Sistema de monitorización y alarma de rizado en un sistema de carga de baterías. Autor: Enric Tamarit Iborra. Tutor: Carlos Sánchez Díaz. Especialidad: Electrónica y Automática Industrial Septiembre - 2016

1 2 3 4 Memoria Justificación del proyecto Objeto del proyecto Descripción de la solución aportada 4 Conclusiones

Justificación del proyecto 1 Introducción Elección del proyecto Objetivos del proyecto Confluencia de intereses: Tecnibat, Universidad, Estudiante

Justificación del proyecto 1 ¿Quién es Tecnibat Group? Orígenes y alianzas empresariales Objetivos de la empresa Productos de Tecnibat - Baterías estacionarias y de tracción - Rectificadores e inversores - SAI-UPS - Cargadores de tracción Servicios que presta

Justificación del proyecto 1 Análisis de mercado El producto que necesita la empresa no se encuentra en el mercado El proyecto a diseñar mejora la competitividad de los productos de la empresa Existen varios clientes que demandan este producto en los sistemas de carga de baterías Ámbito de la aplicación En los equipos de carga de baterías, con sus diferentes características

2 Objeto del proyecto Características y objetivos Características determinadas por la empresa Objetivo: Satisfacer necesidades demandadas por los clientes Requisitos y especificaciones Elaboración de un prototipo de alarma de rizado en los equipos cargadores de baterías La señal de rizado debe tener un valor menor al demandado por el cliente, normalmente menor al 3 o 5 %

Descripción de la solución adoptada 3 3.1 Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado Atenuador de señal Filtro Paso Alto Rectificador activo de precisión de onda completa Detector de pico de precisión Comparador de tensiones Visualizador de la alarma Prototipo y tarjeta electrónica

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Atenuador de señal Divisor de tensión: La tensión deseada a la salida del divisor de tensión será de 12V La tensión de entrada en ningún caso superará los 300 V

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Filtro Paso Alto Elección del filtro: Programa FilterPro Elegido un filtro paso alto de 2º orden con una estructura Butterworth. Valores elegidos: C1=C2= 220nF ; R1=33KΩ ; R2=18KΩ 1º A.O. elegido: UA741 2º A.O. elegido: INA117

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Rectificador activo de precisión de onda completa Esquema del rectificador mas el sumador de onda: Valores elegidos: R1=1KΩ ; R2=1-47KΩ (variable) C7=C9=110nF (cerámico) C8=C10=1uF (electrolítico) A.O. elegido: UA741

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Detector de pico de precisión Esquema del detector de pico: Valores elegidos: C=470nF (siendo f=300 Hz) R=82KΩ Buffer de voltaje: Amplificadores operacionales elegidos: UA741 (para los dos casos)

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Comparador de tensiones Esquema del comparador básico y su correspondiente gráfica del comportamiento de la señal: Si: V1 > V2 => (V1-V2)>0 => Vout = +Vcc. Si: V1 < V2 => (V1-V2)<0 => Vout = -Vcc. El comparador elegido para nuestra tarjeta electrónica es el que contiene el A.O. LM311

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Comparador de tensiones Esquema de la tensión de referencia: Datos del esquema para la tensión de referencia: Vcc=15V Dz -> Diodo Zener Vz=5,1V Rz=1,8Kꭥ Iz=5ma

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Visualizador de la alarma Esquema del circuito: Valores y componentes elegidos: Vcc=15V R9=1,2KΩ ; R10=10KΩ ; R11=1KΩ T1= BDx53c NPN D4= 1N4148 K1= Relé 12V (dos contactos conmutados)

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Prototipo y tarjeta electrónica

Bloques del sistema de monitorización y alarma de rizado 3.1 Tarjeta electrónica instalada en un equipo de carga de baterías de Tecnibat Group

Descripción de la solución adoptada. 3 3.2 Proceso de digitalización de la tarjeta electrónica Ventajas del procesado digital de señales frente al analógico Arduino Modbus, el sistema de comunicación Ventajas del protocolo Modbus/TCP Servidor Modbus TCP/IP Descripción de las funciones de la High Ripple Card digitalizada

Proceso de digitalización de la tarjeta electrónica 3.2 Ventaja del procesado digital de señales Permite flexibilidad a la hora de reconfigurar las operaciones de procesado digital de señales cambiando el programa Elección de microprocesador Se elige la placa Arduino con el procesador ATmega32u4 frente a la placa Raspberry Pi

Proceso de digitalización de la tarjeta electrónica 3.2 Arduino Se elige el modelo Arduino Leonardo Se añade un Shield Arduino Ethernet para tener conexión vía internet

Proceso de digitalización de la tarjeta electrónica 3.2 Modbus, el sistema de comunicación ¿Por qué Modbus? Es público Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo Maneja bloques de datos sin suponer restricciones Ventajas de Modbus: Es escalable en complejidad Es simple para administrar y expandir No es necesario equipo o software propietario de algún vendedor Es de muy alto desempeño, limitado por la capacidad del sistema operativo Protocolo Modbus: TCP/IP , para permitir al equipo una comunicación en red Ethernet.

Proceso de digitalización de la tarjeta electrónica 3.2 Descripción de las funciones de la tarjeta electrónica digitalizada Las funciones se llevaran a cabo con el lenguaje de programación C Declarar y cargar las librerías de programación así como las funciones y variables Determinar los valores base sobre los que el programa actuará Permitir una lectura por uno de los pines de entrada de la fusión de la placa Arduino Leonardo más el Shield Ethernet de Arduino Configurar una serie de rango de valores para los cuales determinaremos que acción hay que realizar cuando son leídos (4 casos) Configurar el sistema de registro de datos Configurar el sistema de comunicación Modbus

Conclusiones 4 El diseño de la tarjeta electrónica para la empresa Tecnibat se ha producido y comercializado, lo cual puede considerarse un éxito importante La instalación de componentes de mayor coste ha resultado ser mas eficaz ya que simplifica el circuito y mejora las prestaciones La plataforma de diseño y programación de Arduino es muy manejable, dispone de muchas librerías, siendo sencilla y efectiva si se adapta, como en este caso, a las necesidades básicas Personalmente he descubierto que el campo de la investigación tiene muchas posibilidades, diferentes formas de llegar a un elemento final que pueda resolver los problemas y esto precisamente, resolver problemas, es una de las principales funciones de los ingenieros

Planos Tabla índice con la descripción de las hojas y las fechas de las revisiones del proyecto

Planos Lista de materiales con la cantidad de elementos y su denominación en el plano eléctrico

Planos El plano eléctrico de la Tarjeta de Fallo de Rizado o High Ripple Card

Planos Representación de la disposición de componentes, acotada, con la numeración de las entradas y salidas de los conectores

Presupuesto Resumen del presupuesto: Construcción del prototipo 2.378,80 € Tarjeta electrónica 100 u * 12,5 € 1.250,00 € Sistema programación y comunicación Arduino 340,00 € Costes indirectos 5% 221,89 € COSTE TOTAL 4.659,69 €

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