Roteador de comunicações para posto de transformação MT/BT - Projecto e Certificação

Abstract

The objective of this MSc Thesis project is the development of a router that complies with all electromagnetic compatibility standards required by both the European and national markets. Therefore, after design and implementation, the device was tested in the electromagnetic compatibility lab available at the Electrical Engineering and Computers Department of Coimbra University, Portugal.Furthermore, to integrate this device into the national electrical network, it must also meet a set of established specifications.Moreover, this work investigates the necessary interfaces for the device to aggregate the Communications Integrated Architecture of the various systems that compose the Transformation Substations (low and medium-voltage) from EDP Distribution.This work included research and development on several communications peripherals (WAN Mobile 4G, Ethernet, RS232, RS485), as well as Printed Circuit Boards (PCB) design techniques and integrated circuits that minimize the electromagnetic noise produced by the device.This dissertation focused on the device hardware development while the firmware development was handled by Tula Labs.In the final stage of this project, a funcional prototype has been developed, according to the established specifications. Moreover, it has been subjected to noise emissions with results that comply with the EMC norm applicable to this type of product.The work carried out in this dissertation, initially focused only on issues of electromagnetic compatibility, quickly extrapolated to a total redesign of the product taking into account the requested requirements and its absence in the primary versions of the product.Inserting an electronic device into a mechanical enclosure with restricted measures is undoubtedly the biggest challenge: it is necessary to comply with all restrictions imposed by the requirements from the dimensions to the disposition of the connectors that allow the future connection with other devices. But it is also relevant to respect the good practices of PCB design because, without them, the products will present a high number of problems of operation, longevity and in their interaction with other devices and their environment.Something to note is also the correct definition of the project as well as the methodology to be used.The time, investment and perfection of product development is always a tricky tradeoff to manage. However, it was possible to conclude in the course of this work that the best methodology is to divide the problem to be solved into several smaller problems / modules, starting from the resolution of smaller problems to the global solution.

Esta dissertação tem como objetivo o projeto de um roteador tendo em vista o cumprimento de todas as normas de compatibilidade eletromagnética exigidas no mercado Europeu e Nacional. Para tal, após projeto e conceção, o dispositivo é testado no laboratório de compatibilidade eletromagnética disponível no Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores da Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade de Coimbra.Funcionalmente, o dispositivo obedece a uma série de requisitos pedidos em caderno de encargos, necessários à sua utilização na rede elétrica nacional. Neste trabalho são exploradas e implementadas as interfaces necessárias para que o dispositivo possa agregar a Arquitetura Integrada de Comunicações dos diferentes sistemas presentes nos postos de transformação MT/BT da EDP Distribuição.São estudados e desenvolvidos periféricos de comunicação: WAN Mobile 4G, Ethernet, RS232, RS485, bem como técnicas para desenho de PCB e circuitos integrados que minimizem o ruído produzido pelo dispositivo.A dissertação é relativa ao desenvolvimento do hardware ficando o firmware à responsabilidade da Tula Labs.Na conclusão da mesma, foi construído um protótipo funcional de acordo com as especificações estabelecidas. O mesmo foi submetido a testes de emissões de ruído conduzido com resultados que cumprem as normas de CEM aplicáveis ao produto.O trabalho executado nesta dissertação, inicialmente focado apenas em questões de compatibilidade eletromagnética, rapidamente se extrapolou para um redesign total do produto tendo em conta os requisitos pedidos e a sua ausência nas versões primárias do produto.Inserir dentro de um invólucro mecânico com medidas restritas um dispositivo eletrónico é sem dúvida o maior desafio: é necessário obedecer a todas as restrições impostas pelos requisitos desde as dimensões até à disposição dos conectores que permitem a conexão futura com outros dispositivos. Mas é igualmente relevante respeitar as boas práticas da concepção de PCB's pois, sem as mesmas, os produtos apresentarão um elevado número de problemas de funcionamento, longevidade e na sua interação com outros dispositivos e o seu meio envolvente.Algo a salientar é também a correcta definição de projeto bem como a metodologia a usar. O tempo, investimento e perfeição do desenvolvimento de um produto é sempre um tradeoff complicado de gerir. Contudo, foi possível concluir no desenrolar deste trabalho que a melhor metodologia é dividir o problema a resolver em vários problemas/módulos mais pequenos partindo-se assim da resolução de problemas mais pequenos para a solução global.