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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


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


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 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


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


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


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


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


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.


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


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


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


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.


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


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.


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.


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


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


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.


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


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.


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.


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


26

Tabla II.3.2.- Funciones de la pantalla LCD.11



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.



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


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.


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


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.


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


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:";



Lcd_Out(1,2, text14);



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);


Apéndices:

39




//Entradas tablero Secendario

if(PORTA.F0) Lcd_Out(1,18, text11); //Entrada 1






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) ;


if(PORTB.F7)

if (PORTA.F2) ;


//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, " ");

}

}

instituto politÉcnico nacional · radiocomunicación. ... también se envía el estado de las...

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