Sviluppo di un sistema di comunicazione wireless interno per UPS modulari

This thesis concerns the development of a wireless communication solution applied to power conversion systems, with reference to modular UPSs that currently use wired communication architectures via CAN Bus. The aim of the work is to analyse the feasibility of wireless integration between power modules and supervision systems, evaluating their performance in comparison with the existing communication solution. Firstly, an analysis of the main wireless communication technologies and protocols available was conducted, considering minimum requirements in terms of reliability, latency and compatibility with industrial embedded architectures. Based on these considerations, the communication protocol was selected and the most suitable hardware component for the application was identified. Subsequently, an experimental Proof of Concept (POC) was carried out, including the integration of the wireless communication component with the UPS control and supervision boards. In this context, low-level firmware was also developed in C language, designed for the configuration and management of the communication device, using both SPI and UART interfaces. Finally, the performance of the proposed solution has been evaluated through experimental tests conducted on a real project, implementing wireless communication in parallel with the current CAN Bus. This allowed to analysis the differences in terms of communication times, reliability and system behaviour, providing quantitative indications on the effectiveness of wireless solutions in power conversion systems.

La presente tesi riguarda lo sviluppo di una soluzione di comunicazione wireless applicata a sistemi di conversione di potenza, con riferimento a UPS modulari che attualmente utilizzano architetture di comunicazione cablate tramite CAN Bus. L’obiettivo del lavoro è analizzare la fattibilità di un’integrazione wireless tra i moduli di potenza e i sistemi di supervisione, valutandone le prestazioni in confronto con la soluzione di comunicazione esistente. In una prima fase è stata condotta un’analisi delle principali tecnologie e dei protocolli di comunicazione wireless disponibili, considerando requisiti minimi in termini di affidabilità, latenza e compatibilità con architetture embedded industriali. Sulla base di tali considerazioni è stato selezionato il protocollo di comunicazione e individuato il componente hardware più idoneo all’applicazione. Successivamente è stato realizzato un Proof of Concept (POC) sperimentale, comprendente l’integrazione del componente di comunicazione con le schede di controllo e supervisione dell’UPS. In tale contesto è stato inoltre sviluppato il firmware di basso livello in linguaggio C, finalizzato alla configurazione e alla gestione del dispositivo di comunicazione, mediante interfacce SPI e UART. Infine, è stata effettuata una valutazione delle prestazioni della soluzione proposta attraverso test sperimentali condotti su un progetto reale, implementando la comunicazione wireless in parallelo all’attuale CAN Bus. Questo ha permesso di analizzare le differenze in termini di tempi di comunicazione, affidabilità e comportamento del sistema, fornendo indicazioni quantitative sulla bontà dell’impiego di soluzioni wireless nell’ambito dei sistemi di conversione di potenza.