Caso Práctico – Curso de Análisis y Diseño de Circuitos Digitales

Caso Práctico – Curso de Análisis y Diseño de Circuitos Digitales

Preparación de Leche Pasteurizada:

En las plantas de producción de leche pasteurizada, se requiere que el proceso de mezcla de componentes (ver esquemático de la Figura N°1) se dé ininterrumpidamente para asegurar la mayor producción y la mayor rentabilidad para la empresa. Usted ha ingresado como practicante en la mencionada empresa, sin embargo, luego de una semana, ha ocurrido una falla grave en la tarjeta electrónica que produce la mezcla de componentes para la producción y se le encarga a usted que diagnostique la tarjeta electrónica, llegando a la conclusión, luego de dos horas de análisis, que algunas partes de la tarjeta se encuentran dañadas (su esquema de análisis se visualiza en la Figura N°2) y requieren reemplazo, el cual se estima que llegará como mínimo en una semana. Es por ello que el gerente de la planta le encarga la misión de implementar un circuito que se conecte en paralelo a la tarjeta instalada y mantenga la filosofía de operación de la mezcladora de leche pasteurizada en el menor tiempo posible, disponiendo en un maletín solamente de los circuitos integrados con tecnología TTL básicos como compuertas lógicas: AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR; flip flops JK, D; timer 555, resistencias, protoboards, entre otros (con un stock de 20 unidades por cada componente).

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Fig.1 Esquemático de Tanque Mezclador para Leche Pasteurizada

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Fig.2 Análisis de la tarjeta electrónica de control de nivel del tanque CNDT-2013

Luego, a usted se le entrega la filosofía de operación del tanque mezclador, el cual luego de una lectura rápida usted identifica los siguientes nombres para los componentes (tags) y genera los siguientes enunciados de operación y lógica:

Tags:

• Comando para válvula motorizada de material A(1)=VA
• Comando para válvula motorizada de material B(2)=VB
• Comando para válvula motorizada de salida(5)=VC
• Comando para Agitador (3)=AM
• Switch de Nivel Bajo: LSLL
• Switch de Nivel Alto: LSHH
• Alarma por nivel Bajo: LSL
• Alarma por nivel Alto: LSH
• Señal de Secuencia en automático: AUTO
• Señal de Inicio: START
• Señal de Paro: STOP
• Señal de Parada de Emergencia: EM
• Señal de Reloj de Tarjeta: CLK

Operación General de compontentes:

• Las válvulas motorizadas se aperturan con una señal digital de 5VDC y se cierran con una señal de 0 VDC (1 lógico para apertura y 0 lógico para cierre).
• El agitador opera con una señal digital de 5VDC y deja de operar con una señal de 0 VDC (1 lógico para operación de mezcla y 0 lógico para detener el agitador).
• El transmisor de nivel genera una señal de 4-20mA para un rango de 0-11353 milímetros y a través del conversor ADC envía tres señales a la tarjeta principal:

1. Switch de Nivel Bajo: Cuando el transmisor de nivel detecte que el nivel del tanque está por debajo de los 100 milímetros, genera una señal digital de 5VDC cuando esté activado y 0 VDC cuando no este activado (1 lógico cuando está activado y 0 lógico cuando no está activado).
2. Switch de Nivel Alto: Cuando el transmisor de nivel detecte que el nivel del tanque está por encima de los 11000 milímetros, genera una señal digital de 5VDC cuando esté activado y 0 VDC cuando no este activado (1 lógico cuando está activado y 0 lógico cuando no está activado).
3. Una señal con trama digital en BCD mediante protocolo de comunicación "UNI-FIM", el cual solo envía el nivel de alarma bajo en 200 milímetros (LSL) y el nivel de alarma alto en 1000 milímetros (LSH) numéricamente seteados para este caso especial en el transmisor de nivel (considerando una aproximación de dos decimales) a través de su resultante luego del escalamiento con la señal de 4-20mA (Es decir, para 200 milímetros, por ejemplo, la señal equivalente en el rango de 4-20mA será x=4+16*(200-0)/(11353-0)=4.28 mA y 4.15= 0100 0010 1000). La trama digital es enviada una sola vez al inicio y se envía primero la trama de la señal escalada del nivel bajo en BCD y a continuación la trama de la señal escalada en nivel alto en BCD. El protocolo UNI-FIM recibe 7 entradas de protocolo y es exactamente similar a lo que recibiría un display ánodo común de 7 segmentos.

• La señal de START Y STOP se unen en una sola señal COM, la cual si COM es 1 se da cuando se activa START y cuando COM es 0 es porque se activa STOP. La señal COM habilita la alimentación del circuito secuencial.

Lógicas:

Lógica de Condición:

        La lógica de Condición opera con las siguientes restricciones:

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