Se describe un sistema de automatización de ensayos de lámparas de descarga de gas. Este sistema comprende los ensayos de medida de características eléctricas, cebado y establecimiento de régimen de lámparas de descarga de gas de vapor de mercurio y sodio. Para ello se diseñó y construyó un sistema de administración y control basado en un computador personal, el cual integra una serie de instrumentos de precisión mediante una red de  comunicación IEEE488 y un controlador de magnitudes eléctricas diseñado para satisfacer los requerimientos eléctricos especificados en las normas. La administración del ensayo es realizada por una aplicación software desarrollada sobre Windows 95, la cual almacena los resultados de los ensayos en una base de datos y produce reportes de los mismos

Canetti, Rafael

Casaravilla, Gonzalo

Gava, Sebastián

Román, Javier

Ruibal, Gustavo

Vignolo, Mario

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Proceedings of 5º Encuentro de Potencia, Instrumentación y Medidas, IEEE, October 19-20, 1999, Montevideo, Uruguay0-7803-9938-2/99/$10.00  1999 IEEEAutomatización de ensayos de lámparas de descarga de gasSebastián Gava Javier Román Gustavo Ruibal Rafael CanettiInstituto de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería, Universidad de la República, Montevideo, UruguayResumen:  Se describe un sistema de automatización de ensayos delámparas de descarga de gas.  Este sistema comprende los ensayosde medida de características eléctricas, cebado y establecimiento derégimen de lámparas de descarga de gas de vapor de mercurio ysodio.  Para ello se diseñó y construyó un sistema de administracióny control basado en un computador personal, el cual integra unaserie de instrumentos de precisión mediante una red decomunicación IEEE488 y un  controlador de magnitudes eléctricasdiseñado para satisfacer los requerimientos eléctricos especificadosen las normas.  La administración del ensayo es realizada por unaaplicación software desarrollada sobre Windows 95, la cualalmacena los resultados de los ensayos en una base de datos yproduce reportes de los mismos.I. INTRODUCCIÓNEl presente trabajo describe el Sistema DeAutomatización de Ensayos (SADE) de lámparas de descargade gas realizado en el Laboratorio de Fotometría del Institutode Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería,Universidad de la República, Montevideo, Uruguay.A  AntecedentesEn Noviembre de 1996 el Instituto de IngenieríaE1éctrica (IIE) de la Facultad de Ingeniería firmó junto con elInstituto Uruguayo de Normas Técnicas (UNIT) un conveniocon la Intendencia Municipal de Montevideo (IMM) en"Temas relacionados con el Alumbrado Público".Buscando la excelencia en la calidad de los suministros dela IMM (lámparas, balastos, ignitores y condensadores) sediseñó un sistema para el control de la misma basado en lautilización de las normas IEC y UNIT.Dado que la IMM realiza compras de volumen importantecada año, la cantidad de ensayos a realizar por el Laboratorioes bastante grande. Es por ello que era imprescindible laautomatización de los mismos.B EnsayosEl Laboratorio de Fotometría realiza ensayos de lámparasde descarga de gas (mercurio y sodio) con el objetivo dedeterminar si las mismas verifican las normas IECcorrespondientes.Específicamente, se realizan los siguientes ensayos:• Ensayo de medida de características eléctricas de lalámpara• Ensayo de cebado y establecimiento en régimen delámpara de mercurio• Ensayo de calentamiento y establecimiento en régimende lámpara de sodioLas normas que rigen estos ensayos son:• Norma IEC 188 (Lámparas de vapor de gas de mercurio)[1]• Norma IEC 662 (Lámparas de vapor de gas de sodio) [2]La infraestructura necesaria para realizar tales ensayoscon ta de:• esfera de Ulbricht (para medida de flujo luminoso)• regulador de tensión• circuito auxiliar de lámparas de descarga de gas• instrumentos de medida (vatímetro, multímetro yluxímetro)Tradicionalmente estos ensayos se realizabanmanualmente, e involucraban las siguientes tareas por partedel operario:• regulación de tensión, corriente o potencia mediantemanivela de autotransformador• conmutación de seccionadores para secuenciar elencendido mediante el equipo auxiliar (balasto, ignitor,condensador)• conexión/desconexión del instrumento de medida paraprotección del mismo• monitoreo de la evolución de las características eléctricasde la lámpara para determinar distintas etapas del ensayo(régimen, cebado, calentamiento)• lectura, tratamiento estadístico y almacenaje de lascaracterísticas eléctricas y luminosos de la lámpara• confrontación de resultados obtenidos con la normacorrespondienteSe buscó diseñar e implementar un automatismo capaz dellevar a cabo estas tareas de acuerdo a las normas citadas.II.  DESCRIPCIÓN DEL SISTEMAEl sistema se compone de elementos hardware y de unaaplicación software desarrollada específicamente para llevara cabo los diferentes ensayos.  En la Fig. 1 se observa undiagrama de bloques del sistema.PCCircuito de lámparaVatímetroWT110TransformadorVariableLuxímetroLMT S 1000MultímetroFLUKE 45Driver Motor /ContactoresGPIB IEEE488.2PuertoParaleloFig. 1. Diagrama de bloques del SADELos elementos hardware utilizados son:• transformador variable: transformador yautotransformador actuado por motor que proporcionanuna tensión variable de alimentación del circuito delámpara;• rack de actuadores: contiene contactores, llave selectora,protecciones y driver para el motor del transformadorvariable;• circuito de lámpara: equipo auxiliar de lámpara dedescarga de gas (balasto, ignitor, condensador), esfera deUlbricht con lámpara;• instrumentos de medida: vatímetro, multímetro yluxímetro comunicados por interface IEEE488.2 con elPC.En el PC se ejecuta una aplicación software que seencarga de:• interactuar con el operario,• secuenciar el ensayo,• controlar magnitudes eléctricas,• adquirir medidas de los instrumentos.El operario coloca la lámpara en la esfera y conecta elequipo auxiliar necesario.  Luego de esto, selecciona elensayo correspondiente en la aplicación software y el sistemarealiza el ensayo sin intervención del operario. Finalizado elmismo, presenta y almacena los resultados en el PC.III.  ESTRUCTURA DEL HARDWAREA Circuito de lámparaEn la Fig. 2 se observa un esquema del circuito delámpara luego del encendido de la misma.  Las magnitudesde interés se enumeran en la Tabla 1.  Estas son adquiridaspor los instrumentos indicados para registro, control ymonitoreo durante el ensayo.  Estos instrumentos soncomandados mediante la interface IEEE488, disponibles entodos ellos.BalastoV1IV2PRed depotenciaLámparaETransformadorVariableFig. 2. Circuito de lámparaTabla 1.  Magnitudes medidasSímbolo Magnitud InstrumentoV1 Tensión de alimentación FLUKE 45V2 Tensión en bornes de la lámpara WT110I Corriente de la lámpara WT110P Potencia activa de la lámpara WT110E Iluminancia en el detector de laesfera de UlbrichtLMT S 1000B Controlador de magnitudesPara la realización de los distintos ensayos es necesarioregular una de tres magnitudes diferentes: tensión dealimentación del circuito de lámpara (V1), corriente delámpara (I) o potencia de lámpara (P).La arquitectura del controlador de las magnitudesantedichas se muestra en la Fig. 3.  Consta de los siguienteselementos:• Transformador variable:(a) Transformador Westinghouse tipo S, monofásico, 5kVA, 110-165-220 V / 80-40-20 V(b) Autotransformador Varivolt modelo R-60,monofásico, 60 A, 220 V/ 198 V a 352 V, concursor variable acoplado al eje de un motormonofásico• Instrumentos:(a) Multímetro Fluke 45, con interface IEEE 488.2(b) Vatímetro Yokogawa WT110, con interface IEEE488.2• PC: Procesador Pentium, 133 MHz, 16 Mb de RAM,tarjeta GPIB National Instruments, sistema operativoWindows 95• Driver del motor TransformadorWestinghouseR-60  +motor+CircuitoLámparaFluke 45WT110IEEE 488.2PCDriverMotorI/PV1Fig. 3. Arquitectura del controladorLa Fig. 4 muestra la topología de conexión de lostransformadores.  El transformador Westinghouse alimenta alautotransformador R-60 y además suma o resta una tensiónfija a la tensión de salida del R-60. Con el motor acoplado alcursor del R-60 se varía la tensión de salida en un intervalo,cuyo ancho está determinado por la tensión de entrada al R-60 y su relación de transformación. Con la tensión de salidadel transformador Westinghouse se lleva el punto medio delintervalo al valor de tensión requerido por el ensayo.Fig. 4. Topología de conexión de los transformadoresLa magnitud a controlar es adquirida mediante lainterfaceIEEE488 del instrumento correspondiente.El PC ejecuta un algoritmo de control que recibe el valorde la magnitud a controlar y decide qué acción tomar con elcursor (subir, bajar o reposo) en función de la señal de errorrespecto a la consigna.  El algoritmo comanda al motor através del puerto paralelo del PC mediante un driverconstituido básicamente por buffers, optotriacs y triacs.Del estudio y la realización de los ensayos requeridos porlas normas se determinaron dos rangos diferentes de tensiónde alimentación, alto y bajo. En la configuración alta se tieneun menor intervalo de variación de la tensión de salida perouna mayor precisión de regulación. En la configuración bajael intervalo de variación es mayor pero la precisión deregulación es menor. El cambio de rango se realiza con uncontactor comandado desde el PC.El control de las distintas magnitudes (V1, I o P) serealiza actuando en forma directa sobre la tensión dealimentación (tensión de salida del transformador variable).Por lo tanto, es necesario conocer las relaciones de I y P conV1, para las diferentes lámparas.Para esto se obtuvieron modelos de las lámparas enrégimen a partir de respuestas escalón.  Estos modeloscaracterizan la evolución de I y P frente a variaciones de V1y fueron utilizados para evaluar las diferentes estrategias decontrol.C Rack de actuadoresSe construyó un rack con contactores, selectores yprotecciones para realizar los siguientes puntos:• intercalar en el circuito de lámpara el circuito auxiliar deencendido de las lámparas de sodio (balasto ordinario eignitor).• seleccionar la configuración de conexión del ignitorsegún sea semi-paralela o serie• proteger el vatímetro  de los pulsos del ignitor• conectar y desconectar la alimentación controlada (V1)al circuito de lámpara• alojar el driver del motor y la lógica de comando de loscontactoresLa lógica de comando de los contactores se comandadesde el PC a través del puerto paralelo.  La Fig. 5 muestraun diagrama de bloques de esta lógica.Buffers OptoTriacsTriacsPuertoParaleloContactoresFig. 5. Comando de actuadores mediante puerto paralelo.Los triacs se encargan de alimentar el motor delautotransformador, mientras que los contactores realizan laconmutación del equipo auxiliar, la selección del rango detensión a usar y la conexión de la alimentación al circuito delámpara.IV.  APLICACIÓN SOFTWARELa aplicación software desarrollada realiza las siguientesfunciones:1. recepcionar y procesar la solicitud de ensayo deloperador;2. administrar los recursos del sistema para ejecutar elensayo especificado de acuerdo a las normas de lámparascitadas, a saber:• acceder a los instrumentos digitales para realizar lasmedidas necesarias,• comandar al hardware para controlar las condicionesdel ensayo;3. procesar los datos obtenidos del ensayo y almacenarlosen una base de datos.A Interfaz con el usuarioLa interfaz de usuario consta de los siguientes elementosa ser presentados en la pantalla del PC: formulario de ingresode ensayo, reporte de estado del ensayo y reporte deresultados del ensayo.  También incluye teclas de controlpara habilitar o no las diferentes fases del ensayo.En el formulario de ingreso de ensayo el usuario ingresalos siguientes parámetros del ensayo:• tipo de ensayo• magnitud y valor a mantener constante durante elensayo (si es aplicable)• tipo y potencia de la lámpara a ensayar• lote y número de lámpara (opcional)• observaciones del ensayo a realizar (opcional)Luego de iniciar el ensayo se muestra un estado de laevolución del mismo donde se comunica al usuario el estadoactual del ensayo, permitiéndole abortarlo en cualquiermomento. Al finalizar el ensayo se reporta el resultado delmismo, indicando si su ejecución fue correcta y si la lámparaensayada cumple con los requisitos indicados en la normacorrespondiente.El usuario puede modificar ciertos parámetros de laejecución de los ensayos mediante un archivo deconfiguración.B ImplementaciónEl software fue enteramente desarrollado en MicrosoftVisual Basic 5.0 y se ejecuta bajo Windows 95/98.  Lasnormas para las diferentes lámparas y los resultados de losensayos son almacenados como tablas diferentes dentro delmismo archivo de base de datos Access.El archivo de configuración es un archivo Excel quecontiene ciertos parámetros necesarios para la ejecución delos ensayos y las tablas necesarias para calcular los errores delos instrumentos utilizados para las medidas de lasmagnitudes de la lámpara.Los instrumentos de medida son accedidos mediante elprotocolo IEEE 488.2. Para ello se dotó al PC de una tarjetaGPIB de National Instruments y se utilizó la biblioteca dedrivers de dicha tarjeta para Visual Basic en ambienteWindows 95.El acceso a los actuadores del sistema (contactores ymotor del autotransformador) se hace manejando el puertoparalelo del PC como se mencionó en su momento. Medianteeste puerto, se realizan las siguientes acciones:• selección del rango de tensión del transformadorvariable;• conexión y desconexión del circuito auxiliar deencendido de lámpara de sodio;• conexión y desconexión de la tensión de alimentacióncontrolada a la lámpara;• control de la magnitud seleccionada accionado el motordel autotransformador.V. CONCLUSIONESSe implementó un sistema capaz de realizar en formaautomática ensayos de lámparas de descarga de gas,reduciendo la interacción con el operario al mínimo.Dentro de las características del sistema implementado sepueden citar:• bajo costo de implementación, ya que se utilizanelementos generalmente disponibles en laboratorios defotometría;• diseño modular y flexible que posibilita: i. incorporación inmediata de nuevas potencias delamparas de mercurio y sodio a ensayar; ii. adición de nuevos ensayos con mínimo esfuerzo;• utilización de formatos estándar para almacenarconfiguraciones, normas y resultados (Microsoft Accessy Excel), lo que facilita la integración del sistema a unabase de datos de mayor jerarquía así como la redacciónde reportes;• mínima duración de los ensayos, lo que aumenta el"through-put" de lamparas ensayadas;• sistematización del procedimiento y los criterios tenidosen cuenta en los  ensayos, lo cual elimina posibleserrores debido a diferencias en la forma de actuar dediferentes operarios;• lámparas ensayadas bajo norma internacional (IEC)garantizando el cumplimiento adecuado de losrequerimientos de las mismas.VI.  MENCIONESLas especificaciones y asesoramiento por parte delLaboratorio de Fotometría, en particular del hardware depotencia, estuvieron a cargo de Mario Vignolo y GonzaloCasaravilla.El financiamiento del equipamiento lo realizó la UnidadTécnica de Alumbrado Público de la Intendencia Municipalde Montevideo (IMM-UTAP).VII.  REFERENCIAS[1] Norma IEC 188: Lámparas de descarga de vapor de mercurio de altapresión, Instituto Uruguayo de Normas Técnicas, 1990.[2] Norma IEC 662: Lámparas de descarga de vapor de sodio de altapresión, Instituto Uruguayo de Normas Técnicas, 1995.VIII.  BIOGRAFÍASSebastián Gava  (S’96) estudia IngenieríaEléctrica en la Universidad de la República.Docente desde el año 1994 de la Facultad deIngeniería de la Universidad de la República.Actualmente desempeña el cargo de ayudante enel Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Facultadde Ingeniería, Universidad de la República,Montevideo, Uruguay.  Trabaja en el área deInstrumentación.Javier Román  (S’96) estudia IngenieríaEléctrica en la Universidad de la República.Desde 1996 es docente del Instituto deIngeniería Eléctrica con un cargo de Ayudanteen el Departamento de Control y ElectrónicaIndustrial.  Trabaja en el área de Control eInstrumentación.Gustavo Ruibal  (S’99) estudia IngenieríaEléctrica en la Universidad de la República.De 1994 a 1997 fue docente del Instituto deFísica de la Facultad de Ingeniería.  Desde1997 trabaja en NEC Uruguay en el área detelecomunicaciones.Rafael Canetti se graduó de IngenieroMecánico-Electricista en la UNAM (México)en 1985. Obtuvo el Título de Master enIngeniería (Control) en la misma Universidad.Ha trabajado en investigación en el Instituto deInvestigación en Matemáticas Aplicadas ySistemas y en el Instituto de Ingeniería,UNAM. Es Profesor Titular del Instituto deIngeniería Eléctrica de la Universidad de laRepública, donde se desempeña como  Jefe delDepartamento de Control y ElectrónicaIndustrial.  Su área de trabajo es el Control.

Automatización de ensayos de lámparas de descarga de gas

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