Estudio y oferta de una red de telemetría y telecontrol para la OBE de Ciego de Avila

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA. TRABAJO DE DIPLOMA “Estudio y oferta de una Red de Telemetría y Telecontrol para la OBE de Ciego de Avila” Autores: Angel Ycán García Alfredo Hernández Espinosa. Tutores: Ing. Joel Viera Varela Ing. Juan Miguel Molina Rodríguez. Villa Clara CUBA 2004.

(2) Pensamiento __________________________________________________. Pensamiento. “Las cosas buenas se deben hacer sin llamar al universo para que lo vea. Se es bueno porque si; y porque allá adentro se siente como un gusto cuando se ha hecho un bien, o se ha dicho algo útil a los demás. Eso es mejor que ser príncipe: Ser útil”. José Martí.

(3) Dedicatoria __________________________________________________. Dedicatoria. A: Nuestros familiares y amigos por su apoyo constante y amor desinteresado.. A: Todo el que, de una forma u otra, colaboró para que nuestro sueño se hiciera realidad.. A: Nuestros hijos por el ejemplo que podamos transmitirle con nuestro trabajo.. A: Todo aquel que pueda sacar provecho de estas páginas..

(4) Agradecimientos __________________________________________________. Agradecimientos “A mis abuelos, los que han dedicado toda su vida en transmitirme sus mejores valores y sentimientos, y de quienes estaré eternamente agradecido de haberme formado como el hombre y profesional que soy. Para ellos todo lo mejor” “A mis padres y hermano, que sin su cariño, apoyo y comprensión nada de esto sería posible” “A nuestros tutores, que sin su ayuda no hubiera sido posible terminar el presente trabajo” “A mis tías Josefa y Miriam, por su ayuda y dedicación siempre que las necesité” “A mis amigos José Manuel y Ricardo, por su ayuda incondicional” “A Osny, Edilmer, Nixander, Isidro y demás, por ayudarnos en los momentos más difíciles” “A Vilma, por su tolerancia y apoyo en todo momento” Alfredo “A mi madre, Casilda Ycan García, que sin su fuerza y luz esto no hubiera sido posible” “A mi compañera de hogar Marisela Cardet Alfonso, por haberme tolerado este extremo esfuerzo, también a mi hijo Javier, que es parte de mi vida y de mis preocupaciones” “A mis hermanos y hermanas por su constante preocupación y estímulo a la superación En especial a Casilda y Amelia, que además es mi madrina” “A los tutores por su abnegación y por haber aceptado gastar parte de su tiempo en nosotros” “A los compañeros de la especialidad de psicología, a Osny y demás, por darnos asilo y permitirnos descansar en sus cuartos del recinto universitario" Angel “A todos los profesores de la faculta por la entrega y dedicación que han tenido en nuestra formación” “A todos los que de una forma u otra han contribuido con la realización de este trabajo” Alfredo y Angel.

(5) Resumen __________________________________________________. Resumen El sistema que proponemos en este Estudio y Oferta de una red de Telemetría y Telecontrol entre la OBE Provincial de Ciego de Avila y las subestaciones eléctricas utilizará tecnología de última generación como son: • • • • •. 1Radio Módem T-MOD de Farell Instruments en cada punto de la red 1 Autómata (PLC) LG GM6 de la serie Glofa-GM en cada subestación 1 PC para el mando y monitoreo de la información, en el Centro de C. Softwares de supervisión y control en el Centro de Control Sensores y actuadotes en las subestaciones. Se propone la siguiente configuración para el sistema: •. Rango de frecuencias de UHF: de 406 a 433 MHz y de 440 a 470 MHz con 12,5 kHz o 25 kHz de separación entre canales. • Configuración del sistema: Múltiple Punto a Punto • Polarización de la Antena: Polarización horizontal • Número de Canales: 9 (uno para cada variable y alarma a conducir Estudio de factibilidad técnica: •. Aplicaciones y operación poco explotados en nuestro país, se proponen materiales y procedimientos constructivos de actualidad, y no se considera recurrir a procesos sofisticados que generen alguna dependencia con proveedores o prestadores de servicios especializados y el sistema no necesita de mantenimiento programado • Mejorará la operación y funcionalidad de las subestaciones. • Los trabajos de diseño que se proponen cumplen con los criterios y recomendaciones internacionales. Estudio de factibilidad económica: •. Ahorros que se generan con la introducción del sistema de Telemetría y Telecontrol en la generación: 1,328,887.38 USD • Ahorros que se generan con la introducción del sistema de Telemetría y Telecontrol en la subtransmisión: 66,723.03 USD • Estructura económica: Subestaciones: 33,517 USD. Centro de Control: 20,435.79 USD • Administración del proyecto: Grupo Antsys Radiocom de Copextel S.A. y la Organización Básica Eléctrica de Ciego de Avila.

(6) Summary __________________________________________________. Summary The system that we propose in this Study and Offer of a net of Telemetric and Telecontrol between the Provincial Electric Basic Organization of Ciego de Avila and the electric substations, will use technology of last generation like these: • • • • •. 1Radio Modem T-MOD of Farell Instruments in each point of the net 1 PLC LG GM6 of Glofa-GM series in each substation 1 PC for the information control and monitoring, in the Control Center. Supervision and control Softwares in the Control Center Sensors and actioners in the substations. We intend the following configuration for the system solution: • • • •. Range of frequencies of UHF: from 406 to 433 MHz and from 440 to 470 MHz with 12,5 kHz or 25 kHz separation between channels. System Configuration: Multiple Point to Point Antenna Polarization: Horizontal polarization Number of Channels: 9 (one for each variable and alarm to drive). Study of technical feasibility: •. • •. Applications and operation not very exploited in our country, intend materials and constructive procedures of present time, and it is not considered to appeal to sophisticated processes that generate some dependence with suppliers or lenders of specialized services and the system doesn't need of programmed maintenance It will improve the substations operation and functionality. The design works intend fulfill the approaches and international recommendations.. Study of economic feasibility: • • • •. Savings that are generated with the system of Telemetric and Telecontrol introduction in the generation: 1,328,887.38 USD Savings that are generated with the system of Telemetric and Telecontrol introduction in the subtransmition : 66,723.03 USD Economic structure: Substations: 33,517 USD. Control Center: 20,435.79 USD Project administration: Antsys Radiocom Group of Copextel Corp. and the Electric Basic Organization of Ciego de Avila.

(7) Índice __________________________________________________. Índice Contenido. Pág.. Introducción …………………………………………………......…... I. Capítulo 1: Análisis Bibliográfico …..………………………………. 1. Capítulo 2: Fundamentación Teórica ......…………………………. 4. 2.1 Necesidad del trabajo …………………………………………. 4. 2.2 Problema a Resolver ……………………………………….…. 5. 2.3 Objeto de Estudio ……………………………………………... 6. 2.4 Campo de Acción ……………………………………………... 6. 2.5 Objetivos del Trabajo …………………………………………. 6. 2.6 Análisis de la Actualidad y Novedad del Tema …………….. 6. Capítulo 3: Antecedentes de la Telemetría y el Telecontrol ……. 8. 3.1 ¿Qué es la Telemetría o Telemedida? …………………….... 8. 3.2 ¿Qué es el Telecontrol o Telemando? …………………….... 12. 3.3 Sistemas de Telemetría y Telecontrol ………………………. 15. 3.4 Inicios de la Telemetría y Telecontrol en el mundo ………... 30. 3.5 La Telemetría y el Telecontrol en Cuba …………………….. 33. 3.6 Entorno Actual de la Telemetría y el Telecontrol ……….….. 34.

(8) Índice __________________________________________________ 3.7 Métodos de Modulación y Detección Empleados ……….…. 34. 3.8 Niveles de Pérdidas ……………………………………….….. 37. 3.9 Protecciones ………………………………………………….... 38. 3.10 Canalización ………………………………………………….. 40. 3.11 Detección de errores …………………….…………………... 41. Capítulo 4: Descripción del Sistema ………………………….…... 42. 4.1 El Radio – Módem T-MOD ………………………………….... 42. 4.1.1 Características Generales ………………….. 43. 4.1.2 Transparencia y Cobertura …………….…... 44. 4.1.3 Sistema de Alimentación y. Eficiencia. del Radio……………………………………... 44. 4.1.4 Instalación y Puesta en Marcha ………….... 46. 4.1.5 Características Técnicas del T-MOD ….….. 49. 4.1.6 Conexión de Datos ……………………….…. 51. 4.1.7 Indicaciones de Estado …………………….. 52. 4.1.8 Configuración …………………………….….. 53. 4.1.9 Aplicaciones del T-MOD ……………………. 55. 4.2 Autómata (PLC) GM6 de la Serie Glofa GM ……………….. 56. 4.2.1 Características Generales del GM6 …..…... 57. 4.2.2 Descripción de los Módulos que Integran. 58.

(9) Índice __________________________________________________ el GM6 …..……………………………………. 4.2.3 Configuración Básica del GM6 …….………. 61. 4.2.4 Especificaciones Generales ……………….. 63. 4.2.5 Instalación y Cableado ………………….….. 64. 4.3 Software de Supervisión y Control …………………….…….. 65. 4.4 Sensores ……………………………………………………...... 65. 4.5 Propuesta de Solución para un Sistema de Telemetría y Telecontrol en la OBE de Ciego de Avila ………………..... 66. 4.5.1 Ubicación Geográfica y Perfil del Terreno de las Subestaciones Eléctricas ……………. 66. 4.5.2 Discusión y Análisis de las Bandas de Frecuencia a Utilizar ……………………... 67. 4.5.3 Selección de la Antena y sus Elementos …. 67. 4.5.4 Cálculo de las pérdidas en los enlaces .….. 69. 4.5.5 Caracterización del terreno …………….…... 73. 4.5.6 Potencia de los transmisores …….………... 75. 4.5.7 Orientación y polarización de la Antena. 75. 4.5.8 Selección del Número de Canales de Transmisión …………………………………... 76. 4.5.9 Esquema Armónico del Sistema …………... 76. Capítulo 5: Estudio de Factibilidad Técnica y Económica. 77.

(10) Índice __________________________________________________ del sistema …………………..……………………..…... 5.1 Análisis y Determinación de las Variables a Sensar y Controlar .…….…..……………………………………..…… 5.2 Estudio de la Factibilidad Técnica del Proyecto ….……..…. 77 78. 5.3 Análisis y Determinación de las Variables que Intervienen en la Factibilidad Económica ………….……………………... 83. 5.4 Estudio de Factibilidad Económica ………………………….. 84. Conclusiones ……………………………………………………….... 90. Recomendaciones …………………….…………………….………. 92. Bibliografía Glosario Anexos: Anexo 1: Algunos Proveedores de Sistemas de Telemetría y Telecontrol Anexo 2: Variantes de Antenas que Utiliza el T-MOD según el Tipo de Enlace Anexo 3: Montaje de Conectores RF Anexo 4: Tests Aplicables al T-MOD Anexo 5: Normas más Utilizadas en los Puertos de Comunicación Serie para Telemetría y Telecontrol Anexo 6: Ejemplos de Pantallas de Configuración con el Programa Hiperterminal de Windows.

(11) Índice __________________________________________________ Anexo 7: Ejemplo de Configuración de un T-MOD para que trabaje a 9600 bps y con un Formato de Carácter de 1 bit de inicio, 8 bit de datos, 1 bit de paridad impar y 1 bit de parada Anexo 8: Consumo de Energía del Sistema PLC Anexo 9: Características de las Aplicaciones AIMAX y WizFactory Anexo 10: Sensores Utilizados en los Sistemas de Telemetría y Telecontrol.

(12) Introducción __________________________________________________. Introducción En los últimos años nuestro país ha alcanzando un gran avance en el desarrollo de las telecomunicaciones y la informática, gracias a los esfuerzos de la Revolución por desarrollar científica y tecnológicamente nuestra sociedad. Se ha hecho necesario, entonces, la introducción de nuevas alternativas en las empresas destinadas a la producción y los servicios, con lo cual se logran mejores prestaciones y una mayor competitividad en el mercado, más aun con la creciente adopción en el ámbito internacional de las nuevas tecnologías de automatización en el sector industrial. Con el propósito de aumentar la eficiencia y la seguridad en el servicio eléctrico, mejorar la fiabilidad, disponibilidad, escalabilidad y desempeño empresarial, se necesita estar a tono con la tecnología de punta. En este sentido, se han implementado en muchos países del mundo sistemas automatizados para el control remoto de diferentes magnitudes, alarmas, interruptores, etc., principalmente en la industria eléctrica con el empleo de autómatas, sistemas inalámbricos para la Telemetría y el Telecontrol y softwares de control, que en su conjunto toman el nombre de SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition (Adquisición de Datos y Control Supervisor). Teniendo en cuenta lo anterior, al enfrentarnos a la necesidad de implementar un sistema SCADA inalámbrico para censar y controlar datos de las subestaciones eléctricas de la OBE en Ciego de Avila, nos hemos propuesto en el presente trabajo, el estudio y oferta de un sistema remoto para dicha empresa además de exponer el uso creciente de estas tecnologías de punta, como son el empleo de un PLC para la automatización del proceso y un radio módem de última generación para el enlace remoto.. I.

(13) Introducción __________________________________________________ La mayoría de las empresas de distribución eléctrica hacen uso de estos sistemas desde hace décadas, con resultados satisfactorios, lo cual avala la efectividad y la calidad de los sistemas de telemetría y telecontrol, ya sea mediante líneas de transmisión o a través del espacio libre, como es el caso que proponemos, por lo que además nos ocuparemos de demostrar la factibilidad técnica y económica de este sistema. Para el desarrollo del presente trabajo utilizamos el método teórico y una bibliografía de actualidad. Para lograr los objetivos trazados nos ocupamos de: • • • • • • • •. Revisión de bibliografía y sitios de INTERNET, sobre los temas incluidos en la tesis. Traducción de la documentación al español. Estudio de la actualidad e importancia de los sistemas de este tipo en Cuba y el mundo. Realización de un estudio de la factibilidad técnica de un sistema de telemetría y telecontrol en la OBE. Realización de un estudio de la factibilidad económica de un sistema de telemetría y telecontrol en la OBE. Análisis comparativo con otros sistemas. Descripción de sus módulos y partes. Oferta del sistema.. Hemos dividido nuestro trabajo en 5 capítulos, los cuales describimos a continuación: Capítulo 1: “Análisis Bibliográfico” En este capítulo se hace un análisis crítico de las fuentes y la bibliografía utilizada. Capítulo 2: “Fundamentación Teórica” Aquí se da una explicación amplia de la necesidad de nuestro trabajo, del problema científico a resolver; un análisis detallado del objeto de estudio y del campo de acción que abarcaremos, una fundamentación de los objetivos que se proponen, además de un análisis de la actualidad y novedad del tema. Capítulo 3: “Antecedentes de la telemetría y el telecontrol”. II.

(14) Introducción __________________________________________________ Se expone una panorámica de la telemetría y el telecontrol en el mundo y su entorno actual, pasando desde las redes soportadas sobre líneas de transmisión a las redes inalámbricas, así como el empleo de los autómatas y la informática en este ámbito. Capítulo 4: “Descripción del sistema de Telemetría y Telecontrol” Aquí se describen los módulos y partes de un sistema de Telemetría y Telecontrol, lo que se traduce en: descripción física de cada uno de ellos, funcionamiento e inserción en el sistema, posteriormente se hace una propuesta de un sistema de este tipo para la OBE Provincial de Ciego de Avila. Capítulo 5: “Estudio de factibilidad técnica y económica del proyecto” Trata del análisis realizado para validar el trabajo y justificar la inversión, teniendo en cuenta la calidad de los servicios, la seguridad y el flujo de información en la red, así como los beneficios que introduce. En general se tratan las etapas de estudio y organización del proyecto y las ventajas y posibilidades que introduce Conclusiones Se llegan a las conclusiones fundamentales del trabajo a partir del análisis de los resultados obtenidos en el estudio del sistema. Recomendaciones Se plantean sugerencias para trabajos posteriores en el campo de la Telemetría y Telecontrol en redes eléctricas y algunas consideraciones y elementos que enfatizan la importancia y la actualidad del tema. Bibliografía Se expone la bibliografía consultada y los sitios de INTERNET de donde hemos obtenido la información para la elaboración del trabajo. Anexos. III.

(15) Capítulo 1 __________________________________________________. Capítulo 1 ANALISIS BIBLIGRAFICO La bibliografía consultada fue muy extensa, debido a la novedad del tema en nuestra provincia y específicamente en la empresa eléctrica de Ciego de avila. El anteproyecto para la homologación del Radio T–Mod, de la firma Farell Instruments, consideramos que es preciso para el análisis económico que se hace a la hora de valorar la factibilidad de la red de telemetría y telecontrol, sin embargo no se hace ninguna valoración en cuanto al espectro de frecue ncia en que debe explotarse el sistema, esto da pie a que se pueda cometer el error, como ha ocurrido, de seleccionar la banda VHF, de la cual las empresas eléctricas tienen contratada un gama y, por tanto, es inconveniente usarla para tales fines al menos en nuestro país. La documentación suministrada por el fabricante del Radio Módem T-mod, al igual que otras firmas capitalistas, no dan ninguna información de importancia del equipamiento en cuanto a la circuitería, solo se limitan a explicar sus datos técnicos y otros, comprometiendo la reparación del mismo y por tanto haciendo al comprador dependiente totalmente de la firma, además consideramos que uno de los aspectos más importantes en el caso de la telemetría y el telecontrol, es la precisión y fiabilidad, sin embargo para asegurar esto son necesarios algunos elementos como métodos de modulación y demodulación y métodos de detección de errores, pero estos no se resaltan en el documento y se dejan a merced del proyectista, por otra parte, este radio módem cuando se emplea en sistemas industriales como empresas eléctricas, es importante precisar su protección contra descargas eléctricas, interferencias, etc., y al respecto tampoco se detalla en el documento. Todo esto es de vital importancia, pues no contar con ello pudiera echar el sistema y la inversión al piso.. 1.

(16) Capítulo 1 __________________________________________________ En. la. actualidad,. el. desarrollo. de. los. microcontroladores. así. como. los. microprocesadores ha permitido que surjan dispositivos lógicos programables aplicados a la industria como es el caso de los autómatas, y en el caso especifico de la telemetría y el telecontrol toman gran importancia, ya que facilitan y le dan confiabilidad al sistema, por ello en este trabajo hacemos referencia a los mismos y la bibliografía consultada de los PLC LG Glofa familia GM es muy precisa en cuanto a sus características técnicas, etc., no obstante en cuanto al método de programación los ejemplos de programas que ofrece soy muy sencillos y no se toman ejemplos prácticos en concreto, por tal motivo, a la hora de entenderlo se dificulta un poco, dando la imagen de que es algo muy complicado y esto puede conspirar contra su oferta y uso, a diferencia del radio módem T-MOD que explica y resalta la importancia de los métodos de detección de errores y hace alguna alusión, aunque somera, de la protección contra descargas eléctricas. Los sitios consultados en INTERNET, en cuanto a los métodos de modulación y demodulación que se usan en la telemetría y el telecontrol, ver Anexo I, no explican ni resaltan la importancia que esto tiene en el sistema, solo se limitan a dar, en la mayoría de los casos, una explicación vaga de esto y ni siquiera se destaca que esto debe ser objeto de análisis y selección a la hora de diseñar este tipo de redes. También fueron consultados proveedores de sensores, elemento característico y de vital importancia en estos sistemas. Desde el punto de vista técnico dicen mucho, pero de su confiabilidad no se hace alusión alguna, dejando en duda su calidad y, teniendo en cuenta la microelectrónica con que se encuentran implementados, tampoco se refieren a su protección eléctrica y contara descargas. En cuanto a la gama de proveedores de radio Módems, es bastante extensa, lo cual da una idea de la importancia y el mercado que tienen. Consideramos que la decisión de compra y homologación del radio T-MOD fue correcta, pues la firma FARELL INSTRUMENTS es muy prestigiosa y además tiene un amplio mercado así como la experiencia que acumula, que es también amplia y dice mucho de su calidad.. 2.

(17) Capítulo 1 __________________________________________________ Fue consultado en INTERNET el estado de la telemetría y el telecontrol en el mundo, se comprobó que es un terreno llano ampliamente explotado en diferentes ramas como la medicina, acueductos, transito, geología, minería, cosmos y meteorología, así como en las redes eléctricas. Prácticamente en toda la América se hace uso de ella, sin embargo en Cuba es exigua, lo que indica el poco uso y la poca importancia que se le ha conferido hasta hoy. En muchos países existen legislaciones a nivel de estado que obligan a las empresas proveedoras de diferentes servicios, como agua y electricidad, al uso de la telemetría y el telecontrol. Se buscaron otros proyectos de telemetría y telecontrol, y se observo la calidad con que se detalla la importancia que reviste, así como los análisis de factibilidad técnica y económica que se hacen. En muchos casos, sucesos que han ocurrido avalan la importancia y error de no implementar un sistema de este tipo en lugares que urgen, y que por razones de diversa índole se tornan morosos, y hasta tanto no ocurre algo desastroso no se acometen, un ejemplo de esto lo constituye el apagón del siglo en países como EUA, Argentina, Canadá, etc. No se destaca en la bibliografía consultada el aspecto de la canalización en este tipo de redes aplicadas a la electroenergética, así tampoco se mencionan las perdidas que se presentan en los enlaces de radio, lo cual le puede restar importancia a los mismos y actuarían en contra de la proyección de un sistema eficiente de telemetría y telecontrol.. 3.

(18) Capítulo 2 ______________________________________________. Capítulo 2 FUNDAMENTACION TEORICA En la época contemporánea la energía eléctrica se hace imprescindible para el funcionamiento de los equipos electrodomésticos, la industria, la esfera de los servicios, y la vida en general, además, con la re-orientación de nuestra economía al mercado capitalista es inevitable mantener un control estricto sobre los parámetros del Sistema Electroenergético Nacional (SEN), con el objetivo de adecuar los valores de tolerancia de la calidad del servicio eléctrico a los nuevos equipos adquiridos por el país. Para ello, es necesario valerse, entre otros, de los Sistemas de Telemetría y Telecontrol en los diferentes niveles de la red nacional de energía eléctrica, incluyendo los Sistemas de Distribución Primarios. 2.1 Necesidad del Trabajo Actualmente, nuestras redes eléctricas son muy vulnerables a las fluctuaciones de voltaje, averías, etc., lo cual hace que la energía servida no tenga la calidad requerida para su uso por los disímiles equipos que están conectados a la red, todo esto conlleva a incrementar las pérdidas de facturación, perdidas a la economía nacional por la parada de procesos productivos e incluso molestias en el sector residencial. Las investigaciones realizadas arrojan un gran número de equipos deteriorados como consecuencia de la poca calidad de la energía eléctrica. Con la introducción de un sistema automatizado de telemetría y telecontrol en el Sistema Electroenergético Nacional es posible aumentar en gran medida la calidad en el servicio eléctrico, minimizando los retrasos en la detección de 4.

(19) Capítulo 2 ______________________________________________ averías en el sistema eléctrico y en el procesamiento de la información, además de disminuir la posible ocurrencia de errores que implica el control o lectura directa de parámetros por el personal comprometido, el personal necesario para tal empresa, los gastos en transportación y seguridad, etc. El proceso de automatización requiere de cierta inversión financiera, pero tal inversión a la postre se traduce en ganancias para el sector empresarial. 2.2 Problema a Resolver A pesar de que en el mundo la Telemetría y el Telecontrol se utilizan desde hace algunos años para controlar y/o accionar sobre diferentes magnitudes, sobre todo en la industria eléctrica, con el consiguiente ahorro de tiempo, trabajo, transportación, personal y recursos financieros; nuestro país está comenzando a incursionar en este campo, fundamentalmente en la capital, para alcanzar un desarrollo que se corresponda con la situación actual de la industria y el mercado internacional. Ya se han realizado trabajos de automatización en algunas esferas de la producción y los servicios, que por su complejidad e importancia económica lo requieren, sobre todo en los servicios de acueductos y de gas manufacturado. En menor medida se ha trabajado en el área electroenergética, sobre todo en la capital. Hasta el momento no se le ha dado una merecida importancia a la automatización de procesos industriales en la provincia de Ciego de Avila, a pesar de que se han elaborado algunos proyectos como el “Aguas Cayo Coco” para el telemando centralizado de terminales remotas de bombeo. La OBE Provincial de Ciego de Avila cuenta con una serie de subestaciones remotas, muchas de las cuales se encuentran muy distantes del despacho operativo y entre sí, lo cual dificulta la rápida detección y corrección de averías así. 5.

(20) Capítulo 2 ______________________________________________ como la transportación del personal especializado y la lectura y control de los diferentes parámetros vinculados al servicio. 2.3 Objeto de estudio El alcance de este trabajo es hasta el nivel de estudio de factibilidad de un sistema automatizado para la telemetría y el telecontrol de las subestaciones eléctricas de la OBE Provincial de Ciego de Avila, la implementación y puesta en marcha de este y otros sistemas automatizados puede ser el tema de futuros trabajos que tomen como base al nuestro. Constituye en sí, un punto de partida para el empleo de esta tecnología en el sector industrial y en general en cualquier proceso aplicado a la producción y los servicios. 2.4 Campo de Acción En la elaboración del proyecto hemos empleado el método teórico para realizar estudios de factibilidad técnica y económica del conjunto 2.5 Objetivos del Trabajo En concreto, nos ocuparemos del estudio y oferta de un sistema remoto para el control y supervisión de datos de las subestaciones eléctricas, así como exponer el uso creciente de estas tecnologías de punta, como son el empleo de un PLC para la automatización del proceso y un radio módem de última generación para el enlace remoto. Es nuestro deseo que este trabajo, además, sirva de documentación técnica y material de consulta. 2.6 Análisis de la Actualidad y Novedad del Tema En la actualidad, con la vinculación de las Telecomunicaciones y la Informática han aparecido nuevos campos de aplicación para estas especialidades, y otras se han enriquecido, pues estas tecnologías abaratan los costos de mantenimiento, explotación, etc. de los sistemas de control y supervisión. Por ello han surgido 6.

(21) Capítulo 2 ______________________________________________ nuevos mercados en esta esfera, lo que hace que se establezca una verdadera competencia con la correspondiente introducción continuamente de nuevos productos y tecnologías. En estos momentos es muy común hablar de la Telemetría y el Telecontrol en cualquier rama de la industria y los servicios, incluyendo sectores tan delicados como la Salud, el Transporte aéreo y terrestre, y el servicio Electroenergético. Ya nadie duda de la seguridad y exactitud de esta técnica, lo cual hace que el uso de estos sistemas sea cada vez más creciente e imprescindible. En Cuba se comienzan a dar los primeros pasos, a pesar de la contemporaneidad del tema, pero desafortunadamente aún no se ha comprendido del todo la importancia que reviste para el desarrollo y eficiencia de nuestra economía, los récords históricos de su aplicación en otros países así lo corroboran. Es inevitable no aceptar la importancia de este tema, y más aún con la inserción de nuestra economía en el mercado capitalista y el plan de Informatización de la Sociedad, lo que hace a nuestro país más compatible este campo.. 7.

(22) Capítulo 3 ______________________________________________. Capítulo 3 ANTECEDENTES DE LA TELEMETRIA Y EL TELECONTROL 3.1 ¿Qué es la Telemetría o Telemedida? La palabra “Telemetría” se define como "la posibilidad de medir a distancia", en esta área se interpreta como la capacidad de leer datos remotos mediante un sistema de telecomunicaciones. [1] Algunos de los dispositivos o procesos factibles de obtener parámetros de medición vía remota son: • • • • • • • • •. Sistemas de Punto de Venta e Inventarios. Estaciones meteorológicas (temperatura, humedad, presión, velocidad y dirección del viento, etc.). Parámetros en operación de motores. Temperatura en edificios de oficinas. Lectores de nivel (agua, substancias químicas, etc.). Lectores de caudal para fluidos. Parámetros eléctricos en subestaciones. Nivel de carga en bancos de baterías. Nivel de diesel en plantas de emergencia. [1]. En la mayoría de los casos, la medición de parámetros requieren de desplazamiento por parte de personal; esto puede conllevar errores en las lecturas, retraso en el procesamiento de la información o elevados costos en transporte o seguridad. [1] En otros casos la detección oportuna de ciertas condiciones (roturas, baja en ventas, falta de inventario, bajo nivel de combustible, etc.) es determinante para evitar grandes pérdidas por servicio a los clientes, daño a las cosechas o evitar cortes de energía eléctrica en equipos con operación crítica. [1] 8.

(23) Capítulo 3 ______________________________________________ Generalmente la información se utiliza para realizar análisis estadísticos, llevar control administrativo, procesar facturación (por consumo de energía o agua) o para realizar acciones preventivas. [1] Con el uso de la telemetría las empresas optimizan sus operaciones al reducir el número de horas/hombre, vehículos y logística necesarios para controlar, reaprovisionar o efectuar procedimientos industriales. El encendido o apagado de máquinas y sistemas así como la activación de alarmas se realizan en forma totalmente automática. [2] En el caso de las subestaciones eléctricas, tema que nos compete, las magnitudes a medir son las caídas de tensión, cortocircuitos u otro tipo de rotura en las instalaciones eléctricas, valores de intensidad de la corriente, accesos no permitidos al sistema, etc. La solución para la medición de parámetros se basa en la requisición de datos al equipo remoto. En la mayoría de los casos el equipo remoto es capaz de transmitir la información medida, pero no posee la inteligencia necesaria como para realizar la comunicación con un centro de control. [3] Debido a esta característica los equipos de medición se clasifican en: •. Equipos de medición pasivos Son aquellos equipos que son capaces de recibir una llamada de datos (Vía fax, módem o radio), procesarla y enviar los datos recopilados o mediciones instantáneas hacia el servidor central que hace la requisición de información. [3]. •. Equipos de medición activos Se definen como los equipos que poseen un procesador interno con memoria y un puerto de comunicaciones serial, capaces de realizar una marcación por cualquier vía, en este caso el servidor central recibe la llamada y procesa la información. En palabras sencillas son aquellos que pueden enviar una señal. 9.

(24) Capítulo 3 ______________________________________________ por radio o marcar un número telefónico de forma automática. En caso de que el equipo de medición no incluya esta funcionalidad, en la mayoría de los casos es posible integrar un equipo de comunicación, como un módem o radio – Módem. [3] En ambos casos la información se concentra en un servidor central que recopila los datos y dependiendo de la aplicación puede ser capaz de enviar alarmas ante una situación de emergencia. [3] La mayoría de las veces los equipos de telemetría se encuentran en lugares de difícil acceso, por lo que la energía eléctrica se provee mediante celdas solares o baterías donde el suministro de electricidad es intermitente. Debido a estas circunstancias los equipos de transmisión de datos deben tener un consumo bajo de corriente. [3] Los elementos involucrados en un sistema de telemetría se clasifican como: • • • •. Equipo de Monitoreo (Ejemplo: Subestación eléctrica, estación Meteorológica, etc.). Interfaz de Comunicación (Ejemplo: CPU, PLC, etc.). Equipo de Transmisión (Ejemplo: Radio Módem, Fax, etc.). Equipo para Gestión de Parámetros (Servidor Central) [4]. Escenario para equipos de medición pasivos.. Fig. 3.1 Sistemas de Telemetría con equipos de medición pasivos (Por Radio y por vía telefónica). 10.

(25) Capítulo 3 ______________________________________________ En este caso, el servidor central solicita la información vía radio o a través de una llamada telefónica de datos; por lo que no es necesario el Interfaz Inteligente de Comunicación [4] (Figura 3.1). Escenario para equipos de medición activos.. Fig. 3.2 Sistemas de Telemetría con equipos de medición activos (Por Radio y por vía telefónica). En este caso el equipo de medición – comunicación (Sensor + CPU) cuenta con la capacidad de realizar llamadas de datos hacia el servidor central o de enviar datos hacia el servidor central En algunos casos se requiere de un dispositivo de Tx/Rx, como un módem, fax o radio módem (Sensor + CPU + Tx/Rx) [4] (Figura 3.2). Los equipos que integran una red de telemetría son: • • • •. Equipo de Monitoreo o Sensores Interfaz de Inteligente (Ejemplo: CPU). Equipo de Tx/Rx (Ejemplo: Módem). Equipo para Gestión de Parámetros (Servidor Central). [5]. La Integración de los equipos o sistemas de monitoreo existentes requieren en la mayoría de los casos de desarrollos en hardware o software con el fin de integrarlos a una red de Telemetría. [6] En todos los casos se evalúa la factibilidad de integrar los sistemas de monitoreo mediante transmisión en un laboratorio de pruebas con el fin de asegurar el correcto funcionamiento en campo. [6] 11.

(26) Capítulo 3 ______________________________________________ Integración al Software Por lo general el software que viene integrado a los sistemas de telemedición cuenta con la posibilidad de realizar envío de datos vía radio o telefónica; en este caso se debe verificar que el software reconozca al equipo de comunicación (Módem, radio – módem, etc.). [6] En caso de que se integre la transmisión de datos por cualquier vía de comunicación, es necesario desarrollar un software de gestión para envío y recepción de datos, mismo que se instala en el servidor central y en cada una de las estaciones remotas. [6] Integración al Hardware La integración a nivel hardware requiere del desarrollo de interfaces físicas como conectores o convertidores (DB9, DB25, RJ11, RJ45, etc.) con configuraciones estándar (DTE - DCE) o propietarias. [6] En el caso de estaciones remotas activas se requiere la integración de un equipo de cómputo básico que se comunicará con los sensores o equipos de medición y con el equipo celular. [6] 3.2 ¿Qué es el Telecontrol o Telemando? Se define como "la capacidad de controlar remotamente"; esto se interpreta como la posibilidad de que un sistema o persona pueda realizar alguna acción sobre un actuador que modifique las condiciones remotas. [7] El telecontrol no es parte de un sistema de control óptimo, es un sistema simple que se emplea en situaciones donde dadas ciertas condiciones iniciales (Iluminación, voltaje, corriente, temperatura, tiempo) se toma una decisión remotamente con el fin de realizar alguna acción. [7]. 12.

(27) Capítulo 3 ______________________________________________ El Telecontrol puede aplicarse en máquinas, compuertas, interruptores y otros actuadores. A continuación se muestran las principales funciones que puede realizar un sistema de Telecontrol: • • • • • • •. Encender o apagar alumbrado exterior e interior. Encender o apagar interruptores eléctricos de todo tipo. Control de iluminación en anuncios espectaculares. Cambio de textos en pantallas electrónicas. Encender o apagar sistemas de bombeo, calefacción o aire acondicionado. Cambio de tarifa o precio en máquinas automáticas. Envío de señales de emergencia (previa a sismos, inundaciones, etc.). [7]. El control automático ha jugado un papel vital en el avance de la ciencia y de la ingeniería, siendo parte importante en los procesos industriales modernos. Debido a los avances tecnológicos, el Telecontrol ofrece la oportunidad de mejorar la productividad, eliminar traslados rutinarios y repetitivos repercutiendo en un ahorro significativo de recursos humanos y financieros. [7] El Telecontrol depende de la eficiencia de Sistema de Telecomunicaciones; por lo que el envío y recepción de tramas de datos debe de llevarse a cabo a la mayor velocidad y eficiencia posibles. [7] Las acciones de control pueden llevarse a cabo de forma manual o automática cuando algún parámetro rebase los límites establecidos o transcurra el tiempo determinado. [7] La solución para controlar remotamente algún equipo puede llevarse a cabo tomando en cuenta parámetros medidos en la ubicación remota o de forma independiente con base en parámetros de tiempo. [8] El escenario inicia cuando se requiere que la señal a medir (analógica o digital) sea enviada hacia un servidor central que podrá desplegar la información para que una persona analice los datos o que el sistema automáticamente envíe datos con información de encendido o apagado al actuador en el lugar remoto. [8]. 13.

(28) Capítulo 3 ______________________________________________ Ejemplificando lo anterior, en una subestación eléctrica remota, es posible que dependiendo de la ocurrencia de fallas en el sistema eléctrico o del tipo de falla, se conecte o desconecte el sistema desde un puesto central de control, al tiempo que se activen alarmas que indiquen el tipo de falla ocurrida. [8] Otro ejemplo práctico se refiere al monitoreo del nivel de agua en una represa, integrando un sistema de telecontrol es posible obtener información en tiempo real del nivel de agua llevando un registro estadístico; pero en el momento que se rebase cierto nivel de agua y sea detectado en el servidor central como crítico, éste podrá cerrar el circuito para accionar el sistema de bombeo y enviar una señal de alarma ya sea a otros sistemas en red o a teléfonos celulares de supervisores o jefes de mantenimiento. [8] El lugar remoto requiere de un sistema mínimo para el envío e interpretación de los datos; así como para enviar la señal analógica o digital necesaria a los actuadores o interruptores. [8]. Fig. 3.3 Sistema de telecontrol típico para un control industrial a distancia. Los elementos involucrados en un sistema de telecontrol se clasifican como: • • • •. Sensores Analógicos o Digitales (Ejemplo: Sensor de niveles de voltaje). Actuadores (Ejemplo: Reconectador eléctrico). Equipo de monitoreo y control (Ejemplo: Sistema de Control). Equipo de Transmisión Celular (Ejemplo: Módem).. 14.

(29) •. Capítulo 3 ______________________________________________ Equipo para Gestión de Control con software (Servidor Central). [9]. En la Figura 3.3 se muestra un diagrama general con los elementos involucrados en un sistema de telecontrol típico para un control industrial a distancia: Los sistemas de Telecontrol utilizan diversos elementos o equipos para llevar a cabo las acciones de control. En este caso se ejemplifica de forma genérica los elementos más usuales: • • • • •. Sensores Actuadores Equipo de Monitoreo y Control Equipo de Telecomunicación Equipo para Gestión de Control (Servidor Central). [10]. La Integración de un sistema de Telecontrol se planea dependiendo del nivel de automatización requerido; en el caso de sistemas para control remoto básico (como el control de encendido y apagado de interruptores) la integración sólo requiere del software de monitoreo y control, un sensor y un actuador con sus convertidores Analógico / Digital. [11] En todos los casos se evalúa la factibilidad de integrar los sistemas de monitoreo mediante transmisión en un laboratorio de pruebas con el fin de asegurar el correcto funcionamiento del sistema de control. [11] La integración de sistemas de Telecontrol es en general sencilla debido a que el sistema se basa en el software que gestiona la recepción de datos desde los sensores remotos y el envío de señales de control necesarios a los actuadores remotos. Las condiciones que definirán si se activa o desactiva una señal sobre los actuadores se definen para cada aplicación. [11] 3.3 Sistemas de Telemetría y Telecontrol Los sistemas de Telemetría y Telecontrol, denominados genéricamente Sistemas de Supervisión o Gestión, constituyen el conjunto de elementos de control remoto, indicadores y equipos de telemetría asociados al Centro de Control, así como. 15.

(30) Capítulo 3 ______________________________________________ todos los dispositivos complementarios que se encuentren en las estaciones remotas. [12] La estructura de un sistema de Telemetría y Telecontrol puede estar gobernada por un conjunto de centros de control, jerarquizados o en paralelo, que comparten información o se distribuye entre ellos. [12] Los componentes básicos de un sistema de Telemetría y Telecontrol son: • • •. Centro de Control Unidad de transmisión remota (RTU) Medio de comunicación [12]. CENTRO DE CONTROL Los sistemas de Telemetría y Telecontrol tienen la misión de supervisar determinados dispositivos y confirmar que esta supervisión se produce de forma adecuada. [12] Al conjunto de dispositivos, módulos funcionales e interfaces con los canales de comunicación que permitan llevar a cabo correctamente las funciones de gestión se les da el nombre de Centro de Control. [12] En esta definición el concepto “control” implica todo tipo de control, asociando los equipos de telemetría al centro de control así como cualquier dispositivo complementario que exista en la estación remota. En sus comienzos los centros de control solo llevaban a cabo las funciones SCADA, que se detallan más adelante. [12] Con el tiempo se le fueron añadiendo otras funciones diferentes hasta convertirse en verdaderos centros de gestión. [12] Para llevar a cabo todas estas tareas, el centro de control en particular, y el sistema de supervisión en general, debe estar diseñado bajo las premisas de fiabilidad, estabilidad y seguridad. [12]. 16.

(31) Capítulo 3 ______________________________________________ Las condiciones de operación de un sistema de Telecontrol se pueden dividir en tres categorías o estados diferentes: • • •. Estado normal Estado de emergencia Estado de restauración. La misión del Centro de Control es mantener al sistema en el estado normal de operación, previniendo o minimizando el paso a otro estado diferente no deseado. [12]. Funciones, en tiempo real, que pueden aparecer incrementadas en los centros de control: • • • • • • • • • • •. SCADA Control automático de la generación (AGC) Despacho económico Control automático de la tensión Control de energía reactiva Estimación de estado Flujo de carga Análisis de seguridad Análisis automático de incidencias Control de emergencias Reposición automática de servicio [12]. Es difícil encontrar un centro de control que posea todas estas funciones ya que los problemas de cooperación son muy diferentes de unas redes a otras, puesto que dependen de los recursos, la estructura y la filosofía de operación de cada empresa. [12] Otras características que pueden presentar estos centros de control y que se refieren a dispositivos y aparatos con que pueden contar estos centros para desarrollar las tareas encomendadas son: • • • • •. Estructura jerárquica, consistente en varios niveles del subsistema de ordenador Procesador o multiprocesador doble con periféricos redundantes Equipos de telemetría y adquisición de datos de alta velocidad digitales Amplios sistemas de instrumentación de magnitudes eléctricas Monitores a color con gráficos interactivos. 17.

(32) •. Capítulo 3 ______________________________________________ Cuadro sinóptico de pared, dinámico [12]. A continuación describiremos brevemente las funciones más importantes de un Centro de Control: 1. SCADA Se trata de aplicaciones software especialmente diseñadas para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. [12] Las funciones básicas de un SCADA son: ⇒ Adquisición y proceso de datos de la red ⇒ Diálogo hombre – máquina (MMI: Man – Machine Interface) ⇒ Archivo histórico de informes ⇒ Gestión de la base de datos asociada a la red En general un paquete SCADA debe estar en disposición de ofrecer las siguientes prestaciones: ⇒ Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias. ⇒ Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.. 18.

(33) Capítulo 3 ______________________________________________ ⇒ Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas condiciones. ⇒ Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador. [13] Un software SCADA debe cumplir va rios objetivos para que su instalación sea perfectamente aprovechada: ⇒ Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse según las necesidades cambiantes de la empresa. ⇒ Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestión). ⇒ Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario. [13] Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y control son los siguientes: ⇒ Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar. ⇒ Interfa z gráfico del operador: Proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete. ⇒ Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuales de variables leídas.. 19.

(34) Capítulo 3 ______________________________________________ ⇒ Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesado. ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. ⇒ Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de elementos informáticos de gestión. [13] 2. Control automático de la generación (AGC) La función que debe llevar a cabo el AGC es determinar que cantidad de energía hay que generar para cubrir satisfactoriamente la demanda actual de carga, repartiendo esta generación entre las distintas unidades de producción, coordinando los requisitos de regulación con los puntos básicos de operación de cada unidad. Este último requisito implica importantes conexiones del AGC con otras funciones propias del centro de control en las cuales se calculan esos puntos básicos de operación de las unidades. [12] En los sistemas de telemetría y telecontrol de subestaciones eléctricas, al control automático de generación se le asigna la responsabilidad de ajustar la producción de los generadores con los objetivos generales del sistema de: ⇒ Mantener la frecuencia en un valor prefijado ⇒ Mantener, en cada instante, un intercambio neto de potencia, con los sistemas de distribución vecinos. [12] Por tanto el AGC es un compendio de equipos y programas de PC que implementan ciclos cerrados con realimentación que controlan tanto la frecuencia como los intercambios. [12]. 20.

(35) Capítulo 3 ______________________________________________ 3. Despacho económico En los sistemas de Telemetría y Telecontrol aplicados a las redes de distribución energética, como es nuestro caso, los sistemas AGC garantizan que la demanda de potencia eléctrica sea satisfecha pero no tienen en cuenta posibles implicaciones económicas. Por tanto cuando es posible afrontar un incremento de la demanda por diferentes mecanismos, se plantea la cuestión de hacerlo con el menor coste marginal posible. Precisamente, esta es la tarea del despacho económico. [12] Su objetivo general se puede establecer básicamente en cómo repartir la producción de potencia, entre los distintos suministradores disponibles, de tal manera que minimice el coste de producción, manteniéndose siempre dentro de los límites de seguridad del sistema. Este proceso de planificación debe asegurar la suficiente energía y capacidad para satisfacer las necesidades del sistema, operando bajo los niveles requeridos de fiabilidad, seguridad y estabilidad.. Las. fuentes. de. potencia. disponibles. para. esta. programación pueden ser diferentes como las hidroeléctricas, térmicas y nucleares, así como las líneas de intercambio con otras áreas de supervisión, que también actúan como fuentes de potencia. [12]. El problema general del despacho económico se ha descompuesto en distintos subproblemas, cada uno de ellos relacionado con un tipo de intervalo temporal. De esta manera tenemos las siguientes subdivisiones: ⇒ Programación de recursos semanal, pudiendo llegar en algunos casos a una programación a uno o varios años.. 21.

(36) Capítulo 3 ______________________________________________ ⇒ Programación de recursos cada hora, pudiendo alcanzar esta programación hasta el día siguiente o los próximos días. ⇒ Programación de recursos minuto a mi nuto. [12] Los subproblemas que implican intervalos de tiempo más grandes son resueltos primero, ya que la información y las decisiones que se obtienen de ellos se utilizan como datos en los subproblemas de intervalos de tiempo más cortos. [12] Los factores principales que intervienen el programa del despacho económico son los siguientes: ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒. Coste marginal de uno de los generadores Precio del combustible Gestión del combustible Costes de mantenimiento Pérdidas por transmisión en la red [12]. Sin embargo en la práctica, como siempre ocurre, son varias las razones que restringen el funcionamiento al 100 % de este programa de despacho económico. La capacidad de regulación de cada sistema electroenergético depende del tipo de centrales con las que se opere: capacidad casi nula en las nucleares; media – baja en las térmicas, dependiendo del tipo de combustible; y alta en las hidráulicas. [12] 4. Estimador de estado En nuestro caso, el estimador de estado se puede entender como un procedimiento matemático para calcular, a partir de un conjunto de medidas de la red, la “mejor” estimación posible de las magnitudes de tensiones y ángulos de fase de la red. Se supone que el conjunto de medidas utilizadas para este fin poseen el grado de diversidad y redundancia necesarios para permitir la correlación estadística y corrección de las medidas, detectando datos erróneos y obteniendo los valores de cantidades no enviadas como dato. En cada proceso. 22.

(37) Capítulo 3 ______________________________________________ cada medida tomada contribuye a la estimación de más de una magnitud y cada magnitud se estima a partir de más de una medida. [12]. Las principales misiones encomendadas al estimador de estado serán las siguientes: ⇒ Determinación del estado de la red conociendo sus variables eléctricas en cualquier punto, ello nos permitirá calcular datos no enviados o perdidos en la transmisión e identificar errores. ⇒ Mejorar la precisión de las medidas mediante la contrastación de un dato por varias vías. ⇒ Proporcionar datos de entrada a la función de monitorización. ⇒ Proporcionar los datos del bus de carga para llevar a cabo otras funciones como análisis de seguridad, flujo de carga, etc. [12] 5. Análisis de seguridad Una red eléctrica segura es aquella en la que la probabilidad de que el fallo de cualquier elemento de la red provoque la interrupción del suministro, en una amplia zona geográfica, sea baja. Esto trae consigo, entre otros, que el consumidor resulte afectado con la incomodidad o paralización de su actividad. [12]. Conseguir la seguridad del sistema debe ser una de las funciones más importantes que debe realizar un Centro de Control, ya que implica el conservar el sistema de potencia dentro de los límites establecidos sin perder ninguna de sus características requeridas. [12] Para conseguir este objetivo se debe trabajar en tres frentes: ⇒ Monitorización del sistema ⇒ Análisis de contingencias. ⇒ Estrategias de corrección Luego de realizar un breve análisis de algunas de las funciones de un Centro de control, describiremos los componentes básicos que lo integran, que son: • •. Subsistema de PCs Subsistema de Softwa re. 23.

(38) •. Capítulo 3 ______________________________________________ Subsistema Hombre – Máquina [12]. Breve descripción de los componentes del Centro de Control: 1. Subsistema de PCs El subsistema de PCs es la herramienta principal con que cuenta el Centro de Control para llevar a cabo su tarea. Es el elemento básico que controla la generación y la transmisión de la energía, la recolección y el análisis de los datos obtenidos, la creación de operaciones de registro y la actualización de los datos presentados en los monitores. [12] 2. Subsistema de software Está formado por un conjunto de conjunto de programas de aplicación que se ejecutan, de acuerdo con el sistema operativo del sistema, en una PC multitarea o distribuidos en distintos procesadores. [12] Softwares más comunes en un Centro de Control: ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒. Adquisición de datos Base de datos Diálogo hombre - máquina (MMI) Control automático de la generación Realización de informes Funciones del Sistema de Administración de Energía (EMS) [12]. 3. Subsistema hombre – máquina El subsistema MMI es la “tarjeta de presentación” del sistema. En su diseño se prima el obtener una relación hombre – máquina lo más simple posible y en donde el operador tenga que hacer el menor número de acciones para controlar la red encomendada. También se deberán tener en cuenta las posibilidades de ampliación del propio subsistema a medida que el propio sistema evoluciona durante su vida útil. [12]. 24.

(39) Capítulo 3 ______________________________________________ UNIDAD DE TRANSMISIÓN REMOTA La instalación de la función SCADA en un sistema de Telemetría y Telecontrol implica el uso de unidades de transmisión remotas (RTU) en las distintas zonas de interés de la red, como pueden ser las estaciones de generación, de distribución, de conmutación, etc. [12] En nuestro caso, la misión de las RTU es llevar a cabo la conexión directa entre el sistema de potencia y el centro de control del mismo, de forma tal que envíe, desde la RTU, información de la red al Centro de Control y a su vez ejecute, desde el Centro de Control, acciones sobre la red que pretendemos controlar. En la mayoría de los casos las RTU están equipadas con algún tipo de capacidad de cálculo y optimización [12] Una de las tareas más importantes de las RTU utilizadas en funciones SCADA de una red eléctrica es la recolección de datos para transmitirlos al Centro de Control, de manera que este se haga una idea del estado general del sistema. Los datos de mayor interés son aquellos que están relacionados con las características propias del sistema de potencia, tensiones, intensidades de corriente, potencias, etc., de los sistemas de generación, líneas de transmisión, transformadores, centros de distribución, etc., así como estados de dispositivos e interruptores. También los datos referidos a la energía consumida, puede ser interesante, por ejemplo, para la función de despacho económico. Otros datos, que también suministran las RTU en algunas aplicaciones, son del tipo de la temperatura de un transformador, nivel de los tanques de combustible, nivel del agua de un embalse, etc. Los datos eléctricos son tomados de la propia red y mediante transformadores y transductores se convierte n en tensiones o corrientes continuas muy pequeñas capaces de ser tratadas por equipos electrónicos. [12] Los tipos de datos obtenidos por la RTU pueden ser: •. Entradas digitales. 25.

(40) Capítulo 3 ______________________________________________ Variables que solo pueden tomar determinados valores fijos, como son alarmas, indicadores, estados de dispositivos, etc. [12] •. Entradas analógicas Variables que representan a una señal analógica, como pueden ser tensiones, intensidades, potencias, temperaturas, etc. [12]. •. Entradas acumuladas Variables que se van acumulando en contadores u otro tipo de dispositivos de medida, como es la energía consumida. [12]. •. Salidas de control Salidas digitales que actúan sobre relés del sistema de potencia transmitiendo una acción que desde el Centro de Control se decide. [12]. •. Salidas analógicas Variables con valores que necesitan algunos dispositivos para su tarea, como ocurre, por ejemplo, al indicar a un generador la potencia solicitada en cada momento. [12]. Componentes de una RTU: • • • • •. Subsistema de comunicación Subsistema lógico Subsistema de conexión Fuente de alimentación Subsistema de prueba y MMI [12]. Breve descripción de los componentes que integran una RTU: 1. Subsistema de comunicación Es el responsable de interpretar los mensajes que recibe del Centro de Control, así como de estructurar y dar formato a los mensajes que la propia RTU envía. 26.

(41) Capítulo 3 ______________________________________________ a dicho Centro de Control. Es el encargado de manejar todo lo relacionado con las funciones de protocolo, que veremos con más detalle más adelante. [12] También se encarga de las funciones de seguridad contra acciones de control falsas o incluso contra datos erróneos, debidos a la presencia de ruido en los canales de comunicación. Estas funciones de seguridad generalmente consisten en añadir uno o varios bits al final del mensaje de manera que la unidad que lo reciba sea capaz de determinar si el mensaje recibido es correcto o ha sufrido algún cambio durante su transmisión. [12] 2. Subsistema Lógico En este subsistema se produce el procesado de los datos, así como todo lo relacionado con las funciones de control de la RTU. [12] Funciones del subsistema lógico: ⇒ Adquisición y escalado de los datos Consiste en tomar de la red dos tipos de datos: digitales y analógicos. [12] ⇒ Selección y ejecución de las órdenes de control sobre la red. En este caso las actuaciones del sistema sobre la red suelen tomar la forma de contactos abiertos o cerrados, que comandan los equipos de operación, como interruptores, generadores, transformadores, etc. [12] 3. Subsistema de conexión Este subsistema es el encargado de llevar a cabo la interfaz entre el subsistema lógico de la RTU y la red. Está compuesto de todos los dispositivos necesarios, como transformadores, transductores, convertidores análogo – digitales, adaptadores, etc., para hacer que los datos tomados de la red sean manejables por el subsistema lógico. [12]. 27.

(42) Capítulo 3 ______________________________________________ 4. Subsistema TEST/MMI Las RTU poseen una interfaz MMI muy simple pero que permiten a los equipos de mantenimiento detectar fácilmente si el funcionamiento es correcto, y si no lo es, donde se encuentra la avería. Al conjunto de dispositivos de la RTU dedicados a este fin se les conoce como subsistema test/MMI. Lleva a cabo la tarea de informar, generalmente mediante el uso de LEDs, del correcto funcionamiento o no de la unidad remota [12] 5. Fuente de alimentación Toda RTU posee una fuente de alimentación que suministra a los distintos elementos de la misma las tensiones necesarias para su funcionamiento. Suelen ser corrientes continuas de voltajes: 12, 24, 48, 110 y 220 V. También posee equipos generadores de 110 y 220 V CA lo cual asegura el funcionamiento de la RTU aunque a esta le falle el suministro de corriente. [12] Con relación a la configuración de los sistemas de comunicación en Telemetría y Telecontrol, estos dependen básicamente de: • • • •. Cantidad de RTUs en el sistema Cantidad de puntos de toma de datos en cada RTU Localización geográfica de cada RTU Servicios, equipos y técnicas de comunicación disponibles. [12]. Tipos de configuraciones: •. Simple Punto a punto La RTU está conectada directamente con el Centro de Control. Se utiliza en sistemas muy simples donde el número de puntos de interés es muy reducido. [12]. •. Múltiple Punto a Punto El centro de Control está conectado con cada una de las RTU mediante un enlace. Por ello todas las RTU pueden transmitir información al Centro de. 28.

(43) Capítulo 3 ______________________________________________ Control al mismo tiempo y a su vez el centro de Control puede enviar información a una o varias RTU simultáneamente. [12] •. Línea Compartida El Centro de Control está conectado a más de una RTU por medio de un único terminal de enlace. En esta configuración, en cada instante, solo una unidad remota puede transmitir información al Centro de Control. [12] Por el contrario, el Centro de Control puede enviar mensajes a una o más RTU seleccionadas o a todas a la vez si así lo necesita. [12]. •. Anillo Multipunto El enlace de comunicaciones entre todas las RTU forma un bucle cerrado o anillo, de manera que el Centro de Control posee dos terminales de enlace. A cada estación se puede acceder desde el Centro de Control por dos direcciones. Esta configuración es muy común en los sistemas de Telecontrol actuales. [12]. Los canales de comunicación en los sistemas de Telemetría y Telecontrol pueden ser “simplex”, “half duplex” o “full duplex” según sea su estructura de transmisión y necesidades. Los más utilizados son los “full duplex” con módems en ambos extremos del canal. [12] Los módems utilizados en este tipo de sistema requieren el uso de canales de comunicación de calidad telefónica como mínimo. [12] PROTOCOLOS La configuración de los primeros sistemas SCADA era básicamente de hardware y por tanto los mensajes de transmisión se basaban en relés lógicos o en contactos abiertos/cerrados. Por ello la primera aplicación de los microprocesadores utilizaba una estructura en los mensajes que simulaban estos sistemas y los primeros protocolos enviaban la información bit a bit con un pequeño tiempo de separación 29.