Implementación de un sistema de adquisición de datos basado en FPGA para el monitoreo y control de motores de combustión interna

Abstract

RESUMEN: Este proyecto de grado presenta la implementación de un sistema de monitoreo y control para motores de combustión interna mediante el uso del módulo embebido NI CompactRIO 9045. Para el desarrollo de este sistema se utilizaron 7 diferentes módulos de hardware que fueron añadidos al chasis principal del sistema CompactRIO. La asignación de cada módulo y su correspondiente función dentro del sistema parte de sus características y posibles limitaciones buscando un manejo eficiente y seguro de los bancos de pruebas de los motores de combustión interna del laboratorio de máquinas térmicas -GIMEL-, a continuación se describe la función que cumplió cada uno de estos módulos durante la implementación del sistema: Modulo NI-9401: Este módulo digital se configuró como contador personalizado de flancos y frecuencias a alta velocidad, mediante la utilización de este fue posible acondicionar e implementar señales pulsadas para el monitoreo del régimen de giro del motor, la presión en la cámara de combustión, el flujo de aire y la señal del encoder proveniente del dinamómetro que genera la carga del motor. Módulo NI-9203: Este módulo posibilitó el monitoreo de las señales de corriente provenientes de los transductores de presión, en este se observó el cambio de corriente a una señal de presión en escala de [mbar] previamente acondicionada. Módulo NI-9213: El módulo de entradas de temperatura NI-9213 permitió establecer una configuración de alta precisión donde se monitorearon los termopares instalados en el motor, adquiriendo así las temperaturas en el compresor, EGR, turbina, múltiple de admisión, sistema de refrigeración y gases de escape del motor. Módulo NI-9205: El módulo de entrada analógica NI-9205 permitió realizar el monitoreo de las señales de voltaje provenientes de la unidad de control electrónico del motor (ECU) donde se procesaron y se acondicionaron las señales analógicas de voltaje del sensor de flujo de agua, amplificador de carga, celda de carga, presión del riel de inyección, temperaturas internas del motor y una señal extra del estado del régimen de giro del motor. Modulo NI-9870: Para el módulo de control serial NI-9870 se utilizó la conexión RS232-serial donde se comunicó una balanza Shimadzu, se acondicionó su señal y se estableció el control del llenado automático y el monitoreo del consumo de combustible en el motor. Además, por medio de alarmas también indicó en qué momento se debía realizar un llenado manual anticipado y en qué punto se debe detener para evitar derrames y accidentes. Modulo NI-9263: Con el módulo de salida de voltaje NI-9263 se controló la señal de aceleración del motor y se acondicionaron salidas para diferentes señales extras del motor. Modulo NI-9474: El módulo digital NI-9474 se configuró como un generador de señales PWM con el fin de controlar el ancho del ciclo de dureza del dinamómetro que genera la carga del motor, la activación de la bomba de combustible, la válvula de acople del freno y el sistema de seguridad del encendido del motor. Finalmente, con los módulos integrados al CompactRIO y la programación del software de LabVIEW finalizada, se realizaron pruebas en diferentes puntos de operación, donde se obtuvieron resultados favorables para cada uno de ellos evidenciando la estabilidad del motor, la precisión de los sensores, el tiempo de respuesta y la seguridad que este nuevo sistema otorga a los motores del laboratorio de máquinas térmicas GIMEL. Además, se desarrollaron pruebas de tesis de maestrías, evaluación de combustibles y diferentes labores de investigación.