nuevas prestaciones incorporadas al medidor de energía

Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica

TRABAJO DE DIPLOMA

Nuevas prestaciones incorporadas al medidor de

energía eléctrica DDS666

Autor: Roberto Carlos Martínez Caballero.

Tutor: Dr. Carlos Alberto Bazán Prieto.

Santa Clara

2014

"Año 56 de la Revolución"

Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica

TRABAJO DE DIPLOMA

Nuevas prestaciones incorporadas al medidor de

energía eléctrica DDS666

Autor: Roberto Carlos Martínez Caballero.

E-mail: [email protected]

Tutor: Dr. Carlos Alberto Bazán Prieto.

Profesor, Dpto. de Electrónica y Telecomunicaciones.

Facultad de Ing. Eléctrica, UCLV.

E-mail: [email protected]

Santa Clara

2014

"Año 56 de la Revolución"

Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central

“Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad

de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución,

para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no

podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.

Firma del Autor

Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de

la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un

trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.

Firma del Tutor

Firma del Jefe de Departamento

donde se defiende el trabajo

Firma del Responsable de

Información Científico-Técnica

i

PENSAMIENTO

“Por más difícil que se nos presente una situación, nunca dejemos de buscar la salida, ni

de luchar hasta el último momento. En momentos de crisis, sólo la imaginación es más

importante que el conocimiento”

Albert Einsten

ii

DEDICATORIA

A mis padres, que tanto han esperado este momento poniendo siempre mi educación por

encima de todo.

A Llella, Paco y Teti, por haberme dejado ser uno más en su familia.

iii

AGRADECIMIENTOS

A mi mamá y mi papá, por apoyarme y por el amor infinito que me han brindado.

A Llella, Paco y Teti, por su cariño y su confianza.

A mis abuelos y mi hermano, por siempre estar a mi lado.

A mi tutor Carlos Bazán, por su ayuda y disposición durante la realización de este trabajo.

A mi tía Maydelin, por apoyarme en todo mientras crecíamos juntos.

A mi tía abuela Nena y a mis tíos Gilberto, Leyxer y Pepito por haber contribuido en mi

vida de una forma o de otra.

A Dayana y Ana Martha, por ser mis modistas, consejeras y amigas.

A mis compañeros de estudio, Barco, Carlos A., Sandoval, Yadiel y Allen.

A Lianet, Yudis y Lily, por los buenos momentos que compartimos y nunca olvidaremos.

A todos mis profesores por su ayuda docente.

Y a todas esas personas que no han sido mencionadas pero que de una forma u otra también

estuvieron presentes en momentos importantes de mi vida, gracias.

iv

TAREA TÉCNICA

Búsqueda bibliográfica sobre conceptos y parámetros que se emplean en la

medición de energía eléctrica.

Caracterización de los distintos tipos de medidores de energía y de las prestaciones

que puedan brindar.

Descripción de las principales características y funciones del medidor modelo

DDS666 y del circuito integrado ATT7021.

Definición de las prestaciones posibles a implementar en el medidor DDS666.

Descripción del microcontrolador a emplear en la aplicación.

Realización de la aplicación.

Confección del informe final.

Firma del Autor Firma del Tutor

v

RESUMEN

En el presente trabajo se exponen los diferentes tipos de medidores de energía eléctrica, sus

características y las prestaciones que puedan ofrecer. El medidor DDS666 marca CHINT

utiliza en el proceso de medición al circuito integrado ATT7021. Este circuito presenta dos

salidas de pulsos de frecuencia que dependen de la energía consumida. Los pulsos de salida

de frecuencia CF pueden ser utilizados para la calibración del medidor o para realizar una

conexión con un microcontrolador. Una vez adquirida la información de energía consumida

brindada por los pulsos de frecuencia se puede crear una aplicación que le añada a este

medidor nuevas prestaciones. Entre las prestaciones creadas se encuentran: almacenamiento

en memoria EEPROM, visualización y transmisión el valor de energía consumida.

vi

TABLA DE CONTENIDOS

PENSAMIENTO ..................................................................................................................... i

DEDICATORIA .................................................................................................................... ii

AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii

TAREA TÉCNICA ................................................................................................................ iv

RESUMEN ............................................................................................................................. v

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1

CAPÍTULO 1. Medidores de Energía Eléctrica ........................................................... 3

1.1 Fundamentos teóricos de la Medición de Potencia ................................................. 3

1.1.1 Evaluación de potencias en sistemas eléctricos .............................................. 5

1.2 Medición de Energía Eléctrica ................................................................................ 7

1.3 Tipos de Medidores de Energía. Características y funcionamiento ........................ 8

1.3.1 Medidor Electromecánico de Inducción ......................................................... 9

1.3.1.1 Principio de funcionamiento de los Medidores Electromecánicos .......... 10

1.3.2 Medidor Electrónico ..................................................................................... 12

1.3.3 Características genéricas del Medidor Electrónico ....................................... 13

1.3.4 Ejemplos de Medidores Electrónicos ........................................................... 14

1.3.4.1 Principio de operación del A200 MR ...................................................... 15

1.3.4.2 Principio de operación del A200 LCD .................................................... 16

vii

1.3.5 Ventajas que pueden ofrecer los Medidores Electrónicos ............................ 17

1.4 Medidor Electrónico modelo DDS666 (marca CHINT) ....................................... 18

1.4.1 Características técnicas ................................................................................. 19

1.4.2 Etapas de medición ....................................................................................... 19

1.5 Telemedida ............................................................................................................ 20

1.5.1 Aplicaciones de la Telemedida ..................................................................... 21

1.6 Intercambio de información .................................................................................. 22

1.6.1 Interfaces Hombre-Máquina (HMI) .............................................................. 22

CAPÍTULO 2. Descripción, empleo y métodos para la transmisión de la información de

los pulsos de frecuencias de salida del CI-ATT7021 ........................................................... 24

2.1 Circuito Integrado ATT7021 ................................................................................ 24

2.2 Experimento para la obtención de los pulsos de frecuencia ................................. 27

2.2.1 Rectificación de los resultados experimentales variando la carga de consumo

……………………………………………………………………………...32

2.3 Requisitos para una variante tecnológica del medidor DDS666 a partir del empleo

de los pulsos de frecuencia ............................................................................................... 33

2.4 Los microcontroladores PICs. El 16F870 ............................................................. 34

2.4.1 Los microcontroladores PICs........................................................................ 34

2.4.2 El 16F870 ...................................................................................................... 35

2.5 Puertos de comunicación ...................................................................................... 37

2.5.1 Puertos Serie. El USART .............................................................................. 37

2.5.2 Norma RS-232 .............................................................................................. 37

2.5.3 Norma RS-485 .............................................................................................. 40

2.6 Características del puerto serie de la PC ............................................................... 40

2.7 Comunicación a través del puerto serie de la PC .................................................. 41

viii

CAPÍTULO 3. Diseño y programación de las aplicaciones para el medidor de energía

eléctrica DDS666 ………………………………………………………………………….43

3.1 Descripción general del hardware de la aplicación .............................................. 43

3.2 Diagrama en bloques y descripción general del software de la aplicación .......... 44

3.3 Edición y Ensamblaje de un Programa usando PCHW ........................................ 46

3.3.1 Pasos para la creación de un proyecto usando PCHW ................................. 46

3.3.2 Escritura del Código Fuente ......................................................................... 47

3.3.2.1 Directivas de Procesador ......................................................................... 47

3.3.2.2 Definición de constantes .......................................................................... 48

3.3.2.3 Declaraciones de variables globales ........................................................ 48

3.3.2.4 Prototipo de funciones ............................................................................. 49

3.3.2.5 Definición de funciones de Atención a las Interrupciones ...................... 50

3.3.2.6 Función principal ..................................................................................... 51

3.3.2.7 Definición de funciones ........................................................................... 52

3.3.3 Construcción del proyecto ............................................................................ 54

3.4 Integración y verificación ..................................................................................... 56

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 58

Conclusiones ..................................................................................................................... 58

Recomendaciones ............................................................................................................. 59

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 60

ANEXOS .............................................................................................................................. 63

Anexo I. Experimento para la obtención de los pulsos de frecuencia (CF) ................... 63

Anexo II. Fabricantes de medidores electrónicos más reconocidos a nivel mundial .. 64

Anexo III. Esquema de una variante del medidor de energía DDS666 ........................ 65

Anexo IV. Plantilla de un Programa en Lenguaje C ..................................................... 66

INTRODUCCIÓN 1

INTRODUCCIÓN

La medición de energía eléctrica es desde el punto de vista económico, la más importante

de las mediciones, dado que las empresas distribuidoras de energía, facturan de acuerdo a lo

indicado por los medidores. Un medidor de energía eléctrica es el conjunto de elementos

electromecánicos o electrónicos que se utilizan para medir el consumo de energía, que

puede ser activa, reactiva y en algunos casos su demanda máxima. La unidad de medida

más común en el medidor de electricidad es el kilowatt hora (kWh), que es igual a la

cantidad de energía utilizada por una carga de un kilovatio durante un período de una hora.

El único contacto que tenían los medidores de energía eléctrica originales con el exterior,

era el indicador de la energía consumida que iba a ser consultado por un operario

periódicamente. A medida que se realizan avances en la tecnología, el flujo de datos que se

intercambia con ellos se ha ido incrementando.

En la actualidad, se utilizan los medidores múltiples, donde un mismo equipo realiza varias

funciones, como medición de potencia activa y reactiva, almacenar y transmitir los datos de

las lecturas, entre otras. También existen sistemas inteligentes de medición remota y

automática del consumo y parámetros del servicio eléctrico con posibilidades de control y

gestión sobre el suministro. Este desarrollo permite a las empresas distribuidoras de energía

eléctrica gestionar su negocio desde una perspectiva moderna.

En la Fábrica de Fusibles y Desconectivos de la empresa de producciones electromecánicas

en Santa Clara se ensamblan medidores DDS666 (marca CHINT). Este medidor presenta

una limitada prestación a la lectura del consumo eléctrico mediante un registrador

electromecánico. Es de gran interés para esta empresa adicionarle otras prestaciones a este

modelo de medidor. En este sentido recientemente fue firmado un proyecto de colaboración

INTRODUCCIÓN 2

entre esta empresa y la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, con el objetivo

de desarrollar una investigación que agregue nuevas prestaciones al medidor de energía

eléctrica DDS666.

De lo anteriormente expuesto y teniendo en cuenta el interés de esta empresa en ampliar el

uso de dicho medidor surge el siguiente problema de investigación:

¿Cómo crear nuevas prestaciones, a partir del conocimiento y uso de los pulsos de

frecuencia de salida del CI-ATT7021, para incrementar la funcionalidad del medidor

DDS666?

De la interrogante planteada se desprende el objetivo general de este trabajo: Añadir nuevas

prestaciones al medidor de energía eléctrica DDS666; y los objetivos específicos. Entre

ellos: analizar la medición de energía eléctrica y los parámetros utilizados; describir los

diferentes tipos de medidores de energía eléctrica existentes y sus características; analizar el

comportamiento de los pulsos de frecuencias de salida del CI-ATT7021; definir las

prestaciones a añadir al medidor DDS666 y por último diseñar la aplicación.

Para darle complimiento a los objetivos presentados se plantearon las siguientes

interrogantes científicas:

¿Qué parámetros son empleados para la medición de la energía eléctrica?

¿Qué características presentan los equipos disponibles en el mercado para la medición

de la energía eléctrica?

¿Cuáles de las distintas prestaciones existentes en otros medidores posibilitarán un

mejor empleo del medidor en cuestión?

¿Qué requerimientos debería poseer un sistema de adquisición y transmisión de la

información?

¿Cuáles herramientas se emplearían para el diseño y simulación de las aplicaciones?

Con este proyecto quedará disponible una herramienta que agregará nuevas prestaciones en

el modelo DDS666. Estas nuevas prestaciones implementadas aumentarán la funcionalidad

de este equipo, al proporcionarle nuevas herramientas que facilitan el proceso de medición

de energía eléctrica.

CAPÍTULO 1. Medidores de Energía Eléctrica 3

CAPÍTULO 1. Medidores de Energía Eléctrica

En este capítulo se analizan los diferentes términos y conceptos relacionados con la

medición de energía eléctrica. Se hace una descripción de los distintos tipos de medidores

existentes, sus funcionamientos y variadas prestaciones. Se exponen las características

técnicas del medidor DDS666, sobre el cual gira este trabajo.

1.1 Fundamentos teóricos de la Medición de Potencia

Algunas de las definiciones utilizadas en la definición de potencia y energía en sistemas

eléctricos se presentan a continuación. En ellas se tiene en cuenta que la mayor parte de las

ondas de tensión y corriente tienen componentes armónicas, es decir, se realizará un

análisis de potencia en circuitos de corriente alterna.

Potencia instantánea (p(t)): se define como el producto de la tensión instantánea (v(t)) y la

corriente instantánea (i(t)) (Hayt et al., 2008) :

(1)

Potencia aparente (S): Se define como el producto entre el valor eficaz de la onda de

tensión y el valor eficaz de la onda de corriente de un sistema eléctrico y su valor indica el

dimensionamiento del sistema. Por ser un escalar, no proporciona información acerca de la

dirección del flujo de energía. Se expresa como:

(2)

Valor eficaz: El valor eficaz de una señal periódica (tensión o corriente) es una

medida de su eficacia para entregar potencia a una carga resistiva. El concepto de


valor eficaz se basa en tener una tensión o una corriente alterna que entregue a una

resistencia, la misma potencia promedio que una tensión o corriente continua

equivalente entregaría. El valor eficaz también recibe el nombre de valor efectivo o

valor rms (del inglés root-mean-square, raíz media cuadrática) y se define como:

√

∫

(3)

La potencia aparente (S) se relaciona con las potencias activa (P) y reactiva (Q) mediante la

expresión:

√ (4)

Potencia activa (P): Es la potencia asociada con el trabajo útil realizado en un sistema, que

para los sistemas eléctricos corresponde a la potencia consumida por los dispositivos

pasivos o la potencia útil suministrada por una fuente de energía eléctrica. La potencia

activa representa la potencia promedio consumida por una carga o suministrada por una

fuente en estado estacionario y se define como el valor promedio de la potencia instantánea:

∫

∫

(5)

siendo T el periodo fundamental de las señales de tensión y corriente.

Potencia reactiva (Q): Es la potencia asociada con la magnetización o polarización de los

materiales en el caso de sistemas con señales sinusoidales de una única frecuencia. Esta

potencia no realiza un trabajo útil, pero se debe tener en cuenta en el dimensionamiento de

un sistema eléctrico ya que el sistema la requiere para su funcionamiento. En sistemas con

formas de ondas no sinusoidales, esta potencia tienen en cuenta todos aquellos efectos que

aumentan el dimensionamiento del sistema sin producir un trabajo útil, por cual se debe

expresar como:

√ (6)


Es importante resaltar que la potencia no activa estimada con la ecuación (6) no permite

establecer la dirección de esta potencia pero si su amplitud.

Factor de potencia (FP): El factor de potencia es la relación entre la potencia activa P y la

potencia aparente S y es una medida del rendimiento de un sistema eléctrico:

(7)

1.1.1 Evaluación de potencias en sistemas eléctricos

Cuando las señales de tensión y corriente tienen componentes armónicas hay que establecer

las ecuaciones de potencia que permiten tener en cuenta los efectos de estas componentes

en el comportamiento del sistema.

La expresión general de la potencia instantánea, se obtiene al considerar que las señales de

tensión (8) y corriente (9) tienen M y N componentes armónicas, y reemplazando las

ecuaciones (8) y (9) en la ecuación (1) (Elham, 1992). Es decir, que si la tensión y la

corriente son:

∑√

(8)

∑√

(9)

Si se considera que N > M, la potencia instantánea (p(t)) se puede expresar como:

∑ ∑

∑ ∑ { ( ) (

)} ∑ ∑ { ( )

( )}

(10)


En (10) se observa que la potencia instantánea se puede dividir en cuatro términos: uno

correspondiente a la señal de continua (potencia activa), otros términos con frecuencias

iguales al doble de la frecuencia de las señales y ortogonales entre si y un último término

conocido como potencia de distorsión. Para el caso de un sistema eléctrico con una única

frecuencia, se puede expresar la potencia instantánea como (Suarez y Farfan, 1997):

(11)

donde P corresponde a la potencia activa y Q se denomina para este caso potencia reactiva;

(12)

, (13)

siendo θ el ángulo entre la tensión y la corriente.

Como se muestra en la figura 1, la potencia instantánea para este caso tiene dos

componentes con frecuencias del doble de la frecuencia de las señales de tensión y

corriente. La potencia instantánea se puede dividir en dos potencias: una correspondiente a

la señal alterna con valor medio P y otra representada por la señal

; donde el valor máximo de esta componente (Q) se denomina potencia reactiva.

donde P corresponde a la potencia activa y Q se denomina para este caso potencia reactiva:

(12)

, (13)

siendo θ el ángulo entre la tensión y la corriente.

Como se muestra en la Figura 1.1, la potencia instantánea para este caso tiene dos

componentes con frecuencias del doble de la frecuencia de las señales de tensión y

corriente. La potencia instantánea se puede dividir en dos potencias: una correspondiente a


la señal alterna con valor medio P y otra representada por la señal

; donde el valor máximo de esta componente (Q) se denomina potencia reactiva.

Figura 1.1 Potencia instantánea.

1.2 Medición de Energía Eléctrica

En la actualidad resulta cada vez más necesario emplear las magnitudes físicas tales como

masa, tiempo, longitud, etc., para describir e investigar fenómenos y procesos tecnológicos.

Para describir cada uno de los procesos u objetos no basta con conocer las características

cualitativas de estas magnitudes físicas, sino que es necesario conocer sus características

cuantitativas, las cuales solamente se pueden obtener por medio de las mediciones.

Medición: es la determinación del valor numérico de una magnitud física por medios

experimentales empleando medios técnicos especiales y cifrados en valores de magnitudes

físicas tomadas como unidades (Mustelier y Barrio, 2004).

Las mediciones de la energía eléctrica que se efectúan mediante medidores, se utilizan para

calcular el valor de la energía que se intercambia entre consumidores y las compañías de

suministro. Por ejemplo, se utiliza para el control de la energía consumida en los sistemas

de distribución internas de fábricas.


Los sistemas eléctricos de medida energética determinan dos tipos de variables a medir:

energía y potencia.

En física: energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.

En física: potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

Las medidas a realizar por el equipo medidor son la potencia o la energía, activa y reactiva.

Para la potencia en VA y VA reactivos. Para la energía en kWh y kVAh reactivos (Grubbs,

2007).

La energía (E) desarrollada entre dos instantes de tiempo t1 y t2 se determina integrando la

ecuación (14):

∫ ∫

(14)

El término de la energía es el valor acumulado de la potencia a lo largo del tiempo (puede

ser el valor de facturación) y (14) es la de la energía total (Casellas et al., 2010).

Los medidores de energía realizan la integración (14), indicando el trabajo eléctrico que

corresponde al consumo de energía en forma continua. En consecuencia, la medición de la

energía es la medición de la potencia con la simultánea integración en el tiempo, y un

medidor de energía está implementado mediante un conversor que realiza el producto

instantáneo de la tensión por la corriente, seguido de un dispositivo integrador.

Dada la importancia y la extensión mundial de las redes de corriente alterna, los medidores

que hoy día se utilizan son medidores o contadores de energía de corriente alterna. Los

medidores de energía eléctrica de corriente alterna pueden ser adaptados para medir por

separado varios tipos de energía que influyen en la tarifa.

1.3 Tipos de Medidores de Energía. Características y funcionamiento

Un medidor de energía eléctrica es el conjunto de elementos electromecánicos o

electrónicos que se utilizan para medir el consumo de energía, que puede ser activa,

reactiva y en algunos casos su demanda máxima. En otras palabras, es un instrumento


destinado a medir la energía mediante la integración de la potencia activa o reactiva en

función del tiempo, y consta de dos partes:

Caja principal o verificadora: Es donde se encuentra el mecanismo del medidor.

Caja de conexiones o bornera: Como lo indica su nombre es donde se realizan las

conexiones del medidor.

Los equipos de medida de energía eléctrica pueden clasificarse según sus características

(Levy, 2009):

Tecnológicas, pudiendo ser medidores electromecánicos o electrónicos (medidores

de estado sólido).

Energéticas como medidores de energía activa y/o medidores de energía reactiva.

Operativas como dispositivo de tipo registrador o programables que permiten la

telegestión.

Los equipos de tipo registrador pueden ser de las dos tecnologías (Casellas et al., 2010):

Electromecánicos que permiten medir solamente un tipo de energía, kWh

acumulados o kVAh acumulados, no poseen discriminación tarifaria siendo los

medidores estándar electromecánicos de inducción.

Electrónicos, Automatic Meter Reading (AMR), permiten medir solamente energía

acumulada, registran la medida de energía total mensual o por intervalos de tiempo

predefinidos.

1.3.1 Medidor Electromecánico de Inducción

La idea base para el medidor electromecánico de inducción son los estudios de Galileo

Ferraris que hace un descubrimiento clave, mediante dos campos de alterna desfasados se

puede hacer girar un disco sólido metálico. Este descubrimiento estimuló el desarrollo de

motores de inducción y así implementar los medidores electromecánicos de inducción

(Dahle, 2009).


El medidor eléctrico más común para el monofásico es el de Thomson o medidor

electromecánico de inducción, patentado por Elihu Thomson en 1889, este modelo

considerado como el estándar es la base de los medidores electromecánicos más modernos

que han estado instalándose por más de 120 años (Colectivo_de_Autores, 2010b), (Casellas

et al., 2010).

El contador de inducción de energía activa, ha sido un instrumento vital para la industria

eléctrica. Desde sus inicios hasta nuestros días se le han efectuado numerosas

adecuaciones, principalmente para asegurar su integridad como un dispositivo de

control de la energía eléctrica consumida por los usuarios. Su popularidad se debe en gran

medida a su bajo costo y su aceptable exactitud en las mediadas bajo ciertas condiciones de

carga.

En la Figura 1.2 se muestra un ejemplo de un medidor electromecánico de inducción

CHNSENTE tipo DD862.

Figura 1.2 Medidor electromecánico DD862.

1.3.1.1 Principio de funcionamiento de los Medidores Electromecánicos

El medidor de inducción electromecánico opera contando las revoluciones de un disco de

metal no magnético, pero eléctricamente conductor, que gira a una velocidad proporcional a

la potencia que pasa a través del medidor. El número de revoluciones es por lo tanto

proporcional al consumo de energía. La bobina de tensión consume una cantidad pequeña y

relativamente constante de energía que no está registrada en el medidor.


El disco es accionado por dos bobinas. Una bobina está conectada de tal manera que se

produce un flujo magnético en proporción a la tensión y la otra produce un flujo magnético

en proporción a la corriente. El campo de la bobina de tensión se retrasa por 90 grados,

debido a la naturaleza inductiva de la bobina. Esto produce corrientes parásitas en el disco y

el efecto es tal que se ejerce una fuerza sobre el disco en proporción al producto de la

corriente, el voltaje y ángulo de fase instantánea entre ellos. Un imán permanente ejerce

una fuerza opuesta proporcional a la velocidad de rotación del disco. El equilibrio entre

estas dos fuerzas opuestas resultados en el disco gira a una velocidad proporcional a la

potencia o la tasa de uso de la energía. El disco lleva un mecanismo de registro que cuenta

revoluciones, con el fin de hacer una medición de la energía total utilizada (Schwendtner,

1996).

El tipo de metro que se ha descrito anteriormente se utiliza en un suministro de corriente

alterna monofásica. El disco está soportado por un eje que tiene un engranaje de tornillo sin

fin que acciona el registro, como se muestra en la Figura 1.3. El registro es una serie de

esferas que muestra la cantidad de energía utilizada. Las esferas pueden ser del tipo

ciclómetro, como que es fácil de leer, donde para cada línea se muestra un solo dígito.

Figura 1.3 Esquema del funcionamiento del medidor electromecánico.

Las características generales de estos equipos de medición están normadas por IEC

62053(2003) y ANSI C12.20(2010) para América del Norte.


1.3.2 Medidor Electrónico

Con el incremento de la demanda energética, las empresas generadoras de energía han

entrado en un ambiente de competencia que las obliga a buscar caminos para un mejor

nivel de servicio con costos reducidos. Una forma de hacer esto es con la instalación de

medidores electrónicos de energía. Estos, además de medir la energía utilizada, también

pueden registrar otros parámetros de la carga y de suministro, tales como tasa instantánea y

máxima de las demandas de uso, tensiones, factor de potencia y la potencia reactiva

utilizada.

En la industria electrónica en la década de los 80 se comienzan a producir los primeros

medidores híbridos, basados en medidores de inducción. (Colectivo_de_Autores, 2010a).

Hacia la década de los 90, los medidores totalmente electrónicos comienzan con los

modelos monofásicos para después implementar los polifásicos (Casellas et al., 2010).

La mayoría de los medidores de esta primera generación fueron diseñados, simulando los

procedimientos de medición de la generación previa de medidores electromecánicos o

probados para implementar procedimientos de medición obsoletos (Filipski et al., 1994).

Los primeros AMR son dispositivos de medida (medidores de energía en el sentido clásico)

que incorporan un Micro-Controller Unit (MCU), que permite tanto automatizar el sistema

como dotarlo de capacidad de comunicación con un sistema central. Se trata de dispositivos

de medida que facilitan los valores de consumo eléctrico con una cadencia predefinida y

que pueden transmitir la medida mensualmente o definir un periodo menor de facturación

(Casellas et al., 2010).

Las empresas para la fabricación de medidores electrónicos son más numerosas, como

referencia se indican posiblemente las siete mayores o con más historia, ver Anexo II

(Refabrica, 2010), (Berst, 2011).


1.3.3 Características genéricas del Medidor Electrónico

El valor de la energía que se desea calcular sigue los siguientes procesos antes de

visualizarse en el LCD (display de cristal líquido) del medidor (Harney, 2009):

Proceso de digitalización en la fase correcta los valores instantáneos de tensión y de

corriente mediante un convertidor ∑Δ (sigma-delta) de alta resolución.

Cálculo del producto de las variables para obtener los valores instantáneos de

potencia.

Integración de las variables calculadas a lo largo del tiempo que proporcionan los

valores de las energías.

La energía activa se determina mediante el algoritmo que implementa la expresión (15):

∫ {∑ } (15)

La estructura general de un medidor eléctrico está representada en la Figura 1.4. La

diferencia principal entre los distintos fabricantes es la forma del diseño electrónico en el

que se implementa el medidor, donde pueden encontrarse las siguientes opciones (Casellas

et al., 2010):

Dispositivo MCU de gama media o Digital Signal Processor (DSP) o dispositivo de

lógica programable, las tres opciones con tecnología mixta que incluye

Programable Gain Amplifier (PGA) y Analog to Digital Converter (ADC). Es el

modelo básico.

MCU de gama media con capacidades de cálculo como multiplicación por

hardware, estructura Reduced Instruction Set Computer (RISC) con periféricos de

comunicaciones, memoria de varios tipos y elementos analógicos-mixtos ADC con

PGA.

MCU de gama baja que se dedica a la gestión global del sistema y es más cómoda

su programación, rodeado de una serie de periféricos similares al caso anterior

donde se ha añadido uno basado en DSP o un dispositivo de lógica programable con

los elementos de tecnología mixta necesarios.


Figura 1.4: Estructura genérica de un medidor. El dispositivo puede ser de tipo:

- Básico: sensores, calculador y generador de pulsos.

- Medio: al anterior añade una MCU y sus periféricos.

- Avanzado: incluye también varios elementos de comunicaciones.

1.3.4 Ejemplos de Medidores Electrónicos

Elster Group es una de las mayores empresas para la fabricación de medidores electrónicos.

Es un proveedor mundial de productos avanzados de medición y soluciones inteligentes de

medición según (Berst, 2011) y (Refabrica, 2010).

Los medidores monofásicos A200 (ELSTER) presenta dos versiones que son: el A200 MR

(registrador electromecánico) mostrado en la Figura 1.5 y el A200 LCD en la Figura 1.6.

La ventaja del medidor con registrador electromecánico, es que puede ser leído aun cuando

no hay tensión en la red por un posible desperfecto.

El rango de corriente puede ser de 5-60A o de 10-100A. Las tensiones nominales del

medidor son 220V para 50Hz o 60 Hz y 120V, 220V para 60 Hz. Los medidores cuentan

con salida de pulsos opcional. El número de pulsos es proporcional a la energía activa.

La fuente de alimentación de este tipo de medidores de bajo costo, es capacitiva y está

protegida frente a pulsos de alta tensión. Estos medidores poseen un circuito impreso único

en donde están dispuestos el display y la fuente de alimentación.


Figura 1.5 Contador A200 MR. Figura 1.6 Contador A200 LCD.

1.3.4.1 Principio de operación del A200 MR

El medidor tiene una fuente de alimentación capacitiva protegida contra picos de alta

tensión, que toma la tensión de línea y proporciona 5 Volts regulados al circuito. La fuente

de alimentación posee una protección con un varistor de alta energía, que le permite

soportar impulsos de 12 kV con una impedancia del generador de solo 2 ohm.

El circuito integrado de medición de energía, que se muestra en la Figura 1.7, recibe

muestras de la tensión a través de un divisor resistivo y de la corriente a través de un shunt

de aleación de cobre. Por medio de estas muestras, el circuito integrado computa la energía

y proporciona pulsos cuya cantidad es proporcional a la energía activa.

Una salida del integrado activa al motor paso a paso del registrador electromecánico, que

cuenta y registra la energía activa. Otra salida se conecta a un led rojo, utilizado para la

prueba del medidor y a un opto acoplador que proporciona una salida de pulsos opcional.


Figura 1.7 Diagrama en bloque del A200 MR.

1.3.4.2 Principio de operación del A200 LCD

El medidor A200 LCD tiene el mismo tipo de fuente de alimentación capacitiva protegida

contra picos de alta tensión que el A200 MR. Este medidor utiliza un microcontrolador que,

por medio de dos entradas analógicas, toma las muestras de la línea, de corriente y de

tensión provenientes del shunt y del divisor resistivo. Este microcontrolador convierte esas

señales análogas en digitales, con ADCʼs (convertidor analógico a digital) y computa la

energía por medio de un algoritmo. Los valores de energía son enviados a un registro del

microcontrolador, cuyo valor se guarda en una memoria EEPROM (memoria no volátil) en

caso de corte de energía. El microcontrolador también controla el display LCD y tiene una

salida de pulsos utilizada para activar el led rojo y la salida de pulsos opcional, como se

muestra en la Figura 1.8. En este caso, el medidor es calibrado mediante un software en

fábrica, insertándole las constantes de calibración adecuadas, las que son almacenadas en la

EEPROM junto con las configuraciones.


Figura 1.8 Diagrama en bloque del A200 LCD.

1.3.5 Ventajas que pueden ofrecer los Medidores Electrónicos

Entre las ventajas de los medidores electrónicos de energía se tiene:

Alta exactitud y precisión en la medición, en comparación con los de inducción y

electromecánicos. Esto es debido principalmente a dos factores; primero el uso de

sensores de estado sólido para captar las ondas de tensión y corriente -reemplazando

las bobinas de corriente y tensión de los medidores de inducción y

electromecánicos- y segundo el procesamiento de datos en el dominio digital.

Mayor control sobre el consumo de energía al disponer de información tanto para el

consumidor como para la empresa prestadora de servicio (potencia activa, reactiva,

factor de potencia, etc.).

Puede almacenar otras variables como KWh, KVAh, KVARh, eventos en tensión

(huecos y elevaciones), lo cual permite realizar un mejor estudio de la calidad de

energía que se está prestando.

Le permite a la empresa el uso de esquemas tarifarios, que se adapten a la curva de


demanda.

Se pueden establecer planes de automatización de la lectura, evitando el error

humano en la realización de la lectura de la medida.

La posibilidad de implementar la "energía prepago" mediante tarjetas inteligentes

(smart cards) lo cual permitirá tener un mejor control sobre la energía consumida

beneficiando principalmente a los usuarios.

Resumiendo se puede decir que los medidores electrónicos han superado en

funcionamiento a los medidores electromecánicos en términos de funcionalidad y utilidad

(Paul, 1998).

1.4 Medidor Electrónico modelo DDS666 (marca CHINT)

Unos de los medidores de energía eléctrica más utilizados en Cuba, es el medidor marca

CHINT modelo DDS666 de fabricación China. Estos medidores electrónicos monofásicos

poseen un amplio display de medición, como se puede observar en la Figura 1.9. Sus

características principales son: estructura estable, larga vida, alta estabilidad y elevada

fiabilidad. Posee una interfase de salida para adquisición de datos y comprobación del

mismo. Poseen una función de control anti-robo de electricidad (Mechint, 2013).


Figura 1.9 Medidor DDS666.

1.4.1 Características técnicas

Clase de precisión 1.0, 2.0.

Frecuencia de referencia 60Hz ± 5%.

Tensión de referencia 220V.

Dimensiones 110 x 168 x 65 mm.

Límites de la tensión de referencia 70% ~ 120% Un.

Rango de corrientes 5(20)A, 5(30)A, 10(40)A, 10(60)A, 15(60)A, 15(100)A,

20(80)A, 30(100)A.

Consumo del circuito de tensión ≤ 1,5W (6VA).

Consumo del circuito de corriente ≤ 2,6VA.

Temperatura de trabajo -25ºC ~ +55ºC.

Límites de temperatura de trabajo -40ºC ~ +70ºC.

1.4.2 Etapas de medición

Este medidor eléctrico se puede dividir en tres etapas: acondicionamiento de información,

procesamiento de señales y visualización. En la Figura 1.10 se muestra el esquema de los

bloques que describe a este medidor digital de energía eléctrica.

Figura 1.10 Etapas del medidor digital de energía eléctrica.

A continuación se describen brevemente las tres etapas que forman al medidor digital de

energía DDS666.

Etapa de acondicionamiento de información: Esta etapa tiene los sensores que realizan

la monitorización tanto de la corriente como de la tensión del sistema y está formada por:


Los divisores de tensión que se encargan de establecer una tensión proporcional a la

tensión del sistema (de menor valor) para que esta sea adquirida y digitalizada por el

ADC.

Los sensores de corriente, los cuales establecen una tensión proporcional a la

corriente que circula por el conductor que está siendo sensado y que luego es

adquirida y digitalizada por el ADC.

Etapa de procesamiento de señales: La etapa de procesamiento de señales está contenida

en el circuito integrado ATT7021 que realiza el proceso de la medición de energía eléctrica,

para el cual consta de los ADCʼs, filtros, entre otros.

Etapa de visualización: En la etapa de visualización el medidor DDS666 cuenta con un

registrador electromecánico. Este registrador cuenta con tambores mecánicos giratorios de

6 dígitos. El registrador está compuesto por un contador mecánico y un motor paso a paso.

El DDS666 emplea en el proceso de medición el circuito integrado ATT7021, el cual tiene

como entrada las señales analógicas sensadas de corriente y de voltaje, y como salida tres

pulsos de frecuencias (F1, F2 y CF). CF está destinado a la calibración, F1 y F2 son

utilizados por el motor paso a paso de contador electromecánico. Las características

fundamentales de estas señales se explicarán en la sección 2.1.

La calibración del DDS666 se realiza mediante hardware, conectando o desconectando

puentes que están en paralelo con los resistores del divisor de tensión. Según el error de

energía inicial del medidor (que se obtiene tomando el led rojo del medidor y un adecuado

banco de prueba), se computa la corrección necesaria del valor de tensión de muestra y por

ende, la modificación del divisor resistivo. Conocer este cambio de resistor permite

seleccionar los puentes a conectar o desconectar.

1.5 Telemedida

Es la medida del consumo de energía de un usuario y gestión de la misma por sistemas de

control a distancia. Cualquier sistema necesita:

o Medidores de energía con emisor de impulsos


o Concentradores de impulsos

o Sistemas de transmisión de la información, bien por redes de baja o media tensión,

redes telefónicas, radio o cualquier otro método

Las aplicaciones de la lectura automática son diversas y simplifican el uso de los recursos

mejorando la calidad del servicio y las prestaciones.

1.5.1 Aplicaciones de la Telemedida

Control del consumo

Al poder almacenar continuamente los datos emitidos por los medidores, se puede hacer

una facturación instantánea al hacer lecturas de medidores y conocer los consumos de cada

usuario, y se pueden realizar cálculos estadísticos de consumo y conocer las curvas de

demanda de energía de un usuario, de un conjunto de usuarios o de un centro de

transformación, muy útiles para hacer las previsiones de consumo por parte de la compañía

generadora.

Esto también es muy útil porque el almacenamiento de los datos para las estadísticas de

cada usuario hace que éste pueda realizar un mejor control de su propio consumo, eligiendo

la tarifa que mejor se le adapte o modificando su consumo para controlar el gasto.

Otra aplicación es realizar el control de los interruptores de control de potencia (ICP) y

realizar la desconexión de un circuito que consume más de la potencia contratada.

Control de las tarifas

Se puede tener un control sobre las tarifas pudiendo hacer un cambio de las mismas para

cualquier usuario, cambios en los complementos de tarifa, realizar discriminaciones

horarias según las tarifas o definir los días en los que la tarifa es distinta (sábados y

festivos).

Control de las redes

Se puede tener un control sobre las redes de distribución, con lo que se hace una

racionalización de la energía, cortando y restableciendo el suministro a distancia en los

momentos que se produzcan fallos en líneas. Esto permite tener un máximo


aprovechamiento de la potencia disponible en cada lugar, mediante el estudio y análisis de

curvas de carga instantáneas que permiten realizar conexiones y desconexiones instantáneas

de circuitos que no sean prioritarios transmitiendo las órdenes oportunas por la red a los

medidores de energía correspondientes.

1.6 Intercambio de información

El único contacto que tenían los medidores de energía eléctrica originales con el exterior,

era el indicador de la energía consumida que iba a ser consultado por un operario

periódicamente. A medida que se realizan avances en la tecnología, el flujo de datos que se

intercambia con ellos es mucho mayor, ya que no sólo hay que tener un sistema que capte

la lectura del medidor. En el momento en el que se pretenden sustituir las visitas periódicas

de los operarios por lecturas automáticas aparecen nuevos problemas y nuevas soluciones.

En primer lugar el medidor de energía ya no es un aparato electromecánico que únicamente

sirve para visualizar un registro, sino que pasa a tener partes electrónicas que sirven para

controlarlo que necesitan ser programadas y actualizadas cada cierto tiempo. En caso de

fallo, hay que tener acceso directo tanto al medidor como al registrador para comprobar lo

que no funciona correctamente y poder hacer las modificaciones correspondientes.

Y por último hay que tener un acceso a distancia para recibir los datos que genera el

medidor y poder hacer cambios en el mismo tales como actualización de horarios de

tarificación, actualizaciones del software, cambios en la identificación, en el protocolo, etc.

1.6.1 Interfaces Hombre-Máquina (HMI)

La introducción de las nuevas tecnologías en los equipos e instalaciones de medida, donde

el control está distribuido y hay una supervisión informatizada de los procesos, alejan al

hombre del control directo de los procesos que se ejecutan.

Aparece el diálogo persona-máquina a través de interfaces computarizadas para la

supervisión y el control, así como para la gestión del mantenimiento de dichos sistemas.

Para ello se utilizan terminales inteligentes con E/S pensados para realizar Interfaces

Hombre Máquina, como:


Equipos con LCD gráfico, LCD de texto.

Pantalla táctil.

Teclados.

Lectura manual ficheros.

CAPÍTULO 2. Descripción, empleo y métodos para la transmisión de la transmisión de la información de

los pulsos de frecuencia de salida del CI-ATT7021 24

CAPÍTULO 2. Descripción, empleo y métodos para la transmisión de la

información de los pulsos de frecuencias de salida del CI-

ATT7021

En este capítulo se analizan las características fundamentales del CI-ATT7021, que es el

componente principal del medidor de energía DDS666. A través de un experimento, se

comprueba el funcionamiento del medidor de energía a partir de los pulsos obtenidos.

También se define la propuesta para la aplicación y se describen los elementos

fundamentales que están implicados en estas.

2.1 Circuito Integrado ATT7021

Como se ha planteado anteriormente el modelo DDS666 utiliza el circuito integrado

ATT7021 en la medición de energía eléctrica. Este circuito presenta una alta exactitud, un

amplio alcance dinámico, alta estabilidad, una longevidad por encima de 20 años, entre

otras características enumeradas en el “Manual de Usuario ATT7021” (2012). A

continuación se muestra, en la Figura 2.1, el diagrama de terminales de este circuito:



Figura 2.1 Diagrama de terminales del CI-ATT7021.

Los terminales de este circuito pueden clasificarse según sus funciones de forma diferente.

Entre los terminales se encuentran algunos que pueden ser: terminales de entrada,

terminales de configuración o terminales de salida. A continuación se describen los

terminales relacionados con la medición y configuración del circuito integrado según su

clasificación:

Terminales de entrada

V 1P, V1N: Canal de entrada de corriente analógica.

V 2N, V2P: Canal de entrada de voltaje analógico.

Terminales de configuración

SCF: Selector de calibración de frecuencias.

S1, S0: Selector de frecuencias para el conversor de frecuencia digital.

G1, G0: PGA selector.

Terminales de salida

F2, F1: Salidas de baja frecuencias.

CF: Salida de alta frecuencia.



En la Figura 2.2 se presenta el diagrama de bloques de este circuito, para describir su

funcionamiento. Las señales de corriente y voltaje analógicas se adquieren por los canales

correspondientes V1 y V2, estas señales se convierten a digital con los convertidores

análogo-digital sigma-delta de 16 bits. Las señales digitales, de corriente y voltaje, son

filtradas para eliminar los componentes distintos a la frecuencia principal de 60 Hz y

multiplicadas con un ajuste a punto fijo de 20 bits para obtener la potencia x. Del resultado

se eliminan los componentes de frecuencia no deseados a través de filtrado paso bajo y

finalmente el valor de la potencia se convierte a frecuencia. La frecuencia de los pulsos de

salida (F1 y F2, CF) varía según la potencia consumida. Estos pulsos serán utilizados en

este trabajo para la creación de nuevas prestaciones al modelo DDS666.

Figura 2.2 Diagrama en bloques del funcionamiento del circuito integrado ATT7021.

Unos de los terminales del CI-ATT7021 son las salidas de frecuencias F1 y F2. También

conocidas como razón del pulso y están relacionadas a las señales de voltajes de entrada

mediante la siguiente ecuación:

(15)

donde V1 y V2 son las señales diferencial de voltaje(rms) en los canales 1 (corriente) y 2

(voltaje) respectivamente. G es el valor de ganancia seleccionado en el PGA (Amplificador



de Ganancia Programable) mediante las entradas lógicas G0 y G1, como se observa en la

Tabla 2.1 y Figura 2.2. es el voltaje de referencia con un valor de 2.5V 8%. El valor

de se obtiene a partir de la configuración de las entradas lógicas S0 y S1; mientras

que CF depende además de la configuración de SCF, ver Tabla 2.2 y Figura 2.2.

G1 G0 Ganancia de V1

0 0 1

0 1 2

1 0 8

1 1 16

Tabla 2.1: Selección de ganancia.

SCF S1 S0 (Hz) CF (Hz)

100

000

1.7 128xF1,F2

64 xF1,F2

101

001

3.4 64 xF1,F2

32 xF1,F2

110

010

6.8 32 xF1,F2

16 xF1,F2

111

011

13.6 16 xF1,F2

2048 xF1,F2

Tabla 2.2: SCF, S1, S0 vs frecuencia CF.

Los pulsos de salida CF dan la información de la potencia real instantánea, su valor se

puede estimar a partir de la Tabla 2.2. Esta salida puede ser usada con el fin de calibración

o para conectarse con un MCU. Mientras que las salidas F1, F2 son utilizadas por el motor

paso a paso del contador electromecánico del medidor de energía DDS666.

2.2 Experimento para la obtención de los pulsos de frecuencia

Para un mejor entendimiento del comportamiento de los pulsos de frecuencias se realizó un

experimento con el medidor de energía DDS666. La carga empleada fue una lámpara

incandescente de 200W. En el Anexo I se puede observar el montaje práctico del

experimento. En este se realizó una medición de los parámetros iniciales de voltaje (V) y de

corriente (I). Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Voltaje (V) = 225.2 V.



Corriente (I) = 0.915 A.

La configuración de las entradas lógicas está implementada en el circuito impreso del

medidor de energía DDS666. Esto también se puede observar en el esquema de una

variante del medidor de energía DDS666, que se presenta en el Anexo III. Con un análisis

visual de este circuito impreso se determinó que la configuración es la siguiente:

G0 = G1 = 0, por tanto G = 1 (ver Tabla 2.1).

SCF = S0 = 0 y S1 = 1, por tanto y CF = 16 x F1, F2 (ver Tabla

2.2).

El cálculo de V1´ se realiza a partir del circuito equivalente del acondicionador de la señal

de entrada de corriente mostrado en la Figura 2.3, el cual presenta un transformador de

corriente (TC) a la entrada. El voltaje diferencial (V1´) depende de la corriente de entrada,

convertida a voltaje a partir de las resistencias shunt R1 y R2 con valor de 2Ω cada una.

Esta corriente de entrada es el doble de la corriente medida en la práctica, debido a que las

dos fases se suman en el TC. Luego de analizadas las condiciones iniciales se obtiene:

Finalmente la calibración se realiza mediante puentes (jumper, J) ubicados en el circuito

impreso, que se representan en la Figura 2.3 a través de ∑RJ y ∑RJ´. Esta calibración

proporciona el voltaje de entrada V1. El valor de V1 se obtuvo mediante la realización de

una medición obteniéndose un valor aproximadamente igual a 2.8 mV.



Figura 2.3 Circuito acondicionador de la señal de corriente.

El cálculo de V2 se realiza a partir del circuito equivalente del acondicionador de la señal

de entrada de voltaje mostrado en la Figura 2.4, que brinda el voltaje diferencial V2.

Figura 2.4 Circuito acondicionador de la señal de voltaje.

Igualmente, ∑RJ son las resistencias de calibración ubicadas en el circuito impreso (ver

Anexo III). Vistas las condiciones iniciales se puede decir que:

∑



A partir de la ecuación (15) se obtienen los valores de F1 y F2, los que permiten calcular el

valor de CF:

Los resultados anteriores constituyen un análisis teórico a partir de los valores medidos. A

continuación se realiza la medición práctica de los pulsos de frecuencias CF. Para la

extracción de los pulsos con un osciloscopio digital se polarizó el transistor de salida del

opto-acoplador NEC2501 (ver Anexo III), con una resistencia de 4.7 KΩ, como se muestra

en la Figura 2.5.

Figura 2.5 Polarización del opto-acoplador para la captura de los pulsos.

La forma de onda de los pulsos obtenidos con un osciloscopio digital (RIGOL, 2007) se

puede ver en la Figura 2.6. La frecuencia de estos pulsos, que se muestra en la Figura 2.7,

es aproximadamente igual a la calculada anteriormente.



Figura 2.6 Forma de onda de los pulsos CF (Ancho del pulso aproximadamente igual a

87.62ms).

Figura 2.7 Frecuencia de los pulsos CF (Periodo de los pulsos aproximadamente igual a 11s

y frecuencia de los pulsos aproximadamente igual a 0.09Hz)

La potencia consumida se puede calcular según las condiciones iniciales de voltaje y

corriente, de la siguiente forma:



A partir de los resultados obtenidos de la frecuencia de los pulsos se puede comprobar los

valores de potencia consumida. El medidor empleado en el experimento tiene como dato la

característica de emitir 1600 pulsos (CF) por cada 1kWh de energía consumida

(1600imp/kWh).

Los pulsos (CF) obtenidos por el osciloscopio digital presentan una frecuencia

aproximadamente igual a 0.09Hz y un periodo de 11 segundos (como se puede ver en la

Figura 2.7). Entonces por cada 3600 segundos (una hora) se obtendrán

327.27imp/segundos. Por tanto, si 1600 pulsos equivale 1kWh, entonces 327.27 pulsos dan

un consumo de potencia igual a 204.5W. Comprobando así que los valores esperados son

aproximadamente igual a los obtenidos.

2.2.1 Rectificación de los resultados experimentales variando la carga de consumo

Se realizó un ensayo parecido al anterior pero con otra carga de consumo. En este ensayo se

conectó una lámpara incandescente de 100W de potencia. Mediante el osciloscopio se

capturó la forma de los pulsos y su frecuencia, como muestran las Figuras 2.8 y 2.9

respectivamente.

Figura 2.8 Forma de onda de los pulsos CF (Ancho del pulso aproximadamente igual a

87.62ms)



Figura 2.9 Frecuencia de los pulsos CF (Periodo de los pulsos aproximadamente igual

22.67s y frecuencia de los pulsos aproximadamente igual a 0.04Hz

Para una carga de 100W se obtuvieron pulsos con frecuencia aproximada de 0.04Hz y de

periodo 22.67 segundos, según la Figura 2.9. Entonces, por cada 3600 segundos se

obtendrán ahora 158.8 pulsos de frecuencia. Y si por cada 1600 pulsos de frecuencia se

consume 1kWh, entonces la potencia consumida será igual a 99.3W, quedando de esta

forma comprobados los resultados prácticos obtenidos.

También se puede llegar a la conclusión de que el ancho del pulso no varía con respecto a

la carga consumida. Esto se puede corroborar en las Figuras 2.8 y 2.9.

2.3 Requisitos para una variante tecnológica del medidor DDS666 a partir del

empleo de los pulsos de frecuencia

En este apartado se abordan los requisitos a lograr para una propuesta de variante

tecnológica al modelo de medidor de energía DDS666. Concretamente estos son los

siguientes:

Guardar periódicamente en memoria los valores de medición de energía.

Visualizar el consumo de energía en un display LCD.



Transmitir los datos de la medición, a través de la comunicación serie a una PC.

Estas nuevas prestaciones permiten un mejor monitoreo del consumo de la energía

eléctrica. Estas prestaciones, son de gran interés para la Fábrica de Fusibles y

Desconectivos de la empresa de producciones electromecánicas en Santa Clara donde se

ensamblan medidores DDS666.

Para estas funciones se hará uso de un microcontrolador PIC (Peripheral Interface

Controller), como dispositivo principal. El PIC que como centro de procesamiento

dependerá de otros componentes para cumplir con todos los requerimientos planteados. El

hardware de estas prestaciones está compuesto por un display LCD conectado a un puerto

del microcontrolador PIC 16F870, la memoria EEPROM interna y el subsistema de

comunicación serie. En la comunicación serie se pueden emplear convertidores de norma,

como RS-232 o RS-485, para conectarse a una PC.

2.4 Los microcontroladores PICs. El 16F870

En los últimos tiempos los microcontroladores ha revolucionado el mundo de las

aplicaciones electrónicas. Dada su facilidad de uso, programación e integración se han

convertido en una potente herramienta de control. En este apartado se dará breves

características de los mismos así como del PIC que se utilizará en la aplicación a crear.

2.4.1 Los microcontroladores PICs

Los microcontroladores PICs son fabricados por una gran variedad de productores a nivel

mundial, destacándose cuatro compañías: National, Philips, Motorola y Microchip. Esta

última es la más prestigiosa en este renglón. Las características de los PICs producidos por

estos gigantes son muy similares así como sus prestaciones (Medina, 2008).

Explicado mediante términos sencillos, se define a un microcontrolador como un circuito

integrado (conocido como chip) que incluye en su interior las tres unidades funcionales de

una computadora: CPU, memoria y unidades de E/S, es decir, se trata de una computadora

completa en un solo circuito integrado. Aunque sus prestaciones son limitadas si las



comparamos con las de cualquier ordenador personal, además de dicha integración, su

característica principal es su alto nivel de especialización (Palazzesi, 2006).

Las familias de microcontroladores, desarrollada por la casa Microchip, se dividen en

cuatro gamas, enana, baja, media y alta. Las principales diferencias entre estas gamas

radica en el número de instrucciones y su longitud, el número de puertos y funciones, lo

cual se refleja en el encapsulado, la complejidad interna y de programación, y en el número

de aplicaciones. La selección de un PIC debe ajustarse a las necesidades, evitando así usar

un chip más potente de lo que en realidad se necesita, y no invertir dinero en recursos que

no interesan. Precisamente esta amplia gama de subsistemas, sumado a la plasticidad, la

enorme cantidad de información sobre el tema y bajos precios hace que los

microcontroladores PICs sean candidatos de alto valor para el desarrollo de aplicaciones

como las que se proponen. La posibilidad de almacenar el programa de una manera

sencilla, empleando ICSP (In-Circuit Serial Programmed), es otra ventaja a tomar en

consideración.

2.4.2 El 16F870

El modelo 16F870 posee varias características que hacen a este microcontrolador un

dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en diversas aplicaciones. El

diagrama de terminales de este microcontrolador se muestra en la siguiente figura (Herrera

y Hernández, 2004). El 16F870 es seleccionado para esta aplicación preliminar, debido a

los recursos que posee, que se describen a continuación.



Figura 2.10 Diagrama de terminales para el 16F870.

Características

1. Memoria de Programa tipo Flash 2K (palabras de 14 bits).

2. Memoria Datos 128x8 bytes.

3. EEPROM 64x8 bytes.

4. 22 terminales de Entrada/Salida.

5. Soporta Xtal 20MHz.

6. Voltaje de Operación: 2.0 hasta 5.5VDC (Microchip, 2003).

Periféricos

1. 1 Conversor A/D de 10-bits (8 canales).

2. 2 Módulos CCP (Captura, Comparador, PWM).

3. 1 Modulo I2C.

4. 1 USART (Puerto Serie).



5. 2 Timers de 8 bits.

6. 1 Timer 16 bits (Microchip, 2003).

2.5 Puertos de comunicación

Los puertos de comunicación son la forma de poder comunicar el medidor eléctrico a un

ordenador para realizar un intercambio de datos. Dependiendo del flujo de datos que se

vayan a enviar y a recibir, será necesario utilizar un puerto de comunicaciones u otro.

Existen distintos tipos de transmisiones de datos dependiendo de cómo se produzca el envío

de la información (Serra y Bosch, 2008).

o Transmisión Simplex: La transmisión de datos se produce en un solo sentido.

Siempre existen un nodo emisor y un nodo receptor que no cambian sus funciones.

o Transmisión Half-Duplex: La transmisión de los datos se produce en ambos

sentidos pero alternativamente, en un solo sentido a la vez. Si se está recibiendo

datos no se puede transmitir.

o Transmisión Full-Duplex: la transmisión de los datos se produce en ambos sentidos

al mismo tiempo. Un extremo que está recibiendo datos puede, al mismo tiempo,

estar transmitiendo otros datos.

Igualmente es importante tomar en consideración las características relacionadas con la

aplicación, por ejemplo: la distancia entre el receptor y el transmisor, el medio físico

empleado en la comunicación, entre otros. Por estas razones, a continuación se analizan

elementos relacionados con los puertos y algunas normas.

2.5.1 Puertos Serie. El USART

El puerto serie, también llamado puerto de comunicación (COM), es bidireccional. La

comunicación bidireccional permite a cada dispositivo recibir datos, así como también

transmitirlos. Los dispositivos series usan distintos terminales para recibir y transmitir

datos. Usando un solo terminal se limitaría la comunicación a half-duplex, esto quiere decir

que la información solamente podría viajar en una dirección a la vez. Usando distintos

terminales, permite que la comunicación sea full-duplex, en la cual la información puede



viajar en ambas direcciones al mismo tiempo. Los puertos series dependen de un chip

especial como controlador, el Universal Synchronous Asynchronous Receiver / Transmitter

(USART), para funcionar correctamente. El USART toma la salida paralela del bus del

sistema de la computadora y lo transforma en forma serie, para transmitirse a través del

puerto. Para que funcione más rápido, la mayoría de los USART tienen un buffer integrado

que varía de 16 a 64 Kbyte de capacidad. Este buffer permite almacenar datos que vienen

del bus del sistema, mientras procesa los datos de salida (por el puerto serie). La mayoría

de los puertos serie tienen una velocidad de transferencia de 115 Kbps, aunque hay algunos

de alta velocidad que pueden alcanzar velocidades de transferencia de hasta 460 Kbps

(Kusch, 2007).

2.5.2 Norma RS-232

RS-232 es una norma para la comunicación serie, principalmente utilizada por las

computadoras. A diferencia de la comunicación paralela, la información se envía

secuencialmente, es decir bit a bit, utilizando menos líneas de transmisión que en esta,

donde la información se envía de manera paralela, es decir varios bits al mismo tiempo.

Esta característica de la RS-232 le otorga la capacidad de transmitir a mayores distancias,

pero con menor velocidad (Lauderdale, 2007). La interfaz RS-232 está diseñada para

distancias cortas, de hasta 15 metros según la norma, y para velocidades de comunicación

bajas, de no más de 20 Kbps. A pesar de ello, muchas veces se utiliza a mayores

velocidades con resultados aceptables. La interfaz puede trabajar en comunicación

asincrónica o sincrónica y tipos de canal simplex, half duplex o full duplex (Delgado et al.,

2011).

La interfaz física correspondiente a la norma RS-232 es el conector que se muestra en la

Figura 2.11, y es conocido como conector DB-9, lo que hace referencia a los 9 terminales

de los que está compuesto. También coexiste junto con él, el conector DB-25 (de 25

terminales), pero actualmente se utiliza mucho menos.



Figura 2.11 Conector RS-232 (versión de 9 y de 25 terminales).

Los nueve terminales que componen al conector DB-9 son los que siguen:

1) DCD: Detección de portadora Señal de entrada

2) RXD: Recibir Datos Señal de entrada

3) TXD: Transmitir Datos Señal de salida

4) DTR: Terminal de datos listo Señal de salida

5) GND: Tierra Referencia para señales

6) DSR: Equipo de datos listo Señal de entrada

7) RTS: Solicitud de envió Señal de salida

8) CTS: Libre para envió Señal de entrada

9) RI: Indicador de llamada Señal de entrada

En la comunicación serie, los terminales que portan los datos son RxD y TxD, los demás se

encargan de otros trabajos. Por ejemplo, el DTR indica que el ordenador está encendido,

DSR que el dispositivo conectado al puerto está encendido, RTS que el ordenador al no

estar ocupado puede recibir datos, CTS indica que el dispositivo puede recibir datos y DCD

detecta que existe presencia de datos (Graullera, 2006).

Para la comunicación con los subsistemas construidos con PICs, solo se usaron los

terminales encargados de la transmisión y la recepción de los datos. No se realiza ningún

control de flujo, por lo que el resto de las señales no se tienen en cuenta y las líneas quedan

en circuito abierto.



2.5.3 Norma RS-485

Este bus serie es uno de los más utilizados en las comunicaciones industriales, destacado

tanto por su bajo costo como por su simplicidad, la cual facilita su instalación. Para su

montaje se emplea un par trenzado que permite un enlace unidireccional, semiduplex,

compartido tanto para transmitir como para recibir datos, pero no ambas operaciones a la

vez (Miras, 2013).

El bus permite una velocidad de datos de 10 y hasta 20 Mbps (a 12 metros de distancia), y

de 100 Kbps cuando los terminales están separados 1200 metros entre sí. El sistema

permite añadir al bus hasta 32 terminales, aunque en la actualidad ya se están utilizando

sistemas de 128 y hasta 256 dispositivos conectados entre sí a una misma red de sólo dos

hilos trenzados (Delgado et al., 2011).

2.6 Características del puerto serie de la PC

El puerto serie, también conocido como puerto de comunicaciones (COM), está

considerado como una interfaz externa fundamental de la computadora personal. El nombre

“serie” proviene del hecho que este puerto “serealice” los datos. Es decir, toma un byte de

datos y transmite sus 8 bits uno a uno, como se mencionó anteriormente.

Cuando no se transmite ningún carácter, la línea está en estado alto. Antes de cada byte de

datos, el puerto serie envía un bit de inicio, el cual consiste en un único bit con un valor de

“0” que indica que se va a transmitir un byte. Luego de este, envía un bit de parada con el

cual se indica que el byte está completo. También puede enviar un bit de paridad para

comprobar si la información recibida es la correcta. Lo anterior queda ilustrado en la Figura

2.12.



Figura 2.12 Transmisión de un byte a través del puerto serie.

EL puerto serie es bidireccional, esto significa que permite a cada entidad, tanto recibir

datos como enviarlos. Utilizan distintos terminales para la transmisión y recepción, ya que

usar el mismo terminal limitaría la comunicación a half-duplex, lo cual significa que la

información solo viajaría en un sentido a la vez.

2.7 Comunicación a través del puerto serie de la PC

Antes de iniciar cualquier comunicación con el puerto RS-232 se debe determinar la

configuración del mismo, y establecer de igual valor, los parámetros que rigen el enlace, en

las dos entidades involucradas en la transferencia de datos.

Siendo los parámetros a configurar los siguientes:

• Velocidad de transmisión

• Número de bits de datos

• Control de flujo

• Paridad

En las aplicación realizada con PIC (Pérez, 2008), estos parámetros fueron seleccionados

de la manera siguiente:

Razón de baudio…….9600



Bits de datos………..8

Bit de paridad…..…..ninguno

Control de flujo……..ninguno

Se eligió una baja razón de baudio, de manera que se pueda extender el cable de

comunicaciones y la probabilidad de error sea la más baja posible, esto teniendo en cuenta

que no es necesario una conexión de alta velocidad para las aplicación construida.

CAPÍTULO 3. Diseño y programación de la aplicación para el medidor de energía eléctrica DDS666 43

CAPÍTULO 3. Diseño y programación de las aplicaciones para el

medidor de energía eléctrica DDS666

Se aborda el diseño y la programación de una aplicación con el PIC, teniendo en cuenta las

características de estos dispositivos descritas en el capítulo anterior. La aplicación creada

en este capítulo es programada en lenguaje C, empleando el compilador PCHW de CCS

(Custom Computer Services Incorporated). También se utilizaron otras herramientas de

simulación de software y hardware para su implementación. Y se muestran los resultados

obtenidos.

Se construyó una aplicación que incorpora nuevas prestaciones al DDS666, posibilitando

guardar en memoria EEPROM la lectura de la energía consumida, visualizarla y

transmitirla a una PC.

3.1 Descripción general del hardware de la aplicación

En este proyecto se utilizó el PIC 16F870, que contiene una memoria EEPROM de 64

bytes. Se necesita el uso del circuito integrado MAX 232A producto a que se utiliza la

comunicación serie en ambas direcciones y que este puerto trabaja con voltajes entre -12V

(nivel bajo) y +12V (nivel alto). De esta manera se convierten los niveles de voltaje antes

mencionados a niveles lógicos: 0V (nivel bajo) y +5V (nivel alto). También se emplea un

display LCD, este cuenta con dos filas con 16 dígitos cada una para la visualización. Se

creó un pulso de una frecuencia (A) con las características del pulso CF. El diseño

esquemático se realiza en el software Proteus, compuesto por dos elementos

fundamentales: ISIS (Schematic Capture Program) y ARES (Advanced Routing and

Editing Software). En la Figura 3.1 se muestra el diseño esquemático de la aplicación

utilizando la herramienta ISIS (Rodas, 2010).


Figura 3.1 Diseño esquemático.

3.2 Diagrama en bloques y descripción general del software de la aplicación

La aplicación creada funciona a partir de la lectura de los pulsos de frecuencia descritos en

el capítulo anterior. La energía total se calcula a partir de la suma de los pulsos capturados,

los que dependen de una relación de 1600 pulsos por kWh de energía consumida, esta

información es guardada en la memoria EEPROM. Los valores de energía consumida se

guardaran periódicamente cada 15 minutos en la memoria EEPROM. La energía mensual

es el valor de energía total acumulado del último mes. Este valor es actualizado cada mes

mediante un comando transmitida desde una PC. Los valores de energía total y la mensual


se visualizan en un display. Para el conteo de los 15 minutos se utiliza el Temporizador 1

del microprocesador. En el diagrama de bloques de la figura 3.2 se puede observar lo antes

descrito.

Inicio

Lectura de datos en EEPROM

(Energía Total y E. Mensual)

Visualizar en display

(E. Total y E. Mensual)

¿Recibo de

instrucciones por el

puerto serie?

Guardar en EEPROM

(E. Mesual=0l)

¿Min > 15?

Guardar en EEPROM

(E. Total)

Si

No

No

Si

¿Nuevo mes?

¿Solicitud de

Consumo?

Si

No

No

Envío de la

información de

consumo por el puerto

serie.

Si

Figura 3.2 Diagrama en bloque del funcionamiento de la aplicación.


Los Temporizadores 0 y 1 se utilizaron por interrupciones. El TMR0 (Temporizador 0) se

desborda cada vez que recibe 160 pulsos de CF, valor equivalente a 0.1 kWh de energía

consumida. El TMR1 (Temporizador 1) se emplea como contador interno, es decir, cada

vez que ocurra una interrupción del Temporizador 1 significa que ha transcurrido un tiempo

de 0.1 segundos. En la programación se utilizan funciones incorporadas del compilador

para la escritura y lectura de la memoria EEPROM, para la transmisión y recepción serie, y

para la visualización en el display.

3.3 Edición y Ensamblaje de un Programa usando PCHW

Se emplea el programa MPLAB IDE versión 7.60 como programa contenedor, escogiendo

como opción el uso del compilador PCHW de CCS. Los ficheros que contienen el código

fuente se organizan dentro de un proyecto para ser compilados y ensamblados,

obteniéndose un fichero .hex que es el que se cargará en el microcontrolador. A

continuación se mencionan los pasos necesarios para la creación de un proyecto.

3.3.1 Pasos para la creación de un proyecto usando PCHW

1. Ejecutar la herramienta MPLAB IDE, que se encuentra en

Inicio\Programas\Microchip\MPLAB IDE v7.60\MPLAB IDE o en C:\Archivos de

Programas\ Microchip\MPLAB IDE\Core\MPLAB.exe.

2. Escoger el menú Project>Project Wizard, al aparecer el cuadro de diálogo de

bienvenida, hacer clic en el botón Next para avanzar.

3. En el segundo cuadro de diálogo se escoge el dispositivo con el que se va a trabajar

dentro de un menú desplegable, el cual contiene una inmensa lista de distintos tipos

de microcontroladores PIC.

4. En este cuadro se escoge en el menú desplegable Active Tool Suite la opción CCS C

Compiler, y debajo en el cuadro Toolsuite Contents aparece el ejecutable ccsc.exe,

al cual se le asigna la localización C:\Archivos de Programas\PICC\CCSC.exe.

5. Luego se da un nombre al proyecto y se le asigna una dirección.

6. En este paso se permite incluir ficheros en el proyecto. Para la inclusión de los

ficheros en el proyecto estos se deben seleccionar en el cuadro de la derecha del

cuadro de diálogo y hacer clic en el botón ADD. Para que sean copiados en el


proyecto se debe marcar la pleca al lado de cada fichero seleccionado en el cuadro

de la izquierda.

7. El último cuadro de diálogo es un resumen donde se muestra como ha sido

configurado el proyecto. En caso de que se desee cambiar algo se puede ir a los

pasos anteriores haciendo clic en el botón Back. De lo contrario, si se está de

acuerdo con las opciones seleccionadas anteriormente se hace clic en el botón

Finish.

3.3.2 Escritura del Código Fuente

El código fuente se creó mediante la ayuda mostrada en la planilla para la escritura de un

programa en lenguaje C. Esta planilla se puede ver en el Anexo IV.

3.3.2.1 Directivas de Procesador

Las directivas de procesador aparecen al principio en el formato de la plantilla, aunque

también pueden estar en otra posición dentro del código. En la Figura 3.3 se muestran las

directivas de procesador usadas al principio del programa, estas se dividieron en dos

bloques.

1. Son las directivas de pre-procesado comienzan con el símbolo # y continúan con un

comando especifico. La sintaxis depende del comando. Las directivas usadas en la

Figura 3.3 son:

#INCLUDE <DEVICE chip>, permite definir el PIC con el que se realiza la

compilación.

#FUSES options, permite definir la palabra de configuración para programar

un PIC.

#USE DELAY (CLOCK=Frecuencia), permite definir la frecuencia del

oscilador del PIC.

#USE rs232, permite el uso del módulo USART, estableciendo la razón de

baudios de la comunicación y los terminales de transmisión y recepción.


2. Incluye los ficheros string.h e input.c mediante la directiva #include. Estos ficheros

contienen funciones de trabajo con cadenas de caracteres y funciones de recepción

de caracteres a por el terminal RS-232 RCV. También se incluye mediante esta

directiva el fichero flexlcd17.c, biblioteca usada en la visualización del display.

Figura 3.3 Directivas del procesador.

3.3.2.2 Definición de constantes

La aplicación creada hace uso de constantes que permiten mayor simplicidad y también

proporciona un código más comprensible y claro. En la figura 3.4 se muestran las

constantes usadas.

Figura 3.4 Definición de constantes.

3.3.2.3 Declaraciones de variables globales

Las variables globales se pueden utilizar en todas las funciones del programa y deben

declararse antes de cualquier función y fuera de ellas. Este tipo de variable son puestas a

cero cuando se inicia la función principal main() (Breijo, 2008). En la Figura 3.5 se muestra

la declaración de alguna de las variables globales utilizadas en el programa.


Figura 3.5 Declaración de variables globales.

En esta declaración se ven cuatro tipos de datos distintos int1, int e int16, la primera usa un

bit, y las últimas dos usan ocho y 16 bits respectivamente. Los últimos datos empleados son

del tipo float, este es una variable con coma flotante de 32 bits.

3.3.2.4 Prototipo de funciones

El uso de las funciones en el código fuente tiene dos formas de emplearse. Puede ser

escribiéndolas completamente antes de usarlas o escribiendo el prototipo antes de usarlas y

luego definirlas. En la aplicación se emplean los prototipos de funciones ya que brindan

más claridad en el código fuente. En la Figura 3.6 se muestra los prototipos de funciones

empleados.

Figura 3.6 Prototipos de funciones.

Los prototipos de funciones también brindan una mejor compresión del código, sirviendo

como un resumen de las funciones empleadas. En este programa se puede observar que

existen cuatro funciones y tienen como objetivo:

inicializacion: inicializar los valores de variables y configurar los Temporizadores

usados.

lectura_de_valores_en_EEPROM: este función es llamada una vez al comenzar el

programa y antes de empezar a calcular los nuevos valores de energía.


tx_rt_serial: detecta si ha recibido alguna orden por el puerto serie, y según esta se

guardará información en memoria o se transmitirán los datos requeridos.

visualizar: esta función visualiza en display los valores de energía total y mensual

consumida.

3.3.2.5 Definición de funciones de Atención a las Interrupciones

En el programa se hace uso de la directiva de preprocesador #int_xxx. Esta directiva le

indica al compilador que la siguiente función debe ser llamada cuando ocurra la

interrupción xxx. En este programa se utilizaron dos interrupciones: la del Temporizador 0

y la del Temporizador 1.

Figura 3.7 Atención a la interrupción del TMR0.

En la Figura 3.7 se observa la función timer0 ( ), esta ocurre cada vez que se desborde el

Temporizador 0, contando 160 pulsos externos de frecuencia recibidos. Ocurrida esta

interrupción lo primero que se comprueba el valor de la variable total, debido a que esta no

debe exceder el valor de 99999.9. La configuración realizada permite el incremento en 0.1

kWh (1600 pulsos por kWh) de la energía total y de la mensual cada vez que ocurre una

interrupción de este tipo.

La función timer1 ( ) también es atendida por interrupción. Esta fue configurada para

realizar un conteo de 0.1 segundos cada vez que suceda un desbordamiento del

temporizador 1. Transcurridos 9000 desbordamientos de este tipo, representan un tiempo de

15 minutos, se guarda en memoria EEPROM los valores de energía total y mensual. Por

último se vuelve a recargar el valor de conteo de este temporizador, como se puede


observar en la siguiente figura. La variable utilizada para contar 9000 interrupciones

equivalentes a 15 minutos, es “minutos”. La programación de esta interrupción se observa

en la siguiente Figura 3.8.

Figura 3.8 Atención a la interrupción del TMR1.

3.3.2.6 Función principal

Esta función tiene como nombre main, y es por donde comienza a ejecutarse el código

escrito por el programador. En esta subrutina se debe plantear el esquema lógico de

sucesión de acciones del programa. Aquí se ubicarán los lazos principales, donde puede

haber encuestas, barridos, etc. Cualquier variable que se desee declarar dentro de esta o

cualquier otra función, deberá hacerse al principio del bloque (Moreno, 2008). Estas

variables tendrán vida solo dentro de dicho bloque.

En esta función lo primero que se ejecutan son las instrucciones de llamado a las funciones

de lectura_de_valores_en_EEPROM(), inicializacion() y lcd_init(). Luego se muestra en el

display el tipo de medidor que se utiliza y el parámetro que visualizará. Por último se

ejecuta un lazo cerrado sobre las llamadas de las funciones visualizar() y tx_rx_serial(),

como se muestra en la Figura 3.9.


Figura 3.9 Función principal.

3.3.2.7 Definición de funciones

Las funciones son bloques de sentencias; todas las sentencias se deben enmarcar dentro de

las funciones. Al igual que las variables, las funciones deban definirse antes de utilizarse.

Después de creados los prototipos de funciones antes descritos, se definen las funciones a

implementar. En las siguientes figuras pertenecen al código del programa donde se definen

las funciones.

Figura 3.10 Definición de la función lectura_de_valores_en_EEPROM ().

La función mostrada en la Figura 3.10 solamente es llamada y ejecutada cuando se

inicializa el programa. Esta tiene como objetivo la recuperación de los datos almacenados

anteriormente en la memoria EEPROM, datos correspondientes a los valores de energía

consumida.

En la Figura 3.11 se muestra la función inicialización (), en esta se inicializan las variables

usadas (minutos, b y watt), y se inicializan y se habilitan las interrupciones de los


Temporizadores. En la Figura 3.12 se observa la función visualizar () y en la 3.13 la

función tx_rx_serial (). Esta última comprueba el estado de recepción del puerto serie y se

ejecuta según el dato recibido por este. Si de la PC, donde se encuentra el supervisor, se

transmite un 1 (recibe el dato 49) entonces se reinicia el conteo de energía mensual

consumida y se guarda en memoria. Si se transmite un 2 (recibe un 50) hacia el

microcontrolador este le transmitirá a la PC el valor de energía total consumida.

Figura 3.11 Definición de la función inicializacion ().

Figura 3.12 Definición de la función visualizar ().


Figura 3.13 Definición de la función tx_rx_serial ().

3.3.3 Construcción del proyecto

Existen dos opciones de "hacer" o "construir" la compilación y enlazado de los ficheros del

proyecto. Esto se puede realizar mediante el menú Project>Build All, recompilándose de

esta forma todos los ficheros fuentes del proyecto. La segunda opción es el menú

Project>Make, ofreciendo una compilación más rápida ya que solo se recopilará los

ficheros que hayan sido modificado desde la última compilación.

Realizada la compilación se puede observar si el resultado fue exitoso o si hubo errores. La

ventana de salida (Output) es donde se muestran dichos resultados, como se muestra en la

Figura 3.14.


Figura 3.14 Ventana de salida, luego de la compilación.

El software PCHW, donde se realizó el programa, utiliza el compilador CCS C. En el caso

del compilador CCS C, después de compilar se generan, entre otros, los archivos *.hex y

*.cof. Estos archivos o ficheros se pueden utilizar para trabajar en el entorno Proteus VSM.

En el fichero *.hex se encuentra la información de cada instrucción en el lenguaje de

máquina y la posición que ocupará dentro de la memoria de programas. Y el fichero *.cof

contiene el código de máquina e información de depuración (debugging).

Para ejecutar el programa desde ISIS se debe abrir la ventana de edición del

microcontrolador y en el ítem Programam File se puede cargar el fichero código fuente

utilizado, como se observa en la Figura 3.15.


Figura 3.15 Ventana de edición del microcontrolador.

3.4 Integración y verificación

La integración y verificación de la aplicación se realizaron de forma virtual, de la misma

forma que el ejemplo anterior. Si los resultados son positivos se puede proceder de forma

real de una manera más segura y confiable. El ambiente integrado entre el MPLAB IDE y

el Proteus nos permite la realización de este procedimiento. En la Figura 3.16 se muestra la

simulación virtual.


Figura 3.16 Simulación virtual de la aplicación.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 58

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

• Se realizó una búsqueda bibliográfica acerca de los parámetros involucrados en la

medición de energía eléctrica, quedando disponible un breve resumen que contiene

los elementos fundamentales.

• Se detalló la estructura y funcionamiento de los tipos de medidores existentes: los

electromecánicos y los electrónicos; presentándose datos de los fabricantes más

importantes y referencias de normativas para estos sistemas de medición.

• Mediante un experimento se comprobó el funcionamiento del circuito integrado

ATT7021, esclareciendo la forma de onda de los pulsos y su relación con la

potencia. De esta forma se pudo establecer el empleo, de un MCU para la creación

de nuevas prestaciones.

• Se creó una aplicación que incorpora nuevas prestaciones al medidor DDS666 para

incrementar su funcionalidad. Estas nuevas prestaciones, posibilitan un mejor

monitoreo de la información, dando cumplimiento al proyecto de colaboración con

la Fábrica de Fusibles y Desconectivos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 59

Recomendaciones

Los resultados alcanzados en este trabajo pueden ser el punto de partida de futuras

investigaciones, para generalizar estos resultados y ampliar la funcionalidad del medidor

DDS666 u otros similares. En este sentido, se pueden hacer las siguientes

recomendaciones:

Realizar el montaje práctico de la aplicación y las pruebas de campo.

Realizar pruebas de comunicación utilizando la norma RS-485, para entre otras

cosas, aumentar la distancia de comunicación.

Utilizar una interfaz visual, que puede realizarse con LabView, que permita a una

PC comunicarse con el medidor modificado, para facilitar la confección de gráficos

y de esta forma un mejor análisis del comportamiento del consumo de energía.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 60

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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ANEXOS 63

ANEXOS

Anexo I. Experimento para la obtención de los pulsos de frecuencia (CF)

ANEXOS 64

Anexo II. Fabricantes de medidores electrónicos más reconocidos a nivel mundial

Fabricante

-país- Equipos y servicios que ofrecen

Circutor

-España-

Diseños y fabricación de equipos para la eficiencia energética

eléctrica, protección eléctrica industrial, medida y control de la

energía eléctrica.

Echelon

-EEUU-

Nerwoked Energy services (NES), Smart Electric Meters. Smart

meters certifier for ANSI and IEC standars.

Proveedor de equipos para el control de red y software.

Desarrollo de soluciones de medición inteligente.

Elster Group

-Lexenburgo-

Proveedor mundial de productos avanzados de medición y

soluciones inteligentes de medición.

Electric, Gas and Water Meters.

GE Energy

-EEUU-

Electric AMR and Smart Meters.

Iskraemeco

-Eslovenia-

Proveedor mundial de los dispositivos y sistemas de medición de

energía eléctrica, registro y facturación.

Electric Smart Meters.

Itron, Actaris

-EEUU-

Es un proveedor de tecnologías energéticas e industrias del agua.

Electric, Gas and Water Smart Meters.

Landis+Gyr

-Suiza-

Medición de electricidad, con posicionado en Telegestión

(AMM) o “SMART meters”.

Electric, Gas and Water Smart Meters.

Siemens Energy

-Alemania-

Especializado en sistemas eléctricos de automatización y Smarts

Meters. Metering Information System (AMIS) solution.

ZIV

-España-

Contadores de energía eléctrica y sistemas de contadores,

Equipos de medida de calidad de servicio eléctrico.

ANEXOS 65

Anexo III. Esquema de una variante del medidor de energía DDS666

ANEXOS 66

Anexo IV. Plantilla de un Programa en Lenguaje C

// Directivas de preprocesador.

// Definición de constantes

// Declaraciones de variables globales.

Prototipos_de_funciones ( );

Definición_de_funciones_de_atención_a_las_interrupciones ( ) {

// Variables locales.

// Bloques.

}

main ( ) { //función principal.


// Bloques.

}

Definición_de_funciones ( ) { //Definición de los prototipos.


// Bloques.

}

nuevas prestaciones incorporadas al medidor de energía

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