“Construcción de una tarjeta de control de parámetros de funcionamiento en grupos electrógenos a base de microcontroladores STO DMGO 2009”

(1)

Universidad Tecnológica Equinoccial

Campus Arturo Ruiz Mora

Santo Domingo

Facultad Ciencias De La Ingeniería

Carrera de Ingeniería Electromecánica

Tesis previa la obtención del título de

INGENIERO EJECUCION ELECTROMECANICO

Tema

“CONSTRUCCION DE UNA TARJETA DE CONTROL DE PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO EN GRUPOS ELECTRÓGENOS A BASE DE MICROCONTROLADORES PIC

STO DMGO 2009”

ESTUDIANTE

RUPERTO EDUARDO LARCO GALINDO

DIRECTOR DE TESIS

ING. JORGE TERAN BENALCAZAR

Santo Domingo-Ecuador Enero, 2011

Universidad Tecnológica Equinoccial

Campus Arturo Ruiz Mora

Santo Domingo

Facultad Ciencias De La Ingeniería

Carrera de Ingeniería Electromecánica

Tesis previa la obtención del título de

INGENIERO EJECUCION ELECTROMECANICO

Tema

STO DMGO 2009”

ESTUDIANTE

DIRECTOR DE TESIS

Santo Domingo-Ecuador Enero, 2011

Universidad Tecnológica Equinoccial

Campus Arturo Ruiz Mora

Santo Domingo

Facultad Ciencias De La Ingeniería

Carrera de Ingeniería Electromecánica

Tesis previa la obtención del título de

INGENIERO EJECUCION ELECTROMECANICO

Tema

STO DMGO 2009”

ESTUDIANTE

DIRECTOR DE TESIS

(2)

i

Agradecimiento……… II

Dedicatoria ………. III

Certificación de aprobación del Tutor ……… IV

Autoría de Tesis……… V

Aprobación del Tribunal ……… VI

Resumen………. VII

Índice General……… IX

Índice de Figuras ……….. ……… XIV

Índice de tablas……… XV

(3)

ii

AGRADECIMIENTO

Una vez que se ha culminado este trabajo investigativo, expreso mediante la presente mi sentimiento de gratitud al grupo de catedráticos de la Facultad, los que comparten sus conocimientos y experiencias para poder alcanzar la meta tan esperada.

En especial agradezco al Ing. Jorge Terán Benalcázar. Por haberme brindado todo el apoyo con su capacidad y entrega desinteresada en la dirección de la tesis.

(4)

iii

DEDICATORIA

El presente trabajo se lo dedico a mi esposa Martha Montenegro, quien ha consolidado el camino hacia mi meta y motivó el ánimo en los momentos más difíciles que tuve en mi carrera profesional.

Una dedicatoria especial a mis hijos Gandhy e Indyra, por su comprensión y apoyo para poder culminar este objetivo; por su alegría y motivación, infinitamente gracias por acompañarme en este propósito

Atentamente

(5)

iv

CERTIFICACION DE APROBACION DEL TUTOR

En calidad de tutor de la Tesis de Ingeniería Eléctrica,

Certifico

Santo Domingo de los Tsa’chilas Enero 2011

Que he revisado y aprobado, el informe de Tesis de Grado Intitulada:

“CONSTRUCCION DE UNA TARJETA DE CONTROL DE PARÁMETROS DE

FUNCIONAMIENTO EN GRUPOS ELECTRÓGENOS A BASE DE

MICROCONTROLADORES PIC STO DMGO 2009”

Elaborada Por Ruperto Larco Galindo, como requisito previo para la obtención de la investidura de Ingeniero Eléctrico.

La cual cumple con la reglamentación pertinente, así como con lo programado en el plan de tesis, reuniendo validez científica y metodológica, por consiguiente autorizo su publicación

……… Ing. Jorge Terán Benálcazar

(6)

v

AUTORIA DE LA TESIS

Por los profesionales que saldrán de las aulas de esta prestigiosa Universidad ya que ellos serán el apoyo y soporte técnico en el cual se afirme el desarrollo de nuestra región.

Certifico:

“La responsabilidad por los hechos, ideas y doctrinas expuestas en esta tesis, me corresponden exclusivamente; y, el patrimonio intelectual de la misma,

Es todo cuanto puedo certificar en honor a la verdad.

Ruperto Larco Galindo

(7)

vi

APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE GRADO

Universidad Tecnológica Equinoccial Campus Santo Domingo

De Los Tsa’chilas Facultad Ciencias De La Ingeniería

Electromecánica

Los miembros del Tribunal examinador de la Tesis con el tema

“CONSTRUCCION DE UNA TARJETA DE CONTROL DE PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO EN GRUPOS ELECTRÓGENOS A BASE DE MICROCONTROLADORES PIC STO DMGO 2009”

Elaborada por Ruperto Larco Galindo,Ha sido aprobada. Pará constancia de lo expresado firman:

___________________________ ______________________

Ing: Fabián Calero Vela Ing: Holger Zapata Mayorga

(8)

vii

RESUMEN

El presente trabajo de investigación parte de una revisión bibliográfica, en donde el marco teórico ha sido recopilado desde el punto de vista de varios autores, lo cual refuerza los argumentos con los cuales se realiza la propuesta del diseño y construcción de una tarjeta de parámetros de funcionamiento en grupos electrógenos. (Correctas medidas de temperatura, presión de aceite, velocidad del motor de combustión interna como también frecuencia, voltaje del generador ajustándose a las de diseño del fabricante de los grupos electrógenos)

Se plantea la construcción de una tarjeta con la posibilidad de sustituir las tarjetas originales de encendido y funcionamiento que vienen en dichos equipos estacionarios o en grupos electrógenos ya sea por falla o daños predispuestos por el pasar del tiempo.

La construcción de la tarjeta que contiene como base un micro controlador marca Microchip de la serie PIC 16f877A, seleccionado por sus cualidades y requerimientos configurables a mi proyecto que se baso en las tablas de características de cada uno de los componentes. Editado en Micro Code Studio y compilado en Pic basic Pro.

(9)

viii

INDICE GENERAL

1. Introducción……… 1

1.1.Justificación …………... 4

1.2.Objetivos………. 7

1.2.1Objetivos Generales……… 7

1.2.2Objetivos Específicos………. 7

I1.3.Importancia científica del estudio……… 8

CAPITULO II 2.. Definición……… 9

2.1. Grupo electrógeno………. 9

2.2. Motor diesel……… 9

2.3. Sistema Eléctrico del motor………. 11

2.4. Sistema de refrigeración ……….. 12

2.5.Depósito de combustible y bancada……… 13

2.6. Aislamiento de la vibración……….. 14

2.6.1Silenciador y sistema de escape……… 14

2.7. Partes del sistema por batería ……… 14

2.7.1 Batería ……… 14

2.7.2. Alternador ………. 15

2.7.3. Conductores ………. 15

2.7.4 Interruptores ……….. 15

2.7.5. Sensores……….. 16

(10)

ix

2.7.5.2. Sensores por efecto Hall……… 17

2.7.5.3.Sensores de presión de aceite ……… 18

2.7.5.4. Sensores de temperatura ………. 20

2.8. Sistema de precalentamiento ……….. 22

2.9. Generadores eléctricos ………. 23

2.9.1.La operación de los generadores en el sistema eléctrico…… 27

2.9.2. Impedancia ………... 28

2.9.3. El control de la frecuencia………. 29

2.9.4. El control de voltaje ………... 31

2.9.5. Operación del generador con respecto a una carga aislada... 33

2.9.6. Los armónicos………... 35

2.10. Introducción a los pics……… 37

2.11. Controladores y micro controladores……… 37

2.12. Diferencia entre micro controlador y microprocesador………. 37

2.13, Arquitectura interna de un micro controlador……….. 38

2.13.1. Procesador……… 38

2.13. 2.Arquitectura Von Newmann……… 38

2.13.3. Arquitectura Harvard……… 39

2.13.4.Memoria del programa………. 40

2.13.4.1. Rom……… 41

2.13.4.2. Ram………. 41

2.13, 4.3.Eprom………. 41

2.13.4.4.Otp ………. 41

(11)

x

2.13.4.6. Flash……… 42

2.13.5. Los Puertos Paralelos De Entrada/Salida ……… 42

2.13.5.1El Puerto A (Porta)………. 42

2.13.5.2.Registro Porta (05h)………. 43

2.13.5.3 Registro TrisA(85H)……….. 43

2.13.5.4 Registro Adcon1 (9FH)………... 43

2.13.5.5. El Puerto B (Portb)……… 43

2.13.5.6. Registro PortB (06h, 106h)………. 44

2.13.5.7. Registro TrisB (86h, 186h)………. 44

2.13.5.8. Registro Option_Reg (81h, 181h)………. 44

2.13.5.9. Pines Rb4,..., Rb7………. 44

2.13.5.10 El Puerto C (Portc)………. 45

2.13.5.11. Registro portc (07h)……… 45

2.13.5.12. Registro Trisc (87h)……… 45

2.13.5.13. El Puerto D………. 46

2.13.5.14. El Puerto E………. 46

2.13.5.15. Puerto Serie Usart………. 47

2.13.6. Confiable………. 47

2.13.7 Versátil……… 47

2.13.8.Comunicación En Serie ………. 48

2.14. Programación De Micro controladores……… 49

2.14.1 Lenguaje de bajo nivel……… 49

(12)

xi

2.15 Programación de pic………50

CAPITULO III 3.Diseño del hardware y software……… 52

3.1.Diseño de control de parámetros ……… 52

3.2.Diagrama de flujo del sistema………. 53

3.3. Selección del controlador………. 54

3.4.Medidas del pic 16f877A de base pdip……… 56

3.5 Organización de la memoria……… 57

3.6 Micro chip 16F877A ……….. 58

3.6.1 Distribución de pines del pic……….. 58

3.7 Circuitería básica……….. 58

3.8. Teclado hexadecimal……… 62

3.9. Circuito de acoplamiento……… 63

3.10.Consideración de la salida del pic ……… 65

3.11.Modulo LDC ………. 68

3.12. Descripción general del programa desarrollado……… 69

3.13. Programación del pic 16f877A en lenguaje ( Microcode) compilador. CAPITULO IV 4. Funcionamiento y descripciones ………. 81

4.1. Descripción física de la tarjeta……… 81

4.2.Descripción de entradas y salidas ……….. 82

(13)

xii

4.4 Entrada de la tarjeta secundaria……… 83

4.5. Salida de la tarjeta principal………... 84

4.6. Salida de la tarjeta secundaria………. 84

4.7. Procedimientos iníciales……… 84

4.8. Funcionamiento de la tarjeta……… 85

CAPITULO V Pruebas……… 87

Conclusiones………... 88

Recomendaciones. ………. 89

ÍNDICE DE FIGURAS Figura # 1 Ignición………... 10

Figura # 2 Circulación de refrigerante……… 12

Figura # 3 Sensores magnéticos……… 16

Figura # 4 sensor pick up………. 17

Figura # 5 características del sensor hall ………. 18

Figura # 6 circulación y presión de aceite………. 20

Figura # 7 sensor de temperatura………... 21

Figura # 8 característica de la NTC………. 21

Figura # 9 arranque del motor……….. 22

Figura # 10 principios de generación……….. 24

Figura # 11 elementos del alternador………. 26

(14)

xiii

Figura # 13 Borneras y tipo de conexión……… 27

Figura # 14 Secuencia de conexión……… 28

Figura # 15 Flujo de corriente y sentido de giro……… 30

Figura # 16 Secuencia del proceso AVR……… 33

Figura # 17 Formación de la tensión alterna………. 34

Figura # 18 Desfasamiento de la energía trifásica……….. 34

Figura # 19 Perturbaciones de la forma de onda eléctrica…………. 36

Figura # 20 Característica física del pic 16F877A………. 56

Figura # 21 Presentación física del pic……… 58

Figura # 22 Características de las entradas y principios de inicio 60 Figura # 23 Conexión del teclado……… 62

Figura # 24 amplificador operacional y su equivalente……… 64

Figura # 25 Características de las salidas del pic……… 65

Figura # 26 Conexión LDC ……….. 68

Figura # 27 Tarjeta principal y secundaria………. 81

Figura # 28 Borneras de las tarjetas……….. 82

Figura # 29 Bornera de la salida de la tarjeta……….. 84

(15)

xiv

DIARAMAS Y ANEXOS

Bloque de funciones ……….. 52

Diagrama de flujo………. 53

Tarjeta de esquemático principal Diagrama # 3………. 90

Tarjeta distribución de dispositivos Diagrama # 4... 91

Tarjeta principal orificios Diagrama #5………. 92

Tarjeta de ruteado de la tarjeta principal Diagrama # 6……….. 93

Tarjeta de esquema pictórico Diagrama # 7……… 94

Tarjeta esquemático de tarjeta secundaria Diagrama # 8………. 95

Tarjeta de distribución de dispositivos Diagrama # 9……….. 96

Tarjeta de esquema pictórico Diagrama # 10………. 97

Tarjeta de ruteado de la tarjeta secundaria Diagrama # 11 ……… 98

Tarjeta de perforaciones de la tarjeta Diagrama # 12……….. 99

Cotización de proveedores (anexo #1)……… 100

(16)

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCION

Tanto el parque industrial como comercial trabajan y se desarrollan alrededor de un componente indispensable que es la energía eléctrica, como es de conocimiento general en el país existen diversas centrales hidroeléctricas que en conjunto apenas suman la energía indispensable como para cubrir las necesidades de energía eléctrica de los sectores mencionados, por esta razón la mayor parte de industrias han optado por proveerse de energía eléctrica alternativa propia, generada principalmente por grupos electrógenos conformados por motores de combustión interna que consumen combustible diesel, Estas maquinas estacionarias deben tener un mantenimiento preventivo y correctivo que son reparados por personas especializadas en este campo.

El sistema de producción de energía eléctrica mediante grupos electrógenos está constituido básicamente por dos subsistemas:

El primer subsistema es el mecánico, el cual se encarga del funcionamiento del motor.

(17)

Los dos son subsistemas independientes pero que están íntimamente relacionados, debido a la causa- efecto que los une, es decir el segundo subsistema depende del buen funcionamiento del primero.

Desde el origen de los sistemas de generación se han diseñado varias formas de vigilar y monitorear su buen desempeño, y como adelanto técnico es susceptible de ser mejorado con el tiempo y necesidades, de acuerdo a la experiencia y dificultades que hayan tenido y ser superadas para optimizar dichos funcionamientos.

Para controlar el funcionamiento de los motores estacionarios, inicialmente se lo hacía por medio de interruptores, luego con relés (y en algunos hasta la presente fecha), monitoreando visualmente el número de revoluciones a las cuales gira el motor y mediante la lectura de manómetros, los cuales están conectados a sensores o trompos de presión de aceite, de temperatura. Las lecturas obtenidas a partir de estos sensores deberán estar dentro de rangos óptimos o a las especificaciones del fabricante y garantizar la generación de energía, actualmente es común encontrar sistemas de generación que utilizan tarjetas electrónicas para tomar las lecturas de los parámetros mecánicos de funcionamiento y también para controlar los parámetros eléctricos del sistema de generación eléctrica.

(18)

con las consecuentes pérdidas económicas. Existe el agravante que cuando estas tarjetas se han dañado, estas solo se las puede conseguir en el exterior (fabricante) básica mente por que han están descontinuadas por lo tanto no hay en producción y tiene que pedir su construcción especifica. Este precisamente es el punto de partida para la presente investigación ya que a través de un análisis previo se determinó que si es posible diseñar una tarjeta que se la confeccione a partir de piezas, elementos que se pueden conseguir en el mercado local y que no implica incurrir en gastos que superen a la que se trae en condición de importada.

El objetivo de la tarjeta es principalmente ser el cerebro operativo tanto del motor como del generador eléctrico que se encuentran acoplados ya que mediante esta se puede controlar automáticamente el funcionamiento del motor estacionario, es decir se tendrá en la pantalla de la tarjeta las lecturas de presión de aceite temperatura del motor, revoluciones por minuto a las cuales está funcionando. Por otro lado la tarjeta también permite visualizar la salida de voltaje que se está produciendo. Si por alguna razón, cualquiera de estos factores cambia dentro del rango óptimo en el cual deben estar trabajando, simplemente esta internamente da orden de que se apague el motor, evitando daños más graves.

(19)

localizar el repuesto se pasa mucho tiempo improductivo. Por otro lado estas tarjetas importadas son costosas (anexo #1) haciendo más difícil su adquisición en vista de que no todas las empresas o industrias pueden hacer este desembolso inesperado o tenerlas en bodega.

Diseñar una tarjeta de producción nacional con micro controladores PIC de la serie 16f877A, para grupos electrógenos abarataría con la utilización de componentes existentes en el mercado local que serían necesarios para confeccionarla, dando como resultado que el costo sería una fracción (anexo # 2) del que hay que pagar actualmente por la tarjeta importada.

Esto sin lugar a dudas optimizaría la producción de energía eléctrica mediante grupos electrógenos estacionarios, a nivel nacional.

1.1JUSTIFICACION.

La mayor parte de energía eléctrica producida fuera de la que se genera en las centrales hidroeléctricas, en la época de racionamientos es la que proviene de grupos electrógenos estacionarios con motores de combustión interna a diesel, los cuales serian controlados tanto en su parte mecánica del motor como en la generación eléctrica, por una tarjeta con micro controladores.

(20)

De acuerdo al estudio desarrollado y expuesto en el presente informe si es posible diseñar y construir en el país una tarjeta con micro controladores PIC de la serie 16f877A, ya que se cuenta con la suficiente experiencia práctica y los conocimientos teóricos como para construir y suplir el modelo que viene en condición de originales.

El contar con tarjetas con micro controladores PIC de la serie 16f877A, para controlar los procesos de producción de energía eléctrica, generada por motores estacionarios abarataría costos de adquisición de estos repuestos, ahorraría tiempo en la reparación de estos grupos. Y se trabajaría más eficientemente en las empresas e industrias que no dispone dos o tres grupos electrógenos ( reserva) .

El diseño de la tarjeta como producto final de este trabajo de investigación, incluye mejoras importantes como el hecho de que los rangos de presión de aceite, temperatura y revoluciones del motor serán de lecturas visibles , en lo referente al funcionamiento del motor estacionario; por otro lado el voltaje y la frecuencia del generador de electricidad también serán monitoreados esto en definitiva permitirá control de mantenimientos y evitara daños graves tanto del motor como del generador y sus consecuentes reparaciones.

(21)

manómetros electromecánicos, los cuales están ubicados en diversos lugares del panel de control.

Es importante mencionar que el compilador que se propone tiene la base en el software Pic Basic Pro lo que garantiza una exactitud por ser amigable, depura las fallas, existen librerías preestablecidas y es eficiente en las operaciones matemáticas (decimales). Por lo ende en el desarrollo del trabajo no admitirá errores en su funcionamiento.

En el proyecto significará proteger y garantizar el trabajo de los motores y equipos que se vinculen con esta generación de electricidad auxiliar.

(22)

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GENERAL.

Diseñar una tarjeta de control de parámetros de funcionamiento en grupos electrógenos controlada por micro controlador PIC 16f877A.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Diseñar una tarjeta de parámetros de funcionamiento para los grupos electrógenos a base de dispositivos básicos que se hallen en el mercado local.

Determinar cuáles son los componentes básicos de una tarjeta de parámetros y definir su funcionamiento

Determinar los beneficios y aportes teóricos, técnicos, económicos, y de otro orden, que de cómo resultado el diseño y elaboración de una tarjeta de parámetros con micro controlador PIC 16f877A.

(23)

1.3 IMPORTANCIA CIENTIFICA DEL ESTUDIO.

La importancia científica está basada en:

Un eficaz conocimiento y análisis de las características técnicas y a solución de funcionamiento de cada uno de los componentes de los grupos. electrógenos

Establecimiento de contenidos técnicos básicos de funcionamiento de micro controlador PIC 16f877A, así como otros componentes que permiten la labor del prototipo.

Definición de los procedimientos técnicos secuenciales y en la configuración y adaptación de estas tarjetas a los controles del motor estacionario, así como al generador eléctrico, comprobación y análisis de parámetros mecánicos y eléctricos de trabajo de todo el sistema.

Identificación práctica de los sensores que establecen las seguridades básicas de los equipos en relación al encendido y funcionamiento.

Conocimiento técnico – científico para la sustitución de las tarjetas o módulos originales de control de encendido y funcionamiento de máquinas estacionarias de combustión interna y en forma particular a grupos electrógenos por la construcción de una tarjeta que contiene un micro controlador marca PIC de la serie 16f877A.

(24)

CAPITULO II

2. DEFINICIONES

2.1 GRUPO ELECTROGENO

Son los que transforman la energía química en energía eléctrica es decir proporcionan potencia eléctrica para motores, luces, equipos eléctricos y electrónicos a través del flujo de electrones en elementos resistivos o inductivos

2.2 MOTOR DIESEL

Es el que convierte la energía química en mecánica es decir donde interviene el trabajo del motor, girando su cigüeñal producto de la energía calorífica1

En un motor de combustión interna se consigue la ignición (auto encendido) del combustible por el calor desarrollado al comprimir aire hasta un grado de compresión muy elevado.

Principal causa de la utilización del motor diesel es el empleo de alta compresión, que permite elevar el rendimiento del motor o, en otras palabras, se reduce el volumen de combustible consumido por unidad de trabajo efectuada.

(25)

La alta compresión es utilizable porque se ejerce sobre el aire puro y no sobre la mezcla de este con el combustible vaporizado la mezcla se inflamaría prematuramente durante el periodo de compresión.

Cuando el combustible se pulveriza el diesel se enciende fácilmente y se quema en forma eficaz por la elevada presión de la compresión se produce alta temperatura (ignición) todo esto provoca la explosión que desplaza al pistón esta fuerza mecánica producida o energía útil se transformará en energía eléctrica.

Figura # 1 (Ignición)

(26)

Aire + combustible + calor = combustión2

El motor diesel que acciona el Grupo Electrógeno ha sido seleccionado por su fiabilidad y por el hecho de que se ha diseñado específicamente para accionar Grupos Electrógenos. La potencia útil que se quiera suministrar nos la proporcionará el motor, así que, para una determinada potencia, habrá un determinado motor que cumpla las condiciones requeridas.

2.3 SISTEMA ELECTRICO DEL MOTOR

El sistema eléctrico de control de los motores de combustión interna es de 12 VDC, excepto aquellos motores los cuales son alimentados a 24 VDC, negativo a masa. El sistema incluye un motor de arranque eléctrico, una batería libre de mantenimiento, se puede instalar otros tipos de baterías si así se especifica, y los sensores y dispositivos de alarmas de los que disponga el motor. Normalmente, un motor dispone de un mono contacto de presión de aceite, un termo contactó de temperatura y de un contacto en el alternador de carga del motor para detectar un fallo de carga en la batería.

2.4 SISTEMA DE REFRIGERACION

El sistema de refrigeración del motor puede ser por medio de agua o aire y aceite. El sistema de refrigeración por aire consiste en un ventilador de gran capacidad que hace pasar aire frío a lo largo del motor para enfriarlo.

(27)

El sistema de refrigeración por agua/aceite consta de: Bomba(1),Carter o deposito de aceite(2), ductos(3) un ventilador(4) un radiador(5),Tapa del radiador(6),mangueras(7), y así enfriar sus propios componentes3_.

Figura # 2 (circulación del refrigerante)

El sistema de enfriamiento del motor tiene como función mantener las temperaturas adecuadas por transferencia de calor de la diferencia de temperatura atreves del refrigerante y sus principales componentes bomba de agua, radiador, termostato, ventilador.

Si el motor recalienta, esto será como consecuencia de las siguientes condiciones:

- La temperatura del motor será alta.

- La cantidad del aire que atraviesa al radiador es muy reducida.

-La cantidad de refrigerante que circula en el sistema de enfriamiento es insuficiente.

(28)

Además si la temperatura se eleva el vapor escapará por el tanque auxiliar usado para el refrigerante. En tales casos caerá la potencia de salida del motor.

La presión de aceite en los motores diesel, la lubricación consiste básicamente en hacer circular el aceite por el motor El aceite limpia, refrigera y mantiene separadas las superficies metálicas en movimiento disminuyendo la fricción. La presión de aceite es el parámetro más importante que afecta al circuito de lubricación, el lubricante es obligado a circular por diversos conductos al interior del motor, debido a la presión generada por la bomba de aceite. La presión máxima en el circuito dependerá de la válvula limitadora de presión, y la presión mínima del ralentí del motor.

2.5 DEPOSITO DE COMBUSTIBLE Y BANCADA

El motor y el alternador están acoplados y montados sobre una bancada de acero de gran resistencia.(chasis) o sobre una estructura formando el tanque de combustible

2.6AISLAMIENTO DE LA VIBRACION.

(29)

2.6.1SILENCIADOR Y SISTEMA DE ESCAPE.

El silenciador, escape va instalado en el Grupo Electrógeno. El silenciador y el sistema de escape reducen la emisión de ruidos producidos por el motor.

2.7 PARTES DEL SISTEMA DE CONTROL POR BATERIA

2.7.1 BATERIA

Es un elemento electroquímico que transforma la energía química en eléctrica pero también recibe la corriente continua del alternador, y la acumula en este estado hasta ser requerida nuevamente como corriente eléctrica.

La función principal es arrancar el motor es decir da las primeras vueltas de partida o inicio de funcionamiento del motor

Las baterías automotrices son fabricadas en 12 y 24 voltios. Cualquier requerimiento de un voltaje superior se obtendrá conectándolas en serie4

2.7.2 ALTERNADOR

El alternador tiene la función de reponer la carga a la batería y mantener operativa siempre a demás suple de corriente al motor mientras está en funcionamiento

(30)

Para que un alternador este trabajando correctamente con capacidad para cargar la batería debe proporcionar de 12.8 a 14.5 o de 24.7 a 27 voltios en promedio

Los alternadores llevaran un regulador de voltaje para evitar sobrecarga a las baterías y dañarlas como también a los componentes eléctricos, electrónicos de las maquinas. Se pueden acoplar alternadores con escobillas para aquellos grupos cuyo funcionamiento vaya a ser limitado y, en ninguna circunstancia, forzado a regímenes mayores.

2.7.3 CONDUCTORES

Son cables de cobre cubiertos con plásticos (polivinilico)5_{. Tienen diferentes}

diámetros y sirven para conducir la corriente de un punto a otro del sistema.

2.7.4 INTERRUPTORES

Son unos contactos de acción manual o electromagnética y sirve para conectar y desconectar los diferentes circuitos.

2.7.5 SENSORES

Son dispositivos capaces de transformar magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas para que pueda ser interpretada por otro dispositivo es decir convierten una forma de energía en otra.

(31)

Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor: temperatura, presión, desplazamiento. Una magnitud eléctrica obtenida de los sensores puede ser variación de resistencia (RTD) tensión eléctrica (pick-up) corriente eléctrica (efecto hall).

2.7.5.1 SENSORES MAGNETICOS

Para saber el número de revoluciones (rpm) del motor se utiliza un generador de impulsos de tipo inductivo (pick-up).

Figura # 3 (sensor magnético)

(32)

halle cortada). También puede medirse la resistencia interna del sensor, colocando el óhmetro en medida de resistencia.

Figura # 4 (sensor pick up)

2.7.5.2 SENSORES POR EFECTO HALL

Al igual que los sensores magnéticos pick up .Cuando por una placa metálica circula una corriente eléctrica y ésta se halla situada en un campo magnético perpendicular a la dirección de la corriente, se desarrolla en la placa un campo eléctrico transversal, es decir, perpendicular al sentido de la corriente. Este campo, denominado Campo de Hall, es la resultante de fuerzas ejercidas por el campo magnético sobre las partículas de la corriente eléctrica, sean positivas o negativas6_.

Este fenómeno tiene dos consecuencias principales. La primera es que la acumulación de cargas en un lado de la placa, en el campo así creado, implica que el otro lado tiene una carga opuesta, creándose entonces una diferencia de potencial; la segunda es que la carga positiva posee un potencial superior al de la carga negativa. La medida del potencial permite, por tanto, determinar si se trata de un campo positivo o negativo.

Dado que en este caso el sensor, por estar implementado por un semiconductor, tiene la capacidad de poseer electrónica integrada, la señal

(33)

que sale de los sensores por efecto Hall para uso como detectores de proximidad por lo general ya está amplificada y condicionada, de modo que su utilización es mucho más directa, fácil y económica.

Figura # 5 (características del sensor Hall)

2.7.5.3 SENSOR DE PRESION DE ACEITE

(34)

en el sistema de lubricación. La baja presión de aceite es un problema serio, ya que para mantener lubricadas las partes en movimiento y evitar el desgaste, es necesario mantener cierta presión del aceite de lubricación. El indicador de baja presión de aceite está conectado con un switch de presión que contiene contactos eléctricos los cuales están en posición "cerrado" cuando la presión de aceite está por debajo de 5 psi (3.5 kPa). Esta presión la establece el fabricante del motor con base a las características y requerimientos del mismo. La luz de alerta de baja presión se enciende. Cuando se arranca el motor, la presión del aceite empuja el diafragma del switch de presión abriendo los contactos y provocando que la luz se apague, en el caso del indicador de presión la aguja indicará la presión alcanzada.

Si la luz indicadora permanece encendida o el indicador no registra presión después de varios segundos de arrancado el motor, se apagara inmediatamente.de lo contrario puede ser:

1. El switch de presión puede estar fallando.

2. El cable entre el switch de presión y la luz de alarma por baja presión puede estar aterrizado o desconectado.

3. La bomba pudo haber atrapado aire en la succión.

4. El cedazo de la succión de la bomba pudo haberse tapado.

5. La válvula reguladora de presión pudo haberse "pegado" en posición abierta.

Para evitar que el motor funcione sin presión de aceite de lubricación durante el período de tiempo después del arranque, los filtros diseñados para estas aplicaciones tienen integrada una válvula anti drenaje. Esta válvula consiste usualmente de un diafragma de hule que permite el paso libre del aceite a través del filtro en la dirección normal y, cuando el motor está apagado, evita que el aceite del filtro fluya de regreso hacia el cárter.

(35)

vital al operador o al sistema para su actuación y apagar el motor

Figura # 6 (Circulación y presión del aceite)

2.7.5.4 SENSOR DE TEMPERATURA

Sensor de temperatura del motor está montado en el circuito del líquido refrigerante, con el fin de determinar la temperatura del motor a partir de la temperatura del líquido refrigerante, Así es posible que el control del motor se adapte exactamente a la temperatura del servicio del motor. El margen de temperaturas se sitúa en -40...+130ºC

(36)

funcionamiento del motor ofrece elevado valor resistivo y cuando se calienta es de bajo valor resistivo7

Figura # 7 (sensor de temperatura)

7 _{www.mecanicavirtual.org/sensores7.htm}

(37)

2.8 SISTEMA DE PRECALENTAMIENTO

Los motores diesel necesitan de 10 a 30 segundos de precalentamiento puesto que el combustible en un motor diesel enciende espontáneamente por el calentamiento del aire comprimido, en un sistema como el motor a gasolina no es necesario.

El funcionamiento con auto ignición exige que en la cámara de combustión imperen temperaturas considerablemente elevadas, que no en todos los motores a diesel y a cualquier temperatura exterior pueden alcanzarse tras los primeros giros del motor de arranque.

(38)

La culpa de que los motores diesel sean tan "perezosos" por la mañana es atribuible en primer lugar a la baja temperatura del aire exterior aspirado, que sólo puede calentarse suficientemente durante la segunda carrera del ciclo.

En la mayoría de los casos, para el arranque en frío se utilizan como eficientes fuentes de calor las llamadas bujías de incandescencia, que son calentadas a través de la instalación eléctrica propia. Estas bujías se ubican en la tapa de cilindros y se proyectan hacia el interior de la cámara de combustión.

2.9 GENERADORES ELECTRICOS

Se requieren de (3) tres factores básicos para la generación de voltaje: magnetismo, movimiento y conductores. El sistema de generación se basa en el concepto el cual si un conductor se mueve a través de un campo

(39)

(40)

Los generadores de corriente alterna o alternadores son maquinas compuestas por bobinas de estator y rotor. Al hacer girar las bobinas de cable en un campo magnético las cuales convierten la energía mecánica en eléctrica8.

El rotor contiene polos con devanados enrollados a su alrededor, para formar bobinas, llamadas bobinas de campo o devanados de campo

Cuando una bobina gira en un campo magnético esta produce un voltaje alterno debido a que la salida del generador es primero positiva y luego negativa en cada uno de los terminales de salida a medida que se varia el voltaje de salida da la forma una onda seno, un recorrido completo desde cero hasta el valor máximo positivo y luego a cero hasta un valor máximo negativo y de regreso a cero se conoce como un ciclo.

El estator o inducido es la parte fija del generador donde se induce el voltaje, la corriente alterna fluye a la carga a través del inducido el cual es un bastidor cilíndrico enrollado con bobinas conductoras de varias vueltas.

El rotor se emplea para inducir un voltaje en el estator para lo cual un campo magnético debe girar a través de las bobinas del estator, El rotor tiene un núcleo de hierro enrollado en muchas vueltas de cable formando el devanado de campo. Cuando se suministra una corriente continua a los devanados de campo se produce un campo magnético induciendo en los polos del núcleo del campo .

(41)

Figura # 11 (elementos del alternador) La corriente suministrada al campo

generalmente se llama corriente de excitación o magnetizante y el magnetismo gira a las rpm del motor.

(42)

2.9.1 LA OPERACIÓN DE LOS GENERADORES EN EL SISTEMA ELECTRICO

Los sistemas eléctricos deben mantener ciertas condiciones generales de operación que garanticen una adecuada continuidad de servicio y una calidad satisfactoria a los usuarios, para esto, entre otras cosas durante la operación normal del sistema se debe mantener la frecuencia y el voltaje dentro de ciertos valores límite admisible.

Un generador puede conectarse de varios modos dependiendo del tamaño y principalmente del uso que se le vaya a dar a la energía que provee dicho generador, las líneas de fuerza o salidas del estator pueden conectarse de 3,4, 6 o 12 cables a bornes

Figura # 13 (borneras y tipos de conexiones)

Además debemos tomar en cuenta que el voltaje línea a línea en conexión estrella es igual al voltaje línea neutro por √3

(43)

El sistema de numeración de los terminales de los cables sigue el patrón tanto para motores y generadores trifásicos9

Figura # 14 (secuencia de conexión)

2.9.2 LA IMPEDANCIA

Se define como la fuerza total que se opone al flujo de corriente la impedancia de un generador es la combinación de la resistencia interna y la reactancia capacitiva e inductiva.

La resistencia esta presenta en los cables y conductores de cualquier sistema, es común que un generador síncrono tenga reactancia inductiva de 10 o 20 veces mayor que la resistencia.

(44)

Z= _{R + (X X )} Z=_{√R + X}

Z=Impedancia R=Resistencia

XL=Reactancia inductiva

XC=Reactancia capacitiva

2.9.3 EL CONTROL DE LA FRECUENCIA

La frecuencia es el número de ciclos eléctricos completos en el periodo de un segundo. El nombre estándar o unidad de medida usado para la frecuencia es el Herzt

El valor de la frecuencia generada es importante debido a que los dispositivos o maquinas que producen, transportan o utilizan la energía eléctrica no funciona correctamente cuando la frecuencia no operan a sus valores nominales para los cuales están diseñados.

(45)

Figura # 15 (flujo de corriente y sentido de giro)

(46)

F = N ∗ R

120

F= frecuencia en Hz N= numero de polos

R= revoluciones del motor en rpm

2.9.4 EL CONTROL DEL VOLTAJE

El voltaje es el potencial eléctrico o diferencia de potencial expresada en voltios (v) hay tres requisitos básicos para la generación de voltaje magnetismo, movimiento y conductores. El campo lo suministra el magnetismo, el movimiento el motor y el conductor el inducido fijo. El voltaje varia cambiando la corriente continúa suministrada al campo.

El control del voltaje es importante porque existen ciertos niveles de tensión admisible en las redes de distribución debido a las restricciones como son:

(47)

luminosa muy baja, y en general fenómenos de este tipo se pueden presentar en distintos elementos que utilizan la energía eléctrica.

- Restricciones a nivel de materiales de redes de distribución.

Para los materiales usados en las redes eléctricas se tienen ciertas limitaciones por sobre tensión en condiciones normales de operación son las siguientes:

- El nivel de aislamiento de los materiales.

- En ciertos casos valores de tensión a los cuales se pueden llegar cuando los transformadores operan en vació o casi en vació en las horas de poca demanda.

- En baja tensión las limitaciones sobre la red están dispuestas por: - El comportamiento de las protecciones.

- Los valores de tensión a partir de los cuales las condiciones de carga de los transformadores pueden llevar al vació.

(48)

corriente de campo estabilizando los niveles de voltajes requeridos para el correcto funcionamiento10

Figura # 16 (secuencia del proceso del AVR)

2.9.5 OPERACIÓN DEL GENERADOR CON RESPECTO A UNA CARGA

AISLADA.

Un generador que produce una sola salida de voltaje alterno es llamado generador monofásico el inducido del generador es una sola bobina el voltaje completa un ciclo a 360 grados en 1/60 segundos

(49)

Figura # 17(formación de la tensión alterna)

En un sistema trifásico se aplican tres voltajes a la misma frecuencia pero se desplazan eléctricamente por un tercio de un ciclo o 120 grados con relación uno de otro la salida de las tres bobinas mostrara una diferencia de fase ya que los polos magnéticos de la bobina del campo pasan las tres bobinas del inducido en momentos diferentes.

Figura # 18 (desfasamiento de la energía trifásica)

(50)

mayoría de las instalaciones tienen tanto cargas monofásicas como trifásicas para obtener un rendimiento optimo del generador y su capacidad máxima se debe equilibrar cada carga monofásica con las otros dos fases del generador trifásico11

La carga puede consistir en el caso más simple de una combinación de motores, lámparas y sistema de aire acondicionado, por ejemplo, suponiendo por simplicidad que la carga es balanceada, aun cuando en realidad no lo sea

2.9.6 LOS ARMONICOS

Son niveles de energía existentes en los múltiples sistemas o circuitos de corriente alterna acompañando a las ondas fundamentales, las armónicas degradan la calidad de voltaje de salida de un generador y deben por lo tanto minimizarse. Un generador puede tener una combinación de armónicos impares pero nunca armónicos pares debido al diseño simétrico de construcción del generador y no excederá del 5% de su total12

(51)

(52)

2.10 INTRODUCCION A LOS PICS

En 1980 los fabricantes de circuitos integrados iniciaron la difusión de un circuito empleado para control, medición e instrumentación al que lo llamaron micro controlador en un solo chip, siendo un integrado que contiene toda la estructura de un microcomputador, es decir contiene memorias, circuitos de entradas y salidas, convertidores análogo digital, temporizadores, contadores y sistemas para comunicación serial.

2.11 CONTROLADORES Y MICRO CONTROLADORES

Un controlador es un dispositivo electrónico capaz de controlar uno o más procesos los controladores estaban formados exclusivamente por componentes discretos. Más tarde, se emplearon procesadores rodeados de memorias, circuitos de Entrada/Salida sobre una placa de circuito impreso (PCB). Esto es lo que hoy conocemos con el nombre de micro controlador.

2.12 DIFERENCIA ENTRE MICRO CONTROLADOR Y

MICROPROCESADOR.

(53)

Un microprocesador, en cambio, es simplemente un componente que conforma el micro controlador, que lleva a cabo ciertas tareas programadas

2.13 ARQUITECTURA INTERNA DE UN MICROCONTROLADOR.

A continuación se analizan los más importantes.

2.13.1 PROCESADOR

Es la parte encargada del procesamiento de las instrucciones Debido a la necesidad de conseguir elevados rendimientos en este proceso, se ha desembocado en el empleo generalizado de procesadores de arquitectura Harvard frente a los tradicionales que seguían la arquitectura de von Neumann.

2.13.2 ARQUITECTURA VON NEWMANN

La arquitectura tradicional de computadoras y microprocesadores se basa en el esquema propuesto por John Von Neumann.

(54)

La longitud de las instrucciones está limitada por la unidad de longitud de datos, por lo tanto el microprocesador debe hacer varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas.

La velocidad de operación (o ancho de banda de operación) está limitada por el efecto de cuello de botella que significa un bus único para datos e instrucciones que impide superponer ambos tiempos de acceso.

2.13.3 ARQUITECTURA HARVARD

La arquitecturaHarvardy sus ventajas son:

La arquitectura conocida como Harvard, consiste simplemente en un esquema en el cual el CPU está conectado a dos memorias por intermedio de dos buses separados. Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa, y es llamada Memoria de Programa. La otra memoria solo almacena datos y es llamada Memoria de Datos.

El tamaño de las instrucciones no está relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola La longitud de las instrucciones está limitada por la unidad de longitud de datos, por lo tanto el microprocesador debe hacer varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas.

(55)

posición de memoria de programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa.

El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando una mayor velocidad de operación.

El procesador de los modernos micros controladores responde a la arquitectura RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido), que se identifica por poseer un repertorio de instrucciones de máquina pequeño y simple, de forma que la mayor parte de las instrucciones se ejecutan en un ciclo de instrucción.

Otra aportación frecuente que aumenta el rendimiento del computador es el fomento del paralelismo implícito, que consiste en la segmentación del procesador (pipe-line), descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez.

2.13.4 MEMORIA DEL PROGRAMA

El micro controlador está diseñado para que en su memoria de programa se almacenen todas las instrucciones del programa de control. Como éste siempre es el mismo, debe estar grabado de forma permanente.

(56)

2.13.4.1 ROM

Con máscara: se graba mediante el uso de máscaras. Sólo es recomendable para series muy grandes debido a su elevado costo

2.13.4.2 RAM

Estática (SRAM) es la más adecuada, aunque sea volátil. Hay micro controladores que disponen como memoria de datos una de lectura y escritura no volátil, del tipo EEPROM. De esta forma, un corte en el suministro de la alimentación no ocasiona la pérdida de la información, que está disponible al reiniciarse el programa

2.13.4.3 EPROM

Se graba eléctricamente con un programador controlador por un PC. Disponen de una ventana en la parte superior para someterla a luz ultravioleta, lo que permite su borrado. Puede usarse en fase de diseño, aunque su coste unitario es elevado.

2.13.4.4 OTP

Su proceso de grabación es similar al anterior, pero éstas no pueden borrarse. Su bajo coste las hace idóneas para productos finales.

2.13.4.5 EEPROM

(57)

2.13.4.6 FLASH

Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar en circuito al igual que las EEPROM, pero que suelen disponer de mayor capacidad que estas últimas. Son recomendadas en aplicaciones en las que es necesario modificar el programa a lo largo de la vida del producto. Por su mejor prestación, está sustituyendo a la memoria EEPROM para contener instrucciones.

De esta forma Microchip (Compañía que fabrica los micro controladores PIC) comercializa dos micro controladores prácticamente iguales que sólo se diferencian en que la memoria de programa de uno de ellos es tipo EEPROM y la del otro tipo Flash.

2.13.5 LOS PUERTOS PARALELOS DE ENTRADA/SALIDA.

Estos puertos son totalmente programables, es decir, sus líneas pueden ser configuradas para trabajar como entradas o como salidas a selección del programador.

2.13.5.1 EL PUERTO A (PORTA).

(58)

2.13.5.2 REGISTRO PORTA (05H)

Registro de estado del Puerto A. Cada uno de los 6 bits menos significativos (RA5,….. RA0) de este registro es de estado físico del puerto. Al hacer una lectura este registro se lee el estado de todos los pines del puerto.

Todas las escrituras al registro son operaciones del tipo “lee modifica escribe”, es decir, toda escritura al puerto implica que el estado de los pines es leído luego es modificado y posteriormente se escribe al latch de datos del puerto.

2.13.5.3 REGISTRO TRISA (85H).

Colocando el bit deTRIScomo 0, hace su pin unasalida, y colocándolo en1

lo hace unaentrada.

Por ejemplo:TRISA = %00000000 ´ O TRISA = 0

Coloca todos los pines PORTA como salidas. Cada bit individual puede ser manejado de la misma manera

2.13.5.4 EL REGISTRO ADCON1 (9FH)

RA0,….RA5 son multiplexadas como entradas analógicas AN0…..AN5

2.13.5.5 EL PUERTO B (PORTB)

(59)

2.13.5.6 REGISTRO PORTB (06H, 106H)

Los ocho bits que contiene reflejan directamente el estado de los ocho pines del puerto B RB0,..., RB7.

2.13.5.7 REGISTRO TRISB (86H, 186H)

En forma similar a TRISA, al poner en 0 bit de TRISB se configura el pin RB correspondiente como salida y al poner un 1 en un bit de TRISB se configura el pin RB correspondiente como entrada.

2.13.5.8 REGISTRO OPTION_REG (81H, 181H)

El bit 7 de este registro, denominado RBPU es usado para conectar/desconectar una resistencia “pull-up” conectada a cada pin RB. Poniendo un 0 en este bit todas las resistencias se conectan. Para desconectar las resistencias “pull-up” se debe poner este bit en 1, también se desconectan automáticamente cuando el pin correspondiente es configurada como salida. Un Reset desconecta todas las resistencias.

2.13.5.9 PINES RB4,..., RB7.

(60)

intcon solicitando con esto una interrupción. Esta interrupción es especialmente útil para despertar al dispositivo de su estado de sleep

cuando alguna de las cuatro líneas es activada, por ejemplo, en respuesta a la presión de una tecla.

Esta característica de solicitud de interrupción cuando se detecta un cambio junto con las resistencias “pull-up” (resistencias conectadas al nivel 1 lógico o positivo) configurables para estas cuatro pines, las hacen ideales para el manejo de teclados en dispositivos portátiles que requieren “dormirse” durante largos ratos para economizar baterías y “despertarse” cuando una tecla es presionada.

2.13.5.10 EL PUERTO C (PORTC).

El puerto C consta de 8 líneas bidireccionales. Trabaja en forma similar a los dos puertos anteriores y tiene asociados los registros:

2.13.5.11 REGISTRO PORTC (07H).

Es el registro de datos cuyos 8 bits RC7, RC6,..., RC0 reflejan directamente el valor lógico de las líneas físicas del puerto C.

2.13.5.12 REGISTRO TRISC (87H)

(61)

respectivo puede ser ignorada la configuración de TRISC, de hecho, algunos periféricos configuran la línea como salida mientras que otros la configuran como entrada.

2.13.5.13 EL PUERTO D

El puerto D es un puerto de 8 líneas configurables como entradas o salidas mediante el registro TRISD (88H) y cuyas líneas pueden ser incitadas mediante el registro PORTD (08H). Cuando se configuran como entradas éstas poseen un disparador Schmitt.

2.13.5.14 EL PUERTO E

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2.13.5.15 PUERTO SERIE USART

La USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) es uno de los dos periféricos contenidos en el PIC que le permiten realizar comunicación en serie. La USART, también conocida como SCI (Serial Communications Interface) puede configurarse como una unidad de comunicación en serie para la transmisión de datos asíncrona con dispositivos tales como terminales de computadora o computadoras personales, o bien para comunicación síncrona con dispositivos tales como convertidores A/D o D/A, circuitos integrados o memorias EEPROM con comunicación serie, etc.

La gran mayoría de los sistemas de comunicación de datos digitales actuales utilizan la comunicación en serie, debido a las grandes ventajas que representa esta manera de comunicar los datos:

2.13.6 CONFIABLE.

Los estándares actuales permiten transmitir datos con bits de paridad y a niveles de voltaje o corriente que los hacen poco sensibles a ruido externo. Además por tratarse de información digital, los cambios en amplitud de las señales (normalmente causados por ruido) afectan muy poco o nada a la información.

2.13.7

(63)

energía utilizada puede ser diferente: luz visible, infrarroja, ultrasonido, pulsos eléctricos, radio frecuencia, microondas, etc.

Una gran cantidad de periféricos se comunican actualmente en serie con un micro computadora: líneas telefónicas, terminales remotas, unidades de casete magnético, el ratón, teclados, etc.

2.13.8 COMUNICACIÓN EN SERIE

La comunicación en serie sólo utiliza una línea para la transmisión de datos, y opcionalmente alguna línea o líneas para protocolo. La desventaja obvia de la comunicación serie es que los bits de un dato se envían de a uno por uno, de manera que mientras que la comunicación en paralelo envía en un ciclo un dato de 8 bits, a la comunicación serie le toma más de 8 ciclos (ya que además del dato en la comunicación serie se requiere agregar algunos bits de sincronización. Sin embargo, debido a que la comunicación serie requiere sólo una línea para la transmisión esto abarata los costos en líneas de transmisión y no sólo esto, ya que este hecho también hace posible que los datos puedan ser enviados no necesariamente por un conductor eléctrico, sino inclusive por aire o por el vacío si en lugar de pulsos eléctricos se usan impulsos electromagnéticos, tales como: ondas de radio, microondas, pulsos luminosos, infrarrojo, ultrasonido, láser13_.

(64)

2.14 PROGRAMACION DE MICROCONTROLADORES

Para programar los microcontroladores, se utilizan dos tipos de lenguaje, los de bajo nivel y los de alto nivel.

2.14.1 LENGUAJES DE BAJO NIVEL

La utilización de los lenguajes más cercanos a la máquina (de bajo nivel) representan un considerable ahorro de código en la confección de los programas, lo que es muy importante dada la estricta limitación de la capacidad de la memoria de instrucciones. El lenguaje de bajo nivel utilizado para programar a los microcontroladores PIC es el Ensamblador.

Los programas bien realizados en lenguaje Ensamblador optimizan el tamaño de la memoria que ocupan y su ejecución es muy rápida.

2.14.2 LENGUAJES DE ALTO NIVEL

La programación en lenguajes de alto nivel permite que el programador tenga una mayor facilidad por cuanto puede hacer uso de estructuras (if then, lazos while, etc.), puede generar funciones o procedimientos, se puede realizar operaciones con punto flotante, el código generado se puede reutilizar con el uso de librerías.

(65)

2.15 PROGRAMACION DE PICs

Todos los micros controladores necesitan un circuito grabador, llamado programador,

También puede hacerse necesario el empleo de un entrenador. Éste es un dispositivo que permite analizar el comportamiento del PIC una vez programado, mediante una serie de entradas y salidas predefinidas. Generalmente incluyen una serie de interruptores y/o pulsadores, una barra de leds y un display de 7 segmentos

Con ello puede verificarse si el micro controlador se comporta como deseamos antes de la realización de la PCB, que, en caso de no funcionar el circuito, conlleva una importante pérdida de tiempo y de dinero.

Algunos entrenadores incluyen programador, por lo que no se hace necesario extraer el PIC del zócalo programador para insertarlo en el entrenador.

En el aspecto software, Microchip dispone de un software gratuito llamado MPLAB, el cual es un entorno de desarrollo para este micro controlador. Dicho entorno de desarrollo incluye un compilador que convierte el código fuente del programa en lenguaje ensamblador (.asm) en un fichero .hex (código de máquina), listo para pasar al micro controlador.

(66)

(67)

CAPITULO III

3. DISENO DEL HARDWARE (DIAGRAMA DE BLOQUES )

Diagrama # 1 (bloque de funciones)

3.1DISEÑO DEL SISTEMA DEL CONTROL DE PARAMETROS

En el capítulo anterior se investigó sobre algunos conceptos de elementos y sistemas de y para grupos electrógenos, de las cuales se extrajeron ciertas ideas con la finalidad de diseñar un sistema, para este proyecto como una alternativa que podrían ser adecuadas en el control del motor y generador en sus funciones básicas y fundamentales para su funcionamiento.

Sensor de

temperatura (2.7.5,4)

Sensor de prensión de aceite (2.7.5.3)

Sensor de velocidad (2.7.5,1) Generador (2,9) Teclado (3.9) Batería (2.7.1) Rele de precalentamiento (2.8)

Rele dearranque (2,8)

Rele de paro

Rele de falla

(2.7.4)

Rele de falla de tensión y frecuencia

(68)

3.2 DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA

(69)

3.3 SELECCIÓN DEL MICRO CONTROLADOR

Para realizar este proyecto se propuso el uso de un micro controlador, existente en el mercado hay muchas alternativas de micro controladores de las cuales las fabricas más destacadas en propósitos de uso general son Microchip Technology Inc., ATMEL Corp, Basic X de NetMedia, Inc y BASIC Stamps de Parallax, Inc entre otros. De los cuales por su facilidad de adquisición y de uso, en este proyecto se decidió trabajar con la gama media de la familia de micro controlador PIC de Microchip Technology Inc.

Por tener un alto número de prestaciones, desempeños y la mayoría de los recursos dentro de toda la variedad de la gama media se decidió utilizar la familia PIC16F87XA con las siguientes características

Procesador de arquitectura RISC avanzada

Juego de 35 instrucciones con 14 bits de longitud. Todas ellas ejecutan en un ciclo de instrucción menos las que saltan dos

Memoria flash 8192 palabras de 14.3 bits o instrucciones

Memoria RAM 368 bytes

Memoria EEPROM 256 bytes

Fuentes de interrupción interna externa 14

(70)

Numero de conversores a /d 8 de 10 bits

Numero de modulador de pulso 2

Comunicación bus serial si

Puerta paralela esclava (PSP) si

Tx/Rx universal Rs 232/485 si

Temporizador de 8 bits 2

Temporizador de 16 bits 1

Comparadores 2

Captura –comparación (PMW) 2

Reloj externo 0 - 20 MHz

Perro guardián (WDT) si

Bajo consumo (SLEEP) si

Alimentación 3.5 - 5.5 vol.

Consumo 2 mA.

Corriente máxima un pin de I/O 25 mA.

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3.4 MEDIDAS DEL MICROCHIP

Medidas físicas del pic 16F877A formatoPDIP

DISPOSICION DE LOS PINES

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3.5ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA

Dentro del pic 16F877A se distinguen tres bloques de memoria:

Memoria de programa FLASH

En las 8192 posiciones, (8Kwords) = 2000 hexadecimal que contienen el programa con las instrucciones de la aplicación y es de tipo no volátil

Memoria de datos RAM

Donde se guarda las variables y datos son registros de 8 bits y es de tipo no volátil

Memoria de EEPROM

Es el área de memoria de datos de lectura escritura no volátil que permite garantizar que la información estará siempre disponible al reiniciar el programa14

El almacenamiento (stack) de las instrucciones lo hace en apilamiento de 8 niveles x 13 bits. Y es usada para el regreso de las subrutinas incrementando en 1 para dar paso a return

Los bancos de memoria de datos está organizada en 4 bancos que conta de 128 byts, modos de direccionamiento de la memoria de datos los hacen en 8 k de instrucciones dividido en 4 páginas de 2 k.

Hay 2 maneras de acceder a la memoria;

Modo directo, usando los 7 bits menos significativos

Modo indirecto usando una dirección de la memoria variable

(73)

3.6 EL MICRO CHIP 16F877A

Presentación física del chip.

(74)

Distribución de los pines del pic

Tabla # 1 (pines o puertos)

3.7CIRCUITERIA BASICA

En el siguiente esquema podemos ver la circuitería básica, es decir, el circuito mínimo para que el PIC empiece a funcionar (entradas)

Pines del micro PIC 16F877A

11,32 VDD 12,31 VSS

1 RESET 13,14 OSC

2,3,4,5,6,7 PORTA

33,34,35,36,37,38,39,40 PORTB 8,9,10 PORTE

15,16,17,18,

23,24,25,26 PORTC

19,20,21,22

(75)

(76)

La alimentación 12 voltios de la batería, que será estabilizado por el regulador a 5 voltios y se emplean para ello dos pines: 11 VDD (tensión positiva) y pin 12 VSS GND (masa). Se incluye además un pulsador, conectado al pin 11: cuando se introduce un nivel alto de tensión (pulsador abierto) el PIC funciona normalmente y cuando se introduce un nivel bajo (pulsador cerrado) se resetea el PIC. - Oscilación: la lleva a cabo el cristal de cuarzo (de 4 Mhz en nuestro caso) junto con los dos condensadores cerámicos (27pF).recomendados en el data sheet15_.

Considerando que la máxima corriente de circulación es de 25 mA en sus pines de salida o entrada y el voltaje de suministro es de 5 V entonces las resistencias limitadoras de corriente conectadas a los puertos de entrada del PIC deben tener el siguiente valor:

V = R* I [Ω] P = V * I [W]

R = V I ;

5 v

.025 A ; 200 Ω W =5* .025 =.050 w

Lo cual estaríamos en los límites permisibles según las características por seguridad podemos utilizar resistencias de 1 KΩ a10 KΩ (promedio 5KΩ, pero normalizado 4.7 KΩ) y 0.25 watios

R = V I ;

5 v

1000 Ω = 5 mA ∴

5 v

10000 Ω = 0.5 mA

(77)

usual 5 v

4700 Ω

≈

1 mA 5*.001=0.005 w

La fuente de alimentación es la batería exterior que no bajara de 12 vol y estabilizada por el IC 7805 a 5 vol. 1 Amp, para mayor refrigeración pondremos un disipador. Además utilizamos condensadores de entrada al regulador de 330nF-0,1uF que filtra y a la salida del regulador de 100nF-1 μF para desacoplar la alimentación16

3.8 EL TECLADO HEXADECIMAL

Los teclados son un arreglo de pulsadores que permiten ingresar datos proces ar y tener respue stas

Figura # 23 (conexión del teclado)