Automatización de procesos: el dominio espacial.
Automation of processes: the space domain. Automatisierung der Prozesse: die Raumdomäne.
El dominio de las 3 variables espaciales implica una gran posibilidad de aplicaciones. Todas ellas tienen relación con la idea general de dominar los procesos productivos generando elementos de manera automática o semiautomática en un contexto de beneficio social general.
El manejo de variables en el espacio no es un tema sencillo con motores comunes. Con motores paso a paso se logra sostener una posición con cupla , lo que permite acercamientos precisos y sostenimiento en el tiempo.
Muchas veces se piensa en la automatización en términos de lo que ofrecen las empresas relacionadas al tema. Eso hace que los productos sean más caros y los procesos implicados tienden a ser cerrados y aparentemente complejos.
El dominio de una sola variable en el espacio la podemos realizar con un solo motor paso a paso. Es necesario generar una frecuencia de trabajo ( clock) , de acuerdo a la velocidad deseada. A la vez se deben generar una secuencia de pulsos de dos o tres valores binarios por vez, de acuerdo al tipo de motor paso a paso.
Cómo generar la secuencia ? Existen controladores de motores paso a paso integrados.
No obstante, hacerlo con contador binario de 10 es posible y con un oscilador basado en el conocido 555. Esa combinación otorga la posibilidad de lograrlo en forma económica.
La indicación de distancia de movimiento se puede hacer contando simplemente los pasos del generador de frecuencia. Estrictamente, podríamos dirigir el motor generando un pulso por vez de manera manual. Un pulsador permite disparar un monoestable que a su vez activa un flip flop. Con ello se logra generar una secuencia de un paso del motor. En el próximo pulsado, se genera otro pulso y la secuencia correspondiente.
Por supuesto, que desplazarlo de esa manera puede servir para algún fin específico, pero no es el caso de muchos problemas comunes.
Indicarle el dispositivo que se desplace 40 centímetros sería un problema típico.
Ello se puede hacer de dos maneras. En forma de control por una computadora, a través de un puerto como el paralelo se puede enviar la cantidad de pulsos requeridos al movimiento que implica 40 cm. El software lo genera y podemos simplemente observar como se ejecuta.
Pero hay otra manera más sencilla que no requiere computadora.
El clock marca la marcha del motor, a la vez puede controlar un contador digital de capacidad acorde a las medidas deseadas.
Ese contador genera caracteres binarios en cada paso de reloj.
Basta con generar una diferencia lógica entre un valor deseado y el carácter binario correspondiente.
Por medio de lo que sería un latch de tantos caracteres binarios como requieran las medidas, se fija un valor binario bit por bit. De esa manera se deja en memoria el número deseado, que está presente en el comparador digital.
El generador binario ( contador) aumenta continuamente su valor hasta que la diferencia sea cero. De esa manera al salir el valor cero, se detiene el contador y el motor. El sistema ha llegado al valor deseado y el conjunto se ha detenido solo.
Si deseamos dominar dos variables espaciales, en un plano, el problema es similar. Se ingresan los valores binarios a cada latch de cada coordenada, y se activa el generador de pulsos . Ello hace que los movimientos sean simultáneos.
En el caso de tener que posicionar un cortador de material, por ejemplo, se activa la ubicación en una variable, del cortador, A continuación se carga el latch de la longitud del corte. Al activar el generador de pulsos, simultáneamente se activa el cortador. El corte se produce hasta el valor estipulado. Cuando el comparador detecta igualdad detiene el proceso.
La acción de recorrer una línea perfectamente puede corresponder a determinadas tareas diferentes de aplicación en producción.
Se puede hacer el recorrido para cortar una pieza, o para marcarla , o para pintar una línea, o para efectuar una soldadura continua,
Tareas de soldaduras
El problema de las soldaduras es importante puesto que el operario recibe acciones nocivas en su realización. El campo magnético de la soldadura eléctrica, gases nocivos, posibles quemaduras, acción sobre la visión, etc.
Automatizar las soldaduras no solo permite liberar a la persona de esa tarea, sino que es importante por su salud física.
La soldadura continua en una línea es un problema similar al mencionado antes. Cuando se desea soltar marcos es un problema localizado.
Se debe recorrer pequeña distancia sobre una superficie que no posee apoyo constante. El sistema debe apoyarse sobre el marco en una estructura con corredera que le permita al elemento soldador desplazarse en línea recta. El motor paso a paso controla la longitud de la tira. Un elemento limitador de distancia ubica el soldador a una altura constante respecto a las piezas a unir.
No obstante que es necesario transportar el equipo de soldadura a cada extremo del marco, ello no implica problema, siendo algo totalmente inocuo para el operario.
Cuando el sistema se posiciona sobre el sector a soldar, el operario activa a distancia el soldador que realiza la tarea en la distancia programada.
Tareas de movimientos repetitivos
Las tareas de movimientos que se repiten son ideales de ser tratadas con microprocesador, aunque se pueden diseñar con electrónica analógica. Los movimientos de barrido, o movimientos programados como el trabajo de pintura, se guardan en el programa correspondiente.
El caso de instrumentos registradores analógicos está incluido en estas soluciones. Es posible llevar registros en papel de eventos que ocurren en tiempos largos por el control de dos variables ( plano) con dos motores paso a paso.
No obstante se puede escapar al uso directo de microprocesadores. El uso de circuitos analógicos combinado con contadores, genera soluciones similares. Un problema puede ser el acceso a memorias para el caso de secuencias repetitivas o instrucciones complejas. No lo he estimado en un diseño previo a ese caso.
El software independiente
Un problema en la implementación de estas soluciones, cuando se realizan con microprocesador es el software correspondiente.
El microprocesador debería ser operado con un sistema operativo básico y la programación de puertos hecha con Assembler, tratando de tener toda la independencia posible de sistemas comerciales. El uso de Linux y programación en Assembler o C, sería una alternativa.
La acumulación de software de alto nivel implica el pago de sucesivos derechos. Lo interesante sería programar desde lo más básico, con un sistema operativo elemental.
El uso del puerto paralelo o el puerto de juegos, es una opción, de salida y entrada económica. Los buses del tipo ISA, han desaparecido. Otros buses son muy rápidos e implican un desarrollo de tarjetas de adquisición de alta velocidad , lo que nos lleva nuevamente a sistemas comerciales.
Windows ha bloqueado el puerto paralelo , aunque es posible desbloquearlo. De esta manera inhibe de forma directa el hacer aplicaciones de este tipo. Todo un tema comercial de empresas.
Quizás sea posible desarrollar sistemas analógicos con parte digital, que emulen a plc, evitando caer en el producto comercial de alto costo donde el valor agregado es de las empresas. He diseñado un sistema basado en circuitos analógicos con parte digital que emula un microplc, para el arranque automático de un sistema complejo en secuencia. A la vez el sistema supervisa el comportamiento de variables que le hacen tomar decisiones , para lo cual está continuamente iterando por medio de contadores, a la espera de cambios.
Diseños independientes del microprocesador.
Mirando diseños digitales como el de una calculadora, se puede observar automatismos que preceden a un microprocesador, pero que otorgan resultados similares.
El diseño de un sistema digital con algunos pasos de automatización , es posible con diseño de ese tipo. Un teclado que permita ingresar dos coordenadas y genere el movimiento de un dispositivo que se mueve en dos dimensiones, es totalmente posible y más sencillo de implementar que con un microprocesador. Se evita toda la cadena de intereses implicados, el diseño de la computadora , el software correspondiente, las interfaces entre microprocesador y las variables externas, etc.
El uso de circuitos integrados que cumplen con funciones relacionadas al de los microprocesadores, permite emular funciones de estos, de una manera más directa.
Observando este dispositivo, la calculadora, se puede observar un sistema automático con enormes posibilidades prácticas, que no tiene la complejidad de una computadora y sin embargo otorga resultados similares o hasta mejores, según las funciones que contenga.
El problema de hacer digital una variable análoga, se resuelve con los conversores analógicos digitales, pero estos son costosos, muchas veces no se consiguen, etc.
Es posible diseñar conversores a partir de contadores integrados y generando tiempos cortos por medio de contadores de igual manera. Ese diseño implica una buena cantidad de usos prácticos, medidores, instrumentación, almacenamiento digital, etc.
El uso de memorias en los diseños amplia el campo de actividades, que se extienden al almacenaje de variables, el de funciones previamente determinadas, etc.
( en edición...)
Automation of processes: the space domain.
The domain of the 3 space variables implies a great possibility of applications. All they have relationship with the general idea of dominating the productive processes generating elements in an automatic or semiautomatic way in a context of general social benefit.
The handling of variables in the space is not a simple topic with common motors . With motors step to step is possible to sustain a position with bush, what allows precise approaches and maintenance in the time.
Many times it is thought of the automation in terms of what offer the companies related to the topic. That makes that the products are more expensive and the implied processes spread to be closed and seemingly complex.
The domain of a single variable in the space can carry out it with a single motor step to step. It is necessary to generate a working frequency (clock), according to the wanted speed. At the same time they should be generated a sequence of pulses of two or three binary values per time, according to the type of motor step to step.
How to generate the sequence? Controllers of motors step exist to integrated step.
Nevertheless, to make it with binary accountant of 10 is possible and with an oscillator based on the acquaintance 555. That combination grants the possibility to achieve it in economic form.
The indication of movement distance one can make simply counting the steps of the generator of frequency. Strictly, we could direct the motor generating a pulse for time in a manual way. A pusher allows to shoot an one shot one that in turn active a flip flop. With it is achieved it to generate a sequence of a step of the motor. In the next one pressed, it is generated another pulse and the corresponding sequence.
Of course that to displace it in that way can be good for some specific end, but it is not the case of many common problems.
To indicate him the device that moves 40 centimeters would be a typical problem.
It one can make in two ways. In control form for a computer, through a port like the parallel one, one can send the quantity from required pulses to the movement that implies 40 cm. The software generates it and we can simply observe like it is executed.
But there is another simpler way that doesn't require computer.
The clock marks the march of the motor, at the same time a digital accountant of in agreement capacity can control to the wanted measures.
That accountant generates binary characters in each clock step.
It is necessary to generate a logical difference between a wanted value and the corresponding binary character.
By means of what would be a latch of n binary characters as they require the measures, a value binary bit is determined by bit. In that way it is left in memory the wanted number that is present in the digital comparador.
The binary generator (accountant) it increases their value continually until the difference is zero. In that way when leaving the value zero, it stops the accountant and the motor. The system has arrived to the wanted value and the group has stopped alone.
If we want to dominate two space variables, in a plane, the problem is similar. They are entered the binary securities to each latch of each coordinate, and the generator of pulses is activated. It makes it the movements to be simultaneous.
In the case of having to position a material cutter, for example, the location is activated in a variable, of the cutter, next the latch of the longitude of the cut is loaded. When activating the generator of pulses, simultaneously the cutter is activated. The cut takes place until the specified value. When the comparador detects equality it stops the process.
The action of traveling a line perfectly can correspond to certain tasks different from application in production.
One can make the journey to cut a piece, or to mark it, or to paint a line, or to make a continuous welding,
Tasks of weldings
The problem of the weldings is important since the operative receives noxious emissions in his realization. The magnetic field of the electric welding, gases noxious, possible burns, action on the vision, etc.
To automate the non alone weldings allows the person of that task to liberate, but rather it is important for their physical health.
The continuous welding in a line is previously a similar problem to the aforementioned one. When it wants himself to weld marks it is a located problem.
You should travel small distance on a surface that doesn't possess constant support. The system should lean on on the mark in a structure with slide that allows to the element welder to move on-line straight line. The motor step to step controls the longitude of the ribbon. An element distance constrainer locates the welder to a constant height regarding the pieces to unite.
Nevertheless that it is necessary to transport the welding team to each end of the mark, it doesn't imply it problem, being something completely innocuous for the operative.
When the system is positioned on the sector to weld, the active operative at distance the welder that carries out the task in the scheduled distance.
Tasks of repetitive movements
The tasks of movements that repeat are ideal of being treated with microprocessor, although they can be designed with electronic analogical. The sweeping movements, or scheduled movements as the work of painting, stay in the corresponding program.
The case of instruments analogical inspectors is included in these solutions. It is possible to take registrations in paper of events that happen in long times for the control of two variables (plane) with two motors step to step.
Nevertheless it can escape to the direct use of microprocessors. The use of circuits analogical cocktail with accountants, generates similar solutions. A problem can be the access to memoirs for the case of repetitive sequences or complex instructions. I have not estimated it in a previous design to that case.
The independent software
A problem in the implementation of these solutions, when they are carried out with microprocessor it is the corresponding software.
The microprocessor should be operated with a basic operating system and the programming of ports made with Assembler, trying to have the whole independence possible of commercial systems. The use of Linux and programming in Assembler or C, would be an alternative.
The accumulation of high-level software implies the payment of successive rights. The interesting thing would be to program from the most basic thing, with an elementary operating system.
The use of the parallel port or the port of games, are an option, of exit and economic entrance. The buses of the type ISA, they have disappeared. Other buses are very quick and they imply a development of cards of high-speed acquisition, what takes us again to commercial systems.
Windows blocked asset the parallel port, although it is possible to unblock it. This way it inhibits in a direct way making applications of this type. An entire commercial topic of companies.
Maybe be possible to develop analogical systems with digital part that emulate to plc, avoiding to fall in the commercial product of high cost where the added value is of the companies. I have designed a system based on analogical circuits with digital part that emulates a microplc, for the automatic outburst of a complex system in sequence. At the same time the system supervises the behavior of variables that make him make decisions, for that which looking at the entrances and the exits by means of accountants is continually, awaiting changes.
Independent designs of the microprocessor.
Looking at digital designs as that of a calculator, one can observe automatisms that precede to a microprocessor, but that they grant similar results.
The design of a digital system with some automation steps, is possible with design of that type. A keyboard that allows to enter two coordinates and generate the movement of a device that moves in two dimensions, it is completely possible and simpler of implementing that with a microprocessor. The whole chain of implied interests, the design of the computer, the corresponding software is avoided, the interfaces among microprocessor and the external variables, etc.
The use of integrated circuits that fulfill functions related to that of the microprocessors, allows to emulate functions of these, in a more direct way.
Observing this device, the calculator, one can observe an automatic system with enormous practical possibilities that it doesn't have the complexity of a computer and however it grants similar results or until better, according to the functions that it contains.
The problem of making digital an analog variable, is solved with the digital analogical converters, but these they are expensive, many times they are not gotten, etc.
It is possible to design converters starting from integrated accountants and generating short times by means of accountants in a same way. That design implies a good quantity of practical uses, meters, instrumentation, digital storage, etc.
The use of memoirs in the designs expands the field of activities that extend to the storage of variables, that of previously certain functions, etc.
( in edition...)
