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- Patxi Irigoyen Ostiza , Sarabe Electrónica S.L.
El reto del proyecto era desarrollar un sistema capaz de leer la tensión e intensidad de varios generadores de media frecuencia calcular la potencia y poder visualizar los parámetros de forma digital, en varias pantallas HMI en varios puntos de la empresa incluso grabar los mismo en un sistema SCADA. La dificultad del caso se debe a que la frecuencia de los generadores esta en torno a los 10kHzs, la tensión puede llegar a los 800VAC y la intensidad puede llegar a los 400A.
Para poder dar respuesta a este reto se ha recurrido a un equipo de National Instruments con posibilidad de programación de FPGA y en tiempo real con capacidad de muestra rápida, que complementado mediante su librería de parámetros eléctricos nos permite de una forma bastante rápida obtener los datos necesarios para la aplicación. Con la solución planteada se podrá leer la tensión e intensidad de cinco generadores, obtener la potencia y poder visualizarlo en los puntos de la empresa necesarios.
Actualmente todos los indicadores de parámetros eléctricos de estos generadores son de tipo analógicos ya que estos equipos son antiguos, contando con más de 30 años de antigüedad.
En la actualidad hay multitud de equipos de medida para parámetros eléctricos pero la mayoría se limitan al rango de 50/60Hz hasta los 100Hz. En nuestro caso la medida debe llegar a los 10kHz de frecuencia, la tensión hasta los 800VAC y la intensidad superara los 400A.
Estos generadores tienen una salida monofásica, por lo cual cada uno de ellos necesita de un transductor de tensión y otro de intensidad.
Se ha elegido un equipo CompactRIO cRIO-9076 con posibilidad de programación de puertas FPGA y programación en tiempo real, el cual nos permite poder tomar muestras de forma de tensión e intensidad a una velocidad de muestreo superior a los 120kHz para poder conseguir muestras suficientes con las que reconstruir las formas de onda de tensión e intensidad.
Gracias a la potencia y velocidad de la programación de FPGA's conseguimos con un único equipo leer los parámetros de cinco generadores.
Dentro de las tarjetas de adquisición de señales analógicas nos decantamos por la NI9222 ya que nos permite cumplir otro de los requisitos necesarios que es la capacidad de esta tarjeta de lectura simultánea de sus cuatro canales analógicos de entrada. Este es un punto necesario para poder tener la forma de tensión e intensidad real sincronizada en el tiempo.
En cuanto a los transductores de tensión e intensidad nos decantamos por unos equipos de la casa LEM con amplio margen de frecuencia y totalmente aislados galvánicamente, para evitar cualquier problema a la hora de captar señales.
Con todo el hardware montado, adaptado al nivel de entrada de señales se programa la parte de lectura de señales de tensión e intensidad a nivel de la FPGA. Y una vez escaladas se envía una FIFO que transfiere por DMA a la parte de programación en RealTime.
Con los puntos de muestreo recogidos por la FIFO, en la parte de RealTime se reconstruyen las forma de onda de tensión e intensidad, y mediante el módulo de Electrical Power se calcula los parámetros eléctricos necesarios para la aplicación: Tensión (Vrms), Intensidad (Irms), Potencia Activa (Kw), Potencia Aparente (Kva) y Factor de Potencia .
El último paso de programación es publicar los datos de parámetros eléctricos calculados en el servidor de Modbus de CompactRIO para que cualquier HMI con Ethernet y protocolo Modbus TCP/IP pueda leerlos.
Patxi Irigoyen Ostiza
Sarabe Electrónica S.L.
Spain