06 módem plc

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN MDEM PARA LA TECNOLOGA PLC

NSTOR JAVIER CORREA GRANADOS JORGE HUMBERTO FLOREZ BALLESTEROS

Trabajo de grado presentado como requisito para optar el ttulo de Ingeniero Electrnico

Director Ral Restrepo Agudelo Ingeniero Electricista

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA FACULTAD DE INGENIERA Y ADMINISTRACIN

ESCUELA DE INGENIERA ELECTRNICA BUCARAMANGA

2008

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos especialmente a la empresa Grupo R&O por la facilitacin de los equipos para las pruebas y el cubrimiento total del costo del proyecto. Expresamos nuestro agradecimiento al Ing. Ral Restrepo Agudelo por la direccin y atencin prestada durante el desarrollo del proyecto. As mismo, queremos agradecer al comit de investigaciones y jefe de carrera el Ing. Alex Alberto Monclou Salcedo, quienes nos facilitaron el laboratorio para la realizacin de las pruebas.

Los autores

CONTENIDO

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INTRODUCCIN 12 1. DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN MDEM PARA LA TECNOLOGA 13 PLC 1.1 PROPSITOS DEL PROYECTO 13 1.2 JUSTIFICACIN 13 1.3 OBJETIVOS 14 1.3.1 Objetivo general 14 1.3.2 Objetivos Especficos 14 2. MARCO TERICO 15 2.1 DISEO DEL MDEM: ASPECTOS GENERALES 15 2.1.1 Descripcin 15 2.1.2 Protocolos estndares desarrollados 15 2.1.3 Canal de comunicacin 16 2.2 DISEO Y CONSTRUCCIN DEL MODEM 19 2.2.2 Descripcin 19 2.2.3 Mtodos de modulacin 20 2.2.4 Acoplamiento con la red elctrica de baja tensin 22 2.3 DISEOS Y CONSTRUCCIN DEL MODEM: PRACTICA 25 2.3.1 Descripcin 25 2.3.2 Expectativas 25 2.3.3 Sistemas de Transmisin y Recepcin 26 2.3.3.1 Modulacin y Demodulacin FSK 26 2.3.3.2 Amplificacin de la seal 28 2.3.3.3 Red de Acoplamiento 29 2.3.4 Pruebas del Sistema de Transmisin y Recepcin 31 2.3.4.1 Pruebas del Mdem con la Red Aislada (sin carga y distancia 32 variable) 2.3.4.2 Pruebas del mdem con la red aislada (con carga resistiva de 32 100w constante y distancia variable). 2.3.4.3 Pruebas del mdem con la red aislada (con carga resistiva 33 variable y distancia constante) 2.3.4.4 Pruebas del mdem con la red aislada (con cargas no lineales) 35 2.3.4.5 Pruebas con el mdem para la transmision de datos de un pc a 35 otro pc por la red aislada con diferentes cargas (lineales y no lineales)

2.3.4.6 Pruebas finales con los contadores 38 2.3.5 Control de la comunicacin entre Mdems 40 2.4 MEDIDORES ELECTRNICOS DE ENERGA ELCTRICA 40 2.4.1 Descripcin 40 2.4.2 Sistema electrnico de medicin de energa elctrica 40 2.4.2.1 Tipos de medidores 41 2.4.2.2 Concentrador 43 2.4.2.3 Software Central 43 2.4.2.4 Especificaciones de los Medidores Electrnicos 43 3. CONCLUSIONES 47 BIBLIOGRAFIA 50 WEB GRAFIA 51 ANEXOS 52

LISTA DE CUADROS

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Cuadro 1. Frecuencias Utilizadas para la Modulacin 27 Cuadro 2. Resultados de las pruebas 39 Cuadro 3. Medidor monofsico con comunicacin de datos 43 Cuadro 4. Medidor monofsico bsico 44 Cuadro 5. Medidor bifsico 44 Cuadro 6. Medidor trifsico 45 Cuadro 7. Trama de datos 46 Cuadro 8. Datos en Memoria RAM 47 Cuadro 9. Datos en Memoria EEPROM 47

LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Localizacin de bandas de frecuencia en Norteamrica. 18 Figura 2. Localizacin de bandas de frecuencia en Europa. 19 Figura 3. Diagrama de la operacin PSK. 21 Figura 4. Diagrama de la operacin FSK. 22 Figura 5. Acople con ncleo de ferrita 24 Figura 6. Acople con Transformador 24 Figura 7. Acople Capacitivo 24 Figura 8. Diagrama de bloques de sistema de comunicaciones PLC 26 Figura 9. Oscilograma de la entrada tren de pulsos y la salida 27 del modulador FSK. Figura 10. Oscilograma de la Seal Original 28 Figura 11. Oscilograma de la Seal Amplificada 29 Figura 12. Circuito de Acople en el Transmisor 29 Figura 13. Circuito de Acople en el Receptor 30 Figura 14. Oscilograma de la Seal Obtenida de la 30 REBaT por el circuito Receptor Figura 15. Fotografa de la Red Construida 31 Figura 16. Voltaje en el Receptor sin carga 32 Figura 17. Voltaje en el Receptor con carga 33 Figura 18. Voltaje en el Receptor con carga variable 34

Figura 19. Diagrama de pruebas con cargas No Lineales en Red Aislada 34 Figura 20. Diagrama de pruebas con cargas No Lineales en el mismo toma 35 elctrico del Transmisor Figura 21. Diagrama de pruebas con cargas Lineales y No Lineales en el 36 mismo toma elctrico del Transmisor Figura 22. Diagrama de pruebas con cargas No Lineales en el mismo toma 37 elctrico del Receptor Figura 23. Diagrama de pruebas con cargas Lineales y No Lineales en el 37 mismo toma elctrico del Receptor Figura 24. Diagrama de bloques del sistema de comunicaciones 38 Figura 25. Software Connecting Sockets 39

LISTA DE ANEXOS

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Anexo A. Esquemticos de los circuitos 52

A-1 Circuito Modulador FSK A-2 Circuito Demodulador FSK A-3 Circuito del Amplificador y Filtro Activo A-4 Circuito de Amplificacin A-5 Red de Acople A-6 Circuito del Rel

Anexo B. Clculos para la Seleccin de Componentes 57

B-1 Clculos del XR2206 B-2 Clculos del XR2211 B-3a Clculos del TL084 como Filtro Activo B-3b Clculos del TL084 como Amplificador

Anexo C. Documentacin de pruebas finales 63

RESUMEN

El presente libro muestra de manera simple y detallada el proceso de desarrollo de un Mdem para la tecnologa PLC (Power Line Carrier), con el cual se realiz una aplicacin especfica como lo es la Lectura Remota de Contadores Electrnicos (AMR). As mismo, se explica paso a paso las partes y etapas que componen el Mdem, dando a conocer detalladamente su funcionamiento, desempeo y acoplamiento con el protocolo utilizado por los Contadores Electrnicos. Adems, se realiza una descripcin completa del protocolo utilizado por los Contadores para la transmisin de datos. Por otro lado, el documento muestra los resultados de las pruebas realizadas al Mdem, observando el efecto de las cargas sobre la seal.

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INTRODUCCIN

Una de las dificultades que se presentan en la comunicacin por la red elctrica es la construccin de Mdems a bajo precio, pues bien, existen mdems como el Mdem CEbus del orden de los $200 dlares y el Mdem LonWorks, cuyo valor oscila por los $1000 dlares aproximadamente. Este tipo de comunicacin encuentra aplicaciones como el control de dispositivos en el hogar (Domtica), lectura remota de contadores (AMR), Internet de Banda Ancha por la red elctrica (BPL), entre otras. Existe, por lo tanto, inters en desarrollar mdems PLC genricos, es decir, que puedan funcionar con cualquier protocolo. El presente proyecto de grado se ha enfocado en la lectura de contadores electrnicos, especficamente, los que se estn desarrollando a nivel nacional por una Empresa Incubada Colombiana, en este caso, el Grupo R&O, la cual se interes nuestro proyecto.

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1. DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN MDEM PARA LA TECNOLOGA PLC

1.1 PROPSITOS DEL PROYECTO Dados los avances tecnolgicos en la ltima dcada en el campo de las telecomunicaciones y la bsqueda de optimizacin en los sistemas de comunicaciones (de manera que estos sean de fcil acceso y no presenten precios muy elevados), la tecnologa PLC ha llegado a ser una opcin viable y econmica cuando se pretende encontrar una solucin a la transmisin de cierta cantidad especfica de informacin o seales de control para la automatizacin del hogar (Domtica). El propsito principal del proyecto es la construccin de un Mdem de bajo costo que pueda ser aplicado en diferentes campos, pero principalmente, para la lectura remota de contadores electrnicos. Este Mdem permitir la comunicacin entre dos o ms dispositivos, utilizando la red elctrica de baja tensin como medio de transporte de la seal (informacin). En el caso de los contadores electrnicos, la informacin transportada estar conformada por los datos de las lecturas del consumo de energa de los hogares durante un periodo de tiempo determinado. As mismo, se pretende que el desarrollo de este Mdem sirva para su futuro mejoramiento y optimizacin y pueda ser aprovechado por los estudiantes en investigaciones futuras en el campo de las telecomunicaciones.

1.2 JUSTIFICACIN

En los anteriores proyectos desarrollados en la Universidad Pontificia Bolivariana UPB - sobre la tecnologa PLC, se han utilizado Mdems disponibles comercialmente, sin ser diseado algunos en la actualidad por los grupos de trabajo. Por esta razn, la justificacin del siguiente proyecto radica en el diseo, el desarrollo y las pruebas del primer Mdem PLC desarrollado por un grupo de

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trabajo de la UPB y su implementacin en una red compuesta por varios de estos Mdems.

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo general.

Disear y construir un Mdem para la tecnologa PLC.

1.3.2 Objetivos Especficos. Determinar los criterios de diseo ms importantes para la construccin de la

red de acoplamiento entre el mdem y la red elctrica de baja tensin. Disear y construir los mdems PLC genricos. Implementar un protocolo de comunicaciones para la red propuesta. Determinar las caractersticas operativas del sistema.

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2. MARCO TERICO

2.1 DISEO Y CONSTRUCCIN DEL MDEM: GENERALIDADES

2.1.1 Descripcin. Las comunicaciones por la Red Elctrica de Baja Tensin (REBaT) ha sido un rea de estudio y desarrollo en el sector de las comunicaciones durante varios aos pero no ha ido a la par con los ltimos avances, debido a que otros sistemas ofrecen unas mejores prestaciones. Los sistemas PLC encuentran su mejor aplicacin comercial en la Domtica (automatizacin del hogar), utilizando mtodos bastantes simples en su diseo para emplearlos con fines domsticos. 2.1.2 Protocolos Estndares Desarrollados. Existe un buen nmero de sistemas disponibles comercialmente para propsitos de automatizacin del hogar. Los ms populares son: X10: Es un sistema electrnico de control que utiliza las lneas elctricas existentes (110V 220V) para transmitir seales de control entre equipos de automatizacin del hogar, dando una orden acerca de la operacin que debe realizarse sobre determinado dispositivo. Para el cumplimiento de este proceso, se cuenta con la presencia de cuatro elementos bsicos que, en conjunto, dan origen a este sistema electrnico: un transmisor, un receptor, la lnea de alimentacin/transmisin y el mensaje cdigo que se quiere enviar. El sistema X10 se utiliza para diversas aplicaciones, desde controlar en forma remota el encendido y apagado de una lmpara, hasta el manejo computarizado de todo el sistema elctrico y electrnico de una casa, con base en un programa preestablecido que responda automticamente a ciertas condiciones ambientales o de tiempo. Adems de ser un sistema de control, tambin se puede configurar como un sistema sofisticado de seguridad muy fcil de instalar, pues bien, al utilizar el alambrado elctrico existente no requiere de conexiones adicionales, lo que constituye una dificultad en los sistemas de alarmas convencionales. CEBus o Consumer Electronics Bus: Est basado en el concepto de LAN (Local rea Network) para el hogar y proporciona protocolos estndares para RF (Radio Frecuencia), Par Trenzado, PLC, entre otros medios de comunicacin de redes

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caseras. La norma CEBus PLC especfica que un dgito binario se representa dependiendo de la duracin de una rfaga de frecuencia aplicada en el canal. Es decir que en CEBus, la duracin de un (1) lgico es diferente de la duracin de un cero (0) lgico. En consecuencia, la rata de transmisin de CEBus vara de acuerdo con la cantidad de caracteres (1 0) transmitidos. La norma especifica un lenguaje de controles orientados a objetos, incluyendo comandos para subir o bajar volumen, subir un grado de temperatura, etc. LonWorks: Es una plataforma de gestin de redes creada para ayudar a la fiabilidad; la instalacin y el mantenimiento que se necesita en aplicaciones de control de dispositivos. Esta plataforma est construida sobre un protocolo de bajo ancho de banda, efectuada por Echelon Corporation, para el trabajo de redes sobre diferentes medios, como la REBaT, entre otros. UPB o Universal Powerline Bus: Es una tecnologa que ofrece una alternativa confiable y estable a los estndares tradicionales PLC. Inventado y licenciado por PCS Powerline Systems of Northridge - California - y lanzado en 1999. UPB resuelve casi todos los problemas que se pueden experimentar con otras tecnologas PLC.

2.1.3 El Canal de Comunicacin. La REBaT como canal de comunicaciones es un medio muy hostil que no ha sido diseado para este propsito. Debido a esto, existen muchos inconvenientes y limitaciones como el acople de impedancias, las limitaciones de ancho de banda y especialmente el ruido. Es por ello, que es necesario tener en cuenta ciertas consideraciones, tales como: la impedancia ZL del canal de comunicacin, a la cual deben acoplarse tanto el transmisor como el receptor; en el transmisor debe tenerse en cuenta la impedancia de salida Zo, mientras que en el receptor importa la impedancia de entrada Zi. 1) El Ruido: Las causas ms comunes del ruido en redes de energa elctrica incluyen la descarga por efecto corona (un fenmeno de ionizacin producido alrededor de los conductores en las redes de alta y media tensin), rayos, bancos de correccin de factor de potencia y operaciones de apertura de circuitos. De acuerdo con su comportamiento, el ruido puede clasificarse de la siguiente manera:

Ruido sincronizado con la frecuencia de la red (Ruido Tipo A). Causado por dispositivos controlados por tiristores.

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Ruido de espectro amplio (Ruido Tipo B). Ocasionado generalmente por la operacin de motores universales.

Evento simple de ruido impulsivo (Ruido Tipo C). Originado principalmente por la apertura y cierre de contactos elctricos.

Ruido peridico no sincronizado con la frecuencia de la red (Ruido Tipo D). Producido, principalmente, por los monitores de computadores y televisores, y por las fuentes conmutadas de alta frecuencia.

2) Atenuacin: La red elctrica ocasiona atenuacin a las seales que estn siendo transmitidas por este medio. Algunos de los principales motivos son:

La caracterstica inductiva en serie que presenta el tendido de los cables. A

medida que aumenta la frecuencia de la seal informacin, la atenuacin es mayor.

La existencia de multirutas a lo largo y ancho de las redes. Debido a esto,

mltiples copias de la misma seal que pueden estar desfasadas, pueden llegar al mismo destino ocasionando la prdida parcial o total de la informacin.

3) Impedancia: La impedancia caracterstica del cable de potencia no cargado puede obtenerse mediante un modelo estndar de parmetros distribuidos y dado por:

En las frecuencias que son de inters para PLC esto se puede aproximar a:

En donde L y C son la inductancia y la capacitancia de la lnea por unidad de longitud. La principal dificultad que se presenta en el momento de acoplar el transmisor y el receptor con la red elctrica de baja tensin es el ajuste de la impedancia de la red, la cual toma valores que son demasiado bajos, variables con la frecuencia y permanentemente cambiantes con el tiempo. Las impedancias totales de la red son muy difciles de predecir. L Schaap habla de valores desde 0.1 hasta 2 para las redes de baja tensin, Klaus Dostert

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indica que la impedancia est entre 2 y 150, mientras que, Malack y Engstrom presentan resultados entre 0 y 80. Es claro que la impedancia del canal es muy baja, lo que presenta retos significativos en el momento del diseo del acople con la red. De acuerdo con la teora de lneas de transmisin y con lo establecido por el teorema de mxima transferencia de potencia, para lograr la mxima transferencia de potencia y evitar la reflexin de la seal, es necesario que en el lado del transmisor exista una igualacin de impedancias con la red elctrica. Adicionalmente, Klaus Dostert recomienda que en el lado del receptor se presente un acoplamiento dbil con el fin de lograr una buena atenuacin del ruido. 3) Limitaciones de ancho de banda: Los organismos reguladores (FCC en Norteamrica y CENELEC en Europa) han impuesto estrictas restricciones al uso de la red elctrica como medio de comunicacin, limitando fuertemente el ancho de banda disponible para ello. Para esto, han definido las bandas de frecuencia que se muestran en las figuras 1.1 y 1.2. Figura 1. Localizacin de bandas de frecuencia en Norteamrica.

Fuente: tomado de La Red Elctrica de Baja Tensin como Medio de Comunicacin (Revista Cientfica UPB. Vol. 2).

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Figura 2. Localizacin de bandas de frecuencia en Europa.

Fuente: tomado de La Red Elctrica de Baja Tensin como Medio de Comunicacin (Revista Cientfica UPB. Vol. 2).

La Subparte B 15.113 de la Parte 15 de las Reglas y Regulaciones de la FCC clasifica las comunicaciones PLC como Dispositivos de Radiacin Involuntaria, y, en consecuencia, hay muy pocas regulaciones aplicables a ellos que no requieren licencia o registro.

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2.2 DISEO Y CONSTRUCCIN DEL MDEM: ASPECTOS TERICOS

2.2.2 Descripcin.

En el diseo de cualquier sistema de comunicaciones es necesario tener en cuenta varios aspectos, tales como: tcnicas de modulacin, mtodos de transmisin, recepcin, etc. En las comunicaciones PLC hay que tener especial cuidado con lo mencionado anteriormente, puesto que la red elctrica es un medio muy hostil.

2.2.3 Mtodos de Modulacin.

Existen varios mtodos de modulacin para transmisin digital, entre los que se encuentra la modulacin de amplitud en cuadratura (QAM), ASK, FSK y PSK. Debido al comportamiento aleatorio de la red elctrica de baja tensin, las mejores opciones para comunicaciones PLC son las modulaciones FSK y PSK, las cuales presentan esquemas simples y robustos. PSK (Phase Shift Keying Codificacin por Cambio de Fase) La PSK es una modulacin donde la fase de la portadora vara dependiendo del valor lgico de la entrada, mediante el cual el valor lgico 1 representa una fase y 0 otra fase. A medida que los estados lgicos cambian, la fase vara entre ngulos desfasados de 180 entre s, mantenindose as constante la frecuencia de la portadora. La codificacin por cambio de fase se representa como: Salida = (Sen wat) (Sen wct), en donde wa es la frecuencia fundamental de la seal moduladora binaria y wc es la frecuencia de la portadora no modulada.

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Figura 3. Diagrama de la operacin PSK.

Fuente: tomado de la pagina web http://www.textoscientificos.com/imagenes/redes/modulacion-PSK.gif FSK (Frecuency Shift Keying Codificacin por Cambio de Frecuencia) La modulacin FSK es una forma de modulacin FM en donde la frecuencia de la portadora se modifica mediante la entrada binaria. Como la entrada binaria cambia de un 0 lgico a un 1 lgico y viceversa, la salida FSK cambia entre dos frecuencias: una marca o frecuencia de 1 lgico y un espacio o frecuencia del 0 lgico. En la figura 2.2 Diagrama de la operacin FSK, se muestra una forma de onda FSK. La expresin general de la seal binaria FSK es:

En donde: v(t) = Forma de onda FSK binaria. Vc = Amplitud pico de la portadora no modulada. Wc = Frecuencia portadora en rad/seg.

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Vm(t) = Seal moduladora digital binaria. w = Cambio en rad/seg de la frecuencia de salida. Figura 4. Diagrama de la operacin FSK.

Fuente: tomado de la pagina web http://www.textoscientificos.com/imagenes/redes/modulacion-FSK.gif Se escogi el FSK como esquema de modulacin, teniendo en cuenta los diferentes trabajos e investigaciones que se han desarrollado a nivel institucional, local e internacional, donde se muestra que la seal modulada en PSK en un ambiente como la red elctrica presenta retardos de fase de forma impredecible. Por esta razn, la modulacin FSK se acomoda mejor para transmitir, debido a que la informacin es transportada en la frecuencia de la portadora y los cambios de fase no afectan.

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2.2.4 Acoplamiento con la Red Elctrica de Baja Tensin.

La primera etapa de diseo del Mdem PLC consiste en determinar el tipo de acople con el cual se va a trabajar. Existen diferentes formas de acoplar un circuito a la red. Las ms utilizadas se mencionan a continuacin: 1) Acople con transformadores de IF (Frecuencia Intermedia): Este tipo de acople proporciona una buena interfaz con la red, logrando aislar fsicamente el circuito del Mdem de la corriente AC (haciendo ms fcil su instalacin) y proporcionando una buena preamplificacin de la seal debido a la relacin de transformacin del mismo. El problema de este tipo de acople radica en que estos transformadores de IF son difciles de conseguir en grandes cantidades en nuestro medio.

2) Acople con ncleos de ferrita: Este tipo de acople es tal vez el mejor que se puede implementar dado que los ncleos ofrecen una gua casi perfecta del campo magntico con una baja desviacin del campo, siendo esencial para lograr un acoplamiento rgido con la red. El problema con este tipo de acople surge cuando se quieren conseguir ncleos con caractersticas requeridas, debido a que en el mercado Colombiano es muy difcil conseguir hasta los ncleos de ferritas ms sencillos.

3) Acople capacitivo: Este tipo de acople se presenta como la opcin ms atractiva debido a que proporciona un buen acople con la red y como slo est compuesto por condensadores y resistencias, no es un problema encontrar estos elementos en el mercado Colombiano. El problema principal que se encuentra con este tipo de acople es la mayor atenuacin comparada con otros tipos de acople, debido a la capacitancia. En el lado del receptor es importante que el acople tenga unas caractersticas de filtro pasaaltos para bloquear la frecuencia de la red de 60Hz y dejar pasar la frecuencia de la portadora (generalmente est en el orden de los Kilohertz). Al acople del receptor tambin se le pueden dar caractersticas pasabanda, pero en nuestro diseo se implement un postfiltrado de la seal con un filtro pasabanda, eliminando la necesidad de tener el acople con caractersticas pasabanda. As mismo, por el lado del transmisor es necesario que el acople tenga caractersticas de pasaaltos con el fin de que la seal de informacin se transmita sin atenuacin. En este sentido, este acople se hizo con caractersticas pasabanda como proteccin para evitar la entrada de seales desde la red hacia el transmisor que puedan ocasionar distorsin de la seal o el mal funcionamiento del mismo. Este sistema deber tener un acople ptimo de impedancia con la red

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para lograr la mxima transferencia de energa y reducir las seales reflejadas. La figura 2.3 (a, b y c) muestra los diferentes tipos de acoplamiento descritos. Figura 5. Acople con ncleo de ferrita

T1

R1C1

D1

D2Red Electrica

Fuente: autores del proyecto

Figura 6. Acople con Transformador

C1

Red Electrica

T1

C2

C3


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Figura 7. Acople Capacitivo

C1

C2R1Red Electrica


1.3 DISEO Y CONSTRUCCIN DEL MDEM: IMPLEMENTACIN PRCTICA

2.3.1 Descripcin. En esta parte del libro se detalla la implementacin prctica de un sistema de comunicaciones utilizando el Mdem PLC. Se habla de una manera ms detallada acerca de los mtodos utilizados para cumplir con las recomendaciones de diseo del sistema hechas en la seccin anterior, abarcando los elementos escogidos y los circuitos utilizados.

2.3.2 Expectativas. Los objetivos originales de este proyecto consistan en la elaboracin de un Mdem PLC y su implementacin en una red con mltiples nodos para propsitos generales, independientemente del protocolo que se utilice para transmitir los datos. En el transcurso del proyecto se present la oportunidad de trabajar con el Grupo R&O, una empresa creada por dos egresados de la Universidad Pontificia Bolivariana, que desarrolla y construye contadores electrnicos. Por esta razn, el proyecto se enfoc en la construccin de los Mdem para ser usados por los contadores como una opcin de comunicacin para la recoleccin de informacin de los mismos contadores.

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Para esto, el proyecto se encamin hacia la construccin de un enlace entre dos contadores electrnicos, utilizando una interfase TTL entre los dos dispositivos (Mdem-Contador) y se traz como objetivo una velocidad de transmisin de 1200 Baudios para obtener una mejor comunicacin. Se construyeron dos Mdems, los cuales permiten una comunicacin Half-Duplex (conectndose cada uno con un contador), mediante un protocolo diseado por el Grupo R&O.

2.3.3 Sistemas de Transmisin y Recepcin

Figura 8. Diagrama de bloques de sistema de comunicaciones PLC

Fuente: autores del proyecto.

EtapadeFiltradoyAmplificacin

DemodulacinFSKModulacinFSK

EtapadeAmplificacin

Reddeacoplamiento

Reddeacoplamiento

Canal PLC

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2.3.3.1 Modulacin y Demodulacin FSK. Considerando un sistema confiable y de fcil implementacin, se eligi la modulacin FSK, que constituye un esquema de modulacin muy robusto frente a las interferencias que se pueden encontrar en un medio tan hostil como lo es la red elctrica de baja tensin. Se encontr que, para disear un sistema de comunicaciones FSK y lograr la modulacin, resulta apropiado utilizar un circuito integrado oscilador controlado por voltaje (VCO) como lo es el XR2206, mientras que para la demodulacin se encontr que una muy buena opcin es utilizar un circuito integrado PLL (Phase Locked Loop). Los circuitos del modulador y demodulador se muestran en el Anexo A y los clculos para la respectiva seleccin de componentes se muestran en el Anexo B. Un VCO produce una seal AC con una frecuencia de salida directamente proporcional al voltaje de entrada DC. Usando una seal binaria como entrada al VCO, se puede variar la frecuencia de la portadora de salida produciendo, de esta manera, una modulacin FSK. Las frecuencias del sistema se disearon teniendo en cuenta la normativa de la FCC, que se muestran a continuacin:

Cuadro 1. Frecuencias Utilizadas para la Modulacin

Frecuencia Valor Lgico150 Khz 1 300 Khz 0

Fuente: autores del proyecto El montaje y prueba de este circuito se llev a cabo en protoboard, sin presentar ningn inconveniente. Se utiliz un LM555 para generar un tren de pulsos rectangulares como entrada y la frecuencia de oscilacin fue de 1200Khz. Se confirm que las frecuencias correspondientes para cada valor lgico correspondan con las calculadas. Para asegurarnos de esto, se superpusieron las seales de entrada y salida en el osciloscopio como se muestra en la Figura 3.2, comprobando as, que la seal era estable.

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Figura 9. Oscilograma de la entrada tren de pulsos y la salida del modulador FSK.

Fuente: autores del proyecto Para la demodulacin se utiliz el circuito integrado XR2211. Este PLL intenta mantener enganchada una frecuencia con su seal de entrada. La operacin del PLL es, a groso modo, como sigue: Cuando la seal de entrada cambia de frecuencia, ocurre una seal de error en el PLL, la cual hace modificar su frecuencia, intentando acoplarse de nuevo a la frecuencia de entrada. Mediante una sintonizacin cuidadosa del PLL a la mitad de las frecuencias de marca 1 y espacio 0, se puede usar su seal de error como una demodulacin FSK. Se prob el desempeo del circuito integrado XR2211 inyectando directamente en su entrada la seal FSK (producida por el XR2206 con un tren de pulsos) del modulador para poder sintonizar el demodulador con las frecuencias que se iban a utilizar. Esto se logra variando el valor de resistencia de un potencimetro de 50K. Se observ que este dispositivo PLL es muy sensible a estos cambios de resistencia haciendo el trabajo de sintonizacin de especial cuidado para lograr un mejor desempeo ptimo del XR2211.

2.3.3.2 Amplificacin de la seal. Para el sistema de amplificacin del transmisor, la seal modulada en FSK pasa por una etapa de amplificacin muy sencilla pero ideal para este tipo de aplicaciones, pues se obtiene una muy buena amplificacin y baja impedancia a la salida, disponiendo as de una seal con buena potencia para poder ser inyectada en la red de baja tensin. Para dicha amplificacin se utiliz un amplificador transistorizado en configuracin inversora, compuesto por un solo transistor BJT NPN. Esta seleccin se hizo despus de haber probado con diferentes configuraciones y clases de

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amplificadores. El circuito amplificador se encuentra en el Anexo A y los clculos en el Anexo B. Se hicieron diversas pruebas utilizando el amplificador antes mencionado y se compar su desempeo con respecto a otros amplificadores. Se observ que un amplificador de audio proporciona una potencia de salida mayor, comparada con un amplificador a transistor; pero cuando se ensay con el acople capacitivo y la red elctrica de baja tensin no funcion adecuadamente, observndose una gran distorsin en la seal FSK, sin capturar nada en el receptor. Figura 10. Oscilograma de la Seal Original

Fuente: autores del proyecto Figura 11. Oscilograma de la Seal Amplificada


2.3.3.3 Red de acoplamiento. Siguiendo la topologa bsica observada en la Figura 2.3c, se implement un acoplamiento capacitivo para nuestro diseo. Los condensadores utilizados en el dispositivo de acoplamiento se escogieron

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especialmente para crear un efecto pasabanda en el lado del transmisor (el cual consta de 3 resistencias y 4 condensadores) y un efecto pasaaltos en el lado del receptor (el cual consta de 2 resistencias y 2 condensadores). Los condensadores son de un voltaje alto ya que estn conectados directamente a la red. El esquema actual del acoplador se muestra en el Anexo A y los clculos en el Anexo B. Figura 12. Circuito de Acople en el Transmisor


Figura 13. Circuito de Acople en el Receptor


La primera prueba que se realiz despus de haber montado el circuito de acople en el transmisor y el receptor fue transmitir un tren de pulsos modulado en FSK a travs de la red elctrica de baja tensin a una distancia de 10 metros para su posterior demodulacin.

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Figura 14. Oscilograma de la Seal Obtenida de la REBaT por el circuito Receptor


En la Figura 14 se muestra la seal recibida y demodulada por el circuito receptor. En la parte superior de la figura se observa la seal demodulada y en la parte inferior se muestra la seal obtenida despus del acople del receptor.

2.3.4 Pruebas del sistema de transmisin y recepcin. Para la realizacin de las pruebas se propuso construir una red independiente que se encontrara aislada de toda perturbacin o distorsin que la REBaT puediera presentar. Se dise la red aislada utilizando el modelo en caracol, que resulta ptimo para los fines perseguidos. Posteriormente, se construy el medio controlado (red aislada) utilizando bobinas a la entrada de la alimentacin, tanto en el conductor de la fase como en el neutro, con tomas elctricos interconectados entre s a distancias variables. Para la implementacin de esta red se utilizaron nueve tomacorrientes dobles con polo a tierra, una tabla de 1metro x 1metro, una caja de puntillas y 90 metros de cable dplex calibre #14.

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Figura 15. Fotografa de la Red Construida


2.3.4.1 Pruebas del mdem con la red aislada (sin carga y distancia Variable). El transmisor fue conectado en el toma elctrico 0 y el receptor a diferentes distancias del transmisor (cada 10 metros). Se observaron y se tomaron los datos de voltaje correspondientes a cada distancia. Estos datos se observan en la Figura 16. Figura 16. Voltaje en el Receptor sin carga


33

Se mostr un comportamiento constante en el voltaje del receptor, el cual se mantuvo el voltaje de 0,25 Vpp a lo largo de los 70 metros.

2.3.4.2 Pruebas del mdem con la red aislada (con carga resistiva de 100w constante y distancia variable). El transmisor fue conectado en el toma elctrico 0 y el receptor en el toma elctrico 7. Se fue variando la posicin de la carga cada 10 metros del transmisor hasta llegar a la posicin del receptor. Se observaron y se tomaron los datos de voltaje correspondientes a cada distancia. Estos datos se observan en la Figura 17. Figura 17. .Voltaje en el Receptor con carga


En la anterior figura podemos observar una atenuacion por la carga de 0,02Vpp en el voltaje del receptor, pero el voltaje se mantuvo a medida que se cambiaba la posicin de la carga.

2.3.4.3 Pruebas del mdem con la red aislada (con carga resistiva variable y distancia constante). El transmisor fue conectado en el toma elctrico 0 y el receptor en el toma elctrico 7, se fue variando el valor de la carga, aumentndola 100W para cada toma de datos. Se observaron y se tomaron los datos de voltaje correspondientes a cada variacin de la carga. Estos datos se observan en la Figura 18.

34

Figura 18. Voltaje en el Receptor con carga variable


Se observ un comportamiento decreciente en el voltaje del receptor con una tendencia lineal en los valores de la carga entre 0 y 400 vatios; para valores de 500 vatios en adelante la atenuacin no es perceptible, por lo cual, se asume un comportamiento constante para valores superiores. Otras pruebas se hicieron conectando cargas despus del receptor donde se observ que la atenuacion disminuye considerablemente a medida que la carga se aleja del receptor.

35

Figura 19. Diagrama de pruebas con cargas No Lineales en Red Aislada


2.3.4.4 Pruebas del mdem con la red aislada (con cargas no lineales). En la Figura 19 se observa un bosquejo de las pruebas que se realizaron con cargas no lineales en la red aislada. En la primera prueba se ubic la carga no lineal (Contador Electrnico con ncleo de ferrita) entre el transmisor y el receptor, los cuales estaban separados 40 metros uno del otro. El voltaje, observado en el receptor, present una atenuacin y una distorsin cosiderable, impidiendo tomar valores de voltaje. Posteriormente, se hicieron pruebas ubicando la carga no lineal a diez (10) metros despus del receptor. La distorsin y la atenuacin de la seal disminuyeron considerablemente, al punto de que, si la carga se pona a ms de 20 metros despus del receptor, la incidencia en la seal obtenida en el receptor era mnima aunque perceptible.

2.3.4.5 Pruebas con el mdem para la transmision de datos de un pc a otro pc por la red aislada con diferentes cargas (lineales y no lineales) Prueba sin Carga. Se transmitieron datos de un PC a otro sin ningn error en la transmisin, a velocidades desde 100 baudios hasta 2400 baudios.

Prueba con carga no lineal en el mismo toma elctrico del Transmisor.

36

Figura 20. Diagrama de pruebas con cargas No Lineales en el mismo toma elctrico del Transmisor


Los datos recibidos por el PC corresponden a los enviados. Se observ que entre ms lenta sea la transmisin (200 baudios), el error en los datos ser menor que cuando se transmite a velocidades altas (2400 baudios en adelante). Prueba con carga no lineal y carga lineal en el mismo toma elctrico del

Transmisor.

Figura 21. Diagrama de pruebas con cargas Lineales y No Lineales en el mismo toma elctrico del Transmisor


37

Los datos recibidos por el PC no corresponden a los transmitidos y en la mayora de las veces no se recibe ningun dato. Prueba con carga no lineal en el mismo toma elctrico del Receptor.

Figura 22. Diagrama de pruebas con cargas No Lineales en el mismo toma elctrico del Receptor


Los datos recibidos por el PC no corresponden a los transmitidos y en la mayora de las veces no se recibe ningn dato. Prueba con carga no lineal y carga lineal en el mismo toma elctrico del

Receptor.

38

Figura 23. Diagrama de pruebas con cargas Lineales y No Lineales en el mismo toma elctrico del Receptor

Fuente: autores del proyecto. Los datos recibidos por el PC corresponden en su mayora a los enviados. Se observa que, a medida que se aumenta la carga lineal (Bombillos), mejor se reciben los datos en el PC. Una posible solucin que se sugiri al problema de la atenuacin y distorsin por parte de esta carga no lineal (Contador Electrnico), es poner una inductancia (calculada adecuadamente) para bloquear la frecuencia de 58Khz que el contador refleja a la red, la cual est afectando la comunicacin. Dado los resultados de estas pruebas, se tom la decisin de aumentar la potencia de la seal transmitida a la red por el amplificador y aumentar la ganancia del amplificador post-filtro del receptor. Despus de haber realizado dichos ajustes, la calidad de la seal obtenida en el receptor mejor notoriamente.

39

2.3.4.6 Pruebas finales con los contadores Figura 24. Diagrama de bloques del sistema de comunicaciones

Fuente: autores del proyecto Despus del rediseo del Mdem que consisti en aumentar la amplificacin del trasmisor y la ganancia en el receptor, se realiz la prueba final con el nuevo diseo. En la Figura 24 se observa un esquema de la prueba en la cual el contador de energa enva lo datos a una Estacin de Control donde estos son registrados mediante un PC con el Software Connecting Sockets (Figura 25 muestra el registro de algunos de los datos).

Contador de

Energa

Mdem PLC

Mdem PLC

Concentrador Mdem Celular

Enfora

Estacin de

Control

Va Celular

PC

Red Elctrica

40

Figura 25. Software Connecting Sockets

Fuente: Grupo R&O Cuadro 2. Resultados de las pruebas Distancia(metros) Total Caracteres Errores Errores % 10 252 3 1.19% 20 252 3 1.19% 30 252 3 1.19% 40 252 1 0.39% 50 252 60 23.8% 60 252 18 7.14% 70 630 13 2.06% 80 609 64 10.5% Fuente: autores del proyecto

41

2.3.5 Control de la comunicacin entre Mdems. Cada Mdem debe tener la capacidad de enviar y recibir datos de la red, por lo tanto, cada dispositivo consta de dos acoples independientes (uno para el transmisor y otro para el receptor). Este objetivo debe ser alcanzado utilizando las mismas frecuencias de portadora en todos los Mdems, obligando a que la comunicacin entre dos o ms dispositivos se realice de forma Half-Duplex. Es decir, que un Mdem no puede estar recibiendo y enviando datos a la REBaT al mismo tiempo, puesto que esto causara interferencia debido a que los Mdems estn sintonizados a la misma frecuencia. Se ide una solucin sencilla para lograr la comunicacin Half-Duplex entre Mdems, la cual consiste en la utilizacin de un Rel de estado slido en conjunto con un pequeo circuito de control, con el cual se puede manipular el estado de conmutacin del Rel. El circuito para controlar el Rel utiliza un transistor que pasa de corte a saturacin y viceversa dependiendo del valor de voltaje en su base. Este valor de voltaje puede variar de 0V (Para Receptor) o 5V (Para Transmisor), dependiendo del modo en que se va a trabajar el Mdem. El control lo debe hacer el dispositivo externo al cual el Mdem este conectado. En el Anexo A se muestra el esquema del circuito.

42

2.4 MEDIDORES ELECTRNICOS DE ENERGA ELCTRICA

2.4.1 Descripcin. El Mdem PLC fue diseado especialmente para la aplicacin de lectura remota de contadores electrnicos. Se trabaj en conjunto con la empresa Grupo R&O creada por egresados de la Universidad Pontificia Bolivariana, seccional Bucaramanga. En este captulo se escribirn brevemente las caractersticas y especificaciones de los contadores electrnicos fabricados por dicha empresa, junto con el protocolo utilizado para la comunicacin entre contadores.

2.4.2 Sistema electrnico de medicin de energa elctrica. Un sistema electrnico digital de medicin de energa est compuesto por un equipo medidor de energa de alta precisin, control antifraude, medicin siempre positiva, multitarifa, entre otras. Tambin se cuenta con un equipo concentrador para almacenamiento de datos de los medidores conectados a l, con mdulos de transmisin y recepcin de datos, un equipo porttil de descarga local de consumos por va infrarrojo y un software para anlisis y tarificacin de los datos descargados desde el equipo concentrador por lnea telefnica o sincronizacin del equipo porttil. Dentro de los beneficios de los contadores electrnicos se encuentran los siguientes:

El sistema genera mayor confiabilidad en la medicin de energa porque los equipos son de mejor clase que los electromecnicos.

Los datos almacenados en el medidor permiten llevar un control de la energa consumida por cada usuario en la respectiva hora del da, y as generar medidores multitarifa.

Los equipos electrnicos reducen a mrgenes muy bajos la alteracin y fraude de la medida.

Tecnologa de punta que permite futuros desarrollos del sistema de medicin.

Mejor precisin de las mediciones. Ms compactos y ocupan menos espacio. Consumen menos potencia para su funcionamiento. Mayor inmunidad al fraude. Fcil montaje e instalacin. Mltiples funciones programables.

43

Permiten la implementacin de medicin remota y supervisin de funcionamiento.

Facilitan la implementacin de programas de ahorro de energa. Permiten diversas y variadas configuraciones. Fcil y rpida calibracin del sitio.

2.4.2.1 Tipos de medidores. Medidor monofsico: dentro de esta clasificacin existen dos tipos de medidores con similares caractersticas pero enfocados a diferentes clientes.

a. Medidor monofsico con comunicacin de datos: Este modelo fue

diseado para cumplir con funciones de medicin de consumos por hora, control de las interrupciones de energa, descarga de datos de manera local por va infrarroja y remota hacia un equipo concentrador por va serial y control de alteracin y fraude por anlisis de datos a travs del software central. Posee caractersticas elctricas especialmente diseadas para el entorno nacional entre las cuales estn:

Corriente de trabajo 10(60)A Frecuencia 60 Hz Voltaje de referencia 120V Sobrecorriente 1800A, sin dao permanente del equipo. Clase 1 Conexin directa.

b. Medidor monofsico bsico: Denominado as porque no posee mdulos de comunicacin ni descarga de datos como el modelo anterior. Las dems caractersticas elctricas y de medicin son exactamente iguales. Este modelo fue creado por la necesidad de cumplir con las necesidades de las constructoras que necesitan adquirir un medidor aprobado por la empresa electrificadora pero que no aumente los costos de fabricacin de las viviendas.

c. Medidor Bifsico: Este dispositivo est diseado para cubrir usuarios de mayor consumo que los monofsicos como son las pequeas empresas, locales con sistemas de refrigeracin, casas de recreo y otros usuarios que cumplan con las condiciones de las empresas electrificadoras estipuladas. El medidor se caracteriza por medir fielmente el consumo de energa por cada fase conectada a l sin importar si sus cargas estn o no balanceadas. Al igual que los dems medidores posee mdulos de descarga de datos de manera local y remota y posee las siguientes caractersticas elctricas:

44

Corriente de trabajo 10(70)A por fase. Frecuencia 60 Hz Voltaje de referencia 2x120V/220V Sobrecorriente 1800A, por fase sin dao permanente del equipo. Clase 1 Conexin directa.

d. Medidor Trifsico: Diseado para cubrir el sector industrial, el cual debe realizar mediciones de usuarios que consumen una carga mayor, con caractersticas de medicin diferentes a los usuarios residenciales o comerciales. Posee iguales caractersticas de almacenamiento y descarga de datos. Adems de la energa activa debe registrar la energa reactiva con las siguientes caractersticas elctricas.

Corriente de trabajo 10(70) A por fase. Frecuencia 60 Hz Voltaje de referencia 3x120V/220V Sobrecorriente 1800A, por fase sin dao permanente del equipo. Clase 1 Conexin directa.

2.4.2.2 Concentrador. Banco de memoria con mdulos de comunicacin serial y telefnica encargado de almacenar los datos recibidos desde los medidores de manera programada y transmitirlos por lnea telefnica a un software central.

2.4.2.3 Software Central. Es el encargado de establecer la comunicacin telefnica con el equipo concentrador para recibir toda la informacin almacenada y luego procesarla, identificando y separando de manera segura y confiable a cada usuario. A travs del equipo porttil se realiza la misma tarea de manera local utilizando la herramienta de sincronizacin de datos. Una vez almacenada la informacin en su base de datos el software analiza y crea reportes programables como la cantidad de interrupciones de energa por usuario, la duracin de estas, el consumo de energa por hora, por da, resaltando los momentos de mayor consumo, entre otras funciones que pueden ser solicitadas por el usuario del software.

45

2.4.2.4 Especificaciones de los Medidores Electrnicos Cuadro 3. Medidor monofsico con comunicacin de datos.

Visualizacin LCD de 2 x 16 LneasTipo de conexin DirectaClase 1Voltaje de Referencia 120VCorriente 10(60)AFrecuencia 60HzConstante 3000imp/kwh Fuente: Grupo R&O 1 Fase 2 Hilos. Almacenamiento de energa en unidades de W-h cada hora. Almacenamiento de la hora y fecha de las interrupciones y restitucin del servicio. Nmero de identificacin nico por medidor. Descarga de datos por va infrarrojo y/o serial.

Cuadro 4. Medidor monofsico bsico

Visualizacin Pantalla de 6 dgitosTipo de conexin DirectaClase 1Voltaje de Referencia 120VCorriente 10(60)AFrecuencia 60HzConstante 3000imp/kwh Fuente: Grupo R&O 1 Fase 2 Hilos.

46

Cuadro 5. Medidor bifsico

Visualizacin LCD de 2x16 lneasTipo de conexin DirectaClase 1Voltaje de Referencia 2x120V/220VCorriente 10(70)AFrecuencia 60HzConstante 3000imp/kwh

Fuente: Grupo R&O

2 Fases 3 Hilos. Almacenamiento de energa en unidades de W-h cada hora. Almacenamiento de la hora y fecha de las interrupciones y restitucin del servicio. Nmero de identificacin nico por medidor. Descarga de datos por va infrarrojo y/o serial.

Cuadro 6. Medidor trifsico

Visualizacin LCD de 2x16 lneasTipo de conexin DirectaClase 1Voltaje de Referencia 2x120V/220VCorriente 10(70)AFrecuencia 60HzConstante 3000imp/kwh

Fuente: Grupo R&O

3 Fases 4 Hilos Almacenamiento de energa en unidades de W-h cada hora. Almacenamiento de la hora y fecha de las interrupciones y restitucin del servicio. Nmero de identificacin nico por medidor. Descarga de datos por va infrarrojo y/o serial. Protocolo de Comunicaciones. El protocolo de comunicaciones de los medidores consta de una trama de 256 bits por mensaje enviado y recibido. En caso de que los datos no alcancen con la cantidad de bits, se reenva otro mensaje con los datos restantes.

47

Cuadro 7. Trama de datos

Fuente: Grupo R&O.

48

Cuadro 8. Datos en memoria RAM

Datos en memoria RAM

Registro Longitud (Bytes) MAC 8 Banderas varias 1 Constante medidor 4 Consumo total 4 Consumo ultima hora 4 Punteros interrupciones 2 Punteros consumos 2 Constante Costo kwh 4 Consumo Disponible 4 TOTAL 33

Fuente: Grupo R&O Cuadro 9. Datos en memoria EEPROM Serial

Datos en memoria EEPROM Serial

Registro Longitud (Bytes) Consumo por horas kwh 18 Fecha del consumo Interrupciones 36 Fecha de la interrupcin Restituciones Fecha de la restitucin TOTAL 54

Fuente: Grupo R&O

49

3. CONCLUSIONES

La modulacin FSK present un desempeo aceptable para la aplicacin del sistema PLC, cuando se requiere de una solucin sencilla a la forma de transportar la informacin por la REBaT, utilizando circuitos integrados de bajo costo y eficientes que permiten la modulacin y demodulacin de la seal con muy bajo porcentaje de error con respecto a la seal original. FSK es un sistema robusto frente a las caractersticas cambiantes de la REBaT en donde el ruido y la atenuacin son factores con los que hay que enfrentarse siempre que se quiera utilizar la red como medio de comunicacin. Todos los dispositivos conectados a la REBaT generan ruido, por lo cual el comportamiento de dicho ruido y la forma en que afectar a la seal de informacin son aspectos muy difciles de predecir. Por tal motivo, se hizo un estudio acerca de la influencia de diferentes tipos de cargas en la red. Se prob el comportamiento del esquema de modulacin FSK, obteniendo resultados satisfactorios a frecuencias iguales o mayores de 150Khz, observando que, al aumentar la frecuencia, la influencia del ruido sobre la seal disminuye. Cuando se trabaja con acoples de tipo capacitivo se debe tener especial cuidado con la atenuacin de la seal recibida de la red, debido a la caracterstica capacitiva del mismo. Por esta razn, se deben implementar dispositivos de amplificacin para el tratamiento de esta seal. Con este tipo de acople es necesario utilizar amplificadores operacionales en el lado del receptor, pues se logra una mejor calidad en la seal. Adems, estos circuitos proveen una impedancia alta en la entrada ayudando a que el acople sea ms robusto. Es necesario determinar la velocidad de transmisin con la que un sistema de comunicaciones va a funcionar. Nuestro objetivo fue transmitir a una velocidad entre 1200 baudios y 2400 baudios. Cuando se trabaja con la REBaT, la opcin ms acertada es a 1200 baudios puesto que obtiene una menor prdida de informacin aunque se sacrifique la velocidad. Como se mencion anteriormente, existe una restriccin con respecto a las frecuencias que se pueden utilizar en la REBaT en Amrica (de acuerdo con lo estipulado por la FCC). Acorde con la normatividad, el Mdem PLC construido cumple con los requerimientos de la FCC, trabajando con las frecuencias de 150Khz y 300Khz.

50

Cuando se quiere utilizar la REBaT como medio de comunicacin, se sabe que la informacin que se est transmitiendo presentar errores. Debido a esto, es indispensable utilizar un protocolo de comunicaciones contenga un mtodo apropiado para la deteccin y correccin de errores. Pensando en futuros desarrollos, este Mdem PLC puede ser utilizado como punto de partida para su mejoramiento utilizando otras tcnicas de modulacin (por ejemplo, espectro expandido), permitiendo de esta manera, utilizarlo para una aplicacin especfica que requiera de una mayor velocidad en la transmisin y a su vez, una alta confiabilidad en la comunicacin.

51

BIBLIOGRAFA Libros: DOSTERT, Klaus. Powerline Communications. Estados Unidos: Prentice Hall PTR, 2001.

PLATT, Glen. Tesis. Power Line Carrier. Australia: Universidad de Newcastle, 1999.

RESTREPO, Ral. Tesis de Maestra. Estudio del comportamiento de la red elctrica en la transmisin de datos. Colombia: Universidad Pontificia Bolivariana, 2004.

RESTREPO, Ral, MORA, Yesid, GMEZ, Jorge. Trabajo de investigacin. Mdulo didctico para el estudio de la tecnologa PLC. Colombia: Universidad Pontificia Bolivariana, 2004.

Artculos: RESTREPO, Ral. La Red Elctrica de Baja Tensin como Medio de Comunicacin (Revista Cientfica Vol. 2). Colombia: Universidad Pontificia Bolivariana, Abril de 2004. HERNNDEZ, Glenn Elmer. Control de Dispositivos a Travs del Envo de Datos por la Red Elctrica (Revista Reset-UTS). Colombia: Unidades Tecnolgicas de Santander, Diciembre de 2006.

52

WEB GRAFA

Parte 15 Regulaciones FCC (online).http://www.fcc.gov/Bureaus/Engineering_Technology/Documents/cfr/1998/47cfr15.pdf

Burns, Terry. IEEE Broadband over Power Line Working Group (online). http://grouper.ieee.org/groups/bop/1675.pdf

HomePlug Powerline Alliance (online). http://www.homeplug.org/en/index.asp

Myvsat. Sojitz Corporation of America. What is PLC? (Online). http://www.myvsat.com/s.nl/it.I/id.20/.f;jsessionid=ac112b6b1f43cf57939d6ee2438c8f90813c57d5877f.e3eTa3aSaxmTe3aMc3qMc3yRbi1ynknvrkLOlQzNp65In0

53

Anexo A. Diagrama esquemticos de los circuitos

A1CircuitoModuladorFSK

Vcc

Salida

Entrada

+1uF

0.001uF

+1uF + 0.1uF

+

0.01uF

50K

Vcc

12345678 9

10111213141516

XR2206 200

3.3K

6.8K5.1K

5.1K

LamodulacinFSK se realizamedianteelgeneradorde funcionesXR2206,estecircuitointegradoesunOsciladorControladoporVoltaje(VCO).Lasresistenciasenlospines7y8determinanlasfrecuenciasdemarcayespacio;coneldivisordevoltajeubicadoenelpin3esposiblevariarlaamplituddelasealdesalida.A2CircuitoDemoduladorFSK

Salida

50K

24pF

220pF

0.1uF

2nF

Vcc

0.1uFEntrada

0.1uF

Vcc

1234567 8

91011121314

XR2211

10K

55K

100K

510K5.1K

54

LademodulacinFSKserealizamedianteelcircuitoPLL(PhaseLockedLoop)XR2211,loscomponentes crticos se muestran en los pines 8 Y 13. Estos componentes fijanparmetrosdelPLLcomolafrecuenciacentral,laGananciayelCoeficientedeDamping.

55

A3CircuitodelAmplificadoryFiltroActivo

Entrada

Salida

-Vcc+Vcc

1nF

1nFTL084

2.2K

1K150

1K1K

10K

1K

51

51

Este circuito esta basado en el circuito integrado TL084, el cual consta de cuatroAmplificadoresOperacionalesinternos,dondeelprimeroesutilizadocomofiltroActivoylosdemscomoamplificadoresdelasealdeentrada.A4CircuitodeAmplificacin

Salida

Entrada

Vcc

2N2222NPN

0.1uF100

47

100

4.7K

EstecircuitosebasaenuntransistorBJT2N2222enconfiguracininversora.

56

A5ReddeAcople

AcopleTransmisor

Entrada Red de Baja Tensin (REDBaT)

0.1uF/400V

0.1uF/400V

0.153uF/400V

0.153uF/400V

2.2M2.2K

2.2K

AcopleReceptor

SalidaRed de Baja Tensin (REDBaT)0.1uF/400V

0.1uF/400V

2.2K

2.2K

EstetipodeacopleestdiseadoparalaReddeBajaTensinde120V.

57

A6CircuitodelRel

Relay

2N2221A

VCC5V

R1

4.7k Tx

Rx

Red Electrica

Control Bidireccionalidad

El control de la bidireccionalidad se realiza mediante un rel de cuatro contactoscontroladosporunasealTTLqueseaplicaalabasedeuntransistor.

58

Anexo B. Clculos para la Seleccin de Componentes

B1ClculosdelXR2206

CRF

*1=

F1=150KhzF2=300Khz

1*1150RC

Khz = ConC=0,001uF(102)

= 66,66661

R

2*1300RC

Khz = ConC=0,001uF(102)

= 33,33332R

LosvaloresdelasResistenciasPrcticasfueron:

KhzRKhzR

3,38,6

2

1

==

ConestosvaloresdeResistenciaslasFrecuenciasRealesson:

KhzFKhzF

303147

2

1

==

59

B2ClculosdelXR2211a)FrecuenciacentraldelPLL:

KhzfKhzKhzf

FFf

047,211303*147

*

0

0

210

===

b)Resistenciadetiming.Estaresistenciaseescogeenunrangode10Ky100K.ElvalorrecomendadodeRo=20K.c)ElvalordeCo:

pFCKhzK

C

fRC

236047,211*20

1*1

0

0

000

==

=

d)ParacalcularelvalordeR1:

=

==

KRKhzKhzKhzKR

FFfRR

114,54

2*)147303(

047,211*20

2*)(

*

1

1

12

001

e)CalculandoC1con=0,5:

pFCK

pFC

RC

C

4,21)5,0(*55

236*1250**1250

1

21

21

01

==

=

f)Clculosparalacapacitanciadelfiltrodedatos:

60

=+++=

+++=

KRKKKKkKR

RRRRRRR

SUM

SUM

BF

BFSUM

87,118)51010055(

510*)55100()(

*)(

1

1

nFCK

C

BaudRateRC

F

F

SUMF

7,1)1200*87,118(

25,0)*(

25,0

==

=

B3aClculosdelTL084comoFiltroActivo

TL084IN3

2 11

4

1R1

R2

R3

C1

C2

VCC

EntradaSalida

-VCC

00

0

**2*

fWQAH=

=

61

)1(**

*)(*1

)(*

**1

2

1103

021

1

12

011

CCRAR

WCCQR

RRRR

R

WCHR

EQ

EQ

EQ

+=+=

=

=

Donde: =0A Gananciadelamplificadoroperacional

=Q Factordecalidaddelfiltro=0f Frecuenciacentral

Entonces;1010

==

QA

==

661,63250**2*1*10

1

1

1

RKhznF

R

==

830,31250**2*)2(*10

1

EQ

EQ

RKhznF

R

==

659,63)830,31661,63(

830,31*661,63

2

2

R

R

=+=

322,127

)111(*661,63*1

3

3

RnFnFR

62

B3bClculosdelTL084comoAmplificador

VCC

EntradaSalida

-VCC

TL084IN

5

6 11

4

7

TL084IN

10

9 11

4

8

R1

R2

R3

R4

ParaelprimerAmplificador(TL084)laGanancia=10yseasume

= KR 11

Luego;

===

=

KKRKRRRG

101*101

10

2

2

1

2

ParaelsegundoAmplificador(TL084)laGanancia=2.2yseasume

= KR 13

63

Luego;

===

=

KKRKR

RRG

2.21*2.21

2.2

4

4

3

4

64

Anexo C. Documentacin de pruebas finales

ConfiguracinMdemCelularEnfora

10 y 20 Metros Client nr 0 disconnected Connection received from (198.228.90.116) from port 31087 Received from client 0: AT&W Received from client 0: AT$HOSTIF=2 Received from client 0: ATDT201.221.154.7/1728 Received from client 0: Received from client 0: Received from client 0: 00041.668111|/ Received from client 0: 00000001|343.334829|/00000001|345.001548|/00000001|3

65

46.6v8264|/00000001|308.334982|/00000001|350.001698|/00000001|351.66841?|/00000001|353.335136|/ Received from client 0: 00000001|355.001851|/00000001|356.668573|/ Received from client 0: 00000001|358.335289/00000001|360.002005|/00000001|361.668720|? Unknown error occured while receiving a message from client0 Client nr 0 disconnected Total Caracteres = 252 Errores = 3 Porcentaje = 1.19% Connection received from (198.228.90.116) from port 30751 Client 0 caused error #10053 (Se ha anulado una conexin establecida por el software en su equipo host) Client nr 0 disconnected Connection received from (198.228.90.116) from port 48495 Received from client 0: 00000001|373.335745|/ Received from client 0: 0000000L75.002461|/ Received from client 0: 00000001|376.669183|/ Received from client 0: 00000001|378.335902|/00000001|380.002614|/00000001|381.669333|/ Received from client 0: 00000001|383.336052|/00000001|385.002768|/ Received from client 0: 00000001|386.669483|/00000001|388.336202|/00000001|390.002918|/ Received from client 0: 00000001|391.6_9636|/ Total Caracteres = 252 Errores = 3 Porcentaje = 1.19% 30 y 40 Metros Client nr 0 disconnected Connection received from (198.228.90.116) from port 48495 Received from client 0: 00000001|395.003074|/00000001|396.669793|/00000001|398.336511|/00000001|400.003224|/0000000L01.669943|/ Received from client 0: 0000_001|403.336665|/ Received from client 0: 00000001|405.003377|/00000001|406.670096|/ Received from client 0: 00000001|408.336812|/ Received from client 0: 00000001|410.003530|/ Received from client 0: 00000001|411.670246|/00000001|413.336965|/

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Unknown error occured while receiving a message from client0 Client nr 0 disconnected Total Caracteres = 252 Errores = 3 Porcentaje = 1.19% Connection received from (198.228.90.116) from port 24823 Received from client 0: Received from client 0: 00000001|433.337575|/00000001|435.004293|/00000001|436.671012/00000001|438.337731|/00000001|440.004444|/ Received from client 0: 00000001|441.671162|/ Received from client 0: 00000001|443.337883|/ Received from client 0: 00000001|445.004600|/00200001|446.671316|/ Received from client 0: 00000001|448.338034|/ Received from client 0: 00000001|450.004750|/ Received from client 0: 00000001|451.671469|/ Unknown error occured while receiving a message from client0 Client nr 0 disconnected Total Caracteres = 252 Errores = 1 Porcentaje = 0.39% 50 y 60 Metros Connection received from (198.228.90.116) from port 40735 Received from client 0: 00000001461.671772|/00000001|3i00000001|465.00520?|/00000001|466.671925|/ Received from client 0: 00000001|468.778641|/ Received from client 0: 00000001|470.005363|/pppppppq|t7!.67207800fsLLL_C 00000001|.>72235|? Received from client 0: 00010001|

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Received from client 0: 00000001|506.673148|/ Received from client 0: 00010001|508.33986_ Received from client 0: 00000001|510.006582|/000000 1|511.673298|/ Unknown error occured while receiving a message from client0 Client nr 0 disconnected Total Caracteres = 252 Errores = 18 Porcentaje = 7.14% 70 y 80 Metros Setting up server at port 1728 Server is listening at port 1728 Connection received from (198.228.90.116) from port 43743 Client 0 caused error #10053 (Se ha anulado una conexin establecida por el software en su equipo host) Client nr 0 disconnected Connection received from (198.228.90.116) from port 17902 Received from client 0: Received from client 0: {yf_ Unknown error occured while receiving a message from client0 Client nr 0 disconnected Connection received from (198.228.90.116) from port 24222 Received from client 0: Received from client 0: Received from client 0: 00000001|231.665873|/ Received from client 0: 00800001|233.33251_00000001|234.999154|/00000001|236.665797|/ Received from client 0: 00000001|238.332438|/ Received from client 0: 00000001|239>999079|/00000001|241.665719|/00000001|243.332360|/00000001|244.999001|/ Received from client 0: 00000001|246.665644|/00000001|248.332284|/ Received from client 0: 00000001|r49.998925/0000p001|251.665569|/00000001|253.332211|/ Received from client 0: 0000001|254.998850|/00000001|256.665524|/00000001|258.332242|/00000001|259.998956|/00000001|261.665673|/00000001|263.332393|/ Received from client 0: 00000001|264.999108|/00000001|266.665825|/00000001|268.332542|/00

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000001|269.999261|/00000001|271.665978|/00000001|273.332695|/00000001|274.999412|/00000001|276.666134|/00000001|278.33&S Received from client 0: 00000001|279.999566|/00000001|281.666284|/ Unknown error occured while receiving a message from client0 Client nr 0 disconnected Total Caracteres = 630 Errores = 13 Porcentaje = 2.06% Connection received from (198.228.90.116) from port 36592 Received from client 0: 00000000000000000000000000 Received from client 0: 00 Received from client 0: 000000000000000000000000000 Client 0 caused error #10053 (Se ha anulado una conexin establecida por el software en su equipo host) Client nr 0 disconnected Connection received from (198.228.90.116) from port 40081 Received from client 0: Received from client 0: Received from client 0: 00000001|293.333305|/ Received from client 0: 00000001~295.000024|/ Received from client 0: 00000005|296>666744|/ Received from client 0: 00000001|298.333461|/ Received from client 0: 00000001|300.000175|/ Received from client 0: 00000001|30q.v6894|/ Received from client 0: Received from client 0: 00000001|303.33361 Received from client 0: Received from client 0: 000005000329|/ Received from client 0: Received from client 0: 00000001|306.667046|/00000001|308.333764|/ Received from client 0: Received from client 0: 00000001|r Received from client 0: Received from client 0: 00001001|311.66719;|/ Received from client 0: Received from client 0: 01000001|313.333916|/ Received from client 0: 00000001|315.000633|/ Received from client 0: 00000001|316nv67sut|/ Received from client 0: 0000001|318.73

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Received from client 0: 00000001|323.374223|? Received from client 0: 0000000q|325.000935| Received from client 0: 00000001326.667654|/ Received from client 0: Received from client 0: 00000001|328.334373|/ Received from client 0: Received from client 0: 00p0p0p1|330.001088|/ Received from client 0: Received from client 0: 00000p01|331.6677 Received from client 0: 00800001|333.334523|/ Received from client 0: 00000001|335.001242|/ Received from client 0: Received from client 0: 00000001|336.667y6p|/ Received from client 0: Received from client 0: 00000001|338.334679}/ Received from client 0: Received from client 0: Received from client 0: 00000001|340.001392|/ Client 0 caused error #10053 (Se ha anulado una conexin establecida por el software en su equipo host) Client nr 0 disconnected Total Caracteres = 609 Errores = 64 Porcentaje = 10.5%