CAPITULO IV
RESULTADOS DE LA
INVESTIGACIÓN
A. ANALISIS DE LOS RESULTADOS.
FASE #1: DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES:
Se plantea la necesidad de desarrollar un sistema de control que permita realizar diversas pruebas y obtener las respectivas curvas características en los motores de corriente alterna (A.C.).
El sistema debe contar con la ayuda de un PC, el cual facilitará la labor al momento de la ejecución de la tarea. El mismo debe poseer un programa de aplicación que permita el manejo satisfactorio de los puertos (paralelo/serial) del computador, los cuales serán utilizados para enviar y recibir información, bien sea del computador hacia el sistema de control o viceversa, dicho sistema de control debe estar aislado del PC para evitar variaciones de tensión que afecten a dispositivos internos del computador, siendo esta razón para que el sistema se encuentre aislado.
Por otra parte el sistema de control debe poseer una etapa de Interfaz, el cual se encargará de enviar y recibir información al PC, dicha etapa está compuesta por dispositivos electrónicos capaces de tomar lecturas, bien sea de corrientes o voltajes, haciendo uso de componentes o circuitos integrados para tal fin, esto permite establecer comunicación entre el computador y el sistema.
Además, el sistema debe poseer una etapa de potencia, compuesta por dispositivos electrónicos como resistencias, potenciómetros, relés, transistores, o cualquier otro dispositivo capaz de impulsar cargas de corrientes eléctricas que permita realizar ens ayos en vacío y en corto circuito a motores de corriente C.A.. El ensayo en vacío permitirá medir las pérdidas rotacionales del motor y proporcionará información sobre su corriente de magnetización, información que será enviada al PC por medio del circuito de interface, siendo este el encargado de decodificar la información para así poder enviarla al PC, debido a que el mismo trabaja con información binaria 0 y 1. Una vez decodificada esa información el PC graficará el circuito equivalente de la respectiva prueba, haciendo uso del programa de aplicación desarrollado.
Al realizar el ensayo en corto circuito o rotor bloqueado, el mismo proporcionará la resistencia total del motor, suministrará o aplicará un voltaje al motor, tomando las lecturas de voltajes y corrientes necesarias para enviarlas al PC, una vez decodificada esa información por el circuito de control, la misma pasa al PC y es capturada por el programa de aplicación para realizar los respectivos cálculos y así determinar el valor de la resistencia total del motor, generando posteriormente su gráfica o circuito equivalente.
FASE #2: ESQUEMA GENERAL DEL HARDWARE.
Para el desarrollo de la presente investigación se tomó en cuenta todas las consideraciones y especificaciones necesarias de los componentes electrónicos existentes en el mercado para así obtener el diseño de un circuito compuesto por dos (2) Etapas Fundamentales tal como se muestra en la Figura #4-1 .
La primera Etapa (Etapa de Interfaz) esta constituido por tres(3) bloques funcionales que permitirán tener un control total del sistema. El primer bloque, denominado “Bloque de Comunicación” es el encargado de entablar la comunicación directa entre la Computadora y el Hardware del sistema propuesto, logrando con esto una interacción entre ambos.
Por otra parte, el mismo permitirá la comunicación directa con el
“Bloque de Ajustes y Mediciones” el cual será el encargado de seleccionar la línea de voltaje o corriente que va a ser medida conjuntamente con el Bloque de Selección, para luego ser enviada a la computadora a través del Bloque de Comunicación.
La segunda etapa denominada “Etapa de Potencia”, esta constituida por dos(2) bloques funcionales, el primero, un Bloque de Circuito Divisor de Tensión el cual tiene la finalidad de realizar divisiones de voltajes de la línea trifásica hasta llegar a un voltaje no superior a 5V, logrando con esto una compatibilidad con la Etapa de Interfaz.
El segundo Bloque es un circuito de Amperaje, el cual tiene la finalidad de suministrar la corriente que será medida en la Etapa de Interfaz, para luego ser enviada al PC para sus respectivos cálculos.
FIGURA #4- 1
DIAGRAMA GENERAL DEL HARDWARE.
BLOQUE DE SELECCION BLOQUE
DE COMUNICACION
BLOQUE DE AJUSTE Y MEDICION
ETAPA DE INTERFAZ
CIRCUITO DIVISOR
DE TENSION
CIRCUITO DE AMPERAJE
ETAPA DE POTENCIA
LEYENDA
Señal de control:
Entrada del Sistema:
Linea de Comunicación:
FASE #3: ORDINOGRAMA GENERAL.
El presente programa esta constituido por un módulo principal que gobernará o tendrá el control total del sistema a través de 6 opciones primordiales como son:
1. Setup, la cual desplegará una pantalla de configuración para que el usuario seleccione la línea de tensión a trabajar.
2. Corto Circuito, esta opción desplegará una pantalla la cual tendrá como finalidad realizar la Prueba de Corto Circuito a los motores de Corriente Alterna, teniendo la misma una pequeña información referente a la prueba en ejecución.
3. Vacío, esta opción muestra una pantalla similar a la de corto circuito, pero con la diferencia que esta prueba solo se ejecuta si el rotor esta liberado mecánicamente.
4. Curva de Arranque, esta opción desplegará una pantalla la cual tendrá una curva característica del motor al momento de su
inicialización, siendo la misma presentada con la relación I(Amp) Vrs T(seg.).
5. Acerca de.. , esta opción muestra una serie de pantallas de información referente al sistema, para que el usuario conozca los datos que en ella se maneja.
Finalmente, el programa esta siempre en un ciclo repetitivo hasta tanto no se seleccione la opción Salir, para así dar por finalizado el programa, cada una de las pantallas se podrá observar en los anexos.
En la figura #4-2 se muestra el diagrama general del software del sistema.
FIGURA #4- 2
DIAGRAMA GENERAL DEL SOFTWARE.
Inicio
Despliegue pantalla principal
Setup
Despliegue Pantalla
Setup
1 1
Trabajando con voltaje 480 V
Despliegue pantalla prueba
Corto Circuito
1
Despliegue
pantalla prueba vacío
1
Corto Circuito
Vacío
Curva Arranque
Despliegue pantalla Curva Arranque
1
Acerca de Despliegue
Pantalla Acerca de..
1
Salir
1
Fin
no no
no no
Sí
Sí Sí Sí Sí Sí
no
FASE #4: ADAPTACIÓN ENTRE HARDWARE Y SOFTWARE.
Para efectuar la comunicación entre el hardware y el software, se utilizó el puerto paralelo y serial de la Computadora, el cual consta de 25 y 9 pines respectivamente para enviar y recibir información, la misma es enviada al puerto por medio de instrucciones o líneas de códigos escritas en el entorno de programación de Visual Basic 5.0 bajo Windows 95, el cual es un lenguaje de programación orientado a objeto , siendo esta una razón suficiente para seleccionarlo como guía o control visual del sistema de control.
Por otra parte, los puertos paralelos poseen ventajas considerables de trabajo que permiten una comunicación satisfactoria entre el hardware del sistema de control y el PC, teniendo esta como ventajas principales las siguientes:
ü Transmisión y recepción de datos de 12 bits y 5 bits respectivamente.
ü Velocidad de transferencia de datos superior a los 100 Kbts por segundo.
ü Salida de datos Unidireccional de 8 bits.
ü Las señales utilizadas para representar los estados lógicos 0 y 1 son de 0 y +5V, respectivamente.
En la figura #4-3, se puede observar un diagrama del puerto paralelo con sus pines y funcionalidad.
FIGURA #4- 3
DIAGRAMA DEL PUERTO PARALELO
25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14
9 8 7 6 5 4 3 2 1
12
13 11 10
D5
D6 D4 D3 D2 D1 D0 D7
S5
S6 S4 S3
S7
C0 C1 C2 C3
REGISTER DB-25 (I /O)
Signal Name Bit Pin Direction
- Strobe + Data Bit 0 + Data Bit 1 + Data Bit 2 + Data Bit 3 + Data Bit 4 + Data Bit 5 + Data Bit 6 + Data Bit 7 - Acknowledge + Busy
+ Paper End + Select In - Auto Feed - Error - Initialize - Select Ground
C0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 S6 S7 S5 S4 C1 S3 C2 C3 _
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-25
Output Output Output Output Output Output Output Output Output Input Input Input Input Output Input Output Output _ (Note again that the S7, C0, C1 & C3 signals are inverted)
IBM–PC PARALLEL PRINTER PORT FEMALE DB–25 SOCKET EXTERNAL PIN LAYOUT
Strobe Data 0 Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 Data 5 Data 6 Data 7 ACK Busy
Paper Empty Select Auto Feed Error
Initialize Printer Select Input
PC Output PC Output PC Output PC Output PC Output PC Output PC Output PC Output PC Output PC Input PC Input PC Input PC Input PC Output PC Input PC Output PC Output
1 13
14 25
View is looking at Connector side of DB-25 Male Connector Pin Description
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Pin Assignments
note: 8 Data Outputs 4 Misc Other Outputs 5 Data Inputs
Note: Pins 18-25 are Ground
FASE # 5: ORDINOGRAMAS MODULARES Y CODIFICACIÓN DE PROGRAMAS.
En esta fase se explican cada una de los procedimientos y subrutinas (con su respectivo diagrama de flujo) empleado en el software.
La codificación de cada una de los diagramas de flujos utilizados en el software se hizo en Visual Basic 5.0, escogido por su rapidez en la ejecución de los programas y por su fácil manejo, debido a que es un lenguaje de programación orientado a Objeto.
A continuación se explican cada uno de los procedimientos empleados en el Diagrama General del Software:
Pantalla Setup: este procedimiento grafica una pantalla que
muestra tres (3) opciones de configuración para la línea de tensión a utilizar, donde al ser activada, la misma envía al puerto paralelo un cero (0), activando con esto por default la línea de tensión (480 Vrms), quedando al gusto del usuario la elección de dos (2) alternativas de trabajo, como lo son (240 Vrms y 120 Vrms). Dependiendo de la elección que se realice, cada una de estas dos (2) opciones envía al puerto
paralelo un número entero que representa su posición bien sea 1 y 2 respectivamente.
Posteriormente se procede a realizar una medición del voltaje para luego ser verificado con el valor seleccionado e indicar si se esta trabajando con el voltaje adecuado o no, emitiendo finalmente su respectivo mensaje de verificación.
El diagrama de flujo de este procedimiento se puede observar en la figura #4-4.
FIGURA #4- 4
DIAGRAMA DE FLUJO PANTALLA SETUP
INICIO
ENVIAR AL PUERTO UN CERO (0)
480 Trabajando con 480Vrms A
240 ENVIAR AL PUERTO
UN UNO (1) Realizar Medición Leer puerto y almacenar en x
X≠240
Trabajando con 240Vrms
A Voltaje en línea no
es el elegido A
Si Si
Si no
no 120
Si
ENVIAR AL PUERTO UN DOS (2)
Realizar Medición
Leer puerto y almacenar en x
X≠120 B Si
B
no
Trabajando con 120Vrms A
ACEPTAR
FIN I
Si no
no
no
I
A
Pantalla Corto Circuito: este procedimiento muestra una pantalla
de adquisición y suministro de datos, la misma al ser ejecutada pide información sobre la corriente nominal del motor, una vez ingresada la información, se muestra un mensaje indicando que el rotor debe estar bloqueado para la ejecución de la prueba, en caso de ser cierta su confirmación desplegará un mensaje indicando que se debe aumentar cuidadosamente el voltaje suministrado al motor, automáticamente el mismo procede a realizar varias mediciones de corriente y lecturas de datos a través del puerto, comparando la misma con el valor de la corriente nominal ingresado al comienzo de la ejecución de la pantalla, si la información leída es cercana al valor de la corriente nominal se procede nuevamente a realizar las respectivas mediciones tanto de corriente como voltaje con sus respectivas lecturas al puerto paralelo, si no, quedará en un ciclo permanente hasta que la condición se cumpla.
Posterior a esto, se procede a la visualización de cada lectura realizada para ser visualizada por el usuario.
Por otra parte el control del mismo es enviado hacia el botón información el cual desplegará información sobre la prueba que sé esta realizando si el usuario lo desea.
Finalmente al elegir el botón salir el mismo retorna el control hacia la pantalla principal desde donde fue llamada.
Este procedimiento se puede observar en la figura #4-5 .
FIGURA #4- 5
DIAGRAMA DE FLUJO PANTALLA CORTO CIRCUITO.
INICIO LEER I nominal
MENSAJE Rotor Bloqueado
confirmación
MENSAJE Comience a subir
Voltaje SI
Realizar medición de corriente
Leer Puerto y almacenar en C
C >= In Realizar medición de corriente
Leer puerto y almacenar en V
Realizar medición de Voltaje Leer puerto
y almacenar en C
Mostrar mediciones información
Ejecutar pantalla informacion de Prueba
Rotor Bloqueado Salir
Fin
S
S Si
no
Si
I no
Si no
no I
Pantalla Prueba Vacío: este procedimiento es muy parecido al de
corto circuito, con la diferencia que, en la prueba corto circuito el usuario ingresa la corriente nominal y para luego mostrar el mensaje de que el rotor debe estar bloqueado de manera que no se pueda mover. En este procedimiento el usuario debe ingresar el voltaje nominal para luego mostrar el mensaje de que el rotor debe estar liberado, para realizar así las comparaciones de voltaje nominal con las lecturas realizadas en el mismo.
Este procedimiento se puede mostrar en la figura #4-6.
Pantalla Curva de Arranque: este procedimiento muestra una
curva de inicio del motor al momento de su arranque. El mismo realiza lecturas sucesivas de corriente para promediar un valor especifico de ella, posteriormente se procede a mostrar o imprimir un punto en el espacio de las coordenadas en el plano I (amp) Vrs T(seg.), Quedando representada así cada uno de los puntos que darán forma a la curva de arranque en función del tiempo.
FIGURA #4- 6
DIAGRAMA DE FLUJO PANTALLA PRUEBA EN VACIO.
INICIO LEER V nominal
MENSAJE Rotor Liberado
confirmación
MENSAJE Comience a subir
Voltaje SI
Realizar medición de Voltaje
Leer Puerto y almacenar en X
X >= In Realizar medición de corriente
Leer puerto y almacenar en X
Realizar medición de Voltaje Leer puerto
y almacenar en C
Mostrar mediciones información
Ejecutar pantalla informacion de Prueba
Rotor Libre Salir
Fin
S
S Si
no
Si
I no
Si no
no I
Pantalla Acerca de..: este procedimiento muestra un conjunto de
pantalla de información del sistema anidadas, la misma al ser ejecutada mostrará información referente al titulo del proyecto y los autores del mismo. Por otra parte la misma contiene un botón de INFORMACIÓN que al ser seleccionado desplegará otra pantalla de información del sistema, la cual mostrara información referente al proyecto de investigación, conteniendo esta un botón de CONTINUAR, el cual mostrará otra pantalla de información referente a las partes de un motor trifásico. Quedando la misma en un bucle hasta tanto no se presione el botón salir en la pantalla principal de Acerca de.
Este procedimiento se puede ver en la figura #4-7.
FIGURA #4- 7
DIAGRAMA DE FLUJO PANTALLA ACERCA DE..
INICIO
Ejecutar pantalla
Información si A
Mostrar pantalla informacion sobre
el sistema
Continuar
Mostrar pantalla Partes de un motor
I
Salir
I Salir
Fin
A
A
si no no
I
no
si si
no
FASE #6: IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE.
La implementación del desarrollo del sistema de control para la realización de pruebas a motores de corriente alterna a través del computador personal consta de dos (2) etapas fundamentales: La de Potencia y la circuiteria de Interface, las cuales cumplen con funciones específicas orientadas al mismo objetivo, para lo cual se hace necesario ajustar la señal o voltaje de trabajo para así lograr un desarrollo eficaz de las pruebas y obtener resultados favorables al momento de la ejecución de las mismas.
ETAPA DE INTERFAZ:
Esta etapa es importante ya que por medio del él se manipulará o se tendrá el control total del sistema. La misma esta dividida en tres (3) bloques funcionales como los son: el Bloque de Comunicación, Bloque de Ajuste y Medición y el Bloque de Selección.
El Bloque de comunicación esta conformado por un circuito integrado MAX 232, el cual tiene la finalidad de entablar la comunicación con el computador, el mismo es un circuito integrado que trabaja con una
serie de capacitores electrolíticos de 1uf, con un suministro de voltaje de 5V, provenientes del computador, el mismo recibe la información proveniente del computador para luego canalizarla y enviarla a otros dispositivos o integrados que hace uso de ella.
El Bloque de Ajuste y Mediciones esta conformado por un circuito integrado programable denominado PIC de la serie 16C71, dicho integrado tiene la capacidad de almacenar un programa hasta de 1k de memoria, manejando entradas y salidas de datos hasta de 13 Bits, haciendo uso para esto de sus cuatros canales de comunicación. El mismo tiene alimentación de voltaje de 5V y una capacidad de trabajo de corriente en alta hasta los 25mA, el diagrama de flujo del mismo se muestra en los anexos.
Por otra parte el integrado es el encargado de seleccionar la línea de voltaje o corriente que será medida y suministrada al computador a través del integrado MAX 232 del bloque de comunicación, dicha información es recibida por él a través de pin 17 y enviada al MAX 232 a través del pin 18. Toda esta información es canalizada por el integrado a través de un programa de aplicación almacenado en la memoria EPROM del mismo. Dicho integrado se puede observar en la figura #4 – 8.
El bloque de selección esta compuesto por un Multiplexor 4051B de la familia Cmos, tal como se muestra en la figura #4-9.
El mismo posee un suministro de voltaje comprendido entre 3V y 15V para lo cual se le empleará un voltaje de 12V proveniente de una fuente DC, el integrado posee 8 pines de entrada y un pin de salida de datos, la cual recibe la información por los pines (13,14,15,12,1,5,2 y 4) y la salida lo hace por el pin 3; también posee 3 pines de selección para seleccionar el canal del datos que se vaya a utilizar, siendo estos tres pines utilizados por el PIC16C-71 para la selección de la información medida.
ETAPA DE POTENCIA:
Esta es también una etapa importante, debido a que por medio de , se manejará al motor y se tendrá control del mismo. Dicha etapa esta constituida por dos circuitos principales: El Circuito Divisor de Tensión y el Circuito de Amperaje.
El Circuito Divisor de Tensión esta constituida por una serie de potenciómetros y resistencias de 100 (kilo ohms) conjuntamente con una
serie de diodos 1N4007 y un conjunto de Relés conectados de tal manera que se pueda lograr un ajuste automático de voltaje, teniendo esto como objetivo principal obtener una división del voltaje trifásico hasta 5V, logrando con esto una compatibilidad con la Etapa de Interfaz.
El Circuito de Amperaje esta constituido por tres Toroidé los cuales tendrán la finalidad de suministrar una muestra de la corriente que será medida al circuito o Bloque de selección, siendo esta información interpretada por el PIC 16C-71 y enviada al PC a través del MAX 232 para sus respectivos cálculos.
FIGURA #4- 8
DIAGRAMA DE PINES DEL PIC-16C71.
PIC - 16C71
1 2 3 4 5 6
7
8
9 1 0
1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7
1 8 R A 1 / A N 1 R A 0 / A N 0 O S C 1 / C L K I N O S C 2 / C L K O U T
V D D
R B 6 R B 7
R B 5 R B 4 R B 3
R B 2 R B 1 R B O / I N T
V S S M C L R / V P P
R A 4 / T O C K I R A 3 / A N 3 / V R E F R A 2 / A N 2
FIGURA #4- 9
DIAGRAMA DE PINES DEL MUX- 4051B.
4051B
ECG - CMOS
IN / OUT IN / OUT
IN / OUT
OUT / IN INH VEE VSS
VDD A B C
VDD = 3V TO 15V
FASE #7: DEPURACIÓN DEL SOFTWARE.
Para la elaboración del software del proyecto se utilizó un lenguaje de programación de alto nivel, tal como lo es Visual Basic 5.0, bajo plataforma Windows 95. Bajo este lenguaje de programación se controlaron todos los componentes, bien sea para la habilitación o deshabilitación de canales de entradas y salidas de información a través de los puertos del computador, para así poder ser visualizados por el usuario.
Por otra parte se realizó una revisión exhaustiva de cada uno de los procesos, corrigiendo así cada uno de los errores que se fueron encontrando al momento de la ejecución del mismo, logrando con esto un correcto funcionamiento del sistema.
FASE #8: INTEGRACIÓN DEL HARDWARE CON EL SOFTWARE.
En esta fase se colocó a punto el software ya depurado con el conexionado de la circuiteria electrónica (Hardware), confirmando que la totalidad del sistema interactuara de la manera más óptima posible,
comprobándose de esta manera que los datos transmitidos y recibidos a través del puerto paralelo y serial sean correcto; logrando así la comunicación entre el Hardware y el Software.
FASE #9: CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO Y PRUEBAS FINALES.
En esta fase se realizaron los montajes de los diferentes diseños del sistema de control en el Protoboard y es aquí donde finalmente se verifica el correcto funcionamiento de todos los componentes de la circuiteria con la unificación del software del proyecto.
En esta fase las pruebas fueron realizadas de forma modulares de tal manera que cada módulo o etapa lograra su correcto funcionamiento.
B. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS.
Dentro de los resultados de la investigacion se destacan las 9 fases expuestas por Jose Maria Angulo en el libro de Robotica Practica.
Dentro de la definición de las especificaciones se obtuvieron todos los requerimientos necesarios para la construccion del hardware y del software del sistema, asi mismo una vez determinado estos requerimientos se procede elaborar un esquema general del hardware, el cual sirvio como base para la construccion del hardware de una manera logica atraves de bloques funcionales que realizan un unico trabajo en particular.
Seguidamente se obtuvo un diagrama de flujo general del software el cual permitio el desarrollo del sistema en un lenguaje de programación de alto nivel como lo es Visual Basic 5.0 para Windows 95 o superior el cual permitirá una comunicación entre el PC y el sistema de control, haciendo uso de los puertos del mismo, logrando con esto la adaptación entre el hardware y el software del mismo.
Posteriormente se procede a la codificación del mismo en el lenguaje seleccionado obteniendo asi todas y cada uno de las pantallas que gobiernan al sistema.
Seguidamente se procede a la implementacion del hardware dentro del cual se materializó todo el sistema de control que realizará las pruebas y mediciones necesarias al motor, para que finalmente se procediera a realizar todas las depuraciones tanto del software como del hardware para conseguir asi un prototipo definitivo del sistema.
