Diseño e implementación de un sistema de adquisición de datos y
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1. Coniente ADC a BF2 Do 4bts gt 5 O 4bis gt y A abis gt as Velocidad O es F3 E abis gt 4bis gt Torque BOO sss gt BRA a 1 K Tois FF ais sadora DAC FE A Variadora A de H 1 8 bis A 3 Velocidad A FF 2o K A4bits lt 4bis O Q 2 O T l4 bits T Se al Y Edo lt A bis FF lt Tois Q de DAC Y 3093 DA Torque 2 5 5 bis FF de B Cama Ca T Ca Fig 1 Diagrama de bloques del sitema de adquisici n y env o de datos 220 Vdc Controlador de Velocidad MV 4200 A A Volt Ref 220 Vde v yv Medidor Digital de Velocidad y Torque MV 1045 a y ES A Fuente 2 de j A a A 3 Campo gt O R Se ales de Entrada Voltaje Y J a Corriente M dulo gt de Velocidad Adquisici n y y Env o de datos Torque de Carga gt Y Se al variadora de torque de carga Se al variadora de velocidad 220 Vdc Fig 2 Diagrama de bloques de la conecci n de los componentes del sistema Adem s todos los componentes que interactuan con el motor son interconectados para regular la velocidad por tac metro tal como indica el cat logo del controlador de velocidad para motores de corriente continua 2 Los circuitos empleados para sensar y obtener datos sirven para que el computador adquiera las se ales en forma de bits luego de haber pasado por l2. la configuraci n del puerto por lo cual se recomienda investigar las t cnicas que hacen esto posible En la mayoria de los softwares mencionan el uso de una tarjeta de adquisici n en el bus de datos que manejan de manera m s r pida y confiable la transferencia de informaci n a trav s del puerto Referencias 1 Edgar Ca ar y Luis Baque Dise o e implementaci n de un sistema de adquisici n de datos y generaci n de se ales de control con monitoreo gr fico para una bancada de prueba de motores el ctricos DC Tesis Facultad de Ingenier a El ctrica Escuela Superior Polit cnica del Litoral 1998 2 TERCO Thyristor Unit 4200 Theory and Laboratory Exercises Manual del Laboratorio ESPOL Guayaquil 1990 pp 4 3 Javier Cevallos Sierra Enciclopedia del Lenguaje C Ra ma U S A 1993 pp 384 4 Harry Fox Master OP AMP Applications Handbook Folleto ESPOL Guayaquil 1988 pp102 5 Ronald J Tocci Sistemas Digitales Prentice Hall Hispanoamericana S A M xico 1987 pp 452 463
3. Dise o e implementaci n de un sistema de adquisici n de datos y generaci n de se ales de control con monitoreo gr fico para una bancada de prueba de motores el ctricos AUTORES Edgar Ca ar Vargas Luis Baque Realpe Alberto Larco G mez Ingeniero El ctrico en Electr nica Industrial 1998 Ingeniero El ctrico en Electr nica Industrial 1998 Director de Tesis Ingeniero El ctrico Escuela Superior Polit cnica del Litoral 1985 Profesor ESPOL desde 1 981 RESUMEN En nuestro medio existen diferentes tipos de motores el motor que se trata en esta tesis es el motor el ctrico En los tipos de motores el ctricos tenemos el motor de corriente alterna AC y motor de corriente directa DC Este proyecto de tesis consiste en crear un m dulo supervisorio y semicontrolador de un motor DC de 1 2 Kw El motor es manejado por un computador standard que a su vez monitorea cuatro se ales caracter sticas del mismo voltaje de armadura corriente velocidad y torque de carga Estas se ales son mostradas en el monitor del computador todas a la vez O una a la vez dependiendo del tipo de an lisis que se quiera efectuar Para realizar las pruebas antes mencionadas nos apoyamos en varios equipos del Laboratorio de Electr nica de Potencia y el m dulo de interface de adquisici n y env o de datos que es el equipo a dise ar y construir La parte m s importante de las tesis consiste en comunicar la parte digital de las se ales c
4. a secci n de conversi n anal gica digital ADC El sistema utilizado para captar las se ales del motor fue escogido de tal manera que dichas se ales fueran sensadas tratando de que exista la menor cantidad de p rdidas La se al de voltaje es medida directamente de las terminales del motor y reducida por medio de un divisor de voltaje siendo una se al que no sufre ninguna deformaci n lo cual se demuestra en la gr fica obtenida por el computador La se al de corriente es obtenida a trav s de un resistor conectado en la misma l nea del motor lo que garantiza una se al pr cticamente real en su forma luego la se al pasa hacia el ADC antes de su ingreso hacia el computador Los datos de velocidad son obtenidos por medio de un tac metro DC ubicado en el eje motriz y son escalados por medio de un divisor de voltaje de forma semejante al de la se al de voltaje luego se emplea una circuiter a de acondicionamiento hacia el ADC antes de su ingreso al computadora Los datos de torque son dados por el medidor de torque de carga y velocidad MV 1045 a trav s de una salida de corriente en una de sus terminales de salida para interfaces externas y la circuiter a en el m dulo de adquisici n y env o de datos permite el paso hacia el computador Los circuitos de env o de datos son los que sirven para adaptar las se ales anal gicas hacia el controlador de velocidad y el medidor de torque y velocidad luego que los bits han pasad
5. e presentan los diagramas de bloques del sistema El puerto paralelo Este es el dispositivo por el cual vamos a intercomunicar el m dulo de adquisici n y env o de datos con el computador La tabla 1 muestra las se ales en el conector del puerto paralelo estas se ales siguen mas o menos la interface de impresora popularizada por Centronics a pesar de que el conector de 25 pines no usa las 36 l neas de la interface original Aunque cada se al tiene un nombre que sugiere una funci n particular no necesariamente deben usarse para el mismo prop sito como es el trabajo de este proyecto Modo de operaci n nibble del puerto paralelo El modo nibble es el modo m s com n o tambi n llamado modo standard Todos los puertos paralelos standard est n provistos de 5 l neas desde el perif rico hacia el computador Esta informaci n es llevada a trav s del registro de status en secuencias de 8 bits en lotes de 4 bits Generalmente la quinta l nea es utilizada para indicar cual de los dos lotes est ingresando Este es el registro por el cual est ingresando la informaci n de las se ales codificadas Descripci n de la interacci n de los componentes del sistema Un diagrama de bloques de todo el sistema empleado en nuestro proyecto se presenta en la Fig 2 Cap gt Voltaje SAL sws gt BF 4bis gt Vo Abis gt
6. ificadas digitales por lo que existen muchos textos que hablan acerca de este proceso 5 En todo proceso de adquisici n de datos existen sensores y transductores Para el voltaje utilizamos un circuito divisor de voltaje que reduce el voltaje de armadura del motor de 220V a 5V 4 para la forma de onda de la corriente un circuito electr nico que se escala a trav s de la ca da de voltaje en un resistor para la velocidad un tac metro DC para el torque un medidor de deformaci n strain gauge En el proyecto se toman las cuatro se ales del motor voltaje corriente velocidad y torque las cuales son llevadas al computador a trav s del m dulo de interface que esta dividido en dos tarjetas una tarjeta de fuerza que es la encargada de recibir la se al del motor amplificarla para que luego la tarjeta digital pueda procesarla en valores l gicos para su ingreso al computador La tarjeta digital que es la encargada de recibir las se ales anal gicas y convertirlas a c digos binarios es en si una tarjeta de adquisici n de datos La conversi n se realiza a trav s de los integrados cuatro ADCO8161 de la National Semiconductor estos cuentan con un reloj propio por lo que no hace falta crear un reloj para este Los valores l mites en los que recibe las se ales son de OV a 5 V con una resoluci n binaria de 8 bits Estos 8 bits son transportados al puerto paralelo siendo el computador el que administra su ingreso En la Fig 1 s
7. izar en la barra de estados Arranque Esta opci n del men permite escoger una velocidad de inicio que es el tiempo de aceleraci n que le toma al motor para vencer su inercia se colocan diferentes velocidades como opciones 50 rmp 10 rpm 150 rpm Men de Monitoreo Gr fico Esta opci n del men permite escoger el tipo de gr fica a visualizar las cuales son Velocidad Corriente Voltaje Torque Los tipos de ondas escogidas se ver n en la barra de estado vo voltaje co corriente ve velocidad to torque Men de Controles Autom tico Esta opci n del men presenta una ventana en la cual se puede ingresar un conjunto de velocidades y carga los cuales van a ser enviadas autom ticamente controlada por un intervalo de tiempo que el usuario tambi n ingresar El tiempo t se refiere al n mero de despliegues de ondas que debe transcurrir para que se realice el cambio de velocidad y de carga as por ejemplo si se coloca t 5 significa que se dar n cinco pantallazos hasta ver el siguiente cambio En la Fig 4 se muestra un ejemplo a cerca del manejo de esta opci n Fig 4 Ejemplo para la Opci n Automatico del sistema Manual Esta opci n del men permite anular el modo autom tico del programa permitiendo que el usuario tenga control del env o de rdenes al motor Controlar Con esta opci n el usuario ingresa a una interface interactiva en la cual visualiza las ondas de corriente voltaje velocidad tor
8. ma recibe dos tipos de datos desde el teclado los cuales son velocidad y carga La generaci n de los datos para controlar el motor consiste en filtrar y enmascarar los valores de velocidad y carga que el usuario desea enviar por el puerto paralelo Los datos generados para controlar el motor son ingresados por el usuario en RPM en caso de la velocidad y en newton metros en caso de la carga El computador transforma estos datos ingresados a su equivalente en BYTES n mero del 0 al 255 Este n mero en byte es el que recibe el puerto paralelo La comunicaci n del programa en lenguaje C con el puerto paralelo se realiza a trav s de los comandos inport para leer el puerto paralelo y outport para escribir al puerto paralelo 3 Manual del usuario 100mhz 16M O M S AAA Puerto paralelo Standard Parallel Port Sistema Operativo DOS 6 0 o Superior Tabla 2 Requerimiento del sistema Descripci n de las interfaces del Programa Gu a De Instalaci n Para la instalaci n de este programa se siguen los siguientes pasos 1 Crear un directorio con el nombre de motor 2 Copiar en el directorio creado el programa motor exe 3 Copiar en este directorio el archivo EGAVGA BGI Men De Par metros Direcci n de Puertos Esta opci n del men contiene las direcciones de los puertos m s usados en la PC los cuales son 378h 278h 3BCh Por omisi n la direcci n de puerto elegido es 378h El puerto escogido se puede visual
9. o a se ales anal gicas por medio de los convertidores digital anal gicos DAC Programa de supervisi n e interface con el usuario El computador para comunicarse con la interface que controla el motor utiliza dos herramientas que son el puerto paralelo f sico el puerto paralelo virtual que es el programa o software encargado de cambiar el estado del puerto f sico por medio de se ales emitidas a conveniencia de los requerimientos del programa escrito en lenguaje C El programa de supervisi n es creado en lenguaje C V 3 0 bajo DOS Para la presentaci n este programa utiliza opciones de modo gr fico que permite crear controles que hagan m s f cil su maniobrabilidad El programa tiene como finalidad dar al usuario las opciones necesarias para manipular la lectura y escritura del puerto paralelo as como tambi n procesar estos datos le dos para presentar a partir de los mismos reportes que permitan analizar el funcionamiento del motor en tiempo real El programa fuente consta de 6 archivos PRINCIPA CPP GRAFICA CPP ACCION CPP OBJETO CPP CARGA CPP VELOCIDAD CPP los cuales cumplen su funci n que ser n explicados en el transcurso de este cap tulo todos estos archivos se enlazan para formar un solo archivo ejecutable el cual tiene el nombre de motor exe La pantalla inicial del programa se muestra en la Fig 3 Fig 3 Pantalla inicial del sistema controlador Generaci n de datos para controlar el motor El progra
10. odificadas al puerto paralelo pues debe existir una compatibilidad tanto en la parte el ctrica electr nica y a nivel de software controlando la recepci n y env o de datos INTRODUCCION Cuando se realiza una pr ctica en el laboratorio de Electr nica de Potencia se dispone de algunos instrumentos de medici n de los cuales sobresale el osciloscopio La mayor a de ellos tiene dos canales de medici n de se ales pero ofrece toda una gama de utilidades para el monitoreo de un motor por ejemplo La investigaci n del tema se inicia por la necesidad de contar en el laboratorio de electr nica con un instrumento virtual el mismo que monitoree las se ales y a la vez produzca variaciones en los par metros del motor Entonces se trabaja en una idea adicional esto es que su control deba hacerlo un computador pudiendo modificarse el programa controlador seg n las necesidades de an lisis El equipo en si es solo un prototipo de lo que se puede crear seg n la necesidad pudiendo crearse por ejemplo no 4 se ales de entrada para monitorear sino 8 16 128 o las que se deseen As mismo el control est sujeto a muchas posibilidades de salida El programa controlador es el que administra el trafico de se ales y establece su control sujeto por supuesto a la arquitectura del dise o del hardware CONTENIDO Adquisici n y env o de datos Hoy en d a la mayor a de los fen menos f sicos o an logos pueden ser convertidos en se ales cod
11. que que emite el motor adem s el usuario podr controlar el movimiento del motor envi ndole variaciones de velocidad o carga Esta pantalla se divide en 4 partes 1 Una porci n de la pantalla que permite visualizar las ondas de voltaje corriente velocidad torque 2 La franja de controles que permite manipular el motor y observar la respuesta del mismo 3 La franja de par metros que permite saber la velocidad con que inicio el motor la carga con que inicio el motor la direcci n del puerto paralelo por donde se env an los datos al motor el modo de control M manual A autom tico y el tipo de gr fico que se presenta en la pantalla 4 La franja o barra de mensajes que da a conocer las principales teclas con las cuales manejar el programa Conclusiones Y Recomendaciones Una vez concluido el proyecto y observado los resultados se observa que trabajar con el puerto paralelo no es tan complicado Si agregamos a ello los conocimientos en la programaci n del lenguaje C bajo DOS se podr a desarrollar no solo un controlador para un motor sino alg n otro tipo de controlador con diferente prop sito por ejemplo aplicable a la seguridad en el hogar o maquinaria en alguna industria El software del proyecto estuvo planificado realizarlo en Windows 95 bajo el lenguaje Visual C Lo complicado es la programaci n la cual demanda un mayor conocimiento para los estudiantes de electr nica industrial Esta complicaci n cond
12. ujo a emplear Visual Basic 5 0 Todo marchaba bien pero en una de las pruebas se observ que Windows 95 en su sistema interno realiza alg n tipo de inspecci n sobre los perif ricos conectados al computador y desconfigura completamente al puerto paralelo en un momento determinado tiempo que no permit a mantener los cambios en los par metros del motor Por este motivo se decidi regresar al lenguaje C 3 0 bajo DOS En las investigaciones realizadas conocimos que a m s del puerto SPP Puerto Paralelo Standard existen otros puertos dise ados bajo la norma IEEE 1284 que crea un puerto paralelo real de dos v as esto es los 8 bits del registro de DATA son bidireccionales Esto sirve para simplificar el tipo de hardware que se requiera dise ar La programaci n era igualmente complicada como el Visual C por lo que se decidi trabajar con el puerto SPP Lo interesante del proyecto es el trabajo con el puerto paralelo realizando control sobre alg n dispositivo externo de tipo electr nico Una de las recomendaciones ser a el trabajar con ADC de varios canales y realizar un controlador externo para la parte digital del sistema de esta manera se hace m s flexible o universal la aplicaci n del m dulo supervisor pudi ndose crear con mayor facilidad otros programas con prop sitos diferentes As mismo de las investigaciones realizadas existen softwares para este prop sito dise ados en Windows 95 que superan el problema de
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