de ondas, en este caso se programa como una
square (cuadrada), la cual genera pulsos para el reloj.
• Trigget and Gate ( Gatillo y compuerta): es el instrumento
que detecta el cruce por cero de la señal cuadrada generada.
Esta herramienta entrega los pulsos para ser sumados al
segundero del reloj.
69
• Statistics (Estadísticas): es la encargada de tomar los pulsos
generado por el trigget e irlos acumulando en un registro
interno.
• Convert from Dynamic Data (Convertidor de datos
dinámicos): convierte datos de tipo dinámico a numérico,
booleano entre otros.
• Index Array ( Selección de índice): es un arreglo que ordena la
entrada de los datos al sumador.
• Sumador: toma los datos ordenados del index array y los
suma a un dato de inicio.
Este proceso se repite para la hora, minutos y segundos. Esto debe ir
en una rutina while loop ( Haga mientras), de esta manera el proceso
será cíclico.
70
5.2. Módulo de Pista
Establecido con el fin de ejecutar una serie de instrucciones que el
estudiante decide al momento de desarrollar cada una de las
prácticas dirigidas por el instructor del laboratorio.
El sistema funciona a través de un lenguaje de programación en el
entorno gráfico de labview, el cual incluye una secuencia de
terminales que realizan una serie de actividades en el panel de trabajo
entregando los resultados por puerto paralelo.
A continuación se presenta el sistema de simulación de la pista del
aeródromo y su proceso de manejo de luces; el esquema de trabajo del
panel de control y del diagrama de bloques elaborado para la
ejecución de luces de: borde de pista, calle de rodaje, aproximación,
eje de pista, umbral, touch down, rabbit, torre de control, pappi,
puente nacional, puente internacional, puente de carga, puente de
mantenimiento, puente militar, puente de enseñanza.
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Imagen 7. Panel de control. Sistema de iluminación de pista.
Figura 12. Diagrama de bloques. Sistema de iluminación de pista.
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En la Imagen 7 puede apreciarse la instrumentación virtual del
manejo de la pista, la cual esta compuesta por una estructura (Case),
ésta es la que controla el encendido total o parcial del sistema.
Existe un interruptor llamado encendido quien es el que ejecuta esta
instrucción. Para cada una de las partes de la pista hay un
interruptor.
1) LUCES RABBIT: el manejo de estas luces es diferente, debido a que
están sujetas a una secuencia de encendido.
Figura 13. Diagrama de bloques. Secuencia de luces Rabbit.
Estas luces tienen la misma estructura del reloj a diferencia de los
indicadores que son leds; para cada secuencia exite un comparador el
cual indica el encendido de estos.
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5.3 Diseño de hardware
Para hacer el acople del hardware con el software de labview es
necesario utilizar aplicaciones de microcontroladores. A continuación
se ilustra cada uno de los programas de micrograde.
* Interfaz entre la plataforma y el software: e sta interfaz debe
comunicar el computador con la plataforma, de tal manera que haya
un control sistemático sobre el hardware. Para este fin se realiza la
programación de los microcontroladores Motorola (ref GP32) “Anexo
3”; cuya función es multiplexar los datos emitidos por el ordenador
mediante el puerto paralelo. De esta manera se activa el
correspondiente circuito de la pista.
Imagen 8. Programa de micrograde para interfaz de pista.
Por medio de este programa se busca controlar cada uno de los
circuitos correspondientes a la pista .
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Figura 14. Declaración de la entrada del microcontrolador.
Se activa el puerto B del microcontrolador como entrada y este dato
se almacena en una variable llamada VARI1.
Figura 15. Comparador.
Se realiza una comparación con la variable de entrada y el dato
guardado para seleccionar una salida del puerto C, D o E.
Este proceso se repetirá 44 veces para variar el número guradado
desde 1 hasta 44.
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Imagen 9. Configuración de micrograde para interfaz de pista (E/S
Digital).
Se realiza una respectiva declaración por cada uno de los puertos de
salida, teniendo en cuenta que el puerto C maneja 4 salidas, el puerto
D maneja 5 Salidas y finalmente el puerto E maneja 2 salidas. Este
proceso se programa para cuatro microncontroladores.
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Imagen 10. Configuración de micrograde para interfaz de pista. (Estructura)
En esta fase del programa se configura la visualización de la
estructura del software, tomando una frecuencia de 4000 hertz, con
una temporización de dos pulsos de a 10 segundos cada uno.
Finalmente se configuran las entradas y salidas digitales, usando los
puertos B, C, D y E respectivamente.
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Imagen 11. Configuración de micrograde para interfaz de pista. (Declaración de variables).
Se debe realizar el registro de las variables a implementar en el
software, en este caso sera VARI1 y VARI2.
* Hardware de luces externas: para realizar una ambientación en el
laboratorio, es necesario utilizar luces de utileria, por este motivo el
programa realizado en LabView necesita de dos etapas importantes,
la primera de ellas sera una interfaz que comunique el computador
con los elementos a controlar y por otra parte como estos son de
alimentacion AC se requiere de una etapa de potencia.
En la siguiente imagen se muestra el programa de selección de la
operación de luces dependiendo de la rutina seleccionada por el
instructor.
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Imagen 12. Programa de micrograde para interfaz de ambientación
Este programa actúa como un selector que dependiendo del dato que
el puerto B reciba activa ciertas situaciones de control, esto se lleva a
cabo mediante rutinas “If” o “si”, si el dato recibido es el dato
especificado en esta rutina actuará el microcontrolador de cierto
modo, si no tan solo saltará a la siguiente, hasta que encuentre la
correspondiente para actuar en el efecto de la ambientación.
Imagen 13. Configuración de micrograde para interfaz de
ambientación (E/S Digital).
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En esta parte de programación se declaran las entradas y salidas del
sistema para que el microcontrolador lo entienda.
Imagen 14. Configuración de micrograde para interfaz de ambientación. (Estructura)
En este proceso se determina el ancho de puso para el pwm esto
quiere decir el tiempo que tarda el microcontrolador en encender por
completo el dispositivo a manipular. De igual forma es todo el
sistema y la configuración interna de éste elemento.
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5.4 Diseño de potencia
Para el sistema de iluminaciòn en pista se utilizarán transistores de
potencia TIP 41c, conectados de la siguiente manera:
Figura 16. Circuito de potencia con TIP 41c para la pista.
Vcc
Salida P
Salida P
Señal Mi
Señal Mi
R2220
R1220 Q2
ECG130
Q1ECG130
Este circuito funciona como un sistema de switches, que
dependiendo cual en su base tenga una corriente de excitación
enciende una parte de la pista, además se garantiza que la carga de
los leds será soportada por estos elementos y no por el
microcontrolador.
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Imagen 15. Circuito impreso de la etapa de potencia para la pista
Por otra parte el sistema de ambientación requiere una etapa de
potencia para poder manejar corrientes alternas, con señales
digitales, por esta razón se utilizan TRIAC para realizar un buen
manejo.
Figura 17. Circuito de potencia con TRIAC para la ambientación.
señal mi
D1LED0
+
-
Vs1110Vac
U1OP4N25
Q1Q6010L5
R41k
R3CARGA
R21.25K
R11.25K
Este circuito se realiza al lado derecho y al lado izquierdo del
aeródromo a escala.
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5.5 Cálculos
Esta plataforma nesecita una fuente de alimentacion para todo el
sistema que cumpla con las siguientes condiciones:
3 salidas de 5.3 voltios, esto con el fin de independizar la
alimentacion de los microcontroladores, la plataforma y asi tener una
salida de reserva.
La corriente debe ser:
Consumo de corriente por led X cantidad de leds
Esto daría:
0,006 A X 1550 Led’s = 9,3 A
9,3 Amperios pero se fabricará para 12 Amperios cada salida
previniendo un mayor consumo por tolerancias y distintas
especificaciones técnicas del fabricante.
5.6. Fuente de alimentación
Vistos los cálculos de corriente se hace notorio que la fuente debe ser
capaz de soportar una carga de 12 amperios, y tener tres salidas de
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5.3 voltios cada una, es asi como se manda a construir una fuente
con estas directrices y según se muestra en la siguiente imagen.
Figura 18. Diseño de la fuente
Salida 1
Salida 2
Salida 3
AlimentacionAC
C3100uF
C2100uF
C1100uF
R31k
R21k
R11k
IN
COM
OUT
U3LM317
IN
COM
OUT
U2LM317
IN
COM
OUT
U1LM317
D3BRIDGE
D2BRIDGE
D1BRIDGE
T3
T2
T1
De esta manera se garantiza que no se tendrán grandes caídas de
voltaje que afecten el funcionamiento del laboratorio, y que nunca
habrá sobre carga en la fuente a menos que se presente una falla
técnica que repercuta en la carga de ésta.
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6. CONCLUSIONES
• Se diseñó un sistema de iluminación, el cual ilustró los
diferentes escenarios meteorológicos requeridos por los
instructores del laboratorio, con el ánimo de distinguir la
correcta señalización de la pista en cada uno de estos casos por
parte de los estudiantes.
• Se llevó el sistema análogo que se manejaba actualmente en
ESUFA, a la electrónica digital, facilitando el trabajo tanto de
los instructores como de lo estudiantes, ya que no se contaba
con la informática adecuada para el desarrollo de la práctica
del laboratorio.
• Fue creado el control de señalización de pista del aeródromo,
haciéndose un cambio casi total de leds ya que estos en su
mayoría se encontraban fundidos. Estos a su vez fueron
manipulados desde un módulo de trabajo gracias a la
programación realizada y ejecutada por Labview.
• La comunicación entre la torre de control donde se encuentra
el programa por computador y la maqueta a escala del
aeródromo fue a través del cable ribbon, ya que éste permite el
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acople con el puerto paralelo sin registrar perdidas y con
calidad en la salida de los datos.
• Fue también diseñado el control de ambientes climáticos, los
cuales le entregan realismo a la sesión en práctica de manera
que fuera manipulado desde un módulo maestro por el
encargado del trabajo.
• Fue de gran optimización para el sistema de potencia trabajar
con un TRIAC y no con SCR ya que la corriente de excitación
en la compuerta de entrada se acomodó de mejor forma con los
optoacopladores sin correr riesgos de perdidas en los
conectores.
• Se realizó y simuló el sistema electrónico de control de
señalización de pista y ambientación, para el laboratorio de
control de aeródromo, basados en las visitas técnicas que se
hicieron al aeropuerto de Guaymaral y el Dorado, lo cual fue de
gran ayuda como ejemplo para el desarrollo del software.
• Se implementó puerto paralelo para la comunicación de datos
desde el programa de Labview, aún sabiendo que el puerto
serial es también una buena opción. Además la distancia de
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comunicación entre software y hardware fue mínima, por lo
tanto el uso del puerto paralelo fue la mejor opción.
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7. RECOMENDACIONES
Para éste proyecto es importante realizar un mantenimiento continuo
no mayor a un año, a todos los dispositivos electrónicos que se
relacionen en este proceso debido a que el sistema puede sufrir
alteraciones en su ejecución y así mismo las consecuencias podrían
acabar con la vida útil de los distintos elementos implementados.
Cualquier tipo de manipulación al software deberá hacerse bajo la
autorización de ESUFA y completamente regido bajo los parámetros
creados en el desarrollo del trabajo y con la guía del manual creado y
entregado a la escuela.
De llegarse a hacer un cambio en el hardware debe verificarse que el
resto del sistema no se vea afectado con el movimiento de los
elementos ya que estos han sido ubicados de una forma especifica
para la organización y libre desenvolvimiento de las prácticas.
Si se llegase a realizar el cambio en la comunicación del programa del
puerto paralelo por el puerto serial, se deberá entonces rediseñar el
software específicamente por LabVIEW ya que se manejan diferentes
herramientas de trabajo para cada uno de estos puertos.
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BIBLIOGRAFÍA
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control de instrumentación.
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Métodos Recomendados Internacionales: aeródromos, volumen I,
Diseño y Operaciones de Aeródromos, segunda edición Julio de 1995.
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