DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE GESTIÓN REMOTA PARA LA RED ELÉCTRICA DEL CERRO LA VIRGEN PARA EL EJÉRCITO NACIONAL DE COLOMBIA
POR MEDIO DE LA EMPRESA SEAN ELECTRÓNICA LTDA IMPLEMENTADO SOBRE PLC Y LA PLATAFORMA LABVIEW
CESAR JOEL PINEDA TORRES
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERIA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA ELECTRÓNICA COLOMBIA, BOGOTÁ
ÍNDICE
1. Introducción………...1
2. Planteamiento del problema………..2
3. Objetivos
6. Desarrollo del proyecto y resultados obtenidos 6.1. ¿Qué es labVIEW?...11
6.2. Módulos adicionales………..12
6.3. Hardware empleado………..15
6.3.1. Cabecera WAGO 750-842……….15
6.3.2. Módulo de entadas digitales 750-1450………16
6.3.3. Módulo de entras digitales 753-431……….17
6.3.4. Módulo de salidas digitales 750-504………..18
6.3.5. Módulo de entradas analógicas 750-454………...19
6.3.6. Módulo final de carrera 750-600………21
6.3.7. Módulo 859-304………22
6.3.8. Módulo MINI MCR-SL-PT100-UI-NC………23
6.3.9. Relés 859-304 ……….24
6.3.10. Switch industrial cisco IE 3000………..25
6.3.11. Cámaras IP………...25
6.3.12. Sensor de nivel Holy Kell HPT-604………...26
6.3.13. Fuente de tensión MW DR-60-24………..27
6.4 Distribución de las señales ………...28
6.6.1 NI OPC Server………33
6.6.2 Programación en codesys y creación de variables enlazadas..……….38
6.6.3 configuración DVR virtual ……….41
6.6.4 algoritmo de funcionamiento……….43
6.5 Instalación en sitio ……….52
7. Evaluación y cumplimiento de los objetivos………...56
8. Conclusiones y recomendaciones………...57
9. Anexos 9.1. Guía rápida para el usuario……….58
1
1. INTRODUCCIÓN
La implementación de nuevas tecnologías les ha permitido a los ingenieros resolver problemas de maneras más simples e ingeniosas. Hoy en día contamos con una amplia gama de sensores y dispositivos que nos permiten extraer información de sucesos de interés para poder así tomar decisiones con base en estos datos.
Dichas herramientas se pueden encontrar en ambiente domésticos e industriales, incluso en aplicaciones de monitoreo del clima y otras tareas sofisticadas. Sin embargo un sensor por sí solo no es de utilidad pues se requiere de un algoritmo que tome como variables de entrada las señales que estos proporcionan y un dispositivo capaz de interpretar dicho algoritmo. Para este caso el dispositivo encargado de interpretar las señales de entrada y ejecutar los algoritmos previamente programados será un PLC.
2
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El Ejército Nacional de Colombia en conjunto con la Fuerza Aérea Colombiana poseen una red de comunicaciones a lo largo del país, está compuesta por múltiples enlaces punto a punto radiados, además de todos los elementos de capa dos y tres necesarios para su funcionamiento (routers, switches, etc.). A través de esta red se comparten datos sensibles entre los diferentes batallones y bases militares, adicionalmente es empleada para prestar el servicio de aviónica.
Por lo general las antenas empleadas en los enlaces se sitúan en lugares remotos y de difícil acceso, motivo por el cual el servicio de electricidad no es constante en las instalaciones lo cual provoca una caída temporal de la red, dejando incomunicado secciones del país y poniendo en riesgo vuelos que transiten por el área afectada.
3
3. OBJETIVOS
3.1 General
Diseñar e implementar una aplicación en labVIEW para el monitoreo de la red eléctrica del cerro la virgen para el Ejército Nacional de Colombia mediante el uso de PLC por medio de la empresa SEAN ELECTRÓNICA LTDA.
3.2 Específicos
Estudiar y analizar las tecnologías disponibles en el mercado para tomar como base las mejores características de cada una.
Desarrollar una solución para traer la información adquirida por medio de los sensores hasta el centro de monitoreo ubicado en Bogotá.
Desarrollar un algoritmo que genere reportes y alarmas cada que haya un cambio sobre la red eléctrica.
4
4. PRESUPUESTO
4.1 Materiales
5
6
7
8
CONCEPTO CANTIDAD VALOR UNITARIO
VALOR TOTAL
VALOR + IVA
Escalerilla 8x200 2.4m
2 $ 64.000 $ 128.000 $ 152.320
Amarres cal
12 3 $5.600 $16.800 $ 19.992
Rótulos 0.5 “ 1 $78.000 78.000 $ 92.820
Cinta 5 $ 5.500 $ 27.500 $ 32.725
Chazos 100 $ 500 $50.000 $ 59.900
9
4.4 Transporte y alojamiento
CONCEPTO VALOR TOTAL + IVA
Gasolina y peajes $ 3’000.000
Hotel y alimentación $ 500.000
Sub-Total $ 3’500.000
10
11
6. DESARROLLO
6.1 ¿Qué es labVIEW?
Es un Entorno de desarrollo integrado especializado en informática industrial y científica, que cuenta con una sintaxis de programación desarrollada por el fabricante, el cual permite realizar la implementación de un algoritmo de forma gráfica por medio de bloques facilitando la codificación de cualquier sistema. LabVIEW está diseñado para incorporarse con otro software, ya sea métodos alternativos de desarrollo o plataformas de fuente abierta, para garantizar que usted puede usar todas las herramientas a su disposición. [1]
Una de las principales características de la sintaxis grafica es que emplea un modelo de flujo de datos en lugar de líneas secuenciales de código de texto, lo que le permite escribir código funcional utilizando un diseño visual que se asemeja a su proceso de pensamiento. Esta abstracción del lenguaje gráfico no requiere de ser un experto en programación para desarrollar software sencillo. [2]
Figura 1. Código gráfico en LabVIEW.
12
Figura 2. Ejemplo de interfaz gráfica de usuario.
6.2 MÓDULOS ADICIONALES
LabVIEW cuenta con una licencia básica a la cual se le pueden agregar módulos adicionales que permitirán la implementación de la solución de acuerdo a las necesidades de la misma. En este caso particular en el que se desea realizar un proceso de automatización se agregaron dos módulos, el Datalogging and Supervisory Control (DSC) y el Real-Time.
13
Figura 3. Paleta adicional del módulo DSC
En cuanto al módulo Real-Time podemos decir que es una solución completa para crear sistemas embebidos autónomos y confiables con un enfoque de programación gráfica. Como un complemento del entorno desarrollo de LabVIEW, el módulo le ayuda a desarrollar y depurar aplicaciones gráficas que usted puede descargar y ejecutar en dispositivos de hardware embebido. [4]
14
Finalmente con el objetivo de realizar la comunicación entre el PLC y la aplicación de control diseñada el LabVIEW se debe emplear un último recurso, este es el NI OPC Server. Esto es necesario ya que las tecnologías empleadas y los protocolos que gobiernan las mismas son diferentes.
El puente de Servidores NI OPC convierte protocolos industriales a los protocolos abiertos OPC Clásico y OPC Arquitectura Unificada (UA). Esta conversión a OPC le permite al software NI LabVIEW comunicarse con diferentes controladores lógicos programables (PLCs) y dispositivos de terceros a través del Cliente OPC que está incluido con el Módulo LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC). La combinación de los Servidores NI OPC y LabVIEW ofrece una sola plataforma para brindar medidas y control de alto rendimiento a sistemas industriales. Vea una lista de los controladores de protocolos con Servidores NI OPC en la sección Recurso. [5]
15
6.3 HARDWARE EMPLEADO
Para la adquisición de señales en sitio y la implementación de la automatización se empleó un PLC WAGO. Estos PLCs tiene una característica particular que los vuelve versátiles, esta es su capacidad modular la cual le proporciona al diseñador la capacidad de ensamblar el dispositivo de acuerdo a las necesidad de la aplicación.
Una vez analizadas las necesidades del problema se llega a la conclusión que los módulos que se deben emplear para la solución son los siguientes:
6.3.1 Cabecera WAGO 750-842
Controlador general FIELBUS, cuenta con un puerto Ethernet de 10 Mbps, soporta protocolos TCP/IP. Su configuración se puede realizar mediante la conexión Ethernet o a través de un puerto RS 232. Requiere una fuente de 24 V para su alimentación, una ventaja de este controlador es que proporciona la alimentación para todos los módulos adicionales que se le conecten, es decir solo se necesita una fuente para alimentar todos los componentes del PLC.
16
6.3.2 Módulo de entadas digitales 750-1450
Esta sección del PLC se encarga de recibir las señales binarias provenientes de los dispositivos de control (sensores), cuenta con 16 entradas para cubrir la necesidad entera del proyecto. Estos módulos adquieren su alimentación de la cabecera.
Figura 7. Módulo de entradas digitales.
17
6.3.3 Módulo de entras digitales 753-431
Este segmento es una opción al módulo 750-1405, la diferencia radica en que este solo cuenta con 8 entradas digitales. Pese a este factor se puede implementar en la solución pues al emplear dos se iguala la capacidad de su homologo, este proceso para el PLC es transparente ya que al momento de realizar las etiquetas las entradas se configuran sobre un módulo genérico.
Figura 9. Módulo 750-431
18
6.3.4 Módulo de salidas digitales 750-504
Este módulo cuenta con 4 salidas digitales y dos fuentes de tensión de 24V, tiene un led de estatus para cada salida, este se enciende cuando la salida correspondiente se encuentra activa.
Figura 11. Módulo salida digital 750-504
19
6.3.5 Módulo de entradas analógicas 750-454
Al igual que el 750-504 cuenta leds de estado que indican su correcto funcionamiento o la presencia de un error, este dispositivo puede convertir entradas analógicas de entre 4mA y 20mA generadas por el sensor que tenga conectado a formato digital, en esencia es un ADC. Soporta dos entras analógicas.
Figura 13. Módulo 750-454
20
La conversión la realiza mediante la siguiente tabla y tiene una resolución de 12 bit con un error menor a 0.1% de la escala total.
21
6.3.6 Módulo final de carrera 750-600
Por ultimo pero no menos importante se encuentra el final de carrera. Este juega un papel fundamental ya que cierra el circuito eléctrico y el de datos, permitiendo el flujo correcto de información a través de todos los dispositivos conectados entre la cabecera y el final de carrera. Cabe resaltar que si este módulo no se encuentra conectado el PLC no podrá entrar en operación. No cuenta con Leds de estado para verificar su operación, ni con entradas o salidas digitales o mucho menos fuentes de alimentación que se puedan aprovechar.
22
6.3.7 Módulo 859-304
Este dispositivo es un repetidor de potencia configurable a los parámetros de entrada. Su finalidad es trasmitir las señales análogas provenientes de los sensores instalados en sitio a los módulos de entradas analógicas. El 859-304 soporta sensores de 2 y 3 hilos y aísla los circuitos de entrada y de control. Trabaja dentro del rango de 4-20 mA lo cual lo hace ideal para trabajar con los sensores escogidos para el desarrollo de la solución. La configuración del módulo se realiza mediante un dip switch de 10 interruptores.
Figura 16. Módulo 858-304
23
6.3.8 Módulo MINI MCR-SL-PT100-UI-NC
Este módulo al igual que el 859-304 es un aislamiento para separar los circuitos de medición de los de control, también presta el servicio de transductor para sensores de temperatura PT 100. Su configuración se realiza mediante un Dip Switch y la conectorización requiere del uso de un destornillador. Tiene como salida señales entre 4 mA y 20 mA. Soporta sensores de 2,3 y 4 hilos.
Figura 18. Transductor para PT-100
24
6.3.9 Relés 859-304
Estos relés serán utilizados para la apertura de la puerta, encendido de luces y selección de plantas eléctricas con el fin de ponerlas en marcha. Fueron construidas de acuerdo a la norma DIN VDE 0140.
Figura 20. Relé 859-304
Figura 21. Diagrama eléctrico del 859-304
25
6.3.10 Switch industrial cisco IE 3000
Esta familia de switches cisco está especialmente para desenvolverse en ambientes industriales, es resistente a vibraciones y altas temperaturas. Cuenta con 8 puertos Ethernet 10/100, 2 uplinks doble propósito que contiene 2 puertos Ethernet 10/100/100 y dos puertos SFP.
Figura 22. Switch cisco IE 3000
6.3.11 Cámaras IP
Para la adquisición de imágenes se usarán dos cámaras, un domo de 4 Megapíxeles a 15 FPS y una cámara PTZ la cual puede rotar en todas las direcciones, posee zoom óptico y una protección IP66.
26
6.3.12 Sensor de nivel Holy Kell HPT-604
Para la medición del nivel de combustible se usara un sensor ultrasónico especialmente construido para la detección del diésel colombiano cuya densidad ronda los 0.84 𝑔
𝑐𝑚3. El sensor propuesto tiene un rango entre 0 y 3 metros y entrega la información a través de una señal eléctrica con un rango entre 4mA y 20mA.
Distancia (m) Corriente (mA)
0 4
1 9.430
2 14.665
3 20.002
Tabla. Rango de entrada y salida del sensor HPT-604
Figura 24. Sensor de nivel ultrasónico
27
6.3.13 Fuente de tensión MW DR-60-24
La fuente seleccionada para la alimentación de los elementos que componen el sistema de control es capaz de soportar un amplio rango de tensiones de entrada, este modelo de MW cuenta con un sistema de protección ante corto circuito, sobrecarga y sobre picos de voltaje. Su única salida entrega 24V DC con una tolerancia del 1% y un máximo de 2.5A, además es una fuente de bajo ruido ya que el rango de ripple ronda los 120mVp-p. Estas características la hacen apropiadas para alimentar la cabecera del PLC y el Switch.
Figura 26. Fuente de alimentación DC.
28
6.4 DISTRIBUCIÓN DE LA SEÑALES
El objetivo principal de la aplicación es monitorear en tiempo real el estado de la red eléctrica, conforme a este objetivo se han instalado cuatro detectores de fase en puntos críticos de la misma, dichos elementos entregaran cuatro señales booleanas correspondientes a la presencia del servicio de energía por parte de la compañía proveedora, la presencia en red de las dos plantas eléctricas instaladas en sitio y el totalizar. Los elementos nombrados anteriormente corresponden al tablero de transferencia. Estas cuatro variables son las de mayor importancia y las que determinaran el funcionamiento de la aplicación.
29
Adicionalmente se tiene señales digitales de salida, y entradas analógicas las cuales explicaremos en la siguiente tabla:
P1_s_DI_13 DI_13 BOOL Esta variable evita
30
sea seleccionada cuando la planta uno se encuentra encendida.
P2_s_DI_14 DI_14 BOOL Esta variable evita
que las planta uno sea seleccionada cuando la planta dos se encuentra encendida.
Puerta_DI_15 DI_15 BOOL Variable que indica
cuando la puerta está abierta o cerrada.
Luces_DI_16 DI_16 BOOL Variable que indica
cuando las luces se
Temperatura AI_01 Entrada análoga Temperatura de la habitación.
Combustible A_02 Entrada análoga Nivel de
combustible en el tanque de las plantas.
31
6.5 LÓGICA DEL PROGRAMA
Como se mencionó anteriormente, el funcionamiento del programa dependerá del comportamiento de cuatro variables, la presencia en red de las dos plantas, la red eléctrica y el totalizador. Al ser variables booleanas se tienen las siguientes combinaciones.
Número de identificación
TOTALIZADOR PLANTA 01 PLANTA 02 RED ELÉCTRICA
Tabla 3. Condiciones lógicas del programa
Cada uno de estos posibles escenarios tiene una interpretación las cuales se explican a continuación.
NÚMERO DE IDENTIFICACIÓN
INTERPRETACIÓN
01 Imposible.
02 Fallo en totalizador.
03 Fallo en contacto planta 2, no hay presencia de red eléctrica.
04 Fallo en el totalizador, hay presencia de red eléctrica. Planta 2 está activa.
05 Daño en contactor planta uno, no hay presencia de red eléctrica.
06 Daño en el totalizador y contactor de planta 1, hay presencia de red eléctrica.
07 Daño en contactores planta 1y 2, no hay presencia de red eléctrica.
08 Fallo en Totalizador Planta 1 y Planta 2 encendidas, hay presencia de red eléctrica.
09 Daño en el sensor del totalizador, no hay presencia de red eléctrica.
32
11 No hay red eléctrica, La planta 2 entró en funcionamiento.
12 Planta 2 encendida, hay presencia de red eléctrica.
13 Imposible.
14 Planta 1 encendida, hay presencia de red eléctrica.
15 Imposible.
16 Imposible.
Tabla 4. Interpretación de los escenarios.
De la tabla cuatro, nos damos cuenta que alguno de los escenarios planteados no son posibles, por lo tanto definiremos el sistema de alarmas con base a los casos que se puedan dar en la realidad. Finalmente es necesario tener en la cuenta las direcciones IP a utilizar.
IDENTIFICADOR DE LA ALARMA
DESCRIPCIÓN
Alarma 01 Fallo en totalizador.
Alarma 02 Fallo en contacto planta 2, no hay presencia de red eléctrica.
Alarma 03 Fallo en el totalizador, hay presencia de red eléctrica. Planta 2 está activa.
Alarma 04 Daño en contactor planta uno, no hay presencia de red eléctrica.
Alarma 05 Daño en el totalizador y contactor de planta 1, hay presencia de red eléctrica.
Alarma 06 Daño en contactores planta 1y 2, no hay presencia de red eléctrica.
Alarma 07 Fallo en Totalizador Planta 1 y Planta 2 encendidas, hay presencia de red eléctrica.
Alarma 08 Daño en el sensor del totalizador, no hay presencia de red eléctrica.
Alarma 09 Ok.
Alarma 10 No hay red eléctrica, La planta 2 entró en funcionamiento.
Alarma 11 Planta 2 encendida, hay presencia de red eléctrica.
Alarma 12 Planta 1 encendida, hay presencia de red eléctrica.
Tabla 5. Casos posibles y nombre de alarma. Dispositivo empleado Dirección IP
Switch 172.18.120.157
Gate way default 172.18.120.158 Rectificador 172.18.120.20
Cámara PTZ 172.18.120.30
Cámara domo 172.18.120.31
PLC 172.18.120.32
Planta uno 172.18.120.33
Planta dos 172.18.120.34
Control de acceso 172.18.120.35
33
6.6 ALGORITMO DE LA APLICACIÓN Y CONFIGURACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS EMPLEADAS
6.6.1 NI OPC Server
Tras la instalación de labVIEW junto con los módulos adicionales y el servidor OPC para realizar la comunicación con el PLC, lo primero que se debe realizar es la configuración del NI OPC server, pues este nos brindara las variables de trabajo que implementaremos en la aplicación y nos proveerá de información. Cabe resaltar que esta acción solo se realiza una vez y es un proceso trasparente para el usuario final ya que está labor la realiza el ingeniero de desarrollo al igual que las demás configuraciones necesarias para el funcionamiento de la aplicación.
Inmediatamente después de abrir el NI OPC server crearemos un canal, aquí agregaremos los dispositivos que se utilizarán.
Figura 29. Creación del canal en NI OPC server
34
Figura 30. Selección del driver.
Una vez más damos clic en siguiente, ahora el servidor nos pide especificar el tipo de adaptador de red que utilizaremos para realizar la conexión física. La selección se deja por defecto.
35
A continuación hay dos opciones que pueden ser configurables, pero se recomienda dejarlas por default. Al dar clic en finalizar, en el panel izquierdo de la página principal aparecerá el nuevo canal que se ha creado.
Figura 32. Canal configurado.
Ahora se agregaran los dispositivos que se emplean, es decir el PLC WAGO.se debe hacer clic en la misma sección donde dice “clic para agregar un dispositivo”, una nueva ventana se abrirá y procederemos a darle un nombre. Damos clic en siguiente.
36
En este paso se escoge la referencia de la cabecera que se encuentra instalada en sitio, para nuestro caso la 750-842.
Figura 34. Selección del modelo de la cabecera.
Ahora introduciremos la dirección IP del dispositivo para poder realizar la conexión.
37
El servidor requiere que se le indique el hardware que tiene el PLC, buscamos en las opciones las referencias de los módulos y los agregamos en el mismo orden en el que están instalados.
Figura 36. Selección del hardware.
Confirmamos y damos clic en finalizar, las etiquetas que traerán la información de cada uno de los módulos se agregaran de forma automática.
38
6.6.2 Programación en Codesys y creación de variable enlazadas
Previo a la instalación en sitio el PLC ha sido configurado con un programa básico donde se le indica que posee 16 entradas digitales, 4 salidas digitales y 2 entradas analógicas. Este programa se realiza sobre la plataforma Codesys.
Figura 38. Programa en Codesys.
En este punto se tiene todos los insumos necesarios para realizar el algoritmo que correrá sobre labVIEW teniendo en la cuenta los casos estipulados en la tabla 5. Se debe crear un I/O server que permitirá la conectividad con las etiquetas creadas en el OPC Server.
39
Al seleccionar la opción de cliente OPC se abrirá un panel para la selección del driver que utilizaremos y el tipo de servidor que deseamos utilizar.
Figura 40. Creación del OPC en la aplicación final.
Ahora debemos agregar las variables enlazadas que traerán la información adquirida por el PLC mediante el servidor OPC hasta nuestra aplicación final. Aquí se debe escoger el tipo de variable y la dirección donde se encuentra alojada.
40
Cuando todas las variables se encuentran agregadas se crea la interfaz humano maquina (HMI) donde se programara la lógica de la aplicación.
41
6.6.3 Configuración DVR virtual
Para el monitoreo de las cámaras usaremos un DBR virtual genérico llamado CMS, al abrir la aplicación con permisos de administrados nos pedirá que iniciemos sesión. Los datos para abrir la sesión serán los que aparezcan por default y solo daremos clic en “Login”.
Figura 43. Ventana de Login CMS.
A continuación se abrirá una ventana con tres paneles, para agregar los dispostivos daremos clic en la poción “system” y luengo en la parte superior aparecerá un menú con multiples opciones, debemos dar clic en “device Manager”.
42
Al abrirse el gestionador de dispositivos, agregaremos una nueva zona con el nombre del cerro y haremos clic en ok
Figura 45. Gestionador de dispositivos.
Lugo sobre la nueva zona agregaremos las dos cámaras con sus nombres respectivos, para realizar este procedimiento haremos clic en agregar un dispositivo, escribiremos la dirección IP de las cámaras y dejaremos que el programa haga la búsqueda.
43
Después de agregar las dos cámaras en la página principal aparecerá en el costado derecho la zona agregada y los dos dispositivos listos para ser usados.
Figura 47. Dispositivos listos para visualización.
6.6.4 Algoritmos de funcionamiento
Al interior del bloque de código podemos encontrar diferentes ciclos while que se ejecutan en paralelo, los dos primeros corresponde a una rutina de temporización para las luces y puerta, así cuando el usuario encienda las luces desde el panel de control remoto estas no queden encendidas por un descuido. Al igual sucede con la puerta, después de que se haya abierto desde el HMI trascurridos cinco segundos el relé cambia de estado y se apaga, cerrando de nuevo la puerta.
44
Figura 49. Ciclo de temporización para las luces.
El tercer ciclo corresponde a la adquisición de una señal análoga, la temperatura. El valor entregado por el censor es convertido a formato digital a un rango entre 0 y 32761, este decimal es convertido a través de un procesamiento matemático a grados centígrados y finalmente mostrado en el HMI.
Figura 50. Lectura de entrada análoga, temperatura.
45
Grafico 1. Curva característica PT100.
Para poder convertir la información que el sensor entrega a grados centígrados es necesario convertir el valor digital a miliamperios primero, para ello se usa la tabla de valores del CAD que se encuentra en la sección anterior y se encuentra la ecuación de la recta para normalizar los valores.
Grafico 2. Conversión de decimal a mA.
La ecuación de la recta para está grafica está dada por la expresión:
𝑚𝐴 = 0.0005097652
𝑚𝐴
𝑑𝑒𝑐
∗ 𝑋 + 3.80172
46
Ahora es necesario hacer la conversión de miliamperios a grados centígrados para obtener la variable en el formato final deseado, el sensor tendrá 0mA cuando la temperatura sea 0°C y 20mA cuando la temperatura sea de 650°C.
Grafico 3. Conversión de mA a °C.
La ecuación de la recta para está grafica está dada por la expresión:
°𝐶 = 40.625
°𝐶
𝑚𝐴
∗ 𝑋 + 162.5
Ecuación 2. Conversión de miliamperios a grados centígrados.
Al interior de otro ciclo encontramos el proceso de adquisición de la segunda señal análoga que integra el sistema, esta corresponde a los valores medido por el sensor ultrasónico de nivel ubicado en el tanque cilíndrico que contiene el diésel que alimenta las plantas. Para la interpretación de estos datos es necesario cambiar de dominio tres veces ya que la información final se debe entregar en galones.
Al igual que en el caso de la temperatura el sensor entrega la información en formato decimal, por lo que la primera conversión que se debe realizar corresponde con la ecuación (1) descrita anteriormente.
𝑚𝐴 = 0.0005097652
𝑚𝐴
𝑑𝑒𝑐
∗ 𝑋 + 3.80172
47
Una vez se tiene el valor en miliamperios debemos realizar una nueva transformación, tomando los valores en miliamperios y pasándolos a un nuevo dominio, los metros. Con este fin se realiza la siguiente escalización.
Grafico 4. Conversión de mA a metros.
La ecuación de la recta para este proceso está descrita como:
𝑀𝑡𝑠 = 0.1875
𝑚𝑡𝑠
𝑚𝐴
∗ 𝑋 − 0.75
Ecuación 3. Conversión de miliamperios a metros
En este punto las unidades de la información recolectada son metros, pero el dato final debe estar dado en gaones. Para esto es necesario realizar una última conversión con base a dos datos, la capacidad máxima del tanque y la altura del mismo. El depósito puede almacenar un máximo de 96 galones y tiene una altura de 1,66m por lo tanto cuando el tanque este vacío el sensor medirá una distancia cercana a 1,66m y cuando esté lleno registrara 0m.
Lo anterior está descrito por la siguiente relación matemática.
𝐺𝑎𝑙 = 96.161532951 − 57.928634
𝐺𝑎𝑙
𝑚𝑡𝑠
∗ 𝑋
48
Gráfico 5. Conversión de metros a galones.
Este procesamiento matemático se ve representado en labVIEW de la siguiente manera:
Figura 51. Procesamiento matemático para la entrada análoga de nivel de combustible.
El censado continuo de combustible es indispensable, pues en caso de presentarse una falla en la red eléctrica será este el que ponga en funcionamiento las plantas de respaldo. Por lo tanto es necesario contar con una alarma que indique si hay pérdidas de combustible en el depósito sin que las plantas eléctricas estén en servicio. Para dicha tarea se almacenara en una variable el valor del combustible en el tiempo uno y se contrastará dicha variable con el valor presente del combustible, si la diferencia de estos valores es superior a 0.3 Gal y las plantas están apagadas, la alarma se encenderá. Esta porción de código se ejecutará en dos ciclos diferentes, uno para la captura de la variable y otro para relazar la comparación entre la variable actual y la guardada.
49
Figura 52. Ciclo para el almacenamiento de la variable antigua
Figura 53. Ciclo alarma de combustible.
50
A continuación encontramos el ciclo más importante, este monitorea de forma constante las cuatro variables de mayor relevancia anteriormente descritas. El equivalente de este bloque serían cuatro ciclos “IF” anidados entre sí. Los valores de estas variables son actualizados cada 500 ms. Cuando una combinación que coincide con una alarma ocurre, la aplicación guarda en una carpeta un archivo de texto plano con la hora, fecha y descripción del incidente, además muestra una ventana con la alerta en la interfaz de usuario.
Figura 55. Ciclo de control de las cuatro variables principales.
51
Figura 56. Mapa de Colombia en la aplicación.
La segunda interfaz es el panel de control del cerro, en este encontraremos información sobre todas las variables relacionadas en la tabla 2 de una forma intuitiva de entender. Además sobre este panel saldrás las ventanas con las alarmas programadas en cuanto haya una alteración en el sistema.
52
6.5 INTALACIÓN EN SITIO
Tras concluir la etapa de diseño y realizar las pruebas de escritorio pertinentes en las instalaciones de la empresa, se coordina una visita al cerro de la virgen, ubicado en la vía Pamplona Saravena con el fin de instalar el hardware necesario para la ejecución de la aplicación.
Figura 58. Maqueta empleada para pruebas de laboratorio.
La obra civil se inicia con la instalación de la tubería y escalerilla necesaria para la disposición del cable que llevara las señales desde los sensores hasta el módulo de entradas digitales y el gabinete que contendrá al PLC, los módulos y el Switch. El ensamblaje del PLC con sus respectivos elementos se realiza en Bogotá de forma previa para poder ser verificado.
53
La siguiente etapa consistio en el tendido del cable tanto electrico como de datos, pues algunos de los elemntos cuentan con tarjeta de red para realizar comunicación seríal por medio de protocolo como modbuss y TCP/IP. En paralelo se realizó la instalación de los sensores de fase que llevaran la señal del tablero de transferencias hacia el PLC.
Figura 62. Escalerilla y gabinete instalados.
Figura 63. Gabinete cableado y en operación.
54
Figura 64. Cama IP.
Figura 65. Control de acceso.
55
56
7. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS
El principal objetivo propuesto desde el inicio de ésta pasantía fue Diseñar e implementar una aplicación en labVIEW para el monitoreo de la red eléctrica del cerro la virgen, con el fin de realizar un diagnóstico sobre la misma en tiempo real, y en caso de fallas poder tomar acciones correctivas para el restablecimiento del servicio. La solución instalada cubre por completo dicha necesidad no solo permitiendo monitorear la red sino que también genera reportes con información detallada del suceso.
La información almacenada en el ordenador será enviada y analizada por un grupo denominado la mesa de ayuda, quienes gestionaran de la mejor manera las posibles eventualidad. Dependiendo del tipo de falla se escalara el problema a diferentes dependencias las cuales están organizadas en un sistema jerárquico, escalando el problema al siguiente nivel hasta darle solución. Gracias a la implementación del sistema la información se reunirá de forma inmediata lo que permitirá agilizar el proceso.
Mediante la instalación de dispositivos como el control de acceso y la cámara IP se logra restringir el paso hacia el cuarto de comunicaciones de personal no autorizado, disminuyendo el índice de accidente ocasionados por la mala utilización del espacio y equipos, ya que los soldados usaban el cuarto de comunicaciones debido a la alta temperatura del mismo para secar ropa.
57
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Para que la aplicación funcione correctamente debe ser ejecutada en un equipo con sistema operativo de 64bits, sobre Windows.
Pese a que la aplicación no consume una gran cantidad de recursos, se recomienda instalarla un computador con al menos 4GB de memoria RAM.
La configuración del software no debe ser cambiada bajo ninguna circunstancia, el proceso de configuración es completamente transparente para el usuario.
El proceso de la aplicación debe estar siempre en ejecución para que se realice la recolección de datos y se generen los respectivos reportes en caso de presentarse alguna falla.
La versión del sistema operativo empleado debe ser como mínimo Windows 7.
El sistema fue diseñado para prestar extensibilidad, por lo que la ampliación a nuevos cerros no requerirá grandes esfuerzos desde la perspectiva del software. Por cuestiones de licenciamiento es recomendable instalar un programa antivirus
para evitar daños en el equipo.
58
Figura 67. Acceso directo para el mapa de Colombia.
Una vez abierto, en la parte superior izquierda de la pantalla a parecerá un símbolo con forma de flecha apuntando a la derecha, presionamos sobre este para que el programa se ejecute. Sabremos que el programa está corriendo porque la cuadricula que se encuentra detrás del mapa desaparecerá. Es importante dar clic en este símbolo y no el que se encuentra a su lado, pues si presionamos este el programa entrara en un Loop y la aplicación dejara de funcionar. Para mayor seguridad podemos dejar el mause encima del icono unos segundos y un letrero con la palabra “run” aparecerá sobre este, el símbolo con estas características es el que hará ejecutar la aplicación.
59
Figura 69. Programa en ejecución.
Al seleccionar el panel de control que se desea monitorear este se abrirá en una pestaña nueva en una ventana similar a la que encontramos el mapa la primera vez que lo abrimos.
60
Al igual que con el mapa, debemos dar clic sobre el icono en forma de flecha que se encuentra en la parte superior izquierda para que el programa se ejecute, la primera vez que corramos el panel de control saldrá una ventana emergente que nos indicara el estado actual del sistema, al dar Ok la ventana se cerrará. En él mismo instante en que se ejecute el programa se creará el reporte de texto plano que se almacenará en la carpeta ubicada en el escritorio con el nombre “ALARMAS”.
Figura 71. Panel de control en ejecución.
61
Como se puede observar el reporte contiene tres partes, la primera es la fecha en la que ocurrió la alarma, la segunda es la hora en la que sucedió y finalmente tenemos una breve descripción de la alteración en el sistema.
El panel de control está dividido en varias secciones, la primera parte del panel nos entrega información discreta del estado de la red, allí observamos el comportamiento de las cuatro variables principales discutidas con anterioridad. También observamos los botones auxiliares para la selección de las plantas. Un verde oscuro indica que la variable observada está apagada y un verde intenso y claro indica que se encuentra encendida o activa.
Figura 73. Variables principales.
Luego encontramos la parte donde se visualiza la información de las variables análogas que corresponden a la temperatura de la habitación y el nivel de combustible del depósito que alimenta las plantas. La temperatura está representada en grados centígrados y el nivel combustible en litros.
62
Al lado derecho del panel de variables análogas encontramos dos bonotes con la etiqueta de puerta y luces al igual que dos indicadores de estado. Cuando las luces estén encendidas en el indicador de la derecha aparecerá un bombillo. Cuando la puerta este abierta se verá reflejado en el indicador con la etiqueta puerta_DI_15. Al presionar los botones se activará la rutina de temporización, una vez trascurrido el tiempo programado volverá a su estado de reposo.
Figura 75. Panel de apertura de puerta y encendido de luces.
En la parte inferior observamos el estado de los inversores instalados en sitio, esto nos indica cuales se encuentran en funcionamiento y cuales en reposo. Cada inversor posee una etiqueta para identificar el estado.
Figura 76. Inversores.
63
Figura 77. Ventana de Login CMS.
Figura 78. Panel de inicio CMS.
64
65
10. REFERENCIAS
[1] Ni.com. (2008). LabVIEW System Design Software - National Instruments. [Online] disponible en: http://www.ni.com/labview/esa/ [Consultado 15 Abr. 2017].
[2] LabVIEW que es - Ingeniero especialista en bancos de pruebas y medición, experto en LabVIEW, TestStand, LabWindows/CVI. [Online] Ajolly.com.mx. Disponible en:
http://www.ajolly.com.mx/es/desarrollo-consulta-sistema-supervisor-control-prueba-medida/19-LabVIEW-que-es.html [Consultado 18 Abr. 2017].
[3] Ni.com. (2017). LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC) Module - National Instruments. [Online] Disponible en: http://www.ni.com/labview/labviewdsc/esa/ [Consultado18 Abr. 2017].
[4] Ni.com. (2017). LabVIEW Real-Time Module - National Instruments. [Online] Disponible en: http://www.ni.com/labview/realtime/esa/ [Consultado 18 Abr. 2017].
