PFC_ Fco_Sánchez_Rivas

Proyecto Fin de Carrera
Proyecto
Fin de Carrera
Ingeniería
de Telecomunicación
Ingeniería de Telecomunicación
Formato
de Publicación
la Escuela
Técnica
Banco
de ensayosde para
ensayo
de
Superior de Ingeniería
resistencia de aparatos productores
de señales acústicas
Autor:Autor:
F. Javier
F. Payán
Javier Somet
Sánchez Rivas
Tutor:Tutor:
Juan José
Murillo
Iván
MazaFuentes
Alcañiz
Ingeniería
de ySistemas
y Automática
Dep.
Dep. de
Teoría
de la Señal
Comunicaciones
Escuela
Superior
de Ingeniería
EscuelaTécnica
Técnica
Superior
de Ingeniería
Universidad
de Sevilla
Universidad
de Sevilla
Sevilla,
2013 2015
Sevilla,
Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería de Telecomunicación
Banco de ensayos para ensayo de
resistencia de aparatos productores de
señales acústicas
Autor:
F. Javier Sánchez Rivas
Tutor:
Iván Maza Alcañiz
Profesor Titular
Dep. de Ingeniería de Sistemas y Automática
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2015
Proyecto Fin de Carrera:
Autor:
Tutor:
Banco de ensayos para ensayo de resistencia de aparatos productores de señales acústicas
F. Javier Sánchez Rivas
Iván Maza Alcañiz
El tribunal nombrado para juzgar el trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes
profesores:
Presidente:
Vocal/es:
Secretario:
acuerdan otorgarle la calificación de:
El Secretario del Tribunal
Fecha:
Agradecimientos
mis profesores, a todos ellos, por su dedicación y tiempo pero con una especial mención a mi profesor de 4º y 5º curso de primaria, D. Julian Arribas (D.E.P.), que siempre
confió en mi, me apoyó y me enseñó el camino a seguir.
A
A mis compañeros de clase y especialmente a los que ahora son mis AMIGOS (Juanjo,
Pino, Manu, Cristina, Fernando, Laura, Victor, Mai, ...), por que sois parte de lo mejor que
me llevo de la carrera y por que habéis estado ahí cuando lo he necesitado, especialmente a
mi amigo Miguel Hernández con el que he tenido la suerte de compartir 5 años de convivencia y del que puedo decir que jamás he conocido a una mejor persona.
A mi pareja, Noelia, por haberme dado siempre ánimos frente a los obstáculos, por
obligarme a estudiar, por compartir las mañanas, las tardes y las noches de estudio conmigo,
por todo, gracias.
A mi familia especialmente a mis padres Francisco Sánchez y Ana Rivas pues gracias a
su coraje y voluntad decidieron sacar adelante a una familia con menos de 20 años y sin
apenas recursos. Sin ninguna duda es gracias al esfuerzo diario que ambos han realizado
a lo largo de los años, que hoy puedo presentar este proyecto y que mis hermanos Carlos,
Ana y Nohamin puedan tener un hermano mayor del que sentirse orgullosos. Nunca podré
agradeceros lo suficiente el haberme dado un futuro.
Son muchas las personas a las que les estoy agradecido de haberme ayudado a poder
culminar mi carrera con este proyecto y que no podría nombrar a todas aquí, así que a todos
los demás, compañeros de clase, compañeros de ESIBot, tutores de prácticas, personal de la
universidad, etc. todos habéis colaborado de un modo u otro a que llegue a donde estoy
hoy, eternamente gracias.
Francisco J. Sánchez Rivas
Sevilla, 2016
I
Resumen
n este proyecto de fin de carrera se recoge la ejecución de un proyecto de ingeniería
real, desde la fase de recopilación de requisitos de cliente hasta la fase de validación.
Se trata del primer proyecto real al que me he enfrentado en mi carrera profesional, por
lo que también refleja la forma en la que un estudiante de últimos cursos se enfrenta a la
situación de resolver un problema de ingeniería real. El proyecto consiste en el diseño de un
banco de ensayos para avisadores acústicos de automoción. El tipo de pruebas que se desean
hacer sobre los avisadores consisten en reproducir un patrón definido por el operario del
banco de ensayos durante largos periodos de tiempo, del orden de 1 mes, y al mismo tiempo
capturar datos de consumo de los cuales se derivarán otros parámetros como la frecuencia
a la que resuenan los avisadores. La mayor implicación de lo anterior es que se debe crear
un sistema realmente robusto, ya que no es tolerable un fallo al final de un ensayo que lleve
ejecutándose 1 mes, pues el tiempo perdido sería muy grande.
E
La solución que se desarrolla en este proyecto implica el diseño de módulos electrónicos
personalizados y reutilizables para otros proyectos, la integración de varios módulos en
una caja compacta de formato rack estándar, el diseño de un rack que contenga todos los
elementos necesarios para el ensayo, el diseño de la instalación que integrará el rack con la
sala de ensayos y sus elementos, el software de control del ensayo y el software de gestión
de ensayos y explotación de resultados.
III
Índice
Resumen
III
1. Introducción
1
2. Especificación
3
3. Contexto
5
3.1.
3.2.
3.3.
Antecedentes
3.1.1. Generación 1
3.1.2. Generación 2
3.1.3. Generación 3
Alcance
Política interna
5
5
5
5
6
6
4. Estudio de la solución
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
7
Estudio de un aparato productor de señales acústicas
4.1.1. Aparatos productores de señales acústicas electromecánicos
4.1.2. Aparatos productores de señales acústicas electrónicos
Alimentación y conmutación de los aparatos productores de señales acústicas
Medidas de corriente y tensión
Sistema de control y adquisición
Integración en la sala de ensayos
Software
5. Implementación de la solución
5.1.
5.2.
5.3.
7
7
8
9
10
10
11
11
13
Fuente programable
Electrónica de medida
5.2.1. Transductor de corriente
5.2.2. Transductor de tensión
5.2.3. Elemento de conmutación
5.2.4. Envolvente y conectores
5.2.5. Esquema y layout de la electrónica de medida
5.2.6. Fabricación de placa de circuito impreso y ensamblaje
Sistema de control y adquisición
5.3.1. Asignación de señales
V
13
14
14
17
18
20
21
23
24
25
Índice
VI
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
Caja de medidas
5.4.1. Formato de la caja de medidas
5.4.2. Módulos electrónicos y elementos asociados
5.4.3. Conexiones externas
5.4.4. Conexiones internas
5.4.5. Frontal de la caja de medidas
Rack de control
Armario de servicios comunes
Instalación en la sala
Software de control y adquisición
5.8.1. Arquitectura general
5.8.2. Estado de un grupo
5.8.3. Protocolo de comunicación
5.8.4. Gestor de comandos
5.8.5. Bucle de control y adquisición
5.8.6. Datalogger
5.8.7. Monitorización de estado
Software de gestión de ensayos y explotación de resultados
5.9.1. Pantalla principal
5.9.2. Fichas de ensayo
5.9.3. Generación de informes
6. Problemas y mejoras
6.1.
6.2.
Ruido en medidas
Mejoras posibles
6.2.1. Una tarjeta DAQ o tres
6.2.2. Arquitectura general
6.2.3. Almacenado de datos
6.2.4. Unificación del software de gestión y explotación
26
26
27
27
30
31
34
36
37
40
40
42
48
52
55
58
59
60
60
63
64
67
67
69
70
70
70
70
7. Conclusiones
71
Apéndice A.Comandos y respuestas
73
A.1.
A.2.
Comandos
Respuestas
Apéndice B.Máquina de estados de grupo
B.1.
B.2.
B.3.
B.4.
B.5.
B.6.
B.7.
B.8.
Comando start group
Comando pause
Comando resume
Comando abort
Comando test horn
Comando reconnect horn
Comando transfer complete
Comando time change
Apéndice C.Especificación del formato de resultados
73
74
77
78
79
80
81
82
83
84
85
87
Índice
C.1.
C.2.
Especificación para Data0.csv
Especificación para Data1.csv
Apéndice D. Ejemplos de informes generados
D.1.
D.2.
Informe de resumen de resultados
Informe de gráficas de resultados
Índice de Figuras
Índice de Tablas
Bibliografía
Glosario
VII
87
88
89
90
91
93
97
99
101
1 Introducción
a industria de la automoción es una de las más exigentes en cuanto a la calidad de los
componentes que usa. Es por ello que el control de calidad en las empresas del sector
es de suma importancia. Los componentes automovilísticos están sujetos a normativas
internacionales además de a normativas específicas que cada marca exige a sus proveedores.
Debido a esto es frecuente que en las lineas de producción se incorporen máquinas de test
que se encargan de validad ciertas características del componente, de forma que el 100 % de
la producción es validada antes de ser enviada al cliente final. No obstante, existen ciertos
requisitos a cumplir por los componentes para los cuales no es posible usar esta técnica, por
ejemplo pruebas de larga duración, ensayos destructivos, ensayos difíciles de automatizar,
etc.
Es por esto que las empresas que suministran componentes a las marcas de vehículos
disponen de laboratorios de calidad, en los que llevan a cabo una gran variedad de pruebas
sobre sus componentes o sobre las materias primas que usan para la fabricación de los
mismos, y que no son son susceptibles de ser incluidas en la cadena de producción: pruebas
de choque térmico, pruebas de vibración, pruebas de resistencia a niebla salina, etc. En estos
laboratorios se llevan a cabo pruebas periódicamente sobre especímenes seleccionados
aleatoriamente de la producción, de forma que se sean una muestra representativa del
proceso y los resultados puedan ser extrapolados al resto de la producción.
En este proyecto de fin de carrera se presenta una solución real y específica para este
último grupo de equipos de ensayo, más concretamente, se describe el desarrollo de un
banco de ensayos para realizar ensayos de resistencia a aparatos productores de señales
acústicas (APSA) para automoción. El ensayo de resistencia consiste en someter a los APSA
a un desgaste acelerado, accionándolos en intervalos cortos repetidamente. Durante la
prueba se monitorizan algunas constantes fundamentales del dispositivo, tales como la
frecuencia o corriente consumida.
El cliente final del equipo es el principal proveedor de avisadores acústicos para marcas
premium tales como Lamborgini, Bentley, Rolls-Royce o Porsche, además de otras de gama
alta y media como Mercedes, BMW, Audi, Seat, Nisan o Renault entre otras muchas.
L
1
2 Especificación
a especificación de este banco de ensayo proporcionada por cliente se basa en el
Reglamento no 28 de la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas
(CEPE) — Prescripciones uniformes relativas a la homologación de aparatos productores de
señales acústicas y de vehículos de motor en lo que respecta a sus señales acústicas [1]. Más
concretamente al apartado 6.3 "Ensayo de resistencia" de dicho reglamento. No obstante, las
normas específicas de cada cliente final suelen ser más exigentes, por lo que la especificación
varía sustancialmente del Reglamento 28.
L
Las especificaciones más importantes se recogen en los siguientes puntos:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Control y monitorización de 3 grupos de 8 APSA.
Cada grupo debe poder ejecutar un ensayo diferente.
Para cada ensayo se definirán unos límites de tensión, intensidad y frecuencia.
Para cada ensayo se definirá un patrón de activación, una tensión nominal y un
número de ciclos.
En cada activación se medirá la corriente RMS con un error inferior a 0.15A y la
tensión con un error inferior a 0.1V.
La frecuencia se calculará mediante la señal de corriente pudiendo escoger en cada
ensayo el método de paso por cero o el de auto-correlación.
El banco deberá desconectar del ensayo un APSA cuando su frecuencia o corriente se
salga de los límites indicados, cuando esté en cortocircuito o cuando esté en circuito
abierto.
Todos los resultados han de ser almacenados para poder generar informes de forma
automática.
El banco debe de ser capaz de funcionar por largos periodos de tiempo de forma
ininterrumpida, como referencia las pruebas típicas tienen una duración de entre un
par de semanas y 2 meses.
El banco se instalará en un sala insonorizada con control de temperatura, ventiladores
para los APSA detección de apertura de puerta y controles de marcha/paro, con los
que deberá integrarse.
El control del banco se hará desde una sala anexa mediante un PC y una aplicación
que habrá que desarrollar. Este PC solo será para la programación de los test y la
explotación de datos y deberá poder estar apagado durante los ensayos.
3
3 Contexto
ara la completa comprensión de algunas de las decisiones tomadas en la solución
propuesta se hace necesario introducir el contexto en el que se realiza este proyecto,
así como otra serie de cuestiones que hacen que algunas decisiones no respondan a lo
estrictamente técnico.
P
3.1 Antecedentes
El cliente ya dispone de bancos de ensayo para ensayos de resistencia, pero son de generaciones distintas. En el momento de la ejecución de la oferta el cliente dispone de 3 bancos
diferentes.
3.1.1 Generación 1
Fabricado en 1990. Consiste en unas fuentes de alimentación fijas conectadas a un sistema
de contadores electro-mecánicos que permite simplemente realizar un número fijo de ciclos
simples de ON-OFF, sin ninguna toma de datos. Este banco será el primero a reemplazar
con la solución que se muestra en el presente proyecto de fin de carrera.
3.1.2 Generación 2
Fabricado en el año 2000. Similar a la generación 1, pero en lugar de un sistema electromecánico, la activación y cuenta se realiza mediante contadores digitales. Estos contadores
además permiten cierto ajuste de los tiempos de activación y pausa. Tampoco realiza ningún
tipo de medida sobre los APSA. Este banco también será reemplazado una vez realizada la
puesta en marcha y aceptación del primer banco.
3.1.3 Generación 3
Fabricado en el año 2010. Se trata del banco que se ha de tomar como referencia. Consiste
en un rack de control con 3 fuentes programables, una solución personalizada para la
medida de corriente y activación de los APSA y un PC de control remoto. Este banco no
será sustituido y deberá de funcionar en paralelo a los otros dos que quedarán instalados al
final del proyecto.
5
6
Capítulo 3. Contexto
3.2 Alcance
El alcance del proyecto incluye el diseño y fabricación de 2 unidades de este banco de ensayos,
así como su instalación y puesta en marcha en las instalaciones del cliente. Paralelamente
para este mismo cliente se desarrollan otro proyecto consistente en 4 bancos de ensayo
que han de controlar y monitorizar también 24 APSA. Las magnitudes a medir y el tipo
de activación en todos los casos es el mismo, por lo que se ha de tener en cuenta de cara a
optimizar recursos usando una solución reutilizable.
3.3 Política interna
Applus Laboratories es un Alliance Partner de National Instruments, por lo que se ha
apostado por usar como lenguaje principal de programación el lenguaje G de LabVIEW™. G
es un lenguaje de programación gráfico especialmente diseñado para desarrollar interfaces
gráficas paralelamente al código de aplicación. Generalmente el uso del entorno LabVIEW™
conlleva el uso de otros productos de National Instruments™ (NI), tales como hardware
de adquisición o módulos software para tareas específicas. La principal ventaja de este
entorno es la rapidez de desarrollo debido a la gran cantidad de librerías disponibles que
facilitan enormemente el desarrollo de tareas complejas. Otra de las grandes ventajas es el
extenso catálogo de hardware de adquisición disponible y que directamente está soportado
por las librerías que trae LabVIEW™. Por todo esto, el proyecto del banco de ensayo ha
de desarrollarse bajo este entorno y usando hardware de NI o compatible con LabVIEW™
cuando sea necesario.
4 Estudio de la solución
a primera tarea en el desarrollo del proyecto consiste en analizar en detalle la especificación y buscar qué componentes se necesitan para cumplirla. De ahí saldrá un
diagrama con los distintos bloques que componen la solución, los cuales habrá que estudiar
por separado para buscarles una solución óptima.
L
4.1 Estudio de un APSA
Como un primer paso se analiza el comportamiento básico de un APSA así como su
modelo eléctrico. Esto permitirá dimensionar los rangos de las diferentes magnitudes a
medir (tensión, intensidad y frecuencia).
4.1.1 APSA electromecánicos
Este tipo de APSA es el más común y que se ha venido utilizando en automoción por
décadas. Consiste en una bobina eléctrica integrada dentro del APSA y una parte móvil
metálica acoplada a una membrana, generalmente metálica también.
a
b
c
d
e
Figura 4.1 Funcionamiento de un APSA electromecánico [2].
7
8
Capítulo 4. Estudio de la solución
Generalmente el potencial negativo de la batería de un coche se une al chasis, creando así
lo que se denomina como masa. El APSA tiene su chasis también unido al chasis del coche,
obteniendo de esta forma una conexión a masa. Cuando se hace circular una corriente por el
terminal positivo del APSA se crea un campo electromagnético que atrae la parte móvil que
se une con la membrana tal y como se aprecia en la Figura 4.1 I. Debido a este movimiento,
el circuito eléctrico es interrumpido y se invierte el movimiento de la parte móvil Figura 4.1
II. En un APSA se repite este ciclo mientras lo estemos alimentando, lo que producirá
que la membrana al vibrar a una cierta frecuencia produzca un sonido. Generalmente hay
un tornillo que permite ajustar el recorrido de la parte móvil, pudiendo así seleccionar la
frecuencia de vibración y por tanto del sonido.
Desde el punto de vista eléctrico el modelo equivalente sería el mostrado en la Figura 4.2.
El contacto sería normalmente cerrado y tendría una activación acoplada con el campo
magnético de la bobina. El diodo que aparece es un diodo supresor de voltajes transitorios
y se hace necesario para eliminar la energía que queda almacenada en la bobina cuando el
circuito se abre. No obstante, no todos los APSA vienen montados con dicha protección.
Figura 4.2 Modelo de un APSA electromecánico de 12V.
Simular este tipo de dispositivos no es una tarea trivial, ya que además de las características
eléctricas entran en juego una serie de características mecánicas y geométricas (flexibilidad
de la membrana, geometría, distancias de entre-hierros, etc.), por lo que se ha optado por
capturar directamente la señal de corriente que circula por un APSA cuando se alimenta
a 12V. En la Figura 4.3 se muestra la captura desde antes de la excitación del APSA hasta
50ms después. Ahí se observa cómo al principio la corriente alcanza picos de 12A y una
vez pasados unos 20ms se estabiliza con un valor cuadrático medio (RMS) de 5.3A y una
frecuencia de aproximadamente 500Hz.
4.1.2 APSA electrónicos
Actualmente el cliente fabrica también una seria de APSA que utilizan un sistema alternativo
para la activación y desactivación de la bobina. Se trata de una versión electrónica y moderna
del clásico APSA. En este se ha sustituido el contacto mecánico por un relé de estado sólido.
Las ventajas que presenta este modelo frente al clásico son varias. Por un lado se elimina
la posibilidad de fallo por desgaste mecánico del contacto y por otro permite un ajuste
digital de la frecuencia de vibración, ya que es un micro-controlador el que se encarga de
las activaciones. También cabe destacar que el consumo de este tipo de APSA es menor que
en el caso de los electromecánicos.
4.2 Alimentación y conmutación de los APSA
Intensidad I [A]
8
6
10
4
5
2
0
0
0
10
20
30
40
50
20
21
Tiempo t [ms]
22
23
24
25
Tiempo t [ms]
Figura 4.3 Captura de la señal de corriente a 10kHz.
Figura 4.4 Modelo de un APSA electrónico de 12V.
4.2 Alimentación y conmutación de los APSA
Uno de los principales elementos del banco de ensayos serán las fuentes de alimentación
usadas para activar los APSA. El Reglamento 28 [1] especifica 3 tipos de APSA, de 6V, 12V
y 24V nominales. El mismo reglamento establece que "en el caso de APSA alimentados con
corriente continua, a una tensión, medida en el borne de la fuente de energía eléctrica, de 13/12
de la tensión nominal"; por lo que se necesita una fuente programable que como mínimo
alcance:
13
∗ 24V = 26V
(4.1)
12
En cuanto a la corriente, se sabe que hasta 8 APSA podrán estar sometidos al mismo
ensayo, por lo que teniendo en cuenta que en los resultados empíricos hay picos de hasta
12A se obtiene que la corriente máxima que como mínimo debería tener la fuente es de:
8 av isadores ∗ 12A p = 96A
(4.2)
Para conmutar los APSA, se necesita que el elemento de conmutación sea lo suficientemente rápido para poder ejecutar patrones con 0.1s activado y 0.1s apagado. Esto hace
descartar los dispositivos electro-mecánicos tales como relés de bobina o contactores de
9
10
Capítulo 4. Estudio de la solución
más potencia, ya que suelen tener un tiempo de activación y desactivación del mismo
orden de magnitud que el tiempo mínimo de pulso especificado, además los relés suelen
soportar una conmutación en carga de corriente continua muy inferior a la que se requiere.
Una alternativa a estos sería usar relés de estado sólido o MOSFETs de potencia con un
resistencia interna muy baja, de forma que no influyan significativamente en el ensayo.
También será importante tener en cuenta el sistema de adquisición y control que se
encargará de activar estos elementos de conmutación, ya que los niveles de tensión han
de ser compatibles o en su defecto usar conversores intermedios que adecuen la señal a la
necesaria. Se usarán 3 salidas digitales, una por cada grupo, para generar los patrones de
activación que se configuren, así como 3 salidas analógicas con las que poder controlar la
tensión de ensayo de cada grupo.
Un último detalle a tener en cuenta será el caso en el que un APSA entre en cortocircuito.
Habrá que instalar protecciones contra cortocircuito en cada línea de alimentación de
cada APSA. También se necesitará un contacto auxiliar en cada protección, de forma que
el sistema de control pueda ser informado cuando una protección salte. Esto implica 24
entradas digitales adicionales en el sistema de adquisición.
4.3 Medidas de corriente y tensión
Estas son las dos magnitudes que se han de adquirir durante los ensayos. Se utilizará un
transductor de corriente individual para cada canal y uno común de tensión para cada
grupo. Esto es así debido a que la tensión de alimentación es la misma para cada grupo, por
lo que no es estrictamente necesario monitorizar cada la tensión en cada par de bornes de
los APSA.
Es importante que la frecuencia de muestreo sea lo suficientemente alta como para poder
reconstruir adecuadamente la onda de corriente, ya que de ahí se derivará la frecuencia
del APSA. Según el teorema de muestreo de Nyquist, la frecuencia de de muestreo debe
de ser como mínimo el doble de la frecuencia más alta que contenga la señal a muestrear.
Los APSA más agudos suelen tener una frecuencia fundamental de 550Hz o 560Hz, pero
además tienen una serie de harmónicos de más frecuencia que también son de interés, por
lo que en lugar de 2 veces esta frecuencia se buscará algo más bien del orden de 10 veces la
frecuencia más alta como mínimo.
En cuanto al número de entradas y salidas disponibles, se necesitarán como mínimo:
• 24 entradas analógicas para capturar la corriente (8 por cada grupo).
• 3 entradas analógicas para capturar la tensión (1 por cada grupo).
4.4 Sistema de control y adquisición
Uno de los puntos críticos del sistema es el sistema de control y adquisición. Se pide que
sea capaz de funcionar ininterrumpidamente durante largos periodos de tiempo, lo que
exige usar un sistema robusto y tolerante a fallos, por lo que se optará por una solución con
sistema operativo en tiempo real. Este sistema debe contar con entradas y salidas digitales
así como analógicas, o en su defecto ser ampliable con módulos o tarjetas que permita
añadir los canales necesarios. En cuanto a su factor de forma, preferentemente debe de
permitir ser instalado en rack de 19" estándar.
4.5 Integración en la sala de ensayos
Además de esto, tal y como se lista en las ”especificaciones” se exige el uso de un PC
externo para el control del banco de ensayo, por lo que habrá que incorporar un PC en la
sala de control anexa a la sala de ensayos.
4.5 Integración en la sala de ensayos
Ya se ha comentado que en la sala de ensayos usada para las pruebas de resistencia existe un
banco de ensayos actualizado en funcionamiento. Este banco es el único que actualmente
conecta con los dispositivos de control de la sala. Estos dispositivos son:
•
•
•
•
Interruptor de apertura de puerta.
Pulsadores de "marcha" y "paro" fuera de la sala.
Indicador luminoso de "fallo".
Contacto del termostato ("temperatura alta").
Además de esto, cada bancada de APSA dispone de una parrilla de 24 ventiladores que
refrigeran individualmente a cada APSA. Esta parrilla se divide en 6 sectores, de forma que
se pueden activar individualmente para cada mitad de grupo (4 APSA). Estas parrillas de
ventiladores son independidientes para cada bancada, por lo que no se requiere ningún
tipo de adaptación al banco existente. No ocurre lo mismo para el resto de elementos, ya
que conectan directamente al banco de ensayo actualizado que hay instalado en la sala,
por lo que habrá que hacer algunas modificaciones a la instalación actual, de forma que
el banco existente siga funcionando sin que se necesiten realizarle modificaciones. Dichas
modificaciones consistirán en instalar un pequeño armario eléctrico de servicios comunes
y re-cablear los elementos comunes de la sala. En dicho armario se concentrarán todas las
señales de la sala y se repartirán a cada banco de ensayo usando contactos libres de potencial,
de forma que cada banco permanezca aislado eléctricamente del resto. Este armario eléctrico
además contendrá un switch ethernet que permitirá conectar el PC de la sala de control a
todos los bancos de ensayo usando una única interfaz de red. Por comodidad el armario de
servicios comunes se instalará en la sala de control.
4.6 Software
La arquitectura software viene parcialmente determinada por el planteamiento de un PC
remoto que gestione la operativa y otro sistema en tiempo real que ejecute el ensayo, es lo
que se conoce como una arquitectura cliente-servidor. Esto implica tener dos programas
separados. Por un lado un programa de gestión (cliente) que se ejecutará en un PC estándar
y por otro lado un programa de control y adquisición que será el encargado de ejecutar los
ensayos y almacenar los resultados (servidor).
El programa cliente tendrá las siguientes funciones:
•
•
•
•
•
Crear fichas de ensayo.
Asignar una ficha de ensayo a cada grupo.
Iniciar, pausar, reanudar y detener el ensayo en cada grupo.
Monitorizar el estado del ensayo en cada grupo.
Recuperar los datos de un ensayo.
11
12
Capítulo 4. Estudio de la solución
• Explotar los datos de los ensayos realizados.
El programa servidor tendrá las siguientes funciones
•
•
•
•
•
Ejecutar un ensayo según ficha.
Ejecutar un ensayo diferente en cada grupo.
Hacer que cada grupo funcione de forma independiente.
Guardar y procesar las señales capturadas durante los ensayos.
Monitorizar el estado de los APSA (cortocircuito, circuito abierto, parámetros fuera
de rangos, etc.).
• Monitorizar el estado de los servicios comunes (temperatura, puerta, botonera, etc.).
• Guardar copia de seguridad de los ensayos antiguos.
5 Implementación de la solución
na vez definida de forma general la solución y aceptada por cliente se pasa a concretar
cada punto con referencias específicas de mercado y asegurar que sus características
cumplan con la especificación requerida.
U
5.1 Fuente programable
Uno de los principales elementos del banco de ensayos es la fuente de alimentación programable. Esta fuente será la que alimentará a cada grupo de 8 APSA, por lo que el banco
de ensayos montará 3 fuentes iguales para dar servicio a los 24 APSA. El formato de esta
fuente deberá de ser de rack de 19", además, debe de proveer una interfaz de control y
monitorización, ya que se tiene que poder ajustar la tensión de ensayo y leer la tensión
instantánea. En este caso el cliente ya tiene preconizado un modelo concreto de fuente de
alimentación programable, por lo que hay que usar este mismo modelo. Se trata de una
fuente Delta Elektronika de la familia SM 3000-series, concretamente del modelo SM 45-70
D que ofrece hasta 45V y 70A.
Figura 5.1 Fuente programable Delta Elektronika SM 3000-series.
Dispone de módulos opcionales para controlarla mediante RS-232, GPIB, ethernet, etc.
Por defecto incluye en su parte trasera un conector D-sub de 15 polos para control y monitorización mediante señales analógicas 0V-5V que puede verse en la Figura 5.2. De todas sus
señales solo será necesario usar las de V monitor y V program, que se corresponden con la
monitorización y control de la tensión de la fuente. Es conveniente que estas señales vayan
por un cable apantallado, por lo que se usará un cable estándar D-sub que conecte la fuente
programable con la caja de medidas que se describe más adelante.
13
14
Capítulo 5. Implementación de la solución
Figura 5.2 Conector de programación de la fuente.
5.2 Electrónica de medida
La primera decisión tomada es la de diseñar un módulo electrónico a medida para este
proyecto que incluya el transductor de corriente, la conmutación del APSA y opcionalmente
la medida de tensión (no requerido para este banco de ensayo, pero si para los otros 4 que
se desarrollan en paralelo para el mismo cliente y con funcionalidades similares). Debido a
que no se ha encontrado en el mercado una solución que cubriese todas las necesidades,
una posible alternativa es usar 3 elementos comerciales separados: un relé de estado sólido,
un transductor de corriente y un transductor de voltaje, todos ellos con montaje en panel o
carril DIN.
La opción de diseñar una electrónica personalizada tiene las ventajas de ser mucho más
compacta y de instalación más rápida que la alternativa con componentes individuales. Por
contra, el coste para pocas unidades es más caro, ya que habría que sumar el desarrollo de
la placa de circuito impreso (PCB) así como los costes fijos asociados a su fabricación y
ensamblaje. En este caso, debido a que se van a desarrollar dos bancos de ensayo iguales y
otros 4 con funcionalidades similares, se tiene un total de 144 módulos a los que hay que
sumar los que se fabriquen como repuestos. Esto hace que sea una cantidad suficiente para
justificar los costes fijos de esta opción.
5.2.1 Transductor de corriente
A la hora de escoger un transductor de corriente hay que tener en cuenta los tipos de medida
de corriente existentes:
Medida de corriente directa
La medida directa de corriente se basa en la ley de Ohm. Colocando una resistencia shunt
en serie con la carga, se genera un voltaje en la resistencia que es proporcional a la corriente
de la carga. El voltaje en la shunt puede ser medido por amplificadores diferenciales tales
como amplificadores operacionales, amplificadores diferenciales , amplificadores de instrumentación o unos especialmente diseñados para esta tarea y que son conocidos como
Current Shunt Monitors (CSMs). Este método sin embargo es invasivo, ya que la resistencia
y el amplificador diferencial están ambos conectados eléctricamente al circuito de la carga.
Esto implica también que no hay aislamiento galvánico con esta solución y por tanto ha de
añadirse en una segunda etapa.
5.2 Electrónica de medida
De todas las soluciones disponibles en el mercado se han analizado 2 en concreto. Por un
lado la familia INA282 de Texas Instruments y por otro la familia MAX9922 de Maxim. En
ambos casos se tratan de high-side CSMs, refiriéndonos con ello que la resistencia shunt se
coloca entre el voltaje positivo de alimentación y la propia carga. Serían del tipo low-side
si se colocasen entre la carga y tierra o el voltaje negativo. La ventaja de hacer la medida
con un CSM high-side es que permite medir la corriente que directamente se entrega a la
carga, esto incluye el caso de que se cree un cortocircuito, mientras que si fuese low-side
no podríamos detectar cortocircuitos de la carga a otro punto, ya que la corriente podría
retornar por una vía diferente. Además de esto, colocar la resistencia shunt en low-side
añade perturbaciones y diferencias del potencial de referencia respecto a otros puntos del
circuito.
Ambos circuitos integrados son de precisión y disponen de diferentes modelos con
distintas ganancias. Ambos comparten una tensión de offset muy baja (en torno a 20µV), lo
que permite que se use una tensión máxima de fondo de escala de 10mV, introduciendo así
una perturbación mínima sobre el circuito a medir. También la precisión final en condiciones
reales es similar y se sitúa en torno al 2 %.
Además de lo anterior, esta solución requiere el uso de un circuito de separación galvánica.
Este circuito además de aumentar el coste del diseño final, introduciría un error adicional,
por lo que en este punto se deja de estudiar esta solución para buscar una alternativa mejor.
Medida de corriente indirecta
Este tipo de medida se basa en las leyes de Faraday y Ampere. Colocando una bobina,
por ejemplo una bobina Rogowski, alrededor de un conductor que conduzca corriente se
induce una tensión en la bobina que es proporcional a la corriente. Esto permite la medida
de corrientes de forma no invasiva además de proporcionar aislamiento eléctrico entre el
circuito de medida y el circuito de carga, ya que no existe conexión directa entre ambos.
Generalmente este tipo de medida implica el uso de sensores sensiblemente más caros que
otras alternativas aunque simplifica mucho las tareas de diseño.
Dentro de este grupo de sensores los hay para montaje en PCB, por lo que son los que se
han analizado. Otra característica a tener en cuenta es la tensión de alimentación del sensor.
Muchos sensores de este tipo requieren una alimentación bipolar, por ejemplo +15V y -15V,
mientras que otros solo necesitan una alimentación unipolar. También el tipo de salida del
sensor varía según el modelo, ya que los hay con salida en corriente y con salida en tensión.
En el caso de los que son con salida en corriente hay que colocar una resistencia para
convertir la corriente en tensión y ser leída por el sistema de adquisición, que generalmente
funcionan con lecturas en tensión, mientras que para los que proporcionan una salida
en tensión bastará con tomar la referencia del sensor y convertir la señal directamente.
Teniendo en cuenta que una gran cantidad de sistemas de adquisición requieren de una
fuente de alimentación a 5V, se ha decidido que la alimentación del sensor sea unipolar y
también de 5V, de forma que se pueda simplificar el equipo.
Con todo lo anterior, los sensores analizados han sido el CASR 25-NP de LEM, el LTSR
25-NP de LEM y CSNX25 de Honeywell.
Una vez analizados los tres sensores, automáticamente se descarta el CSNX-25, ya que
las especificaciones son similares pero su precio es el doble. De los dos sensores de LEM
finalmente se decide escoger el CASR 25-NP por sus 16mm de altura frente a los 24mm del
LTSR 25-NP. Esto permitirá escoger una envolvente más pequeña para los módulos. Otra
ventaja de dicho sensor es que expone el pin Vre f , de modo que se pueden conectar juntas
15
16
Capítulo 5. Implementación de la solución
Tabla 5.1 Comparativa de transductores de corriente.
CASR 25-NP
LTSR 25-NP
CSNX25
1
Rango
Alim.
Salida
Sensibilidad
Precisión a IPN
Precio/ud
±85A
±80A
±56A
5V
5V
5V
Voltaje
Voltaje
Corriente
25mV/A
25mV/A
0.5mA/A
±0.8 %
±0.7 %
±0.24 %1
19,75€
20,21€
48,02€
Sin contar el error introducido por la tolerancia de la resistencia de carga.
las referencias de todos los sensores para que se equilibren y al mismo tiempo usarlo como
referencia analógica para las entradas analógicas del sistema de adquisición. En cuanto a
la precisión, los datos especifican el 0.8 % de la corriente nominal (IPN ) y una precisión
general del 1 % si se tienen en cuenta otras incertidumbres como el offset eléctrico, el error
de sensibilidad y el error de linealidad, donde ya va incluido el offset magnético. Esto da
un error general de 0.250A, superior a lo que se pide, por lo que habrá que hacer una
calibración individual de cada canal y añadir corrección por software. Dicha calibración se
realizará usando resistencias de precisión como carga y usando un amperímetro en linea
con la misma. Se medirán diferentes corrientes de forma que se pueda crear una recta de
regresión lineal que se ajuste a las medidas.
Figura 5.3 Dimensiones del LTSR 25-NP.
Figura 5.4 Dimensiones del CASR 25-NP.
El esquema de esta sección del módulo de medida se presenta en la Figura 5.5. Se puede
ver que además del transductor se ha añadido un filtro RC a la señal de salida para eliminar
el ruido de alta frecuencia.
5.2 Electrónica de medida
Figura 5.5 Esquema de la sección de medida de corriente.
5.2.2 Transductor de tensión
La medida de tensión ha de hacerse por cada grupo de APSA, por lo que se usará la salida
"voltage monitor" de la fuente de alimentación y que se verá posteriormente. No obstante ya
se ha comentado anteriormente que la electrónica de medida se usaría paralelamente en
otro proyecto que sí requiere medir individualmente la tensión de cada dispositivo bajo
pruebas, por lo que habrá que añadir esta etapa de medida al diseño aunque no se use.
Para medir la tensión lo más sencillo es usar un divisor de tensión a base de resistencias
de precisión. Para ello será necesario llevar la señal de 0V hasta el modulo de medida e
introducir una separación galvánica para evitar daños y ruido al sistema de adquisición.
Conseguir separación galvánica para una señal analógica y sin introducir un error significativo no es sencillo. Existen optoacopladores analógicos o transformadores de aislamiento
de distintas precisiones, pero para conseguir los niveles requeridos de precisión son excesivamente caros, sobre todo si se comparan con los optoacopladores digitales. Actualmente,
gracias a la bajada de precio de los conversores analógico-digital y digital-analógico, se
suele usar como alternativa unos módulos que convierten la señal analógica a digital, la
transmiten por un optoacoplador digital y posteriormente la vuelven a pasar a analógico
con un conversor digital-analógico. No obstante el precio de estos componentes cuando se
requiere cierta precisión o una resolución media/alta sigue siendo algo caro. En este módulo
se ha seleccionado una alternativa que aún no está muy implantada en el mercado pero
que comienza a tener cada vez más presencia. Se trata del AMC1100 de Texas Instruments,
un amplificador de aislamiento diferencial de precisión con un funcionamiento similar
al descrito anteriormente pero que hace la separación galvánica mediante capacidades y
que es mucho más económico. El rango de entrada de este componente es de ±250mV y su
salida tiene una ganancia fija de 8, por lo que el rango de salida es de ±2V.
A la salida de este integrado se ha colocado un amplificador de instrumentación de
precisión con alimentación sencilla a 5V. Con este amplificador se convertirá la salida
diferencial del AMC1100 en una señal single-ended de 0V a 5V. En la Figura 5.7 se puede
ver el esquema de esta sección del módulo de medida.
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18
Capítulo 5. Implementación de la solución
Figura 5.6 Diagrama del AMC110.
Figura 5.7 Esquema de la sección de medida de tensión.
5.2.3 Elemento de conmutación
Para la conmutación del APSA se necesita un relé de estado sólido o similar capaz de
conmutar de forma rápida la alimentación y que aguante picos de 15A, tensiones de hasta
30V y con baja resistencia interna, además habrá que contemplar que su activación sea a
5V, ya que se pretende que la parte de la electrónica de medida funcione principalmente a
este voltaje. Los relés de estádo sólido suelen ser un poco más grandes y no son fáciles de
integrar en un diseño compacto como el que se persigue aquí, por lo que se ha decidido
acudir directamente al uso de un transistor MOSFET de potencia. Se ha seleccionado el
STV240N75F3 de ST. Este MOSFET de canal N puede conmutar corrientes de hasta 200A,
tensiones de hasta 75VV y tiene una resistencia interna de 3.3mΩ.
La tensión de activación recomendada es de 10V, además al ser una conmutación high-side
tendremos que referenciar dicha tensión respecto al drenador del MOSFET. Para solucionar
esto se ha buscado un driver de MOSFET que incluya optoacoplación. Se ha seleccionado
el VOM1271 de Vishay que tiene una salida de 9V y 45µA.
Para conseguir la mayor corriente posible de salida y que el tiempo de conmutación sea
el más corto posible se usará la mayor corriente de entrada que admite el LED del driver, en
este caso son 50mA aunque para operar de forma segura se usarán 45mA.
Teniendo en cuenta que habrá 24 dispositivos podrán llegar a consumir hasta 1A, algo
excesivo para lo que generalmente son capaces de entregar las salidas de una tarjeta de
adquisición. Para evitar cualquier problema de este tipo se ha decidido usar un transistor
que alimente el LED del driver mediante una alimentación externa. Se ha seleccionado el
5.2 Electrónica de medida
Figura 5.8 Ejemplo de uso del VOM1271.
Figura 5.9 Tensión de circuito abierto frente a intensidad de cortociruito.
BSS138 en formato SOT23 que cumple perfectamente con los requisitos de conmutación
descritos, además se usará esta misma corriente para alimentar en paralelo a un LED externo
que sirva como indicación de cuando se aplica la señal de activación al MOSFET. En la
Figura 5.10 se muestra cómo queda esta sección del circuito.
Figura 5.10 Esquema de la sección de conmutación.
19
20
Capítulo 5. Implementación de la solución
5.2.4 Envolvente y conectores
Una vez definidos todos los componentes necesarios se decide buscar una envolvente donde
poder alojar la PCB. Esta envolvente debe de proveer los conectores necesarios para todas
las señales que se listan a continuación:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Entrada alimentación APSA (HVIN).
Salida alimentación APSA (HVOUT).
Referencia 0V de la alimentación del APSA (HV-).
Entrada alimentación 5V lado potencia (5V_HV).
Entrada alimentación 5V lado medida (5V/GND).
Salida Vre f de transductor de corriente (VREF).
Salida medida de corriente (COUT).
Salida medida de tensión (VOUT).
Entrada de conmutación (SW).
Salida para conexión de LED indicador (LED+/GND).
Para ahorrar tiempo a la hora del ensamblado y hacer más compacta la solución, se opta
por incorporar un sistema de bus para la señales comunes a todos los módulos, que son
las alimentaciones 5V y Vre f . Con esto se ahorrarían 125 cables individuales a la hora de
ensamblar los módulos, además del correspondiente etiquetado y embornado, lo que supone
un ahorro significativo de tiempo. Para el resto de señales bastará con usar conectores de
bornas por tornillo, 5 para el lado de las señales de control/indicación y 2 para la entrada y
salida de la alimentación del APSA.
En la gama de carcasas modulares para electrónica de Phoenix Contact se encuentra la
familia ME MAX. Esta familia de carcasas al ser modular da muchas opciones de personalización y están pensadas para ser montadas sobre un carril DIN en el que se coloca además
el conector especial de bus. Para los conectores podemos elegir entre versiones enchufables
(MSTBO) o versiones de conexión por tornillo (MKDSO).
Figura 5.11 Sistema modular ME MAX de Phoenix Contact.
5.2 Electrónica de medida
Para este proyecto se ha optado por la ME MAX de 22,5mm de anchura, sin rendijas de
ventilación y con capacidad para 4 conectores más un bus de 5 polos. En este caso, puesto
que no se tratan de elementos que haya que conectar y desconectar frecuentemente se ha
optado por los conectores de conexión por tornillo, concretamente 2 conectores de 3 vías
(máx. 2,5mm2 ) en un lado y un conector de 5 vías (máx. 1,5mm2 ) en el otro. Se usará un
tapón ciego para tapar el hueco del conector que no se utiliza. En la parte inferior se usará
el conector de bus por carril DIN y que provee de 5 polos.
Figura 5.12 Configuración de la carcasa ME MAX 22,5 SF.
5.2.5 Esquema y layout de la electrónica de medida
Con todos los componentes seleccionados se puede finalizar el esquema y preparar la PCB
de acuerdo a las dimensiones que nos impone la carcasa seleccionada. En la parte inferior se
colocará la huella necesaria para que el conector de bus haga contacto. Esta huella tiene una
forma especialmente pensada para evitar que se pueda hacer un contacto no intencionado
de la señal de un poco con un polo diferente cuando se está insertando el módulo en el
carril DIN . También hay una zona en la que se debe de hacer un pad cuadrado en caso de
que se vaya a usar la masa del carril din. Los conectores han de estar ubicados en su lugar
exacto, ya que de otro modo no encajarían con la envolvente.
A la hora de realizar el diseño de la PCB también se ha tenido en cuenta la separación
galvánica que se pretende conseguir. Para ello en la parte izquierda de la PCB se han ubicado
los componentes que conectan eléctricamente con el APSA y en la parte derecha los que
conectan al sistema de control y adquisición. En el medio habrá una franja libre de cobre
que se encargará de crear una frontera entre ambos lados. En el conector TBUS se usan los
2 pines izquierdos para la alimentación de 5V que va referenciada a la fuente que alimenta
al APSA, los 2 derechos para la alimentación de 5V del lado del sistema de adquisición y el
pin central para la señal Vre f de todos los transductores de corriente. Por último, debido a
que se va a conducir toda la corriente que va al APSA por la PCB, se han colocado vias en
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22
Capítulo 5. Implementación de la solución
Figura 5.13 Altura máxima y área útil de la PCB.
esa zona para conducir la corriente por ambas caras de la placa en lugar de por una única
zona, así como un plano con el área suficiente y la geometría adecuada para minimizar la
resistencia.
(b) Bottom layer.
(a) Top layer.
(c) 3D.
Figura 5.14 Capturas de la PCB final.
5.2 Electrónica de medida
5.2.6 Fabricación de PCB y ensamblaje
Primero se han realizado 3 unidades de prototipo para poder probar el módulo al completo.
Al probar estas unidades se encontraron fallos en la ubicación del sensor de corriente, ya
que se había colocado por la cara inferior en lugar de la superior. También había un cruce
de lineas en la parte de activación del MOSFET. Ambos fallos pudieron subsanarse para
hacer pruebas funcionales del resto de la placa tal y como se muestra en la Figura 5.15 y
fueron corregidos antes de fabricar la versión final.
(a) Líneas cruzadas en parte de conmutación. (b) Sensor de corriente ubicado en cara trasera.
Figura 5.15 Fallos en el prototipo.
Para la fabricación de la PCB final se ha elegido FR-4 de espesor 1.5mm, espesor de
cobre de 70µm, acabado en verde, serigrafía y componentes SMD en ambas caras. De aquí
lo único que se sale de lo estándar es el espesor del cobre. Se ha escogido el doble de lo
habitual para dar más capacidad de corriente a la PCB, ya que por la parte de potencia
podrán llegar a circular 20A-30A en caso de corto-circuito del APSA bajo ensayo. También
se ha optado por el ensamblaje automatizado de las placas, aunque para este proyecto solo
será parcialmente, ya que se prescinde de la parte que mide la tensión de cada canal. Estos
servicios de fabricación han sido externalizados, ya que Applus no dispone de medios para
poder fabricar y montar estas placas.
Figura 5.16 PCB final con carcasa inferior.
23
24
Capítulo 5. Implementación de la solución
5.3 Sistema de control y adquisición
El sistema de control ha de ejecutar un sistema operativo en tiempo real, ya que ha de
ser capaz de funcionar sin disminuir su rendimiento por largos periodos de tiempo. El
sistema elegido para el control del banco de ensayo es un PXI de National Instruments
compuesto por un chasis PXI-1031, un controlador PXI-8101 RT, una tarjeta de adquisición
multi-propósito PXI-6229 y una tarjeta de entradas/salidas digitales industriales PXI-6514.
Además, se le ha añadido un kit de montaje en rack de 19" y los accesorios de conexión a las
tarjetas de adquisición.
(a) Chasis PXI-1031.
(b) Controlador PXI-8101 RT.
(c) Tarjeta DAQ PXI-6229.
(d) Tarjeta industrial I/O.
Figura 5.17 Configuración del PXI del banco de ensayos.
Este chasis incluye la fuente de alimentación y 4 ranuras PXI, de las cuales una está
reservada para el controlador. Se trata de uno de los chasis más compactos y sencillos
existentes en su gama, ya que no se necesita una capacidad alta de transmisión de datos.
El controlador está basado en un procesador Intel 575 a 2GHz, 1GB de memoria RAM
DDR2 a 800MHz y 80GB de disco duro. Incluye puerto ethernet 10/100/1000BASE-TX y 2
puertos USB Hi-Speed. Este modelo viene pre-instalado con el sistema operativo en tiempo
real Pharlap, especialmente adaptado para trabajar con el entorno LabVIEW y el módulo
Real-time del mismo. En cuanto a las tarjetas de adquisición, se ha seleccionado una tarjeta
multi-propósito de bajo coste de la serie M que incluye:
• 32 entradas analógicas de 16 bits a 250kS/s
• 4 salidas analógicas de 16 bits a 833kS/s
• 48 E/S digitales
• Contadores de 32 bits
• Hasta 32 líneas correlacionadas (1MHz)
Esta tarjeta se destinará a controlar y adquirir las señales que llegan o salen de la caja de
medidas. Esta caja será el punto donde la mayoría de sistema que intervienen directamente
5.3 Sistema de control y adquisición
en el test se interconecten. Para la integración con la sala se usará la tarjeta PXI-6514,
una tarjeta industrial con 32 entradas y 32 salidas digitales (fuentes de corriente). Integra
aislamiento óptico entre bancos de 8 canales, detección de cambios de estado, watchdogs,
filtros de entrada, etc. Con esta tarjeta se conectará a los servicios comunes de la sala
(temperatura de sala, detección de apertura de puerta, marcha/paro, ventiladores, etc.) y
resto de señales a 24V.
5.3.1 Asignación de señales
Con las tarjetas seleccionadas y las señales existentes ya definidas hay que asignar cada señal
a un pin concreto de cada tarjeta. Aquí se han tenido en cuenta algunos aspectos específicos
de cada tarjeta y de sus distintos modos de adquisición.
Entradas analógicas
Las entradas analógicas en este modelo de tarjeta pueden ser diferenciales o single-ended.
Dentro de las single-ended se puede escoger entre referenciadas (RSE) o no referenciadas
(NRSE) según sea la referencia para la conversión. En el caso de los transductores de
corriente tendrán que ser RSE, pues existe un pin Vre f que nos marca la referencia de la
salida analógica. Para el caso de las entradas que leen la tensión instantánea de la fuente
tendrán que ser NRSE, pues la referencia como tal no existe, si no que es la tierra lo que
se usa como referencia. Hay que tener en cuenta que esta tarjeta tiene 2 pines especiales
llamados AI SENSE y AI SENSE 2 que se usan para conectar el nivel de referencia para
las conversiones RSE. AI SENSE se usa para las entradas analógicas de la 0 a la 15 y AI
SENSE 2 para las entradas analógicas de la 16 a la 32. Como hay 24 señales que han de ser
referenciadas lo que se ha decidido es que 16 módulos tengan interconectados sus pines Vre f
y se conecten a AI SENSE y por separado los 8 restantes a AI SENSE 2, con esto quedan
usadas las señales AI0:23. Para las 3 entradas analógicas voltage monitor se usarán los canales
AI24:26, además habrá que asegurar que la señal de retorno del conector de programación
de la fuente programable se conecte con alguno de los pines AI GND que tiene la tarjeta
de adquisición. Además, el manual de la tarjeta recomienda conectar una resistencia entre
AI SENSE y AI GND para evitar que la tensión de modo común sea muy alta en el pin AI
SENSE.
Salidas analógicas
Se usarán 3 salidas analógicas para controlar cada una de las fuentes programables que lleva
el banco. Los pines AO0:2 se conectarán a las fuentes y alguno de los pines AO GND ha de
conectarse con el retorno de tensión del conector de la fuente programable.
Salidas y entradas digitales
Aquí hay que diferenciar entre las señales a 5V y las señales a 24V. Entre las primeras se
encuentran las 24 señales que provienen de las protecciones magneto-térmicas y las 24
señales que se usarán para la conmutación de cada módulo. Con eso ya se ocupan todas
las señales de la tarjeta PXI-6229. La asignación puede verse en la Tabla ??. En cuanto a las
señales de 24V, se usará la tarjeta PXI-6514 y las conexiones pueden verse en la Tabla ??.
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Capítulo 5. Implementación de la solución
Tabla 5.2 Asignación de pines de 5V.
Señales
Pines
Conmutación de los módulos
P0.0:23
Protección magnetotérmica. F1-F8
P1.0:7
Protección magnetotérmica F9-F16 P2.0:7
Protección magnetotérmica F17-F24 P0.24:31
Tabla 5.3 Asignación de pines de 24V.
Señales
Pines
Servicios comunes: puerta
P0.0
Servicios comunes: termostato P0.1
Servicios comunes: paro
P0.2
Servicios comunes: marcha
P0.3
SAI
P0.4
0V fuente armario
P0.COM
SAI: 0V
P0.COM
Ventiladores grupo 1.1
P4.0
Ventiladores grupo 1.2
P4.1
Ventiladores grupo 2.1
P4.2
Ventiladores grupo 2.2
P4.3
Ventiladores grupo 3.1
P4.4
Ventiladores grupo 3.2
P4.5
0V fuente armario
P4.COM
24V fuente armario
P4.VCC
5.4 Caja de medidas
En la caja de medidas se albergarán todos los módulos electrónicos de medida así como
los componentes necesarios para su funcionamiento. También será en a caja donde se
realicen las conexiones a los APSA, las fuentes de alimentación y el sistema de adquisición
de medidas.
5.4.1 Formato de la caja de medidas
Lo primero que hay que tener en cuenta es que se necesitará una caja instalable en rack de
19". La altura de la misma será la mínima que se necesite para poder alojar en el interior
todos los elementos necesarios. Se ha seleccionado una caja de aluminio de la marca Schroff
modelo Multipac Pro de 4U de altura y 340mm de profundidad. Además, se le han añadido
un par de asas en el frontal para hacer más sencilla su instalación y desinstalación en el rack.
La fijación al rack se realiza mediante 4 tornillos en el frontal. Sobre esta caja se realizarán
diferentes mecanizados y serigrafiados para instalar los distintos elementos panelables que
harán falta.
5.4 Caja de medidas
Figura 5.18 Diagrama de la caja Multipac Pro.
5.4.2 Módulos electrónicos y elementos asociados
En el interior de la caja se instalarán los 24 módulos electrónicos dispuestos sobre un carril
DIN. Hay que prever espacio a los laterales de los módulos para poder pasar los cables que
hay que conectarles. También se instalará una fuente de alimentación AC/DC de 5V que
servirá para alimentar a la electrónica de los módulos. Además, para el caso de que se quiera
usar la medida de tensión individual de cada canal, habrá que instalar una segunda fuente
referenciada respecto a 0V de la fuente de alimentación programable. En ambos casos
alimentarán a la electrónica mediante el BUS que pasará por carril DIN de cada grupo. Para
hacer la disposición más lógica dentro de la caja, se instalarán en 3 grupos de 8 módulos,
de modo que cada grupo de módulos represente a un grupo de APSA. Hay que dejar el
suficiente espacio a los lados de los módulos para poder instalar los cables que conectan
con los mismos.
5.4.3 Conexiones externas
Las fuentes programables se conectarán a la caja, tanto desde el conector de programación
como desde el de potencia. Concretamente, el potencial positivo de cada fuente conectará a
la caja por unos bornes con el tamaño adecuado. Este cable podrá llegar a conducir hasta
70A por lo que se ha escogido de una sección de 25mm2 . Ya que no necesitamos medir
tensión individual por cada canal, no será necesario conectar este potencial a la caja, no
obstante montará este cuarto borne de conexión para homogeneizar con el resto de cajas que
se fabrican en paralelo. Si se necesitase, con un simple cable de 1mm2 bastaría, ya que solo
se necesita como referencia. En cuanto a las conexiones a los conectores de programación,
puesto que las fuentes tienen un conector D-sub de 15 polos, en la caja se panelará el mismo
tipo de conector. Para facilitar su interconexión dentro de la caja, se usará un conector D-sub
de 15 polos panelable que en su interior exponga los polos mediante bornas de conexión
por tornillo.
Los 8 APSA de cada uno de los 3 grupos tienen que alimentarse pasando por los módulos
electrónicos. Se ha pensado que la conexión y desconexión de los APSA a la caja de medidas
sea fácil y rápida, ya que eso facilita las cosas durante la instalación final así como en caso
de que una de las cajas necesite una reparación. Para esto, se ha seleccionado un conector
27
28
Capítulo 5. Implementación de la solución
Figura 5.19 Disposición de los módulos electrónicos y las fuentes de alimentación.
panelable de tipo industrial modular con bayoneta y 8 polos de Phoenix Contact. Este
conector además admite codificación mecánica, de forma que no pueda conectarse la
manguera de un grupo en el conector equivocado. Existen distintos materiales para su
ejecución, aquí se ha seleccionado la terminación en acero pintado, ya que asegura una
buena durabilidad y cumple con las necesidades. En la parte posterior de la caja se panelarán
los 3 conectores con pines hembra, mientras que desde el grupo de 8 APSA vendrá una
manguera por tubo corrugado que acabará en el conector con pines macho.
Los borneros de conexión de la tarjeta DAQ también serán instalados en el interior de la
caja de medidas. La tarjeta que se ha seleccionado dispone de dos conectores de 68 pines
a los que hay que conectar un accesorio. Existen varias opciones a la hora de escoger un
cable y un accesorio de conexión y que han sido analizadas. En este caso se ha optado
por usar un cable con apantallamiento y un accesorio que permita ser panelado. El cable
seleccionado ha sido el SHC68-68-EPM. Este cable tiene apantallamiento externo además
de apantallamiento entre las señales de los diferentes grupos, lo que lo hace mucho más
inmune frente a perturbaciones externas o interferencias internas entre señales.
Para los borneros se ha seleccionado el modelo CB68-LPR. Ningún bornero de National
Instruments viene preparado para ser panelado, por lo que habrá que hacer un soporte en el
que colocar ambos borneros y que permita ubicar el conector en la parte externa de la caja
como si estuviese panelado. Esta pieza de soporte ha sido diseñada además con unos pasos
de cables, de forma que sea más sencillo y ordenado el rutado de los mismos. Para anclarla
a la caja, se le han instalado unas tuercas remachables, de forma que se pueda montar y
desmontar fácilmente cuando sea necesario. En paralelo se estaban fabricado otras cuatro
cajas de medidas similares pero que necesitaban 3 borneros en lugar de 2, por lo que con
el objetivo de reducir costes se ha diseñado y fabricado un único tipo de soporte para 3
borneros que será usando en ambos proyectos.
5.4 Caja de medidas
Figura 5.20 Cable para conectar la caja de medida con el sistema PXI.
Figura 5.21 Bornero CB68LPR y diseño del soporte para 3 borneros.
29
30
Capítulo 5. Implementación de la solución
Además de lo anterior, para alimentar a las fuentes AC/DC que hay en la caja se necesita
una alimentación de 220V. Para esto se usará un conector panelable IEC estándar tipo C14
con fusible incluido y botón de encendido y apagado. Todos estos elementos serán panelados
en la parte posterior de la caja. El resultado final puede observarse en la Figura 5.22.
Figura 5.22 Parte posterior de la caja de medida.
5.4.4 Conexiones internas
Dentro de la caja hay que conectar el positivo individualmente con cable de 6mm2 a cada
módulo electrónico y desde la salida de potencia del módulo hasta el conector industrial
panelado en la parte trasera, de modo que de cada grupo de 8 módulos saldrán 8 cables
también de 6mm2 hasta dicho conector que servirá como se ha explicado anteriormente
para conectar los APSA.
Para alimentar a la electrónica y al sistema de adquisición, que también requiere alimentación de 5V, se han usado 2 fuentes AC/DC de Phoenix Contact, modelo Step Power de
5V y 1A. El hecho de haber seleccionado 2 en lugar de una, es por que se necesita más de
1A pero la siguiente fuente disponible en amperaje en esa gama es de 6.5A y mucho más
ancha, por lo que resulta más ventajoso usar 2 fuentes más pequeñas y que ya cumplen con
las necesidades de consumo. Además, las fuentes admiten conectar sus salidas en paralelo,
por lo que se simplifica el conexionado. Para repartir este potencial a cada módulo harían
falta 48 hilos individuales, pero gracias a que se ha montado un bus sobre el carril DIN
que conecta directamente con la electrónica por la parte baja, solo tendremos que conectar
2 hilos a cada uno de los 3 buses que discurren por debajo de cada grupo. El detalle de
conexión puede verse en la Figura 5.23. En caso de querer medir la tensión individual de
cada canal, se conectaría la fuente de alimentación adicional en los 2 pines de la derecha
del bus. El pin central se reserva para la señal de referencia Vre f de los transductores de
corriente y que conectará al terminal AISENSE correspondiente para cada grupo.
El resto de cables irán desde los módulos y desde los borneros sub-d de 15 polos hasta
los borneros de la tarjeta de adquisición. Las conexiones se harán con cable normal sin
que el diámetro sea importante, ya que apenas conducirán corriente. Respecto a los cables
que conectan con el bornero sub-d, preferentemente se usará cable apantallado, ya que
al conducir señales analógicas de tensión pueden sufrir interferencias debido al ruido
electromagnético producido por las corrientes pulsantes de los APSA.
5.4 Caja de medidas
Figura 5.23 Detalle de conexión del bus de alimentación de los módulos electrónicos.
5.4.5 Frontal de la caja de medidas
Para hacer la solución más compacta y versatil, se ha decido instalar en esta caja las 24 protecciones magneto-térmicas que protegen de forma individual cada canal de alimentación
de los APSA. Estas protecciones magneto-térmicas se han seleccionado con un contacto
auxiliar que nos indique cuando ha saltado la protección y además serán enchufables desde
el frontal de la caja de medida, de forma que si algún APSA en el futuro tiene unos requisitos
de corriente diferentes pueda fácilmente sustituirse. El modelo seleccionado es el CB TM1
8A M1 P de Phoenix Contact. Estas protecciones montan sobre carril DIN, por lo que habrá
que fabricar unas escuadras que se instalarán en los laterales internos de la caja y donde se
instalará un carril DIN de lado a lado en el frontal de la misma.
Figura 5.24 Protección magneto-térmica enchufable y curva de disparo M1.
Esto hace que el conexionado descrito anteriormente cambie ligeramente. Al borne
de entrada de potencial positivo de cada grupo se conectarán 2 cables de 16mm2 que
conectarán por el otro extremo a una protección magneto-térmica. Desde esa protección
usando puentes de bornas, se repartirá ese potencial a los 3 magneto-térmicos siguientes.
También se instalarán en el frontal de la caja los 24 LEDs de indicación que conectan
con los módulos electrónicos y señalizan la activación de un canal. Como detalle final, una
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32
Capítulo 5. Implementación de la solución
Figura 5.25 Conexionado de los potenciales a las protecciones magneto-térmicas.
serigrafía que indique el número de canal de cada protección y LED, así como el logotipo
de la empresa fabricante. El resultado final puede verse en las siguientes imágenes.
5.4 Caja de medidas
(a) Escuadra soporte.
(b) Ruteado interno de cables.
(c) Protección enchufable.
(d) Vista general del interior.
(e) Vista frontal.
Figura 5.26 Imágenes de la caja de medidas acabada.
33
34
Capítulo 5. Implementación de la solución
5.5 Rack de control
El rack de control será donde se instalarán todos los elementos que controlan el banco de
ensayos, se ha seleccionado un modelo base de Rittal modelo TS de 800x2000x600 mm
en color RAL7035 y con placa de montaje en todo su fondo. Dentro de las posibilidades
de configuración, se ha optado por añadirle un bastidor oscilante para facilitar el acceso
desde el frontal a los elementos que se instalarán en una placa de montaje al fondo del
mismo. También se le ha añadido una puerta de cristal para poder ver los indicadores que
monitorizan el hardware sin necesidad de abrir el rack. Además de esto se le han añadido
algunos accesorios, tales como luz interior, interruptor de apertura de puerta y ventilación
en techo.
Figura 5.27 Detalle del bastidor móvil del rack.
Los equipos de 19" se han dispuesto sobre el bastidor empezando por la parte más alta
del mismo, dejando libre la parte inferior. Todo el espacio no usado se ha tapado con
paneles ciegos para darle un mejor aspecto externo. Arriba se han colocado las 3 fuentes
programables, ya que son las que más calor generarán. A continuación se ha colocado la
caja de medida seguida del PXI y por último se ha panelado el SAI en una placa ciega hecha
a medida.
(a) Conexiones a las fuentes (b) Elementos instalados en el (c) Conexiones a la caja de meprogramables.
bastidor de 19".
didas y PXI debajo.
Figura 5.28 Exterior e interior del bastidor del rack montado.
La placa de montaje solo será usada en la parte más baja, ya que así evitamos solapar
los equipos instalados en la parte superior del bastidor de 19" con los elementos que se
5.5 Rack de control
montarán en la placa de montaje. En la placa de montaje se dispondrán 5 secciones de carril
DIN separadas por conductos de plástico donde se podrán instalar aparatos para carril
DIN.
Figura 5.29 Layout de la placa de montaje del rack.
En la parte más alta se encontrarán los borneros CB-50 de conexión a la tarjeta de entradas/salidas industriales del sistema PXI. En principio dicha tarjeta dispone de 2 borneros
de conexiones, pero se instalará solo un borneros, ya que con las entradas/salidas de uno
ya se cubren las necesidades y además quedarán canales de reserva por si se necesitan
en alguna ampliación. Junto al bornero CB-50 habrá un grupo de bornas pasantes para
interconexión de señales. En la siguiente sección se ubicarán dos protecciones diferenciales,
una trifásica para la alimentación general del rack y otra monofásica para la iluminación,
ventilación y un enchufe auxiliar ubicado en esta misma sección de la placa de montaje.
Además, esta línea monofásica no pasará por el interruptor de corte general, de forma que
en caso de operaciones de mantenimiento, se pueda cortar la energía de todo el rack y
seguir disponiendo de un punto donde poder conectar algún equipo. Debido a esto, los
conductores serán naranjas por normativa y deberán estar señalizados con un texto que
indique este hecho.
En la tercera sección estarán las protecciones magneto-térmicas del banco. Estas protecciones protegerán la instalación contra sobre-corrientes. Se han instalado protecciones
dimensionadas al consumo de cada aparato como las fuentes programables (protecciones
trifásicas), el SAI que alimenta el PXI, la caja de medida, etc. En la cuarta sección de la
placa de montaje se va instalada una fuente AC/DC de 24V, una protección aguas abajo
de la salida de la fuente y un bornero de distribución. Esta fuente se usará para activar
relés, contactores, alimentar la tarjeta de entradas/salidas industriales, etc. En general las
señales de mando en el rack irán a 24V. En la última sección se instalarán los contactores
que activan y desactivan los ventiladores, así como los relés que activan a estos contactores.
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36
Capítulo 5. Implementación de la solución
Figura 5.30 Diferenciales, acometida y bornes de distribución de alterna.
También se instalarán los elementos que interconectan con el armario de servicios comunes
y que permitiran conocer el estado de los elementos comunes de la sala (temperatura, puerta,
marcha/paro, algún banco en pruebas, etc.).
5.6 Armario de servicios comunes
Como se ha comentado, en la sala de ensayos habrá instalados tres bancos con la misma
funcionalidad. Existen determinados elementos que dan información sobre el estado de la
sala y que no se desean duplicar. Estos elementos son un contacto de apertura de puerta, un
contacto de un termostato, un pulsador de arranque de prueba, un pulsador de pausa de
prueba y un indicador luminoso de incidencia en prueba. Al comienzo de este proyecto
todos los elementos conectaban al único banco actualizado instalado en la sala. El armario
de servicios comunes se crea con el objetivo de ser un punto central al que conectar todos
estos elementos y posteriormente dar salida a los múltiples bancos de ensayo que habrá
al final. Puesto que cada banco usa su propio potencial y no se desea mezclar, se usarán
relés con contactos secos para notificar a cada banco de la activación de algún elemento. De
esta forma, el armario de de servicios comunes activará la bobina de un relé instalado en el
propio rack y el contacto asociado conducirá la tensión del propio banco para notificar al
5.7 Instalación en la sala
sistema de control. Para el caso del indicador luminoso se seguirá la misma lógica, pero
en este caso cada banco activará la bobina de un relé y por el contacto asociado será el
potencial del armario de servicios comunes el que activará el indicador luminoso. Todas
estas conexiones se realizarán mediante un conector industrial, de forma que la instalación
de un nuevo banco y del propio armario sea más sencilla y sin conexiones adicionales.
Figura 5.31 Esquema de principal de armario de servicios comunes.
Además de esto, como en la sala de control solo habrá un PC para gestionar los tres
bancos de ensayo, se decide instalar un switch ethernet industrial en el armario de servicios
comunes. Los tres bancos conectarán a dicho switch, y desde ahí se conectará por una única
toma al PC. También para posibles usos futuros se instala una toma de corriente auxiliar.
5.7 Instalación en la sala
Una vez montado el rack y el armario de servicios comunes, habrá que instalarlos en la
sala. Parte de la modificación que habrá que acometer en la sala ya se ha comentado. Se
trata de la modificación a los elementos comunes de la sala, tales como el interruptor de
puerta, el termostato y la caja de control ubicada fuera de la sala insonorizada. Además de
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Capítulo 5. Implementación de la solución
Figura 5.32 Armario de servicios comunes.
esto, habrá que modificar el banco existente para conectarlo correctamente al armario de
servicios comunes.
La siguiente tarea será la de integrar el banco de ensayos en la sala y conectarlo con la
bancada donde se ensayan los APSA. Para ello se ha realizado un plano general de la sala y
en base a ese plano se ha estudiado cómo instalar las canalizaciones. En este plano ya se ha
previsto que al final del proyecto completo habrá un total de tres racks de control con sus
respectivas bancadas en la sala.
Figura 5.33 Plano de la sala de ensayos.
La primera dificultad a salvar será la de conectar la bancada con el rack. Existe un pasillo
que no se debe obstaculizar entre ambas, por lo que el paso de cable habrá de hacerse por
5.7 Instalación en la sala
arriba o por abajo del pasillo. Puesto que no existe suelo técnico que permita canalizar bajo
el suelo, se decide crear una canalización metálica por encima del pasillo dejando suficiente
espacio para que pueda pasar una persona por debajo de dicha canalización sin que suponga
ningún tipo de obstáculo. Esta canalización llevará tanto los cables que alimentan a cada
avisador como los cables que controlan los 6 grupos de cuatro ventiladores.
Figura 5.34 Plano de las canalizaciones aéreas rack-bancada.
En cuanto a las conexiones eléctricas, a cada APSA se llega con un cable de 6mm2 que
lleva la señal positiva. El terminal negativo de cada APSA se conecta mediante cable de
la misma sección a una pletina de cobre que va instalada en el interior de la canalización
del grupo. Al final de la pletina se encuentra un cable de 25mm2 de sección que conecta
con el terminal negativo de la fuente de alimentación de ese grupo. además de esto, se ha
diseñado una PCB para instalar borneros de puntas de prueba de 4mm (también llamados
conectores banana) y unos diodos supresores de tensiones transitorias. Estos diodos son
necesarios para evitar la formación de arcos eléctricos en el interior de los APSA cuando se
corte la alimentación de los mismos, ya que permitirán disipar la energía almacenada en la
bobina cuando se corte el circuito de alimentación. Para los ventiladores se conducirán los
8 hilos de fase de cada ventilador, ya que tenemos 4 salidas por contactor que aguantan la
corriente de un único ventilador, y un único hilo de neutro que posteriormente mediante
una caja de bornas instalada en la parrilla de ventiladores distribuirá a cada ventilador el
neutro.
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40
Capítulo 5. Implementación de la solución
(a) Renderización placa de diodos y bornas banana.
(b) Esquema de conexión grupo de APSA.
Figura 5.35 Placa de diodos y esquema de un grupo de APSA.
5.8 Software de control y adquisición
Uno de los componentes clave de este proyecto se trata del software de control y adquisición
del banco de ensayo. Este software se ejecutará en un PXI bajo el sistema operativo en tiempo
real Phar Lap ETS, lo que permitirá tener control sobre el temporizado de la aplicación y
al mismo tiempo minimizará el riesgo de de cuelgues inesperados en pruebas de varias
semanas o meses de duración.
5.8.1 Arquitectura general
Una buena arquitectura de aplicación es de suma importancia a la hora de plantear un
sistema complejo, ya que de otra forma la depuración y ampliación de funcionalidades en
el futuro puede suponer una importante cantidad de horas de ingeniería. Es por esto que
merece la pena dedicar una parte del tiempo al principio del proyecto para seleccionar y
crear la arquitectura que mejor se adapte al problema que se esté tratando. En la Figura 5.36
puede verse un diagrama general de la arquitectura propuesta para la aplicación del banco
de ensayos.
En verde se han representado las comunicaciones mediante network streams, en rojo
las variables de red compartidas y en azul la conexión FTP para el traspaso de los ficheros
con los resultados de un ensayo. Los network streams son una forma de comunicación sin
pérdidas sobre TCP y con un rendimiento similar al mismo, pero sin la necesidad de tener
que convertir manualmente los datos a bytes. A efectos prácticos funcionan como una cola
FIFO (First In First Out) en red, de forma que lo que se encola por un lado en el otro puede
desencolarse en el mismo orden que originalmente se encoló. Los network streams se usarán
para enviar comandos y respuestas entre el PC y el PXI. El usuario mediante la manipulación
de la interfaz de usuario provocará estos comandos que se enviarán al sistema PXI. Estos
comandos son definidos al principio del proyecto y están compartidos por ambos sistemas.
Cuando el bucle de comandos entrantes del PXI ("Incoming commands loop.vi") recibe un
5.8 Software de control y adquisición
Figura 5.36 Diagrama general de la arquitectura del PXI.
nuevo paquete a través del network stream lo extrae y lo envía a la cola del despachador de
comandos ("Command dispatcher.vi"). Este VI comprobará a qué grupo iba destinado dicho
comando y lo pondrá en la respectiva cola del bucle gestor de comandos ("Group command
handler.vi") de ese grupo. Una vez en el gestor de comandos será la propia máquina de
estados de cada grupo la que gestionará los cambios de estado y datos que correspondan
y una vez procesado el comando se enviará una respuesta de comando al PC que originó
dicho comando, para ello se añadirá un mensaje a la cola del bucle de comandos salientes
("Group command handler.vi").
Los cambios de estado que se producen en un grupo como consecuencia de los comandos
recibidos se reflejan en la variables de red compartidas. A diferencia de los network streams,
las variables compartidas de red son una forma de compartir variables de cualquier tipo
entre dos aplicaciones pero que pueden producir pérdidas, ya que se mantiene una única
instancia de los datos en una de las partes. Esto puede producir condiciones de carrera en
caso de que ambas partes accedan a dichas variables como escritura y el buffer esté completo,
por lo que solo se usarán para tareas no críticas, como por ejemplo mostrar el estado del
banco en un momento determinado al usuario. En este tipo de tarea nos da igual se se
pierde una actualización de un indicador de la interfaz de usuario, ya que se trata tan solo
de un elemento visual y que seguramente al siguiente ciclo (100ms después) se actualizará
correctamente. Además, solo se actualizarán dichas variables desde el PXI, de forma que se
evite machacar datos y se usarán sin buffer, de modo que solo contendrán la versión más
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42
Capítulo 5. Implementación de la solución
reciente de los datos.
Internamente, habrá un único bucle de control y adquisición ("Control and acquisition
loop.vi") que será el que ejecutará la prueba según los datos que generen las máquinas de
estado de cada grupo. Este bucle será el único que tendrá un temporizado crítico, ya que la
ejecución del mismo se ha de hacer cada 100ms para asegurar que las pruebas duran lo que
deben. Esto implica que cualquier método de traspaso de datos de otro VI con este debe
de hacerse mediante colas RT (Real Time) y además se deberá evitar el uso de cualquier
función que requiera acceso a recursos compartidos, tales como acceso a disco o red, ya
que si el recurso estuviese ocupado podría provocar un retraso en la ejecución del ciclo
haciendo que fuese más largo de lo normal y provocando una pérdida de determinismo en
la ejecución. Es por esto que los datos que este bucle va generando de las adquisiciones, tras
procesarlos serán enviados a la cola de otro VI ("Datalogger.vi") mediante una cola FIFO
RT que se encargará de guardarlos en los ficheros con el formato apropiado. Se ha decidido
usar un servidor FTP en el PXI para dar acceso a los ficheros con los resultados de los test,
de forma que la transferencia de los mismos pueda realizarse con un protocolo creado para
ello y de forma autónoma a la aplicación del PXI, evitando así tener que gestionar una parte
más de las comunicaciones.
Por último, en paralelo a todo lo anterior se ejecutará también un monitor de sistema
(System monitor.vi) que irá comprobando periódicamente las condiciones tanto del ensayo
como de la sala y actualizando el estado de cada grupo si fuese necesario en base a esa
información.
5.8.2 Estado de un grupo
Una vez definida la arquitectura de la aplicación, lo siguiente será definir qué contenido es
necesario tener en el estado de un grupo. Una vez definidos los elementos que se encontrarán
en el estado de un grupo, se definirá un tipo de dato que sirva para este cometido y se creará
una variable de red compartida que será leída por el PC para conocer el estado de cada
grupo. Como ya se ha comentado, esta variable de red compartida solo será escrita por el
PXI y además no tendrá buffer, por lo que solo cabe la posibilidad de que tenga el valor más
reciente.
Diagrama de estado de un grupo
Para poder definir correctamente los elementos que serán necesarios en esta variable, lo
primero que se hará es definir un diagrama de estados con sus condiciones de transición. El
diagrama de estados de la Figura 5.38 se ha creado a partir del comportamiento que el cliente
espera tener del banco de ensayos. Este diagrama de estados refleja el comportamiento de
parte del software que se ejecutará en el PXI, ya que es donde tendrán lugar los eventos o
condiciones que que podrán provocar los cambios de estado. Al mismo tiempo también
se usará el diagrama para desarrollar la aplicación del PC, ya que dependiendo del estado
en el que se encuentre un grupo se habilitarán unos controles u otros que permitirán al
usuario enviar ciertos comandos, que al mismo tiempo podrán provocar un nuevo cambio
de estado.
Un grupo en reposo estará en el estado PREPARADO hasta que reciba un comando de
inicio de grupo. Una vez recibido este comando se hará un TEST DE AVISADORES en el que
se activarán de forma secuencial los APSA del grupo midiendo el consumo de corriente de
cada uno. De aquí se determinarán cuantos APSA hay conectados al grupo y si el consumo
de cuando se activen todos simultáneamente es inferior a la capacidad de corriente máxima
5.8 Software de control y adquisición
Figura 5.37 Código principal del PXI.
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44
Capítulo 5. Implementación de la solución
de la fuente. En caso de que se determine que la fuente no tiene potencia suficiente para
alimentar a todos los APSA conectados, se transicionará al estado SOBRECARGA. Desde
ahí, el usuario puede decidir si cancelar la prueba o desenganchar algún APSA, de forma
que quedaría desactivado para la prueba. Una vez en el estado EN PRUEBA el test tendrá
lugar. Hay una serie de eventos tales como FALLO DE TENSIÓN, PUERTA ABIERTA o
TEMPERATURA que detendrían la prueba en curso. Una vez desaparezca la condición que
generó dicho cambio de estado se transicionará al estado EN PAUSA y el usuario podrá
bien continuar la prueba o abortarla. Otra cosa que podría ocurrir es que se considere que
todos los APSA estén rotos, bien sea por cortocircuito o por circuito abierto. El usuario será
el que decidirá si reenganchar un APSA que haya sido desconectado durante la prueba por
un mal funcionamiento y o abortar la prueba. Una vez que algún APSA haya alcanzado el
número de ciclos programado, si quedan aún aAPSA que se hayan desenganchado durante
la prueba se pasará al estado PRUEBA INCOMPLETA. Ahí nuevamente el usuario podrá
elegir si reenganchar alguno de esos APSA o abortar la prueba. Siempre que se aborte
una prueba o se termine correctamente se pasará al estado FIN DE PRUEBA. Este estado
será un indicador para la aplicación PC para saber que hay datos en el FTP listos para ser
descargados con los resultados que se hayan capturado. Cuando el PC haya descargado
los datos del ensayo avisará al PXI y este hará un backup de seguridad de los datos y
transicionará a PREPARADO. El estado TRANSFIRIENDO solo tiene lugar en el PC ya que
se usa únicamente para informar al usuario que esa operación está en marcha.
5.8 Software de control y adquisición
Figura 5.38 Diagrama de estados de un grupo.
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46
Capítulo 5. Implementación de la solución
Tipo de datos Group status.ctl
Una vez definido con detalle lo que debe de hacer la aplicación se pueden definir los
elementos que ha de tener la variable de estado para que se almacene toda la información
necesaria. En la Figura 5.39 se muestran los diferentes datos que contiene el tipo de datos
Group status.ctl. Puede observarse como se trata de un tipo de datos compuesto de otros
tipos de datos definidos, tales como Test specs.ctl, que contendrá los detalles de la prueba en
curso, o Horns status.ctl, que almacenará el estado de cada APSA y una marca de tiempo de
cuando tuvo lugar ese cambio de estado en el APSA. Es de especial importancia el campo
de tipo enum Current status, ya que es donde se almacenará el estado actual del grupo. Sus
posibles valores se encuentran definidos por el diagrama de estado visto anteriormente.
Figura 5.39 Definición del tipo de datos para el estado de un grupo.
Functional Global Varaibles (FGVs) para los estados de grupo
Como ya se ha comentado, existirán 3 variables compartidas de red del tipo Group status.ctl
para almacenar esta información. También, tal y como se ha visto en la Figura 5.36 estas
variables será accedidas desde múltiples lugares de la arquitectura, en concreto desde
el PC en solo lectura y desde el PXI en lectura y escritura. Puesto que hay diferentes
partes del PXI que pueden acceder a dichas variables (Control and acquisition.vi y Group
command handler.vi) se corre el riesgo de que tengan lugar condiciones de carrera que
lleven a situaciones inesperadas. Por ejemplo, si se recibe un comando de pausa el VI Group
5.8 Software de control y adquisición
command handler.vi intentará cambiar el estado del grupo en la variable. Paralelamente el VI
Control and acquisition.vi puede querer actualizar el estado de un APSA dentro del estado de
ese mismo grupo, por lo que leerá la variable de estado, actualizará localmente este campo
y posteriormente sobre-escribirá la variable completa, ya que no se permiten escrituras
parciales sobre un cluster. Lo que puede ocurrir es que mientras se está actualizando
localmente el estado de un APSA concreto, el VI Group command handler.vi puede haber
sobrescrito la variable con el nuevo estado, por lo que cuando el VI Control and acquisition.vi
sobrescriba la variable se perdería esa información. Para evitar esto se usará una FGV. Una
FGV es un subVI que utiliza un bucle con registros de desplazamiento no inicializados
para almacenar datos de forma global. Este bucle se ejecutará una única vez y generalmente
se le asignarán una serie de operaciones o acciones específicas y definidas por un campo
de tipo enum. En LabVIEW los registros de desplazamiento no inicializados conservan
el último valor de salida del bucle siempre que el VI permanezca en memoria. Por otro
lado, un VI permanecerá en memoria mientras el VI padre que lo llamó permanezca en
memoria. Es importante que la configuración de ejecución de un FGV se establezca como
no reentrante, ya que de otro modo se crearían clones que almacenarían sus propios valores.
Por este motivo, se crearán 3 FGV idénticos pero con diferentes nombres, de modo que
cada uno se encargará del acceso a la variable de red compartida de un grupo en particular.
Al principio de la Figura 5.36 se ve el subVI con el rótulo INIT VARS. Este VI se llama Init
shared variables.vi y se encarga de la inicialización de las variables compartidas tanto de
red como privadas, para ello llamará a la FGV de cada grupo con la acción Set sobre todos
los elementos (All). Esto hará que se actualice el valor de la variable de red compartida y al
mismo tiempo actualizará el valor del registro no inicializado de la FGV.
(a) Inicialización de las FGVs.
(b) Estableciendo el valor de todos los elementos en una FGV.
Figura 5.40 Operaciones sobre la FGV de variables de estado.
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Capítulo 5. Implementación de la solución
5.8.3 Protocolo de comunicación
Como ya se ha explicado habrá tres protocolos de comunicación diferentes implicados en
la arquitectura del software. El primero de ellos se trata de los network streams. Este sistema
de National Instruments nos permite una comunicación sin pérdidas gracias al uso de TCP
como capa de transporte y un sistema de ventana con asentimiento a nivel de aplicación
que asegura que la transmisión de lo datos ha sido completada. En la Figura 5.41 puede
verse cómo es el funcionamiento de este protocolo en el caso de pérdidas de conexión. Los
elementos encolados permanecerán en la cola de salida hasta que la conexión se recupere,
tras esto seguirán enviándose los datos hasta que el respectivo asentimiento sea recibido.
No obstante, será tarea del programador controlar la pérdida de conexión y reconexión.
Figura 5.41 Funcionamiento de network streams.
Comandos y respuestas
Los network streams admiten cualquier tipo de dato como unidad de transferencia. Para
esta aplicación se ha definido un tipo "Network message.ctl" que consiste en un cluster de
un enum que contendrá el tipo de comando y un campo de tipo variant que contendrá el
resto de información relativa a ese comando.
Una vez definida la unidad de información para el network stream hay que definir los
posibles comandos que se usarán. El Command dispatcher.vi analizará el valor del campo
Command y en base al tipo de comando usará un tipo de dato u otro para convertir el campo
5.8 Software de control y adquisición
Figura 5.42 Typedef "Network message.ctl".
Data de tipo variant al que corresponda. En la siguiente imagen puede verse el código que
se encarga de este proceso.
Figura 5.43 Conversión de variant al tipo de datos según comando.
La siguiente lista muestra dos ejemplos de comandos y el contenido del campo Data que
cada uno llevará (la lista completa de comandos y respuestas puede verse en el "Apéndice A"):
• Start group
Command: 0
Descripción: Iniciar un ensayo determinado en un grupo. Contiene a su vez un
typedef que define las características del ensayo ("Test specs.ctl")
Data:
• Abort group
Command: 3
Descripción: Aborta el ensayo en marcha o pausado en un grupo.
Data:
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Capítulo 5. Implementación de la solución
A cada tipo de comando le corresponden una serie de posibles respuestas, según lo que
haya ocurrido y el estado del grupo al que afectase el comando. La siguiente lista muestra
las posibles respuestas que el PXI podrá enviar al PC como consecuencia de la recepción de
un comando de los anteriores.
• Respuestas a Start group
Command: 1000
Descripción: Grupo iniciado correctamente
Data:
Command: 1001
Descripción: No se puede iniciar el grupo, comprobar estado del grupo.
Data:
Command: 1004
Descripción: Sobrecarga, máximo N avisadores.
Data:
• Respuestas a Abort group
Command: 1300
Descripción: Grupo abortado correctamente.
Data:
Command: 1301
Descripción: No se puede abortar el grupo, comprobar estado del grupo.
Data:
Bucles de envío y recepción de comandos
La creación de los network stream se hace en el PXI, de forma que así siempre existen, ya
que se asume que el código en el PXI siempre estará funcionando. Pare esto se han creado
dos VIs, uno para el network stream de envío de comandos y otro para el de recepción. Estos
VI crean los network streams y quedan a la espera de conexiones. Una vez establecida la
conexión cada VI se encarga de monitorizar el estado de la misma y en caso de algún error,
cerrar el network stream y crearlo de nuevo. Por otro lado, en el caso de bucle receptor todos
los comandos que reciben se envían a otra cola para su posterior procesado por el gestor de
comandos y en el caso del bucle emisor cualquier parte del código que necesite enviar un
comando lo pondrá en su cola y automáticamente será enviado.
5.8 Software de control y adquisición
Figura 5.44 Máquina de estados para la gestión del network stream.
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52
Capítulo 5. Implementación de la solución
5.8.4 Gestor de comandos
Una vez que se recibe un comando mediante el network stream este es enviado a una cola.
Posteriormente el VI Command dispatcher.vi es el que analiza el tipo de comando y convierte
los datos al tipo adecuado (tal y como se ve en la Figura 5.43) para posteriormente enviarlo
al gestor de comandos (Group command handler.vi) del grupo al que corresponda. Una
alternativa podría haber sido analizar el comando directamente en el bucle receptor de
comandos (Incomming commands loop.vi) y enviarlo directamente al gestor de comandos
correspondiente (Group command handler.vi), pero eso disminuiría la disponibilidad del
receptor de comandos, ya que estaría ocupado haciendo el análisis y rutado de los comandos
en lugar de escuchar nuevos comandos. También es importante dividir en partes diferenciadas el código para hacer más fácil su depuración. Además del análisis y la rutado de
comandos, cuando se recibe un comando general que no va destinado a ningún grupo
(como el cambio de hora), este VI se encarga de ejecutarlo directamente y de poner la
respuesta en la cola del VI Outgoing commands loop.vi para que sea enviada mediante el
network stream de respuestas a la aplicación cliente. Para poner respuestas en la cola del
VI Outgoing commands loop.vi se ha creado el VI Write command.VI cuyos parámetros
de entrada son una referencia a la cola donde enviar la respuesta, un enum con el tipo de
respuesta y un variant con los datos a enviar. Los posibles valores del enum vienen datos
por las posibles respuestas que se definen en el Apéndice A
Figura 5.45 Comando general gestionado directamente en el VI Command dispatcher.vi.
El VI final que recibe los comandos es el Group command handler.vi. Este VI está configurado como "Preallocated clone reentrant execution". Esto hará que al inicio del programa se
lanzarán tantos clones de este Vi como sean necesarios para que la ejecución en paralelo de
los mismos suceda con espacios de memoria separados. En este caso, significa que se tendrá
un único VI que se ejecutará simultáneamente para cada grupo de forma independiente.
Para poder enviar los mensajes a cada una de estas instancias del VI se necesita que tengan
colas diferentes, por lo que se crearán colas usando el número de grupo para diferenciar a
cada instancia.
5.8 Software de control y adquisición
(a) Configuración de ejecución para el VI Group command handler.vi.
(b) Creación de la cola única para cada grupo.
Figura 5.46 Propiedades y creación de cola para el VI Group command handler.vi.
Máquina de estados de grupo
Internamente, el VI Group command handler.vi contiene una máquina de estados que para
hacer más compacto y modular el código se ha implementado como un subVI. Cada vez
que llega un comando se procesa por dicha máquina de estados, se actúa sobre el estado del
grupo y se genera una respuesta si es necesario. El único parámetro eléctrico que este subVI
es capaz de variar directamente es la tensión de alimentación de la fuente que alimenta al
grupo, el resto de información tendrá efectos sobre las salidas/entradas del sistema mediante
la variable de estado de grupo.
Para cada comando se han identificado los estados involucrados y se ha elaborado un
diagrama de flujo que ejecute la lógica de aplicación. Estos diagramas pueden encontrarse
en el "Apéndice B". Como ejemplo se muestra en la Figura 5.47 los estados relacionados con
el comando start group y en la Figura 5.48 el diagrama de flujo que ejecutará la máquina de
estados de grupo (Group state machine.vi).
La primera vez que se reciba el comando start group si el estado es PREPARADO, se
procede a ejecutar un test de carga (Group load test.vi). La implementación de este test se ha
realizado mediante un subVI que se lanza de forma asíncrona por esta máquina de estados,
cuando el test ha finalizado envía el comando start group de nuevo a su grupo (Figura 5.49),
de forma que se produce una segunda ejecución del diagrama de estados.
Según el resultado del test se podrá bien pasar al estado EN PRUEBA o al estado SOBRECARGA y se enviará la respuesta correspondiente. Estas son todas las posibles transiciones
53
54
Capítulo 5. Implementación de la solución
Figura 5.47 Estados implicados con el comando start group.
Figura 5.48 Diagrama de flujo para el comando start group.
para este comando. En caso de que se reciba el comando start group cuando el grupo está en
un estado diferente simplemente se enviará la respuesta 1001 indicando que "No se puede
iniciar el grupo, comprobar estado de grupo", tal y como se expone en el "Apéndice A".
5.8 Software de control y adquisición
Figura 5.49 Implementación de Group load test.vi.
5.8.5 Bucle de control y adquisición
El bucle de cotrol y adquisición es implementado en el VI "Control and acquisition.vi y es
uno de los más importantes del sistema. Este VI es el responsable de secuenciar las salidas
para cada APSA de los 3 grupos, capturar los datos del test, procesarlos y modificar el estado
del grupo en caso de que ocurra alguna anomalía con algún APSA.
Uno de los requisitos que se marcó al comienzo del proyecto es la independencia del
estado de un grupo del resto de grupos así como la posibilidad de ejecutar pruebas con
diferentes patrones y diferentes duraciones en cada grupo. Se podría crear un único VI que
gestionase un grupo y luego lanzar 3 copias en paralelo, cada una parametrizada para que
gestiones las entradas/salidas de un grupo usando una tarjeta de adquisición grupo. Esta
solución es la más simple desde el punto de vista del desarrollo del software, pero también
la más cara a la hora de comprar el hardware, ya que obliga a comprar una tarjeta por cada
grupo.
Para optimizar esto, la primera opción sería implementar la solución usando una única
tarjeta. El problema es que dos VIs ejecutándose en paralelo no pueden adquirir señales
analógicas con diferentes señales de trigger usando una misma tarjeta, ya que la mayoría de
tarjetas DAQ multipropósito solo disponen de un conversor analógico-digital y no dan esta
posibilidad. Por tanto, para poder hacerlo de esta forma hay que solucionar este problema
desde el lado software. Tal y como se mostró en la Figura 4.3 una vez transcurridos los
primeros 20ms la señal se estabiliza, por lo que adquiriendo un trozo de la señal una vez
superado el transitorio será suficiente para analizarla. La solución que se ha planteado es
crear ranuras de tiempo de 100ms y adquirir las señales analógicas de todos los grupos si ha
habido un flanco de subida en el patrón de activación de cualquiera de ellos. Posteriormente
una parte del código analizará las señales capturadas de cada grupo solo si el flanco de subida
en el patrón ha tenido lugar en dicho grupo. Exactamente lo mismo se usará para las salidas
que activan los APSA. Los patrones se muestrearán a 10Hz y en cada intervalo de 100ms
se actualizará la salida de acuerdo al estado del grupo y el valor del patrón muestreado.
Para implementar esto hace falta un bucle con una duración determinista, por lo que será
implementado como un timed loop que gracias al uso de un sistema real-time podremos
garantizar que tenga muy bajo jitter siempre que se programe adecuadamente.
55
Figura 5.50 Bucle temporizado en Control and acquisition.vi.
56
Capítulo 5. Implementación de la solución
5.8 Software de control y adquisición
Fase de control
En la Figura 5.50 se puede ver una primera fase donde se calcula la salida para cada grupo
en la ranura de 100ms actual. El VI Group control.vi es el encargado de generar la salida
para cada APSA en la ranura de 100s actual.
Figura 5.51 Implementación de Group control.vi.
Este VI obtiene en primer lugar la salida que corresponde al patrón para el instante actual.
Al mismo tiempo computa si se trata de la última muestra del patrón para actualizar el
número de ciclos que lleva realizados cada APSA, así como analiza si se trata de un flanco de
subida en el patrón. Es importante resaltar aquí que el análisis de flancos de subida se hace
sobre el patrón especificado por el usuario y no sobre los flancos de subida que realmente
tengan lugar durante la prueba. Por ejemplo, si se especifica un patrón consistente en 5s
ON - 5s OFF, solo se producirá una adquisición por ciclo, independientemente de que
físicamente durante un ciclo pudiese llegar a producirse más de un flanco de subida en la
señal eléctrica, por ejemplo si se pausa la prueba a los 2s de comenzar y luego se reanuda.
Una vez determinada la salida que corresponde a un grupo en el instante actual, se tiene en
cuenta el estado de cada APSA para crear la señal completa para el grupo. Posteriormente se
combinan las salidas de los 3 grupos y se escriben en la tarjeta DAQ. Además de lo anterior,
este VI también será el responsable de generar la secuenciación de los APSA durante la fase
de TEST DE AVISADORES, donde se genera un patrón de 0.2s ON - 0.2s OFF para detectar
los APSA conectados correctamente y medir la corriente de cada uno. También generará
patrones 1s ON - 1s OFF cuando se solicite el test individual de un APSA con una prueba
no finalizada.
El siguiente paso consiste en evaluar los flancos de subida de cada grupo, en caso de que
algún grupo haya generado un flanco de subida en patrón se pasará a la fase de adquisición.
Fase de adquisición
Una vez en la fase de adquisición se esperan 70ms para no capturar en la zona transitoria
del APSA y posteriormente se capturan todas las señales analógicas. A continuación se
procesan teniendo en cuenta los flancos de subida en el patrón de cada grupo, de forma
que solo los se procesa las señales de un grupo si ese grupo ha producido un flanco de
57
58
Capítulo 5. Implementación de la solución
subida. Los resultados de procesar las señales son enviados por una cola RT a otro VI para
que sea el que los almacene en disco. Esto es importante que se haga en un VI diferente a
este, ya que el acceso a disco es una tarea no determinista y podría introducir un jitter no
deseado en el bucle temporizado donde se ejecuta este VI. Como última fase, se analizará el
resultado individual de cada APSA para ver si se ha producido alguna condición anómala
(cortocircuito, circuito abierto, frecuencia fuera de límites, corriente fuera de límites, etc.)
y actualizar el estado de cada APSA según los resultados del análisis. Al igual que en
la fase anterior, este VI también será el encargado de ir actualizando los datos para la
secuenciación de los APSA durante el test de carga y recoger los resultados cuando se realice
un test individual sobre un único APSA.
Figura 5.52 Implementación de Group post-process.vi.
5.8.6 Datalogger
Como se ha comentado anteriormente, los resultados del procesado de las señales son
enviados por una cola RT a otro VI, concretamente al VI Datalogger.vi. Este VI simplemente
recoge los resultados y los guarda en disco conforme a un formato específico. Se ha decidido
usar dos ficheros .csv para cada ensayo. El primero de ellos se llama Data0.csv y contiene
datos generales sobre el ensayo tales como fecha del test, número de ciclos que ha superado
cada APSA, el patrón utilizado, los eventos ocurridos, etc. El otro se llama Data1.csv y contiene los resultados de corriente, frecuencia y tensión, una linea por cada pulso. También, en
caso de que algún APSA estuviese en algún estado no operativo (cortocircuito, protección
magneto-térmica saltada, etc.) una letra lo indicaría. La especificación completa de este
formato puede verse en el Apéndice C. Estos ficheros se almacenan en c: \DATA dentro de
un directorio con el nombre del grupo, por ejemplo "c: \DATA\ Group1\ Data0. csv " y
"c: \DATA\ Group1\ Data1. csv ". Cuando la prueba se encuentra en el estado FINALIZADO la aplicación cliente puede conectar por FTP al PXI y descargar estos ficheros. Cuando lo
ha hecho enviará el comando Transfer complete y el PXI hará un backup comprimiendo los ficheros y colocándolos en c: \DATA\ Backup\ GX_ Y-m-d_ H. M. S_ Test_ number. gzip ,
5.8 Software de control y adquisición
donde X es el número de grupo, Y-m-d_H.M.S la fecha y Test number el nombre de test que
el operario haya dado al ensayo. Este directorio nunca se limpia automáticamente, por lo
que es tarea del cliente el mantenimiento de dicho directorio.
5.8.7 Monitorización de estado
El VI System monitor.vi se ejecuta en paralelo a todos los anteriores y es el responsable de
monitorizar las condiciones generales de parada del ensayo. Un ensayo puede pausarse
o reanudarse desde la botonera instalada en el exterior de la sala de ensayos, además en
esa misma botonera hay una lámpara indicadora instalada que se puede controlar desde
el PXI y que se usa para señalizar cuando existe algún tipo de incidencia. Las causas que
pueden provocar una incidencia son el exceso de temperatura en la sala o la apertura de
la puerta, además, si se pulsa el botón de PAUSAR en la botonera la prueba se pausará
en todos los grupos. Todas las causas anteriores además provocarán el encendido de la
lámpara de incidencia. En la Figura 5.53 se puede ver una parte de la lógica encargada de
gestionar estos casos. Al final del VI se comprueba adicionalmente la tensión de cada grupo
y en caso de que se encuentre fuera del 5 % del valor nominal se cambiará el estado del
grupo correspondiente a FALLO DE TENSIÓN. También es aquí donde se gestionan los
ventiladores que refrigeran los APSA. Lo que hace el VI Control fans.vi es comprobar el
estado de cada avisador y en base a eso activar o desactivar los grupos de ventiladores, de
forma que si hay un avisador en prueba este tenga siempre el ventilador encendido.
(a) Diagrama de bloques del VI System monitor.vi.
(b) Lectura de botonera.
(c) Comprobación de temperatura y puerta
abierta.
Figura 5.53 VI de monitorización System monitor.vi.
59
60
Capítulo 5. Implementación de la solución
5.9 Software de gestión de ensayos y explotación de resultados
El software de gestión de ensayos y explotación de resultados es la parte cliente que conecta
con el PXI para lanzar un ensayo, monitorizarlo, recuperar los resultados y además generar
informes con dichos resultados. La interfaz se ha diseñado de forma que sea intuitiva y
simple de usar, pero al mismo tiempo que contenga la suficiente información como para
saber el estado de todo el sistema solo mirando la pantalla principal.
Figura 5.54 Pantalla principal de la aplicación cliente.
5.9.1 Pantalla principal
La interfaz principal de la aplicación puede observarse en la Figura 5.54, mientras que la
arquitectura general se muestra en la Figura 5.55. Como ya se ha dicho, esta aplicación es
un cliente que conectará con el PXI para intercambiar comandos, leer las variables de red
compartidas y recuperar ficheros cuando se acabe un ensayo, por lo que no es necesario
que la aplicación permanezca abierta durante una prueba. Esto también significa que se
necesita diseñar algún mecanismo que permita representar en la interfaz gráfica el estado
actual del banco de ensayos.
Cuando la aplicación arranca abre dos network streams al PXI, una para enviar comandos
y otra para recibirlos. Acto seguido, recupera el valor de las variables de red y con ellas
inicializa el estado de la interfaz gráfica así como el estado interno de la aplicación, de este
modo la interfaz se sincroniza visualmente con el estado actual del PXI. Periódicamente
esta variable se va actualizando y cuando se detecta un cambio en el valor de la misma se
procede a actualizar el estado de la interfaz gráfica. Cabe recordar que los comandos solo se
generan desde el cliente, siendo el PXI únicamente responsable de enviar respuestas, por
tanto los comandos tales como pause group o abort group se generarán desde esta aplicación,
más concretamente serán los eventos producidos por la interacción del usuario con los
5.9 Software de gestión de ensayos y explotación de resultados
Figura 5.55 Diagrama general de la arquitectura del cliente .
elementos de la interfaz gráfica los que lanzarán un comando u otro. Al mismo tiempo,
será el estado de cada grupo, a través de la variable de red compartida, el que determine la
disponibilidad de unas acciones u otras. Por ejemplo, la aplicación al arrancar determina
que el estado actual del grupo 1 es EN PRUEBA, con esta información actualiza el indicador
de la interfaz gráfica y habilita aquellos botones asociados a los comandos que pueden ser
generados en esta situación. Según el diagrama de estados de la Figura 5.38 se corresponden
con Pausar o Abortar. Esta situación se representa en la Figura 5.56.
En el caso de que una prueba finalice correctamente, la aplicación cliente detectaría
el estado del grupo como FIN DE PRUEBA y también se generaría automáticamente un
evento que lanzaría la tarea de copia de resultados, al finalizarla se enviaría el comando
transferencia finalizada. En resumen, se tienen una serie de fuentes productoras de estados
en el lado del cliente que son gestionados internamente por una parte del código dedicada a
cada grupo ("Group command handler") que será la que enviará un comando u otro al PXI.
Además del funcionamiento descrito, la interfaz gráfica presenta al usuario información
de utilidad respecto al estado de cada grupo. La información presentada es la siguiente:
•
•
•
•
•
Grupo y nombre del ensayo.
Tensión actual de la fuente de alimentación el grupo.
Indicador visual cuando la fuente esté fuera de ±0.1V.
Texto con el estado actual del grupo.
Duración total prevista y ciclos totales del ensayo.
61
62
Capítulo 5. Implementación de la solución
• Número de ciclos realizados, tiempo transcurrido y tiempo pendiente del ensayo.
• Información individual del estado de cada APSA. Verde para APSA sin problemas,
amarillo para APSA fuera de tolerancias, rojo para APSA desconectados por algún
motivo y gris para APSA no conectados. También se muestra el momento en el que
ocurrió el cambio a dicho estado en cada APSA.
Figura 5.56 Estado del grupo actualizado y acciones disponibles.
También en los estados PAUSA, PRUEBA INCOMPLETA, TODOS ROTOS o PUERTA
ABIERTA se habilita la posibilidad de hacer un test de 1s ON - 1s OFF individualmente a un
APSA y ver su corriente consumida y frecuencia. Para ello basta con pulsar sobre el APSA
y se mostrará una ventana con dicha opción. Además de esta opción también se permite
hacer un reenganche de un APSA forzándolo al estado correcto. Esto es especialmente útil
en situaciones en las que una prueba de larga duración se haya completado sobre todos
los APSA salvo en alguno quedando el estado del grupo como PRUEBA INCOMPLETA.
Una causa habitual para esto es que se suelte el cable de alimentación del APSA. En esta
situación bastaría con reconectar el cable y reenganchar el APSA desde la interfaz gráfica,
de forma que el grupo cambiaría al estado EN PAUSA tal y como se muestra en el diagrama
de estados de la Figura 5.38. Al reanudar la prueba se seguirían realizando ciclos solo sobre
este APSA hasta que se llegase al estado FIN DE PRUEBA y todos los APSA hubiesen sido
sometidos al mismo número de ciclos.
(a) Diálogo de test y reenganche.
(b) Resultado de test individual sobre un APSA.
Figura 5.57 Diálogo de test individual de APSA.
5.9 Software de gestión de ensayos y explotación de resultados
En la parte inferior de la pantalla principal se encuentran los botones para acceder al resto
de secciones de la aplicación, además de dos botones que permiten arrancar todos los grupos
con una misma configuración o abortar todos los grupos. El botón de "Configuración"
permite ajustar la contraseña de seguridad de la aplicación y fijar la fecha y hora del sistema
PXI.
5.9.2 Fichas de ensayo
Antes de lanzar cualquier ensayo es necesario crear una ficha de catálogo con la especificación del ensayo a realizar. La sección de fichas de catálogo está protegida mediante
contraseña, de modo que la gestión de las fichas está limitada a usuarios con cierto nivel
de acceso. Esto se ha realizado así para evitar que los operarios de laboratorio puedan
manipular datos de ensayo, que son gestionados por el responsable del laboratorio. Una
vez concedido el acceso se muestra una ventana con un listado de las fichas existentes
actualmente. Las fichas son almacenadas individualmente en ficheros binarios con datos
nativos de labVIEW. Desde ahí, se podrá ver, editar, copiar o borrar una ficha existente así
como crear una nueva. En cada ficha se definen los siguientes parámetros:
• Referencia: se trata de el código de referencia para la ficha. Generalmente se usará la
referencia que el cliente final da al fabricante de APSA.
• Límites: aquí se especificarán los límites máximo y mínimo de tensión, intensidad y
frecuencia en los que han de estar los APSA. Si algún APSA se sale de estos límites se
daría el error correspondiente para ese APSA y se cambiaría el estado del mismo.
• Condiciones de prueba: aquí se especificará la tensión nominal a la que se realizará
el ensayo, el número de ciclos que se hará a cada APSA y se definirá el patrón que se
aplicará en cada ciclo pudiendo comprobar que tiene la forma adecuada mediante la
representación gráfica que se hace del mismo. También se da la opción de especificar
cada cuantos ciclos se desean guardar los resultados, por ejemplo, si se especifican
1000 ciclos y guardar cada 10 ciclos, obtendríamos 100 datos almacenados.
(a) Ventana con listado de fichas de catálogo.
(b) Creación de una ficha de catálogo.
Figura 5.58 Ventanas de gestión de fichas de catálogos.
63
64
Capítulo 5. Implementación de la solución
5.9.3 Generación de informes
En la sección de informes se pueden explorar todos los resultados de pruebas anteriores
que se hayan descargado en el equipo. Esta sección dispone de una pantalla principal donde
aparece un listado de las pruebas con la fecha del ensayo. Seleccionando un ensayo se podrá
ver la siguiente información de dicho ensayo:
•
•
•
•
•
•
Número/nombre del ensayo.
Grupo en el que se realizó el ensayo.
Referencia de la ficha de catálogo que se usó.
Motivo/comentario sobre el ensayo (editable).
Fecha de inicio y fin del ensayo.
Condiciones del ensayo: tensión, número de ciclos, estimador de frecuencia usado,
patrón y periodicidad de guardado de datos.
• Límites máximos y mínimo de tensión, corriente y frecuencia.
• Ciclos realizados a cada APSA.
• Estado final de cada APSA.
Figura 5.59 Ventana de informes.
Pulsando sobre el botón de "Gráficas" se accede a una segunda ventana donde poder
explorar en detalle los resultados de cada APSA. Aquí se podrán ver superpuestas las gráficas
de corriente, frecuencia o voltaje de cada avisador junto con los límites para la medida
seleccionada, pudiendo seleccionar de forma individual qué APSA se desean representar. En
caso de que solo se seleccione un APSA también se mostrará en la parte inferior el estado final
del mismo y un histórico de incidencias, donde podrá verse si el APSA fue reenganchado
5.9 Software de gestión de ensayos y explotación de resultados
durante la prueba y qué tipo de cambios de estado tuvo en qué ciclos. En la Figura 5.60 se
muestra la gráfica de frecuencia de un APSA que sufre 2 tipos de incidencias. Empieza como
correcto en el ciclo 1 pero a los 13 ciclos salta la protección magneto-térmica de ese canal.
Posteriormente, en el ciclo 283 es reenganchado y está funcionando correctamente hasta
el ciclo 918 cuando salta la detección de cortocircuito y ya no vuelve a ser reenganchado
siendo este su estado final.
Figura 5.60 Ventana de gráficas de resultados.
En ambas ventanas se podrá imprimir un informe o guardar en PDF mediante el uso de
un conversor a PDF como PDFCreator, PDFForge o CutePDF. Para esto internamente la
aplicación rellena una plantilla con extensión .doc mediante llamadas a Microsoft Word
usando el "Report Generation Toolkit" de National Instruments. Al finalizar de rellenar la
plantilla se llama al método print del propio Microsoft Word que será el que nos mostrará la
ventana de impresoras de Microsoft Windows. En el Apéndice D se muestran dos informes
de ejemplo.
65
6 Problemas y mejoras
omo en casi todo proyecto de ingeniería en este también se han cometido algunos
errores en la fase de diseño que han tenido que ser solucionados posteriormente. En
otros casos se trata de decisiones que de una u otra forma han impactado en el desarrollo de
este proyecto y que se tendrán en cuenta para futuras ocasiones. En este capítulo se examinan
los errores que se han encontrado, sus soluciones y qué decisiones se han considerado como
equivocadas y que se tendrán en cuenta para futuros proyectos.
C
6.1 Ruido en medidas
Una vez instalado el banco y comenzadas las pruebas de funcionamiento se ha apreciado
que la señal de tensión leída desde cada una de las fuentes era muy alta. En la Figura 6.1
se observa que para una consigna de 13V se llega a tener una tensión pico-pico de hasta
2.6V. La consecuencia inmediata de esto es que los ensayos se detienen, ya que tal y como
se explica en la Subsección 5.8.7, si la tensión medida difiere más de un 5 % de la nominal se
detiene el grupo como medida preventiva.
Figura 6.1 Ruido en la señal de tensión.
Tras analizarse detenidamente los elementos en la cadena de medida se llega a la conclusión que el problema es una incorrecta separación de las tierras. Internamente la fuente
de alimentación Delta conecta la señal de referencia de tensión y programación (1) con la
67
68
Capítulo 6. Problemas y mejoras
salida negativa de la fuente (S-), tal y como se muestra en la Figura 6.2. La tarjeta DAQ
del PXI conecta la señal AOGND y AIGND a esta referencia para generar correctamente la
señal de control de la fuenta y además poder leer la señal de monitor de tensión, mientras
que al mismo tiempo internamente une todas las tierras en un único punto.
Figura 6.2 Conexión interna de las salidas de la fuente Delta.
Por otro lado, los módulos electrónicos implementaban un sistema de separación galvánica capacitivo para la medida de tensión, tal y como se muestra en la Figura 6.3. Este sistema
necesita una alimentación de 5V por ambos lados del adaptador capacitivo. A la izquierda
de la imagen se ve la señal 5V_HV que representa los 5V referenciados a la señal negativa de
la fuente Delta. En la derecha la señal 5V representa los 5V del lado del sistema PXI y cuyo
0V se usa para referenciar AIGND de la DAQ. El problema es que estas dos alimentaciones
realmente están conectadas a través del conector de programación de la fuente Delta y de la
tarjeta DAQ, lo que provoca fugas de corriente por caminos no considerados en el diseño.
Figura 6.3 Esquema de la sección con problemas.
6.2 Mejoras posibles
La solución pasa por crear una separación galvánica en el único punto restante del sistema,
la conexión entre la fuente Delta y la tarjeta DAQ. Para ello se han empleado 3 módulos
ISO AMP de Delta Elektronika que funcionan como amplificadores de aislamiento. La
gran ventaja de estos módulos es que están especialmente diseñados para instalar con estas
fuentes, por lo que su instalación es sencilla. Estos módulos para funcionar necesitan de
alimentación entre 15-30VDC, la cual será tomada de la fuente de 24V que ya está instalada
en el rack. Será justo en esa misma altura donde se instalarán los 3 módulos aprovechando
que pueden montarse en carril DIN. Por otro lado, se usarán 3 cables DSUB-15 para conectar
las fuentes a los módulos, y los 3 cables que estaban instalados previamente para conectar
desde los módulos a la caja de medidas.
Figura 6.4 Módulos ISO AMP instalados en el rack.
Una vez instalados los módulo y repetir la prueba se aprecia que ahora la señal de tensión
tiene una amplitud de apenas 6mV pico-pico, por lo que la mejora es significativa.
Figura 6.5 Captura de la señal de tensión sin ruido.
6.2 Mejoras posibles
Existen ciertas decisiones que se han tomado a la hora de desarrollar este banco que posteriormente se han considerado como mejorables y que se deberían de tener en cuenta para
futuros desarrollos.
69
70
Capítulo 6. Problemas y mejoras
6.2.1 Una tarjeta DAQ o tres
El primero de ellos es la elección de usar una única tarjeta de DAQ en lugar de 3. A priori es
fácil llegar a pensar que se ahorra en costes, pues solo se usa una tarjeta lo que implica que el
coste se reduce a un tercio. Sin embargo, la cantidad de horas para desarrollar el software se
multiplica, ya que la complejidad del sistema hace más difícil su desarrollo y depuración. En
este proyecto ya se ha desarrollado una posible técnica para futuros desarrollos, por lo que
si el banco se repitiese si que hablaríamos de un ahorro considerable, ya que la inversión en
ingeniería en el primer banco ya está hecha. Sin embargo, para otros proyectos en los que la
técnica no sea replicable, el diseñar un sistema software para compartir el acceso a recursos
puede complicar y alargar la fase de diseño. Esto solo se justifica cuando el recurso que
pretendemos evitar repetir supone un costo significativo dentro del proyecto o si se prevé
cierta recurrencia del banco, de otro modo puede que la ahorro en hardware no compense.
6.2.2 Arquitectura general
La arquitectura propuesta en el proyecto es satisfactoria y funciona correctamente para lo
que se diseñó, sin embargo, existen actualmente frameworks de mensajería en LabVIEW
que facilitan la creación de aplicaciones con procesos concurrentes y comunicaciones. Más
concretamente el Actor Framework se encuentra integrado en LabVIEW y ha avanzado
mucho en sus últimas versiones. Hablamos aquí de un framework con cierta complejidad
basado en el modelo de actores. Desafortunadamente cuando el proyecto comenzó mis
conocimientos sobre LabVIEW eran más limitados que ahora y desconocía la existencia
de tal framework, por lo que no se valoró. Para futuros desarrollos debería de valorarse
siempre este framework como una opción, especialmente si hay tareas concurrentes.
6.2.3 Almacenado de datos
En este proyecto se escogió el formato CVS para almacenar los datos capturados en las
pruebas. Esto limita mucho a la hora de poder generar informes avanzados, ya que no se
pueden realizar consultas parametrizadas sobre el conjunto de datos. Una alternativa a
esto es el uso de una base de datos de cualquier tipo, por ejemplo SQLite, Microsoft SQL
Server, MariaDB, postreSQL, etc. De este modo se podrían lanzar consultas para recoger
datos específicos, rangos que cumplan características, etc. y así explotar adecuadamente la
cantidad de datos que se generan durante las pruebas.
6.2.4 Unificación del software de gestión y explotación
Actualmente el banco cuenta con dos ejecutables con idénticas funciones cuya única diferencia es que cada uno conecta a un banco diferente. Sin duda hubiese sido más interesante
crear una única aplicación que fuese capaz de gestionar ambos bancos de ensayo, de forma
que desde la propia interfaz se pudiese alternar entre un rack u otro con algún menú o
similar. Inicialmente la idea era esta, pero para cumplir os plazos, se decidió eliminar esta
capacidad del software cliente.
7 Conclusiones
na vez finalizado el proyecto y duplicado para la instalación del segundo banco, se
pueden sacar conclusiones sobre resultado del proyecto desde el punto de vista de
aplicación, técnico y económico.
Desde el punto de vista de aplicación el banco funciona correctamente. El hecho de usar
un sistema en tiempo real ha sido todo un acierto, ya que ambos bancos han sido capaces
de funcionar durante más de un mes ejecutando un mismo ensayo sin ningún problema,
además de no necesitar reinicios periódicamente. La aplicación de gestión y control, al ser
solo un cliente que conecta al PXI puede ejecutarse desde cualquier PC, no solo desde el que
está en la sala de control si no desde cualquier otro PC en cualquier sitio del mundo siempre
y cuando se tenga conexión a la IP del PXI. Esto es práctico cuando se quiere monitorizar
el estado de una prueba, ya que de otro modo se obligaría a ir a la sala de control o se
necesitaría de un mecanismo alternativo de acceso a dicho PC.
Desde el punto de vista técnico, la arquitectura diseñada ha permitido manejar la aplicación de control sin problemas, además de permitir una fácil depuración gracias a la inclusión
de elementos de simulación que han ayudado durante todo el proyecto. Al mismo tiempo,
la técnica propuesta para poder compartir un recurso único como la tarjeta DAQ también
ha funcionado correctamente. Por último, la creación de un armario de servicios comunes
donde poder estandarizar el acceso a los elementos de la sala ha permitido homogeneizar la
interfaz de acceso a los mismos, permitiendo así una fácil y rápida instalación del segundo
banco.
En cuanto a los resultados económicos, teniendo en cuenta que finalmente se han fabricado 150 módulos electrónicos de medida, el ahorro que se ha conseguido respecto a una
solución con elementos comerciales ha sido de más de un 40 % además de necesitar solo un
30 % de su tamaño, lo cual también se traduce en ahorro en la instalación. Sin duda ha sido
uno de los puntos claves del éxito del proyecto.
Como conclusión final, este proyecto fue el primero que se realizó para este cliente.
Con posteriormente a este proyecto se han realizado otros 3 proyectos diferentes para este
mismo cliente por lo que se ha conseguido fidelizarlo y se puede entender que su grado de
satisfacción con los proyectos entregados es alto.
U
71
Apéndice A
Comandos y respuestas
A.1 Comandos
• Start group
Command: 0
Descripción: Iniciar un ensayo determinado en un grupo. Contiene a su vez un
typedef que define las características del ensayo ("Test specs.ctl")
Data:
• Pause group
Command: 1
Descripción: Pausa el ensayo en marcha en un grupo.
Data:
• Resume group
Command: 2
Descripción: Continua el ensayo en pausado en un grupo.
Data:
73
74
Capítulo A. Comandos y respuestas
• Abort group
Command: 3
Descripción: Aborta el ensayo en marcha o pausado en un grupo.
Data:
• Test horn
Command: 4
Descripción: Activa un avisador de un grupo durante 5 segundos y mide su corriente
y frecuencia.
Data:
• Reconect horn
Command: 5
Descripción: Reconecta un avisador de un grupo que no esté conectado.
Data:
• Transfer complete
Command: 6
Descripción: Se indica al PXI que desde el PC ya se han copiado todos los resultados
de un test y puede archivarlos.
Data:
• Time change
Command: 7
Descripción: Se fija la hora del sistema PXI.
Data:
A.2 Respuestas
• Respuestas a Start group
Command: 1000
Descripción: Grupo iniciado correctamente
Data:
Command: 1001
Descripción: No se puede iniciar el grupo, comprobar estado del grupo.
Data:
Command: 1004
Descripción: Sobrecarga, máximo N avisadores.
A.2 Respuestas
Data:
• Respuestas a Pause group
Command: 1100
Descripción: Grupo pausado correctamente.
Data:
Command: 1101
Descripción: No se puede pausar el grupo, comprobar estado del grupo.
Data:
• Respuestas a Resume group
Command: 1200
Descripción: Grupo resumido correctamente.
Data:
Command: 1201
Descripción: No se puede resumir el grupo, comprobar estado del grupo.
Data:
• Respuestas a Abort group
Command: 1300
Descripción: Grupo abortado correctamente.
Data:
Command: 1301
Descripción: No se puede abortar el grupo, comprobar estado del grupo.
Data:
• Respuestas a Test horn
Command: 1400
Descripción: Test realizado correctamente.
Data:
Command: 1401
Descripción: No puede realizarse el test, comprobar estado de grupo.
Data:
Command: 1402
75
76
Capítulo A. Comandos y respuestas
Descripción: No puede realizarse el test, comprueba estado de avisador.
Data:
• Respuestas a Reconect horn
Command: 1500
Descripción: Avisador reenganchado correctamente.
Data:
Command: 1501
Descripción: Reenganche no realizado, comprueba estado de grupo.
Data:
Command: 1502
Descripción: Reenganche no realizado, comprueba estado de avisador.
Data:
• Respuestas a Transfer complete
Command: 1600
Descripción: Datos archivados correctamente.
Data:
Command: 1601
Descripción: No se pueden archivar los datos, comprueba estado de grupo.
Data:
• Respuesta a Time change
Command: 1700
Descripción: Hora establecida correctamente.
Data: Vacío.
Command: 1701
Descripción: No se ha podido establecer la hora, ha ocurrido un error.
Data: Vacío.
Apéndice B
Máquina de estados de grupo
77
78
Capítulo B. Máquina de estados de grupo
B.1 Comando start group
Figura B.1 Estados involucrados con el comando start group.
Figura B.2 Diagrama de estados para el comando start group.
B.2 Comando pause
B.2 Comando pause
Figura B.3 Estados involucrados con el comando pause group.
Figura B.4 Diagrama de estados para el comando pause group.
79
80
Capítulo B. Máquina de estados de grupo
B.3 Comando resume
Figura B.5 Estados involucrados con el comando resume group.
Figura B.6 Diagrama de estados para el comando resume group.
B.4 Comando abort
B.4 Comando abort
Figura B.7 Estados involucrados con el comando abort group.
Figura B.8 Diagrama de estados para el comando abort group.
81
82
Capítulo B. Máquina de estados de grupo
B.5 Comando test horn
Figura B.9 Estados involucrados con el comando test horn.
Figura B.10 Diagrama de estados para el comando test horn.
B.6 Comando reconnect horn
B.6 Comando reconnect horn
Figura B.11 Estados involucrados con el comando reconnect horn.
83
84
Capítulo B. Máquina de estados de grupo
Figura B.12 Diagrama de estados para el comando reconnect horn.
B.7 Comando transfer complete
Figura B.13 Estados involucrados con el comando transfer complete.
B.8 Comando time change
Figura B.14 Diagrama de estados para el comando transfer complete.
B.8 Comando time change
Este comando no tiene máquina de estados asociada, ya que tal y como se explica en la
Subsección 5.8.4 este comando es directamente procesado por Command dispatcher.vi.
85
Apéndice C
Especificación del formato de
resultados
C.1 Especificación para Data0.csv
Este formato está compuesto por tres líneas iniciales que dan información general del ensayo
y posteriormente N líneas adicionales que indican los cambios de estado que ha sufrido un
APSA durante el ensayo. En cada linea hay una serie de datos separados por punto y coma
(;).
Test #;Group
Ref;V;Len;Vmin;Vmax;Cmin;Cmax;Fmin;Fmax;Ton/Toff/. . . /Ton/Toff;FMode;SaveN
Start date;End date;H1;H2;H3;H4;H5;H6;H7;H8
“H1”;Event cycle;Horn status
...
“H1”;Event cycle;Horn status
“H2”;Event cycle;Horn status
...
“H2”;Event cycle;Horn status
...
...
“H8”;Event cycle;Horn status
A continuación se lista el significado de cada dato del fichero:
•
•
•
•
•
•
•
•
Test #: número/nombre del ensayo.
Group: grupo donde se ha ensayado. Puede valer 1,2 o 3.
Ref: referencia del catálogo usado.
V: tensión nominal del ensayo.
Len: duración del ensayo en ciclos.
Vmin, Vmax: tensión mínima y máxima.
Cmin, Cmax: corriente mínima y máxima.
Fmin, Fmax: frecuencia mínima y máxima.
87
88
Capítulo C. Especificación del formato de resultados
• Ton/Toff/. . . /Ton/Toff: patrón usado para el ensayo. Tanto Ton como Toff vendrán
en segundos en formato decimal con un solo dígito de precisión ( %1.f). Por ejemplo,
un patrón con 1s ON, 1s OFF,0.5s ON y 3.5s OFF, se representaría como 1/1/0.5/3.5.
• FMode: estimador de frecuencia usado. Para el estimador de "paso por cero" valdrá
0, para el de "autocorrelación" 1.
• SaveN: cada cuantos ciclos se guardó un dato.
• Start date, End date: Fecha y hora de inicio y fin del ensayo. El formato será dd/mm/aaaa hh:mm:ss en ambos casos.
• H[1-8]: número de ciclos ejecutados en cada APSA.H1 representa al APSA 1, H2 al 2
y así sucesivamente hasta H8.
• Hn: linea referencia al APSA n.
• Event cycle: ciclo en el que ocurrio este evento.
• Horn status: estado al que cambió el APSA en este ciclo. Sus posibles valores son:
–
–
–
–
–
–
–
N: not present
C: correct.
O: open-circuit.
S: short-circuit.
P: protection fault.
I: incorrect current.
F: incorrect frequency.
C.2 Especificación para Data1.csv
En este fichero se almacenan los resultados de cada APSA en cada ciclo con un formato
tabulado igual al del anterior fichero. Cada línea ha de tener exactamente el mismo número
de datos, por lo que si algún APSA no estuviese presente o estuviese en algún estado en
el que no se pudiese medir, se usará la letra identificativa que indicará el estado en el que
se encontraba en ese ciclo concreto. Los posibles valores son los mismos que los descritos
anteriormente en para Horn status a excepción de la letra C, ya que si estuviese correcto se
pondría el valor medido en su lugar.
Date time;C1;C2;C3;C4;C5;C6;C7;C8;F1;F2;F3;F4;F5;F6;F7;F8;V
...
Date time;C1;C2;C3;C4;C5;C6;C7;C8;F1;F2;F3;F4;F5;F6;F7;F8;V
•
•
•
•
Date time: fecha y hora de este dato. El formato será dd/mm/aaaa hh:mm:ss.
C[1-8]: corriente media del APSA. Decimal con un dígito de precisión ( %1.f).
F[1-8]: frecuencia del APSA. Decimal con un dígito de precisión ( %1.f).
V: tensión media del grupo. Decimal con un dígito de precisión ( %1.f).
Apéndice D
Ejemplos de informes generados
89
90
Capítulo D. Ejemplos de informes generados
D.1 Informe de resumen de resultados
BANCO PRUEBA DE VIDA AVISADORES
Resumen de ensayo
Número de ensayo
JLA-291003
Fecha inicio
03/09/2013 17:35:12
Grupo
2
Fecha fin
03/09/2013 22:33:12
Referencia
0320143136
Motivo de ensayo
Motivo de ensayo de prueba
CONDICIONES
Tensión de prueba
13.00
V
Duración
1000
ciclos
Estimador usado
Paso por cero
Guardar cada
1
Patrón
2.0/12.0
ciclos
seg.
LÍMITES
MÍN
MÁX
TENSIÓN
12.90
13.10
V
INTENSIDAD
3.20
4.80
A
FRECUENCIA
415
550
Hz
Resultado de avisadores
Ciclos
Estado
1
648
Cortocircuito
2
1000
Correcto
3
0
4
1000
Correcto
5
1000
Correcto
6
1000
Correcto
7
1000
Correcto
8
559
Correcto
No presente
Powered by
D.2 Informe de gráficas de resultados
D.2 Informe de gráficas de resultados
BANCO PRUEBA DE VIDA AVISADORES
Gráficas de ensayo
Número de ensayo
JLA-291003
Avisador
1
Grupo
2
Medida
Frecuencia
Referencia
0320143136
RESULTADO FINAL
Cortocircuito
INCIDENCIAS
Ciclo:
Ciclo:
Ciclo:
Ciclo:
1
13
283
918
Correcto
Protección
Correcto
Cortocircuito
Powered by
91
Índice de Figuras
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
Funcionamiento de un APSA electromecánico
Modelo de un APSA electromecánico de 12V
Captura de la señal de corriente a 10kHz
Modelo de un APSA electrónico de 12V
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
5.10.
5.11.
5.12.
5.13.
5.14.
5.15.
5.16.
5.17.
5.18.
5.19.
5.20.
5.21.
5.22.
5.23.
5.24.
5.25.
5.26.
5.27.
5.28.
5.29.
Fuente programable Delta Elektronika SM 3000-series
Conector de programación de la fuente
Dimensiones del LTSR 25-NP
Dimensiones del CASR 25-NP
Esquema de la sección de medida de corriente
Diagrama del AMC110
Esquema de la sección de medida de tensión
Ejemplo de uso del VOM1271
Tensión de circuito abierto frente a intensidad de cortociruito
Esquema de la sección de conmutación
Sistema modular ME MAX de Phoenix Contact
Configuración de la carcasa ME MAX 22,5 SF
Altura máxima y área útil de la PCB
Capturas de la PCB final
Fallos en el prototipo
PCB final con carcasa inferior
Configuración del PXI del banco de ensayos
Diagrama de la caja Multipac Pro
Disposición de los módulos electrónicos y las fuentes de alimentación
Cable para conectar la caja de medida con el sistema PXI
Bornero CB68LPR y diseño del soporte para 3 borneros
Parte posterior de la caja de medida
Detalle de conexión del bus de alimentación de los módulos electrónicos
Protección magneto-térmica enchufable y curva de disparo M1
Conexionado de los potenciales a las protecciones magneto-térmicas
Imágenes de la caja de medidas acabada
Detalle del bastidor móvil del rack
Exterior e interior del bastidor del rack montado
Layout de la placa de montaje del rack
93
7
8
9
9
13
14
16
16
17
18
18
19
19
19
20
21
22
22
23
23
24
27
28
29
29
30
31
31
32
33
34
34
35
Índice de Figuras
94
5.30.
5.31.
5.32.
5.33.
5.34.
5.35.
5.36.
5.37.
5.38.
5.39.
5.40.
5.41.
5.42.
5.43.
5.44.
5.45.
5.46.
5.47.
5.48.
5.49.
5.50.
5.51.
5.52.
5.53.
5.54.
5.55.
5.56.
5.57.
5.58.
5.59.
5.60.
Diferenciales, acometida y bornes de distribución de alterna
Esquema de principal de armario de servicios comunes
Armario de servicios comunes
Plano de la sala de ensayos
Plano de las canalizaciones aéreas rack-bancada
Placa de diodos y esquema de un grupo de APSA
Diagrama general de la arquitectura del PXI
Código principal del PXI
Diagrama de estados de un grupo
Definición del tipo de datos para el estado de un grupo
Operaciones sobre la FGV de variables de estado
Funcionamiento de network streams
Typedef "Network message.ctl"
Conversión de variant al tipo de datos según comando
Máquina de estados para la gestión del network stream
Comando general gestionado directamente en el VI Command dispatcher.vi
Propiedades y creación de cola para el VI Group command handler.vi
Estados implicados con el comando start group
Diagrama de flujo para el comando start group
Implementación de Group load test.vi
Bucle temporizado en Control and acquisition.vi
Implementación de Group control.vi
Implementación de Group post-process.vi
VI de monitorización System monitor.vi
Pantalla principal de la aplicación cliente
Diagrama general de la arquitectura del cliente
Estado del grupo actualizado y acciones disponibles
Diálogo de test individual de APSA
Ventanas de gestión de fichas de catálogos
Ventana de informes
Ventana de gráficas de resultados
36
37
38
38
39
40
41
43
45
46
47
48
49
49
51
52
53
54
54
55
56
57
58
59
60
61
62
62
63
64
65
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
Ruido en la señal de tensión
Conexión interna de las salidas de la fuente Delta
Esquema de la sección con problemas
Módulos ISO AMP instalados en el rack
Captura de la señal de tensión sin ruido
67
68
68
69
69
B.1.
B.2.
B.3.
B.4.
B.5.
B.6.
B.7.
B.8.
B.9.
Estados involucrados con el comando start group
Diagrama de estados para el comando start group
Estados involucrados con el comando pause group
Diagrama de estados para el comando pause group
Estados involucrados con el comando resume group
Diagrama de estados para el comando resume group
Estados involucrados con el comando abort group
Diagrama de estados para el comando abort group
Estados involucrados con el comando test horn
78
78
79
79
80
80
81
81
82
Índice de Figuras
B.10.
B.11.
B.12.
B.13.
B.14.
Diagrama de estados para el comando test horn
Estados involucrados con el comando reconnect horn
Diagrama de estados para el comando reconnect horn
Estados involucrados con el comando transfer complete
Diagrama de estados para el comando transfer complete
95
82
83
84
84
85
Índice de Tablas
5.1.
5.2.
5.3.
Comparativa de transductores de corriente
Asignación de pines de 5V
Asignación de pines de 24V
16
26
26
97
Bibliografía
[1] United Nations Economic Commission for Europe, Regulation no 28 of the economic
commission for europe of the united nations (un/ece) — uniform provisions concerning
the approval of audible warning devices and of motor vehicles with regard to their audible
signals, http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/NOT/?uri=CELEX:42011X1206(02),
2011, [Accedido 1-Octubre-2015].
[2] Delaby Pierre (Walké), Vector image of car horn mechanism, https://commons.wikimedia.
org/wiki/File:Car_horn_in_use-tag.svg, 2008, [Accedido 12-Octubre-2015].
99
Glosario
APSA aparato productor de señales acústicas. 1, 3, 5, 7–9, 11
CEPE Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas. 3
NI National Instruments™. 6
RMS cuadrático medio. 8
101