DISEO Y AUTOMATIZACIN DE LSERES PARA CORTES Y SOLDADURAS DE PRECISIN INDUSTRIAL

Lpez Caudillo, Juan Pablo, Instituto Tecnolgico Superior de Guanajuato, Gonzlez Garca Andrs, Instituto Tecnolgico Superior de

Guanajuato

7to. Verano Estatal de Investigacin CONSEJO DE CIENCIA Y TECNOLOGA DEL ESTADO DE GUANAJUATO

RESUMEN El sistema de automatizacin para Control de procesos mediante el sistema Proporcional-Integrativo-Derivadito [del ingls Proportional Integrative Derivative (PID)] aplicados en la automatizacin de la estabilidad de un lser controlando su humedad y temperatura a condiciones ambientales (80%, 25C), utilizando un sensor de temperatura como seal de entrada y un mdulo Peltier como seal de salida, en un microcontrolador se realiza todo el proceso del control del PID y automatizacin necesario para que el lser realice el proceso a una potencia adecuada, el PID es uno de los controles ms usados en la industria. INTRODUCCIN El sistema de control de temperatura automtico para el lser, el costo de este sistema es muy alto, y adems de estar fuera del pas por lo que se hace muy difcil su adquisicin. Por estas razones se dise un sistema de control automtico PID. Con elementos como microcontrolador, Peltier y sensor de temperatura que se encuentran en cualquier sucursal en electrnica. Las ventajas de hacer este sistema que es econmico y su desarrollo no se requiere mucho tiempo. El Microcontrolador; es un circuito integrado que tiene elementos de memoria programables. La pantalla LCD; es un dispositivo hecho de material sensible a las variaciones de voltaje donde se muestran los datos en forma de grficos. El sensor de temperatura (LM35); es un dispositivo que consta de una entrada y salida de la seal cuya caracterstica principal es vara el paso corriente con la temperatura exterior ya sea ambiental o superficial.

El mdulo de Control Termoelctrico Peltier (Enfriador Termoelctrico); es un dispositivo hecho de material cermico Almina (Al2O3) y Bismuto Tin (BiSn). Se alimenta a una tensin de 5 Volts y una corriente de 1.2A. OBJETIVO Diseo de un sistema para control de temperatura automatizado mediante PID utilizando un microcontrolador para un laser pulsado. MATERIALES Y MTODOLOGIA Los materiales y metodologa se indican a continuacin. Materiales: 1 Peltier (TEC1-12705). 1 Pantalla LCD de 2X16). 1 Microcontrolador (PIC 16F877A). 2 Relevadores 1 Oscilador (4 MHz). 4 Bush Button. 2 Transistores (2N2222). 4 Resistencias (4,7 K). 2 Resistencias (1 K). 1 Resistencia (330 ). 1 Resistencia (10 K). 2 Capacitores cermicos (22 pF). 1 Sensor de Temperatura (LM35) 1 Potencimetro (1 K). METODOLOGIA. El control PID es uno de los mtodos mediante el cual podemos seleccionar los valores de los parmetros de controlador de (kp, ki y kd) una de las reglas sugeridas por Ziegler y Nichols kp de lazo cerrado produce la estabilidad cuando se usa la accin proporcional[1].

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Figura 1. Control PID de una planta. El controlador PID tiene una funcin de transferencia. G(s) = K P [1 + (1/T I (s)) + T D (s)] Curva respuesta escaln unitario Grafica de Ziegler y Nichols[2].

0 5 10 150

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

Figura 2. Curva de respuesta del PID.

Para el control de temperatura se us un sensor de temperatura (LM35), el punto fijo [del ingls Set Point (SP)] de 25C que es temperatura considerada como ambiental a sensar programando con cuatro interruptores normalmente abiertos, la temperatura mnima de 24C y la temperatura mxima de 26C, estas seales se adquieren a travs de un PIC para que se muestrear en una pantalla de cristal lquido (de sus siglas en ingls, LCD), cuando la temperatura del SP baja de 24C manda una seal para que se active el mdulo Peltier en caliente y si en cambio sube entonces el modulo empieza a enfriar hasta que se estabiliza el SP en 25C. Las conexiones del microcontrolador con los sensores muestrean la temperatura en la pantalla LCD[3].

Figura 3. Diagrama de conexiones.

RESULTADOS El diseo del control PID se realiz en Microcode y se hizo una simulacin en software Proteus obteniendo un correcto funcionamiento. Se hizo el montaje en una protoboard en la pantalla LCD se muestrea la temperatura de 25C, el circuito se alimenta con un tensin de 5 volts con 1.5A. Se aslo la alimentacin del modulo (Peltier) porque consume 1.2A, si se conecta con el microcontrolador hace que la corriente sea menor funciona mal y no se obtenga los valores deseados. A continuacin se muestra el circuito impreso realizado en el editor Ares[4].

Figura 4. Diagrama de circuito impreso. Simulacin en Proteus cuando la temperatura baja de SP empieza a calentar el modulo (Peltier) hasta esta que se sintoniza en los parmetros deseados[5].

Figura 5. Dispositivo en funcionamiento cuando la temperatura baja de 25C. Cuando la temperatura aumenta ms del valor establecido, entonces

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comienza a enfriar el modulo hasta alcanzar el SP en 25oC[6].

Figura 6. Dispositivo cuando la temperatura aumenta de 25 C. Dispositivo montado en una protoboard conectado con el mdulo Peltier [7].

Figura 7. Dispositivo de control de temperatura automatizado. CONCLUSIONES Y DISCUSIN En esta investigacin se desarrollo un sistema de control de temperatura para laser pulsado implementando un modulo Peltier, por medio de un PID de lazo cerrado usando un microcontrolador.

El lser pulsado requiere una temperatura estable a 25C para obtener al mximo su potencia, a este laser se le integra un termistor y un Peltier. Modulo (Peltier) tiene la capacidad de que si invierte su polaridad de (+) a (-) en las entradas de alimentacin cambia su estado de caliente a frio o en forma inversa. Microcontrolador tiene la ventaja de enviar dos seales a travs de sus salidas a dos transistores que amplifican la seal y es enviada a relevadores de potencia. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS [1] Frhr Orttenburger, Introduccin al

control electrnico, 2da. Edit. MARCOMBO.

[2] Eduardo Garca, Compilador C CCS y simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC, 1era. Edit. Alfaomega.

[3] Jos Mara Angulo Usategui, Ignacio Angulo Martnez, Microcontroladores PIC, 3era. Edit. McGraw-Hill.

[4] Lucio Di Jasio, Tim Wilmshurst, Dogan Ibrahim, John Morton, Martin Bates, Jack Smith, D.W. Smith, and Chuck Hellebuyck PIC Microcontrollers, 1fst. Edit. Newness.