Autor: Rubén San Martín – Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CESICE).FIIIDT.
En los procesos de manufactura es relevante contar con sistemas de alarma (definir), estos ayudan a los operarios a tener un seguimiento de lo que sucede, de igual forma, es importante saber el correcto funcionamiento de dichos procesos o los posibles errores que se pueden presentar. En este artículo se describirá un ejemplo de aplicación de compuertas lógicas, continuando con la nota técnica titulada “Electrónica Digital, Compuertas Lógicas” [1] donde se explica qué son las compuertas lógicas, su funcionamiento y los tipos más utilizados.
El ejemplo consiste en la realización de un sistema de alarmas para monitorizar el funcionamiento de una banda transportadora de latas, la cual se pone en marcha mediante la acción de cuatro interruptores llamados I1, I2, I3 e I4. El sistema de alarmas deberá funcionar de la siguiente manera:
- Cuando se accione sólo un interruptor, la banda transportadora no se encenderá, sin embargo, se encenderá una lámpara amarilla indicando que sólo está activo un interruptor y a su vez una alarma sonora.
- Al accionarse dos interruptores, la banda transportadora se encenderá y al mismo tiempo, se deberá encender una alarma sonora y una lámpara roja para indicar un funcionamiento forzado.
- Cuando se enciendan tres interruptores, la banda transportadora se pondrá en funcionamiento y se activará una alarma sonora.
- Al accionar los cuatro interruptores, la banda transportadora se pondrá en marcha y se encenderá una lámpara verde indicando un correcto funcionamiento. [2]
Se deben conocer las entradas (señales discretas) y las salidas (actuadores) presentes en el problema, en este caso se cuentan con cuatro (4) interruptores (I1, I2, I3 e I4) los cuales según como vayan accionándose pondrán en funcionamiento cinco (5) actuadores, que son: Banda Transportadora, Alarma, Lámpara Amarilla, Lámpara Roja y Lámpara Verde.
Una vez clasificadas las entradas y las salidas se puede realizar una tabla de la verdad, como las variables de entradas son 4 la tabla de verdad quedará con 16 posibles combinaciones, esto se sabe al elevar el número de variables al cuadrado: donde n = al número de variables.
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Luego hay que nombrar los actuadores y asignar valores digitales de encendido y apagado.
- Lámpara Amarilla = LA, “1” lógico si LA está encendida y “0” lógico si LA está apagada.
- Lámpara Roja = LR, “1” lógico si LR está encendida y “0” lógico si LR está apagada.
- Lámpara Verde = LV, “1” lógico si LA está encendida y “0” lógico si LV está apagada.
- Alarma = Al, “1” lógico si Al está encendida y “0” lógico si Al está apagada.
- Banda Transportadora = B, “1” lógico si B está encendida y “0” lógico si B está apagada.
Tomando en cuenta las condiciones de trabajo se puede armar una tabla de la verdad para el sistema de alarmas, esta nos ayuda a visualizar las cuatro entradas con todas las posibles combinaciones y a su vez se puede definir la activación de los actuadores.
De la tabla de la verdad se pueden adquirir las funciones para cada actuador.
La función de la Lámpara Verde (LV) tomando en cuenta los “1” lógico tenemos:
Nota: las multiplicaciones se realizan con compuertas AND, las sumas con compuertas OR y las variables se niegan con las compuertas NOT.
Con esta función se puede realizar un esquemático del circuito para la Lámpara Verde, queda de la siguiente forma:
Este circuito representa la función FLV que es una multiplicación de las cuatro variables, hecha con una compuerta and de 4 entradas (estas compuertas de 4 entradas no son comunes en el mercado).
La función de la Lámpara Roja (LR) tomando en cuenta los “1” lógico tenemos:
Nota: las variables que tienen el apóstrofe (‘) son negadas, se leen: I1’ = I1 negada.
Obtenida la función se puede realizar un esquemático del circuito para la Lámpara Roja. Figura 2, nótese que el esquemático representa la función FLR realizando las multiplicaciones y la suma.
La función de la Lámpara Amarilla (LA) tomando en cuenta los “1” lógico tenemos:
Con esta función se realiza el esquemático del circuito para la Lámpara Amarilla. Véase en la Figura 3, hecha con cuatro compuertas and (multiplicación) y una compuerta or (suma) para poder realizar la función FLA.
La función de la Alarma (Al) tomando en cuenta los “0” lógico tenemos:
Obtenida la función se puede realizar el esquemático del circuito de la Alarma. Figura 4 que representa la función FAl realizándose las multiplicaciones y sumas con las compuertas and y or respectivamente.
La función de la Banda Transportadora (B) tomando en cuenta los “0” lógico tenemos:
Una vez obtenida la función lógica se puede realizar el esquemático del circuito para la Banda Transportadora. Véase en la Figura 5, donde se ve la función FB representada con compuertas lógicas.
Ya con todas las funciones listas se tiene el circuito lógico completo para el sistema de alarmas. En el mercado los integrados de las compuertas lógicas comúnmente son de dos entradas, por lo que el circuito lógico completo del sistema queda de la siguiente forma.
Con todo el esquemático listo, se puede diseñar la placa de circuito impreso, utilizando un integrado NOT, tres OR, cinco AND, cuatro pines para las entradas I1, I2, I3 e I4, tres led’s para visualizar las lámparas (verde, amarilla y roja), dos pines para la salida del motor de la banda transportadora y por último dos pines para la salida de la alarma sonora, quedando la placa de la siguiente forma.
Gracias a las compuertas lógicas se pueden crear sencillos sistemas de alarmas para celdas de manufactura o para algún proceso que requiera monitoreo, esta es la forma más sencilla de analizar y resolver este tipo de problemas que requieren condiciones de funcionamiento.
Bibliografía
[1] Fundación Instituto de Ingeniería para Investigación y Desarrollo Tecnológico (2020). Electrónica Digital, Compuertas Lógicas. Fecha de consulta: 25, agosto, 2020 desde http://www.fii.gob.ve/electronica-digital-compuertas-logicas/
[2] Rubén San Martín, José Barrios (2017). Compuertas Lógicas -Venezuela (Investigación para el Laboratorio de Sistemas Lógicos) Charallave: Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”, Ingeniería Mecatrónica.
[3] App Herramienta Karn Map (2019). DSLab UAM. Fecha de consulta: 27, agosto, 2020 desde http://arantxa.ii.uam.es/~euroform_dslab/android.htm
Contacto: rubensanmartin95@gmail.com