estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

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I Facultad de Ingeniería Carrera de Ingeniería Electrónica “Sistema de guía de iluminación con estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para aterrizaje y decolaje de un Helicóptero” Autor: Francis Omar Jaime Trujillo Quispe Para obtener el Título Profesional de Ingeniero Electrónico Asesor: Ing. Alberto D. Alvarado Rivera Lima, junio 2019 PROGRAMA ESPECIAL DE TITULACIÓN

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Page 1: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

I

Facultad de Ingeniería

Carrera de Ingeniería Electrónica

“Sistema de guía de iluminación con

estabilización sobre una cubierta de

vuelo de buque para aterrizaje y decolaje

de un Helicóptero”

Autor: Francis Omar Jaime Trujillo Quispe

Para obtener el Título Profesional de

Ingeniero Electrónico

Asesor: Ing. Alberto D. Alvarado Rivera

Lima, junio 2019

PROGRAMA ESPECIAL DE TITULACIÓN

Page 2: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

II

DEDICATORIA

El presente trabajo de investigación está dedicado a mis padres, hermanos, esposa, y

motor de superación mi querido hijo Gael.

Page 3: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

III

AGRADECIMIENTO

Agradecer a Dios por darme la oportunidad y encaminarme a mis objetivos.

A mis padres Jaime e Inés quienes siempre me han apoyado brindándome lo mejor,

aconsejándome y estando a mi lado incondicionalmente en los momentos más difíciles.

Page 4: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

IV

RESUMEN

En el presente trabajo de investigación se explica y brinda detalle del desarrollo e

implementación del sistema de guía de iluminación compatible con visión nocturna para

helicópteros en cubierta de vuelo de buques, el cual cumple con todas las normas navales

y exigentes requisitos del usuario, ya que se expone a cambios de temperatura bruscos,

agua salada, humedad y situaciones de emergencia en las que no pueden haber fallas.

El gran problema de los buques con estos tipos de sistemas es la inoperatividad debido a

la antigüedad de las unidades, partiendo desde aquí como objetivo principal para la

solución de la problemática; así empleando metodologías de investigación como la

recolección de datos y observación, comparación con sistemas similares y medición de

parámetros característicos de un sistema de guía de iluminación para helicópteros; se ha

logrado obtener fundamentos teóricos que sean aporte para proyectos futuros y/o mejoras

a beneficio del servicio común y nacional a fin de tener reconocimiento de prestigio para el

Perú; por ello también se explica los resultados satisfactorios de la investigación como la

interacción de dos ambientes del buque mediante un repetidor, comunicando sensores

inerciales con luminarias estabilizadas y logrando una interfaz amigable para el operador

para tener un sistema de guía visual de cubierta de vuelo en condiciones para operar de

noche.

Page 5: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

V

Page 6: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

VI

CONTENIDO

DEDICATORIA ............................................................................................................................... II

AGRADECIMIENTO ..................................................................................................................... III

RESUMEN...................................................................................................................................... IV

CONTENIDO .................................................................................................................................. VI

LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................................... IX

LISTA DE TABLAS...................................................................................................................... XIII

INTRODUCCION .........................................................................................................................XIV

CAPITULO 1: ASPSECTOS GENERALES ............................................................................... 1

1.1. Planteamiento del Problema ............................................................................................ 1

1.1.1. Descripción de la realidad problemática .................................................................. 1

1.1.2. Formulación del problema ......................................................................................... 2

1.2. Definición de Objetivo: ....................................................................................................... 2

1.2.1. Objetivo General ......................................................................................................... 2

1.2.2. Objetivos Específicos ................................................................................................. 2

1.3. Alcance y limitaciones ........................................................................................................ 3

1.4. Justificación ......................................................................................................................... 4

1.5. Estado del Arte.................................................................................................................... 5

CAPITULO 2: MARCO TEORICO .............................................................................................. 6

2.1. Orientación del Buque........................................................................................................ 6

2.2. Cubierta de Vuelo ............................................................................................................... 7

2.2.1. Sistemas de Ayudas visuales e iluminación en cubierta de vuelos ..................... 7

2.3. Sensores Inerciales ............................................................................................................ 8

2.4. Modulación por ancho de pulso ...................................................................................... 10

2.5. Redes industriales ............................................................................................................ 12

2.5.1. Topología ................................................................................................................... 12

2.5.2. Protocolo Ethernet .................................................................................................... 13

Page 7: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

VII

2.6. Comunicación RS485 ...................................................................................................... 13

2.7. Interacción hombre - maquina ........................................................................................ 14

2.7.1. Dispositivos HMI ....................................................................................................... 15

2.8. Controlador Lógico Programable (PLC) ........................................................................ 15

2.9. Placas de desarrollo de Hardware ................................................................................. 17

2.9.1. Microcontrolador ....................................................................................................... 18

CAPITULO 3: DESARROLLO DE SOLUCION ....................................................................... 19

3.1 Diagrama de bloque ......................................................................................................... 19

3.2 Arquitectura ....................................................................................................................... 20

3.3 Dispositivos de comunicación ......................................................................................... 20

3.4 Adquisición de señal ........................................................................................................ 21

3.4.1 Sensor y configuración ............................................................................................. 21

3.4.2 Placa de adquisición de señal................................................................................. 23

3.5 Control y potencia ............................................................................................................. 31

3.5.1 Potencia ..................................................................................................................... 32

3.5.2 Control ........................................................................................................................ 35

3.5.3 Pantalla touch ............................................................................................................ 48

3.5.4 Repetidor.................................................................................................................... 51

3.6 Iluminarias de cubierta de vuelo ..................................................................................... 53

3.6.1 Inclinométricas .......................................................................................................... 53

3.6.2 Luces de borde ......................................................................................................... 58

3.6.3 Luz spot ...................................................................................................................... 60

3.6.4 Luz semafórica .......................................................................................................... 62

3.6.5 Luces de servicio ...................................................................................................... 63

3.7 Consumo de energía del sistema ................................................................................... 64

3.8 Población y muestra ......................................................................................................... 65

3.8.1 Población ................................................................................................................... 65

Page 8: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

VIII

3.8.2 Muestra ...................................................................................................................... 65

3.9. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ....................................................... 65

3.9.1. Técnicas ..................................................................................................................... 65

3.9.2. Instrumentos .............................................................................................................. 65

CAPITULO 4: RESULTADOS ................................................................................................... 67

4.1. Resultado general............................................................................................................. 67

4.2. Resultados específicos .................................................................................................... 68

4.2.1. Enlace y extracción de datos del sensor inercial.................................................. 68

4.2.2. Implementación del armario de control y potencia. .............................................. 70

4.2.3. Red de comunicación e interfaz grafica ................................................................. 73

4.3. Presupuesto ...................................................................................................................... 82

4.4. Cronograma....................................................................................................................... 83

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 84

RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 85

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................. 86

ANEXO .......................................................................................................................................... 88

ANEXO A: Programación del PLC ......................................................................................... 88

ANEXO B: Encuesta de satisfacción al cliente..................................................................... 94

Page 9: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

IX

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Orientación del buque ............................................................................................ 6

Figura 2 - Sensor inercial marca XSENS .............................................................................. 9

Figura 3 - Señal PWM ......................................................................................................... 11

Figura 4 - Porcentaje de señal PWM .................................................................................. 11

Figura 5- Topología de red utilizando Ethernet y TCP / IP ................................................. 12

Figura 6- Configuración maestro - esclavo ......................................................................... 14

Figura 7- HMI kp900 de la marca siemens ......................................................................... 15

Figura 8- PLC Siemens 1200 .............................................................................................. 16

Figura 9- Placa de desarrollo Teensy 3.6 ........................................................................... 18

Figura 10- Microcontrolador marca Microchip .................................................................... 18

Figura 11- Diagrama de bloques del Sistema .................................................................... 19

Figura 12 - Arquitectura del sistema ................................................................................... 20

Figura 13- Dispositivos y Redes del programa de control del sistema .............................. 21

Figura 14- Sensor inercial modelo MTi-200 VRU ............................................................... 21

Figura 15- Conector del Sensor .......................................................................................... 23

Figura 16- Diagrama de placa de adquisición de datos ..................................................... 23

Figura 17- Diseño de la placa de adquisición ..................................................................... 24

Figura 18- Esquemático de placa de adquisición ............................................................... 24

Figura 19- Conversor RS422 a TTL .................................................................................... 25

Figura 20- Pineado del Teensy 3.6 ..................................................................................... 27

Figura 21- Placa de adquisición de datos terminada ......................................................... 27

Figura 22- Caja de control y Potencia ................................................................................. 31

Figura 23- Distribución del 220 VAC ................................................................................... 32

Figura 24- Distribución del 24 VDC..................................................................................... 32

Figura 25- Distribución del Fuente (1) de 12 VDC ............................................................ 33

Page 10: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

X

Figura 26- Distribución del Fuente (2) de 12 VDC Fuente propia ..................................... 34

Figura 27- Controlador PLC Siemens 1200 ........................................................................ 35

Figura 28- configuración del PLC ........................................................................................ 36

Figura 29- Diagrama de flujo 1 de lógica del PLC ............................................................. 38

Figura 30- Diagrama de flujo 2 de lógica del PLC .............................................................. 39

Figura 31- Diseño de tarjeta reguladora de voltaje ............................................................ 42

Figura 32- Esquemático de la tarjeta reguladora de voltaje ............................................... 43

Figura 33- Configuración del CI XR2206 para señal triangular.......................................... 44

Figura 34- Tarjeta reguladora de voltaje ............................................................................. 44

Figura 35- Prueba 1 osciloscopio ........................................................................................ 45

Figura 36- Prueba 2 osciloscopio ........................................................................................ 46

Figura 37- Prueba 3 osciloscopio ........................................................................................ 47

Figura 38- Pantalla touch TP900 comfort ........................................................................... 48

Figura 39- Interfaz Luces de Borde..................................................................................... 49

Figura 40- interfaz luz de servicio ....................................................................................... 49

Figura 41- Interfaz luces inclinométricas ............................................................................ 49

Figura 42- Interfaz Luces semafóricas halógenas .............................................................. 50

Figura 43- Interfaz luces semafóricas led ........................................................................... 50

Figura 44- Interfaz Luz spot ................................................................................................ 50

Figura 45- Pantalla touch ktp600 ........................................................................................ 51

Figura 46- Interfaz luces semafóricas led del repetidor...................................................... 52

Figura 47- Interfaz luces semafóricas del repetidor ........................................................... 52

Figura 48- Interfaz estado de luces del repetidor ............................................................... 52

Figura 49- Inclinométrica ensamblada ................................................................................ 54

Figura 50- Diagrama del inclinométrica .............................................................................. 54

Figura 51- Tarjeta de control de la luz inclinométrica ya instalada .................................... 54

Figura 52- Diseño de tarjeta de la inclinométrica ............................................................... 55

Page 11: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

XI

Figura 53- Esquemático de la tarjeta de la inclinométrica .................................................. 56

Figura 54- Luces de Borde terminadas y ensambladas ..................................................... 58

Figura 55- Tarjeta de luz de borde ...................................................................................... 59

Figura 56- Placa de luz de borde en producción ................................................................ 59

Figura 57- Placa de iluminación de la Luz de borde terminada ......................................... 60

Figura 58- Luz Spot ............................................................................................................. 60

Figura 59- Diseño de placa de iluminación de luz Spot ..................................................... 61

Figura 60- Luz semafórica ensamblada .............................................................................. 62

Figura 61- Diseño de Placa de iluminación de la Luz semafórica ..................................... 63

Figura 62- Luz de Servicio .................................................................................................. 64

Figura 63- Sistema de guía de iluminación de cubierta de vuelo ...................................... 67

Figura 64-Tarjeta de adquisición de datos.......................................................................... 68

Figura 65- Parte inferior de la pantalla touch Principal ....................................................... 69

Figura 66- Movimiento del buque. ....................................................................................... 69

Figura 67- Ubicación de caja de control y potencia y del HMI ........................................... 71

Figura 68- Instalación del Sistema en el hangar ................................................................ 71

Figura 69- Tarjetas reguladoras de voltaje para la intensidad luminosa .......................... 72

Figura 70- Ubicación de la tarjeta reguladora de voltaje en la caja de control y potencia 72

Figura 71- Foto real de pantalla principal de ventana luces de borde ............................... 73

Figura 72- Cubierta de vuelo con luces de borde encendidas ........................................... 73

Figura 73- Modo NVG. Con visores nocturnos a la izquierda sin visores a la derecha .... 74

Figura 74- Foto real de la Ventana de control de las luces inclinométricas ....................... 74

Figura 75- Luces inclinométricas encendidas ..................................................................... 75

Figura 76- Foto real de la ventana de control de luces de semafórica halógenas ............ 75

Figura 77- Foto real de Ventana de control de luz de servicio ........................................... 76

Figura 78- Luz de servicio en hangar y en cubierta de vuelo ............................................. 76

Figura 79- Foto real de Ventana de control de luz spot ..................................................... 77

Page 12: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

XII

Figura 80- Foto real de Ventana de control de luces semafóricas Led ............................. 77

Figura 81- Luces semafóricas Leds encendidas ................................................................ 77

Figura 82- Luces semafóricas Leds con visor nocturno ..................................................... 78

Figura 83- Repetidor en el puente comando ...................................................................... 78

Figura 84- Foto real de ventana Luces Semafóricas Led del repetidor ............................. 79

Figura 85- Botones touch para variación de intensidad. .................................................... 79

Figura 86- Foto real de ventana Luces Semafóricas halógenas ........................................ 80

Figura 87- Foto real de ventana de estado de luces .......................................................... 80

Figura 88- Botones touch de habilitación de luces semafóricas ........................................ 81

Page 13: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

XIII

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Especificaciones del sensor inercial MTi-200 VRU .............................................. 10

Tabla 2 Cuadro de colores - pines -señal de sensor inercial ............................................ 22

Tabla 3 Monitoreo serial del sensor inercial ...................................................................... 30

Tabla 4 Especificaciones PLC y módulos .......................................................................... 36

Tabla 5 Variables del PLC .................................................................................................. 40

Tabla 6 Comparación de valor practico - real .................................................................... 47

Tabla 7 Características Pantalla Touch ............................................................................. 48

Tabla 8 Características del Repetidor ................................................................................ 51

Tabla 9 Característica de luces inclinométricas ................................................................ 53

Tabla 10 Características de luz de borde .......................................................................... 58

Tabla 11 Características de luz spot .................................................................................. 61

Tabla 12 Características de luces semafóricas ................................................................. 62

Tabla 13 Características de luces de servicio ................................................................... 63

Tabla 14 Consumo de energía ........................................................................................... 64

Tabla 15 Datos de balance y cabeceo de buque .............................................................. 70

Tabla 16 Presupuesto ........................................................................................................ 82

Tabla 17 Cronograma.......................................................................................................... 83

Page 14: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

XIV

INTRODUCCION

Un sistema de guía de iluminación son ayudas visuales fundamentales para operaciones

nocturnas con helicópteros desde una plataforma de una cubierta de vuelo de una unidad

naval donde puede aterrizar y despegar un helicóptero. El concepto de un pista de

aterrizaje en un buque fue desarrollado en 1910 por la marina estadounidense

desarrollándose guías visuales de iluminación para 1917 obteniendo así un sistema

completo. Está constituido por un conjunto de equipos, unidades de iluminación y control,

dedicadas a la señalización visual e iluminación para el aterrizaje de helicópteros. Las

ayudas proporcionan al piloto la información relacionada con el ángulo de inclinación de

planeo correcto, los movimientos del barco, la indicación de la cubierta de vuelo y los

elementos que rodean la zona de aterrizaje. En la actualidad nuestro país cuenta con

unidades navales de tipo fragatas con estas características con fines de rescate,

esploracion, logística y defensa.

A continuación se presentara el desarrollo de un Sistema de guía de iluminación con

estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para aterrizaje y decolaje de un

Helicóptero en operaciones nocturnas que consiste en luces de estabilización enlazado

con un sensor inercial trabajando como girocompás del buque, enviando datos de balance

Page 15: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

XV

y cabeceo, forma parte del sistema también un HMI capaz de mostrar los datos nave y

tener el control de on/off e intensidad luminosa de todas las luces de la cubierta de vuelo

de acuerdo a las operaciones a realizar. Las luces a controlar conforman, luces de servicio,

luces de borde de la cubierta, luz spot, luces inclinométricas y luces semafóricas, los cuales

tienen la opción de elegir en modo normal o infrarrojo.

El objetivo del proyecto de modernizar el sistema partiendo del desarrollo e implementación

de esta, tomado referencias de sistemas similares y manuales originales del sistema

antiguo del buque, limitadas solo por el modo de operación del buque.

Page 16: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

1

CAPITULO 1:

ASPSECTOS GENERALES

1.1. Planteamiento del Problema

1.1.1. Descripción de la realidad problemática

En el País, actualmente tenemos buques dedicados a diferentes ámbitos como militar,

rescate, exploración, embarque, ayuda, logística, etc. los cuales en muchos casos

requieren plataformas de aterrizaje en la superficie del navío para que ciertos

helicópteros puedan operar de noche mientras el buque se encuentra en altamar; esto

agilizaría las actividad para la cual ha sido destinada la nave, no siendo necesario que

retorne a un muelle cercano o puerto.

En el caso de la marina de guerra del Perú todas sus unidades navales tipo fragata

cuenta con cubiertas de vuelo o heliplataformas que no tienen la condiciones para

operar de noche, por consiguiente se requiere de un sistema completo de regulación

automática de iluminación de ayuda visual para el posamiento y decolaje de aeronaves

de aterrizaje tipo lineal, para que estas puedan operar en plena actividad del buque

dentro de territorio marítimo, considerando variables de posición y movimiento mediante

sus respectivo sensor en tiempo real.

La electrónica obsoleta y la antigüedad es la principal causa de la inoperatividad de

estos sistema de ayuda visual provenientes de la década 70 que imposibilita

operaciones de aterrizajes y decolaje de un helicóptero desde la cubierta de un buque

en la oscuridad,

Page 17: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

2

La ausencia de un sistema automático de control de iluminación, ha causado gran

suspicacia del porque una fuerza armada no tenga la capacidad de tener operativo su

cubierta de vuelo para operación de nocturnas, ya que en la actualidad se debería optar

con uno ya que deja perdidas y vacíos en el provecho del uso de las instalaciones para

situaciones de emergencia.

1.1.2. Formulación del problema

Por medio del siguiente trabajo se busca implementar un sistema de guía para

helicópteros de iluminación en los buques siendo parte del plan de modernización de

las Fuerzas armadas. En tal sentido formulamos la siguiente pregunta ¿Cómo se podría

implementar un sistema de guía de iluminación con estabilización sobre una cubierta de

vuelo de buque para aterrizaje y decolaje de un helicóptero completamente nuevo por

primera vez en el Perú con todos los estándares y protocolos de seguridad requeridos

y enlazados con los datos del buque?.

1.2. Definición de Objetivo:

1.2.1. Objetivo General

Modernizar e implementar un nuevo sistema de guía de iluminación para helicópteros

en una cubierta de vuelo de buque para operaciones nocturnas de aterrizaje, decolaje y

mantenimiento.

1.2.2. Objetivos Específicos

Diseñar e implementar un armario de control y potencia capaz de albergar

electrónica de control y potencia con relés, contactores y controladores como

PLC y tarjetas de desarrollo que permitirán el monitoreo de datos del buque y

gobernar estados de las iluminarias.

Enlazar el sensor inercial de buque con el sistema de iluminación para la

estabilización de las luces inclinométricas a implementar con datos de balanceo

y cabeceo.

Page 18: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

3

Configurar una red de comunicación entre el HMI repetidor, HMI principal y el

controlador PLC, para los modos de control de las iluminarias.

Desarrollar una interfaz gráfica touch amigable y de operaciones variables para

el control de intensidad de las luces, activación, y muestra de datos del buque.

Diseñar y confeccionar accesorios a fin que tengan una interfaz mecánica

adaptable con el buque.

1.3. Alcance y limitaciones

A continuación se hace una descripción de los alcances de esta investigación:

Control de intensidad de luces inclinométricas, luces de borde, spot y

semafóricas en modo normal y modo compatible con visores nocturnos.

Control de luces de servicio de cubierta y hangar.

Diseño e implementación de las placas de control de intensidad.

Diseño e implementación de las placas de iluminación leds.

Lectura de datos del sensor inercial para el control de las luces inclinométricas.

Desarrollo de interfaz gráfica para control de las iluminarias.

Configuración de una red Profinet entre HMI´s y PLC.

Para el desarrollo de la investigación toma en cuenta las siguientes limitaciones:

Restricciones con el tiempo debido a las constantes navegaciones imprevistas

por parte del buque.

Dificultad en las adaptaciones electrónicas debido al espacio reducido de los

alojamientos de las iluminarias.

Optando por mercado local debido al tiempo de compra de los materiales de

importación.

Page 19: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

4

1.4. Justificación

La presente investigación tiene por finalidad modernizar e implementar un sistema de

guía de iluminación compatible con visión infrarroja para operaciones nocturnas en la

cubierta de vuelo de un buque.

La investigación trasciende para la sociedad conocimientos de automatización de modo

que se pueda usar para operaciones con helicóptero beneficiándose así las fuerzas

armadas como producto nacional y avance tecnológico para el país,

Dicho desarrollo ayudara a resolver el estado de operatividad de integración buque -

helicóptero ya que es uno de los sistemas más importantes de la unidad logrando así

operaciones nocturnas.

Con la solución al problema de inoperatividad del sistema se espera tener personal en

constante instrucción tanto naval como aéreo así, obteniendo experiencia en una amplia

gama de operaciones con fines de defensa, rescate, ayuda, logística, etc.

El proyecto de modernización e implementación abre puertas a poder usar el mismo

profesionalismo para otros tipos de sistemas similares, así usar los conocimientos

obtenidos de procedencia nacional no solo para el ámbito naval, sino terrestre como un

helipuerto.

Viendo un tema más puntual sobre una de las variables del sistema, es la estabilización

que tendrá lugar en un amplio uso, como en el rubro automotriz, biomédico, etc.

Page 20: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

5

1.5. Estado del Arte

A continuación, se describen algunos artículos revisados en referencia a la investigación

a desarrolla.

Cooper (2015) Desarrolla un sistema de ayuda visual para helicópteros en tierra

(helipuertos) monitoreado por una placa de desarrollo FPGA controlando de forma

manual mediante interruptores, no cuenta con interfaz gráfica; la iluminación es de tipo

halógena lo cual tiende a tomar temperaturas hasta de 25 C° por lo que son compatibles

a los visores y cámaras térmicos.

Peter Watson (2016) El proyecto se desarrolló en el año 2015 como el primer prototipo

del rubro, en la marina de guerra del Perú, conformada con iluminación de los bordes

de la cubierta de vuelo y control de la señalización de permiso para aterrizaje y decolaje

del helicóptero. La topología del sistema consiste en una pantalla CPU National

Instrument modelo PPC-2015 donde se visualizaba los estados de las iluminarias

enlazado por Ethernet con controlador lógico programable, que recibía señales de forma

manual de los toogle switch.

Freire Shipyard (2017) propone un sistema de guía de visualización con tecnología led,

monitoreada por indicadores visuales en un armario de control, enlazado con un sensor

inercial el cual manda datos a la luz de senda estabilizada, esta facilitaría la ubicación

del buque en el horizonte del extenso mar para el piloto ya que también recibe las

coordenadas del helicóptero al acercamiento y apuntando a este.

Page 21: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

6

CAPITULO 2:

MARCO TEORICO

2.1. Orientación del Buque

Los términos navales de orientación suelen nombrarse con palabras diferentes a las de

tierra.

Figura 1- Orientación del buque

Fuente: https://singladuras.jimdo.com/navíos-y-navegación/

PROA: Es la parte delantera de una embarcación marítima que abre camino a las

aguas.

Page 22: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

7

POPA: Es la parte trasera o posterior de la embarcación marítima.

BABOR: Es el lado izquierdo de la embarcación marítima mirando de popa a proa.

ESTRIBOR: Es el lado derecho de la embarcación marítima mirando de popa a proa.

ALETA: Son las partes curvas del casco de la embarcación marítima ubicadas en los

costados y en las proximidades de la popa. Hay dos aletas: la de babor y la de

estribor.

AMURA: Son zonas curvadas del casco de la embarcación marítima próximas a la

proa. Existen dos amuras: la de babor y la de estribor.

EJE DE CRUJÍA: Es la línea de proa popa que divide la embarcación marítima en dos

mitades simétricas.

TRAVÉS: Son puntos o dirección perpendicular al eje de crujía.

(Sailan, 2014, p.7)

2.2. Cubierta de Vuelo

La cubierta de vuelo de un buque es la superficie desde la que un helicóptero despega

y aterriza, esencialmente es un pequeño aeródromo en el mar valido solo para

helicópteros o unidades de vuelo de despegue y aterrizaje vertical.

Las cubiertas de vuelo en los buques necesariamente deben estar despejadas y libre

de tránsito, cuando se realice operaciones con helicóptero. (Sailan, 2014, p.3)

2.2.1. Sistemas de Ayudas visuales e iluminación en cubierta de vuelos

Los Helicópteros son un medio de transporte rápido y eficiente en distancias

condicionalmente cortas, siendo sus principales aplicaciones: Servicio de Ambulancia

Aérea, Apoyo en Desastres Naturales, Servicios Policiales, Servicios en unidades

navales, Política, la Industria, Turismo, Hotelería, , Exploración, Construcción, Radio y

Televisión. La Organización de Aviación civil Internacional OACI y la FAA (Federal

Page 23: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

8

Aviation Administration) han definido una Clasificación de Helipuertos para su diseño y

la adecuada especificación del equipo de ayudas visuales de acuerdo a la aplicación

propia de cada Helipuerto.

Las Condiciones Ambientales y ubicación, influyen en el fin de las ayudas visuales

cantidades necesarias para una segura operación con Helicóptero. A mejor tipo y

cantidad de ayudas visuales habrá más posibilidad de que el Helicóptero despegue o

aterrice del Helipuerto.

La marina de guerra del Perú cuenta con fragatas misileras y buques logísticos

multipropósito los cuales tienen la capacidad de una cubierta de vuelo, conformado por:

Luces de servicio, luces que iluminan la cubierta de vuelo con propósitos de trabajos y/o

mantenimiento.

Luces de borde, Luces ubicadas en el borde de la cubierta con el propósito de marcar

el área de aterrizaje en la cubierta de vuelo.

Luces inclinométricas, estas reciben los datos naves del buque (balance) y se reflejan

en las iluminarias para indicar el movimiento de la unidad por medio de barras que se

prenden hacia arriba y abajo. Cada luz inclinométrica se ubica en babor y estribor y se

encienden en sentidos contrarios para simular el movimiento de buque.

Luces semafóricas, estas luces indican no autorizado (rojo o la forma de una X),

prepararse (amarillo o la forma de un triángulo) y el autorizado (verde o la forma de un

circulo). (Cooper, 2015, p.5)

2.3. Sensores Inerciales

Los sensores inerciales son dispositivos capaces de medir aceleración lineal

(acelerómetros) o velocidad angular (giroscopios). La aplicación de estos dispositivos

inició su auge a principios de los años 20´s principalmente en aplicaciones de

navegación, dirección y control en aeronaves, barcos y dispositivos guiados

automáticamente como misiles por ejemplo. En esa época se trataba de dispositivos

Page 24: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

9

electromecánicos relativamente grandes, pesados, con alto consumo de energía y

costosos lo que dificultaba su uso en otras aplicaciones que requerían dispositivos de

menor tamaño y menor consumo de potencia. En 1979 la universidad de Stanford

presentó el primer sensor inercial micro-maquinado electromecánico o MEMS

(microelectromechanical systems) y desde entonces el desarrollo de este tipo de

dispositivos ha progresado tan rápidamente que en la actualidad es posible conseguir

acelerómetros y giroscopios con características de consumo de potencia, tamaño,

costo, rangos de medición y sensibilidad totalmente aptos para ser implementados en

aplicaciones médicas donde se requieren equipos ligeros para no obstruir o alterar los

movimientos naturales de los sujetos bajo medición. (Martínez, 2014, p.32)

Figura 2 - Sensor inercial marca XSENS

Fuente: https://www.xsens.com/products/mti-100-series/

Page 25: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

10

Tabla 1 Especificaciones del sensor inercial MTi-200 VRU

Voltaje de entrada 4.5 - 34 VDC

Consumo típico de energía 450 - 600 mW

Clasificación del IP IP 67 (encerrado)

Temperatura -40 a 85 ºC

Vibración y choque MIL STD-202 probado; 2000 g por 0.5 ms

Frecuencia de muestreo 10 kHz / canal (60 kS / s)

Frecuencia de salida Hasta 2 kHz

Deriva del reloj 10 ppm o referencia externa

Estado latente <2 ms

Mientras tanto entre fallos (MTBF) 300,000 horas

Giroscopios estándar de rango

completo

450º / s (1000 º / s disponible como

opción)

Gama completa estándar acc 200m / s 2

Giroscopios de estabilidad en marcha 10º / h

Gyro de ancho de banda 415 Hz

Ancho de banda acc 375 Hz

Interfaces RS232 / RS485 / RS422 / UART / USB

Fuente: https://www.xsens.com/products/mti-100-series/

2.4. Modulación por ancho de pulso

La modulación por ancho de pulsos (PWM / pulse-width modulation) de una fuente de

energía o señal senoidal o cuadrara o triangula es una técnica en la que se modifica el

ciclo de trabajo, ya sea para el control de una cantidad de energía que se envía a una

carga o para transmitir datos a un cana o puerto de comunicaciones. (Posada C, 215,

p.80)

Page 26: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

11

Figura 3 - Señal PWM

Fuente: https://www.rinconingenieril.es

El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en

relación con el período. Expresado matemáticamente:

D = Ton / T

D : ciclo de trabajo

Ton : tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso)

T : período de la función

%D = (Ton / T) * 100

%D : ciclo de trabajo en porcentaje respecto al periodo

Figura 4 - Porcentaje de señal PWM

Fuente: https://www.rinconingenieril.es

Frecuencia (Hz) es la inversa del periodo (s) :

F = 1 / T

(Posada C, 215, p.82)

Page 27: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

12

2.5. Redes industriales

Las redes de comunicaciones industriales deben su origen a la fundación FieldBus

(Redes de campo). La fundación FieldBus, desarrollo un nuevo protocolo de

comunicación, para el control y medición de procesos donde todos los instrumentos

puedan comunicarse en una misma plataforma. (Balbi C, 2018, p.2)

2.5.1. Topología

Las redes industriales son típicamente muy distribuidas y varían considerablemente en

todos los aspectos, incluyendo la camada de enlace y los protocolos de red utilizados,

así como la topología. Sin embargo, en las redes de negocios, las redes Ethernet y TCP

/ IP son omnipresentes, usando una variedad de estrellas, árboles.

La ubicuidad de Ethernet y TCP / IP se ha convertido en el eslabón que conecta el

SCADA y los sistemas industriales de control juntos. La mayoría de estos sistemas

utilizan topologías del tipo de bus, anillo, estrella o arbol dependiendo específicamente

del tipo de protocolo industrial utilizado, así como el tipo de control de proceso se está

haciendo. (Balbi C, 2018, p.2)

.

Figura 5- Topología de red utilizando Ethernet y TCP / IP

Fuente: http://www.infoplc.net

Page 28: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

13

2.5.2. Protocolo Ethernet

El protocolo Ethernet es la tecnología LAN más usada en el mundo y funciona en la

capa física y en la capa de enlace de datos. Los estándares del protocolo Ethernet

definen el formato, la temporización, el tamaño y la codificación de las tramas en una

comunicación de red; es por ello importante conocer los estándares de Ethernet que

definen las tecnologías de capa 1 y los protocolos de capa 2. (Walton, 2017, p.3)

Características:

Tecnología LAN más utilizada.

Funciona en la capa física y en la capa de enlace de datos.

Pertenece a la familia de tecnologías de redes de estándares IEEE 802.2 y

802.3.

Admiten anchos de banda de datos de 10, 100, 1000, 10 000, 40 000 y 100 000

Mbps (100 Gbps).

2.6. Comunicación RS485

RS-485 (conocido como EIA/TIA-485) es una interfaz estándar de la capa física de

comunicación, un modo de transmisión de señal, el primer nivel del modelo

Interconexión de Sistemas Abiertos. RS-485 fue creado con el fin de ampliar la distancia

físicas de comunicación de la interfaz RS-232.

La conexión serie EIA-485 se realiza mediante un cable de dos o tres hilos: un hilo con

datos invertidos, un hilo de datos y, a menudo, un hilo neutro (0 V, tierra). De esta

manera, los receptores y transmisores intercambian datos a través de un cable de par

trenzado de 22 o 24 hilos AWG. La idea principal es enviar y/o recibir una señal por dos

cables. Mientras que un cable transmite la señal original, el otro transporta su copia

inversa. Este modo de transmisión da una alta resistencia a las interferencias de lo

habitual. El cable de par trenzado que sirve como línea de transmisión puede ser

blindado o sin blindaje. (Weis, 2018, p.12)

Page 29: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

14

Figura 6- Configuración maestro - esclavo

Fuente: https://www.wut.de/e-6wwww-11-apes-000.php

Características:

A pesar de la amplia variedad de soluciones alternativas modernas, actualmente la

tecnología RS-485 sigue siendo la base de muchas redes de comunicación. Las

principales ventajas de la interfaz RS-485 son:

Intercambio de datos bidireccional a través de un par de hilos trenzados;

soporte para varios transceptores conectados a la misma línea, es decir, la

capacidad de crear una red;

gran longitud de la línea de comunicación;

alta velocidad de recepción y transmisión;

Velocidad máxima de 10 Mbit/s a 12 metros ;

Longitud máxima de alcance de 1200 metros a 100 kbit/s.

2.7. Interacción hombre - maquina

Materia que estudia el cómo los usuarios interactúan con las tecnologías

computacionales. Estudia el intercambio de información entre los ordenadores y las

personas. Su objetivo es que este intercambio sea más eficiente: incrementa la

satisfacción, minimiza los errores, disminuye la frustración y en definitiva, hace más

productivas las tareas que envuelven los ordenadores y a las personas. (Posada C,

2015, p.20)

Page 30: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

15

2.7.1. Dispositivos HMI

El interfaz del usuario, además de una "interfaz humano-máquina" (HMI), también se

denomina "interfaz hombre-máquina" (MMI) y permite que el operador, en ciertas

circunstancias, no solo maneje de la máquina sino observe el estado del equipo e

intervenga en el proceso. La información se muestra por medio de paneles de control

con señales luminosas, campos de visualización, indicadores y botones, o por medio de

software que utiliza el sistema de visualización que se ejecuta en una terminal. (Posada

C, 2015, p.21)

Figura 7- HMI kp900 de la marca siemens

Fuente: Siemens

2.8. Controlador Lógico Programable (PLC)

Los PLCs son los componentes principales en sistemas de control a nivel industrial. Los

PLCs son computadoras industriales capaces de ser programadas para realizar

funciones de control. (Acuña H, 2017, p.23).

Page 31: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

16

Figura 8- PLC Siemens 1200

Fuente: Siemens

Características

• Computador diseñado para operar en ambiente industrial.

• Está equipado con interfaces de entrada y salida especiales, así como un

lenguaje de programación propio.

• Esta regido por el estándar: IEC 61131

• Es un sistema en tiempo real.

• Está diseñado para trabajar con arreglos de múltiples entradas y salidas.

• Trabaja en rangos extendidos de temperatura y humedad.

• Presenta inmunidad a ruido eléctrico, así como resistencia a la vibración e

impacto.

• Inicialmente: Reemplazar lógica cableada.

• Actualmente: Temporización, conteo, cálculos, comparaciones y procesamiento

de señales analógicas.

Beneficios

• Menor cableado comparado con los circuitos clásicos basados en reles;

Page 32: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

17

• Facilidad de programación e instalación;

• Control de alta velocidad;

• Capacidad de comunicación;

• Detección de fallos y realización de pruebas;

• Alta confiabilidad;

• Mayor flexibilidad;

• Menor costo.

2.9. Placas de desarrollo de Hardware

Las placas de desarrollo de Hardware se da uso en proyectos y comunidad internacional

que diseñan y manufacturan con placas de desarrollo de hardware para construir

dispositivos digitales e interactivos que puedan detectar, controlar y sensar objetos. Se

enfocan en acercar y facilitar el uso de la electrónica y programación de sistemas

embebidos en proyectos multidisciplinarios. Los diseños de las placas usan diversos

microprocesadores y microcontroladores. Generalmente el hardware consiste de un

microcontroladores como Microchip, Atmel AVR, etc conectado bajo una estructura de

"sistema mínimo" sobre una placa de circuito impreso a la que se le pueden conectar

tarjetas o placas de expansión a través de la disposición de los puertos de entrada y

salida presentes en la placa seleccionada. Las placas de expansión complementan la

funcionalidad del modelo de placa empleada, agregando funcionalidad de circuitería,

sensores y módulos de comunicación externos a la placa original. La mayoría de las

placas pueden ser energizadas por un puerto barrel Jack de 2.5mm o un puerto USB.

La mayoría de las placas pueden ser programadas a través del puerto Serial y puerto

USB que incorporan haciendo uso del Bootloader que traen programado por defecto. El

software consiste de dos elementos: la estructura del lenguaje de programación Wiring)

y un entorno de desarrollo (IDE) (basado en el entorno de processing), y el cargado de

Page 33: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

18

arranque es ejecutado de forma automática dentro del microcontrolador en cuanto este

se enciende. Las placas generalmente se programan mediante un computador.

(Massimo, 2014, p.4).

Figura 9- Placa de desarrollo Teensy 3.6

Fuente: https://www.sparkfun.com/

2.9.1. Microcontrolador

Un microcontrolador es un circuito integrado programable y muchos de ellos

reprogramable, capaz de efectuar las órdenes y sentencias grabadas en su memoria.

Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen acciones

específicas. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades

funcionales de una computadora: memoria, unidad central de procesamiento y

periféricos de entrada/salida.(Weiss, 2017, p.17)

Figura 10- Microcontrolador marca Microchip

Fuente: https://www.sparkfun.com

Page 34: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

19

CAPITULO 3:

DESARROLLO DE SOLUCION

3.1 Diagrama de bloque

En el siguiente capítulo se presenta el desarrollo del Proyecto mostrando inicialmente

el diagrama de bloques.

CONTROL Y POTENCIA

REPETIDOR

ADQUISICION DE SEÑAL

ILUMINARIAS DE CUBIERTA DE VUELO

º

SENSOR INERCIAL

SISTEMA DE GUÍA DE ILUMINACIÓN CON ESTABILIZACIÓN SOBRE UNA CUBIERTA DE VUELO DE BUQUE PARA ATERRIZAJE Y DECOLAJE DE UN HELICÓPTERO

Figura 11- Diagrama de bloques del Sistema

Fuente propia

Page 35: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

20

3.2 Arquitectura

Figura 12 - Arquitectura del sistema

Fuente propia

3.3 Dispositivos de comunicación

Los dispositivos de comunicación y control que gobiernan el sistema son de la familia

Siemens, que comprende: un PLC siemens 1200, una pantalla touch principal Comfort

TP900 y un repetidor basic ktp 600 con la siguiente arquitectura:

Page 36: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

21

Figura 13- Dispositivos y Redes del programa de control del sistema

Fuente propia

3.4 Adquisición de señal

3.4.1 Sensor y configuración

El sensor inercial de modelo MTi-200 VRU y marca Xsens ubicado en el punto centro

de movimiento de rotación del buque, envía una serie de trama de datos con información

de balance, cabeceo y rumbo.

Figura 14- Sensor inercial modelo MTi-200 VRU

Fuente: Pagina Web. https://shop.xsens.com/shop/mti-100-series/mti-200-vru

La configuración y orden de los pines varían por el modelo y tipo de comunicación del

sensor inercial, en este caso es el RS422.

Page 37: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

22

Tabla 2 Cuadro de colores - pines -señal de sensor inercial

COLOR DEL CABLE NRO PIN CA-USB6-MTI (RS422)

Rojo 1 Vin (4.5-34V)

Negro 2 GND

Verde 3 RS422 TD (B) +

Amarillo 4 RS422 TD (A) -

Plomo 5 RS422 RD (B) +

Blanco 6 RS422 RD (A) -

Azul 7 SyncIn / Active

Marrón 8 Clock sync In

Rosado 9 SyncOut

Fuente: https://www.xsens.com/download/usermanual/MTi_usermanual.pdf

La configuración de MTi-200 VRU es:

Tipo de conexión: RS422

Frecuencia: 50 Hz

Baudios 38400bps

Trama de datos: $PHTRO,XX.XX,XX.XX*hh<CR><LF>

Pines a usar de Sensor inercial para la Adquisición de Señal

Los siguientes pines se conectaran a la placa de adquisición de señal:

Trama de datos:

Pin 3 – TX RS422 (+).

Pin 4 – TX RS422 (–).

Alimentación:

Pin 1 – 24 VDC.

Pin 2 – GND.

Page 38: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

23

Figura 15- Conector del Sensor

Fuente: Pagina Web. https://shop.xsens.com/shop/mti-100-series/mti-200-vru

3.4.2 Placa de adquisición de señal

La placa de Adquisición compone de convertidores RS422 a TTL, TTL a 485 y un

controlador Teensy como se aprecia en el diagrama de bloques.

TEENSY

TTL A RS485 (Envía datos a Luz inclinométrica

Derecha)

RS 422 A TTLTTL A RS485 (Envía datos

a Luz Inclinométrica Izquierda)

Envía Datos de balance y

cabeceo a PLC

Figura 16- Diagrama de placa de adquisición de datos

Page 39: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

24

El diseño de la placa de adquisición fue elaborada en el programa Eagle, como indica

la imagen:

Figura 17- Diseño de la placa de adquisición

Fuente propia

Figura 18- Esquemático de placa de adquisición

Fuente propia

Page 40: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

25

El dispositivo que recibe la trama de datos del sensor inercial es el convertidor de RS422

a TTL.

Figura 19- Conversor RS422 a TTL

Fuente: https://laniakea.mx/convertidor-rs

Después de que el conversor recibe la señal diferencial del giro y la convierte en

binaria, envía esos datos al Teensy 3.6, debido a que solo puede recibir señales de

voltaje menor que al de alimentación.

El Teensy y los conversores de datos son alimentados con 3.6 Voltios provenientes del

conversor de voltaje de 12 a 3.6 VDC.

Los Datos del Teensy son enviados por un convertidor TTL a RS485, hacia la tarjeta de

la luz inclinométrica derecha e izquierda.

Figura 20- modulo convertidor TTL a RS485

Fuente: https://electronilab.co/tienda/modulo-conversor-ttl-rs485-max485/

Page 41: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

26

Características del Teensy 3.6

180 MHz ARM Cortex-M4 con unidad de coma flotante

1M Flash, 256K RAM, 4K EEPROM

Microcontrolador Chip MK66FX1M0VMD18

Puerto USB de alta velocidad (480Mbit / seg)

2 puertos de bus CAN

32 canales DMA de uso general

22 salidas PWM

11 entradas de detección táctil

62 pines de E / S (42 paneles compatibles)

25 entradas analógicas a 2 ADC con resolución de 13 bits

2 salidas analógicas (DAC) con resolución de 12 bits

Puerto USB de velocidad completa (12Mbit / seg)

Ethernet mac, capaz de velocidad completa de 100Mbit / seg.

14 temporizadores de hardware

Unidad de Aceleración Criptográfica

Generador de números aleatorios

Unidad de Computación CRC

6 puertos serie (2 con FIFO y velocidades de transmisión rápidas)

3 puertos SPI (1 con FIFO)

Reloj en tiempo real

62,3 mm x 18,0 mm x 4,2 mm (2,5 pulgadas x 0,7 pulgadas x 0,2 pulgadas)

Page 42: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

27

Figura 20- Pineado del Teensy 3.6

Fuente: Pagina Web. http://www.hobbytronics.co.uk/teensy-v36

Placa de adquision terminada, desarrollada en placa de fibra de vidrio de 35 µm de

espesor de cobre, los conversores y placa de desarrollo son intercambiables gracias a

los sockets tipo espadachiles soldados en la base.

Figura 21- Placa de adquisición de datos terminada

Fuente propia

Page 43: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

28

Parte del archivo .ino de adquisición de señal en el programa Arduino.

Page 44: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

29

Page 45: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

30

Señal extraída del para su envió al PLC e inclinométricas por monitoreo serial

cuando la fragata está en posado en el muelle sin movimiento.

Tabla 3 Monitoreo serial del sensor inercial

Fuente: Elaboracion propia

Acc_X Acc_Y: Cabeceo

Acc_Z Gyr_X: Rumbo

Gyr_Y Gyr_Z: Balanceo

Page 46: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

31

3.5 Control y potencia

El sistema de guía de iluminación con estabilización sobre una cubierta de vuelo de

buque para aterrizaje y decolaje de un helicóptero cuenta con una caja de control y

potencia ubicada en el hangar de la cubierta de vuelo de dimensiones 250 mm x 700

mm x 800 mm.

La caja de control y potencia cumple la función de alimentar las iluminarias mediante un

control interno enviado por el operador de la pantalla touch.

Figura 22- Caja de control y Potencia

Fuente propia

Page 47: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

32

3.5.1 Potencia

En la caja de control y potencia la distribución del 220 VAC es de la siguiente manera

Figura 23- Distribución del 220 VAC

Fuente propia

La fuente de 24VDC alimenta al PLC, Panel touch, la luz de servicio de cubierta

y la activación de los relés.

Figura 24- Distribución del 24 VDC

Fuente propia

Donde:

Luz de Servicio de cubierta K14

Page 48: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

33

La fuente de alimentación de 12VDC número 1 es controlada mediante una señal

analógica de 2.5 - 5 VDC para variar el voltaje de 0 -12 VDC y así regular la

intensidad luminosa.

Figura 25- Distribución del Fuente (1) de 12 VDC

Fuente propia

Donde:

Luz de borde verde K1

Luz de borde NVG K2

La Fuente de alimentación de 12VDC número 2 es de tipo switching de energía

estable, esta fuente alimenta las iluminarias restantes del sistema, algunas de

estas pasan por una tarjeta reguladora de corriente para poder variar su

intensidad luminosa, este punto se verá en la parte de control.

Page 49: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

34

Figura 26- Distribución del Fuente (2) de 12 VDC Fuente propia

Page 50: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

35

Donde:

Semafórica verde O K3

semafórica NVG O K4

semafórica verde triangulo K5

semafórica NVG triangulo K6

semafórica verde X K7

semafórica NVG X K8

Luz Spot verde K9

Luz spot NVG K10

Luz inclinométrica verde K11

Luz inclinométrica NVG K12

3.5.2 Control

El control del sistema es gobernado por un PLC 1200 de CPU 1214C con módulos de

extensión SM1222 de salidas tipo relay y el módulo de extensión SM1232 de salidas

analógicas para el control de intensidad de iluminación desde las fuentes y tarjetas de

control.

Figura 27- Controlador PLC Siemens 1200

Fuente propia

Page 51: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

36

Especificaciones técnicas del PLC y módulos

Tabla 4 Especificaciones PLC y módulos

Entradas / Salidas CPU 1214C SM1222 SM1232

I/O Digitales 14 / 10 8 salidas -

I/O Analógicas 2 entradas - 4 entradas

Voltaje I/O Digital 0 – 24 VDC 0 – 24 VDC +/- 10 VDC

Voltaje I/O analógica

0 – 10 VDC -

Frecuencia máxima 100 khz 100 khz 100 khz

Tamaño de imagen de proceso

1024 bytes por I/O - -

Fuente: elaboración propia

Configuración del PLC:

Fuente propia

Figura 28- configuración del PLC

Page 52: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

37

Programación:

El PLC se programó bajo el software TIA Portal V14 basado en el lenguaje de

programación ladder. (Ver anexo)

Fuente propia

Page 53: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

38

Diagrama de flujo de lógica del PLC

INICIO

LUCES DE BORDE

¿ENCENDER?

MODO NORMAL MODO NVG

APAGADONO

SI

INTENSIDAD LUMINOSA 0% - 100%

LUZ INCLINOMETRICA

¿ENCENDER?

MODO NORMAL MODO NVG

APAGADONO

SI

INTENSIDAD LUMINOSA 0% - 100%

LUZ SEMAFORICA LED

¿ENCENDER?

MODO NORMAL MODO NVG

APAGADONO

SI

INTENSIDAD LUMINOSA 0% - 100%

TRINAGULO EXISCIRCULO

FIN

Figura 29- Diagrama de flujo 1 de lógica del PLC

Fuente propia

Page 54: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

39

LUCES SEMAFORICAS HALOGENAS

¿ENCENDER? APAGADONO

SI

TRINAGULO EXISCIRCULO

LUCES DE SERVICIO

¿ENCENDER? APAGADONO

SI

ENDENDIDO

LUZ SPOT

¿ENCENDER?

MODO NORMAL MODO NVG

APAGADONO

SI

INTENSIDAD LUMINOSA 0% - 100%

INICIO

FIN

Figura 30- Diagrama de flujo 2 de lógica del PLC

Fuente propia

Page 55: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

40

Las salidas del PLC habilitan a los relays para su activación así de pasar de

normalmente abierto a normalmente cerrado y energizar las iluminarias.

Las variables declaradas en el PLC son:

Tabla 5 Variables del PLC

Page 56: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

41

Fuente: Elaboración propia

Page 57: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

42

Tarjeta reguladora de voltaje para regulación de intensidad luminosa

En el Caso de las salidas analógicas estás se dirigen hacia unas tarjetas reguladoras

de voltaje para variar la intensidad luminosa.

Estas tarjetas reguladoras de voltaje constan de 2 entradas y 1 salida. Una entrada de

alimentación de 12 VDC, una entrada de control de 0 a 10 VDC y una salida de 0 a 12

VDC que energiza las iluminarias conectadas a estas.

El diseño de la tarjeta se elaboró en el software Eagle 9.2

Figura 31- Diseño de tarjeta reguladora de voltaje

Fuente propia

La electrónica de la tarjeta compone un circuito integrado XR2206 generador de

frecuencia, un amplificador LM741 con carácter de protección de sobrecarga, un

optococlador 4N35, un Mosfet RF540 con un soporte de corriente de 28A y entre

resistencias y condensadores.

Page 58: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

43

Figura 32- Esquemático de la tarjeta reguladora de voltaje

Fuente propia

Para la configuración del circuito integrado XR2206 se calculó el valor de las resistencias

tomando como valor inicial una frecuencia de 350 Hz.

R = R1 + 1K = 1/ (F * C)

Para trabajar en una F =350 Hz

R1 = 1 / (350* 0,1*10^(-6))

R1 ≈ 25,8 K Ω R1 real = 29,8 K Ω R3 = 20,6 K Ω

Page 59: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

44

Figura 33- Configuración del CI XR2206 para señal triangular Fuente Propia

Figura 34- Tarjeta reguladora de voltaje

Fuente propia

Page 60: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

45

Calibración de la tarjeta reguladora de voltaje

Para la calibración y prueba de un buen funcionamiento de la tarjeta se usó un

osciloscopio con tres canales de lectura acondicionadas;

Canal 2: Señal triangular del CI XR2206 (Pin 2 y GND)

Canal 3: Señal lineal de salida del PLC 0 -10 VDC

Canal 4: Señal PWM del amplificador LM741 (Pin 6 y GND)

A continuación se varía la señal del PLC de 0 a 10 VDC para generar el PWM y así

tener el voltaje de salida de la tarjeta el cual regula la intensidad luminosa de las luces.

Frecuencia = 1/Periodo Periodo (T) =1/350Hz = 2.587 ms

Prueba 1

Figura 35- Prueba 1 osciloscopio

Fuente Propia

Canal 3: señal lineal Valor 7.5 VDC

%D = (Ton / T) * 100 Tiempo de activación (Ton) =2.347s

%D = (2.347 / 2.587) *100 = 90 .7 %

Page 61: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

46

Salida (So) de la tarjeta bajo la alimentación de 12 VDC:

So = 12 * 90.7%

So = 10.8 VDC

Prueba 2

Figura 36- Prueba 2 osciloscopio

Fuente propia

Canal 3: señal lineal Valor 5 VDC

%D = (Ton / T) * 100 Tiempo de activación (Ton) =1.293s

%D = (1.293 / 2.587) *100 = 49.9 %

Salida (So) de la tarjeta bajo la alimentación de 12 VDC:

So = 12 * 49.9%

So = 5.99 VDC

Page 62: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

47

Prueba 3

Figura 37- Prueba 3 osciloscopio

Fuente propia

Canal 3: señal lineal Valor 2.5 VDC

%D = (Ton / T) * 100 Tiempo de activación (Ton) =0.48s

%D = (0.48 / 2.587) *100 = 18.5 %

Salida (So) de la tarjeta bajo la alimentación de 12 VDC:

So = 12 * 18.5%

So = 2.2 VDC

Tabla 6 Comparación de valor practico - real

VALORES DE TARJETA

REGULADORA

VALOR PRACTICO

VDC

VALOR REAL

VDC

PRUEBA 1 10.8 11.2

PRUEBA 2 5.99 6.4

PRUEBA 3 2.2 2.8

Fuente: Elaboración propia

Page 63: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

48

3.5.3 Pantalla touch

La pantalla Touch es un HMI de 9 pulgadas modelo TP900 Comfort de la marca

Siemens, este muestra la interfaz gráfica que tiene el sistema al operador de las

iluminarias

Figura 38- Pantalla touch TP900 comfort

Fuente propia

Tabla 7 Características Pantalla Touch

Características TP900 comfort

Tipo de Display TFT

Diagonal de pantalla 9 in

Nº de colores 16 777 216

Teclado físico No

Pantalla Táctil Si

Valor nominal (DC) 24 V

Consumo (valor nominal) 0,75 A

Nº de interfaces RS 485 1; RS 422/485 combinada

N.º de interfaces USB 2; USB 2.0

Protocolos (Ethernet) TCP/IP, DHCP, SNMP, DCP, LLDP

IP (frontal) IP65

IP (lado posterior) IP20

Fuente: Elaboración propia

Además el panel touch es usado como un switch, ya que cuenta con 2 puertos Ethernet,

así formando una red de comunicación en el Repetidor, el PLC y la panel touch misma.

Page 64: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

49

A Continuación se muestra las imágenes de la pantalla touch programadas

Figura 39- Interfaz Luces de Borde

Fuente propia

Figura 40- interfaz luz de servicio

Fuente propia

Figura 41- Interfaz luces inclinométricas

Fuente propia

Page 65: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

50

Figura 42- Interfaz Luces semafóricas halógenas

Fuente propia

Figura 43- Interfaz luces semafóricas led

Fuente propia

Figura 44- Interfaz Luz spot

Fuente propia

Page 66: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

51

3.5.4 Repetidor

El repetidor en una pantalla Touch 6 pulgadas modelo KTP600 de la marca Siemens

ubicada en el puente comando, se puede visualizar el estado de las iluminarias en nivel

de intensidad. En el repetidor solo puede controlar las luces semafóricas y también

autorizar que pantalla va a controlarlas si desde la pantalla principal del hangar o desde

el mismo.

Figura 45- Pantalla touch ktp600

Fuente propia

Tabla 8 Características del Repetidor

Características KTP600 Basic

Tipo de Display TFT

Diagonal de pantalla 5,7 in

Nº de colores 256

Teclado físico Si

Pantalla Táctil Si

Valor nominal (DC) 24 V

Consumo (valor nominal) 0,35 A

Nº de interfaces RS 485 0

N.º de interfaces USB 0

Protocolos (Ethernet) TCP/IP, DHCP, SNMP, DCP, LLDP

IP (frontal) IP65

IP (lado posterior) IP20

Fuente: Elaboración propia

Page 67: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

52

El diseño de la interfaz gráfica y enlace con los demás controladores se realizó por

medio del software Tia Portal v14. Siendo así las imágenes a presentar en el repetidor:

Figura 46- Interfaz luces semafóricas led del repetidor

Fuente propia

Figura 47- Interfaz luces semafóricas del repetidor

Fuente propia

Figura 48- Interfaz estado de luces del repetidor

Fuente propia

Page 68: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

53

3.6 Iluminarias de cubierta de vuelo

Las iluminarias de la cubierta de vuelo cumplen la función de ayuda visual al piloto para

el aterrizaje y despegue del helicóptero desde la unidad naval. Estas luces se activan al

interactuar con el panel touch, ordenando al controlador PLC para la activación de los

relay y contactores para energizar las iluminarias de ayuda de visual.

3.6.1 Inclinométricas

Las luces inclinométricas son 2 iluminarias que van ubicadas cada una en las bandas

del hangar de la cubierta de vuelo.

Tabla 9 Característica de luces inclinométricas

CARACTERISTICAS VALOR

Limite ángulo de rolido ±5°

Precisión ±0.5° POR BARRA

Fuente de luz LED VERDE

Intensidad de luz 60cd regulable 0.02% a 100%

Longitud de onda dominante (λd): 570nm

Potencia máxima por panel 75W

Voltaje de trabajo 12V

Intensidad de corriente 6.5A

Temperatura de trabajo -25 °C ~ 60 °C

Vida útil 50,000 horas

Fuente: Elaboración propia

Las barras de luz Led de cada inclinométrica es controlada por una tarjeta ubicada en

el interior de la inclinométrica estas reciben los datos de la tarjeta de adquisición de

señales del buque.

Page 69: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

54

Figura 49- Inclinométrica ensamblada

Fuente propia

La tarjeta de interna de la inclinométrica tiene como controlador un Teensy 3.6, un

receptor RS485 a TTL y 3 integrados UDN2981 para autocoplar la alimentación con 12

VDC para alimentar las barras de Led como indica el diagrama.

TEENSY UDN2981 (3)RS 485 A TTL

Figura 50- Diagrama del inclinométrica

Fuente propia

Figura 51- Tarjeta de control de la luz inclinométrica ya instalada

Fuente propia

Page 70: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

55

La tarjeta de control de la inclinométrica fue diseñada en el software Eagle 9.2.

Figura 52- Diseño de tarjeta de la inclinométrica

Fuente propia

Page 71: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

56

Figura 53- Esquemático de la tarjeta de la inclinométrica

Fuente propia

Page 72: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

57

Parte de Programación de Tarjeta de control de inclinométrica:

Page 73: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

58

3.6.2 Luces de borde

Las luces de borde están ubicadas alrededor de la cubierta de vuelo, cumple la función

de indicar el área de aterrizaje de la cubierta de vuelo del buque. Tienen dos modos de

operación Normal y NVG. El modo normal se enciende la luz led verde y el modo NVG

se encienden los leds infrarrojos que pueden percibirse solo con visores nocturnos.

Figura 54- Luces de Borde terminadas y ensambladas

Fuente propia

Tabla 10 Características de luz de borde

CARACTERISTICAS VALOR

Fuente de luz Led verde / Led Infrarrojo

Intensidad de luz 80cd regulable 0.02% a 100%

Longitud de onda dominante (λd): 570nm / 850nm

Potencia máxima por panel 21.6 W

Voltaje de trabajo 12V

Intensidad de corriente 1.8 A

Temperatura de trabajo -25 °C ~ 60 °C

Vida útil 50,000 horas

Angulo de visión 120º

Fuente: Elaboración propia

Page 74: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

59

El diseño de la tarjeta de iluminación se elaboró bajo el software Eagle 9.2.

Figura 55- Tarjeta de luz de borde

Fuente propia

La luz de borde esta contiene una tarjeta electrónica con tiras de luces led IP68 verdes

e infrarrojas (IR) soldadas.

Figura 56- Placa de luz de borde en producción

Fuente propia

Se calculó el valor de la sección de cable y la caída de voltaje ya que se alimentan con

voltaje continuo con una distancia de 35 metros a la ultima luz de borde

∆V =2⋅R⋅I =2⋅I⋅ρ⋅L/S

Donde

∆V = Caída de tensión

L = Longitud del cable (m) = 35 m

Page 75: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

60

S = Sección del cable (mm2) = Cable de 3,31 mm2

ρ = Resistividad del cable (Ω·mm2·m-1). Rho. Para un cable de cobre, es de 0.0172

I = Intensidad (A) = Cada Luz de borde consume 1,5A

∆V = 2 * 1,5 * 0,0172 * 35 / 3,31 ∆V = 0,54 VDC

El Voltaje que llega a la última luz de borde es aproximadamente 11,4 VDC

Figura 57- Placa de iluminación de la Luz de borde terminada

Fuente propia

3.6.3 Luz spot

La luz spot está ubicada en el centro de la cubierta de vuelo, cumple la función de indicar

el en centro de la cubierta de vuelo del buque para que el piloto tenga referencia de para

un posamiento perfecto. Al igual que las luces de borde tienen dos modos de operación

modo Normal y NVG.

Figura 58- Luz Spot

Fuente propia

Page 76: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

61

Tabla 11 Características de luz spot

CARACTERISTICAS VALOR

Fuente de luz Led verde / Led Infrarrojo

Intensidad de luz >60cd regulable 0.02% a 100%

Longitud de onda dominante (λd): 570nm / 850nm

Potencia máxima por panel 15 W

Voltaje de trabajo 12V

Intensidad de corriente 1.2 A

Temperatura de trabajo -25 °C ~ 60 °C

Vida útil 50,000 horas

Ángulo de visión 120º

Fuente: Elaboración propia

El diseño de la tarjeta de iluminación se elaboró en el software Eagle9.2, y esta

implementado con Leds verdes SMD, Leds infrarrojas SMD, estas trabajan con máximo

de intensidad luminosa a 100 mA

Max. Lumen = 100 mA En 12 Volt.

R = 12 / 0,1= 120 Ω

Teniendo un valor de 120 Ω para que la luz spot trabaje a su máxima capacidad.

Figura 59- Diseño de placa de iluminación de luz Spot

Fuente propia

Page 77: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

62

3.6.4 Luz semafórica

Las luces semafóricas están ubicadas en alguna parte visible en el hangar de la cubierta

de vuelo para que el piloto del helicóptero pueda visualizar las formas encendidas del

equipo.

Figura 60- Luz semafórica ensamblada

Fuente propia

Tabla 12 Características de luces semafóricas

CARACTERISTICAS VALOR

Fuente de luz Led verde / Led Infrarrojo

Intensidad de luz 80cd regulable 0.02% a 100%

Longitud de onda dominante (λd): 570nm / 850nm

Potencia máxima por panel 20 W

Voltaje de trabajo 12 VDC

Intensidad de corriente 1.6 A

Temperatura de trabajo -25 °C ~ 60 °C

Vida útil 50,000 horas

Angulo de visión 120º

Fuente: Elaboración propia

La luz semafórica son de color verde e indica 3 formas distintas: la “X” (No autorizado),

Triangulo (Esperando la autorización o no autorización) y el circulo (Autorizado).

Page 78: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

63

Las 3 placas de iluminación fueron diseñados en el software Eagle 9.2, y elaborado

con PCB d fibra de vidrio, la placa está compuesta por tiras de luces leds verdes IP68

y luces leds infrarrojas IP68.

Figura 61- Diseño de Placa de iluminación de la Luz semafórica

Fuente propia

3.6.5 Luces de servicio

Las luces de servicio son reflectores IP68 de estándar naval ubicados en la parte más

alta del hangar y en la misma cubierta del vuelo.

Tabla 13 Características de luces de servicio

CARACTERISTICAS VALOR

Grados de apertura +60°

Encapsulado IP68

Fuente de luz LED

Intensidad de luz 10900 lm

Longitud de onda dominante (λd): 570nm

Page 79: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

64

Potencia máxima por panel 120w

Voltaje de trabajo 12V

Intensidad de corriente 10A

Temperatura de trabajo -40 °C ~ 85 °C

Vida útil 50,000 horas

Fuente: Elaboración propia

Figura 62- Luz de Servicio

Fuente propia

3.7 Consumo de energía del sistema

Tabla 14 Consumo de energía

DESCRIPCION CONSUMO

Pantalla touch 18 W

PLC y módulos 20 W

Electrónica y electromecánica 24 W

Luces de borde (34) 735 W

Luces semafóricas 20 W

Luces inclinométricas (2) 150 W

Luz spot 15 W

Luces de servicio de hangar y cubierta (10) 1200 W

Repetidor (pantalla touch) 9 W

Fuente: Elaboración propia

TOTAL 2 191 W

Page 80: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

65

El consumo del sistema es aproximadamente 10 Amperios trabajando a un voltaje de

220VAC.

3.8 Población y muestra

3.8.1 Población

El sistema se realiza en la provincia del Callao, en Taller de Investigación y desarrollo

de la empresa SIMA. La población o universo a la que está destinada la investigación

son las organizaciones que cuenten con buques con cubiertas de vuelo que no estén

en condiciones de operar de noche.

3.8.2 Muestra

La muestra poblacional está conformada por la empresa SIMA PERU S.A. de rubro

naval encargada del desarrollo de la investigación desarrollado en una fragata tipo

lupo.

3.9. Técnicas e instrumentos de recolección de datos

3.9.1. Técnicas

Observación y comparación de datos: se utilizó manuales, hoja técnica, artículos de

investigación, hoja técnica de sistemas similares; así mismo se realizó visitas técnicas

a buques con plataformas de cubierta de vuelo con sistemas de guías visuales

operativos e inoperativos.

Encuesta la encuesta de satisfacción al cliente fue aplicada 2 meses después de la

implementación del sistema, con fines de documentación del funcionamiento del

sistema y grado de satisfacción del cliente.

3.9.2. Instrumentos

Multímetro Fluke-179 N° de serie 94250186, permite realizar las mediciones de

voltaje y corriente para verificar el correcto funcionamiento.

Page 81: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

66

Osciloscopio TEKTRONIX 2024B N° de serie CO 45942, permite visualizar las

señales de forma gráfica, se empleó para la verificación y calibración de la tarjeta

reguladora de voltaje.

Centro mecanizado romi d800, permitió el mecanizado de componentes para la

adaptación mecánica para tarjetas electrónicas de iluminación y de control.

Torno CNC romi c 620, permitió el mecanizado de componentes para la

adaptación y confección de chasises para el alojamiento electrónico.

Page 82: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

67

CAPITULO 4:

RESULTADOS

En este capítulo se detalla los resultados del desarrollo de solución descritos en el

capítulo 3. Los resultados serán desglosados en resultados generales y específicos

mencionados en los objetivos.

4.1. Resultado general

La comunicación entre el PLC y los paneles de control, la adquisición de datos nave y

selección de materiales electromecánicos e iluminarias y el empleo de programación

ladder y grafica permitió el desarrollo de un Sistema de guía de iluminación con

estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para aterrizaje y decolaje de un

Helicóptero

Figura 63- Sistema de guía de iluminación de cubierta de vuelo

Fuente propia

Page 83: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

68

El sistema actual tiene como características:

Controles por panel táctil y presentación gráfica en el hangar y en el puente de

comando

Muestra de datos del buque en el hangar y en el puente de comando desde un

HMI.

Luces de borde reemplazables nacionales.

Tarjetas con LED luminosos y focalizados para mejorar la visualización.

Compatibilidad tipo visores nocturnos.

Cables Navales.

Tablero de control con niveles graduables e indicadores que muestran el estado.

Luces semafóricas realizadas con tecnología LED

Luces de mantenimiento tipo LED

Luces inclinométricas realizados con tecnología LED

Producto nacional.

4.2. Resultados específicos

4.2.1. Enlace y extracción de datos del sensor inercial

Como se había explicado anteriormente la tarjeta de extracción de datos recibe una

trama de datos ATT.

Figura 64-Tarjeta de adquisición de datos

Fuente propia

Page 84: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

69

Los datos son mostrados en la touch panel KT900 Comfort a una escala de cada 0.02º

como se muestra en la imagen de la pantalla del buque que se encuentra en reposo en

el muelle.

Figura 65- Parte inferior de la pantalla touch Principal

Fuente propia

Los datos de balance y cabeceo varían de acuerdo al movimiento del buque. Cuando el

buque se balancea o cabecea para sentido anti-horario el valor en negativo y cuando

se apoya para el lado horario es positivo.

Figura 66- Movimiento del buque.

Fuente obtenida de http://herdkp.com.pe

Page 85: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

70

Tabla de datos de balance y cabeceo de un ciclo de movimiento fueron obtenidos

el día de navegación del 27 de noviembre del 2018 de la fragata misilera. El mar

fue calificado a un nivel Mar 4 con altura de olas de 1.25 a 2.5 metros.

Tabla 15 Datos de balance y cabeceo de buque

BALANCE CABECEO

1 2.36 -2.34 3.58 -2.96

2 2.16 -2.14 2.98 -2.60

3 3.08 -3.10 2.00 -1.98

4 2.84 -2.84 4.38 -3.80

5 1.26 -1.26 3.98 -2.90

6 2.02 -1.99 2.54 -1.98

7 1.90 -2.00 2.42 -1.90

8 2.21 -2.21 2.56 -1.90

Fuente: Elaboración propia

4.2.2. Implementación del armario de control y potencia.

El armario de control y potencia se encuentra instalado en el hangar de la cubierta de

vuelo, donde también se ubica el panel de control, los equipos están empernados sobre

una superficie de aluminio y conectado a la tierra del buque.

Gracias a la protección del chasis los equipos están calificados con estándar IP67,

contra chorros de agua.

Page 86: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

71

Fuente propia

Figura 68- Instalación del Sistema en el hangar

Fuente propia

Figura 67- Ubicación de caja de control y potencia y del HMI

Page 87: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

72

Tarjeta reguladora de intensidad luminosa.

La tarjeta de reguladora de intensidad luminosa recibe la señal analógica de 0 a 10 VDC

del módulo de salidas analógicas de extensión del PLC y la tarjeta envía el voltaje de

alimentación a las iluminarias.

Figura 69- Tarjetas reguladoras de voltaje para la intensidad luminosa

Figura 70- Ubicación de la tarjeta reguladora de voltaje en la caja de control y potencia

Fuente propia

Page 88: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

73

4.2.3. Red de comunicación e interfaz grafica

Pantalla touch HMI de hangar y respuesta de mandos

La ventana principal del HMI es el del control de on/off e intensidad luminosa de las

luces de borde.

Figura 71- Foto real de pantalla principal de ventana luces de borde

Fuente propia

Como se puede apreciar en la imagen el modo normal y NVG funcionan perfectamente.

Figura 72- Cubierta de vuelo con luces de borde encendidas

Fuente propia

Page 89: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

74

Figura 73- Modo NVG. Con visores nocturnos a la izquierda sin visores a la derecha

Fuente propia

La segunda ventana muestra el control de las inclinométricas y la intensidad luminosa

de las barras de leds indicadoras del balance del cabeceo

Figura 74- Foto real de la Ventana de control de las luces inclinométricas

Fuente propia

Page 90: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

75

Figura 75- Luces inclinométricas encendidas

Fuente propia

Figura 76- Foto real de la ventana de control de luces de semafórica halógenas

Fuente propia

Page 91: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

76

Las luces de servicio se encuentran ubicadas en el hangar y en la misma cubierta de

vuelo.

Figura 77- Foto real de Ventana de control de luz de servicio

Fuente propia

Figura 78- Luz de servicio en hangar y en cubierta de vuelo

Fuente propia

Page 92: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

77

Figura 79- Foto real de Ventana de control de luz spot

Fuente propia

Figura 80- Foto real de Ventana de control de luces semafóricas Led

Fuente propia

Figura 81- Luces semafóricas Leds encendidas

Fuente propia

Page 93: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

78

Figura 82- Luces semafóricas Leds con visor nocturno

Fuente propia

Resultados del enlace y programación del repetidor

El repetidor KTP900 está ubicado en el puente comando en la parte baja de la vista de

proa. El repetidor solo puede controlar las luces semafóricas y visualizar los estados

de las iluminarias.

Figura 83- Repetidor en el puente comando

Fuente propia

Page 94: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

79

Botón F1

Al presionar el botón físico F1 accede a la pantalla de control de las luces semafóricas,

desde esa ventana se puede controlar el modo de funcionamiento led verde o modo

NVG y controlar la intensidad luminosa.

Figura 84- Foto real de ventana Luces Semafóricas Led del repetidor

Fuente propia

La manera de subir la intensidad de las luces es por medio de los botones que se

muestran a continuación, y en la barra de nivel de intensidad se mostrara el valor.

Fuente propia

Figura 85- Botones touch para variación de intensidad.

Page 95: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

80

Botón F2

Las luces semafóricas halógenas son iluminarias originales del buque que se agregaron

al control del sistema. Su funcionamiento es On/Off presionando los botones táctiles.

Figura 86- Foto real de ventana Luces Semafóricas halógenas

Fuente propia

Botón F3

Para acceder a la ventana “Estado de las Luces” se tiene que presionar el botón F3 de

la fila de botones de la parte inferior de la pantalla.

Figura 87- Foto real de ventana de estado de luces

Fuente propia

Page 96: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

81

Los botones touch en la pantalla Estado de Luces son DESABILITAR y HABILITAR los

cuales cumplen la función de habilitar o deshabilitar el control de las luces semafóricas

desde la pantalla del hangar.

Fuente propia

Figura 88- Botones touch de habilitación de luces semafóricas

Page 97: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

82

4.3. Presupuesto

Tabla 16 Presupuesto

| TOTAL MES 1 MES 2 MES 3 MES 4

INGRESOS S/201,500.00

EGRESOS S/198,419.40 S/60,333.80 S/56,193.60 S/36,736.00 S/45,156.00

GASTOS DIRECTOS

MATERILES S/75,194.00 S/39,540.00 S/25,607.00 S/6,570.00 S/3,477.00

SERVICIO DE INGENIERIA S/29,258.00 S/5,284.00 S/11,271.00 S/6,500.00 S/6,203.00

MANO DE OBRA TECNICA S/64,437.00 S/3,305.00 S/6,540.00 S/21,052.00 S/33,540.00

CONFECCION DE TARJETAS

ELECTRONICAS

S/7,200.00 S/2,700.00 S/4,500.00 S/0.00 S/0.00

GASTOS INDIRECTOS S/22,330.40 S/9,504.80 S/8,275.60 S/2,614.00 S/1,936.00

Fuente: Elaboración propia

Page 98: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

83

4.4. Cronograma

Tabla 17 Cronograma

Fuente: Elaboración propia

Page 99: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

84

CONCLUSIONES

El repetidor en el puente comando da la solución a que el comándate del buque

tenga conocimiento de los estados de las iluminarias sin necesidad de usar algún

tipo de intercomunicador o estar presente en el lugar de la operación.

Las luces en general pueden variar su intensidad luminosa de acuerdo al

requerimiento de los pilotos, para no cegar a os operadores del helicóptero en

pleno aterrizaje.

Se usó un sensor inercial como giro del buque para lograr la estabilización de

las luces inclinométricas.

Se logró implementar una interfaz amigable con el operador del sistema de luces

de iluminación.

Se logró implementar un sistema robusto al requerimiento del cliente en la unidad

naval.

Sobre dimensionar las fuentes y el material electromecánico fue fundamental

para garantizar el buen funcionamiento del sistema.

Page 100: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

85

RECOMENDACIONES

Cada periodo determinado ajustar las borneras, los relés y contactores, ya que

la vibración del buque genera que estos se suelten.

Se recomienda hacer la limpieza con material exclusivo para equipos

electrónicos, trapos y cepillos y no usar sopladoras ni mangueras a presión.

Si a futuros se quisiera extraer datos del sensor inercial se recomienda, adquirir

y conectar un splitter para obtener más señales de salida, así proteger el sensor

y no generar algún tipo de atenuación en la señal.

El sistema esta implementado para que trabaje en 220 VAC 60 hz, por lo que

no se recomienda hacer el cambio de energía de 110 VAC.

En caso que sistema no funcione como indica las especificaciones, se

recomienda pedir un servicio de mantenimiento preventivo y correctivo.

Page 101: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

86

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Page 103: estabilización sobre una cubierta de vuelo de buque para

88

ANEXO

ANEXO A: Programación del PLC

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89

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94

ANEXO B: Encuesta de satisfacción al cliente

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