Uso del PIC 18F4550 en el control remoto del motor de inducción jaula de ardilla, Monografías, Ensayos de Matemáticas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAB DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERiA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, MECÁNICA Y DE MINAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERiA ELÉCTRICA

"Aplicación del microcontrolador PIC 18F4550 en el mando a

distancia del motor de inducción tipo jaula de ardilla"

Tesis presentada por el: Br. VICTOR RAÚL OENOS QUISPE Para optar el Título Profesional de: INGENIERO ELECTRICISTA Asesor: Mgt. VLADIMIRO CANAL BRAVO

cusca - P-ERú

Agradecimientos

Le agradezco a Dios por haberme guiado y acompañado a lo largo de esta aventura, por ser mi fortaleza en los momentos de debilidad y por brindarme una vida llena de felicidad.

A mi Mamá, por apoyarme en todo momento, por el inmenso amor que me da y por enseñarme con el ejemplo los más altos valores de la ética y la moral. A mi Papá, quien a pesar de la distancia siempre estuvo atento del proceso de mi tesis.

A Carolina, mi compañera inseparable, por su paciencia, comprensión y sacrificio.

A mi tío Fortunato, sin quien no hubiese aprendido a aprender y quien me inculco el amor por el aprendizaje constante.

A toda mi familia por ser parte importante de mi vida y representar siempre la unidad familiar.

Al Mgt. Vladímiro Canal Bravo por creer en mí y haberme brindado su apoyo en el desarrollo de mi tesis profesional.

Al lng. Marco Serrano Quispe, por ser un buen amigo y haberme apoyado en el desarrollo de mi tesis, asimismo, por haber tenido la paciencia necesaria para motivarme a seguir adelante en los momentos de desesperación.

Finalmente, gracias a todos los docentes de la Carrera Profesional de Ingeniería Eléctrica, por los aprendizajes brindados.

AGRADECIMIENTOS

RESUMEN

LISTA DE FIGURAS.

LISTA DE TABLAS.

LISTA DE ABREVIATURAS Y SIGLAS

SÚMARIO

CAPITULO 1

EL PROBLEMA DE ESTUDIO

1.1. Planteamiento del problema 1.2. Formulación del problema 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General 1.3.2. Objetivos Específicos 1.4. Justificación

1.5. Alcances y limitaciones

1.6. Antecedentes.

1. 7. Hipótesis del problema
   8. 7.1. Hipótesis general
   9. 7.2. Hipótesis específicas 1.8. Variables e indicadores 1.8.1. Variables e indicadores independientes 1.8.2. Variables e indicadores dependientes 1.8.3. Variables e indicadores intervinientes 1.9. El método 1.9.1. Enfoque y tipo de investigación 1.9.2. Diseño de la Investigación

20 20 20 20 20 20 20 21 21 21

1.10. Matriz de consistencia

CAPITULO 11 MARCO TEORICO CONCEPTUAL 2.1. Motor de inducción trifásico tipo jaula de ardilla 2.1.1. Características constructivas 2.1.1.1. Estator 2.1.1.2. Rotor 2.1.2. Principio de funcionamiento 2.2. Microcontroladores PIC 2.2.1. ¿Qué es un microcontrolador?

2.2.2. Controlador y microcontrolador

2.2.3. Arquitectura básica de los microcontroladores 2.2.3.1. Arquitectura Von Neuman 2.2.3.2. Arquitectura Harvard 2.2.4. Recursos de los microcontroladores 2.2.4.1. El procesador o UCP 2.2.4.2. Memoria 2.2.4.3. Puertas de entrada y salida 2.2.4.4. Reloj principal 2.2.5. Recursos especiales de los microcontroladores 2.2.5.1. Temporizadores o timers 2.2.5.2. Perro guardián o watchdog 2.2.5.3. Protección ante fallo de alimentación o brownout 2.2.5.4. Estado de reposo o de bajo consumo 2.2.5.5. Conversor A/D 2.2.5.6. Conversor D/A

39 39

2.3.5.2. Conversores digital/analógico (DAC) 2.4. Medios de transmisión 2.4.1. Medios guiados 2.4.1.1. Cable de par trenzado 2.4.1.2. Cable coaxial 2.5. Electrónica de potencia 2.5.1. Dispositivos semiconductores de potencia 2.5.2. Aplicaciones 2.5.2.1. Fuentes de alimentación 2.5.2.2. Control de motores eléctricos 2.5.2.3. Calentamiento por inducción 2.5.2.4. Otros 2.6. Compilador CCS C 2.6.1. Estructura de un programa 2.6.2. Tipos de datos 2.6.3. Constantes 2.6.4. Variables 2.7. Visual Basic 2.7.1. El EID (Entorno integrado de Desarrollo) de Visual Basic 6. 2.7.2. Cliente- Servidor en Visual Basic 6.

2. 7.2.1. Cliente 2.7.2.2. Servidor 2.7.3. Preparando el Visual Basic 2.7.4. Descripción del componente Winsock
3. 7.4.1. Propiedades
4. 7.4.2. Métodos
5. 7.4.3. Eventos

80 80

83 84

DESARROLLO DE LA APLICACIÓN

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1. Motor de inducción tipo jaula de ardilla Figura 2.2. Curva par-velocidad para motores de diseño A, B, C y D.

Figura 2.3. Estator del motor de inducción

Figura 2.4. Rotor del motor de inducción

Figura 2.5. Desarrollo de un par inducido en un motor de inducción

Figura 2.6. Microcontroladores PIC

Figura 2.7. Arquitectura Von Neumann

Figura 2.8. Arquitectura Harvard

Figura 2.9. Microcontrolador PIC 18f

Figura 2.1 O, Descripción de puertos del microcontrolador PIC 18f

Figura 2.11. Esquema del sistema de adquisición de datos

Figura 2.12. Clasificación de sensores

Figura 2.13. Voltaje VS Temperatura en ellm

Figura 2.14. Símbolo eléctrico y terminales de un amplificador operacional

Figura 2.15. Amplificador operacional ideal

Figura 2.16. Amplificador operacional real

Figura 2.17. Conexión interna dellm

Figura 2.18. Representación del teorema de Nyquist

Figura 2.19. Efecto Aliasing

Figura 2.20. Filtro Anti-Aiiasing

Figura 2.21. Paso por circuito Samble and hold

Figura 2.22. Proceso de cuantificación

Figura 2.23. Clasificación de medios guiados

Figura 2.24. Componentes del cable UTP

Figura 2.25. Componentes del cable STP

24 25 26 26 28 29 30 31 42 44 45

Figura 3.4. Conexión entre el microcontrolador PIC 18f4550 (PIC 2) y el

 - 2.2.5.7. Comparador analógico - 2.2.5.8. Modulador de anchura de pulsos o PWM - 2.2.5.9. Puertas de E/S digitales - 2.2.5.10. Puertas de comunicación - 2.2.6. El microcontrolador PIC 18f4550 - 2.2.6.1. Características del microcontrolador PIC 18f4550 - 2.2.6.2. Diagrama de conexiones 

• 2.3. Adquisición y procesamiento de datos - 2.3.1. Proceso de adquisición de datos - 2.3.1.1 Sensores - 2.3.1.2 Sensor de temperatura lm35 - 2.3.1.3 Características del lm35 - 2.3.2. Acondicionador de señal - 2.3.2.1. Amplificador operacional - 2.3.2.2. Amplificador operacional ideal - 2.3.2.3. Amplificador operacional real - 2.3.2.4. Clasificación de los amplificadores - 2.3.2.5. Funciones principales de los acondicionadores de señal - 2.3.2.6. Amplificador operacionallm741 - 2.3.2.7. Características principales dellm741
  • 2.3.3. Tarjeta de adquisición de datos - 2.3.3.1. Características
  • 2.3.4. Fundamentos del procesamiento de señal - 2.3.4.1. Muestreo de señales analógicas - 2.3.4.2. Proceso de obtención de la señal digital
    • 2.3.5. ADCs y DACs
      • 2.3.5.1. Conversores analógico/digital (ADC)
        • CAPITULO
• 3.1. Introducción
• 3.2. Visión general del sistema de adquisición de datos y mando del motor
• 3.3. Sistema de adquisición de datos
  • 3.3.1. Adquisición de la corriente de fase del motor de inducción
    • 3.3.1.1. Diseño PCB del sensor de corriente
    • 3.3.1.2. Materiales
  • 3.3.2. Adquisición de voltaje del motor de inducción - 3.3.2.1. Diseño PCB del sensor de voltaje - 3.3.2.2. Materiales
  • 3.3.3. Adquisición de temperatura del motor de inducción - 3.3.3.1. Diseño PCB del sensor de temperatura - 3.3.3.2. Materiales
  • 3.3.4. Circuito de relevadores de voltaje - 3.3.4.1. Diseño PCB del circuito de relevadores - 3.3.4.2. Materiales
  • 3.3.5. Circuito final del sistema de adquisición de datos y mando - 3.3.4.1. Materiales
• 3.4. Cliente- Servidor en Visual Basic 6.0
  • 3.4.1. Aplicación cliente - 3.4.1.1. Creando la interfaz del usuario
    • 3.4.1.2. Descripción del HMI cliente
  • 3.4.2. Aplicación servidor - 3.4.2.1. Creando la interfaz del usuario - 3.4.2.2. Descripción del HMI servidor
  • Figura 2.26. Componentes del cable coaxial
  • Figura 2.27. Posibilidades de conversión de la energía eléctrica
  • Figura 2.28. Evolución práctica de la electrónica de potencia
  • Figura 2.29. Creación de un "New Proyect" en Visual Basic
  • Figura 2.30. Cargando el paquete WINSOCK en Visual Basic
  • Figura 3.1. Diagrama de bloques del sistema de adquisición de datos y mando
  • Figura 3.2. Representación del sistema de adquisición de datos
  • Figura 3.3. Adquisición de parámetros del microcontrolador PIC 18f4550 - computador servidor
  • Figura 3.5. Circuito para la adquisición de corriente de fase del motor
  • Figura 3.6. Transformador de corriente
  • Figura 3.7. Diseño PCB del sensor de corriente
  • Figura 3.8. Circuito para la adquisición del voltaje de fase del motor
  • Figura 3.9. Diseño PCB del sensor de voltaje
  • Figura 3.10. Descripción de pines del sensor lm35.
  • Figura 3.11. Circuito para la adquisición de temperatura del motor
  • Figura 3.12. Diseño PCB del sensor de temperatura
• Figura 3.13. Circuito de re levadores
• Figura 3.14. Circuito PCB de relevadores
  • Figura 3.15. Circuito final del sistema de adquisición de datos y mando
  • Figura 3.16. Diseño PCB del circuito final
  • Figura 3.17. LCD 16x2
  • Figura 3.18. Pulsadores del control manual
    • Figura 3.19. Tipos de conectores USB
  • Figura 3.20. Diseño del interface cliente en Visual Basic
  • Figura 3.21. Diseño del interface servidor en Visual Basic

LISTA DE TABLAS

Tabla 2.1. Características del microcontrolador PIC 18f

Tabla 2.2. Características principales dellm

Tabla 2.3. Características principales dellm

Tabla 2.4. Características de adquisición de datos

Tabla 2.5. Tipos de datos que acepta en CCS C

Tabla 2.6. Especificación de constantes del CCS C

Tabla 2.7. Caracteres especiales que acepta el CCS C

Tabla 3.1. Materiales para el sensor de corriente

Tabla 3.2. Materiales para el sensor de voltaje

Tabla 3.3. Materiales para el sensor de temperatura

Tabla 3.4. Materiales para el circuito de relevadores

Tabla 3.5. Materiales del circuito final

LISTA DE ABREVIATURAS Y SIGLAS

PIC- Peripherallnterface Controller (controlador de interfaz periférico) CISC - Complex lnstruction Set Computer (computador con Conjunto de Instrucciones Complejas) RISC - Reduced lnstruction Set Computer (computador con Conjunto de Instrucciones Reducidas) A/D - Analógico/Digital BCD- Binary Ceded Decimal (decimal codificado en binario) PLC- Controlador Logico Programable (controlador lógico programable) D/A- Digital/Analógico EPROM - Erasable and Programable Read Only Memory (memoria de sólo lectura programable y borrable) EEPROM - Eléctrica! Erasable Programmable Read Only Memory (memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente) CDC - Común Device Classic GPRS- General Packet Radio Services (servicio general de paquetes vía radio) HTTP- Hyper Text Transfer Protocol (protocolo de transferencia de hipertexto) JP - Internet Protocol (Protocolo de internet) PROM- Programable Read Only Memory (memoria de sólo lectura programable) RAM- Random Access Memory (memoria de acceso aleatorio) ROM- Read Only Memory (memoria de solo lectura) SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition Systems (control de supervision y adquisición de datos) TCP- Transmission Control Protocol (protocolo de control de transmisión) WWW - World Wide Web (red informática mundial) E/S - Entrada/Salida

CAPITULO 1

EL PROBLEMA DE ESTUDIO

1. 1. Planteamiento del problema En la actualidad, con el avance de la tecnología, la operación de las máquinas de inducción han evolucionado ampliamente, debido principalmente a las variaciones

que ha sufrido el circuito de mando, el cual ha repercutido en un mejor y optimizado

control de los motores eléctricos, teniendo como principales ventajas, la precisión, el tiempo de ejecución, la seguridad en la operación, etc. La tecnología existente permite utilizar los Controladores Lógicos Programables (PLC), que son autómatas provistos de microprocesadores, capaces de ejecutar tareas programadas por el usuario. Estos dispositivos electrónicos se utilizan en la industria para resolver problemas de cadenas de instrucciones en las maquinarias o

procesos, ahorrando costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de los

procesos. Además, se tiene al sistema SCADA, que es una aplicación de software diseñado con la finalidad de supervisar datos a distancia, los cuales se basan en la adquisición de datos de los procesos remotos. La aplicación de los PLCs junto al sistema SCADA, permite obtener la

adquisición de datos y mando a distancia de diferentes maquinas, dentro de los cuales

se pueden mencionar los motores de inducción. Sin embargo, el costo elevado que representa la aplicación de los PLCs junto al sistema SCADA hace que solo una pequeña minoría se beneficie de estos, los cuales reducen los costos de operación de

las máquinas y el uso eficiente de las mismas.

La utilización de sistemas modernos, no se masifica, debido a las múltiples funciones que estás pueden realizar, por ende ese tipo de sistemas se utiliza

principalmente cuando: el número de variables es alto y el proceso está

geográficamente distribuido, por lo que es necesario buscar otras alternativas de solución con las mismas ventajas que los sistemas más sofisticados. Con el desarrollo de los microcontroladores, dispositivos electrónicos capaces de llevar a cabo procesos lógicos, es posible desarrollar sistemas de mando a distancia de motores con las mismas ventajas de una conexión convencional. De seguir, solo, el uso de los PLCs junto al sistema SCADA, la utilización de ellas sería solo en beneficio de una minoría, por ende otro gran sector no

aprovecharían las ventajas que brinda el uso de estos sistemas y quedarían limitadas

las posibilidades de desarrollo y mejoramiento de las mismas.

1.2. Formulación del problema ¿Se puede diseñar e implementar un circuito electrónico con el microcontrolador PIC 18F4550 para el mando a distancia del motor de inducción tipo jaula de ardilla?

1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General Diseñar e implementar un circuito electrónico con el microcontrolador PIC 18F4550 para el mando a distancia del motor de inducción tipo jaula de ardilla.

1.3.2. Objetivos Específicos Programar el microcontrolador PIC 18F4550 para la adquisición de datos y mando a distancia del motor de inducción tipo jaula de ardilla.

Diseñar y aplicar el circuito de potencia para el mando a distancia del

motor de inducción tipo jaula de ardilla.

La etapa de adquisición de datos del presente trabajo, es abordado desde el punto de vista de la comprobación, inspección o fiscalización del sistema.

El presente trabajo adquiere los siguientes datos a distancia: Corriente, voltaje y temperatura.

Y gobierna: Arranque, parada e inversión de giro.

1.6. Antecedentes Para el presente trabajo de investigación, se toma en cuenta el trabajo denominado "Control y mando de motores de inducción", presentado por los bachilleres Huamán Puértolas Roberto y Mamani Poccohuanca Félix Rudyard en el 2009; el cual demuestra la posibilidad de adquirir datos y analizar los resultados en el control y mando de motor de inducción en conexión Dahlander, mediante hardware construido por el usuario con el microcontrolador 16F877, llegando a las siguientes conclusiones (más relevantes):

Los microcontroladores y componentes de electrónica de potencia, pueden ser utilizados en la construcción de tarjetas electrónicas con aplicaciones satisfactorias en los proyectos de control y automatización de máquinas eléctricas de tal manera que se pueda remplazar a un controlador lógico programable (PLC). La tarjeta electrónica que contiene el modulo, puede servir para la realización de una serie de experimentos para otro tipo de máquinas eléctricas, previo programa, tanto en el microcontrolador como en LabVIEW.

1.7. Hipótesis del problema

1. 7.1. Hipótesis general El diseño e implementación de un circuito electrónico con el microcontrolador PIC 18F4550, permitirá realizar el mando a distancia del motor de inducción tipo jaula de ardilla.
2. 7.2. Hipótesis especificas Efectuar una adecuada programación del microcontrolador PIC

18F4550, permitirá la adquisición de datos y mando a distancia del

motor de inducción tipo jaula de ardilla.

Realizar un correcto diseño y aplicar del circuito de potencia,

conseguirá gobernar al motor de inducción tipo jaula de ardilla.

1.8. Variables e indicadores 1.8.1. Variables e indicadores independientes Confiabilidad Índice de confiabílídad Costo Unidad monetaria

1.8.2. Variables e indicadores dependientes Corriente Voltaje

1.8.3. Variables e indicadores intervinientes Temperatura

1 (Amperios) V (Voltaje)

oc (grados centígrados)