Sistemas de control
para
la
automatización
de redes de
agua
potable
Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica/Secretaría General de Obras/DDF
Se describen los elementos que justifican la implantación de sistemas de control automatizados en redes de agua potable. Se presentan su estructura y funciones básicas, así como la instrumentación típica para dichas instalaciones y se concluye resaltando los aspectos de organización operativa.
El objetivo más importante de los organismos
operadores de agua potable es proporcionar a sus usuarios un servicio público en inmejorables condiciones de calidad y continuidad al menor costo posible; por ello se han implementado diversas políticas de operación, que van desde el empleo de autómatas locales en las instalaciones desatendidas, hasta la asignación de personal de tiempo completo.
En ambos extremos la relación costo-beneficio es desventajosa, ya que en el primer caso, aun cuando el costo de un autómata local de rearranque es bajo, el servicio ofrecido es pobre al no contar con los medios de supervisión de un conjunto adicional
del servicio sin que el autómata pueda remediarlo,
expuesta al vandalismo. El segundo caso muestra, a todas luces, un elevado costo de operación que
por medio de una estructura de regulación de la de- manda a base de tanques de almacenamiento.
Ante un crecimiento urbano sostenido, la automa- tización es el único recurso viable para observar ten- dencias positivas en los indicadores de calidad y con- tinuidad del servicio. En la actualidad, la tecnología disponible ofrece alternativas de solución lo suficien- temente económicas para considerar retornos de in- versión en períodos muy cortos, y lo suficientemente
poderosas como para asegurar que la operación de
las redes de agua potable sea eficiente.
Es
factible pensar que un sistema capaz deconcentrar en un punto, en forma automática,
funcionamiento, así como de detectar la presencia de
tener una visión panorámica de la red, que lo habilitaría para tomar decisiones eficientes respecto de variables que pueden provocar la suspensión
la información del estado y las condiciones de
además de que la instalación desatendida queda
intrusos en las instalaciones, permitiría a un operador
no redunda en un beneficio directo, ya que el
personal de tiempo completo es incapaz de actuar al despacho de la misma.
Y,
si además, el sistema puede recibir comandos del operador y traducirlos confiablemente para prevenir los daños derivados deoperar los equipos en condiciones anómalas.
por otra parte, aunados al rápido crecimiento demográfico, que impone demandas de servicio que obligan a emplear la infraestructura existente al máximo de su capacidad, los abatimientos de los acuíferos agregan variables al requerir de una política de explotación balanceada.
La infraestructura hidráulica propuesta para enfren- tar situaciones como la descrita puede implicar la explotación de los mantos a ritmos preestablecidos,
en órdenes ejecutables a control remoto, podría pensarse en éste como una herramienta que permita la operación óptima de la red al reducir drásticamente los costos directos, incrementar la eficiencia en el servicio y alargar la vida útil de las instalaciones mediante la detección automática de las condiciones anómalas de operación y la acción consecuente,
Estructura de un sistema de control
consiste en una estación maestra computarizada; ésta se complementa con un conjunto de unidades terminales remotas localizadas en cada una de las instalaciones por controlar, enlazadas a través de un canal de comunicaciones, por el cual fluyen la información de estados y mediciones, así como los comandos de actuación remota. Las terminales remotas se encuentran físicamente conectadas a los sensores y actuadores de su instalación correspondiente; en la ilustración I se muestra la estructura típica de un sistema de este
La operación de toda la red es controlada por un solo operador desde la estación maestra, la cual puede ubicarse físicamente en cualquier punto geográfico de la zona. Desde su puesto de control, el operador tiene acceso a la información relevante de la operación de la red, la cual es adquirida en forma automática por el sistema. La estación interroga periódicamente a las terminales remotas, por medio de la radio, para actualizar la información procesada por éstas.
Cuando una terminal remota detecta el cambio de algún estado en alguna de sus entradas, tiene capacidad de realizar una transmisión en forma autónoma, con lo que la información del evento es tipo.
reportada de manera instantánea. Dicha información, a su vez, es procesada por la estación maestra para presentarla al operador en forma adecuada. Así, este puede conocer el estatus operativo de los equipos de bombeo, así como los valores de las mediciones de las variables de gasto y presión de
cada pozo y del nivel de cada tanque, incluyendo indicaciones especiales cuando se excedan los límites críticos de operación. El operador puede comandar desde el centro de control el arranque o paro de cualquiera de las unidades de bombeo que se encuentren disponibles, tanto en la zona de pozos
como en la de rebombeos. El sistema de control puede, sin embargo, bloquear aquellos comandos que representen una violación a las condiciones de seguridad operativa de la red, las cuales están programadas en él. En forma complementaria, el operador tiene acceso a la información de seguridad concerniente a las instalaciones. Esta información incluye alarmas de intrusión, falla en el suministro de energía eléctrica y alarmas de detección de operación anómala de la instalación.
tadísticas de operación de los pozos y registros de O Control de redes de drenaje, etcétera.
eventos y alarmas.
Instrumentación típica Descripción de las comunicaciones
La instrumentación es el conjunto de elementos
El medio de comunicación entre la estación maestra que convierte la señal de campo que se desea
y las terminales remotas es radio-eléctrico; para el medir en señal eléctrica proporcional. Esta es enlace se utiliza una frecuencia VHF ó UHF. Este adquirida por la terminal remota para transmitirla a la enlace opera en el modo semiduplex (Half-Duplex) estación maestra. Cada aplicación posee diferentes con una velocidad efectiva de transmisión de 300 variables por instrumentar. En agua potable pueden
Bauds (Bits/s). mencionarse las siguientes:
O Medición de presión. Permite evaluar continua-
Protocolo de comunicaciones
El protocolo de comunicaciones es el marco que mente las condiciones de operación de los equi- pos de bombeo y líneas de conducción, inclu- establece las reglas de acceso al canal, así como la
yendo la detección inmediata de fugas. “sintaxis” que define los elementos que componen a
un mensaje y su posición en el mismo. Está provisto O Medición de gasto instantáneo. Permite evaluar
de códigos de seguridad del tipo redundante- de manera continua la eficiencia operativa del
complemento, de tal manera que el receptor (terminal sistema hidráulico en función del volumen de agua
maestra o remota) valide positivamente la integridad entregado para consumo.
de la información recibida. En caso de detectarse Medición de nivel en tanques. Facilita la
diferencias entre el código de seguridad recibido y el administración Óptima del sistema hidráulico, en
conjunto con los comandos de arranque o paro calculado, la información se desecha, y las terminales
de bombas, o bien de apertura o cierre de válvulas remotas no efectúan acción alguna, en espera de un
que limiten los caudales de entrada o salida. nuevo comando de la maestra.
Además del código de detección de error, el
Medición de nivel dinámico. Permite seguir con protocolo incluye la clave de identificación de la
detalle el abatimiento de los mantos acuíferos, terminal remota a la cual va dirigido el mensaje.
y ajustar en consecuencia los patrones de
Así
mismo, esta responde con su clave a la estaciónexplotación. maestra, anteponiéndola a los datos, para efecto de
identificación. O Protecciones y alarmas. Constituyen un conjunto
Siguiendo al campo de identificación, el protocolo de instrumentos y sensores que cubre las
incluye el campo de comando y datos, dentro del funciones de detectar las condiciones anómalas cual se codifica la solicitud de la terminal maestra a de operación de las instalaciones (falla de fase,
la remota. La respuesta de ésta emplea este campo condición de sobrecarga, bajo nivel de aceite,
para insertar
los
datos solicitados. alta vibración, alta temperatura, entre otras), lascuales se manejan como alarmas que permiten
Aplicaciones principales al sistema tomar acciones de salvaguarda de las
instalaciones y alargar su vida Útil.
tura son protegidos del vandalismo por sensores de intrusión que detectan toda infiltración a las ins- talaciones y permiten así la actuación inmediata
del operador.
Los sistemas de adquisición de datos y control Detección de intrusos, Los equipos e infraestruc-
encuentran su principal aplicación en procesos de explotación, conducción y distribución de fluidos, cuyos elementos cubren áreas geográficas por lo general extensas. Entre sus principales aplicaciones, están las siguientes:
O Producción de petróleo y gas.
Administración y despacho de redes de agua potable.
Control de acueductos, oleoductos y gasoductos. Automatización de distribución de energía eléctrica. Pronóstico y despacho de sistemas de riego.
O Monitoreo de parametros ambientales.
Operación del sistema
desplazarse a través del sistema sin obstáculos, em- pleando las teclas de movimiento del cursor o de pa- ginación para seleccionar las instalaciones o equipos. ’
Optativamente, el operador puede emplear el “ratón” para realizar selecciones, y agilizar así su operación.
A continuación se describen brevemente las principales pantallas del sistema.
O Página esquemática de la red en conjunto
(mímico), que ofrece al operador una visión panorámica, ya que además de presentar las instalaciones y su conectividad funcional, muestra dinámicamente los estados de las variables que se deseen observar a ese nivel. La ilustración
2 proporciona un ejemplo de un acueducto
compuesto de seis pozos, una estación de
estados de las bombas.
.instalaciones, que presenta dinámicamente los estados y mediciones asociados a la instalación. En la ilustración 3 se ejemplifica una instalación
tipo pozo, mientras que la 4 muestra una Ejecución de controles
instalación de rebombeo. Ambas pantallas se solicitan desde el diagrama mímico.
Páginas de alarmas, que contienen las últimas 100
alarmas de la red con fecha
Y
hora de ocurrencia, identificación del punto e instalación remota.O Páginas con información estadística de la razón de
uso de las instalaciones, de los valores horarios de las variables, así como sus máximos, mínimos
y promedios del día, evaluación del canal de o paro).
comunicaciones, etcétera.
rebombeo y un tanque, donde se despliegan los
En todo momento, el sistema despliega el
Página esquemática de cada una de las menú de alternativas disponibles, las cuales son
asignadas dinámicamente a las teclas “F1+F10”, dependiendo de la página en que se encuentren.
Para ejecutar una operación de control (arranque o paro), el operador debe seguir la secuencia siguiente:
Desde la página esquemática de la red, seleccio- nar la instalación sobre la que se desea operar.
O Una vez desplegada, seleccionar con el cursor el
punto sobre el que se desea actuar.
Presionar la tecla de la función deseada (arranque
O Presionar la tecla de ejecución.
Expansión del sistema de control
Si se considera el número potencial de instalaciones por controlar, el sistema posee una capacidad de crecimiento estructural según un esquema de tres niveles jerárquicos (véase ilustración 5):
Nivel 3 Estación maestra'central. Nivel 2 Estaciones maestras de zona. Nivel 1 Unidades terminales remotas.
En el nivel 3, la estación maestra central concentra la información procesada por las estaciones maestras de zona. La función primordial de este nivel es la de correlacionar, vía programas de aplicación específicos, las diversas situaciones a nivel de la red, para convertirse en una herramienta de decisión sobre las políticas de despacho, derivadas de los programas de pronóstico de demanda global y por zonas, así como de los de despacho económico que optimicen el uso de los recursos, de acuerdo con su
disponibilidad y eficiencia operativa. capacitación adecuada y el servicio eficiente son
elementos indispensables para mantener el sistema
Conclusiones
operando con continuidad. Las modificaciones quela red sufre periódicamente deberán actualizarse en el Actualmente, los sistemas de control como el descrito sistema de control modificando las bases de datos. están operando en casi 20 sistemas hidráulicos Dicho proceso debería ser realizado por personal del a
lo
largo del país; han sido instalados en los sistema hidráulico,La operación de toda la red debe coordinarse últimos 4 años, con una tendencia de demanda
creciente en el futuro previsible. El incremento en la desde la estación central, apoyando al operador demanda de estos sistemas de supervisión y control
con volantas de servicio y medios de comunicación de voz que permitan una respuesta eficiente para computarizados para procesos industriales, se debe
a la gran necesidad de contar con herramientas
atender los reportes de las fallas que requieran la que permitan ofrecer un servicio eficiente y, al
presencia de personal, por ejemplo, la detección de mismo tiempo, obtener el máximo de la cada vez
intrusos en las instalaciones, las bombas fuera de más costosa infraestructura requerida por las redes
servicio por sobrecarga, etcétera. hidráulicas.
La operación de redes automatizadas necesita, Finalmente, sin necesidad de moverse de su
sin embargo, de una organización que pueda consola, el operador está enterado y tiene el control,
