UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE TECNOLOGA E INGENIERA ELCTRICA

DISEO DE PROTOTIPO DE MONITOR DE CONFLICTOS PARA

CONTROLADORES DE TRFICO

Por:

Joan Stephania Alvarado Valera

INFORME DE PASANTA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Electricista

Sartenejas, Abril 2013

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE TECNOLOGA E INGENIERA ELCTRICA

DISEO DE PROTOTIPO DE MONITOR DE CONFLICTOS PARA

CONTROLADORES DE TRFICO

Por:

Joan Stephania Alvarado Valera

Realizado con la asesora de:

Tutor Acadmico: Alexander Bueno

Tutor Industrial: Rafael Santelmo

INFORME DE PASANTA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Electricista

Sartenejas, Abril 2013

iv

DISEO DE PROTOTIPO DE MONITOR DE CONFLICTOS PARA

CONTROLADORES DE TRFICO

Realizado por:

Joan Stephania Alvarado Valera

RESUMEN

En el presente trabajo se describe el diseo de un monitor de conflictos para controladores de

trfico que cumpla las normas COVENIN 2753:1999, se adapte con facilidad a cualquier

controlador de trfico que cumpla esta norma, a las necesidades de los sistemas de control de

trfico vehicular venezolanos y posea cualidades que faciliten el futuro mejoramiento de sus

funciones para de esta manera, detectar fallas en los semforos con mayor rapidez, no slo

ayudando a evitar congestiones de trfico innecesarias, sino tambin aumentando la seguridad

vial. Se describirn los componentes requeridos para el control de los semforos de una

interseccin vial, tambin, aspectos referentes al monitor de conflictos en los estndares NEMA

TS1, NEMA TS2 y COVENIN 2753:1999 y algunos de los modelos de gabinetes de

controladores encontrados en los sistemas de control de trfico venezolano. Luego se define las

funciones especficas del equipo y se explica el proceso de diseo a travs de diagramas de

bloques, describiendo sus etapas y la variedad de opciones encontradas para realizarlas junto con

sus ventajas y desventajas. Se finaliza definiendo los pasos a seguir para realizar la

implementacin del diseo y las recomendaciones para futuras versiones del equipo.

v

A mis padres, mi hermano y mi ta Yiyita.

Por todo el amor y apoyo que me han dado.

vi

AGRADECIMIENTOS

Gracias a mi familia por apoyarme y cuidarme en todo momento. A Carlos y Juan Carlos, por

ser como hermanos para m. A todos mis tos por mostrar inters en mi carrera y motivarme a ser

cada da mejor.

A mis amigos, en especial Olgacrs, Desiree, Estefana, Daniel, Omar, Alejandro, Vicente,

Moiss, Augusto, Vctor, Jess, Anderson y Freddy por todo el apoyo, los consejos y la compaa

que me han brindado.

Al Grupo Intech Solutions, por darme la oportunidad de realizar este proyecto. A todos mis

compaeros en la oficina, por todo su apoyo, en especial a Nstor, Hctor y Bruno.

A mi tutor acadmico, Prof. Alexander Bueno, por su paciencia y asesora, no slo durante este

proyecto si no a lo largo de todos mis estudios. A mi tutor industrial, Ing. Rafael Santelmo, por

toda su colaboracin.

A mi gran amigo y compaero Sergio, por creer en m, comprenderme y guiarme en todo

momento.

Y finalmente gracias a Dios por darme la oportunidad de alcanzar mis metas y tener la fortuna

de conocer a tantas personas maravillosas.

vii

NDICE GENERAL

INTRODUCCIN 1

Antecedentes. 1

Justificacin.. 1

Planteamiento del problema ... 2

Objetivo general....... 3

Objetivos especficos ... 3

CAPTULO 1: DESCRIPCIN DE LA EMPRESA... 4

1.1. Resea de la empresa. 4

1.1.1. Tec-Intraf 5

1.1.2. InTraffic.. 6

1.1.3. Vikua .. 7

1.2. Organizacin corporativa... 7

CAPTULO 2: MARCO TERICO 8

2.1. Trminos de Ingeniera Vial.. 8

2.1.1. Trfico Vehicular.... 8

2.1.2. Interseccin vial.. 8

2.1.3. Ciclos.. 9

2.1.4. Fase. 9

2.1.5. Fase activa.. 9

2.1.6. Fases conflictivas 10

2.1.7. Controlador. 10

2.1.8. Gabinete de controladores.. 10

2.1.9. Plan. 10

2.1.10. Sala centralizada.. 11

CAPTULO 3: GABINETES DE CONTROLADORES 12

3.1. Componentes del gabinete 12

3.1.1. Etapa de Alimentacin.. 13

3.1.1.1. Panel de Alimentacin 13

3.1.1.2. Fuente de Poder 14

viii

3.1.2. Etapa de Control 14

3.1.3. Etapa de Supervisin .. 15

3.1.3.1. Monitor de conflictos o de mal funcionamiento.. 15

3.1.3.2. Monitor Auxiliar. ........ 16

3.1.4. Etapa de Comunicacin . 17

3.1.4.1. Unidad de interfaz de bus 17

3.1.5. Etapa de Deteccin 17

3.1.6. Etapa de Salida .. 18

3.1.6.1. Rels de transferencia a intermitencia 18

3.1.6.2. Conmutadores de carga (o conmutadores de luces). 19

3.1.6.3. Conmutador de intermitencia... 19

3.1.7. Otros dispositivos 20

3.1.7.1 Panel tcnico. 20

3.1.7.2 Panel policial. 21

CAPTULO 4: CONTROLADORES DE SEMFOROS... 22

4.1. Principio de funcionamiento.. 22

4.2. Normativa NEMA referente a los controladores de trfico... 23

CAPTULO 5: MONITOR DE CONFLICTOS... 26

5.1. Funcionamiento del monitor de conflictos 26

5.1.1. Alimentacin . 27

5.1.2. Acondicionamiento de entradas.. 28

5.1.3. Comparacin .. 29

5.1.4. Control 29

5.1.5. Compatibilidad.. 29

5.1.6. Acondicionamiento de salidas ... 30

5.2. El monitor de conflictos segn los estndares NEMA TS 1, NEMA TS2 y COVENIN

2753:1999.

30

5.2.1. NEMA TS 1... 30

5.2.1.1. Alimentacin y entradas de control 31

5.2.1.2. Funciones del monitor de conflictos 32

5.2.1.2.1. Medicin de seales . 32

5.2.1.2.2. Supervisin de conflictos.. 33

ix

5.2.1.2.3. Supervisin de Rojos.... 33

5.2.1.2.4. Supervisin de tensiones... 33

5.2.1.2.5. Reinicio. 34

5.2.1.2.6. Indicadores 34

5.2.1.2.7. Tiempo mnimo de intermitencia luego de la interrupcin de la energa elctrica... 35

5.2.2. NEMA TS 2 35

5.2.3.1. Supervisin de intervalo de cambio mnimo de amarillo y rojo de despeje 36

5.2.3.2. Puerto 1 36

5.2.3.3. Indicadores .. 37

5.2.3. COVENIN 2753:1999 37

CAPTULO 6: ESTUDIO DE GABINETES... 39

6.1. Gabinete de controlador Novax 6905 39

6.2. Gabinete Peek ... 40

6.3. Gabinete Semavenca . 41

CAPTULO 7: DISEO DEL MONITOR DE CONFLICTOS.. 43

7.1. Funciones del monitor de conflictos a disear.. 43

7.1.1. Inicializacin.......... 44

7.1.2. Supervisin.. 44

7.1.2.1. Supervisin de conflictos. 44

7.1.2.2. Supervisin de Rojos....... 44

7.1.2.3. Supervisin de cambio mnimo de amarillos... 45

7.1.2.4. Supervisin de tensin de 24V 45

7.1.2.5. Supervisin de tensin del controlador 45

7.1.2.6. Supervisin de seales mltiple.. 45

7.1.3 Comunicacin. 46

7.1.4 Configuracin.. 46

7.2 Descripcin general del sistema.. 46

7.2.1. Alimentacin... 47

7.2.2. Acondicionamiento de entrada 48

7.2.3. Comparacin.. 49

7.2.4. Acondicionamiento de comunicaciones. 50

7.2.5.Compatibilidad. 51

x

7.2.6. Control 52

7.2.6.1 Programacin.... 54

7.2.7. Acondicionamiento de salidas 57

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 61

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.. 63

xi

NDICE DE TABLAS

Tabla 7.1. Variables de cada supervisin del monitor de conflictos diseado 57

xii

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Organigrama de la empresa. 7

Figura 2.1.Interseccin vial.. 8

Figura 2.2.Interseccin con sus respectivas fases 9

Figura 2.3. Sala centralizada 11

Figura 3.1 Diagrama de bloques de un gabinete de controlador de semforos.. 13

Figura 3.2. Panel de alimentacin. 14

Figura 3.3. Controlador de semforos... 15

Figura 3.4. Unidad de manejo de mal funcionamiento. 16

Figura 3.5. Rels de transferencia a intermitencia 18

Figura 3.6. Conmutadores de carga 19

Figura 3.7. Conmutador de Intermitencia. 20

Figura 3.8. Panel tcnico.. 21

Figura 3.9. Panel policial. 21

Figura 4.1. Diagrama de bloques controlador de semforos 23

Figura 4.2. Controlador diseado segn el estndar TS-1 24

Figura 4.3. Controlador diseado segn NEMA TS2 del Tipo 1 25

Figura 5.1. Diagrama de funcionamiento de un monitor de conflictos 27

Figura 5.2. Diagrama de bloques genrico monitor de conflictos 28

Figura 5.3. Configuracin de tarjeta perforada. 31

Figura 6.1. Controlador Novax 6905.... 39

Figura 6.2.Monitor de conflictos EDI.. 40

Figura 6.3. Gabinete Peek 41

Figura 6.4. Gabinete Semavenca.. 42

Figura7.1. Diagrama de bloques del sistema 47

Figura 7.2. Diagrama de bloques de la alimentacin 47

Figura 7.3 Circuito impreso fuente de alimentacin. 48

Figura 7.4 Diagrama de bloques de acondicionamiento de entradas 48

Figura 7.5. Diagrama de bloques mdulo de comparacin.. 50

Figura 7.6. Diagrama de bloques mdulo de comunicacin SDLC. 50

xiii

Figura 7.7. Diagrama de bloques mdulo de comunicacin RS-232... 51

Figura 7.8. Diagrama de bloques del mdulo de compatibilidad. 52

Figura 7.9. Esquema del programa... 56

Figura 7.10. Diagrama de bloques acondicionamiento de salidas 58

Figura 7.11. Bosquejo del monitor de conflictos. 59

Figura 7.12.Prueba con el microcontrolador 60

xiv

LISTA DE ABREVIATURAS

ASCII Cdigo estndar para el intercambio de comunicacin.

BIU Unidad de interfaz de bus.

COVENIN Comisin venezolana de normas industriales.

DIP Encapsulado doble en lnea.

dsPIC PIC para procesamiento de seal.

EEPROM Memoria de slo lectura programable y borrable elctricamente.

ICSP Programacin serial en circuito.

I2C Protocolo de circuitos inter-integrados.

LED Diodo emisor de luz.

NEMA Asociacin nacional de fabricantes de equipos elctricos.

PIC Controlador de interfaz perifrico.

RAM Memoria de acceso aleatorio.

RTC Reloj en tiempo real.

RTSP Protocolo de flujo en tiempo real.

SD Seguridad digital.

SDLC Controlador de enlace de datos sncronos.

SDSC Seguridad digital de capacidad estndar.

SPI Interfaz perifrica serial.

UART Transceptor universal asncrono.

1

INTRODUCCIN

Antecedentes

Actualmente la congestin del trfico en las ciudades, es un desafo de gran importancia a nivel

mundial. Venezuela no est exenta de este problema. Caracas es quiz un buen ejemplo de esto,

en donde sus habitantes pueden llegar a perder 4 horas diarias producto de la congestin

vehicular [1].

Esta situacin no slo trae como consecuencia la prdida del tiempo, tambin tiene un efecto

negativo en la salud, disminuye el desempeo laboral y arriesga la seguridad de los ciudadanos.

Por otro lado los genera mayor desgaste en los vehculos, mayor consumo de combustible,

aumenta la contaminacin y genera grandes prdidas econmicas a las ciudades.

Justificacin

Es importante poseer una estructura lo ms adecuada posible para la distribucin del flujo

vehicular, pero esto requiere de una gran inversin que no siempre est dentro del presupuesto de

las ciudades, adems las ciudades estn en constante crecimiento, por lo que es vital optimizar

sus sistemas de control de trfico y as tener un mejor aprovechamiento de las vas existentes.

Como todos sabemos, los semforos son dispositivos utilizados para gestionar el trfico en

intersecciones y cruces peatonales. Su mal funcionamiento, genera caos vehicular lo que puede

tener como consecuencia congestionamiento del trfico y accidentes.

2

Hoy en da los semforos utilizan controladores electrnicos para realizar las funciones de

temporizacin. Estos controladores adems de realizar dicha funcin, son capaces de mandar y

recibir informacin de la interseccin que manejan. El buen funcionamiento de este dispositivo

junto con los dems que componen el sistema de control es fundamental para obtener la

coordinacin deseada en la interseccin o cruce.

Grupo InTech Solutions, es una empresa dedicada a crear soluciones a los problemas en el rea

del transporte vehicular [2]. Uno de sus productos es el Sistema Centralizado de Gestin de

Semforos, el cual consiste en proveer comunicacin entre una sala central de un municipio y los

semforos, utilizando un software creado por la empresa. Con este producto el operador puede

tener acceso a la red de los semforos y adaptar los planes al estado en que se encuentre el

sistema, sincronizarlos luego de una falla de energa, etc.

Dado a que el sistema centralizado debe comunicarse con el controlador de los semforos, la

empresa tambin posee un proyecto de desarrollo de un controlador [3]. Ahora la importancia de

la deteccin de fallas y la rpida actuacin que se debe tener bajo estas situaciones para el

control del trfico vehicular, motiva a desarrollar un monitor de conflictos que sea compatible

con los controladores existentes en el mercado, que posea un software propio de la empresa, sea

capaz de comunicarse con los controladores y cumpla las normas venezolanas relacionadas con

los equipos de control de semforos.

Planteamiento del problema

Como se indic anteriormente, la congestin de trfico y el crecimiento continuo de las

ciudades nos obliga a optimizar los sistemas de control de trnsito. Una gran forma es creando

sistemas centralizados, dado que se puede supervisar el flujo vehicular y adaptar los planes de los

semforos segn convenga. Para la deteccin de fallas, es necesario un dispositivo dado que su

tiempo de reaccin ser inferior al de un humano. Es ideal que ste sea capaz de comunicarse con

3

el controlador para que as llegue la informacin detallada de las fallas al centro de control. Por

esta razn la empresa se plantea disear un monitor de conflictos propio.

Objetivo general

Disear un dispositivo que supervise que las indicaciones dadas por de los semforos de una

interseccin, no permitan que acten dos o ms movimientos conflictivos de forma simultnea y

que las tensiones de alimentacin del controlador de semforos y del mismo dispositivo, posean

un valor aceptable, de lo contrario deber colocar la interseccin en intermitencia, hasta ser

manualmente reiniciado.

Objetivos especficos

Estudiar los controladores de semforos y dems componentes encontrados en el

gabinete.

Estudiar las normas NEMA TS1, NEMA TS2 y COVENIN 2753:1999

Conceptualizar un monitor de conflictos.

Disear el prototipo de un monitor de conflictos considerando los aspectos

tcnicos y econmicos.

CAPTULO 1

DESCRIPCIN DE LA EMPRESA

1.1. Resea de la empresa

Grupo InTech Solutions es una empresa fundada en el 2009 dedicada al desarrollo de

soluciones tecnolgicas aplicables al trnsito vehicular. Fue creada por venezolanos con la idea

de generar soluciones sustentables, para aprovechar de manera ptima las infraestructuras

existentes y mejorar as la calidad de vida de los ciudadanos.

A continuacin la misin y visin de la empresa, publicada en su pgina web:

MISIN

Somos una empresa venezolana dedicada a la investigacin, desarrollo, comercializacin e

implementacin de Servicios y Sistemas Inteligentes de Transporte, conjugando tecnologas de

informacin, comunicacin y control, para ofrecer soluciones innovadoras en el rea de trfico vehicular,

movilidad y seguridad.

Nuestro gran baluarte es el capital humano altamente capacitado, comprometido, motivado y

especializado para generar los productos y servicios que aportan satisfaccin a nuestros clientes y

consumidores.

5

VISIN

Ser reconocida como la empresa lder en Venezuela y posicionada entre las primeras diez en

Latinoamrica y el Caribe en la industria de los servicios y sistemas inteligentes de trfico vehicular,

movilidad y seguridad.

Nuestro enfoque est en generar mejor calidad de vida a los ciudadanos y satisfaccin a los clientes, a

travs del aporte constante de soluciones tecnolgicas innovadoras y la calidad de nuestros productos y

servicios, con un capital humano altamente capacitado, comprometido y orientado al logro; en constante

desarrollo con un ambiente de trabajo dinmico y confortable, agregando valor y rentabilidad a sus

accionistas.

Posee tres divisiones:

1.1.1.Tec-Intraf

Especializada en crear soluciones que le faciliten al cliente mejorar el control del trnsito de su

jurisdiccin.

Su gama de productos est formada por:

Sistema Generalizado De Gestin De Semforos: Como se dijo anteriormente, consiste en

proveer comunicacin entre una sala central de un municipio y los semforos, utilizando un

software creado por la empresa.

Sistema de Informacin de Trnsito: Servicio que permite planificar de manera ptima y

dinmica el trfico y adems visualizar datos de manera de lograr la programacin ms adecuada

en el sistema.

6

Simulador de Trfico. Tal como lo dice su nombre, permite evaluar situaciones de trfico,

es ideal para el estudio de nuevos proyectos, validarlos y de ser posible mejorarlos.

Circuito Cerrado de Visualizacin de Trfico. Consiste en proveer al cliente de imgenes

en tiempo visualizando as, el estado actual del trfico para la toma oportuna de decisiones

controle el sistema de manera eficiente.

1.1.2. InTraffic

Ideada para proporcionar a los usuarios informacin en tiempo real sobre el trfico vehicular.

Sus productos son:

Servicio InTraffic In-Situ: Consiste en proveer informacin recolectada a travs de un

sistema de sensores mediante pantallas ubicadas en lugares oportunos y permitirle as, a los

usuarios que tomen decisiones sobre las rutas a utilizar.

Visual Traffic. Se basa en proporcionar a los usuarios imgenes por la web para que este

se encuentre actualizado del estado del trfico en tiempo real.

7

1.1.3. Vikua

rea especializada en la importacin y la comercializacin de equipos de seguridad como

cmaras, barreras vehiculares, sistemas de control de acceso, telecomunicaciones, entre otros.

1.2. Organizacin corporativa

Grupo InTech Solutions se rige segn el organigrama expuesto en la Figura 1.1.

Figura 1.1 Organigrama de la empresa.

CAPTULO 2

MARCO TERICO

2.1. Trminos de Ingeniera Vial

2.1.1. Trfico Vehicular

Flujo de vehculos por una va destinada para tal fin. El trfico puede ser ligero, regular o

pesado.

2.1.2. Interseccin vial

Zona en donde concurren varias vas, por lo que en el trfico se desplaza en direcciones

distintas. En la figura 2.1 podemos apreciar una interseccin vial con vehculos que se dirigen a

diferentes puntos.

Figura 2.1.Interseccin vial.

9

2.1.3. Ciclos

Tiempo en el que se completa una secuencia en una interseccin.

2.1.4. Fase

Parte del ciclo asignado a un movimiento, que depender de las caractersticas fsicas de la

interseccin. En la figura 2.2 se puede observar una interseccin con sus fases indicadas, se

asignan los nmeros impares a los cruces a la izquierda y los pares tanto a los cruces a la derecha

como a los movimientos rectos.

Figura 2.2.Interseccin con sus respectivas fases.

2.1.5. Fase activa

Fase que se encuentra en verde, amarillo o rojo de despeje.

10

2.1.6. Fases conflictivas

Aquellas fases que de estar activas simultneamente, pueden causar una colisin vehicular.

2.1.7. Controlador

Equipo que permite coordinar la alimentacin de las luces de los semforos de una interseccin,

dependiendo de su programacin y de factores externos como el flujo de vehculos y peatones de

una interseccin.

2.1.8. Gabinete de controladores

Armario en donde se encuentran instalados el controlador y otros componentes necesarios para

el funcionamiento correcto de los semforos de una interseccin, protegiendo a estos equipos de

los efectos de la intemperie.

2.1.9. Plan

Configuracin que tendrn los semforos de una interseccin. El plan ser programando en el

controlador de semforos y puede variar dentro del periodo del da.

11

2.1.10. Sala centralizada

Lugar remoto en donde se realiza recoleccin de informacin de los controladores de semforos

y se preparan los planes de control que sern enviados a los controladores ya sea por labores de

rutina o de emergencia. En la figura 2.3 se puede observar una sala centralizada compuesta de

computadoras, pantallas y dems equipos para visualizar la informacin obtenida en las

intersecciones y as controlarlas de manera eficiente [4].

Figura 2.3. Sala centralizada.

(Roads and Traffic Authority, 2012)

CAPTULO 3

GABINETES DE CONTROLADORES

Los semforos actuales poseen un sistema de control computarizado, el cual es localizado en

un gabinete cerrado cercano a la interseccin. Tpicamente los gabinetes estn construidos de

aluminio y sirven para proteger los circuitos de la intemperie.

Dentro de este gabinete podemos encontrar todo el equipo necesario para controlar la

programacin y la sincronizacin de las seales de la interseccin. Todas las seales, ya sean

vehiculares, peatonales u otras, deben estar conectadas en el gabinete, de igual manera los

sistemas de deteccin sin importar el tipo.

3.1. Componentes del gabinete

Como se dijo anteriormente, dentro del gabinete se encuentra cierto nmero de equipos que

conforman el sistema de control de la interseccin.

En la figura 3.1 se muestran las etapas que comnmente componen este sistema. En este caso,

podemos observar que est compuesto por seis bloques, sin embargo el nmero de etapas vara

dependiendo del pas y del tipo de interseccin en el cual va a ser utilizado el gabinete.

13

Figura 3.1 Diagrama de bloques de un gabinete de controlador de semforos.

3.1.1. Etapa de Alimentacin

La alimentacin de todos los componentes fundamentales del gabinete proviene del panel de

alimentacin. En algunos casos tambin existe una fuente de poder para alimentar equipos

complementarios.

3.1.1.1. Panel de Alimentacin

El gabinete se alimenta con un sistema monofsico de 120 V a 60 Hz. En este panel se sitan

todas las protecciones (interruptores, supresor de tensin,) para prevenir sobrecargas elctricas.

Posee un tomacorriente para conectar equipos de mantenimiento. Como se observa en la figura

3.2, suele cubrirse con plexigls para evitar el riesgo elctrico.

14

Figura 3.2. Panel de alimentacin

3.1.1.2. Fuente de Poder

Este es un dispositivo auxiliar, permite suministrar tensiones de 24V y 12 V en corriente

continua y 12V en corriente alterna, todas protegidas por fusibles en su salidas, para alimentar los

amplificadores de los detectores, la unidad de interfaz de bus, conmutadores y otros equipos

auxiliares.

3.1.2. Etapa de Control

Est compuesta por el controlador el cual es la unidad de procesamiento central de todo lo que

sucede en la interseccin vial, tiene como entrada los datos de los detectores en caso de tenerlos

instalados en el gabinete y como salidas las seales que activan las fases de la interseccin en el

momento indicado lo cual depender de su programacin. En la figura 3.3 se observa un

controlador de semforos moderno.

15

Figura 3.3. Controlador de semforos.

3.1.3. Etapa de Supervisin

Compuesta por los equipos que tienen la funcin de supervisar el controlador y todos los

componentes del gabinete que puedan afectar su funcionamiento detectando fallas como:

prdidas de tensiones, seales conflictivas mostradas simultneamente en los semforos,

problemas de comunicacin, entre otras, variando segn el modelo del dispositivo. Esta etapa

est compuesta por los monitores de conflictos o unidades de manejo de mal funcionamiento,

monitores auxiliares, entre otros.

3.1.3.1. Monitor de conflictos o de mal funcionamiento

Es el dispositivo ms importante de la etapa de supervisin. Como su nombre lo indica, es el

encargado de detectar y actuar en caso de que se activen fases conflictivas en una interseccin.

Sin embargo por lo general, estos dispositivos estn diseados para realizar muchas funciones

como la supervisin de tensiones del controlador y del mismo monitor de conflictos, deteccin de

ausencia de seales, deteccin de mltiples seales en una misma fase, problemas en la

comunicacin y bsicamente todas las funciones definidas en la etapa de supervisin, as de esta

manera solo un dispositivo es capaz de colocar el sistema en intermitencia en caso de que ocurra

alguna de las fallas anteriormente mencionadas.

16

Debido a que su nombre no lo describe correctamente, en muchos estndares se le ha llamado

de otras formas como por ejemplo, unidad de manejo de mal funcionamiento y monitor del

gabinete, pero por el momento no se ha tenido xito para establecer alguno de estos nombres. En

la figura 3.4 podemos observar lo que comnmente llamamos monitor de conflictos, sin embargo

segn el estndar por el cual este dispositivo se rige su nombre correcto es unidad de manejo de

mal funcionamiento.

Figura 3.4. Unidad de manejo de mal funcionamiento.

3.1.3.2. Monitor Auxiliar

Dispositivo que trabaja en conjunto con el monitor de conflictos recolectando informacin del

estado del gabinete para luego envirsela a este ltimo.

17

3.1.4. Etapa de Comunicacin

Compuesta por aquellos dispositivos que facilitan la comunicacin tanto interna, es decir, entre

los dispositivos del gabinete, como externa, lo que implica la comunicacin entre los

controladores de varias intersecciones y con un centro de mando. Esta etapa est compuesta por

radios, antenas, unidad de interfaz de bus, entre otros. En el diagrama de bloques se indic

solamente la existencia de comunicacin entre el controlador y otros elementos externos al

gabinete dado que es la configuracin ms utilizada.

3.1.4.1. Unidad de interfaz de bus

La unidad de interfaz bus o BIU (siglas en ingls de BUS INTERFACE UNIT), facilita la

comunicacin entre el controlador y dems dispositivos internos del gabinete. Se utiliza slo con

el protocolo SDLC, la BIU interconecta la informacin enviada desde dicho puerto para controlar

las salidas de los conmutadores de carga y otros componentes.

3.1.5. Etapa de Deteccin

La etapa de deteccin est compuesta por dos paneles, el primero es en donde se reciben todas

las seales enviadas por los detectores de presencia (botones peatonales, lazos inductivos, video,

etc.), este se conecta a la repisa de los amplificadores de deteccin.

Luego las salidas de las unidades amplificadoras, van al segundo panel para conectarse con el

controlador y otros dispositivos.

18

3.1.6. Etapa de Salida

Conjunto de componentes en donde se adaptan las seales de control para as dirigir la luces de

la interseccin. Est conformada por los rels de trasferencia, los conmutadores de carga y el

conmutador de intermitencia.

3.1.6.1. Rels de transferencia a intermitencia

Ubicados en el panel de los conmutadores de carga, son los que realizan la transferencia entre

los conmutadores de carga al conmutador de intermitencia. En la figura 3.5 se observan un grupo

de estos rels de transferencia a intermitencia de un gabinete [5].

Figura 3.5. Rels de transferencia a intermitencia.

(Minnesota Department of Transportation.2012)

19

3.1.6.2. Conmutadores de carga (o conmutadores de luces)

Dispositivo que convierte las salidas del controlador de baja tensin en corriente continua (24

VDC), en una tensin mayor en corriente alterna con la cual se proporciona el accionamiento

(120 VAC) de las luces de la interseccin.

Los conmutadores de carga realizan la conversin sin utilizar piezas mviles, evitando

atascamientos y alargando la vida til de estos. Todas las salidas de los conmutadores deben ser

examinadas constantemente por el monitor de conflictos para garantizar que funcionen

correctamente. En la figura 3.6 se observan 8 conmutadores de carga dentro instalados en un

gabinete de control cada uno de ellos posee 3 luces piloto, que indican cual luz de la fase a la que

pertenecen se encuentra activa.

Figura 3.6. Conmutadores de carga

3.1.6.3. Conmutador de intermitencia

Dispositivo que suministra la energa a todas las luces cuando el sistema se encuentra en modo

intermitencia. Produce la intermitencia conectado y desconectado de manera repetitiva el circuito.

Posee un aspecto fsico muy similar a los conmutadores de carga, pero en la figura 3.7 se aprecia

que se diferencian visualmente de estos, porque poseen dos luces pilotos en lugar de los tres.

20

Internamente sus semiconductores son ms robustos dado que deben soportar una mayor

frecuencia de conmutacin.

Figura 3.7. Conmutador de Intermitencia

3.1.7Otros dispositivos

3.1.7.1 Panel tcnico

Encontrado en la parte interna de la puerta del gabinete, est diseado para facilitar la

realizacin de pruebas al mismo. Posee interruptores para las unidades de deteccin, el

controlador, el intermitente y otros sistemas de control. En la figura 3.8 se observa un panel

tcnico de la marca PEEK.

21

Figura 3.8.Panel tcnico

3.1.7.2 Panel policial

Encontrado en la parte externa de la puerta del gabinete y guardado dentro de una pequea

puerta que al igual que la principal posee cerradura, est diseado principalmente para permitir a

la polica colocar la interseccin en intermitencia. Se puede observar un panel policial que posee

solamente un botn de intermitencia en la figura 3.9.

Figura 3.9. Panel policial

CAPTULO 4

CONTROLADORES DE SEMFOROS

4.1. Principio de funcionamiento

Como se coment previamente este dispositivo controla las indicaciones de paso en las

intersecciones.

El controlador ms sencillo utilizado en la actualidad requiere de un dispositivo en donde se

tenga programado el plan a utilizar en la interseccin (esto puede realizarse a travs de un

microprocesador o un microcontrolador), una etapa que permita que el dispositivo, sea capaz de

manejar un circuito de mayor potencia, otra que supervise tensiones y un circuito que alimente a

todas las etapas de forma adecuada.

Muchas veces podemos encontrar controladores con etapas de comunicacin y manejo de

deteccin de presencia de vehculos y peatones, lo cual aporta mayor conocimiento sobre el

trfico vehicular en la interseccin y nos ayuda a realizar planes ms apropiados.

A continuacin podemos observar en la figura 4.1, un diagrama de bloques de 6 etapas que

describe el funcionamiento de un controlador de semforos genrico.

23

La etapa de acondicionamiento de entradas, como su nombre lo indica, adapta las seales de

deteccin para poder realizar la lectura de cada una de estas de forma ordenada. De igual manera

la etapa de comunicacin est compuesta por adaptadores los cuales varan dependiendo del

protocolo de comunicaciones utilizado.

El comparador de tensiones del controlador, supervisa una tensin regulada en la etapa de

alimentacin y le enva una seal baja al monitor de conflictos si el valor de tensin es adecuado,

de lo contrario enviar una seal alta.

Figura 4.1. Diagrama de bloques controlador de semforos.

4.2. Normativa NEMA referente a los controladores de trfico

Los estndares tcnicos referentes al control del trfico de NEMA son el TS-1 y el TS-2 [6] [7].

TS-1 fue desarrollado en la dcada de los 70 mientras que TS-2 fue desarrollado en los aos 90.

24

La diferencia ms importante entre ambos es que TS-1, no exige la comunicacin entre los

componentes que integran el gabinete mientras que el estndar TS-2 establece un protocolo de

comunicaciones SDLC con el cual la informacin es enviada, recibida y respondida entre los

equipos del gabinete.

El estndar TS-2 generalmente se divide en dos tipos TS-2 Tipo1 y TS-2 Tipo 2. Para TS-2

Tipo 1 la comunicacin ocurre entre el controlador, el monitor de conflictos, la unidad de interfaz

de bus del mdulo de deteccin y la unidad de interfaz de bus de terminales e instalaciones,

bsicamente el control de la interseccin se realiza a travs del protocolo SDLC. Para el TS-2

Tipo 2 la comunicacin slo existe entre el controlador, el monitor de conflictos y la unidad de

interfaz de bus del mdulo de deteccin y el control se realiza como se ha descrito anteriormente.

Para ambos modelos la estacin principal de comunicacin siempre es el controlador mientras

que los dems componentes son estaciones secundarias.

Tanto para el estndar TS-1 como para el TS-2 Tipo 2 el controlador posee como mnimo tres

conectores militares ubicados en el frente del dispositivo ejemplo de esto es la figura 4.2, en

donde tenemos un controlador NEMA TS1 y adems de observar sus conductores se aprecia que

no posee ninguna interfaz de comunicacin [8].

Figura 4.2. Controlador diseado segn el estndar TS-1

(Barlow y Noyce 2003)

25

Para el TS-2 Tipo 1 slo se utiliza un conector que posee un nmero menor de pines el cual es

solo la entrada de alimentacin del equipo, dado que como mencion anteriormente, todas las

seales control en este caso se envan a travs del bloque de comunicacin.

Figura 4.3. Controlador diseado segn NEMA TS2 del Tipo 1

(Barlow y Noice 2003)

CAPTULO 5

MONITOR DE CONFLICTOS

5.1. Funcionamiento del monitor de conflictos

Como se dijo inicialmente, la funcin principal del este dispositivo es garantizar que las

indicaciones de paso en la interseccin no sean conflictivas, sin embargo las caractersticas

fsicas que requiere el dispositivo para realizar dicha funcin, hacen que sea til para realizar la

supervisin de tensiones de alimentacin y deteccin de otros problemas que afecten las seales

de control de la interseccin.

Un monitor de conflictos debe realizar la lectura y el procesamiento de las seales de salida de

los conmutadores de carga y de las tensiones de alimentacin del sistema, constantemente. De

encontrar alguna condicin no deseada, se calcula si la permanencia de esta supera el tiempo

lmite, es decir, el tiempo que puede soportar la interseccin esta condicin sin afectar el control

de las luces de sus semforos. Este tiempo vara dependiendo de la condicin detectada.

De superar el tiempo lmite se considera que el sistema de control de la interseccin fall, por

ello, se debe colocar esta en intermitencia e indicar en el equipo cual fue el tipo de falla y debe

permanecer as, hasta que el dispositivo sea reiniciado.

El diagrama de flujo ubicado en la figura 5.1, describe el funcionamiento tpico de un monitor

de conflictos.

27

Figura 5.1. Diagrama de funcionamiento de un monitor de conflictos.

28

Para poder realizar su funcin, un monitor de conflictos debe conformar un sistema compuesto

por las etapas mostradas en la figura 5.2 descritas a continuacin.

Figura 5.2 Diagrama de bloques genrico monitor de conflictos

5.1.1. Alimentacin

Se encarga de la proteccin, rectificacin y reduccin de la onda de 120 VAC que alimenta a

todos los componentes encontrados dentro del monitor de conflictos.

5.1.2. Acondicionamiento de entradas

El acondicionador entradas, tal como lo indica su nombre, deber adecuar las seales a

supervisar para poder introducirlas a la etapa de comparacin (reduccin del nmero circuitos,

rectificacin, reduccin o amplificacin de la tensin, etc.).

29

5.1.3. Comparacin

Tal como lo dice su nombre, en esta etapa se comparan todas las entradas que se desean

supervisar en el monitor de conflictos a un valor de referencia, el cual vara dependiendo del tipo

de entrada a evaluar.

5.1.4. Control

La etapa de control es la encargada de obtener toda la informacin proveniente de otros

mdulos, procesarla y actuar en consecuencia. Dicho mdulo generalmente est compuesto por

un microcontrolador o microprocesador y los componentes que este necesita para su

funcionamiento (resistencias, pulsador, oscilador de cristal, memorias, perifricos, entre otros).

En el monitor de conflictos, este mdulo determina si lo procesado por las etapas de

comparacin y acondicionamiento de entradas, no indica alguna falla. En caso de detectar alguna

falla, tambin es el encargado de transferir las salidas a estado de intermitencia y de mantenerse

en este estado hasta que el monitor de conflictos sea reiniciado.

5.1.5. Compatibilidad

El termino compatibilidad para los monitores de conflictos, se define como la cualidad que

posee un canal con respecto a otro, cuando pueden concurrir sus seales activas, siendo un canal,

la manera de agrupar todas las seales de una fase en el monitor de conflictos.

30

El bloque de compatibilidad, es en donde se configura la relacin entre los canales de monitor,

el tiempo de reencendido luego de ocurrida una falla elctrica, y la activacin o desactivacin de

algunos tipos de supervisin. Esto generalmente se realiza a travs de un dispositivo removible,

as, de tener la necesidad de reemplazar el monitor de conflictos, se pueda remover su

configuracin y colocar en el monitor de conflictos de repuesto.

5.1.6. Acondicionamiento de salidas

Etapa en la que se adaptan las salidas a los rels e indicadores LED segn la respuesta del bloque

control. Generalmente est compuesta por dispositivos que aslen el circuito de control de los

circuitos de mayor potencia y a la sincronizacin de las salidas.

5.2. El monitor de conflictos segn los estndares NEMA TS 1, NEMA TS2 y COVENIN

2753:1999

5.2.1. NEMA TS 1

Las normas CONVENIN 2753:1999 Y NEMA TS2 estn basadas en esta norma, por esta razn

este estndar ser explicado con mayor detalle [9].

TS 1 describe 4 tipos de monitores de conflictos, el Tipo 3 que posee tres canales de entrada

incompatibles por defecto y los tipo 6, tipo 12 y tipo 18 que posee seis, doce y dieciocho canales

de entrada respectivamente todos ellos con compatibilidad programable. Cada canal consiste en

cuatro entradas de 120 VAC para las seales verde, amarillo, rojo vehicular y verde peatonal.

31

Para aquellos monitores de conflictos en donde se deba configurar la compatibilidad entre

canales, sta se realiza a travs de una tarjeta programable intercambiable, las cuales consisten en

un circuito impreso con perforaciones.

Los canales compatibles se indican a travs de puentes conectores. Si una combinacin no

posee puente sus canales quedarn configurados como conflictivos, por lo que la activacin

simultnea de sus seales activas provocar pasar a intermitencia la interseccin. Por ejemplo, en

la figura 5.3 podemos observar que el canal 1 es compatible slo con el canal 5 y con el canal 6.

De activarse la fase conectada en el canal 2 al mismo tiempo que la conectada en el canal 1, se

generara un conflicto, lo que posiblemente se deba a un problema en la programacin colocado

en el controlador de los semforos y como se dijo anteriormente se pasa a la interseccin a

intermitencia [10].

Figura 5.3. Configuracin de tarjeta perforada

(PEEK Traffic Corporation 2005)

Todas las entradas y salidas, deben encontrarse en el panel frontal y deben utilizarse conectores

MIL C-26482.

5.2.1.1. Alimentacin y entradas de control

NEMA TS1 define como, AC+ a la entrada de los 120 VAC protegida por un fusible, la cual

ser utilizada para alimentar todos los componentes que garantizan la lgica del dispositivo.

32

AC- es el retorno de los 120 VAC y debe ser conectado al neutro de la alimentacin del

gabinete. Deber ser la referencia para todas las tensiones provenientes de las seales semafricas

a medir.

La tierra es el terminal de entrada que garantiza una conexin independiente a la carcasa del

monitor de conflictos. La tierra del circuito lgico es el punto de referencia en tensin y retorno

para todos los circuitos DC. AC-, la tierra y la tierra del circuito lgico, nunca deben estar

conectadas juntas.

Por otro lado, norma define como entradas de control: Reinicio, Monitor de tensin del

controlador e Inhibir el monitor de 24 V.

5.2.1.2. Funciones del monitor de conflictos

Para este estndar las funciones de un monitor de conflictos son las siguientes:

5.2.1.2.1. Medicin de seales

Como se coment anteriormente, por cada canal deben existir cuatro entradas para permitir de

esta forma la supervisin de tensiones para seales vehiculares rojas, amarillas y verdes y para

seal peatonal verde.

Toda seal amarilla y verde (ya sea vehicular o peatonal), debe ser considerada como activa a

partir de los 25 Vrms, de ser menor a 15 Vrms se considera inactiva. Para considerar activa una

seal roja, se requiere de 60 10 Vrms.

33

5.2.1.2.2. Supervisin de conflictos

Cuando existan tensiones entre canales conflictivos durante un tiempo de 450 milisegundos o

ms, deber considerarse la falla por conflicto. Si dos tensiones de canales conflictivas se activan

simultneamente por un tiempo de duracin menor a los 200 milisegundos no se considera falla

por conflicto.

5.2.1.2.3. Supervisin de Rojos

El monitor de conflictos debe ser capaz de detectar la ausencia de tensin en todas las entradas

de un canal. Si en un canal al menos una salida no est presente en todo momento, la unidad

deber realizar un conteo de la duracin de esta condicin si la condicin existe por menos de

700 milisegundos no se califica como falla, pero si la condicin permanece por 1000

milisegundos o ms califica como falla por supervisin de rojos.

Si entrada de habilitacin supervisin de rojos se encuentra conectada a AC+ se permite que se

realice la supervisin de rojos, de lo contrario se inhibe dicha funcin.

5.2.1.2.4. Supervisin de tensiones

El dispositivo debe ser capaz de monitorear las dos entradas de 24 VDC, y la seal del monitor

de tensin del controlador. De slo monitorear una fuente de 24VDC, se debern cortocircuitar

internamente las entradas de las fuentes.

34

Para las fuentes de 24VDC a partir de una tensin de 22 V se considera aceptable mientras que

una tensin menor que 18 V se considera inapropiada y en este caso, se obtiene una falla por

tensin.

Si la entrada de inhibir 24VDC se encuentra en estado verdadero (bajo), no se deber realizar la

supervisin de estas fuentes.

Si la seal de entrada proveniente del monitor de tensin interno del controlador no posea un

estado verdadero (bajo), se considera como falla por tensin.

5.2.1.2.5. Reinicio

Activar el botn de Reinicio, o la entrada por conector de reinicio, deber causar que los rels

de salidas cambien a la posicin de reinicio y permanezca en esta siempre que no exista ninguna

falla. Se tiene una entrada de reinicio slo para facilitar las pruebas automticas.

El dispositivo debe responder en caso de cualquier falla energizando los rels de salida.

5.2.1.2.6. Indicadores

Como mnimo debe indicar, falla por conflicto, falla por supervisin de rojos y tener un

indicador por canal que indique la presencia alguna de las siguientes seales verde tanto

vehicular como peatonal o amarillo. En caso de falla todos los indicadores anteriormente

descritos debern quedarse en el estado en que se encontraban durante la deteccin de la falla

hasta que se reinicie el dispositivo. Por ltimo debe indicar la ocurrencia de una falla por tensin.

35

5.2.1.2.7. Tiempo mnimo de intermitencia luego de la interrupcin de la energa elctrica

El monitor de conflictos debe detectar la ausencia de tensin en AC+. Si dicha ausencia excede

los 47575 milisegundos la unidad debe dejar de energizar los rels de salida. Luego de la

restauracin de energa, los rels debern permanecer en ese estado por un tiempo que puede ser

ajustable entre los 4 y 10 segundos con un incremento de 1 segundo.

5.2.2. NEMA TS 2

Para sta slo existe un modelo de monitor de conflictos, que debe ser capaz de trabajar de dos

modos:

Tipo 12: Con la idea de poder utilizar el dispositivo en un gabinete diseado bajo el

estndar de NEMA TS1. Consiste en un monitor de 12 canales, cada canal compuesto por cuatro

entradas de 120 Vrms (Verde, amarillo y rojo vehiculares y verde peatonal).

Tipo 16: Consiste en un monitor de 16 canales, cada canal compuesto por tres entradas de

120 Vrms (Amarillo vehicular, verde y rojo tanto vehicular como peatonal).

Las funciones de monitor de conflicto se definen de la misma manera que en el estndar

anteriormente descrito. Uno de los cambios ms significativos es que el tiempo mnimo de

intermitencia luego de una interrupcin de la energa elctrica, ahora es ajustable de 6 a 16

segundos con incrementos de 1 segundo y que anteriormente no quedaba definido como se

realizaba esta programacin, sin embargo la mayora de las compaas que disean monitores de

36

conflictos segn TS1 utilizan interruptores DIP para realizar el ajuste. NEMA TS2 especifica que

dicho tiempo debe definirse en la tarjeta programada.

La tarjeta programada tiene un nuevo diseo, en su nueva versin adems de establecer si existe

compatibilidad entre cada uno de los 16 canales y para definir el tiempo mnimo de intermitencia,

puede activar la supervisin de las fuentes de 24 V, la supervisin de tensin del controlador y el

tiempo mnimo de despeje para cada canal, esto ltimo es una definicin no existente en el

estndar anterior.

5.2.2.1. Supervisin de intervalo de cambio mnimo de amarillo y rojo de despeje

El monitor debe verificar que el intervalo entre el fin de un verde activo y el comienzo del

prximo verde conflictivo sea de al menos de 2.70.1 segundos. Tambin debe comprobar que

las seales amarillas permanezcan activas por lo menos 2.70.1 segundos.

Cuando no se cumpla alguno de estos intervalos se considera falla por supervisin de intervalo

de cambio mnimo de amarillo y rojo de despeje, por esta razn se debe transferir los rels a la

posicin de intermitencia. Esta funcin se puede desactivar por canal en la tarjeta programable.

De tener un valor inferior a los 70 Vrms en la entrada de habilitacin supervisin de rojos se

inhibe esta funcin.

5.2.2.2. Puerto 1

Como se indic anteriormente, a partir de este estndar el monitor de conflictos se comunica

con el controlador a utilizando el protocolo SDLC. Al puerto de salida de ambos dispositivos

para realizar la comunicacin se le conoce como Puerto 1. Para este dispositivo se utiliza un

37

conector del tipo DA15. La comunicacin slo estar activa cuando el monitor de conflicto est

funcionando como monitor tipo 16.

En el caso de que ocurra una falla en la comunicacin el monitor deber pasar sus rels a estado

de intermitencia indicar la falla.

5.2.2.3. Indicadores

Adems de los indicadores anteriormente mencionados en la NEMA TS1, ahora tambin debe

mostrar si ocurri una falla por el puerto 1, falla por supervisin de intervalo de cambio mnimo

de amarillo y despeje de rojo, falla en el microprocesador del monitor y si est en estado de

intermitencia.

5.2.3. COVENIN 2753:1999

La norma COVENIN 2733:1999 establece los requerimientos mnimos y las pruebas que

deben cumplir los equipos de control de semforos a utilizados en Venezuela.

El equipo deber tener al menos las siguientes funciones: supervisin de conflictos,

supervisin de seales mltiples, supervisin de rojos y el procesamiento de la seal del monitor

de tensin del controlador. Las caractersticas de estas funciones son las mismas que poseen en

los estndares de NEMA.

38

No se especifica cmo se debe programar la compatibilidad entre canales, ni fija el nmero de

canales que debe poseer el monitor de conflictos, los tipos de conectores a utilizar, ni las

dimensiones del dispositivo, por lo que deja cierto grado de libertad a la hora del diseo.

CAPTULO 6

ESTUDIO DE GABINETES

Para complementar los conocimientos adquiridos de forma terica, se observaron algunos

gabinetes instalados en la ciudad de Caracas y dos gabinetes que se encontraban en la empresa al

momento de la pasanta.

6.1. Gabinete de controlador Novax 6905

Se puede observar en la figura 6.1 que el controlador de la marca canadiense Novax, se conecta

directamente de la bornera del gabinete a travs de su tarjeta madre en lugar de utilizar algn

conector. El gabinete tiene capacidad para soportar hasta 12 conmutadores de carga, todos

protegidos por fusibles, posee adems tomacorrientes, conmutador de intermitencia, rel de

transferencia, monitor de conflictos y panel de deteccin.

Figura 6.1. Controlador Novax 6905

40

El monitor de conflictos utilizado en este gabinete se observa en la figura 6.2, posee 6 canales,

fue diseado bajo el estndar NEMA TS1 y adems de las caractersticas que exige la norma,

posee supervisin de entrada a seales mltiples.

Figura 6.2.Monitor de conflictos EDI

6.2. Gabinete Peek

Este gabinete se puede observar en la figura 6.3, cumple los estndares NEMA TS2 aunque

est configurado para trabajar bajo los principios de la TS1. Es uno de los gabinetes ms

completos, aunque no posee mdulo de deteccin pero si tiene el estante diseado para su

montaje. Soporta hasta 16 conmutadores de carga, posee 4 rels de transferencia, conmutador de

intermitencia, monitor de conflictos, fuente de poder, panel policial y tcnico, mesa de trabajo,

entre otros.

Si bien posee puerto 1 para comunicarse entre el controlador y los dems componentes del

gabinete, funcionando como TS 1, esta funcin queda inhabilitada.

41

Adicionalmente, el monitor de conflictos en este caso posee pantalla, teclado, protocolo RS-

232, para comunicarse a un computador y es capaz de realizar un registro de los eventos en su

memoria interna.

Figura 6.3 Gabinete Peek

6.3. Gabinete Semavenca

Este es un gabinete utiliza un controlador de seis fases, tiene instalados tres conmutadores de

carga aunque tiene capacidad para seis, posee panel tcnico y el conmutador de intermitencia. No

posee monitor de conflictos. Posee comunicacin a travs de RS-232. Se puede observar en la

figura 6.4 el gabinete abierto en funcionamiento.

42

Figura 6.4. Gabinete Semavenca

CAPITULO 7

DISEO DEL MONITOR DE CONFLICTOS

Los gabinetes estudiados en el captulo anterior, estaban conectados para funcionar segn

NEMA TS1 y/o COVENIN 2753:1999. La mayora de los gabinetes de controladores de

semforos que se encuentran en Venezuela no cumplen el estndar NEMA TS2, pero poseen

aspectos de esta norma.

Por esta razn se quiere disear un monitor que cumpla con COVENIN 2753:1999, para as

adaptarse con facilidad al mercado venezolano, pero que posea caractersticas importantes de

NEMA TS1 Y TS2 y pueda ser adaptado para alcanzar ambos estndares con facilidad.

En el presente trabajo se propone un diseo de monitor de conflictos de 8 canales, en donde

cada canal consistir de cuatro entradas para las seales vehiculares verde, amarillo y rojo y para

la seal verde peatonal.

7.1. Funciones del monitor de conflictos a disear

Para definir sus funciones debemos aclarar que el monitor considerar que una seal verde

peatonal o vehicular y amarilla vehicular se encuentra activa si su tensin eficaz es igual o

superior a los 25 V. Las seales rojas se consideraran activas a partir de una tensin eficaz de

60V.

44

Las funciones fundamentales del prototipo de Monitor de Conflictos sern las siguientes:

7.1.1. Inicializacin

Cada vez que el monitor de conflictos encienda deber esperar un tiempo antes de comenzar a

supervisar el sistema del gabinete del controlador. Este tiempo va de 6 a 16 segundos y puede ser

configurado en la tarjeta de programacin. Este dispositivo no poseer botn de encendido, por lo

que la nica forma de que se apague ser a travs de su desconexin o de una falla elctrica en la

alimentacin del gabinete. Durante este tiempo la interseccin se encontrara en intermitencia.

7.1.2. Supervisin

El monitor de conflictos detectar una falla por:

7.1.2.1. Supervisin de conflictos

Cuando se obtienen tensiones simultneas entre verdes y/o amarillos de canales conflictivos por

ms de 450 milisegundos. Esto evita la presencia de seales en la interseccin que puedan causar

colisiones vehiculares.

7.1.2.2. Supervisin de Rojos

Si se detecta la ausencia de tensin en todas las seales de un canal por ms de 1000

milisegundos. Su nombre puede generar confusin, se suele creer que solo examina los canales

45

rojos, pero en realidad supervisa que por lo menos una de las entradas de los canales vehiculares

se encuentre activada en la salida de los conmutadores de carga. No supervisa el estado de la

carga.

7.1.2.3. Supervisin de cambio mnimo de amarillos

Si la duracin del amarillo de un canal es menor a los 2.70.1 segundos. Esto permite que los

conductores tengan el tiempo necesario para detenerse luego observar la seal amarilla del

semforo sin ocasionar accidentes.

7.1.2.4. Supervisin de tensin de 24V

Si la tensin de las fuentes de 24 VDC decae a un valor inferior a los 18 VDC por ms de 175

milisegundos.

7.1.2.5. Supervisin de tensin del controlador

Si la tensin del controlador supera los 18 VDC por ms de 175 milisegundos.

7.1.2.6. Supervisin de seales mltiple

Si se detecta tensin si algunas seales de un mismo canal estn activas simultneamente por

ms de 500 milisegundos. Esto con la idea de supervisar que las seales mostradas en todas las

fases de la interseccin sean claras.

46

En caso de detectar cualquiera de las fallas descritas en los puntos anteriores, las salidas del

monitor debern mandar el sistema a intermitencia, indicar el tipo de falla, incluyendo los canales

involucrados y mantenerse en este estado mientras no se reinicie la unidad.

7.1.3 Comunicacin

El monitor debe ser capaz de comunicarse con el controlador de semforos y con un

computador, para as transmitir informacin de los eventos ocurridos en la interseccin.

7.1.4 Configuracin

El equipo debe ser configurable segn las caractersticas de la interseccin. Se podrn

configurar, el nmero de canales a utilizar, la relacin entre los canales de monitor, el tiempo de

intermitencia inicial, y la activacin o desactivacin la supervisin de tensin del controlador,

supervisin de tensiones de fuentes de 24 V, el monitor de tiempo mnimo de amarillo y el

monitor de indicaciones mltiples.

7.2 Descripcin general del sistema

En la figura 7.1 se puede observar que el prototipo posee siete mdulos que se encargan de

realizar determinadas tareas e interactan entre ellos para lograr las funciones descritas en el

punto anterior.

47

Figura7.1. Diagrama de bloques del sistema.

7.2.1. Alimentacin

Para proteger el circuito AC se recurri al uso de un varistor de 175 V y de un fusible de 0.5 A.

Para la reduccin de los niveles de tensin primero se utilizan dos transformadores de toma

central, con los cuales se obtuvieron las tensiones efectivas de 24 V, 12 V, y 6 V. Se utilizan

puentes de onda completa para rectificar las seales y se emplean cuatro reguladores de tensin

positiva para obtener los valores as tensiones en corriente continua de 24 V, 12 V, 5 V y 3.3 V.

En la figura 7.2 se describe el funcionamiento de este bloque.

Figura 7.2. Diagrama de bloques de la alimentacin.

48

Dado que este mdulo es elemental para el funcionamiento de los otros, se opt por construir su

circuito impreso y tener un circuito fijo para alimentar la gran mayora de los circuitos de prueba.

Este se puede observar en la figura 7.3.

Figura 7.3 Circuito impreso fuente de alimentacin.

7.2.2. Acondicionamiento de entrada:

Aqu se tiene que realizar un arreglo que conecte a un conjunto de entradas con caractersticas

comunes, a un slo circuito en lapsos de tiempo distintos y de ser necesario atenuar y rectificar la

seales para as realizar la comparacin de la manera ms precisa posible y con un menor nmero

de circuitos. Este mdulo va a estar estructurado como se observa en la figura 7.4.

Figura 7.4 Diagrama de bloques de acondicionamiento de entradas.

49

En la primera etapa se selecciona de uno en uno las entradas para que circulen por el circuito en

tiempos distintos. Esto se realiza utilizando un decodificador manejado a travs por la etapa de

control.

Como se quiere que el diseo permita en un futuro aumentar el nmero de canales del monitor,

sin tener la necesidad de realizar muchos cambios, se coloc un decodificador de 16 canales,

recordando que ese es el nmero de canales del estndar NEMA TS-2.

As tendremos ms salidas que las necesarias, pero estas pueden desactivadas a travs de la etapa

de control. La nica desventaja es que el coste de este dispositivo en comparacin es mayor en

comparacin de uno de menor tamao sin embargo la diferencia es muy pequea y debe ser

considerada slo de pensar en producirse una gran cantidad de equipos.

Para las seales de entrada se utilizan aisladores pticos en cada una de estas para as aislarlas de

los circuitos digitales que no soportan altos niveles de corriente, sin dejar de controlar su paso a la

etapa de comparacin a travs de estos.

Para realizar la comparacin, se tiene que acondicionar la seal. Basndose en el principio de

funcionamiento de un voltmetro digital, se utiliza un divisor de tensin, y para el caso de seales

AC, un puente rectificador.

7.2.3. Comparacin

En esta etapa la integran todos aquellos circuitos que comparan las seales de entrada con una

tensin de referencia proveniente de la etapa de alimentacin, la cual vara, segn los tipos de

entradas a medir en el circuito. Podemos observar el principio de funcionamiento en el diagrama

50

encontrado en la figura 7.5. La salida de este bloque deber ser 0 VDC, si la tensin evaluada es

superior a la tensin de referencia y 1 VDC en caso contrario.

Figura 7.5. Diagrama de bloques mdulo de comparacin

7.2.4. Acondicionamiento de comunicaciones

Dado que tenemos la funcin de comunicacin en el diseo se requiere de una etapa que facilite

el intercambio de informacin ya sea con el controlador de semforos o con un computador. Para

ello se consideraron dos estndares, el RS-232 y el SDLC. Para este bloque no se realiz el

diseo del software pero si el de sus circuitos, los que se describen en las figuras, 7.6 y 7.7.

En estos dos no existen grandes diferencias, excepto los tipos de integrados que se utilizan para

adaptar las tensiones de nuestro circuito a las tensiones de necesarias segn los protocolos, sus

tensiones de alimentacin y el nmero de hilos para realizar la transmisin de informacin.

Figura 7.6. Diagrama de bloques mdulo de comunicacin SDLC.

51

Figura 7.7. Diagrama de bloques mdulo de comunicacin RS-232.

En los gabinetes previamente estudiados, ninguno estaba configurado para utilizar SDLC, en

cambio todos podan comunicarse a travs el protocolo RS-232. Por lo que no se recomienda

implementar SDLC a menos que se decida disear un controlador que utilice este protocolo, o

que aparezcan gabinetes con SDLC en el mercado venezolano.

7.2.5 Compatibilidad

Se encontraron diferentes opciones para configurar el monitor de conflictos como, tarjetas

perforadas, interruptores tipo DIP, tarjetas con puentes de diodos (las cuales funcionan de manera

inversa a la tarjeta perforada), tarjetas con interruptores tipo DIP y memorias extrables no

voltiles [11][12].

Se consider realizar este mdulo utilizando interruptores DIP, creando una tarjeta perforada o

travs de una memoria SD. Para los dos primeros casos se requiere al menos del uso de registros

de desplazamiento para reducir el circuito, pero se decidi utilizar una tarjeta SD dado que le

otorga al dispositivo la libertad de definir el nmero de canales a utilizar y la posibilidad de

expandir sus funciones en un futuro, tambin puede servir para almacenar en ella un registro de

eventos y adicionalmente su circuitera es mucho ms sencilla.

Lo negativo del uso de una tarjeta SD en comparacin a las otras opciones es que si se desea

modificar configuracin se necesita de un computador para hacerlo, sin embargo, la

52

configuracin de un monitor de conflictos para una interseccin por lo general no se le realizan

modificaciones.

Se puede notar en el diagrama de la figura 7.8 que el principio de funcionamiento de esta etapa

es muy sencilla, estar compuesta por la tarjeta SD, en donde se encuentra almacenada la

informacin en un archivo con formato ASCII y el circuito adaptador el cual est compuesto por

el conector de la tarjeta y un conjunto de resistencias necesarias para realizar la comunicacin a

travs del protocolo SPI.

Figura 7.8. Diagrama de bloques del mdulo de compatibilidad

Cabe acotar que con este diseo nicamente se pueden emplear tarjetas con la tecnologa SDSC

(es decir tarjetas SD cuya capacidad sea entre 1MB a 2GB)

7.2.6. Control

El mdulo de control estar compuesto por el microcontrolador en donde se encontrar toda la

programacin, los componentes para su funcionamiento (para este caso el oscilador de cristal), el

circuito de reinicio y el mdulo RTC, este ltimo, ya que se desea que el dispositivo sea capaz, de

llevar un registro de los eventos previos a una falla. El circuito de reinicio ira conectado al pin de

53

reinicio del microcontrolador y tendr un botn el cual se situar en la parte delantera del equipo

para reiniciar el dispositivo.

.

Considerando que se desean manejar al menos 26 puertos de entradas y salidas, es importante

seleccionar un microcontrolador que posea un nmero alto de pines de entrada y salida.

Para el mdulo de compatibilidad se requiere el uso de un protocolo SPI, y para enviar la

informacin del RTC encontrado en el mercado, al microcontrolador se requiere del protocolo I2C.

Tambin sera deseable poseer al menos un mdulo UART para que el monitor de conflictos

definitivo pueda comunicarse a travs de RS-232. Tambin se necesita un microcontrolador que

posea una memoria RAM alta dado el nmero de variables que debe procesar de forma ordenada.

La empresa posee un Pickit 3 como herramienta de programacin por lo que es importante, que el

dispositivo se pueda programar a travs de ICSP.

Luego de estudiar las opciones que ofrece el mercado venezolano, se decidi por utilizar el

dsPIC30F3011, el cual adicionalmente es el microcontrolador seleccionado para el diseo del

controlador de semforos de la empresa, lo que sera tambin una ventaja si se decidiera desarrollar

ambos productos. Los dsPIC son ideales para el procesamiento de seales en tiempo real y poseen

una arquitectura de 16 bits.

El dsPIC30F3011 posee 40 pines de los cuales 30 son configurables para la entrada y salida de

datos. Posee dos mdulos UART, una memoria flash programable a travs de ICSP y RTSP,

memoria EEPROM de 1024 bytes, memoria RAM de 1024 bytes. Tambin posee un RTC interno,

pero este perdera su configuracin si se tiene algn problema de alimentacin.

Tambin posee un mdulo SPI y un I2C estos ltimos, lamentablemente comparten un par de

pines, y como no se encontr otro microcontrolador con las caractersticas necesarias con ambos

54

mdulos por separado, se decidi usar este dispositivo e implementar uno de los protocolos por

software.

Luego de investigar se concluy que el protocolo ms recomendable para realizar por software es

el SPI, no slo porque su cdigo sera ms sencillo de realizar sino tambin porque el I2C requiere

de salidas de drenador abierto y los pines asignados para I2C ya estn adaptados para trabajar con

este protocolo sin problemas, en cambio para SPI no se requiere realizar ningn cambio de

hardware.

7.2.6.1 Programacin

Para la programacin del microcontrolador se utiliz la interfaz gratuita MPLAB X, junto con

el compilador C30 que es gratuito por un periodo limitado de tiempo.

Las variables del programa sern los datos almacenados en tarjeta SD y las seales obtenidas en

las salidas del mdulo de comparacin. Para el diseo no se programaron los protocolos de

comunicacin, por lo que se asumi la lectura de las variables encontradas en la tarjeta SD,

colocndoles un valor fijo dentro del programa.

De igual forma hay que acotar que debe existir un proceso inicializacin en el cual el programa

manda las salidas a intermitencia mientras, el monitor lee la tarjeta SD y le da oportunidad al

controlador de encender correctamente (por ejemplo, la tensin del controlador, viene previamente

evaluada por s mismo, al estar iniciando, los valores de esta medicin, no necesariamente sern los

correctos). Las salidas estarn en intermitencia durante el periodo de tiempo programado en la

tarjeta.

Una desventaja de esto, es que el botn de reinicio del equipo se conect a travs del pin de

reinicio del microcontrolador, lo que ocasionar que una vez que se presione el botn se reinicie el

55

programa y se realice el proceso de inicializacin, una solucin planteada para evitarlo, sera que

cada vez que ocurra una falla se almacene una variable en la memoria SD que indique saltar la

inicializacin, y que luego de esto se cambie el estatus de dicha variable.

En caso de que en la unidad no se encuentre conectada una tarjeta se mantendr la interseccin en

intermitencia y se indicar la falta de la tarjeta.

El programa realizado posee una funcin que activa el selector del decodificador ubicado en el

mdulo de acondicionamiento de entradas y realiza la lectura de las salidas del mdulo de

comparacin, otra funcin evala constantemente que estas salidas cumplan las condiciones

deseadas en el sistema, en caso de encontrar una condicin no aceptable, se estudia su tiempo de

permanencia, si es inferior a los lmites establecidos no se considera falla y se sigue supervisando el

sistema.

De manera similar ocurre con algunas condiciones deseadas ya que deben permanecer por un

periodo de tiempo o de lo contrario sern declaradas como fallas.

Luego se enva la informacin sobre el estatus del sistema de forma serial a salida en donde se

activaran de ser necesario los indicadores LEDs y los Rels, esto se realiza a travs de una

funcin que organiza los valores de salida y maneja los relojes de los registros de desplazamiento y

biestables tipo D encontrados en el acondicionamiento de salidas.

Los tiempos de permanencia son contados gracias a una bandera de una interrupcin por

hardware. Esta bandera genera el aumento un contador en caso de permanecer la condicin esa

especfica. Cada condicin poseer su propio contador, para as evitar la deteccin de fallas falsas.

56

Se utiliz otra interrupcin para la variacin de las salidas de control del selector la lectura de los

valores enviados por los comparadores y las salidas del dispositivo, esta ltima interrupcin se

realiza en un tiempo considerablemente menor al primero.

Si se detecta una falla el programa se sale del ciclo de supervisin, de esta manera se mantiene el

estado de indicacin de falla e intermitencia hasta que se realice la reparacin de dicha falla y se

reinicie el equipo.

El diagrama de flujo del programa realizado se puede observar en la figura 7.9.

Figura 7.9. Esquema del programa.

Dependiendo del tipo de supervisin se deben estudiar algunas variables obtenidas en la etapa

de comparacin y algunas otras de la etapa de compatibilidad.

57

Para entender un poco mejor el funcionamiento de este sistema, en la tabla 7.1 se muestra a

continuacin cuales son las variables utilizadas segn la supervisin a realizar, y de que etapa

provienen.

Tabla 7.1. Variables de cada supervisin del monitor de conflictos diseado.

N Tipo de supervisin Variables de Comparacin Variables de compatibilidad

1 Conflictos Canales verdes y amarillos Compatibilidad entre canales

2 Rojos Todos los canales Habilitacin de Supervisin 2

3 Intervalo de cambio de

amarillo

Canales Amarillos Habilitacin de Supervisin 2 y 3

4 Tensin 24 V Tensin 24 V Habilitacin de Supervisin 4

5 Tensin del Controlador Tensin del Controlador Habilitacin de Supervisin 5

6 Seales mltiples Todos los canales Habilitacin de Supervisin 6

7.2.7. Acondicionamiento de salidas

Para poder controlar los rels a travs de un circuito digital utilizamos dispositivos de aislamiento

ptico. Cabe acotar que la bobina de los rels utilizados comnmente en este caso consume

aproximadamente 1.4W y dado que se alimentan con 24 V, la corriente estar alrededor de los 58

mA. Por otro lado se decidi utilizar una resistencia entre la etapa de control y el aislamiento ptico

para disminuir el paso de corriente en esta etapa.

Dado a las limitaciones en cuanto a nmero de pines del microcontrolador, la salida se realiza de

forma serial, por esta razn se utiliza registros de desplazamiento de tipo serial/paralelo obteniendo

de forma ordenada todas las salidas. Tambin se utilizaron biestables tipo D ya que son capaces de

almacenar en su memoria un bit de informacin y mostrarlo cuando se produzca un flanco de subida

58

(o de bajada en algunos casos) de la seal de reloj, esto es muy importante dado que los rels e

indicadores LEDs necesitan mantener sus estados hasta que se les indique lo contrario. Podemos

encontrar su esquema de funcionamiento generalizado en la figura 7.10.

Diagrama 7.10. Diagrama de bloques acondicionamiento de salidas

Bsicamente, para concluir el diseo del monitor de conflictos faltara programar por software

el protocolo SPI, por hardware el I2C y el RS-232 a travs de uno de los mdulos UART, luego

se debe acoplar el programa ya realizado, a las funciones de estos protocolos, por ejemplo,

programar la lectura de datos almacenados en la tarjeta. Con respecto a la circuitera, restara

realizar el diseo de las tarjetas impresas. Se recomiendan utilizar 3 tarjetas impresas,

distribuyendo las etapas de la siguiente manera:

Tarjeta 1: Alimentacin

Tarjeta 2: Acondicionamientos de entradas, acondicionamiento de salidas y comparacin.

Tarjeta 3: Control, compatibilidad y acondicionamiento de comunicaciones.

59

Si bien ya se dise e implement una tarjeta de alimentacin, es recomendable utilizar unos

transformadores de menor tamao para ahorrar espacio dentro de la carcasa, lo que modificara el

diseo.

Se realiz un bosquejo del monitor de conflictos que podemos observar en la figura 7.11. Los

tipos de conectores seleccionados fueron los DB25, DC37 y DE9, se observa la entrada para la

tarjeta SD, los indicadores LED y el botn de reinicio.

Figura 7.11. Bosquejo del monitor de conflictos.

Durante el proceso de diseo se realizaron pruebas a los componentes seleccionados en cada

etapa, para comprobar que realizaran sus funciones de forma correcta. En la figura 7.12 podemos

observar una de estas pruebas, especficamente para el microcontrolador, utilizando la fuente de

alimentacin y programador Pickit 3.

60

Figura 7.12. Prueba con el microcontrolador.

61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Para el diseo de un dispositivo como el Monitor de conflictos, es de vital importancia producir

una documentacin precisa y completa durante el proceso, de manera que otras personas sean

capaces de entenderlo hasta el punto de poder construirlo. Tambin es importante acotar que se

debe realizar una investigacin profunda sobre el dispositivo y el entorno para obtener un diseo

funcional. A la hora de disear, es importante considerar los aspectos econmicos, el costo de los

componentes del equipo y el valor que tienen los componentes similares a l en el mercado.

Los sistemas de control de trnsito vehicular modernos, se rigen bajo estndares que si bien son

muy complejos, tambin, son muy tiles ya que renen aos de experiencia en el rea, sirviendo de

gua para la comprensin de estos sistemas.

Se recomienda realizar un circuito que supervise el funcionamiento del microcontrolador de la

unidad, no es recomendable supervisar por software, porque puede causar problemas en el control

de las intersecciones.

Para la configuracin del monitor de conflictos, es aconsejable crear una interfaz grfica en la que

el usuario configure fcilmente su tarjeta utilizando un computador. El uso de una tarjeta SD

permite que las funciones de un dispositivo puedan aumentar o perfeccionarse en un futuro. Es

recomendable que la informacin almacenada en la SD se transfiera

Implementar el protocolo SDLC no ser ventajoso a menos que se considere disear un

controlador o un gabinete por la empresa en un futuro que implemente este protocolo. Se

recomienda utilizar el puerto RS-232 para la comunicacin del monitor y as notificar todos los

eventos de fallas a los centros de mando. Adicionalmente se recomienda agregar un registro de

eventos.

62

Se recomienda crear un mdulo de desarrollo para la realizacin de pruebas del software. A travs

de estas pruebas se recomienda realizar el ajuste de los tiempos de seleccin y lectura de seales en

el equipo. Tambin se recomienda realizar ms pruebas en la etapa de comparacin para garantizar

su funcionamiento. Una vez implementado el prototipo, se recomienda realizar las pruebas

encontradas en CONVENIN 2753:1999 con los gabinetes en los que se desee conectar el producto.

63

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] EFE (2012). Los caraqueos pierden cuatro horas diarias por el trfico. El mundo.

Disponible en la web: http:www.elmundo.com.ve, consultado el 3 de enero de 2013.

[2]Grupo Intech Solutions, 2013, Quines Somos, Disponible en Internet:

http://www.grupointech.com/quienes-somos/, consultado el 3 de enero de 2013.

[3]De Jess, Sergio, Libro de pasanta DISEO DE UN TABLERO SIMULADOR Y DE UN

CONTROLADOR DE SEMFORO, USB, Abril de 2012.

[4] Roads and Traffic Authority. Hands on control. New South Wales Transport Management

Center.Australia. 2012.

[5]Minnesota Department of Transportation, Office of traffic, safety & technology. Traffic

Signals 101.Topic 5 Cabinets Minessota, U.S.A.-2012.

[6]National Electrical Manufacturers Association. (1989).Traffic Control Systems

NEMA-TS 1, Washington, DC, U.S.A.-1989.

[7]National Electrical Manufacturers Association. (2003).Traffic Controller Assemblies with

NTCIP Requirements Version 02.06 NEMA-TS 2, 2003.

[8]Barlow, J y Noyce, D, Interfacing Accessible Pedestrian Signals (APS) with Traffic Signal

Control Equipment United States Access Board, Washington, DC, U.S.A.-2003.

[9] CODELECTRA. (1999). EQUIPOS DE CONTROL DE SEMFOROS 1ra Revisin.

COVENIN-Norma COVENIN 2753:1999, Caracas, Venezuela-1999.

[10] PEEK Traffic Corporation, Operating Manual Double Diamond Malfuntion Managment

Unit. Florida, U.S.A.-2005.

[11]Eberle Desing Inc, 2012, MonitorKey Data Key Programming Tool Operations Manual

64

Arizona, U.S.A. 2012.

[12]North Carolina Department of Transportation 2018 Conflict Monitor Programming

California, U.S.A.-2008.