Tesis ascensor sistema de control

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR VICERRECTORADO ACADÉMICO

DECANATO DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO PARA ASCENSORES

Informe de Pasantía presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar, como

requisito para optar al Título de Técnico Superior Universitario en Tecnología

Electrónica

Autores: José Duque y Jesús Castro

Carnet: 07-2491 y 07-3128

C.I.: 18.111.792 y 18.817.921

Tutor Académico: Jesús Silva

Sartenejas, Febrero 2011

Br. José Ramón Duque Rojas

Br. Jesús Javier Castro Delgado

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SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO PARA ASCENSORES

Informe de Pasantía presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar, como

requisito para optar al Título de Técnico Superior Universitario en Tecnología

Electrónica

Sartenejas, Febrero 2011

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DEDICATORIA

Le dedico este trabajo a Dios por haberme guiado por el camino correcto. A mis padres,

hermanos y demás familiares por su apoyo incondicional durante todo este tiempo tan

importante de mi vida. A mis amigos, por su infinito apoyo.

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AGRADECIMIENTO Y RECONOCIMIENTO

Primeramente le doy las gracias a Dios por darme la fortaleza necesaria para superar

todas las pruebas que se presentaron durante la carrera. A si mismo le agradezco al

ingeniero Jorge Bujana por brindarnos la oportunidad de realizar las pasantias en su

empresa, lo cual nos permitió saltar al mundo profesional. También quiero agradecerles

a todos los profesores por su infinita tolerancia, en especial a la profesora Kleidys

Suárez por su apoyo e incontables consejos.

Agradezco enormemente a todos mis familiares y compañeros de clases.

v

ÍNDICE GENERAL

Índice de Figuras.............................................................................................................vi Resumen.........................................................................................................................vii Introducción.......................................................................................................................1 Capítulo I: La Empresa……………..................................................................................2 1.1 Reseña Histórica de la Institución…........................................................................2 1.2 Misión………….......................................................................................................2 1.3 Visión……………....................................................................................................3 Capítulo II: Marco Referencial……..................................................................................4 2.1 Reseña Histórica del Ascensor………….................................................................4 2.1.1 El Ascensor Hidráulico.................................................................................5 2.1.2 La Tracción Eléctrica....................................................................................5 2.2 Sistemas Operativos.................................................................................................6 2.3 El Sistema Operativo Automático............................................................................6 2.4 El Control de Señal...................................................................................................7 2.5 Sistemas Operativos Automáticos de Grupo............................................................7 2.6 Estándar EIA-485 (RS-485)....................................................................................8 2.6.1 Ventajas del Estándar RS-485......................................................................9

2.6.2 Balanceo y Desbalanceo de Líneas.............................................................10 2.6.3 La Comunicación RS-485 en Modo Half Duplex......................................11

2.6.4 La Comunicación RS-485 en modo Full Duplex........................................12 2.6.5 El Circuito SN75276...................................................................................12 Capítulo III: Sistema de Control Electrónico para Ascensores.......................................14 3.1 Planteamiento del problema...................................................................................14 3.2 Formulación del problema......................................................................................14 3.3 Objetivos.................................................................................................................14

3.3.1 Objetivo General.........................................................................................14 3.3.2 Objetivos Específicos.................................................................................15

3.4 Justificación............................................................................................................15 3.5 Limitaciones...........................................................................................................15 Capítulo IV: Desarrollo de Actividades..........................................................................16 4.1 Parámetros de Proyecto.........................................................................................16 4.2 Tarjeta VIO............................................................................................................16 4.3 Tarjeta Principal....................................................................................................19 4.4 Tarjeta de Teclado.................................................................................................22 4.5 Tarjeta de Display..................................................................................................24 4.6 Tarjeta de Piso.......................................................................................................28 4.6.1 Fuente..........................................................................................................30 4.6.2 Reset............................................................................................................30 4.6.3 Comunicación RS-485................................................................................30 4.6.4 Programación..............................................................................................31 4.6.5 Botones.......................................................................................................31 Conclusiones....................................................................................................................32 Referencias Bibliográficas...............................................................................................33 Glosario...........................................................................................................................33 Anexos.............................................................................................................................34 Partes del Sistema de Ascensores.................................................................................34

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 01. Línea no balanceada......................................................................................10 Figura 02. Línea balanceada.........................................................................................10 Figura 03. Comunicación RS-485 en modo Half Duplex...............................................11 Figura 04. Comunicación RS-485 en modo Full Duplex...............................................12 Figura 05. Circuito Integrado SN75176.........................................................................12 Figura 06. Timer” de Salida...........................................................................................17 Figura 07. Tarjeta Principal............................................................................................21 Figura 08. A la izquierda botón con un cable. A la derecha con dos cables..................22 Figura 09. Circuito de entrada/salida..............................................................................23 Figura 10. Display Matricial…………………...............................................................25 Figura 11. Etapas de Tarjeta de Display (inteligencia)..................................................26 Figura 12. Etapas de Tarjeta de Display (Multiplexado)...............................................27 Figura 13. Etapas de Tarjeta de Piso…………………..................................................29

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR VICERRECTORADO ACADÉMICO

DECANATO DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

SISTEMA DE CONTROL ELECTRONICO PARA ASCENSORES

Autores: José Duque y Jesús Castro Tutor Académico: Jesús Silva

Fecha: Febrero 2011

RESUMEN

El presente informe de pasantías se basa principalmente en explicar una a una las

actividades realizadas por los pasantes en la empresa CAPEL DE VENEZUELA C.A.

Las cuales están enfocadas en la elaboración de un proyecto planteado por la empresa

con la finalidad de cubrir la necesidad del mercado Venezolano en el área de Control

Electrónico de Ascensores. Este proyecto consiste en el desarrollo de un kit de tarjetas

electrónicas, los cuales permitirán el control y funcionamiento del Sistema de

Ascensores. Se plantea el diseño de este sistema electrónico bajo el estándar físico de

comunicación RS-485. Esto ya que es necesario disminuir la cantidad de cableado que

se utiliza para hacer la instalación de los sistemas actuales. De esta manera, el proyecto

planteado representa un adelanto tecnológico en lo que a sistemas de control

electrónicos para ascensores respecta.

1

Introducción

A finales de la década de los cuarenta se concibe por primera vez un sistema

basado en dispositivos electrónicos que mide la cantidad de llamadas, suma el tiempo

en que se hacen y, automáticamente, combina estos datos con otros para programar y

hacer funcionar grupos de ascensores conjuntamente.

Como es de imaginarse, actualmente se utilizan sistemas electrónicos más

avanzados, basados en Microprocesadores. Esto permite que el diseño de los controles

actuales sea aún más inteligente y con más opciones de maniobrabilidad.

En vista de esto, CAPEL DE VENEZUELA C.A. plantea desarrollar un sistema

de control electrónico para ascensores que optimice el funcionamiento de los mismos.

Para esto se plantea una investigación a fondo sobre varios sistemas actuales y también

sobre el funcionamiento mismo de los ascensores. Esto para poder determinar cuántas

señales se manejan en todo el montaje y así poder diseñar el propuesto.

La particularidad de este proyecto es el uso del estándar físico RS-485 para

comunicarse entre sus tarjetas, esto permite que se pueda trabajar bajo un sistema

“Master/Slave” o Maestro/Esclavo.

Este informe se compone de cuatro capítulos, dispuesto del a siguiente manera:

Capítulo I (describe las características de la empresa donde se realizaron las pasantías),

Capítulo II (hace referencia al marco teórico necesario para comprender este informe),

Capítulo III (plantea el problema, su solución, etc.) y el Capítulo IV (desglosa el

desarrollo de actividades realizado por los pasantes José Duque y Jesús Castro durante

las pasantías para poder construir las tarjetas).

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CAPITULO I

CAPEL DE VENEZUELA C.A.

1.1 Reseña Histórica de la Institución

En el año de 1.992, con la finalidad de cubrir con las necesidades del mercado en

el área de soluciones Computarizadas y tecnológicas, tanto en el ramo Comercial como

en el Industrial y Médico; se crea el Departamento Informático de Capel.

Gracias a este departamento, desde ese momento, la Empresa se dedico a la

venta y desarrollo de productos informáticos destinados a ofrecer soluciones operativas

a una amplia gama de sectores comerciales tales como: Supermercados, Panaderías,

Zapaterías, Restaurantes, Carnicerías, Charcuterías, Laboratorios, Estacionamientos,

etc.

En el año 2.000, para llenar un vacío en el Mercado Electrónico en Venezuela,

nace la división de Tecnología, que posteriormente se transforma en EDVSA S.A

(Electrónica de Venezuela) empresa filial de Capel; cuyo objetivo principal es el

desarrollo de proyectos electrónicos en diversas áreas tales como: Control Fiscal,

Comunicaciones, Telefonía, y, Electrónica en General.

1.2 Misión

Satisfacer las necesidades Tecnológicas del mercado Latinoamericano, con el

propósito de cubrir las exigencias de nuestros clientes en cuanto a estándares de Calidad

y especificaciones Técnicas, mediante la aplicación de diversas fórmulas de

mejoramiento continuo a todos nuestros sistemas, además de ofrecer una oportuna

asesoría y gran capacidad de negociación.

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1.3 Visión

Consolidar una Empresa de Clase Iberoamericana capaz de fusionar las

soluciones tecnológicas necesarias para lograr ofrecer productos y servicios eficientes,

capaces de satisfacer las necesidades de nuestros clientes, ofreciéndoles soluciones de

alta confiabilidad que simplifiquen y faciliten sus labores. En dos palabras:"FABRICAR

SOLUCIONES".

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CAPITULO II

MARCO REFERENCIAL

2.1 Reseña Histórica del Ascensor

Es necesario conocer como funcionan los sistemas de ascensores, es por ello que

en adelante daremos una breve explicación histórica de los mimos.

En 1830 se pone en servicio un montacargas accionado por una máquina en

Derby (Inglaterra). En el West Riding de Yorkshire, en 1840, se dan todavía tornos para

elevar pesos a mano, utilizándose esta técnica para variadísimas operaciones de

elevación y transporte, incluyendo la elevación de la tierra de las excavaciones de los

túneles de ferrocarril. El tambor de cable horizontal de 3.5 a 5 metros de diámetro,

alrededor del cual daban vueltas los caballos fue sustituido sólo gradualmente por un

torno movido, por lo general, por una máquina de vapor vertical, de baja presión y un

solo cilindro.

Merece la pena mencionar el ascensor “Teagle” desarrollado en Inglaterra en

1845. Este elevador accionado hidráulico contemplaba ya el concepto de la polea de

tracción con contrapeso, aspecto que se aplica hoy en nuestros días a la gran mayoría de

los ascensores. El accionamiento era llevado a cabo por los propios usuarios que

desplazaban el cable manualmente desde la cabina.

En el año 1854 Elisha Graves Otis hizo una demostración pública en el Palacio

de Cristal de Nueva York, elevando su ascensor a una cierta altura y cortando el cable

de sustentación, mostrando la seguridad de su aparato.

Su ascensor hidráulico disponía de un sistema de seguridad consistente en una

cabina con trinquetes que unos resortes obligaban a engranar con muescas dispuestas a

los lados del foso del ascensor en el momento que rompía el cable.

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2.1.1 El ascensor hidráulico

El ascensor hidráulico se utiliza por primera vez en 1878, utilizándose agua en

lugar de vapor, para simplificar las instalaciones y conseguir mayores velocidades y

recorridos.

Los ascensores hidráulicos se perfeccionan hasta lograr con ellos alturas y

velocidades muy elevadas. En 1908, se instaló un ascensor en el City Investing Building

de Nueva York de 1360 Kg de carga, 3 m/s de velocidad y un recorrido de 108 m.

2.1.2 La tracción eléctrica

El primer ascensor eléctrico hizo su aparición en 1889 en el Demarest Building

en Nueva York. Fue una modificación directa del primitivo ascensor de tambor

accionado a vapor pero sustituyendo esta fuente de energía por la eléctrica mediante un

motor de corriente continúa. Este ascensor continuó en servicio hasta 1920, año en que

se demolió el edificio. El primer ascensor con pulsador automático de llamada se instaló

en 1894.

El ascensor eléctrico, tuvo desde sus comienzos un gran éxito, por su menor

coste de instalación y funcionamiento, pero tenía el inconveniente de la poca precisión

de sus paradas. Este fue corregido totalmente con la instalación de los grupos de

regulación de velocidad Ward Leonard, que todavía se utilizan en la actualidad, como

veremos más adelante.

En el año 1900, las maniobras accionadas por cable son sustituidas por

maniobras accionadas por pulsadores. El sistema Ward Leonard se introduce en el

período entre 1910 y 1930, con siguiéndose velocidades que alcanzaban los 2 m/s y

dando paso a los ascensores modernos.

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2.2 Sistemas operativos

En los ascensores primitivos, los accionados por máquinas de vapor o los

hidráulicos, el dispositivo de operación era un cable que recorría todo el hueco del

ascensor y que hacía actuar una válvula dispuesta en el fondo del hueco. Para subir, se

tiraba del cable hacia abajo para introducir vapor o agua en el circuito y hacer elevar la

plataforma. Para bajar, se tiraba del cable hacia arriba para expulsar vapor o agua en el

circuito y hacer bajar la plataforma.

Este sistema, consistente en tirar del cable en sentido contrario al del

movimiento, tenía una ventaja adicional: que en las posiciones más inferior y más

superior se disponía en el propio cable de una “bola de parada” de manera que al estar

en la posición más inferior e intentar seguir bajando, se tiraba del cable hacia arriba

haciendo aprisionar esta bola parada en los agujeros dispuestos en la cabina a tal efecto,

deteniendo inmediatamente la cabina.

2.3 El sistema Operativo Automático

El accionamiento mediante interruptor en cabina se utilizó en edificios de

oficinas desde principios de 1880 a principios de 1920. En paralelo con el desarrollo de

este tipo de accionamientos en edificios de oficinas, se ponía en marcha en edificios

residenciales en Estados Unidos, en el período 1880 a 1920, el sistema operativo

denominado “Sistema Automático Simple”. Dado que el tráfico era muy bajo, no se

justificaba la presencia de un operador a tiempo completo y por lo tanto se requería un

sistema automático. Este consistía en un sistema similar al que tenemos hoy día, es

decir, una serie de botones en cabina y en cada piso, de forma que el ascensor es

gobernado con prioridad desde cabina, y cuando la maniobra accionada desde cabina ha

finalizado, desde cualquiera de los pisos a los que el ascensor tiene acceso. Este sistema

es empleado hoy en día en ascensores poco utilizados donde los usuarios prefieren

esperar y tener uso exclusivo cuando están en la cabina.

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2.4 El control de señal

Conforme aumentaba la altura de los edificios y la velocidad de los ascensores

se incrementaba (hasta 3.5 m/s), se hizo necesario un sistema eficiente de operación

para detener la cabina con precisión, introduciéndose a principio de 1920 el denominado

control de señal. Este sistema requiere de un operador que, mediante pulsación de un

botón, el sistema del ascensor registra la orden y el sistema determina automáticamente

aceleraciones, respuestas a llamadas desde otros pisos, deceleraciones y ajustes exactos

al nivel del piso. El operador no sabe a qué llamadas va a acudir el ascensor hasta que

éste no comienza el proceso de frenada.

Los Sistemas Operativo Colectivos permiten guardar en memoria llamadas de

forma colectiva tanto en la dirección del ascensor como en sentido contrario, de manera

que cuando el ascensor ha terminado un recorrido, inicia automáticamente el

movimiento en sentido contrario para atender las llamadas realizadas previamente. Este

sistema no requiere de operador.

2.5 Sistemas Operativos Automáticos de Grupo

A finales de la década de los cuarenta se concibe por primera vez un sistema

basado en dispositivos electrónicos que mide la cantidad de llamadas, suma el tiempo

en que se hacen y, automáticamente, combina estos datos con otros para programar y

hacer funcionar grupos de ascensores conjuntamente. Este sistema fue instalado en el

edificio de las Naciones Unidas de Nueva York en 1949. Meses más tarde se inventa el

primer sistema electrónico, aplicado en las puertas, para la protección de los pasajeros.

Analizando la historia de la elevación vertical se observa que se desarrollan en

paralelo dos tecnologías. Por un lado la de Control de Señal que requiere de un operador

y está indicada para edificios grandes y con gran tráfico. También esta el Sistemas

Operativos Colectivos, que no requiere operador pero que se utilizaba en edificios

residenciales y en general de bajo tráfico. Su responsable técnico fue el Ingeniero Jefe

de Desarrollos de la Otis Elevator Company, William Bruns. Mediante circuitos

electrónicos y automáticos era posible programar maniobras eficientes desde el punto de

vista de tráfico vertical.

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En el año 1986 se introduce el sistema de frecuencia variable para el control de

ascensores de alta velocidad, con una avanzada tecnología que permite un importante

ahorro energético. Dos años más tarde se implanta el motor lineal para ascensores que,

al estar acoplado al contrapeso, elimina la necesidad del cuarto de máquinas, con el

consiguiente ahorro económico y de espacio.

Hoy, a finales del siglo XX, se han conseguido grandes logros en la tecnología

del ascensor. No obstante, aun quedan una serie de prestaciones que exigir en una

instalación moderna, tales como:

A lo largo del siglo XX, los tres continentes han representado un papel fundamental

en la evolución del ascensor, contribuyendo con sustanciales avances:

• Ascensores sin reductor

• Sistema de control con “memoria” para grupos de ascensores

• Sistema de control con microprocesadores integrado para grupos de ascensores

• Sistema de control de frecuencia variable y tensión variable

• Tecnología de “motor lineal”, sin cuarto de máquinas

• Sistema de control modular

• El motor magneto- permanente

2.6 Estándar EIA-485 (RS-485)

Es un estándar que define las características eléctricas de los drivers y los

receptores para su uso en sistemas de Multipuntos digitales equilibrados. La norma es

publicada por la ANSI Telecommunications Industry Association / Alianza de

Industrias Electrónicas (TIA / EIA). Las Redes de comunicaciones digitales bajo la

aplicación del estándar EIA-485 se pueden utilizar con eficacia a través de largas

distancias y en entornos con mucho ruido eléctrico. Varios receptores pueden ser

conectados a una red en una configuración lineal, esto es llamado multi-drop. Estas

características hacen que estas redes sean útiles en entornos industriales y aplicaciones

similares.

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EIA-485 sólo especifica las características eléctricas del conductor y el

receptor. No especifica o recomienda ningún protocolo de comunicaciones . EIA-485

permite la configuración de bajo costo de redes locales y enlaces de comunicaciones

multipunto. Ofrece alta transmisión de datos a una velocidad (35 Mbit/s hasta 10 m y

100 kbit/s en 1200 m). Ya que utiliza un diferencial de línea equilibrada sobre par

trenzado.

2.6.1 Ventajas del Estándar RS-485

Esta interfase tiene muchas ventajas, entre las cuales se mencionan:

a) Bajo costo

Los Circuitos Integrados para trasmitir y recibir son baratos y solo requieren

una fuente de +5V para poder generar una diferencia mínima de 1.5v entre las

salidas diferenciales.

b) Capacidad de interconexión:

RS-485 es una interfase multi-enlace con la capacidad de poder tener

múltiples transmisores y receptores. Con una alta impedancia receptora, los enlaces

con RS-485 pueden llegar a tener a lo máximo hasta 256 nodos.

c) Longitud de Enlace:

En un enlace RS-485 puede tener hasta 1200 metros de longitud.

d) Rapidez:

La razón de bits puede se tan alta como 10 Mega bits/ segundo.

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2.6.2 Balanceo y Desbalanceo de Líneas

La razón por la que RS-485 puede transmitir a largas distancias, es porque

utiliza el balanceo de líneas. Cada señal tiene dedicados un par de cables, sobre uno de

ellos se encontrará un voltaje y en el otro se estará su complemento, de esta forma, el

receptor responde a la diferencia entre voltajes.

Figura 01, Línea no balanceada

La ventaja de las líneas balanceadas es su inmunidad al ruido. En cuanto a ellas

(Figura 02), la TIA/EIA-485 designa a estas dos líneas como A y B. En el controlador

TX, una entrada alta TTL causa que la línea A sea más positiva (+) que la línea B,

mientras que un bajo en lógica TTL causa que la línea B sea más positiva (+) que la

línea A. Por otra parte en el controlador de recepción RX, si la entrada A es más

positiva que la entrada B, la salida lógica TTL será “1” y si la entrada B es más (+) que

la entrada A, la salida lógica TTL será un “0”.

Figura 02, Línea Balanceada

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2.6.3 La Comunicación RS-485 en Modo Half Duplex.

El término Half Duplex en un sistema de comunicación se refiere, a que

solamente en un tiempo determinado, el sistema puede transmitir o recibir información,

sin embargo no lo puede hacer al mismo tiempo. En muchos enlaces del tipo RS-485 se

comparte el BUS.

Como se puede observar existe una línea de control, la cual habilita a los

controladores en un solo sentido. Por lo tanto, se debe tener cuidado de no transmitir y

recibir al mismo tiempo, ya que se podría crear una superposición de información. La

figura 03 muestra el esquema de una comunicación RS-485 en Modo Half Duplex.

Figura 03, Comunicación RS-485 en modo Half Duplex.

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2.6.4 La Comunicación RS-485 en modo Full Duplex.

El término Full Duplex se refiere a que un sistema puede transmitir y recibir

información simultáneamente. Bajo este concepto la interfase RS-485 está diseñada

para sistemas multipunto, esto significa que los enlaces pueden llegar a tener más de un

transmisor y receptor, ya que cada dirección o sea Transmisión y Recepción tienen su

propia ruta. La figura 04 muestra lo anteriormente dicho.

Figura 04, Comunicación RS-485 en modo Full Duplex.

2.6.5 El Circuito SN75276

Estos dispositivos se encargan de hacer la conversión entre los niveles TTL del

microcontrolador y las señales del tipo diferencial que se utilizan el bus RS-485.

Figura 05, Circuito Integrado SN75176

En las termínales VCC y GND observadas en la figura 05 se encuentra la

alimentación del circuito.

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La terminal R0 y DI recibe un nivel lógico TTL si y solo si la línea RE se

habilita y como se puede observar es con un ‘0’ lógico.

Las terminales D0 y -D0 reciben también el nombre de A y B y son sobre estas

líneas las que forman el Bus de Transmisión y Recepción.

Como se puede observar, cada chip consta de un transmisor y un receptor, si las

terminales RE (Pin 2) y DE (Pin 3) se unen entre si con un solo Bit se puede controlar el

flujo de la información.

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CAPITULO III

SISTEMA DE CONTROL ELECTRONICO PARA ASCENSORES

3.1 Planteamiento del problema

Un ascensor es un sistema de traslado vertical, para que este funcione correcta y

seguramente es necesario que cuente con un sistema de control electrónico. Esto es para

que el mismo maneje y analice todas las señales necesarias y suficientes para garantizar

su funcionamiento. Actualmente en el país se cuenta con muy buenos distribuidores de

estos controles, los cuales son hechos en el extranjero. Pero acá en Venezuela no hay

empresa alguna que se dedique al desarrollo de un sistema parecido. Es por ello que la

empresa CAPEL DE VENEZUELA C.A. propone realizar uno. Un SISTEMA DE

CONTROL ELECTRONICA PARA ASCENSORES.

3.2 Formulación del problema

Elaboración de un Sistema de tarjetas electrónicas que permita el control y

funcionamiento de los ascensores. Este grupo de tarjeta esta conformado por cinco

tarjetas, entre ellas tenemos: una Tarjeta de Teclado, una Tarjeta de Cabina, una Tarjeta

de Piso, una Tarjeta de Display y una Tarjeta Principal, la cual se encarga de controlar

las tres anteriores.

Esta disposición de tarjetas presenta mejoras en comparación a los sistemas

actuales, ya que reduce enormemente la cantidad de cableado que hay que realizar

actualmente para la instalación de un sistema de ascensores. El hecho de que sean varias

tarjetas permite la comunicación entre ellas por vía RS-485, lo cual causa lo dicho

anteriormente.

3.3 OBJETIVOS

3.3.1 Objetivo General: Diseñar un Sistema de Control Electrónico para

Ascensores.

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3.3.2 Objetivos Específicos:

• Diseño electrónico de las diferentes tarjetas: Tarjeta Principal,

Tarjeta de Cabina, Tarjeta de Teclado, Tarjeta de Display y

Tarjeta de Piso

• Comunicar estas tarjetas por medio del protocolo físico Serial RS-

485.

3.4 Justificación:

La principal razón por la cual se realiza el Sistema de Control Electrónico de

Ascensores se debe a que en Venezuela no se fabrica un sistema como este. Además de

la voluntad de la empresa CAPEL DE VENEZUELA C.A. en aportar un producto de

fabricación Venezolana.

Este sistema representa una ventaja al momento de ser instalado en comparación

con los sistemas actuales. Esto se debe al poco cableado necesario para su

funcionamiento. Esto hace que su instalación sea más sencilla y a su vez lo sea también

la revisión y el mantenimiento del sistema en el campo.

3.5 Limitaciones:

El tiempo de pasantías no fue suficiente para realizar completamente el

proyecto, por lo cual se llegó a un consenso con los tutores y se decidió realizar sólo el

hardware del Sistema.

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CAPITULO IV

DESARROLLO DE ACTIVIDADES

A continuación se describen las actividades realizadas por los pasantes en la

empresa CAPEL DE VENEZUELA C.A.

4.1 Parámetros de Proyecto

En principio se discutieron los parámetros del proyecto, donde quedo acordado

que se realizarían cinco tarjetas. Las cuales deberían comunicarse bajo el protocolo

físico de comunicación RS-485. Por medio de este protocolo se logró disminuir el uso

de una gran cantidad de cables para el manejo de las señales. Esto se debe a que cada

tarjeta recoge la información en un punto físico determinado y la envía por medio del

protocolo antes mencionado a la tarjeta principal, la cual se encarga de tomar la decisión

necesaria para el correcto funcionamiento del sistema.

Por otra parte, los sistemas convencionales utilizan una sola tarjeta ubicada en

sala de maquinas, normalmente. Esto implica que todas las señales deben ser enviadas

hasta dicho cuarto por medio de un gran número de cables, ya que cada una de las

señales necesita una vía de comunicación. Debido a esto se dificulta la instalación del

cableado para la toma de señales, quitándoles mucho tiempo a los técnicos instaladores.

4.2 Tarjeta VIO

Luego de estas discusiones, el tutor empresarial consideró que se debía aprender

acerca de la arquitectura del Microcontrolador a utilizar y a su vez la forma de

programarlo. Para ello se trabajó sobre una tarjeta previamente diseñada por ellos

denominada VIO (Venezuelan Input and Output), la cual constaba de ocho (8) entradas

opto acopladas y ocho (8) salidas a Relé. Esta tarjeta bajo una programación previa y las

órdenes de un Master o Maestro, tenía la capacidad de decidir el accionar los Relés

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según sus entradas. El Microcontrolador de la tarjeta VIO es de arquitectura MCS-8051,

específicamente el ATMEL 89C55WD.

La tarjeta dependía exclusivamente de un Master y se comunicaban bajo el

protocolo RS-232 o el RS-485. Esto se debe a que la tarjeta VIO en si no tenía un

programa autónomo, es decir, no era capaz de tomar decisiones por si misma.

El programa de la VIO estaba estructurado bajo una lógica de esclavo, donde

estaba a la espera de un comando para realizar una acción. Dichos comandos eran

enviados por el Master en forma ASCII y estaban determinados por las letras del

abecedario en forma mayúscula y los números decimales. Por ejemplo, si el Master le

enviaba una “A” a la VIO, esta debía contestar con el status de las ocho entradas, si

enviaba “B1” la VIO debía enviar el status de la entrada número uno (1). Como estos

caracteres, también se encontraban los caracteres que se encargaban de decirle a la VIO

que apagase o prendiese todos o cada uno de los Relés.

Lo sugerido por el tutor fue agregarle un temporizador a la VIO, es decir, que

bajo un comando determinado por una letra y varios números la VIO pudiese accionar

un Relé y mantenerlo en ese estado bajo cierto tiempo.

En el siguiente diagrama de flujo (Figura 06) se muestra la forma como se

elaboró el programa para dicha aplicación.

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Figura 06, “Timer” de Salida

La subrutina de comunicación detectaba cuando el Master enviaba información,

la VIO recibía dicha información y realizaba un SWITCH/CASE para determinar que

carácter ASCII estaba recibiendo y así poder cumplir la función que el Master

solicitaba. Si el carácter ASCII era una “H” entraba a la subrutina que se diseño (figura

6). Esta subrutina pregunta por el código recibido luego de la “H” (ND1), el cual es el

número de Relé a prender. En caso de que fuese un número entre cero y siete, la VIO

encendía el Relé correspondiente al número recibido. El tiempo que duraría el Relé

encendido estaba determinado por ND2, recibido luego del ND1. Este tiempo es

cargado a una variable de tiempo asociada a cada Relé. Este registro se decrementaba en

la función de interrupción del TMR0 del microcontrolador, y cuando era cero se

apagaba el Relé. Se decide utilizar TMR0 para que el microcontrolador pueda realizar

otras funciones en este tiempo, o lo que es conocido como Multitasking o Multitarea.

Para poder realizar esto se tuvo que investigar sobre las características del

microcontrolador. Este posee una gran cantidad de registros, los cuales son diferentes a

los de Microchip en su forma de escribirse y en la forma de funcionamiento. Esto

permitió aprender acerca de la arquitectura del microcontrolador AT89C55WD, lo cual

sirvió para diseñar el Sistema de Control Electrónico para Ascensores.

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4.3 Tarjeta Principal

Con la experiencia adquirida en la VIO se procedió a diseñar el Sistema de

Control Electrónico para Ascensores. En este caso se empezó con la Tarjeta Principal,

llamada así porque es la encargada de recoger toda la información procedente de las

otras tarjetas y tomar decisiones en base a estas.

Los requerimientos de esta tarjeta en la etapa de entrada son:

3 Señales de seguridad de 60VDC.

3 Señales de mantenimiento.

4 Señales de programación.

2 Señales de prefinal.

2 Señales de posición.

1 Señal de bombero.

Las señales de seguridad garantizan la detención del ascensor si se genera algún

tipo de avería. Una de estas señales debe estar siempre fija, ya que de esta manera se

indica que todo está funcionando correctamente, los detectores de fase, las señales del

tablero y las fuentes de alimentación, entre otros. Otra de las señales de seguridad se

encuentra monitoreando las puertas de la cabina. De esta manera se puede saber cuando

se abren las puertas de la cabina y exactamente cuando se sierran. La última señal de

seguridad tiene la misma función que la señal anterior, pero en este caso esta señal

monitorea las puertas de los pisos. Gracias a esta señal de seguridad, cuando el ascensor

no se encuentre en el piso, no se podrán abrir las puertas de los pisos.

Por otra parte, las señales de mantenimiento se usan para controlar al ascensor

manualmente. Una de estas señales es para colocar al sistema en mantenimiento, es

decir la tarjeta no obedece las señales de entradas excepto las de mantenimiento. Con

las otras dos señales se le indica al ascensor si debe ascender o descender. De esta

manera se puede controlar el ascensor manualmente para la prevención y corrección de

posibles fallas. Las 4 señales de programación se usan para indicarle a la tarjeta cuantos

pisos va a recorrer el ascensor. El rango de pisos que se le puede asignar a la tarjeta va

desde 1 hasta 15.

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Las señales de prefinal se usan para indicarle a la tarjeta cuando el ascensor está

en los extremos del pozo. Esto se utiliza para evitar que la cabina se salga de los límites

establecido por los técnicos y ocasionando una colisión. Las señales de posición indican

constantemente en que lugar se encuentra el ascensor. La última señal de entrada, la de

bombero, se usa para que el ascensor solo acate las órdenes de la persona que posee la

llave de bombero.

Por otra parte, los requerimientos de la etapa de salida son: 8 Salidas a Relé.

Dos de estas ocho señales de salidas son para controlar la velocidad de alta y de

baja del ascensor. Otras dos señales se usan para darle la dirección a la cabina. Para

controlar la apertura y clausura de las puertas se utilizan otras dos señales. Con las dos

últimas señales se controla el variador de frecuencia y el patín. Este ultimo garantiza

que las puertas de los pisos no se abran cuando el ascensor no este.

En la tarjeta principal se decidió aislar óptimamente la comunicación, ya que

este sería el único medio por el cual podría ingresar una señal que alterara al

microcontrolador, o en su defecto dañase la tarjeta, es decir la quemara.

El proceso de aislamiento se planteó de una forma eficiente, según la teoría. Se

procedió a utilizar Optocupler entre el microcontrolador y el driver de comunicación

SN75176. Esto se realiza para proteger al microcontrolador principal de cualquier señal

ajena al sistema. Para que el aislamiento quedase en total funcionamiento se debe

disponer de una fuente de alimentación solo para la etapa de aislamiento. La figura 07

muestra el diagrama esquemático de las etapas aisladas.

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Figura 07, Comunicación Aislada Ópticamente

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En este diagrama se puede observar que el microcontrolador esta siendo

alimentado por una fuente solo creada para el. Con esto se garantiza que si llegara a

suceder un corto en la circuitería externa no se dañe el microcontrolador. Para alimentar

la circuitería que recibe y transmite las señales del pozo se procedió a realizar otra

fuente, llamada fuente aislada. De esta manera se garantiza una tarjeta eficiente.

4.4 Tarjeta de Teclado

Uno de los principales provechos de esta tarjeta es que por medio de un puerto

del microcontrolador 89C55WD se puede obtener o dar información a través de una

circuitería externa diseñada, es decir, el mismo pin del microcontrolador en un tiempo

sirve como entrada y en otro como salida, según lo requiera el programa. Esto se logró

después de una serie de pruebas de varios circuitos diseñados, donde se obtuvo el mejor

funcionamiento con el circuito abajo descrito (Figura 08).

Figura 08, a la izquierda botón con un cable. A la derecha con dos cables

Este diseño tiene dos ventajas. La primera es el uso óptimo del

microcontrolador, ya que se aprovechan mucho más los pines de entrada y salida. La

otra es la facilidad que esto representa al técnico instalador, ya que del botón de llamada

debe poner solo un cable para información. Esto se destaca debido a que hay sistemas

que utilizan dos cables para manejar la información, uno para que el botón envíe el dato

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a la tarjeta una vez sea presionado. El otro, para recibir la respuesta y de esta forma

prender el LED.

Esta tarjeta está dispuesta para recibir los datos del teclado de cabina y enviarlos

vía comunicación serial Half-Duplex (semiduplex) RS-485 a la tarjeta principal, luego

esta última debe recibir la información, tomar decisiones al respecto y devolver la

respuesta para que la tarjeta de teclado pueda darle la información a los botones. De esta

forma el botón quedará encendido o apagado según haya decidido el sistema. Cabe

destacar que esta tarjeta funciona bajo lógica 0, es decir, la tarjeta nota que el botón ha

sido presionado cuando en la entrada del sistema hay 0 voltios.

Para la construcción de esta tarjeta se plantea la situación como un sistema de

paso, donde primero se deja pasar la información del estado del botón (abierto o

cerrado), luego el microcontrolador debe guardar esta información y por ultimo dar la

información recibida de la tarjeta principal. Para esto se diseño el circuito de la figura

09.

Figura 09, Circuito de entrada/salida.

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En este circuito, el arreglo de las resistencias R1, R2 y R3 sirve de divisor de

tensión. Y el funcionamiento del mismo es el siguiente: en el nodo donde se conecta el

botón pueden haber dos únicas tensiones, 0 voltio y 24 voltios. Cuanto el botón es

presionado al nodo debe llegar 0V mientras que cuando está en estado abierto al nodo

deben llegar 24V. Los dos integrados que se encuentran en el circuito sirven, para lo

que decíamos anteriormente, manejar las señales como un sistema de paso. Ya que para

poder leer el dato y escribirlo se manejaban estos Integrados con el microcontrolador de

una manera tal que funcionase correctamente. Esto es: Para leer el dato el

microcontrolador debe dar un pulso de Clock al integrado 74HC574 seguidamente de

activar el OE (Output Enable) lee los datos de cada uno de sus pines luego lo

deshabilita, para que el mismo quede en alta impedancia y no afecte luego la decisión

tomada por el microcontrolador (esto ya que físicamente están unidos en el mismo pin

del microcontrolador la señal de entrada y la de salida). Luego, el micro toma la

decisión según su lógica programada y decide si activar o no al botón. Si decide

accionarlo coloca un uno lógico en la salida de forma tal que el arreglo de transistores

darlington ULN2803 reciba este dato y el mismo ponga a tierra su salida y así activar el

botón.

Las características técnicas de esta tarjeta son las siguientes: Tarjeta basada en el

Microcontrolador 89C55WD, Con 24 In/Out de lógica cero (0) y un puerto de

comunicación Serial RS-485. Alimentación de entrada de 24 VDC.

4.5 Tarjeta de Display

Esta tarjeta es para mostrar información acerca del ascensor. Esta información

puede ser el piso en el que está el ascensor, o si el ascensor presenta alguna falla

también puede mostrar un código que demuestre dicha falla, por ejemplo: F1 podría

indicar que una señal de seguridad está activa.

Esta tarjeta se encuentra basada en un microcontolador AT89C2051 de la familia

ATMEL. Tiene un puerto de comunicación serial RS-485, para comunicarse con la

tarjeta principal o en caso de que se quiera usar con otra aplicación. Tiene tres display

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matriciales de siete filas por cinco columnas (7x5) y una alimentación de 24 VDC ya

que esa es la alimentación en el sistema de ascensores.

Para usar estos tres Display se utiliza la técnica de Multiplexaje. Esto para

trabajar con un microcontrolador pequeño (AT89C2051) y también para ahorro de

energía, ya que solo estará prendida una columna por vez, más no todas al mismo

tiempo.

El display es como el de la figura 10, la cual muestra que por el lado de las filas

se colocaba el dato (leds a prender por columna) y por las columnas se ponía un cero

lógico cuando se quería prender una de ellas.

Figura 10. Display Matricial

El circuito diseñado para esta tarjeta es el que muestra la figura 11 y 12 (se

encuentra en dos imágenes para explicar las etapas).

En la figura 11 se puede notar parte del circuito, conformado por la etapa de

alimentación principalmente, la cual sirve para regular los 24VDC de entrada a los

5VDC necesarios para el funcionamiento del microcontrolador y los demás

componentes. Lo segundo es la etapa de Comunicación RS-485, donde está un circuito

integrado conocido bajo el código 75176 con un arreglo de resistencias estándar para

que pueda funcionar la comunicación. Además se encuentra el Microcontrolador

AT89C2051, encargado de recibir las ordenes de la tarjeta principal. Estas órdenes

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indican la señal que debe colocar en los displays, dependiendo de la información que se

quiera dar. Otra acción que realiza el microcontrolador es manejar el envío de datos y

activación de columnas de cada uno de los displays para que pueda ocurrir el

multiplexado.

Figura 11, Etapas de Tarjeta de Display (inteligencia)

Mientras que en la figura 12 se muestra la etapa de Multiplexaje, compuesta por

la parte de Datos, la cual consiste en activar mediante los transistores cada Led que

ordene el microcontrolador. El usar transistores permite que no se note diferencia de

brillo si se prende un solo Led o si se prenden los siete Leds de una columna. El

transistor esta diseñado de forma tal que funcione como un suiche (switch) el cual al no

ser activado por la base esta en abierto y cuando es activado se cierra para llevar 5VDC

al Led del display.

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La parte de Selección de Columnas está basada en el Shift Register o Registro de

corrimiento 74HC164. Este permite manejar una amplia cantidad de columnas con tan

solo dos pines del microcontrolador, uno para colocar el bit cero (0) que es quien

habilita la columna y el otro es para dar el clock necesario para que el integrado pueda

hacer el corrimiento.

Esta tarjeta manejaba tan solo tres displays, ya que eran los suficientes y

necesarios para la aplicación. Aun así esta la parte de “+Display”, el cual es un conector

que permite conectar a esta una tarjeta cuyo circuito único sea el de la figura 07, para de

esta forma ampliar la cantidad de displays a manejar.

Figura 12, Etapas de Tarjeta de Display (Multiplexado)

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4.6 Tarjeta de Piso

La tarjeta de piso, Como su nombre lo dice, va en cada piso y es la encargada de

llamar al ascensor una vez se presione el botón. El funcionamiento de este botón se

explica con la figura 03.

Este dispositivo se configuró para que funcione bajo lógica cero, ya que de esta

manera se garantiza un sistema más seguro. Esto se dice porque del circuito del botón

siempre va a salir un cero a la tarjeta, en el caso que se le aplique mas tensión de la

permitida y se ocasione internamente un cortocircuito la tarjeta de piso no se verá

afectada, ya que llegaría un cero a su entrada o el circuito del botón quedará abierto.

El funcionamiento del botón es el siguiente, cuando se presiona el pulsador a la

salida del componente (NA) se ve un cero y se enciende el Led. Este queda en ese

estado mientra se mantiene el pulsador presionado.

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Figura 13, Etapas de Tarjeta de Piso

Esta tarjeta (Figura 13) normalmente en sus entradas (NA) esta viendo un uno

lógico. Este pasa a estado cero cuando se presiona el botón de piso. Lo cual ocasiona

que el optocupler se abra internamente y a su salida se vea un uno lógico, ya que hay

una resistencia de pull up. Cuando el programa que se le cargo al microprocesador ve

un uno en la entrada del dispositivo inmediatamente salta a una subrutina, la cual envía

un uno lógico por uno de los pines de salida del sheet. Este valor lógico llega al

optocupler, lo cual hace que internamente se cierre y a su salida se vea un cero lógico.

Este valor garantiza que el Led del botón quede encendido por el tiempo que decida el

programa del microprocesador.

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Esta tarjeta esta conformada por cinco bloques, los cuales se definen así:

4.6.1 FUENTE

La entrada de la fuente es 24VDC, ya que este es el voltaje que normalmente

esta en el pozo. Dicha fuente esta conformada por dos diodos (D1, D2), tres

condensadores (C4, C5, C6) y un regulador de voltaje (LM 7805).

El diodo D1 se utiliza como rectificador de media onda. Si llegaran a colocar en

la entrada una tensión AC, D1 rectificaría la onda y el condensador C6 la filtraría. Por

lo tanto, la señal quedaría como una DC diente de sierra con su misma amplitud. Esta la

bajamos con el regulador, LM 7805, a 5VDC. Los condensadores C4 y C5 los usamos

para eliminar el ruido.

4.6.2 RESET

Este se utiliza para colocar el microprocesador en su condición inicial. La

circuitería (J2, C7, R11 y D3) que se usa es la de un pulsador antirrebote. Entre los

terminales de la resistencia (R11) normalmente se ve un cero lógico, y cuando se

presiona el botón se ve un uno lógico. Esto ocasiona que el micro se resetee.

4.6.3 COMUNICACION RS485

La comunicación en RS485 está definida como un sistema en bus de transmisión

multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas

distancias y a través de canales ruidosos. El medio físico de transmisión es un par

entrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo.

Por parte, en el circuito usamos el chip SN75176, en los terminales de A y B

colocamos una resistencia pul up y pull down. Esto se hizo para garantizar la amplitud

de la señal. La habilitación de este chip la hace el microprocesador a través de DE.

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Por esta vía se comunicará esta tarjeta con la tarjeta principal, ya que todas las

peticiones de piso deben ser recibidas por el cerebro, y este mismo debe tomar la

decisión de cada una de las peticiones y dar respuesta a la tarjeta de piso.

4.6.4 PROGRAMACION

En este bloque se le asigna la dirección de piso a la tarjeta. Esto se realiza por

medio de un dipswitch el cual esta conectado al puerto uno del microprocesador. La

dirección que se le puede colocar a cada tarjeta es desde 1 al 32, ya que solo se usan

cinco líneas del puerto uno para la programación. La idea de usar esta programación es

darle un código de identificación a cada tarjeta y que de esta manera la tarjeta principal

sepa quien le esta hablando. Este código puede dársele por software pero se plantea de

esta forma para que el sistema completo sea de fácil ensamblaje, ya que sería el técnico

que se encargaría de darle la codificación a cada tarjeta. Esto permite que al momento

de cambiar una tarjeta de piso por defecto, el técnico solo la compre sin mayor

especificación y pueda ponerle el código a suplantar.

4.6.5 BOTONES

En esta parte se colocan los botones que hacen el llamado hacia arriba y hacia

abajo. En la línea NA del conector se coloca el cable que viene de la parte normalmente

abierta del botón, y en L1- se coloca el positivo del mismo botón. Para la otra parte del

conector se coloca el otro botón respetando las mismas indicaciones.

Inicialmente a la salida del opto acoplador hay un cero, el microprocesador esta

viendo un cero en su entrada. Cuando se presiona el botón, internamente el opto

acoplador se abre y en su salida se ve un uno, ahora el microprocesador esta viendo un

uno a su entrada. Por medio de estos cambios, el programa del microprocesador se

puede enviar una señal por la línea que habilite a L1- ó L2-. Esto para encender el

botón.

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CONCLUSIONES

En el transcurso de las 12 semanas de la pasantía en la empresa Capel de

Venezuela fue necesario el aprendizaje y familiarización con los sistemas de ascensores

y del lenguaje C, esto además de conocer el funcionamiento de la aplicación Keil

uMicroVision (herramienta para realizar el programa de los microcontroladores

ATMEL), para el total cumplimiento de los objetivos planteados. Los sistemas de

ascensores mas comunes en la actualidad trabajan con una sola tarjeta, la cual esta en

sala de maquina. Esta tarjeta recoge toda la información del poso por medio de cables,

viajeros, los cuales van conectados a la entrada de los puertos de dicha tarjeta. Aunque

este método es eficiente, se dificulta por su complejidad al momento de su instalación.

También los costos son elevados por la cantidad de cable que se usan.

Por otra parte, en la empresa CAPEL DE VENEZUELA C.A. se decidió realizar

un sistema que mejorará el descrito anteriormente. Se diseñaron cuatro tarjetas, las

cuales toman decisiones y la envían a la tarjeta principal por medio de dos cables. De

esta manera se disminuyen las probabilidades de errores del sistema y se abaratan los

costos.

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FUENTES DE INFORMACIÓN

AXELSON, Jan. Serial Port Complete, Programing and Circuits for RS-232 and RS-48.

Lakeview Research. 2007.

BOYLESTAD, Robert y NASHELKY, Louis. Electrónica: Teoría de Circuitos y

Dispositivos Electrónicos 8ª edición. Prentice Hall México. 2003.

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ANEXOS

Partes del Sistema de Ascensores

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GLOSARIO

Driver: es un circuito que hace las funciones "intermedias" entre dos circuitos o dicho

de otra manera, el que adapta niveles de tensión o señal entre dos circuitos.

Relé: Es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por

un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un

juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos

independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.

Master/Slave: es un modelo de comunicación donde un dispositivo o tarjeta electrónica (Master o Maestro) mantiene un control sobre una o más tarjetas o dispositivos (Slaves o Esclavos).