capitulo iv resultados de la investigacion 4.1 estudio …
TRANSCRIPT
49
CAPITULO IV
RESULTADOS DE LA INVESTIGACION
4.1 ESTUDIO Y ANALISIS DEL SISTEMA ACTUAL DE PROTECCIÓN Y MEDICION DE ENERGIA ELECTRICA.
Debido a la situación actual económica que presenta el país y que esta
afectando a la gran mayoría de la población y con ello causando una disminución
considerable en el poder adquisitivo de la misma, así como el aumento de la taza
de desempleo que se registra en estos momentos, hace que mucha gente trate
de disminuir y eludir algunos de sus gastos mensuales que les genera los
diferentes servicios públicos. Por ser el sum inistro de energía eléctrica uno de
estos servicios, Enelven C.A se ha visto afectada por las constantes y numerosas
violaciones realizadas a los medidores de energía eléctrica reflejándose todo esto
en una disminución de ingresos a la compañía por concepto de facturación y
daños ocasionados a sus instalaciones.
Hoy en día la toma de los registros del consumo de energía eléctrica son
llevadas acabo mensualmente y por medio de un personal destinado por la
empresa para dicho fin el cual recibe el nombre de Lector. El lector es el
encargado de registrar una vez al mes y siguiendo un cronograma ya
50
establecido, las lecturas que son tomadas del modulo de registro de conteo del
medidor, leyendo el valor del consumo de energía eléctrica en Kw/h que esta
registrando en el momento de la medición cada medidor para luego generar el
reporte pertinente y así realizar la facturación correspondiente que recibe el
cliente mensualmente por su consumo del servicio de energía eléctrica.
En cuanto al sistema actual de protección de los equipos de medición de
energía eléctrica (medidores) se puede decir que la empresa a invertido y
realizado grandes esfuerzos tanto económicos, operativos y de seguridad para
garantizar que en lo posible un menor numero de medidores sean violados,
destruidos y alterados en sus condiciones normales de funcionamiento de
manera inescrupulosa por parte de los usuarios. Para ello la empresa cuenta con
unos gabinetes metálicos y de una contextura externa fuerte, los cuales son
colocados con sellos de seguridad con el fin de resguardar y proteger tanto de la
intemperie como de las acciones vandálicas de los usuarios que quieren alterar
de cualquier forma posible los medidores de energía eléctrica para de esta forma
tratar de disminuir su consumo de energía que registran los medidores, para así
bajar el costo de la factura mensual generada por el suministro del servicio de
energía eléctrica.
Tanto el sistema de toma de los registros de lectura como los gabinetes
implementados para la protección de los medidores no han proporcionado los
beneficios que de ellos se esperaban haciendo que la empresa tenga que buscar
51
otro tipo de alternativas para cubrir las deficiencias que se requieren para
resolver los problemas planteados anteriormente.
4.2 ESTABLECIMIENTO Y DEFINICION DE LOS REQUERIMIENTOS DEL
PROCESO DE PROTECCION Y DE MEDICION DE ENERGIA ELECTRICA.
En esta etapa se dan a conocer los pasos necesarios para la ejecución de
las funciones relacionadas con ingeniería básica, entendiéndose como tal la
definición de la filosofía bajo la cual se enfocará el trabajo de investigación y las
directrices utilizadas en la toma de decisiones de carácter eminentemente
técnico, inicialmente se describen los requerimientos que la empresa exige sean
cubiertos para considerar viable la ejecución del proyecto, luego se exponen las
limitaciones de orden técnico y económico que deben ser consideradas antes de
la puesta en marcha del diseño a realizar para cumplir con el fin del trabajo
asignado.
Todo trabajo de investigación debe plegarse a un conjunto de
requerimientos que se pretenden cubrir de un modo u otro, por otro lado para
dar mayor formalidad al análisis de estas disposiciones se plantearon diferentes
puntos en los que se agruparon los requerimientos de acuerdo a las
consideraciones en cuestión en el trabajo.
52
Los requerimientos funcionales los constituyen los siguientes tópicos: la
capacidad de monitoreo en tiempo real, detección inmediata de violaciones de
gabinetes, detección de fraudes, reporte de datos o información a un nodo
principal o maestro y desconexión automática en caso de fraudes o violaciones.
Los requerimientos técnicos están estrechamente ligados con los
funcionales, siendo éstos: posibilidad de ejecución de tareas de barrido de
información de lecturas y fraude, adaptación de los medidores para su puesta
en funcionamiento en condiciones externas o a la intemperie, capacidad de
comunicación serial, posibilidad de control de algunos actuadores y componentes
del diseño.
Los requerimientos económicos hacen mayor hincapié en el costo de
adquisición (lo mas bajo posible), vida útil proyectada de los componentes
electrónicos y mecánicos que forman parte del diseño, disponibilidad de los
componentes en el mercado local y uso del menor numero de herramientas
posibles que generen una movilización de personal y eleven los costos de
operación.
Estrechamente vinculadas a los requerimientos se hallan las limitaciones
que establecen cotas máximas en algunos aspectos de interés para el diseño
inicial del sistema, cada una de las principales se detallarán brevemente con el
fin de aclarar su alcance.
53
♦ Las dimensiones físicas del sistema a instalar en cada medidor deben ser
significativamente inferiores al volumen del medidor mismo, para que no
implique modificaciones mayores en los gabinetes que habitualmente los
contienen.
♦ Los sensores a utilizar deben ser del tipo on/off puesto que las variables
discretas son más fáciles de manejar en redes supervisoras y de control en el
diseño como las que amerita el caso de estudio.
♦ El costo global de desarrollo del prototipo debe mantenerse por debajo de
6 cifras significativas, puesto que la relación costo/beneficio es un parámetro
que no debe perderse de vista durante el desarrollo de todas las actividades
en el trabajo de investigación.
♦ El medio y modo de comunicación seleccionado debe ser altamente
inmune a los ruidos ocasionados por los armónicos que se generan en las
líneas de energía eléctrica con el fin de disponer de un canal de comunicación
seguro y confiable.
4.3 DISEÑO DEL SISTEMA Y TARJETAS PARA LA PROTECCIÓN Y
DETECCION DE FRAUDE A LOS MEDIDORES DE ENERGIA
ELECTRICA.
4.3.1 SELECCIÓN DE VARIABLES.
La recopilación de la información seleccionada para el análisis de las
variables de campo fue la suministrada por el personal encargado de la
54
detección de fraudes y otros ilícitos, avalados por una opinión objetiva y real
estableciendo la mejor distribución posible de puntos de incursión al medidor,
permitiendo de este modo una selección de 4 puntos fundamentales(Tapa de
protección de cristal, 2 a la tapa metálica de protección en las conexiones a las
líneas de corriente, y Protección a la tapa del gabinete), además de la inclusión
de un par de variables para la detección de flujo de corriente y un sensor del
movimiento radial del disco indicador. Una forma simple de visualizar las
variables a manejar es la observación (Tabla N° 1) que contiene esta
información.
Variable Física Sensor Señal Acción Detectada
Compuerta Abierta Opto/Interrup On/Off Violación del Gabinete Disco Girando Opto/reflector On/Off Corriente Circulando
Transf. De Corriente CT
On/Off Fraude o alteración del
medidor de flujo eléctrico
Contacto Abierto Microswitch On/Off Contacto Abierto Microswitch On/Off
Violación contactos
Cubierta Abierta Microswitch On/Off Violación del Medidor
TABLA N° 1
De la inspección (Tabla N°1) se puede deducir que los puntos a controlar
no requieren de mayores capacidades de cálculo debido a que todos son de tipo
discreto.
55
4.3.2 DESARROLLO DEL DISEÑO
Para llevar acabo un diseño específico resulta indispensable seleccionar
primordialmente el tipo de componente central de control que se piensa utilizar,
para lo cual el parámetro de mayor importancia es la cantidad y naturaleza de
las variables a ser manejadas y el segundo parámetro de uso más frecuente es
la transmisión hacia los niveles superiores de control ya que esta puede ser
empleando un radio enlace o vía cable estructurado, siendo el caso objeto de
estudio la segunda alternativa puesto que el concentrador que permitirá la
comunicación para realizar las lecturas de la información se hallará a corta
distancia de las unidades de adquisición de datos; tomando como base esta
información cobra sentido la sección siguiente en la que se procede con la tarea
crítica de seleccionar el dispositivo microcontrolador mas adecuado para la
aplicación que se intenta desarrollar.
4.3.3 SELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR
La empresa Microchip se ha especializado en la investigación y fabricación
de microcontroladores de propósito general, alcanzando altos niveles de
aceptación en el mercado por el adecuado balance costo desempeño que poseen
estos dispositivos, suministrando varios modelos con diferentes niveles de
complejidad de acuerdo a las capacidades de memoria RAM y EPROM requeridas
y al tipo y número de puertos necesitados para la aplicación. La tabla N° 2
56
muestra un resumen de esta información que puede resultar un instrumento útil
para la selección del microcontrolador que se adecue con mayor precisión a los
requerimientos técnicos y económicos.
Distribución de Puertos Código del Microcontrolador Discretos Analógicos
Memoria BYTES
Encapsulado
14XXX 8 2 192 DIP 28 16C5X 8 N A 25 DIP 18 16CXX 12 2 64 DIP 18 17CXX 16 4 454 CERDIP 40
Tabla N°2. ALGUNOS TIPOS DE CONTROLADORES (Microchip).
El análisis de la tabla N° 2 más una breve consideración de los diagramas de la
figura N° 1 nos lleva a seleccionar para el diseño el modelo 16C84, que es uno
de los pocos que ofrece la opción de manejo de memoria EEPROM, ya que la
opción que representa la familia 16C5X esta orientada a las funciones de pocas
aplicaciones de microcontroladores por la simplicidad de la toma de decisiones
asociadas no es un modelo para ser tomado en cuenta. La familia 17CXX posee
excelente características de desempeño, sin embargo no esta disponible
inmediatamente en el mercado y su costo es muy superior a lo estimado para
otras familias. La familia 16CXX de la que forma parte el F84 único de los
microcontroladores (Microchip) que ofrece en forma nativa el manejo de
memoria EEPROM simplificando la circuiteria de la tarjeta esclava al no requerir
57
de un modelo de memoria independiente tan poco será tomado en cuenta para
el diseño.
4.3.4 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA
Una vez seleccionado el microcontrolador 16C84 como el componente
principal del hardware es perfectamente posible definir los bloques o módulos de
los que estará compuesta cada una de las tarjetas. Las tarjetas esclavas (Van
colocadas dentro de cada medidor) poseen un módulo correspondiente al propio
microcontrolador, un segundo módulo actua como fuente de poder que alimenta
a toda la tarjeta, el tercer modulo corresponde a la circuitería necesaria para el
manejo de potencia del relevador de corte, el cuarto y ultimo módulo
corresponden al puerto de recepción de variables de campos. La tarjeta
concentradora posee una estructura semejante a la tarjeta esclava con la
salvedad de que el modulo de manejo de potencia es reemplazado por un puerto
de comunicación serial como pueden observarse en la figura N° 1.
Existen analogías obvias entre los diagramas de flujos correspondientes a
las tarjetas esclavas y el que describe a la tarjeta maestra, sin embargo un
análisis más minucioso de los diagramas de flujo (Fig. N°2 y Fig.N°3) indica que
es necesario realizar cada uno de estos diagramas en forma independiente.
58
FIGURA N° 1
El diagrama de flujo (Fig. N°2) de la tarjeta ubicada en el medidor realiza
un barrido secuencia l de los puntos a controlar que son monitoreados por las
FIGURA N° 1 FUENTE: Pontón y Verde, 1999.
El diagrama de flujo de la tarjeta ubicada en el medidor (Fig. N° 2)
realiza un barrido secuencial de los puntos a controlar que monitorean las
tarjetas procediendo luego a enviarla a la tarjeta maestra si ésta así lo solicita,
pasando luego a proceder al corte del suministro de energía eléctrica si el estado
de los puntos de control así lo indicase.
El diagrama de flujo de la tarjeta maestra (Fig. N° 3) posee dos rutinas
FIGURA N° 1
DIAGRAMA DE BLOQUES TARJETA ESCLAVA
PIC16C84PIC16C84PIC16C84
FUENTE DE PODER
FUENTEFUENTE DE PODER DE PODER
PUERTOS DE ENTRADA
PUERTOS DE PUERTOS DE ENTRADAENTRADA
PUERTO SERIAL
PUERTO PUERTO SERIALSERIAL
DIAGRAMA DE BLOQUES TARJETA MAESTRA
59
La tarjeta maestra posee dos rutinas principales, una de ellas es la encargada de
la comunicación secuencial con las tarjetas esclavas para recibir la data
recolectada por estas; la segunda rutina habilita el puerto de comunicación serial
para intercambiar información en formato serial asíncrono con un PC o algún
otro equipo semejante. (Ver figuras adjuntas)
FIG. N° 2. DIAGRAMA DE FLUJO TARJETA ESCLAVA
FIG. N° 2. DIAGRAMA DE FLUJO TARJETA ESCLAVA
FIGURA N°2. FUENTE: Pomtón y Verde, 1999.
G
inicio
Declara lospuertos
Llama a rutinade chequeo de
paro
Maestro quierepreguntar
Colocar el indicadorque ya esta listo
Espera el bit de inicio
Espera espacioen la trama de
información
Transmite la data
SÍ
NO
60
DIAGRAMA DE FLUJO TARJETA MAESTRA
FIGURA N° 3. FUENTE: Pontón y Verde, 1999.
inicio
Declaración de puertos
Habilita interrupciones
Indica a los esclavos que va a preguntar
Recibe el dato proveniente del PC
Esclavos listos
Llama rutina de recepción
Coloca los datosrecibidos en
su correspondientedirección
Transmite alPC los datos de los microcontroladores
esclavos
Interrupción
Envía el pulso de inicio
Dato=nombredel microcontrolador
SÍ
NO
SÍ
61
4.3.5 ARQUITECTURA DEL SISTEMA.
La topología de la red de datos es tipo estrella con la tarjeta maestra en
el nodo principal (Fig. N°4), el medio de comunicación utilizado es cable
estructurado (se esta estudiando la posibilidad de una comunicación vía radio
enlace), con soporte para transmisión hold duplex asíncrona bajo un protocolo
de comunicación binario que maneja transmisiones del a forma de octetos de
datos con un bit de parada. Para el reporte a niveles superiores de control, la
tarjeta maestra dispone de un puerto de comunicación bajo estándares RS-232
para conexión local tipo DB-9 hembra que le permite el intercambio de
información bidireccional con un computador personal o cualquier otro equipo
que contenga un controlador de comunicaciones compatibles con el chip UART
16650(universal asincrono recibe and transmition), la data adquirida en campo
por las tarjetas esclavas es almacenada inicialmente en la memoria residente del
propio microcontrolador, para ser transferida luego a la memoria principal que
posee un buffer FIFO en el que se almacena, para luego transferirlas por el
puerto serial si existe la requisición de información ofreciendo la posibilidad de
interconexión probable con la red SCADA.
62
FIGURA N° 4
4.3.6 PROGRAMACION DE LOS MICROCONTROLADORES.
La topología tipo estrella que exhibe la pequeña red de control local
planificada implica que las tarjetas remotas manejaran copias idénticas de la
misma rutina que establece el protocolo de comunicación serial manteniendo
como única variante la identificación que para el prototipo se utilizo un byte el
cual encabeza la data en ambas direcciones (entre las dos tarjetas). Por el
contrario la tarjeta maestra a parte de multiplexar en el tiempo información
recibida de las tarjetas remotas también debe atender el orden de ejecución de
la comunicación y la interrupción de la misma en caso de ser necesario, debido a
que la rutina de servicio es maestro/esclavo, la mayor parte de la comunicación
se ejecutara desde el CPU ubicado en la tarjeta maestra. Debido a que el
Tarjeta RemotaTarjeta Remota Tarjeta Remota
Hub
Tarjeta Concentrador ARQUITECTURA DEL SISTEMA
63
lenguaje primario de programación de los microcontroladores de Microchip es de
uso propietario resulta una considerable inversión de recursos humanos y de
tiempo realizar un entrenamiento del personal para que maneje esta herramienta
de codificación, por lo que se selecciono el lenguaje Visual Basic para la
codificación de las rutinas escritas procediendo luego a convertirlos a los
comandos manejados por el microcontrolador, que solo son accesibles desde el
sistema operativo DOS y en código ASCII. La velocidad de la transmisión entre
las tarjetas fue de 9600 bps, sin paridad, en octetos de datos con un bit de
prueba para sincronizar la transmisión, demostrando ser suficientemente rápida
para los propósitos a los que se destino. El método de error que se utilizo fue el
de paridad y redundancia. Para obtener información mas detallada de los
programas (ver anexo 1).
4.3.7 DIAGRAMA DE PINES DE LAS TARJETAS.
Con ayuda del manual Phillips de reemplazos ECG y de información
recopilada de la pagina web de Microchip que especifica las normas y
recomendaciones para el montaje reconexión y pruebas del microcontrolador y
sus accesorios más comunes, así como las recomendaciones aportadas por el
Ing. Jierry García se llegó a una distribución física de los componentes que
permite una mejor visualización de la interconexión entre las partes del circuito.
Los diagramas de pines como los que se muestran en las figuras N° 4 y N° 5
64
fueron realizados mediante un software de diseño asistido por computador
llamado Circuit Maker 6.0 pro con interfaz de usuario bajo ambiente windows y
programación orientada a objeto.
FIGURA N° 4
DIAGRAMA DE PINES TARJETA ESCLAVA
65
FIGURA N° 5
A continuación se hace una descripción de los componentes que conforman
los diagramas de pines de las tarjetas concentradora y esclava.
TARJETA ESCLAVA
Microcontrolador PIC16C84: Es el componente principal de la tarjeta ya que es el
que va a supervisar y controlar los puntos de protección colocados en los
medidores, además de enviar la información de data a la tarjeta concentradora.
DIAGRAMA DE PINES TARJETA CONCENTRADORA
66
Puente rectificador 5304: Es el encargado de convertir los niveles de tensión de
AC a DC.
Optoaislador 3047: Su función es la de activar al Triac y además servirle de
protección para que no sufra ningún daño.
Diodo Zener 1N4733: Es el que regula la tensión DC del circuito (Aprx. 5V).
Triac 5657: Su función es la de accionar el relé colocado para el corte del
suministro de energía eléctrica.
Transistor 2N2222A: Tiene la tarea de actuar como switch entre el
microcontrolador y las conecciones del transformador de corriente o CT.
Cristal: Su función es la de actuar de ocsilador en el circuito.
Diodo 1N4007: Su tarea es producir una alta impedancia para evitar que
mientras todos los microcontroladores transmiten información no se cree un
conflicto en dicha transmisión.
Resistencias: Todas las existentes en el circuito tienen la tarea de proteger y
limitar la corriente que circula hacia otros componentes del circuito.
Condensadores: Sirven como filtros de las señales existentes en el circuito, así
como de protección hacia otros elementos que componen el diagrama de pines.
TARJETA CONCENTRADORA
Microcontrolador PIC16C84: Al igual que en la tarjeta esclava este componente
es el encargado de la supervisión y control de los medidores que se encuentren
67
asignados a la tarjeta concentradora así como el envío y procesamiento de la
data generada por el sistema.
MAX232: Es el encargado de permitir la transformación TTL/serial en el proceso
de comunicación llevado acabo entre el computador y la tarjeta; además de que
permite evitar la dualidad de tensiones ( -V y +V ).
• Puente rectificador 5304: Es el encargado de convertir los niveles de tensión
de AC a DC.
• Diodo Zener 1N4733: Es el regula la tensión DC del circuito (Aprx. 5V).
• Transistor 2N2222A: tiene la tarea de actuar como switch entre el
microcontrolador y las conecciones del transformador de corriente o CT.
• Conector DB9: Es la interfaz de conexión entre la tarjeta concentradora y la
computadora.
• Cristal: Su función es la de actuar de ocsilador en el circuito.
• Resistencias: Todas las existentes en el circuito tienen la tarea de proteger y
limitar la corriente que circula hacia otros componentes del circuito.
Transformación TTl/Serial en el proceso de comunicación llevado acabo entre la
computadora y la tarjeta concentradora. Para mas información ver anexo 2.
68
4.4 CONSTRUCCION, SIMULACION Y PRUEBAS DEL DISEÑO.
El diseño de las tarjetas debe obedecer simultáneamente a criterios de
simplicidad, toma de registros de lectura, transmisión de datos y adaptabilidad a
la estructura de todos los modelos de medidores instalados por la empresa.
La simplicidad se obtiene por el elevado nivel de integración que poseen
los microcontroladores como el PIC16C84 seleccionado y que prácticamente hace
que se prescinden de cualquier dispositivo externo como memorias, reguladores
y puertos, eliminando la mayor parte de los circuitos integrados que pudieran ser
necesarios con otras arquitecturas.
La capacidad del registro y almacenamiento de datos dependerá de las
rutinas programadas para ser ejecutadas desde la EEPROM y de la disponibilidad
de puertos discretos para su asignación a variables digitales que pueden ser
procesadas por el CPU que bajo ciertas circunstancias predecibles ejecutara
ordenes en forma automática de acuerdo a ordenes preestablecidas.
La adaptabilidad a la estructura se refiere a la posibilidad de poder
instalar la tarjeta en cualquiera de los modelos de medidor de energía eléctrica
disponibles sin necesidad de que se deban modificar significativamente las
características de la misma.
La tarjeta concentradora o maestra debe diseñarse con la capacidad de
cubrir las necesidades de interrogación, recepción y transmisión de data hacia el
centro de control mediante la red de telemetría.
69
Ante la imposibilidad de hacer un muestreo simultaneo de todas las
tarjetas esclavas que reportan a una maestra, esta ultima se ve forzada a
establecer una disciplina de servicio que secuencialmente envía una señal de
habilitación de transmisión hacia una tarjeta remota pasando luego a un estado
de espera limitado para la recepción de la lectura, luego de lo cual envía la señal
de inhabilitación de transmisión para pasar a la tarjeta siguiente, este proceso es
conocido como barrido secuencial.
Una vez recibido el registro de lectura de alguna tarjeta especifica esta
información pasa a un buffer en el que se almacenará la identificación de la
tarjeta remota (esclava) la cual toma los valores de las lecturas al instante del
tiempo en que esto ocurre, esta información se almacena en la RAM del
microcontrolador de la tarjeta maestra hasta ser convertida al formato o
especificaciones requeridos por el software destinado para el procesamiento de
toda esta información, luego de este si existen las condiciones, se procede con la
transmisión de la información.
El medio del que se vale la tarjeta maestra para la transmisión de la
información almacenada en el buffer puede ser cualquier sistema de
comunicación, pero si se toma en cuenta los posibles cambios atmosféricos que
puedan ocurrir antes de comenzar el proceso de envío de información la unidad
maestra debe de constatar la viabilidad del canal de comunicación pasando al
estado de espera, en caso de no ser posible la comunicación en forma inmediata
70
deberá reiniciarse el barrido de las tarjetas remotas hasta que se restablezca la
comunicación con la sala de control.
Adicionalmente el sistema cuenta con medios de protección activas como
el envío de señales de corte inmediato a todas las tarjetas remotas en caso de
detectarse intentos de fraude en la tarjeta maestra.
Básicamente el circuito de corte consta de un contactor que funge como
elemento actuante de una señal de corte generada a partir del microcontrolador
ubicado en la tarjeta remota y que por razones de seguridad se halla aislada por
un opto acoplador del circuito de potencia que a su vez se fundamenta en un
TRIACS como elemento generador de la tensión de disparo del contactor. Se
manejaron diversas alternativas antes de la elección del contactor, pero el uso
de TRIACS, SCR o otros dispositivos semiconductores de cuatro capas fue
descartado debido a su menor robustez que diminuye la confiabilidad del
sistema; por otro lado el uso de relevadores de estado sólido sobrepasa los
limites económicos fijados para la ejecución del proyecto debido a su mayor
coste, quedando como única alternativa lógica el uso de los contactores como
único elemento electromecánico del sistema proyectado.
71
4.4.1 MONTAJE EN BAQUELITA
Una vez verificado el correcto funcionamiento del hardware en un tablero
de pruebas o protoboard y el software se trasladan las tarjetas hacia un nuevo
sustrato más adecuado para el uso permanente como lo es la baquelita. Para
acondicionar este medio para la recepción del circuito fue necesario realizar un
diagrama de pistas a dos caras mediante el software de diseño asistido llamado
ORCAD que corre bajo sistema operativo DOS con interfaz de línea de comando.
El trazado de las pistas fue realizado en forma manual con los conocidos
inconvenientes que esto produce debido a la carencia de precisión que genera la
elaboración este tipo de elaboración, concluidas estas actividades se procedió
con la integración de las tarjetas y los medidores seleccionados ex profeso para
las pruebas de desempeño bajo condiciones controladas de laboratorio que se
describe en las siguientes secciones.
4.4.2 PRUEBAS DE HARWARE
El primer procedimiento efectuado consiste en una detallada rutina que
especifique medios de pruebas para componentes discretos y circuitos
integrados, siendo posible alterarlos sin afectarlos en forma evidente resulta
obvio que la técnica de prueba deberá incluir la totalidad de los componentes
eléctricos y semiconductores de los circuitos.
72
Los componentes analógicos de tipo discreto como transistores se
probaron mediante un sencillo circuito de polarización fija que permitió una
prueba y comprobación del componente y el calculo de la ganancia de corriente
(hfe), los microswitch solo se probaron mediante inspección de continuidad, los
circuitos integrados como el PIC y el MAX-232 se probaron con el uso de una
punta lógica que permitía visualizar los niveles de tensión pudiendose ver que
exista una mejor compatibilidad en dichos niveles entre las tecnologías TTL y
CMOS.
4.4.3 PRUEBAS DEL SOFTWARE DE CONTROL
Una vez verificado el perfecto estado de funcionamiento de la plataforma
de hardware, el paso a seguir es simular los cambios de estado en las variables
de control bajo diversas condiciones con el fin de constatar que las acciones de
control seguidas por el microcontrolador se hallan en concordancia con lo
establecido en el diagrama de flujo. Las rutinas que corresponden a la tarjeta
maestra añaden dificultades extra por la multiplicidad de líneas de comunicación
que deben ser manejadas en su puerto de entrada y las inconvenientes
inherentes de configuración y señalización de los bits de control que establecen a
su vez interrupciones del microprocesador para el cambio a estados de espera de
data o inicio de secuencias de envío hacia el PC. Las aseveraciones hechas
73
pueden comprenderse mejor si se observa las codificaciones de ambos
algoritmos que se hallan en el anexo.
En cuanto a los resultados obtenidos se pudo constatar que la
programación realizada a los microcontroladores tanto de la tarjeta
concentradora como de la esclava cumplieron con las funciones encomendadas
para ellos como son la comunicación entre las tarjetas, detección de la violación
o alteración de los puntos a ser controlados en el medidor y el envío de la
información suministrada desde el microcontrolador hacia la computadora.
4.4.4 PRUEBAS DE COMUNICACION
Debido a que la comunicación efectiva entre los componentes del sistema
exige que todos ellos se hallen en perfectas condiciones operativas es este el
último conjunto de pruebas independientes que debe realizarce con el fin de
asegurar que de no observarse una comunicación eficaz entre las tarjetas la falla
solo podrá ser atribuible a desperfectos menores como velocidades de
transmisión o fallas en los mismos protocolos de comunicación.
El procedimiento de prueba se inició con la conexión de un osciloscopio a
las líneas de tensión y carga y a las cuales se les hizo pasar un tren de pulsos
rectangulares de diferentes frecuencias para evaluar los niveles de atenuación a
que estará expuesta la señal. Luego se realizará un procedimiento semejante en
el cable de comunicación serial y el que se le adicionará el osciloscopio para
74
constatar el optimo funcionamiento del protocolo RS-232 que plantea el uso de
tensiones simétricas respecto a cero y rampas de pendiente no menor al 95%.
Luego de obtener una comunicación efectiva entre el PC y la tarjeta maestra se
procede a crear falsos estados de alerta en los puntos de control
(optointerruptores, optoreflectores y switch ) de los medidores con el fin de
probar que la comunicación entre la tarjeta concentradora y la esclava se esta
llevando acabo de la forma esperada y cumpliendo con todas las acciones
previstas para ellas, para luego poder almacenar la información en las
direcciones de la memoria residente programadas para ese fin específico.
4.4.5 PRUEBAS PILOTO
Este es el procedimiento de prueba más importante debido que plantea
las condiciones operacionales que más se asemejan a las situaciones reales de
operación, puesto que el principio básico de evaluación de esta prueba es de
desempeño durante largos periodos de tiempo hasta el presente momento no se
han obtenidos reportes definitivos que avalen la durabilidad y los niveles de
disponibilidad del equipo ante situaciones ambientales adversas y bajo los
efectos producidos por la intemperie sobre los elementos del circuito, sin
embargo puede afirmarse sobre los datos obtenidos hasta ahora que bajo las
condiciones actuales en que se realizó el diseño el desempeño de todos los
75
componentes de la red resulta ser satisfactorio al permitir cubrir todas las
expectativas planteadas a lo largo de la investigación.
4.4.6 EVALUACION DEL PROTOTIPO
En concordancia con lo planteado en la metodología propuesta se probaron
en forma independiente los subsistemas de hardware y software con el fin de
detectar problemas específicos con antelación.
Debido al poco tiempo asignado para este trabajo de investigación por la
empresa, no fue posible llevar acabo la implantación del mismo como se había
previsto, por lo cual no se llego a comprobar y verificar su estado de
funcionalidad en condiciones reales. Sin embargo; se llevo acabo el desarrollo y
construcción de un prototipo para el cual se utilizo el medidor de energía
eléctrica General Electric F- 72 de 2 hilos y el cual soporta una corriente maxima
de funcionamiento de 15 A con una tensión de alimentación de 120 V AC. A este
prototipo se le realizo las pruebas necesarias para verificar el funcionamiento del
mismo, lograndose obtener los resultados que se esperaban de su diseño y así
cumplir con todas las exigencias y requerimientos expuestos anteriormente para
este trabajo de investigación.
Por último y debido al tamaño y magnitud de este trabajo de investigación,
la empresa a decidido dividirlo en varias etapas. La primera de ellas es la de
preparación de los medidores de energía eléctrica para poder controlar las
76
violaciones y el fraude en los mismos, así como un protocolo de comunicación
serial para poder enviar información acerca del estado físico de cada medidor y
las lecturas del consumo de energía eléctrica en cada uno de ellos; estas etapas
fueron las cubiertas en este trabajo de investigación. La segunda es establecer el
medio de comunicación más idóneo y seguro para la empresa (según los ultimas
informaciones el personal asignado para este fin esta trabajando en una
comunicación vía celular). La última etapa es la de la recopilación, análisis y
procesamiento de toda la información suministrada por los medidores de energía
eléctrica para ser almacenada en una base de datos a la cual se le consultara
los datos o información que se requiera en cualquier momento, esta etapa fue
asignada va a ser asignada a una empresa especialista en este tipo de trabajo.
4.5 ESTUDIO ECONOMICO Y DE FACTIBILIDAD DEL TRABAJO DE
INVESTIGACION
Esta etapa se refiere a la adquisición y disponibilidad de todos los
componentes necesarios para la materialización del diseño realizado, además de
todas las herramientas y equipos necesarios para el montaje y prueba de estos
dispositivos.
Todos los componentes discretos se adquirieron en el mercado local
mediante canales de uso común debido a su amplia disponibilidad, sin embargo
los circuitos integrados correspondientes a los microcontroladores PIC16C84 y al
77
manejador de puerto serial MAX-232 fue necesario recurrir a un canal no
convencional para su importación desde los Estados Unidos de América, debido a
una escasez en el mercado local. Las herramientas utilizadas fueron las
aportadas por el taller de electrónica de telecomunicaciones ubicado en las
instalaciones del Centro de Controles Caujarito.
La construcción del prototipo realizado tubo un costo global aproximado de
Bs. 135.000 precio este que se mantuvo entre los rangos estimados por la
compañía, y esto se pudo lograr gracias a que la mayoría de los componentes
utilizados se pudieron adquirir en el mercado local sin tener que recurrir a la
importación de los mismos. Por lo antes expuesto podemos que están dadas
todas las condiciones de factibilidad para que se pueda realizar el trabajo de
investigación por Enelven C.A.