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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TECNOLOGÍA DIGITAL
“DETECCIÓN DE CORTE DE ENERGÍA TRIFÁSICA”
TESINA
QUE PARA OBTENER LA
ESPECIALIDAD EN SISTEMAS INMERSOS
PRESENTA:
AMAURY VALENZUELA MARTÍNEZ
BAJO LA DIRECCIÓN DE:
M.C. DAVID J. SAUCEDO MARTÍNEZ
FEBRERO 2010 TIJUANA B.C. MÉXICO
SIP-14
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARíA DE INVESTIGACiÓN Y POSGRADO
ACTA DE REVISIÓN DE TESINA
En la Ciudad de Tijuana, B.C. siendo las 12:00 horas del día 29 del mes de
enero del 2010 se reunieron los miembros de la Comisión Revisora de Tesina designada
por el Colegio de Profesores de Estudios de Posgrado e Investigación de CITEDI
, para examinar la tesina de especialidad titulada:
DETECCIÓN DE CORTE DE ENERGíA TRIFÁSICA.
Presentada por el alumno:
VALENZUELA MARTíNEZ Apellido paterno materno
Con registro: L--_.l.--_.l.--_-'----_-'----_-'----_--'
aspirante de:
ESPECIALIDAD EN SISTEMAS INMERSOS
Después de intercambiar opiniones los miembros de la Comisión manifestaron SU APROBACIÓN DE LA TESINA, en virtud de que satisface los requisitos señalados por las disposiciones reglamentarias vigentes.
LA COMISiÓN REVISORA
,--------._-
M. C. DAVID J~¡(SAUCEDO MARTINEZ
ESP. EDUARDO BARBA CERVANTES
EL PRESIDENTE DEL COLEGIO
S.~. P. iNSTITUTO 'POUTECNLCO NACIONAL
l:.NTRO DE INVESTlGACION y DESARftU\l'r Di: TECNOLOGIA DIGITAL.
DIREOOIOM
Índice de contenido
Índice de contenido
Resumen……………………………………………………………………………………………………….. 1 Abstract………………………………………………………………………………………………………… 2 Agradecimientos…………………………………………………………………………………………… 3 Introducción…………………………………………………………………………………………………. 4 Capítulo I Fundamentos teóricos………………..…………………………………………….. 5
I.1 Historia de las comunicaciones…………………………………………………………… 5 I.2 Radiobase………………………………………………………………………………………….. 5 I.3 Alimentación eléctrica………………………………………………………………………… 6
I.3.1 Tableros eléctricos………………………………………………………………………. 7 I.4 Relevador electromagnético………………………………………………………………… 8 I.5 Módulo de transmisión y recepción de información…………………………….. 10 I.6 Pantalla LCD……………………………………………………………………………………….. 12 I.7 PIC16F877………………………………………………………………………………………….. 13 I.8 Unidad de monitoreo en un sitio de transmisión…………………………………. I.9 Esquemático de sistema………………………………………………………………………
13 16
Capítulo II Desarrollo técnico……………………………………………………………………... 17
II.1 Análisis de fallas eléctricas………………………………………………………………….. 17 II.2 Determinación de la falla eléctrica………………………………………………………. 18
II.2.1 Diagrama de flujo para la detección de la falla…………………………….. 19 II.2.2 Medición autónoma de voltaje……………………………………………………. 20
II.3 Programación del microcontrolador……………………………………………………. 23 II.3.1 Funciones para controlar pantalla LCD………………………………………. 23
II.3.1.1 Función LCD_CONFIG( )………………………………………………… 24 II.3.1.2 Función LCD_CMD( )……………………………………………………… 25 II.3.1.3 Función LCD_OUT( )……………………………………………………… 27
II.3.2 Detección de fallas en el microcontrolador…………………………………. 28 II.3.2.1 Determinación del estado de las fases de alimentación…… 30 II.3.2.2 Determinación del tipo de falla eléctrica…………………………. II.3.2.3 Interfaz con unidad de monitoreo...………………………….………
31 33
Conclusiones…………………………………………………………………………………………………. 34 Glosario………………………………………………………………………………………………………… 35 Bibliografía……………….…..……………………………………………………………………………… 36
Índice de contenido
Apéndices…….……………………………………………………………………………………………….. 37
Índice de figuras
Figura I.2.1.- Interconexión de sitios……………………………………………………………….. 6 Figura I.3.1.- Señal de voltaje trifásico….………………………………………………………….. 7 Figura I.3.2.- Tablero principal………………………………………………………………………… 7 Figura I.3.3.- Tablero secundario…………………………..…………………………………………. 7 Figura I.4.1.- Relevador electromagnético………………………………………………………… 8 Figura I.5.1.- Transmisor y receptor………………………………………………………………… 11 Figura I.6.1.- Pantalla LCD……………………………………………………………………………….. 12 Figura I.7.1.- PIC16F877………………………………………………………………………………….. 13 Figura I.8.1.- Bloques de conexión………………………………………………………………….... 14 Figura I.8.2.- Cableado de bloques de conexión………………………………………………… 15 Figura I.9.1.- Esquemático de sistema……………………………………………………………… 16 Figura II.2.1.- Detección de fallas……………………………………………………………………… 19 Figura II.2.2.- Transformador de corriente……………………………………………………….. 20 Figura II.2.3.- Relevadores en tablero eléctrico……………………………………………….... 22 Figura II.2.4.- Relevadores conectados a circuito de comparación…………………….. 22 Figura II.2.5.- Circuito de comparación lógica…………………………………………………… 23 Figura II.3.1.- Utilización de funciones………………………………………..…………………... 28 Figura II.3.2.- Código etiquetas de fases en tableros eléctricos……..………………….. 29 Figura II.3.3.- Etiquetas de fases en tableros eléctricos……………………………………. 29 Figura II.3.4.- Determinación del estado de las fases……………………………………….. 30 Figura II.3.5.- Visualización del estado de las fases …..…………………………………….. 30 Figura II.3.6.- Código para determinar el tipo de falla……………………………………… 31 Figura II.3.7.- Prueba de código en falla simulada…………………………………………… 32 Figura II.3.8.- Código de interfaz con unidad de monitoreo……..………………………. 33
Índice de contenido
Índice de tablas
Tabla I.4.1.- Características del relevador electromagnético……………………………… 9 Tabla I.5.1.- Parámetros del transmisor RF………………………………………………………. 11 Tabla I.5.2.- Parámetros del receptor RF………………………………………………………….. 12 Tabla I.8.1.- Distribución de terminales de la unidad de monitoreo…………………… 16 Tabla II.3.1.- Parámetros función LCD_CONFIG………………………………………………… 25 Tabla II.3.2.- Funciones de la pantalla LCD……………………………………………………….. 26 Tabla II.3.3.- Función LCD_OUT……………………………………………………………………….. 27
Resumen:
1
Este trabajo trata acerca de un sistema que se generó para determinar la causa
origen de la falla de alimentación eléctrica, que en este caso se aplica a una
radiobase, pero puede aplicarse a cualquier dispositivo, edificio o planta que
esté energizada con voltaje trifásico o monofásico.
El principal problema que se tenía en la radiobase radicaba en el tiempo que se
tomaba para el traslado de un ingeniero, análisis y resolución del problema que
originaba la ausencia de energía eléctrica, lo que en ocasiones representaba
una falla total en la radiobase que se traducía en usuarios sin el servicio de
radiocomunicación.
Mediante un microcontrolador se añadió la funcionalidad de poder determinar
la causa de la falla de energía en la radiobase, por lo que ya no será necesario un
análisis por parte de un ingeniero y se mejorará considerablemente el tiempo de
respuesta ante un problema de energía eléctrica.
Este sistema cumple con una característica de los sistemas inmersos, que es la
de agregar funcionalidad a sistemas implantados mediante dispositivos
electrónicos.
Abstract:
2
This paper describes a system that identifies the main cause in an electrical
shutdown problem. It was designed in a radio site, but, it could be used in any
other place, such as a building or industrial plant who is being energized by a one
or three-phase voltage source.
The main problem that the radio site had when an electrical failure occurred
was the amount of time it took for an engineer to get to the radio site, analyze
the cause of the failure and repair it.
By using a microcontroller a new function was added to the radio site, this
circuit is able to specify the main cause of an electrical shutdown, making the
reparation faster and precise, this will help considerably when any electrical fail
occurs.
This project is consistent with the embedded systems policy by adding
functionality to an installed equipment using electronic devices.
Agradecimientos
3
A mi esposa, de la que he recibido un apoyo excepcional e incondicional a lo
largo de la especialidad, a mis padres que me han inculcado bases
fundamentales para mi desarrollo personal y profesional, al asesor en la
empresa Ing. Iván Robles así como también a los ingenieros Jairo Zamora,
Sergio Ponce y Gustavo Medina que sin su ayuda y colaboración no hubiese
sido posible la realización de la especialidad y de este proyecto.
Introducción:
4
Introducción:
En la actualidad la comunicación es un tema muy importante y crítico a la vez; la
dinámica de los mercados demanda que en especial las empresas tengan a la
mano información de primera instancia y actualizada para tomar decisiones que
llevan al éxito de su negocio, es por esto que los dispositivos móviles han traído en
estos tiempos la movilidad necesaria para cubrir estos aspectos y los hacen una
herramienta potente que determina el éxito o el fracaso de las negociaciones
comerciales.
Por lo anterior, las empresas que proveen la solución de comunicación deben
poseer una infraestructura adecuada y libre de fallas que puedan repercutir en la
falta de su producto e impacten negativamente en sus clientes. Un punto
importante que afecta es la alimentación eléctrica de las radiobases, ya que si se
pierde y no se corrige la falla en un tiempo determinado puede afectar a cientos de
usuarios.
El propósito de este proyecto radica en analizar y determinar la razón de la falla
de energía eléctrica en una radiobase, esto ayudará a reducir en gran medida el
tiempo que se toma en determinar la falla y disminuirá considerablemente el
tiempo de corrección del problema, esto a su vez aumenta la eficiencia de la
radiobase.
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
5
I Fundamentos Teóricos
I.1 Historia de las comunicaciones
La especie humana es de carácter social; es decir, necesita de la comunicación
pues de otra manera viviría aisladamente. Así, desde los inicios de la especie, la
comunicación fue evolucionando hasta llegar a la más sofisticada tecnología,
para lograr acercar espacios y tener mayor velocidad en el proceso.
En la actualidad hay satélites de comunicaciones, sus aplicaciones son: la
navegación, milicia, meteorología, ciencia, estudio de recursos terrestres. La
mayor parte de ellos son satélites de comunicación, utilizados para la
comunicación telefónica y la transmisión de datos digitales e imágenes de
televisión.
El desarrollo de las comunicaciones dio lugar a un nuevo concepto:
Telecomunicación, que significa: conjunto de medios de comunicación a distancia
o transmisión de palabras, sonidos, imágenes o datos en forma de impulsos o
señales electrónicas o electromagnéticas.
I.2 Radiobase
Comúnmente conocida como sitio, la radiobase es la que se encarga del enlace
entre la red en tierra y el usuario móvil, cada uno de estos sitios se conecta a una
unidad de conmutación mediante una conexión T1, por medio de este enlace
también se envía el estado de las alarmas de los equipos instalados en el sitio
hacia un centro de operaciones y mantenimiento que tiene la característica de
configurar los equipos mediante el mismo enlace, en la Figura I.2.1 se puede
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
6
visualizar el esquema de conexión de los sitios con la unidad de conmutación y el
centro de operaciones y mantenimiento.
Figura I.2.1.- Interconexión de sitios1
I.3 Alimentación eléctrica
El tipo de alimentación eléctrica que se utiliza regularmente en las radiobases o
sitios de comunicación es la llamada trifásica, y ésta consiste en un sistema de
tres tensiones alternas, acopladas, (se producen simultáneamente las 3 en un
generador), y desfasadas 120° entre sí (es decir un tercio del periodo).
Estas tensiones se transportan por un sistema de tres conductores (tres fases), o
de cuatro (tres fases + un neutro). Por convención las fases se denominan R, S,
T, y N para el conductor neutro, si existe, en la Figura I.3.1 se puede apreciar la
señal de cada una de las fases.
1 iDEN Enhanced Base Transceiver System (EBTS) Volumen 1 de 3 System Installation and Testing
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
7
Figura I.3.1.- Señal de voltaje trifásico2
I.3.1 Tableros eléctricos
En cada radiobase existen dos tableros eléctricos, uno está en la toma principal
de energía eléctrica, proveniente del proveedor de energía eléctrica (CFE) que se
observa en la Figura I.3.2, y el secundario se localiza dentro de la cabina en
donde se encuentran los equipos de transmisión de la radiobase, mismo que se
muestra en la figura I.3.3.
Figura I.3.2.- Tablero principal Figura I.3.3.- Tablero secundario
2 http://webpages.ull.es/users/ddtorres/Docencia/intalaciones/Electrifica/tema%204.htm
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
8
El tablero principal alimenta al secundario a través de un cableado subterráneo
trifásico; es decir, se utilizan cuatro cables, uno por cada fase y el cuarto es
denominado neutro.
En diversas ocasiones el cableado subterráneo es extraído y cortado por
delincuentes, este problema se presenta más en radiobases alejadas de la ciudad
y en las que se encuentran en zonas conflictivas; este corte afecta el desempeño
de la estación, lo cual pudiera, en caso de que no se repare a tiempo, traducirse
en un apagado general de la radiobase, lo que ocasionaría la pérdida de
comunicación de todos los usuarios que se encuentren utilizando el sitio de
transmisión en ese momento.
I.4 Relevador electromagnético
Los relevadores electromagnéticos se utilizan por lo general en paneles de
control eléctrico, así como también en equipo de prueba, en la Figura I.4.1 se
puede observar el relevador de la familia SZR MY, éste en particular es de
propósito general y se puede utilizar también en aplicaciones de control lógico.
Figura I.4.1.- Relevador electromagnético3
3 Hoja de datos de Honeywell-SZR-LY2-N1-AC110-120V
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
9
Este relevador servirá para indicar el estado de alimentación de voltaje de cada
una de las fases en dos puntos, en el tablero principal y el secundario; las de este
relevador se muestran en la Tabla I.4.1.
Tabla I.4.1.- Características del relevador electromagnético4
4 Hoja de datos de Honeywell-SZR-LY2-N1-AC110-120V
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
10
Los parámetros que se destacan y serán importantes para esta aplicación son:
• Voltaje de alimentación de la bobina del relevador: 110/120 vac.
• Voltaje de operación mínimo: 80 % del voltaje de la activación de la
bobina (110/220)
• Vida mecánica: 50 millones de operaciones
I.5 Módulo de transmisión y recepción de información
La determinación de la falla de voltaje en alguna de las fases requiere de la
medición en dos puntos, la primera se toma en el tablero principal y la segunda
en el secundario, ya que una de las fallas que se desea detectar es el corte del
cableado eléctrico proveniente del tablero principal, sería ilógico instalar
cableado extra para enviar la señal del estado de las fases del tablero principal
para después realizar el análisis, por esto se optó por transmitir de manera
inalámbrica dicho estado.
En el mercado se pueden encontrar muchos dispositivos para transmitir y
recibir información utilizando radiofrecuencia, el costo de éstos compensa en
gran medida el tiempo de diseño y el material que se requiere para su armado,
es por esto que se utilizará un transmisor y receptor prefabricados, como se
observa en la Figura I.5.1, para enviar la información del estado de las fases del
tablero principal hacia el circuito que realizará el análisis de las señales para
determinar la falla que causa el corte de energía, la habilitación del envío de
información se hará cada 3 segundos mediante un temporizador.
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
11
Figura I.5.1.- Transmisor y Receptor
En las tablas I.5.1 y I.5.2, respectivamente, se pueden observar los parámetros
de cada uno de los módulos, el de transmisión y recepción de información que
son de utilidad para enviar información de estados remotamente, sin la
necesidad de cableado, así como también la distribución de terminales de cada
uno de éstos.
Tabla I.5.1.- Parámetros del transmisor RF5
5 TWS-434 / RWS-434 http://www.rentron.com
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
12
Tabla I.5.2.- Parámetros del receptor RF6
I.6 Pantalla LCD
La pantalla de LCD (pantalla de cristal líquido, por sus siglas en inglés), se
utilizará para mostrar la información acerca del estado de las tres fases de
alimentación eléctrica en los dos puntos de medición; también mostrará el tipo
de falla cuando ésta se genere en cada fase, si es por corte de cable o por falla del
proveedor de energía eléctrica (CFE). En la Figura I.6.1 se puede apreciar la
pantalla a utilizar.
Figura I.6.1.- Pantalla LCD
6 TWS-434 / RWS-434 http://www.rentron.com
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
13
I.7 PIC16F877
El microcontrolador que se utilizará es el Pic16F877, éste será la parte central
del proyecto, que si bien está sobrado para esta aplicación, dará un margen muy
grande para el rediseño y posibilidad de expansión del mismo. En la Figura I.7.1
se puede observar el microcontrolador a utilizar.
Figura I.7.1.- PIC16F877
Las características destacables que posee este microcontrolador y algunas que
serán utilizadas en la aplicación son:
• Tres timers (timer0, timer1, timer2) configurables como timer y contador.
• Dos módulos PWM
• Convertidor ADC de 10 bits y 8 canales
• Puerto para programación serial ICSP
• 100,000 ciclos de escritura/lectura en memoria flash
I.8 Unidad de monitoreo en un sitio de transmisión
La unidad de monitoreo iden (IMU por sus siglas en ingles), se encarga de
supervisar hasta 48 señales de entrada, estas entradas están ópticamente
aisladas, dicha unidad también posee ocho salidas mediante relevadores y a
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
14
través de cuatro conectores RJ45 se conecta físicamente a tres gabinetes que
controlan la señal RF.
La función principal de esta unidad de monitoreo es la de ser una interfaz
remota entre el sitio y el centro de operaciones y mantenimiento de las
estaciones, que mediante esta unidad está al tanto de su funcionamiento y
alarmas.
Las señales monitoreadas son regularmente alarmas de equipos, las restantes
que posee esta unidad de monitoreo están accesibles mediante dos adaptadores
de 50 terminales, que a su vez se conectan a unos bloques de conexión, los
cuales se pueden observar en la Figura I.8.1, para permitir el control de más
señales de entrada o salida.
Figura I.8.1.- Bloques de conexión
En la Figura I.8.2 se puede observar el cableado de los bloques de conexión
hacia la unidad de monitoreo, y en la Tabla I.8.1 se describe la distribución de
terminales del sistema.
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
15
Figura I.8.2.- Cableado de bloques de conexión7
Tabla I.8.1.- Distribución de terminales de la unidad de monitoreo8
7 iDEN integrated site controller system manual 8 iDEN integrated site controller system manual
Capítulo I. Fundamentos Teóricos
16
I.9 Esquemático de sistema
Con los dispositivos vistos en este capítulo y el esquemático que se muestra en la
Figura I.9.1 se busca solucionar el problema del origen de la falta de
alimentación eléctrica; en el siguiente capítulo se desarrollará el sistema
tomando como base este diagrama.
Figura I.9.1.- Esquemático de sistema
Capítulo II. Desarrollo Técnico
17
II Desarrollo técnico
II.1 Análisis de fallas eléctricas
El tiempo continuo de operación de la radiobase demanda que se encuentre en
óptimas condiciones tanto ambientales como de alimentación eléctrica, siendo
ésta última un factor crítico, base del funcionamiento de los equipos necesarios
para cumplir su función, es por esto que la determinación del origen del
problema resulta importante al momento que se genera la falla.
Básicamente se presentan dos tipos de fallas eléctricas en las radio bases, las
cuales son:
� Corte (robo) del cableado eléctrico
� Ausencia o falla de alguna de las fases de alimentación
El corte o robo del cableado eléctrico es una de más comunes; sin embargo, no se
descarta la segunda.
Es importarte determinar cuál de las dos se presenta para tomar la decisión y así
reparar la falla, ya que dependiendo de la que ocurra se decide qué personal -
externo o proveedor- estará a cargo de la corrección del problema.
Cuando una de estas dos fallas ocurre, la unidad de monitoreo (IMU) genera una
señal de falla de alimentación eléctrica, la cual sólo genera el error de la falla, por
lo que el personal encargado de monitorear remotamente estas alarmas avisa al
ingeniero encargado de la radiobase del detalle para que acuda físicamente a
determinar la causa raíz del problema.
Capítulo II. Desarrollo Técnico
18
II.2 Determinación de la falla eléctrica
La persona que realiza el análisis lleva a cabo los siguientes puntos de control y
medición para determinar la fuente del problema:
• Inspección visual de la radiobase para evaluación de daños
• Medición de voltaje trifásico en tablero principal
• Medición de voltaje trifásico en tablero secundario
Una vez realizadas estas mediciones la persona determina el origen de la falla,
por ejemplo:
• Caso 1: Si hay voltaje de cada una de las fases en el tablero principal y no
en el secundario (o sólo en alguna), se puede afirmar que existe un
problema en el cableado.
• Caso 2: De lo contrario, si no hay voltaje en alguna de las fases del tablero
principal por consiguiente existirá un problema de alimentación por parte
del proveedor de energía eléctrica, en este caso CFE.
El llevar a cabo estas mediciones implica un tiempo considerablemente alto, ya
que inicia desde que el operador del monitoreo le avisa del problema a la
persona encargada de la radiobase, ésta se desplaza al lugar para realizar las
revisiones comentadas (caso 1 y 2) y determina la falla y procedimiento a seguir
para la corrección de la misma.
Capítulo II. Desarrollo Técnico
19
II.2.1 Diagrama de flujo para la detección de la falla
En la Figura II.2.1 se puede observar gráficamente la determinación del origen
de la falta de voltaje en la radiobase, y a su vez este diagrama se puede tomar
como base para el diseño de un dispositivo que sea capaz de realizar las mismas
mediciones para determinar la falla que genera la ausencia de energía eléctrica
al momento que ésta se hace presente, para así reducir el tiempo de análisis de
falla.
Figura II.2.1.- Detección de fallas
Inicio
Medición de fases en tablero principal
Existe voltaje en
fases
NO: Problema de
CFE
SI: Medición de
fases en tablero
secundario
Existe voltaje en
fases
NO: Problema de
cableado
SI: Todo bien
Capítulo II. Desarrollo Técnico
20
II.2.2 Medición autónoma de voltaje
Una vez que se decide diseñar un sistema que determine el origen de la falla,
resalta el hecho de la medición de voltaje. El dispositivo a utilizar debe cumplir
con las características que se describen a continuación: su uso debe ser
comercial, no requerir mantenimiento frecuente, no interferir con las señales de
la radiobase y no ser afectado por las mismas.
Inicialmente se optó por utilizar un dispositivo denominado transformador de
corriente, mismo que se muestra en la Figura II.2.2.
Figura II.2.2.- Transformador de corriente9
Mediante este dispositivo se esperaba leer el valor de la corriente que circulaba
por cada una de las fases de alimentación eléctrica de la radiobase, para que con
estas lecturas se estableciera una región de operación de acuerdo con la carga
eléctrica.
Se analizó esta teoría pero surgieron líneas que se observaban difusas y que no
conducían a una detección del problema, además, el incidente surgía con la
premisa de que si existían problemas con el cableado al no haber consumo de
energía no se induciría voltaje por el transformador; por ende, no se obtendría
9 www.crmagnetics.com
Capítulo II. Desarrollo Técnico
21
lectura en ninguno de los puntos, por lo que no se aseguraría la detección de la
falla; ya que tomando la lógica comentada en los casos 1 y 2, al no presentarse
voltaje en el tablero principal, se asumiría que el problema radica en el
proveedor de energía eléctrica o CFE, pero para este caso en particular la
premisa refería a un problema de cableado o corte del mismo, pues se asume
que en el tablero principal sí existe voltaje y en el secundario no.
Al basarse en la lógica sencilla de los casos mencionados, se observa que sólo se
requiere saber el estado de alimentación de cada una de las fases; es decir, que
no se requerirá saber siquiera el nivel de voltaje que exista en cada línea de
alimentación, por lo que se decidió utilizar relevadores para conocer el estado
de las fases. La activación y desactivación de los mismos se puede utilizar como
señalización para configurar la lógica de fallas en un microcontrolador y realizar
la medición autónoma y determinar la falla.
Para determinar la lógica de falla fue necesario instalar 6 relevadores que
indicaran el estado del voltaje en dos puntos de la trayectoria de la alimentación
trifásica del sitio; es decir, en el tablero principal y en el secundario, mismos que
se pueden observar en el Capítulo I en las Figuras I.3.2 y I.3.3, respectivamente.
Los relevadores conectados en el tablero eléctrico se pueden observar en la
Figura II.2.3.
Los relevadores conectados en el tablero principal alimentarán un circuito de
transmisión de estados situado dentro de este mismo tablero, que se encargará
de enviar la información del estado de cada una de las fases al circuito que
realizará la comparación lógica de los dos puntos de medición.
Capítulo II. Desarrollo Técnico
22
Los relevadores situados en el tablero secundario se conectarán directamente al
microcontrolador como se observa en la Figura II.2.4, y en ese mismo tablero se
posicionará el circuito completo que mostrará en una pantalla LCD el estado de
cada fase y cuando alguna de estas genere una falla.
Figura II.2.3.- Relevadores en tablero eléctrico
Figura II.2.4.- Relevadores conectados a circuito de comparación
Capítulo II. Desarrollo Técnico
23
En la figura II.2.5 se puede apreciar que el circuito en ese momento está
determinando que las tres fases se encuentran sin fallas puesto que se observan
que los dos puntos de medición se encuentran en buen estado.
Figura II.2.5.- Circuito de comparación lógica
II.3 Programación del microcontrolador
Para la realización del programa del microcontrolador se utilizó el compilador
de lenguaje C MikroC. Éste posee funciones construidas para que el proceso de
programación sea más amigable y no se invierta demasiado tiempo en él.
II.3.1 Funciones para controlar pantalla LCD
La pantalla LCD mostrará el estado de cada una de las tres fases en ambos
tableros, el principal y secundario, también el resultado del análisis de las
mediciones; para que se realice este despliegue de información es necesario
realizar una programación dedicada al control de la pantalla LCD.
Capítulo II. Desarrollo Técnico
24
Primeramente es necesario enviar los parámetros de configuración para la
pantalla, dentro de estos parámetros podemos citar los siguientes:
� Limpieza de la pantalla
� Especificación de modo de desplazamiento
� Encendido de la pantalla
� Definición del mostrado y destello del cursor
� Especificación del ancho de información, 4 u 8 bits
� Número de líneas a desplegar
Las tres funciones prefabricadas para el control de la pantalla de LCD que se
utilizaron fueron:
• LCD_CONFIG( )
• LCD_CMD( )
• LCD_OUT( )
Estas funciones se describen a continuación:
II.3.1.1 Función LCD_CONFIG( )
Esta función envía los parámetros iniciales de configuración necesarios para el
correcto funcionamiento de la pantalla, esta configuración se envía al puerto
seleccionado dentro de la función prototipo, la cual se muestra en la Tabla II.3.1,
en donde:
o port: especifica el puerto de salida de información a utilizar del
microcontrolador.
o RS: señal de entrada que diferencia una instrucción de un dato en la
pantalla de LCD; es decir, cuando se habilita externamente, la información
que se envía a continuación corresponde a un dato, de lo contrario lo toma
como una instrucción.
Capítulo II. Desarrollo Técnico
25
o Dato: número o letra a mostrar en la pantalla
o Instrucción: acción a ejecutarse en la pantalla, por ejemplo: borrado
de la misma, posicionamiento del cursor en una región en particular,
encendido y apagado de la pantalla, etc.
o EN: por sus siglas en inglés de “enable” -habilitación en español- es una
señal de entrada que tiene que cambiar de estado cuando requiere
procesar un dato o una instrucción en la pantalla LCD.
o WR: por sus siglas en inglés de “write” y “read” -escribir y leer en español-
especifica si la pantalla se utilizará para mostrar información o para leer
datos de ella.
o D7,D6,D5,D4: son la parte alta del bus de datos de la pantalla LCD.
Tabla II.3.1.- Parámetros función LCD_CONFIG10
II.3.1.2 Función LCD_CMD( )
Esta función envía comandos o acciones a ejecutar a la pantalla, estas acciones se
pueden observar en la Tabla II.3.2:
10 mikroC User’s Manual
Capítulo II. Desarrollo Técnico
26
Tabla II.3.2.- Funciones de la pantalla LCD.11
11 mikroC User’s Manual
Capítulo II. Desarrollo Técnico
27
II.3.1.3 Función LCD_OUT( )
Esta función imprime números o texto, en la pantalla, en la Tabla II.3.3 se puede
apreciar la forma en que se utiliza esta función, así como también los parámetros
necesarios para la operación de la misma, en donde:
o row: por su traducción al español de renglón o línea, es en donde se
depositará la información a mostrar en la pantalla
o col: por sus siglas en inglés de “column” -columna en español- son los
espacios horizontales en donde se puede mostrar información en una de
las líneas o renglones dentro de la pantalla LCD
o text: por su traducción al español de texto, es la variable que tiene la
información a mostrar
Tabla II.3.3.- Función LCD_OUT12
Estas funciones son vitales para el funcionamiento correcto de la pantalla LCD,
además de ayudar en la etapa de implementación del proyecto, ya que al estar
prefabricadas eliminan el tiempo en esta etapa, en la figura II.3.1 se puede
observar la utilización de dichas funciones dentro del programa del
microcontrolador.
12 mikroC User’s Manual
Capítulo II. Desarrollo Técnico
28
Figura II.3.1.- Utilización de funciones
II.3.2 Detección de fallas en el microcontrolador
Como se mencionó, la tarjeta de trasmisión de estados de RF enviará el estado
de las fases del tablero principal y secundario; con base a esta información se
realizará la lógica para la detección de falla; antes de realizar este proceso es
necesario tener disponible en el microcontrolador estas señales; para esto, se
programarán las entradas en el microcontrolador y se mostrará el estado en la
pantalla LCD, para que la falta de energía en los dos tableros sea visible sin
necesidad de medir físicamente y, en cualquier momento que se desee saber el
estado, sólo sea necesario visualizar la pantalla.
Para que el estado de activación de cada una de las fases sea visualmente
entendible, es necesario generar una mascara de etiquetas que representen las
fases de alimentación en los dos tableros eléctricos, esta mascara se realiza con
Capítulo II. Desarrollo Técnico
29
el código mostrado en la Figura II.3.2. Las etiquetas FP1, FP2, FP3, representan
las tres fases de alimentación eléctrica del tablero principal, mientras que FS1,
FS2, FS3, representan las del tablero secundario.
Figura II.3.2.-Código etiquetas de fases en tableros eléctricos
El código representado en la figura II.3.2 genera en la pantalla LCD las etiquetas
que indicarán el tablero y la fase que representan, esto se puede observar en la
Figura II.3.3
Figura II.3.3.- Etiquetas de fases en tableros eléctricos
Las etiquetas mostradas en la figura anterior estarán fijas, sólo variará el
resultado del estado de las mismas que se representará mediante un “OK” y
“NG”, que significaran presencia y ausencia de voltaje, respectivamente.
Capítulo II. Desarrollo Técnico
30
II.3.2.1 Determinación del estado de las fases de alimentación
Antes de realizar la comparación lógica es necesario tener el estado de cada una
de las fases de alimentación, para esto se debe recurrir al código mostrado en la
Figura II.3.4, en donde se asigna un “OK” cuando existe voltaje en la fase
verificada, y un “NG” cuando carece de alimentación eléctrica, esta acción se
realiza en los dos tableros eléctricos, a partir de la determinación de los estados se
realizará el procesamiento lógico.
Figura II.3.4.- Determinación del estado de las fases
En la figura II.3.5 se muestra en la pantalla de LCD el resultado del estado de la
medición de las fases, estos resultados se tomarán como base para la comparación
lógica y la determinación de la falla.
Figura II.3.5.- Visualización del estado de las fases
Capítulo II. Desarrollo Técnico
31
II.3.2.2 Determinación del tipo de falla eléctrica
Una vez que se tienen los estados de cada una de las fases, se realiza una serie de
comparaciones para la determinación del tipo de la falla, el programa que ejecuta
el microcontrolador para realizar esto es el que se muestra en la Figura II.3.6.
Figura II.3.6.- Código para determinar el tipo de falla
El código representado en la Figura II.3.6 determina el tipo de falla que se
presenta, este proceso está basado en diagrama a bloques Figura II.2.1, en donde
se explica el proceso de determinación de falla eléctrica, mismo que se cumple en
todas sus condiciones.
En el código mostrado líneas arriba se observa lo siguiente:
� CFE: representa la falla por ausencia de voltaje por parte del proveedor de
energía eléctrica.
� CBL establece que la falla es originada por el daño o corte del cableado
proveniente del tablero principal al secundario.
� PORTB.F5 (F6 y F7): son las entradas del microcrocontrolador que
representan las tres fases de alimentación eléctrica del tablero principal.
� PORTA.F0 (F1 y F2): representan las entradas del microcontrolador que
toman la información del estado de las fases del tablero secundario.
Capítulo II. Desarrollo Técnico
32
El código de la Figura II.3.4 funciona de la siguiente manera:
Si existe ausencia de voltaje en alguna de las fases del tablero principal en la
pantalla LCD se mostrará el error “NG” y la leyenda CFE en la fase que tenga el
problema; por ende, en esa misma fase existirá ausencia de voltaje en el tablero
secundario que se representará mediante un “NG”.
Cuando no se genera problema de alimentación de voltaje en el tablero principal,
pero en el tablero secundario se carece de alimentación eléctrica en alguna de las
fases, se establece que existe una falla o corte en el cableado de la fase en cuestión
o en todas, si así se genera. En las fases que se encuentre esta falla se presentará
un “NG” como ausencia de voltaje, además de la leyenda CBL que representará la
falla del corte o falla en el cableado.
En la Figura II.3.7 se muestra el resultado de una falla que se generó para evaluar
el sistema planteado para la resolución de la falla y se comprueba el
funcionamiento del código al determinar la falla simulada. En el Apéndice A se
muestra el programa completo del sistema.
Figura II.3.7.- Prueba de código en falla simulada
Capítulo II. Desarrollo Técnico
33
II.3.2.3 Interfaz con unidad de monitoreo
Una vez que se tiene la resolución del problema de la falta de energía eléctrica,
es necesario generar dos alarmas, una para indicar cuando la falla es por corte
de cableado y la otra para hacerlo cuando es por problema de CFE.
Estas dos alarmas servirán como enlace hacia la unidad de monitoreo, puesto
que sólo es necesario enviar al centro de operaciones y mantenimiento el
problema que se genera, y no indicar en cuál de las tres fases ha ocurrido el
problema, ya que, una vez que el problema esté presente se enviará al personal
idóneo para la corrección del mismo.
La interfaz de estas dos alarmas se efectuará mediante dos relevadores
conectados a dos entradas de la unidad de monitoreo, que mediante lógica
invertida, es decir, en estado de no falla, estarán activos; en cuanto se genere
uno de los problemas se desactivarán generando un indicador de alerta en la
unidad de monitoreo y ésta a su vez mostrará el error en el centro de
operaciones que remotamente las visualizará en una pantalla.
El código del programa en el microcontrolador que genera estas dos alarmas es
el mostrado en la Figura II.3.8
Figura II.3.8.- Código de interfaz con unidad de monitoreo
Conclusiones:
34
� Se cumple totalmente al detectar el tipo de falla de un problema de
alimentación eléctrica trifásica de la radiobase; el sistema establece cuál
de los problemas especificados en un inicio está presente al momento de
registrarse la falla.
� Se agregó una función extra al equipo de monitoreo de la radiobase, -que
detectaba la falla mas no el motivo de ésta-, mediante un microcontrolador
y un dispositivo trasmisor receptor RF, para la toma de muestras de
estado de alimentación de las fases eléctricas en el tablero principal de la
radiobase.
� Con esto se cumple con la finalidad de los sistemas inmersos o embebidos,
que consiste en agregar opciones o funciones a sistemas establecidos sin
necesidad de generar modificaciones a gran escala.
Glosario
35
CFE
Empresa pública encargada de controlar, generar, transmitir y
comercializar energía eléctrica en todo el territorio mexicano.
Conexión T1
Conexión de voz y datos mediante la línea telefónica con una capacidad de
hasta 1.544 Mbps.
ICSP
Por sus siglas en inglés de: In circuit serial programming, puerto serial
para la programación de dispositivos sin necesidad de desconectarlos del
montaje en donde se encuentren.
IDEN
Por sus siglas en inglés de: Integrated Digital Enhanced Network, Red
mejorada digital integrada, tecnología inalámbrica desarrollada por
Motorola en 1994, proporciona a los usuarios múltiples servicios en un
dispositivo móvil.
IMU
Por sus siglas en inglés de Iden Monitoring Unit, unidad de monitoreo
iden.
MikroC
Compilador para microcontroladores de las familias PIC12, PIC16 y PIC18.
OMC
Por sus siglas en inglés de Operations and maintenance center, centro de
operaciones y mantenimiento, oficina de monitoreo remoto de sitios.
Glosario
36
PWM
Por sus siglas en inglés de: pulse width modulation, dispositivo que
modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica, ya sea para transmitir
información o para controlar la cantidad de energía que se envía a una
carga.
Relevador
Dispositivo que controla el estado de un interruptor mediante una entrada
eléctrica.
Señal RF
Señales electromagnéticas que se pueden transmitir mediante una antena.
Bibliografía
37
MikroC C compiler for Microchip PIC microcontrollers Manual, 2006,
Pp. 236 y 239.
CR Magnetics Split-Core Current Transformer data sheet.
http://rentron.com
Holtek HT12A/HT12E encoders data sheet, 1999.
Holtek decoders data sheet, 2003.
PIC16F87XA Data sheet, 2003.
Honeywell-SZR-LY2-N1-AC110-120V relay data sheet, 2004.
iDEN Enhanced Base Transceiver System (EBTS) Volume 1 de 3 System
Installation and Testing, 2003, Pp 3-26, 4-37, 4-32.
iDEN integrated site controller system manual, 2006, Pp 1-2.
Apéndices:
38
Apéndice A
void configuracion(){
TRISB = 0xFF;
TRISE = 0x0;
TRISD = 3;
TRISA =7;
ADCON1=7;
Lcd_Config(&PORTD,2,3,1,7,6,5,4);
Lcd_Cmd(Lcd_Cursor_Off);
Lcd_Cmd(Lcd_Clear);
}
void Pantalla3() {
char *text14= "FP1: FS1:";
char *text15= "FP2: FS2:";
char *text16= "FP3: FS3:";
Lcd_Out(1,2, text14);
Lcd_Out(2,2, text15);
Lcd_Out(3,2, text16);
delay_ms(1000);
}
void main()
{
char *text5= "CFE";
char *text6= "CBL";
char *text11= "OK" ;
char *text12= "NG" ;
configuracion();
Pantalla3();
delay_ms(500);
PORTE=7; // SALIDAS ACTIVAS POR LOGICA INVERTIDA
while(1){
if(PORTB.F1) PORTE.F0=0; // SALIDA1 PARA RELAY 1 // CFE
if(PORTB.F2) PORTE.F1=0; // SALIDA1 PARA RELAY 2 // CABLE(CBL)
//Entradas de tablero Principal
if(PORTB.F5) Lcd_Out(1,6, text11); //Entrada 1
else Lcd_Out(1,6, text12);
if(PORTB.F6) Lcd_Out(2,6, text11); //Entrada 2
Apéndices:
39
else Lcd_Out(2,6, text12);
if(PORTB.F7) Lcd_Out(3,6, text11); //Entrada 3
else Lcd_Out(3,6, text12);
//Entradas tablero Secendario
if(PORTA.F0) Lcd_Out(1,18, text11); //Entrada 1
else Lcd_Out(1,18, text12);
if(PORTA.F1) Lcd_Out(2,18, text11); //Entrada 2
else Lcd_Out(2,18, text12);
if(PORTA.F2) Lcd_Out(3,18, text11); //Entrada 3
else Lcd_Out(3,18, text12);
if(PORTB.F5) ; //Condiciones para
if(PORTA.F0) Lcd_Out(1,9, " "); //no mostrar error en LCD
if(PORTB.F6) ; //cuando esta tablero1
if(PORTA.F1) Lcd_Out(2,9, " "); //y tablero2 OK
if(PORTB.F7) ;
if(PORTA.F2) Lcd_Out(3,9, " ");
if(PORTB.F5) ; // Condiciones
else Lcd_Out(1,9, text5); // para las
if(PORTB.F6=0) ; // fallas de
else Lcd_Out(2,9, text5); // CFE
if(PORTB.F7=0) ; // en todas
else Lcd_Out(3,9, text5); // las fases
if(PORTB.F5) // condiciones
if (PORTA.F0) ; // para fallas
else Lcd_Out(1,9, text6); // de cable
if(PORTB.F6)
if (PORTA.F1) ;
else Lcd_Out(2,9, text6);
if(PORTB.F7)
if (PORTA.F2) ;
else Lcd_Out(3,9, text6);
//CONDICIONES PARA DESACTIVAR LOS RELAYS DE RESULTADO
// por logica negativa
if(PORTB.F5=0) ; //relevador falla CFE
else PORTE.F0=0;
if(PORTB.F6=0) ;
else PORTE.F0=0;
if(PORTB.F7=0) ;
else PORTE.F0=0;
Apéndices:
40
//relevador Corte Cable
if (PORTA.F0=0) ;
else PORTE.F1=0;
if (PORTA.F1=0) ;
else PORTE.F1=0;
if (PORTA.F2=0) ;
else PORTE.F1=0;
//condiciones para activar los relevadores de estado cuando
//esta todo OK por logica invertida
if(PORTB.F5 && PORTB.F6 && PORTB.F7)PORTE.F0=1; //relevador falla CFE
if(PORTA.F0 && PORTA.F1 && PORTA.F2)PORTE.F1=1; //relevador falla CABLE
//delay_ms(500); prueba de problema en relay
// Lcd_Out(1,9, " ");
//Lcd_Out(2,9, " ");
// Lcd_Out(3,9, " ");
}
}