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. 17 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 21 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 ??. 25 26 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 31 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. 35 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 37 38 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. 39 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 41 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. 43 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. 45 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. 47 48 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: 49 50 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. 51 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