RESIDENCIA PROFESIONAL MBITO 5: PRESTACIN DE SERVICIOS
PROFESIONALES INFORME FINAL: MONITOREO Y CONTROL DE SEALES EN
MANDOS DE INTERRUPTORES DE POTENCIA LUGAR DE REALIZACIN: COMISIN
FEDERAL DE ELECTRICIDAD PRESENTA: FRANNI DOMNGUEZ RAMREZ JOSIMAR
MUOZ DELGADO No. DE CONTROL: 086Q0103 086Q0020 CARRERA: INGENIERA
ELECTRONICA PERIODO DE REALIZACIN: AGOSTO-DICIEMBRE 2012
COSAMALOAPAN, VER., DICIEMBRE DE 2012 ndice general1. Introduccin
11.1. Justicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Objetivo. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 21.2.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2. Objetivos Especicos . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3.
Caracterizacin del rea en que particip . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 21.4. Problemas a resolver . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.5.
Alcances y limitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 31.5.1. Alcances . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31.5.2. Limitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 32. Marco terico 42.1. Introduccin .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 42.2. Historia de la empresa CFE. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3. Subestacin de
distribucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 52.3.1. Transformador de potencia . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.3.2. Interruptor de
potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 62.4. Sistema SCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4.1. Necesidades de un
sistema SCADA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92.4.2. Funciones principales de un sistema SCADA . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 102.4.3. Elementos del sistema SCADA . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.4.4. Benecios
mediante el sistema SCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 112.5. Protocolo de comunicacin TCP/IP . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.5.1. Nivel de red . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
132.5.2. Nivel de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 132.5.3. Nivel de aplicacin. . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
142.6. Sistema de adquisin de datos . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 143. Desarrollo 163.1.
Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 163.2. Especicaciones del sistema . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
163.3. Descripcin del software para la programacin del
microcontrolador . . . . . . . . . . . 173.4. Diseo del programa
para el microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 183.4.1. Diagrama de ujo del programa . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 193.5. Descripcin del programa del
PIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
193.6. Diseo y desarrollo de la interfaz de usuario. . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 203.6.1. Entorno de programacin .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
203.6.2. Protocolo de comunicacin . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 213.6.2.1. TCP funcin de apertura de
conexin (Open Connection Function) . . 213.6.2.2. TCP leer funcin
(Read Function) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.6.3.
Denicin de los bloques de programacin. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 233.6.4. Generar e insertar datos en una tabla
Microsoft Access . . . . . . . . . . . . . . 243.6.4.1. herramienta
para abrir conexin (DB Tools open connect) . . . . . . . . 25iNDICE
GENERAL ii3.6.4.2. Herramienta de insercin de datos . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 253.6.4.3. Herramienta de lectura de
datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.6.4.4.
herramienta para cerrar la conexin (DB Tools close connect) . . . .
. 273.6.4.5. Bloque generador de base de datos dentro del proyecto
. . . . . . . . . 273.6.4.6. Base De Datos Realizada En Microsoft
Access . . . . . . . . . . . . . . 283.6.4.7. Generacin de base de
datos mensualmente. . . . . . . . . . . . . . . . 323.6.5. Panel
frontal del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 333.7. Desarrollo del hardware . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354. Pruebas y
resultados 404.1. Interfaz de usuario . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.2. Tarjeta de
adquisicin de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 415. Conclusiones y recomendaciones 436. Anexos
44ndice de guras2.1. Diagrama unilar de una subestacin. . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2. Trasnformador de
potencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 72.3. Interruptor de circuito de distribucin. . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.4. Esquema bsico de
un sistema de adquisicin, supervisin y control. . . . . . . . . . .
. 92.5. Encapsulado de datos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.6. Pasos de una conexin. .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 132.7. Esquema de bloques de una tarjeta de adquisicin de datos.
. . . . . . . . . . . . . . . . 152.8. DAQ con PIC 16f877A. . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
153.1. Esquema practico de los puntos a monitorear. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 173.2. Diagrama de pines. . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
193.3. Diagrama de ujo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 203.4. Combinaciones posibles de
los interruptores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 213.5. TCP Open Connection Function . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 213.6. TCP Read Function . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
223.7. Bloque de comunicacin TCP/IP. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 233.8. Izquierda) Bloque SubVI De
Conversin, Formato De Fecha Y Hora, Derecha) interiordel SubVI. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 233.9. Activacin de indicadores y generadores de
informacin para bloque de base de datos. . 243.10. Database,
herramienta para abrir conexin. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 253.11. Database, Herramienta de insercin de datos. .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.12. Database,
herramienta de lectura de datos. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 263.13. Database Herramienta para cierre de
conexin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.14.
Database funciones de datos variantes. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 273.15. Bloque para generacin de base
de datos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
283.16. Base de datos en blanco.. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.17. Crear Base de datos. .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 293.18. Guardar Base de datos. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.19. Crear el link de
datos labVIEW-Access. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 303.20. Congurar de link de conexin labVIEW-Access. . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.21. Prueba de conexin
satisfactoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 313.22. Crear .udl para conexin. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.23. SubVI Get
UDL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 323.24. Interior de SubVI Get UDL.. . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.25. Imagen
de inicio del sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 343.26. Panel Frontal del sistema de control.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.27.
Panel de visualizacin de base de datos. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 343.28. Diagrama a bloques de las etapas
del hardware. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.29.
Relevador SCHRACK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 353.30. Distribucin de los contactos en
el SCHRACK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.31.
Sealesdesalidadel SCHRACK. A)Conlasprimerasconexiones.
B)salidaconlacompuerta NOT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36iiiNDICE DE FIGURAS
iv3.32. Diagrama del circuito de ltro. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.33. Fuente de alimentacin a
5V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 373.34. Conexin del microcontrolador. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.35. Salida de los leds
indicadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 383.36. Conexin del MAX 232n. . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.37. Parte superior
de la placa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 383.38. Parte inferior de la placa. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.39.
Conexiones de la placa en la caja. . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 394.1. Pruebas del panel frontal. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
404.2. Pruebas para la base de datos. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 414.3. Pruebas a la DAQ,
simulando una subestacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 424.4. Otra prueba realizada a la DAQ. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Captulo 1IntroduccinComisin
Federal de Electricidad Zona Papaloapan (CFE) es una empresa del
gobierno
mexicanoquedistribuyeycomercializaenergaelctrica.Elcompromisodelaempresaesofrecerserviciosdeexcelenciaalapoblacin,
garantizandoaltosndicesdecalidad,
ecienciayseguridadentodossusprocesos, para ello debe estar en
constante actualizacin para mantenerse a la vanguardia da a da.
Portal motivo, el departamento de proteccin, control y
comunicaciones de CFE, tiene la responsabilidadde mantener sus
sistemas de mandos de interruptores de potencia altamente
controlados. Para brindaras, un mejor servicio. Cumplir con este
objetivo se logra monitoreando remotamente cada uno de losmandos
que estn situados en una cabina de control dentro de la subestacin,
que tienen como funcindistribuir el suministro elctrico en las
lneas de media tensin.El proyectoserealizenbasealos requerimientos
del departamentodeproteccin, control ycomunicaciones, con el n de
tener un respaldo sobre los cambios de estado en mandos de
interruptoresdepotencia.
Enocasionesloscontrolesgenerabanuncambiodeestadosinquealgunapersonaleingresara
esa orden, esta variacin no era posible registrarla en el sistema
principal, obteniendo comoresultado un funcionamiento errneo en la
uidez de distribucin del suministro elctrico.Noobstante, el
sistemaalternativoescapazderealizaresatarea,
informandoalosoperadoresloseventosacontecidosenlosperifricosdesalidadecadamando.
Losdispositivosyherramientasempleados son, una base de datos
realizada en Microsoft Access, en ello se registra cada operacin
delmando a monitorear y se genera un reporte, que contiene fecha,
hora, dispositivo activado e historialmensual. Los datos son
introducidos en esta base de datos desde la interfaz de programacin
grcallamadalabVIEW,estaltimaobtienelainformacindeunatarjetadeadquisicindedatos(DAQpor
sus siglas en ingls).Las partes anteriormente mencionadas, estn
adecuadamente acopladas a las necesidades del siste-ma, las seales
adquiridas pasan por una etapa de acondicionamiento para que el
dispositivo receptorpueda procesarlas de una manera tal, que no se
obtengan datos
errneos.Acontinuacinrealizaremosunaapreciacinmsprofundadel
sistemademonitoreoycontroldesealesenmandosdeinterruptoresdepotencia.Esperandoquelainformacindetalladaenestedocumento
sea de gran inters.1.1.
JusticacinLasrazonesfundamentalesparadesarrollarunsistemaalternativodemonitoreoycontroldeuninterruptor
de circuito de distribucin, es que actualmente CFE busca mayor
eciencia en el controldel sistema elctrico, en la continuidad del
servicio de energa elctrica y garantizar la seguridad delpersonal.
Por lo que es esencial contar con un sistema alternativo que sirva
de respaldo para cuandose presente alguna falla o irregularidad en
el sistema principal. Un ejemplo de estas fallas es que
enocasionesel
sistemaoperasinmanipulacinhumanaaccionandoalgninterruptor,
conlocual, noqueda registro alguno de quien activ ese interruptor.
Por tal motivo el departamento de proteccin,control y
comunicaciones requiere de un sistema que monitoree:1CAPTULO 1.
INTRODUCCIN 2Estado del interruptor (Abierto/Cerrado).Registro de
accionamiento (apertura) de cada interruptor.Valores de fallas en
los mandos.Enlace de subestacin a ocinas de proteccin,control y
telecomucaciones.Visualizacin del sistema desde cualquier
departamento.El desarrollo de dicho sistema ser de gran ayuda en el
departamento de proteccin, control y comuni-caciones; para mantener
un monitoreo ms preciso y eciente, garantizando la continuidad del
serviciode energa elctrica, as como la seguridad del personal de
CFE.1.2. Objetivo1.2.1. Objetivo
GeneralImplementarunsistemademonitoreoycontroldelasealesenlosmandosdeinterruptoresdepotencia.
Para que desde el departamento de proteccin y control, se pueda
visualizar los cambios encada uno de ellos, el nmero de veces que
cada uno ha sido accionado, generando un reporte que ayudea saber
cundo debe darse mantenimiento al dispositivo y de esta manera
mejorar la eciencia en ladistribucin del suministro de la empresa
al consumidor.1.2.2. Objetivos Especicos1. Conocer la vida til de
los interruptores.2. Disear una tarjeta de adquisicin de datos
(DAQ).3. Conocer los tableros de control en la subestacin.4.
Elaborar un sistema en LabVIEWpara monitorear el estado de los
interruptores.5. Generar una base de datos en Microsoft Accessdonde
se muestren los siguientes datos:Fecha y hora.Numero de interruptor
activado.Ciclos de activacin.1.3. Caracterizacin del rea en que
participProteccin, control y comunicaciones. Es uno de los
departamentos tcnicos primordiales de CFE,encargado de programar,
controlar, enlazar, supervisar, y manipular fsica y remotamente los
diferentesequipos en cada subestacin. El departamento est
conformado con personal altamente capacitado enlasreasdeproteccin,
control ycomunicaciones,
ademsexisteuntallerparahacerpruebasalosaparatosdenuevaadquisicinoquerequierenmantenimiento.
Tambinsecuentacondispositivosde alarma y relevadores de proteccin
que se encargan de desconectar automticamente alguna lneacuando
ocurre una falla transitoria o temporal en algn equipo de
distribucin dentro de la subestacinya sea, TC(transformador de
corriente), TP (transformador de potencia), y BC (banco de
capacitores),y posteriormente reconectarla cuando la falla haya
sido eliminada.Estos dispositivos adems de brindar proteccin al
sistema, generan reportes con la informacin delas fallas ocurridas,
informacin que permite programar adecuadamente las labores de
mantenimientopreventivo y correctivo. Para llevar a cabo el proceso
descrito, la subestacin y ocina se
comunicanatravsdeuncomplejosistemadecomunicacinquepermitealaempresaofrecerunserviciomsecaz
a la comunidad.CAPTULO 1. INTRODUCCIN 31.4. Problemas a
resolverCada circuito de distribucin cuenta con un interruptor, con
el objetivo de proporcionar una pro-teccin al transformador de
potencia en el momento que se presente algn tipo de falla,
permanente otransitoria, y as evitar que el transformador sea
sobrecargado por el nivel de cortocircuito generadopor la misma
falla, la cual puede provocar algn tipo de desgaste que reduce su
periodo de vida tilo su avera, lo que implica una interrupcin del
servicio de energa elctrica a todos los circuitos dedistribucin
dependientes de ste.Actualmente, el interruptor es monitoreado y
telecontrolado mediante un sistema implementado porCFE llamado
SISCOPROMM(Sistema Integrado de Control, Proteccin, Medida y
Mantenimiento);medianteestesistemasepuedenrealizaraperturas,
cierresybloqueo/desbloqueoderecierres, paracuando se realizan
mantenimiento a las lneas de distribucin.El sistema
SISCOPROMMcuenta con unidades terminales remotas (UTRs) las cuales
se encargande establecer la comunicacin entre la terminal central
(operador ciudad) y las diferentes
subestaciones,lacomunicacinserealizamedianteradiofrecuenciaenlabandaUHF(UltraHighFrequency);
lasUTRsse encargan de la codicacin y decodicacin de los mandos y
alarmas, mediante el protocoloDNP 3, y se apoyan en radios de
comunicaciones para la modulacin y demodulacin en UHFde lospaquetes
de datos.El problemaquetieneactualmenteestesistema, esque,
enocasioneslatarjetaquerealizaloscambios de estado en los
interruptores, opera sin que algn operador haya ejecutado alguna
instruccin.Esto quiere decir que, cambia el estado del interruptor
(abierto/cerrado) sin guardar registro de quinmando esta orden. Por
este motivo es necesario contar con un sistema alternativo que
sirva de respaldopara cuando se presente alguna falla como la
mencionada anteriormente.1.5. Alcances y limitaciones1.5.1.
AlcancesCon la ejecucin de este proyecto se beneciar a CFE, ya que,
esta empresa busca distribuir energaelctrica con la mejor calidad
posible, manipulando la tecnologa para ser ms eciente, y se
continala expansin del servicio, aun en zonas remotas y comunidades
dispersas. Por tanto este proyecto sepuede implementar en cualquier
subestacin, ya que solo es un sistema de respaldo en caso de
algunairregularidad.1.5.2. LimitacionesNo se lograra realizar el
sensado de tensin y corriente de operacin, debido que CFE no
permiteque intervengan en sus controles directamente. Ya que, para
conectar un sensor de corriente (que eneste caso sera invasivo)
habra que interrumpir la operacin de algunos equipos de trabajo
continuo,y con esto se causaran perdidas a CFE.Captulo 2Marco
terico2.1. IntroduccinEn el presente captulo se describe una pequea
parte de la historia de la empresa donde se
realizalaresidencia,tambinseexplicarnloselementosquesonnecesariosparaeldesarrollodelproyectocomo
lo es el sistema SCADA y los protocolos TCP/IP.2.2. Historia de la
empresa
CFELageneracindeenergaelctricainicienMxicoanesdelsigloXIX.Laprimeraplantage-neradora
que se instal en el pas (1879) estuvo en Len, Guanajuato, y era
utilizada por la fbricatextil La Americana. Casi inmediatamente se
extendi esta forma de generar electricidad dentro
delaproduccinmineray,marginalmente,paralailuminacinresidencialypblica.En1889operabala
primera planta hidroelctrica en Batopilas (Chihuahua) y extendi sus
redes de distribucin haciamercados urbanos y comerciales donde la
poblacin era de mayor capacidad econmica. No obstante,durante el
rgimen de Porrio Daz se otorg al sector elctrico el carcter de
servicio pblico, colo-cndose las primeras 40 lmparas "de arco" en
la Plaza de la Constitucin, cien ms en la AlamedaCentral y comenz
la iluminacin de la entonces calle de Reforma y de algunas otras
vas de la Ciu-dad de Mxico. Algunas compaas internacionales con
gran capacidad vinieron a crear liales, comoThe Mexican Light and
Power Company, de origen canadiense, en el centro del pas; el
consorcio
TheAmericanandForeignPowerCompany,contressistemasinterconectadosenelnortedeMxico,ylaCompaaElctricadeChapala,eneloccidente.AiniciosdelsigloXXMxicocontabaconunacapacidad
de 31 MW, propiedad de empresas privadas.Para 1910 eran 50 MW, 80 %
generado por The Mexican Light and Power Company, con el
primergranproyectohidroelctrico: laplantaNecaxa, enPuebla.
Lastrescompaaselctricastenanlasconcesioneseinstalacionesdelamayorpartedelaspequeasplantasqueslofuncionabanensusregiones.
En ese perodo se dio el primer esfuerzo para ordenar la industria
elctrica con la creacinde la Comisin Nacional para el Fomento y
Control de la Industria de Generacin y Fuerza,
conocidaposteriormente como Comisin Nacional de Fuerza Motriz.Fue
el 2 de diciembre de 1933 cuando se decret que la generacin y
distribucin de electricidadson actividades de utilidad pblica. En
1937 Mxico tena 18.3 millones de habitantes, de los
cualesnicamentesietemillonescontabanconelectricidad,
proporcionadaconseriasdicultadesportresempresas privadas. En ese
momento las interrupciones de luz eran constantes y las tarifas muy
elevadas,debido a que esas empresas se enfocaban a los mercados
urbanos ms redituables, sin contemplar a laspoblaciones rurales,
donde habitaba ms del 62 % de la poblacin. La capacidad instalada
de generacinelctrica en el pas era de 629.0 MW. Para dar respuesta
a esa situacin que no permita el desarrollo delpas, el gobierno
federal cre, el 14 de agosto de 1937, la Comisin Federal de
Electricidad (CFE), quetendra por objeto organizar y dirigir un
sistema nacional de generacin, transmisin y distribucin deenerga
elctrica, basado en principios tcnicos y econmicos, sin propsitos
de lucro y con la nalidad4CAPTULO 2. MARCO TERICO 5de obtener con
un costo mnimo, el mayor rendimiento posible en benecio de los
intereses generales.(Ley promulgada en la Ciudad de Mrida, Yucatn
el 14 de agosto de 1937 y publicada en el DiarioOcial de la
Federacin el 24 de agosto de 1937).La CFE comenz a construir
plantas generadoras y ampliar las redes de transmisin y
distribucin,beneciandoams mexicanos al posibilitar el
bombeodeaguaderiegoylamolienda, as comomayor alumbrado pblico y
electricacin de comunidades. Los primeros proyectos de generacin
deenerga elctrica de CFE se realizaron en Teloloapan (Guerrero),
Ptzcuaro (Michoacn), Suchiate yXa (Oaxaca), y Ures y Altar
(Sonora).El primer gran proyecto hidroelctrico se inici en 1938 con
la construccin de los canales,
caminosycarreterasdeloquedespusseconvirtienelSistemaHidroelctricoIxtapantongo,enelEstadodeMxico,queposteriormentefuenombradoSistemaHidroelctricoMiguelAlemn.En1938CFEtena
apenas una capacidad de 64 kW, misma que, en ocho aos, aument hasta
alcanzar 45,594
kW.Entonces,lascompaasprivadasdejarondeinvertiryCFEsevioobligadaagenerarenergaparaque
stas la distribuyeran en sus redes, mediante la reventa. Hacia 1960
la CFE aportaba ya el 54 %de los 2,308 MW de capacidad instalada,
la empresa Mexican Lightel 25 %, la American and Foreignel 12 %, y
el resto de las compaas 9 %.Sin embargo, a pesar de los esfuerzos
de generacin y electricacin, para esas fechas apenas 44 % dela
poblacin contaba con electricidad. Por eso el presidente Adolfo
Lpez Mateos decidi nacionalizarla industria elctrica, el 27 de
septiembre de 1960.A partir de entonces se comenz a integrar el
Sistema Elctrico Nacional, extendiendo la coberturadel suministro y
acelerando la industrializacin. El Estado mexicano adquiri los
bienes e
instalacionesdelascompaasprivadas,lascualesoperabanconseriasdecienciaspor
lafaltadeinversinylosproblemaslaborales. Para1961lacapacidadtotal
instaladaenel pasascendaa3,250MW. CFEvenda 25 % de la energa que
produca y su participacin en la propiedad de centrales generadoras
deelectricidad pas de cero a 54 %.En esa dcada la inversin pblica
se destin en ms de 50 % a obras de infraestructura. Se
cons-truyeronimportantescentrosgeneradores,
entreelloslosdeInernilloyTemascal, yseinstalaronotras plantas
generadoras alcanzando, en 1971, una capacidad instalada de 7,874
MW. Al nalizar esadcada se super el reto de sostener el ritmo de
crecimiento al instalarse, entre 1970 y 1980, centralesgeneradoras
que dieron una capacidad instalada de 17,360 MW. Cabe mencionar que
en los inicios de laindustria elctrica mexicana operaban varios
sistemas aislados, con caractersticas tcnicas diferentes,llegando a
coexistir casi 30 voltajes de distribucin, siete de alta tensin
para lneas de transmisin ydos frecuencias elctricas de 50 y 60
Hertz.Esta situacin dicultaba el suministro de electricidad, por lo
que CFE deni y unic los criteriostcnicos y econmicos del Sistema
Elctrico Nacional, normalizando los voltajes de operacin, con
lanalidaddeestandarizarlosequipos,
reducirsuscostosylostiemposdefabricacin,
almacenajeeinventariado.Posteriormenteseunicaronlasfrecuenciasa60HertzyCFEintegrlossistemasdetransmisin
en el Sistema Interconectado Nacional. En los aos 80 el crecimiento
de la infraestructuraelctrica fue menor que en la dcada anterior,
principalmente por la disminucin en la asignacin derecursos a la
CFE. No obstante, en 1991 la capacidad instalada ascendi a 26,797
MW. A inicios
delao2000setenayaunacapacidadinstaladadegeneracinde35,385MW,
coberturadel servicioelctricodel94.70
%anivelnacional,unareddetransmisinydistribucinde614,653kms,loqueequivale
a ms de 15 vueltas completas a la Tierra y ms de 18.6 millones de
usuarios, incorporandocasi un milln cada ao.A partir octubre de
2009, CFE es la encargada de brindar el servicio elctrico en todo
el pas. Elservicio al cliente es prioridad para la empresa, por lo
que se utiliza la tecnologa para ser ms eciente,y se contina la
expansin del servicio, aprovechando las mejores tecnologas para
brindar el servicioan en zonas remotas y comunidades dispersas.2.3.
Subestacin de
distribucinSeentiendeporsubestacinelctricaalconjuntodeequipos,sistemasyedicacionesquetienencomofuncinlatransformacindelaenergaelctrica,
paraelevaroreducirlatensin,
deacuerdoconlasnecesidadesdetransmisinydistribucinaloscentrosdeconsumo.
Estconstituidapor:CAPTULO 2. MARCO TERICO 6transformadores de
potencia, interruptores, cuchillas desconectadoras, transformadores
de
instrumen-tos,apartarrayos,ascomolossistemasdeproteccinelctrica,controlymedicin,equiposyredesde
comunicaciones y sistemas de adquisicin de datos, supervisin y
telecontrol [2]. En la gura 2.1 semuestra el diagrama unilar de una
subestacin.Figura 2.1: Diagrama unilar de una subestacin.Una
subestacin de distribucin es el punto de unin entre la red de
transmisin y los alimentadoresde distribucin (circuitos de
distribucin). Usualmente el sistema de transmisin opera en anillo,
estearreglo permite la transferencia de voltaje entre fuentes y
cargas por 2 trayectorias, no as el sistemade alimentadores de
media tensin que generalmente es radial, slo permite la
transferencia de voltajeentre la fuente y la carga por una sola
trayectoria.2.3.1. Transformador de
potenciaLostransformadoressondispositivosbasadosenelfenmenodelainduccinelectromagnticayestnconstituidos,ensuformamssimple,pordosbobinasdevanadassobreunncleocerradodehierro
al silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y
secundariosegn correspondan ala tensin alta o baja,
respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados,
en estecaso puede existir un devanado terciario, de menor tensin
que el secundario.Se denomina transformador a una maquina
electromagntica que permite aumentar o disminuir elvoltaje o tensin
en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la
frecuencia. La potenciaque ingresa al equipo, en el caso de un
transformador ideal, este es, sin perdidas, es igual a la que
seobtiene en la salida. Las maquinas reales presentan un pequeo
porcentaje de perdidas, dependiendode su diseo y tamao.La razn
tcnica para realizar esta operacin es la conveniencia de realizar
el transporte de
energaelctricaalargadistanciaavoltajeselevadosparareducirlasprdidasresistivas(P
=I2R), quedependen de la intensidad de corriente.2.3.2. Interruptor
de potenciaEl interruptoresundispositivodestinadoal
cierreoaperturadelacontinuidaddeuncircuitoelctrico bajo carga, en
condiciones normales o en condiciones de cortocircuito. Sirve para
insertar oretirar cualquier circuito energizado, maquinas,
aparatos, lneas areas o cables [2]. El interruptor depotencia es,
junto con el transformador de potencia, uno de los dispositivos ms
importantes de unasubestacin. Su comportamiento determina el nivel
de conabilidad que se puede tener en un sistemaelctrico de
potencia. El interruptor debe ser capaz de actuar con corrientes
elctricas de intensidadesCAPTULO 2. MARCO TERICO 7Figura 2.2:
Trasnformador de potencia.diferentes, pasando desde las corrientes
capacitivas de varios cientos de Amperes, a las inductivas devarias
decenas de KA (cortocircuito). El interruptor est formado por tres
partes principales:Parte activa: Constituida por las cmaras de
extincin, que soportan los contactos jos, y el meca-nismo de
operacin, que soporta los contactos mviles. La cmara de extincin es
el punto
dondeserealizalainterrupcindelacorrienteelctricaytienecomofuncinprimordialextinguirelarco
elctrico que se genera en el momento realizar la separacin de los
contactos del interruptor.Parte pasiva: Formada por una estructura
que soporta uno o tres depsitos de aceite, si el
interruptoresdeaceite,enlosquesealojalaparteactiva.Ens,lapartepasivadesarrollalasfuncionessiguientes:Protege
elctrica y mecnicamente al interruptor.Ofrece puntos para el
levantamiento y transporte del interruptor, as como espacio para la
ins-talacin de los accesorios.Accesorios: Esta parte incluye lo
siguiente:Boquillas terminales, que a veces incluyen
transformadores de corriente.Vlvulas de llenado, descarga y
muestreo del uido aislante.Conectores de tierra.Placa de
datos.Gabinete que contiene los dispositivos de control, proteccin,
medicin, accesorios como: meca-nismo de operacin, bobinas de cierre
y de disparo, calefaccin, etc.En la gura 2.3 se muestra un
interruptor de circuito de distribucin de la subestacin de loma
bonita.2.4. Sistema SCADALossistemasSCADA(SupervisoryControl
AndDataAdquisition)sonaplicacionesdesoftware,diseadas con la
nalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Se basan en
la adquisicin dedatos de los procesos remotos.CAPTULO 2. MARCO
TERICO 8Figura 2.3: Interruptor de circuito de distribucin.Se trata
de una aplicacin de software, especialmente diseada para funcionar
sobre ordenadores enel control de produccin, proporcionando
comunicacin con los dispositivos de campo (controladoresautnomos,
autmatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma
automtica desde unacomputadora. Adems, envalainformacingeneradaenel
procesoproductivoadiversosusuarios,tantodelmismonivelcomohaciaotrossupervisoresdentrodelaempresa,esdecir,quepermitelaparticipacin
de otras reas como por ejemplo: control de calidad, supervisin,
mantenimiento, etc.Cada uno de los tems de SCADA (Supervisin,
Control y Adquisicin de datos) involucran mu-chos subsistemas, por
ejemplo, la adquisicin de los datos puede estar a cargo de un
PLC(ControladorLgico Programable) el cual toma las seales y las
enva a las estaciones remotas usando un protocolodeterminado, otra
forma podra ser que una computadora realice la adquisicin va un
hardware es-pecializado y luego esa informacin la transmita hacia
un equipo de radio va su puerto serial, y asexisten muchas otras
alternativas.Las tareas de supervisin y control generalmente estn
ms relacionadas con el software SCADA,en l, el operador puede
visualizar en la pantalla del computador de cada una de las
estaciones remotasque conforman el sistema, los estados de sta, las
situaciones de alarma y tomar acciones fsicas sobrealgn equipo
lejano, la comunicacin se realiza mediante buses especiales o redes
LAN. Todo esto seejecuta normalmente en tiempo real, y estn
diseados para dar al operador de planta la posibilidadde supervisar
y controlar dichos procesos. En la Figura 2.4 se muestra el esquema
bsico de un sistemade adquisicin, supervisin y
control.Estossistemasactansobrelosdispositivosinstaladosenlaplanta,comosonloscontroladores,autmatas,
sensores, actuadores, registradores, etc., adems permiten controlar
el proceso desde unaestacin remota, para ello el software brinda
una interfaz grca que muestra el comportamiento delproceso en
tiempo real. Generalmente se vincula el software al uso de una
computadora o de un PLC,la accin de control es realizada por los
controladores de campo, pero la comunicacin del sistema conel
operador es necesariamente va computadora. Sin embargo el operador
puede gobernar el procesoen un momento dado si es necesario.El ujo
de la informacin de los sistemas SCADA es el siguiente:El
fenmenofsicoloconstituyelavariablequedeseamosmedir. Dependiendodel
proceso, lanaturalezadel fenmenoesmuydiversa: presin, temperatura,
ujo, potencia,
intensidaddecorriente,voltaje,ph,densidad,etc.EstefenmenodebeserclaroparaelsistemaSCADA,esdecir,
de convertirse en una variable elctrica y para ello se utilizan los
sensores o transductores.Los sensores o transductores convierten
las variaciones el fenmeno fsico en variaciones propor-CAPTULO 2.
MARCO TERICO 9Figura 2.4: Esquema bsico de un sistema de
adquisicin, supervisin y control.cionales de una variable elctrica.
Las variables elctricas ms utilizadas son: voltaje,
corriente,carga, resistencia o capacitancia. Sin embargo, esta
variedad de tipos de seales elctricas debeser procesada para ser
entendida por el computador digital para lo cual se utilizan los
acondicio-nadores de seal.Lafuncindelosacondicionadoresdeseal
esladereferenciarloscambioselctricosaunamisma escala de corriente o
voltaje. Adems, provee aislamiento elctrico y ltraje de la sealcon
el objeto de proteger al sistema de ruidos originados en campo.Una
vez acondicionada la seal, la misma se convierte en un valor
digital equivalente en el bloquede conversin de datos.
Generalmente, esta funcin es llevada a cabo por un circuito de
conversinanalgica/digital.El computador almacena esta informacin,
la cual es utilizada para su anlisis y para la tomade decisiones.
Simultneamente, se muestra la informacin al usuario del sistema en
tiempo real;basado en la informacin, el operador puede tomar la
decisin de realizar una accin de controlsobre el proceso.El
operador ordena al computador realizar la accin sobre el proceso y
de nuevo debe convertirsela informacin digital en una seal
elctrica. Esta seal elctrica es procesada por una salida decontrol,
el cual funciona como un acondicionador de seal, para que sta pueda
ser manejada porun dispositivo dado: vlvulas, bobinas, set point de
un controlador, etc.2.4.1. Necesidades de un sistema SCADAPara que
se pueda implementar un sistema SCADA es necesario que el proceso a
controlar cumplacon las siguientes caractersticas:Nmero de
variables a monitorear alto.El proceso est geogrcamente
distribuido. Esta condicin no se limita, ya que puede instalarseun
SCADA para la supervisin y control de un proceso concentrado en una
localidad.La informacin del proceso se necesita en el momento en
que se producen los cambios, o sea, lainformacin se requiere en
tiempo real.Optimizar y facilitar las operaciones de la planta, as
como la toma de decisiones, tanto gerencialescomo
operativas.CAPTULO 2. MARCO TERICO
10LosbeneciosobtenidosenelprocesojusticanlainversinenunsistemaSCADA.Estosbe-neciospuedenreejarsecomoaumentodelaefectividaddelaproduccin,
delosnivelesdeseguridad, etc.La complejidad y velocidad del proceso
permiten que la mayora de las acciones de control seaniniciadas por
un operador. En caso contrario, se requerir de un sistema de
control automtico,el cual lo puede constituir un sistema de control
distribuido, PLCs, controladores a lazo cerradoo una combinacin de
ellos.2.4.2. Funciones principales de un sistema SCADASupervisin
remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el
estado de desem-peo de las instalaciones y los equipos alojados en
la planta, lo que permite dirigir las tareas demantenimiento y
estadstica de fallas.Control remoto de instalaciones y equipos:
Medianteel
sistemasepuedeactivarodesactivarlosequiposremotamente(porejemploabrirvlvulas,
activarinterruptores, prendermotores,etc.), de manera automtica y
tambin manual. Adems es posible ajustar parmetros, valoresde
referencia, algoritmos de control, etc.Procesamiento de datos: El
conjunto de datos adquiridos conforman la informacin que
alimentaelsistema,estainformacinesprocesada,analizada,ycomparadacondatosanteriores,ycondatos
de otros puntos de referencia, dando como resultado una informacin
conable y veraz.Visualizacin grca dinmica: El sistema
escapazdebrindar imgenesenmovimiento quere-presentenel
comportamientodel proceso, dndoleal
operadorlaimpresindeestarpresentedentro de una planta real. Estos
grcos tambin pueden corresponder a curvas de las sealesanalizadas
en el tiempo.Generacin de reportes: El sistema permite generar
informes con datos estadsticos del proceso enun tiempo determinado
por el operador.Representacin se seales de alarma: A travs de las
seales de alarma se logra alertar al opera-dor frente a una falla o
la presencia de una condicin perjudicial o fuera de lo aceptable.
Estasseales pueden ser tanto visuales como sonoras.Almacenamiento
de informacin histrica: Se cuenta con la opcin de almacenar los
datos ad-quiridos, esta informacin puede analizarse posteriormente,
el tiempo de almacenamiento depen-der del operador o del autor del
programa.Programacin de eventos: Esta referido a la posibilidad de
programar subprogramas que brindenautomticamente reportes,
estadsticas, grca de curvas, activacin de tareas automticas,
etc.2.4.3. Elementos del sistema SCADAUn sistema SCADA est
conformado por:Interfaz Operador Mquinas (HMI ): Esel entornovisual
quebrindael sistemaparaqueeloperador se adapte al proceso
desarrollado por la planta. Permite la interaccin del ser humanocon
los medios tecnolgicos implementados.Un sistema de SCADA incluye
una interfaz de usuario, generalmente llamado el Human
MachineInterface(HMI). El HMI de un sistema SCADA es el entorno
visual que brinda el sistema paraqueel operador se adapteal proceso
desarrollado por la planta. Permite la interaccindel serhumano con
los medios tecnolgicos implementados. Esta interfaz incluye
generalmente los con-troles donde el operador se puede
interconectar con el sistema de SCADA. HMI es una manerafcil de
estandarizar la supervisin de las RTUsmltiples o de los PLCs.El
poder de la HMI tambin se vincula a una base de datos, que puede
utilizar los datos reco-pilados de los PLCso de las RTUspara
proporcionar las tendencias, los datos de diagnsticoCAPTULO 2.
MARCO TERICO 11y manejo de informacin as como el cronograma de
procedimientos de mantenimiento,
informa-cinlogstica,esquemasdetalladosparaunsensoromquinaespeccoeinclusiveparahaceraccesibles
la localizacin de averas.Unidad Terminal Maestra (MTU): Cuando se
habla de la Unidad Terminal Maestra se reere alos servidores y
software responsable para comunicarse con el equipo del campo
(RTUs, PLCs,etc.). En stos se encuentra el software HMIcorriendo
para las estaciones de trabajo en el cuartode control o en
cualquier otro lado. En un sistema SCADA pequeo, la Unidad Terminal
Maestrapuede estar en una sola pero en un sistema SCADA a gran
escala, la Unidad Terminal Maestrapuede incluir muchos servidores,
aplicaciones de software distribuido, y sitios de recuperacin
dedesastres.Esta terminal ejecuta las acciones de mando
(programadas) con base en los valores actuales delas variables
medidas. La programacin se realiza por medio de bloques de programa
en lenguajedealtonivel (comoC, Basic, etc.). Tambinseencargadel
almacenamientoyprocesamientoordenado de los datos, de forma que
otra aplicacin o dispositivo pueda tener acceso a ellos.Unidad
Terminal Remota (RTU): Es un dispositivo instalado en una posicin
remota que obtie-ne datos, los descifra en un formato y transmite
los datos de nuevo a una MTU. La RTU tambinrecoge la informacin del
dispositivo principal y pone los procesos en ejecucin que son
dirigidospor la MTU.La RTUse conecta al equipo fsicamente y lee los
datos de estado como abierto/cerrado
desdeunavlvulaounintercambiador,leelasmedidascomopresin,ujo,voltajeocorrienteyaslaRTUpuedeenviar
sealesque pueden controlar losdispositivospara abrirlos, cerrarlos,
in-tercambiar la vlvulas, congurar la velocidad de una bomba, etc.
La RTUes capaz de ejecutarprogramas simples autnomos sin la
participacin de la MTUdel sistema SCADA, para simpli-car el
despliegue y proporcionar la redundancia por razones de seguridad.
La RTU en un sistemade gerencia tiene tpicamente un cdigo para
modicar su comportamiento cuando los interrup-tores de invalidacin
fsicos son accionados, por ejemplo el movimiento de una palanca
duranteelmantenimientoporelpersonalcorrespondiente.Estosehaceporrazonesdeseguridad;unaprdida
de comunicacin entre los operadores de sistema y el personal del
mantenimiento podrahacer que operadores del sistema cometan un
error al permitir el paso de energa, el activar elfuncionamiento de
una bomba, etc.Las especicaciones importantes para las RTUsincluyen
el tipo de la comunicacin, el nmerode puertos, y el tamao de la
memoria. Una RTUtiene una interfaz de comunicaciones, gene-ralmente
serial (RS232, RS485, RS422) Ethernet, Modbus, propietario o
cualquier combinacin.Un microprocesador simple, sensores
ambientales, interruptores de invalidacin y un bus que seutilice
para establecer comunicacin con los dispositivos y/o los tableros
de la interfaz. El busutilizado es el bus de dispositivo o bus de
campo. Las RTUs utilizan radio, video, telfono o lascomunicaciones
de lazo que estn disponibles.Sistema de Comunicaciones:
Seencargadelatransferenciadeinformacindel puntodondeserealizan las
operaciones, hasta el punto donde se supervisa y controla el
proceso. Lo conformanlos transmisores, receptores y medios de
comunicacin.Transductores: Un transductor es un dispositivo capaz
de transformar o convertir un determinadotipodeenergadeentrada,
enotradediferentedesalida. El nombredel transductoryanosindica cual
es la transformacin que realiza, aunque no necesariamente la
direccin de la misma.Es un dispositivo usado para obtener la
informacin de entornos fsicos y conseguir (a partir deesta
informacin) seales o impulsos elctricos o viceversa. En este caso
permitir la conversinde una seal fsica en una seal elctrica (y
viceversa). Su calibracin es muy importante paraque no haya
problema con la confusin de valores de los datos.2.4.4. Benecios
mediante el sistema SCADACon el desarrollo de estos sistemas se ha
logrado obtener una serie de benecios los cuales puedenser
resumidos de la siguiente forma:CAPTULO 2. MARCO TERICO 121. Mejora
en la productividad del personal operador, instrumentista y de
mantenimiento, as comouna operacin con mayor seguridad.2. Menor
riesgo de contaminacin ambiental.3. Reducir costos; menor costo
operativo, debido al menor costo de operacin y mantenimiento.4.
Reasignar o reducir personal.5. Menor costo de transporte por
movilizacin de personal.6. Reducir requerimientos de control
futuros.7. Mejora en el factor de servicio de los equipos e
instrumentos.8. Reduccin de la incidencia de fallas.9. Modernizar
sistemas de control obsoletos, o basados exclusivamente en
hardware.10. Disponibilidad de la informacin real para los
distintos niveles de la empresa.11. Ser ms competitivos y ofrecer
un mejor servicio.2.5. Protocolo de comunicacin TCP/IPEl objetivo
de TCP/IPes establecer una interconexin entre redes para
proporcionar servicios detal manera que para el usuario parezca que
solo hay una nica red homognea [3].Los protocolos TCP/IP estn
divididos en capas formando una pila de protocolos. Esta pila
imple-mentada en cada uno de los nodos de la red. Dentro de un nodo
los mensajes se pasarn de un
nivelalsiguiente,desdearribahaciaabajoenlatransmisinydesdeabajohaciaarribaenlarecepcin,aadiendo
y quitando campos respectivamente, de forma que el mensaje que
llegue a un nivel sea elmismo en el transmisor y en el receptor. As
se puede decir que hay una comunicacin directa entrelos niveles
equivalentes del emisor y del receptor, pues el resto de niveles
serian
transparentes.Loscamposqueseaadenysequitansonbsicamentecabecerasparaquelaredproporcioneservicios.
Por ejemplo, se puede aadir un cdigo para comprobar o corregir
errores, un nmero queindique la secuencia de un mensaje que forma
parte de una transmisin mayor o la direccin del destino.En la
Figura 2.5 se pueden ver las pilas de protocolos de un emisor y un
receptor y el paso de mensajesentre ellas, dentro del propio host y
a travs de la red. Adems, junto a cada protocolo pueden verselos
datos y cmo se van aadiendo y eliminando cabeceras.Figura 2.5:
Encapsulado de datos.Para interconectar redes distintas hara falta
un tercer elemento adems del emisor y el receptorque haga de
traductor entre las dos tecnologas distintas de un mismo
nivel.CAPTULO 2. MARCO TERICO 132.5.1. Nivel de redEl protocolo
IP(Internet Protocol ) es el producto de interconexin de redes ms
usado. Pertenecea la capa de red y est denido en la RFC 791. La
unidad bsica de datos en IPse llama datagrama.La misin deIPen un
nodo es conformar los papeles que sern pasados al protocolo
inferior y des-encapsular los paquetes entrantes para pasrselos al
protocolo superior. Si los datos que recibe son demayor tamao que
el aceptado por la red, este protocolo debe fragmentar la
informacin en el emisory reconstruirla en el receptor. Otra
caracterstica fundamental es el encaminamiento, dos de los campode
la cabecera IPson la direccin del host origen y destino, esta
informacin es usada por la red parahacer llegar los paquetes de un
nodo a otro aunque no tengan conexin directa.El protocolo
IPproporciona un sistema de distribucin poco able incluso en una
base slida. Losdatagramas se pueden retrasar, perder, crearse
duplicados, ser enviados en una secuencia incorrecta ofragmentados
intencionalmente para permitir que un nodo con buer ms pequeo que
el tamao deldatagrama son descartados sin mostrar ningn mensaje,
mientras que en otras situaciones los mensajesde error son
recibidos por la mquina origen (mediante el protocolo ICMP).Entre
los campos de la cabecera IPdestacan las direcciones, tanto origen
como destino. Cada unode esos campos est compuesto por cuatro
bytes, aunque se suelen representar como cuatro
nmerosdecimalesseparadosporpuntos.LasdireccionesIPseutilizarnparaidenticar
elorigeny destinode la informacin en la red. Las direcciones
multicast o multidifusin son un tipo especial, ya que nohacen
referencia a un mquina en concreto sino a un conjunto de
ellas.2.5.2. Nivel de transporteEl protocolo TCP (Transmission
Control Protocol ) se describe en la RFC 793y otras posteriores.Es
unprotocolodelacapadetransporteorientadoaconexin.
Sediseparaproporcionar unacorriente de bytesconables a travs de una
interred no conable, es decir, con TCPel ujo de datosentre el
origen y el destino parecen continuos: se proporciona un circuito
virtual para los datos que esllamado conexin. Los conjuntos de
datos en TCPse llaman segmentos.Figura 2.6: Pasos de una
conexin.ComoseapreciaenlaFigura2.6,
unaconexinbsicaimplicatrespasos: abrirunaconexin,intercambio de
datos y un cierre de la conexin.Al igual que se haca en IP con las
direcciones, TCP tiene unos campos equivalentes en la
cabeceradedicados a los puertos. Cada host puede tener varias
conexiones TCP abiertas simultneamente, cadauna en un puerto
distinto. Otro de los campos de la cabecera es una serie de
banderas que sirven paraindicar peticin de conexin, de nalizacin,
reconocimientos, etc.Otro protocolo es UDP (User Datagram Protocol
), denido en la RCF 768, que est al mismo nivelque TCP. No aade
abilidad, control de ujo o recuperacin de errores a IPcuando
funciona sobreCAPTULO 2. MARCO TERICO 14l, simplemente trabaja como
un multiplexor/demultiplexor para enviar y recibir datagramas,
usandolos puertos para dirigir los datagramas.A nivel prctico se
puede considerar a UDPcomo una simplicacin hasta el extremo de
TCPyaque no proporciona ninguno de sus servicio, a cambio es un
protocolo ms ligeroy rpido. UDPsesuele usar en aplicaciones que
requieran poco intercambiado de informacin y en redes que no
tenganmucho trco, mientras que TCPse usa cuando hay que transmitir
mucha informacin o cuando elvolumen de trco en la red es medio o
alto.EnIPhaydireccionesquesirvenparaencaminarlainformacindeunhostaotroatravsdela
red; y enTCPyUDPhay puertos que sirven para identicar que aplicacin
est asociada a
esainformacin.Portantoparaestablecerunaconexinentredosequipossenecesitanestosdosdatosbsicos:
puertos y direccin IP. A esta pareja de datos se le llama
socket.2.5.3. Nivel de aplicacinPor encima del nivel de transporte
se encuentra el de aplicacin. En este nivel, si se usa sobre TCP,se
considera que los datos enviados llegan siempre al destino
correcto, sin fallos y en el orden adecuado.A veces, dependiendo
del modelo de referencia, se insertan entre la capa de transporte y
de aplicacinlos niveles de sesin y presentacin.Algunos protocolos
de este nivel son: HTTP, SMTP, FTP, POP, Telnet. . .2.6. Sistema de
adquisin de datosExisten distintos tipos de adquisicin de datos.
Los Data Loggers son sistemas que operan de formaindependiente
(stand-alone), la nica funcin del ordenador es el volcado de los
datos adquiridos. Lastarjetas DAQ(Data Acquisition) no operan de
forma independiente sino que necesitan un ordenadorpara
gobernarlas, las hay internas que usan como interfaces ms
habituales PCI, PXI o PCI Expressy externas como USBo
RS-232[URL2].Las capacidades comunes que suelen tener las
DAQson:Adquisicin de seales analgicas.Generacin de seales
analgicas.Generacin y adquisicin de seales digitales.Contadores y
timers.Triggers(pre-triggery post-trigger).Autocalibracin, sensors,
etc.El diagrama de bloques tpico de una DAQse muestra en la Figura
2.7.La funcin principal de unaDAQconsiste en transmitir la
informacin obtenida a travs de suscanales de entrada, de diferentes
seales analgicas o discretas captadas previamente mediante el usode
diferentes sensores.El ncleo del circuito est basado en la
utilizacin de un microcontrolador PIC 16f877Aque, elcual, est
dotado de varias funciones que lo hacen muy verstil (Figura 2.8).
Mediante una adecuadacodicacin se pueden convertir seales analgicas
a seales discretas, darles tratamiento mediante lospuertos de
entrada/salida y conectarlo con una computadora a travs de su
interfaz RS 232.La razn por la cual se utiliz este microcontrolador
es debido a que se necesitaban cuatro entradasdigitales,
ochoentradasanalgicas, nuevesalidasdigitales,
serequeracomunicacinserial, requeri-mientos que este
microcontrolador satisfaca.Con esta DAQ (Figura 2.8) se realizaran
las pruebas necesarias para posteriormente desarrollar latarjeta
nal con todos los componentes necesarios para el funcionamiento del
sistema.CAPTULO 2. MARCO TERICO 15Figura 2.7: Esquema de bloques de
una tarjeta de adquisicin de datos.Figura 2.8: DAQ con PIC
16f877A.Captulo 3Desarrollo3.1.
IntroduccinEnestecaptulosedescribenlosbloquesqueconformanel
sistemademonitoreoycontrol deseales en mandos de interruptores de
potencia, tanto su software como su hardware utilizando
comodiagrama de ujo el esquema bsico de un sistema SCADA, cada una
de estas etapas se describen eneste captulo con la nalidad de
mostrar la secuencia del trabajo para el desarrollo del
sistema.3.2. Especicaciones del sistemaSe requiere de un sistema de
monitoreo y control de seales en mandos de interruptores de
potencia,esto se logr mediante el uso de una DAQ, con
interfazRS232para comunicacin serial, un
micro-controladorcomoelementocentralyperifricosdeentradaysalida.Latarjetadedesarrollorealizael
monitoreo del circuito de distribucin y muestra una interfaz de
usuario diseada en el programalabVIEW. Los parmetros que se
deseaban eran los siguientes:Estado del interruptor
(abierto/cerrado).Registro de accionamiento (apertura) de cada
interruptor.Enlace de subestacin a ocinas de proteccin y
control.Visualizacin del sistema desde cualquier departamento.Como
se observa en la Figura 3.1 se tienen cuatro puntos a monitorear
(P1, P2, P3 y P4), represen-tan sicamente a un relevador llamado
SCHRACK, los cuales funcionan con un voltaje de operacinde 125 Vcd
y cuentan con dos polos (contacto mvil). La seal de activacin se
toma de uno de
lospolos.LascuatrosalidasqueseobtienendelosSCHRACKSseconectanalasentradasdel
puertoDdelaDAQ,latarjetasiempreexaminapermanentementesisepresentauncambiodeestadoenlosinterruptores,
cuandoexistaestecambioenvalainformacinvaRS232 aunswitchel cual
leasignar una direccin IPy lo pondr en la red de CFE, as mediante
labVIEWse reciben esos datosporprotocoloTCP/IP.
Posteriormentesemostrarunainterfazgrcaenlaqueseobservarqurelevadorfueelqueseactiv,ascomounatabladondeseobservarntodosloscambiosdeestadoocurridos
en los relevadores.Por ltimo el VI(virtual instrument) de
labVIEWser exportado a la red de CFE para que desdecualquier ocina
se puedan observar los estados de los relevadores.16CAPTULO 3.
DESARROLLO 17Figura 3.1: Esquema practico de los puntos a
monitorear.3.3.
Descripcindelsoftwareparalaprogramacindelmicro-controladorLa
programacin se realiz usando el software Microcode Studio (Pic
Basic Pro), por las facilidadesqueestepresenta, paradescargarel
programahaciael microcontroladorsehautilizadoMicroCodeLoaderque
tiene una interfaz de comunicacin por el puerto serial. Con ayuda
de estos programas sepudo desarrollar y probar el correcto
funcionamiento del mdulo.Caractersticas destacables del PBP(Pic
Basic Pro) [4]:Paginado automtico para banco mayor a 2K.Arreglos
con Bit, Bytey Word.Interrupciones en Basic y
assembler.Instrucciones para el manejo de LCDsSoporta osciladores
desde 3.58 MHZ a 40 MHZInstrucciones de acceso a buses I2C,
incluyendo memorias EEPROMSserie.Compatibilidad con MPLAB/ MPASM/
ICE.Soporta todos los microcontroladores Microchip.Existen algunas
tcnicas que se deben seguir en la
programacin:Usarcomentariosqueindiquenacercadeloqueelprogramaesthaciendo.Unbloquedeco-mentariosenelcomienzodelprogramayantesdecadaseccindecdigopuededescribirqusuceder
con ms detalle que un simple espacio despus de cada lnea.Dar
nombres a cada uno de los pines del microcontrolador que se usan.
Todo debe ser hecho enun orden determinado para que el trabajo
funcione correctamente.CAPTULO 3. DESARROLLO 18El ensamblador puede
enviar un aviso acerca de que el lmite de pgina ha sido cruzado.
Esto esnormal y es aconsejable poner atencin de no sobrepasar dicho
lmite.Las interrupciones son disparadas por eventos de hardware,
por el cambio de estado de un pin o por eldesbordamiento de algn
registro especial. Si est habilitada, la interrupcin causa que el
procesadordetenga lo que est haciendo y salte a una rutina especica
en el microcontrolador, llamada handlerde interrupciones.Dene: la
directiva Dene resulta muy importante en la programacin de
microcontroladores con PicBasic, ya que establece una serie de
parmetros que de no ser tomados en cuenta, causar quelos programas
sencillamente no funcionen en la mayora de los casos. Esta serie de
parmetrosestn directamente relacionados con dispositivos externos
al microcontrolador. Por ejemplo, si sedesea utilizar un oscilador
de diferente frecuencia al valor establecido por defecto (4 Mhz),
serconveniente entonces denir la velocidad del mismo utilizando la
directiva:DEFINE Osc {frecuencia}De igual forma deben ser
considerados estos parmetros para el uso de dispositivos como
pantallasLCDs, donde se debern denir los puertos de conexin para
los buses de datos y de control. De igualmaneraparael
casodelascomunicacionesserialesoI2C,
dondelosparmetrostambindebenserdenidos. Tambin en el caso de
programar el microcontrolador sin necesidad de un programador
dehardware se usa el siguiente Dene:DEFINE LOADER_USED 1Antes de
utilizar este Denese debe asegurar previamente que el software
gestor de arranque hasidoprogramadoenel microcontroladordedestino,
delocontrarioel MicroCodeLoader nopodrcomunicarse con el
microcontrolador.Etiquetas: Las etiquetas (banderas) deben indicar
algo signicativo. Usualmente la lnea o rutina ala que se est
saltando hace algo nico, dar un indicio de su funcin con la
etiqueta y luego seguircon un comentario.Identicador: Un
identicador es un nombre. Son usados en PBP como etiquetas de lneas
y nombresde variables. Un identicador es cualquier secuencia de
letras, dgitos y smbolos, aunque no debencomenzar con un
dgito.Variables: En las variables se guardan datos en forma
temporal en un programa PBP. Son creadasusandolapalabraclaveVAR.
PuedenserBits, Bytes oWord. El espacioparacadavariablees
automticamente destinado en la memoria del microcontrolador. El
formato para crear unavariable es el siguiente:Etiqueta VAR
tamao.3.4. Diseo del programa para el microcontroladorEl diseo de
programas para microcontroladores PIC va acompaado normalmente con
un
previoestudiodeldiseodelhardwarequeharqueelproyectosepongaenmarcha.Esdecir,resultaab-solutamente
necesario saber cul ser la funcin especca de cada pin; por ejemplo
en el caso de lospuertosI/O(IN/OUT)aserutilizadosenel
microcontrolador, esimportantedenirsusfuncionesantes de empezar a
programar, ya que estos pueden ser congurados a conveniencia como
entrada ocomo salida de datos de forma independiente.Algunas
caractersticas del microcontrolador PIC16F877A [URL1]:Memoria de
programa ashde 8KB.Memoria SRAMde 368 bytes.CAPTULO 3. DESARROLLO
19Memoria EEPROMde 256 bytes.Posee 33 pines I/O(pines de entrada o
salida).Posee 8 pines de entrada para el convertidor
analgico-digital de 10 bits.En la Figura 3.2 se observa el diagrama
de los pines del PIC 16f877A.Figura 3.2: Diagrama de
pines.Deniremos el uso de cada puerto del microcontrolador, el
puerto D completo servir como entradade la seal proveniente de los
cuatro interruptores, el puerto Ctendr la comunicacin serial en el
pinC6, el puerto Bser la salida de cuatro ledsque indicarn cual fue
el interruptor accionado.Para nes de prctica en el puerto A se tena
conectada un display de 16x2 donde se mostrabanlos interruptores
que se accionaron y el nivel corriente y voltaje de los
interruptores, pero se
descartesaopcinyaquenoselograronconseguirlossensoressupercialesdecorriente,
yaqueCFEnopermite intervengan en sus lneas de conduccin pues estas
siempre deben estar en constante ujo deelectricidad. As solo es
necesario un ledpor interruptor que indique su activacin.Una vez
denidos el uso para cada puerto del microcontrolador se realiz el
diagrama de ujo delprograma y posteriormente su programacin.3.4.1.
Diagrama de ujo del programaEl diagrama de ujo muestra las
diferentes rutinas y subrutinas que conforman el programa quegenera
las seales y comandos de operacin para el sistema, en la Figura 3.3
se muestra el diagramade ujo del
sistema.LascombinacionesdelasactivacionesdelosinterruptoressepuedenobservarenlaFigura3.4,donde
adems se muestra el dato que enviar va serial y la etiqueta a la
que pertenece.3.5. Descripcin del programa del PICPara programar el
PICfue necesario denir la forma en la que se lee los datos de las
entradas, lasalida para el puerto serial y los puertos para los
leds indicadores.La implementacin del programa para el PICse
desarroll en MicroCode Pic Basic Pro, para ellose utiliz una seal
de reloj externo de 4 MHz. A continuacin se hace una breve
descripcin:La primera parte es la denicin de la librera
modedefs.baspara la comunicacin serial, as comola denicin del
oscilador, la denicin de que la grabacin del PICser por MicroCode
loader, denirlas diferentes variables, congurar los pines como
entradas o salidas respectivamente.Se realiza el inicio del
programa donde empezar a preguntar si el puerto Des igual con
alguno delos quince valores que tienen las etiquetas, una vez que
entra en alguna etiqueta enciende el puerto Bdonde se encuentran
los leds indicadores de cada interruptor, luego esta pasa a una
etiqueta que solosirve para enviar el dato serial, una vez enviado,
el ujo regresa al inicio del programa.CAPTULO 3. DESARROLLO
20Figura 3.3: Diagrama de ujo.En el ANEXO A, se encuentra el
programa completo implementado en el PICpara el sistema demonitoreo
y control de seales en mandos de interruptores de potencia.3.6.
Diseo y desarrollo de la interfaz de usuario3.6.1. Entorno de
programacinPara efectuar el proyecto se eligi el entorno de
programacin grca proporcionado por labVIEW(Laboratory Virtual
Instrument Engineering Workbench), que aporta una gran facilidad
para desarro-llar instrumentos virtuales [3].LabVIEWes una
herramienta de programacin grca, que permite la construccin de
sistemas deadquisicin de datos, instrumentacin, control. A travs de
este lenguaje podemos crear rpidamenteun interfaz de usuario para
interactuar con el sistema.El entorno de programacin labVIEWse
estructura de la forma siguiente:La interactividad con el usuario
se realiza a travs de un VI, que simula el panel del
instrumentofsico. Este VIse disea en el Front Panel (Panel Frontal)
es el que puede contener botones, inte-rruptores, pulsadores, grcas
y otros controles e indicadores. Los datos se introducen
utilizandoel ratn y el teclado, y los resultados se muestran en la
pantalla del ordenador. El VI recibe
lasinstruccionesprogramadasdentrodelBlockDiagram(DiagramadeBloques)queseconstruyeutilizando
el lenguaje de programacin G(Graphic). El diagrama de bloques es el
cdigo fuenteCAPTULO 3. DESARROLLO 21Figura 3.4: Combinaciones
posibles de los interruptores.del programa o VI.Los VIsson
jerrquicos y modulares. Pueden utilizarse como programas o como
subprogramasde otros programas. Cuando un VIse usa dentro de otro
VI, se denominan subVI. El cono y losconectores de un VI funcionan
como una lista de parmetros grcos de forma que otros VIspuedan
pasar datos a otro determinado subVI.3.6.2. Protocolo de
comunicacinPara poder interactuar las herramientas fsicas
instaladas en la subestacin con la aplicacin creada.Necesitamos de
alimentacin para el equipo, buses de comunicacin, hardware que
permita transmitirtal informacin.En este caso la tarjeta enva una
serie de datos por medio de su puerto RS-232, que a su vez,
unprocesadordecomunicacinrecopilaesainformacinentranteasupuertoparadespusenviarlosauna
UTR, la que trasmite toda esa informacin llegando a una terminal en
las ocinas de CFE, dondepueden tomarse tomar los datos va IPy as
estar monitoreando cada activacin en los mandos de
lasubestacin.LabVIEWposee una librera TCP-IPque permite controlar e
interactuar con el instrumento dise-ado a travs de una IP. Las
operaciones que se utilizan con mayor frecuencia son las de leer y
escribirdatos desde o hacia el instrumento va computador. En este
proyecto slo se leern los datos enviadospor la tarjeta.3.6.2.1. TCP
funcin de apertura de conexin (OpenConnectionFunction)Figura 3.5:
TCP Open Connection FunctionEspecicacin de los puntos de conexin
(entrada/salida) de este elemento:CAPTULO 3. DESARROLLO 22ADDRESS:
Es la direccin con la que desea establecer la conexin. Esta
direccin puede ser ennotacin de puntos IPo puede ser un nombre de
host. Si no se especica una direccin,LabVIEWestablece una conexin
con el equipo local.REMOTE PORT OR SERVICE NAME: Esel
puertoonombredeservicioconel quedeseaestablecer una conexin. Puede
aceptar un valor numrico o una cadena de entrada.TIMEOUT MS:
Especica el tiempo en milisegundos, que la funcin espera para
completar y de-volver un error. El valor predeterminado es 60.000
ms o un minuto. Un valor de menos uno indicaque debe esperar un
tiempo de espera indeterminado.ERROR IN: Describen las condiciones
de error que se producen antes de este nodo.Local PORT: Esel
puertodeconexinlocal.
Algunosservidoresslopermitenconexionesalosclientes que utilizan
nmeros de puerto dentro de un intervalo especco que depende del
servidor.Si el valor es cero, el sistema operativo selecciona un
puerto no utilizado. El valor predeterminadoes cero.CONNECTION ID:
Es una conexin de red que identica de forma exclusiva la conexin
TCP.ERROR OUT: Contiene informacin de error.Detalles de la conexin
TCPabierta:CuandoelcableadodeunadireccinIPnoestbienconectadaaladireccin,puederecibirunerror
que indica que el funcionamiento de la red supera el lmite de
tiempo especicado por el usuariooel sistema.
Esteerrorseproduceantesdequeel
tiempodeesperapredeterminadode60000msse ha producido. Para corregir
este error, se debe cablear una direccin IPque se est ejecutando
yescuchando en el puerto que est intentando utilizar.3.6.2.2. TCP
leer funcin (ReadFunction)Figura 3.6: TCP Read FunctionEspecicacin
de los puntos de conexin (entrada/salida) de este elemento:MODO:
indica el comportamiento de la operacin de lectura.CONNECTION ID:
Es una conexin de red con referencia numrica que identica de forma
exclu-siva la conexin TCP.BYTES TO READ: Es el nmero de bytes a
leer.TIMEOUT MS: Especica el tiempo en milisegundos, que la funcin
espera para completar y de-volver un error. El valor predeterminado
es 60.000 ms o un minuto. Un valor de menos uno indicaque debe
esperar un tiempo de espera indeterminado.ERROR IN: Describen las
condiciones de error que se producen antes de este nodo.CAPTULO 3.
DESARROLLO 23CONNECTION ID OUT: Devuelve el mismo valor que el IDde
conexin.DATA OUT: Contiene los datos ledos de la conexin TCP.ERROR
OUT: Contiene informacin de error.3.6.3. Denicin de los bloques de
programacinFigura 3.7: Bloque de comunicacin TCP/IP.El bloque de la
Figura 3.7 es el encargado de realizar el enlace con los
dispositivos de comunicacinva TCP/IP. Antes de ejecutar el VI se
debe ingresar la direccin IPy el puerto de conexin, de locontrario
labVIEWmostrar un error.El dato a analizar entra en una unidad de
conversin, esto se realiza porque los datos recibidos enlabVIEWson
hexadecimales que abarcan del cero al nueve y las letras Aa la F,
cero a quince endecimal.Figura 3.8: Izquierda) Bloque SubVI De
Conversin, Formato De Fecha Y Hora, Derecha) interior delSubVI.En
la Figura 3.8 se muestran las conexiones que tiene el SubVI de
conversin generador de fecha yhora.Entradas SubVI:Data Received:
Cable por donde ingresa el dato que se desea convertir.Long: Men
donde se puede congurar la visualizacin de la fecha y hora. Puede
tener un formatode fecha abreviado, corto o largo, la modicacin del
mismo depende de la necesidad del operador.Logo T (true): Activa la
funcin de segundos en la presentacin de la hora, minutos y
segundos,si se cambia a false solo mostrar hora y minutos.Salidas
SubVI:Fecha: este cuadro muestra la fecha con formato de da, nmero
de da, mes y ao.Hora: muestralahoraconel formatohora,
minutosysegundos. Dependiendodelaseleccininterna del botn en este
caso est en T (true).Cable saliente debajo del nmero cuatro en la
imagen del VI, es donde se transporta el dato yacongurado para
realizar todas las acciones del sistema.CAPTULO 3. DESARROLLO
24Figura 3.9: Activacin de indicadores y generadores de informacin
para bloque de base de datos.En este bloque la informacin llega por
el cable conectado en el signo de interrogacin de un casemostrado
en la Figura 3.9, parte izquierda. Las funciones a realizar por
este elemento son las siguientes:Si el dato arrojado por el bloque
antecesor fuese por ejemplo 15, se ejecutar todo lo que ste enel
interior del case15.Mantener todos los indicadores con la letra
(Bi) encendidos de color verde. En esta combinacinse conectan al
logo T (true)= verdadero todos los indicadores (Bi).Ingresa una
letra A en los controles con letra (Pi), esto indicar que los
cuatro controles en lacombinacin 15 estn activados y en el bloque
de la base de datos se guardar una A (activado)en los cuatro
puntos.Se localiza una bocina con recuadros y valores en la parte
superior derecha del case izquierdo dela imagen. El primer valor
indica la frecuencia (100 Hz), el segundo la duracin (50 ms) y el
logoTindica la activacin de esta funcin. Estos recuadros se manejan
como controles de bocina.El recuadro con el nmero 15 dentro del
primer case es conectado al siguiente case y realizar lafuncin de
control. Esto quiere decir que, si el caseanterior se activa en la
combinacin 15 paraeste ejemplo explicativo, la combinacin del
siguiente case ser la 15 y dentro de ella se ejecutarsu
contenido.Los recuadros con nombre SCHRACKen el medio de los dos
case son evaluaciones, y
contienenunnmerolatentedelindicadororiginal,estoquieredecirque,siporejemploenelindicadorSCHRACK-1se
mostrase el nmero cinco y el sistema vuelve a registrar otra
activacin en esteSCHRACKse sumar un uno al nmero anterior dando
como resultado un seis.El segundo casemostrado en la Figura 3.9
parte derecha, es el interior del contador. Cada vezque es activado
su control sumar un uno al valor proporcionado por P-ACTI, siendo
este mismoincrementado. Esto es en conjunto con las evaluaciones
explicadas en el punto anterior.El logo P-ACTI signica punto
activado, si en este control proporciona un dos el cable llega
alcase, dentro de l se conecta a un sumador y este ltimo tiene como
valor a su otra entrada ununo, esto es lo que se sumar al valor
entrante teniendo como resultado un incremento por
cadaactivacin.Las casillas utilizadas como B1-B1 2, P1, SCHRACK-1,
en este bloque son del tipo local variabledel indicador original,
conguradas como control o indicadores dependiendo de su
necesidad.3.6.4. Generar e insertar datos en una tabla Microsoft
AccessEnel
bloquesiguientesedescribircmosegeneranlosdatosparaguardarlosenunabasedeinformacin
en Microsoft Access.CAPTULO 3. DESARROLLO 25En labVIEWse encuentra
una librera llamada Database, la cual permite crear, escribir y
leer loque se registre en una base de datos. Se explicar a
continuacin los componentes de esta
librera.Elprogramarequiereparaejecutarsede:DatabaseConnectivityToolkit
ydediferentesmdulosexplicados a continuacin.Lo que realiza el
bloque, es abrir una conexin de base de datos utilizando la ruta de
la informacinde conexin.3.6.4.1. herramienta para abrir conexin
(DBToolsopenconnect)Figura 3.10: Database, herramienta para abrir
conexin.Especicacin de los puntos de conexin (entrada/salida) de
este elemento:ID de usuario:
especicalonecesarioparaaccederalabasededatos.
Avecesesposiblequenonecesite especicar un IDde usuario.Informacin
de conexin: eslarutaabsolutadel
archivoquealmacenalainformacindecone-xin. Para un archivo de vnculo
de datos de Microsoft, este camino debe tener un archivo
.udlextensin. Un archivo DSNdebe tener la extensin .dsnPrompt del
sistema: Si es true, labVIEWpide para determinar los parmetros de
conexin.Tiempo de espera de conexin: determina la cantidad de
tiempo (en segundos) de espera al in-tentar establecer una conexin
con una base de datos antes de renunciar y devolver un error.Error
in: describe las condiciones de error que se producen antes de este
nodo.Contrasea Especca: la contrasea necesaria para acceder a la
base de datos para nes de segu-ridad. Es posible que no necesite
especicar una contrasea.Referencia de la conexin: devuelve la
referencia del path(ruta).Error out: contiene informacin de
error.3.6.4.2. Herramienta de insercin de datosInserta una nueva la
en la tabla en la base de datos identicada por la referencia de
conexin.Figura 3.11: Database, Herramienta de insercin de
datos.CAPTULO 3. DESARROLLO 26Especicacin de los puntos de conexin
(entrada/salida) de este elemento:Crear la tabla: crea una tabla si
la tabla no existe.Dato: ingresa los datos que se desean insertar
en la base de datos.Referencia: es la ruta absoluta del archivo que
almacena la informacin de conexin.Tabla: especica el nombre de la
tabla en la base de datos.Columnas: especica cuantas columnas sern
utilizadas y el nombre de cada una de ellas.Error in: describe las
condiciones de error que se producen antes de este nodo.Aplanar
clster: especica si se desea guardar los datos como un valor
binario. Por defecto su estadoes false.Usar archivo: instruye al VI
para utilizar un archivo suministrado por el usuario.Referencia:
devuelve la referencia del path(ruta).Error out: contiene
informacin de error.3.6.4.3. Herramienta de lectura de
datosSeleccionadatos delatablaenlabasededatos identicadopor
lareferenciadelaconexin,utilizando las columnas suministrados en
columnas de matriz.EsteVI
devuelvelosdatoscomounamatriz2Ddevariantes.
Paraestetipodedatossepuedeutilizar variant funcin.Figura 3.12:
Database, herramienta de lectura de datos.Especicacin de los puntos
de conexin (entrada/salida) de este elemento:Condicin: especica una
clusula SQL que utiliza este VI para ltrar los criterios de
seleccin.Referencia de la conexin: es la ruta absoluta del archivo
que almacena la informacin de conexin.Tabla: es el nombre de la
tabla en la base de datos de de donde se seleccionarn los
datos.Columnas: se especican las columnas de la tabla desde la que
se seleccionan los datos.Error in: describe las condiciones de
error que se producen antes de este nodo.Referencia conexin de
salida: devuelve la referencia del path(ruta).Datos: devuelve un
array 2D de las variantes de la base de datos que contiene los
datos seleccionados.Error out: contiene informacin de error.CAPTULO
3. DESARROLLO 273.6.4.4. herramienta para cerrar la conexin
(DBToolscloseconnect)El cierre de una conexin de base de datos se
realiza mediante la conexin de su correspondientereferencia de
conexin.Figura 3.13: Database Herramienta para cierre de conexin.El
siguiente elemento convierte un cluster variante de base de datos
en el tipo de dato seleccionadoen la entrada type.Figura 3.14:
Database funciones de datos variantes.Especicacin de los puntos de
conexin (entrada/salida) de este elemento):Type: especica el tipo
de datos al que desea convertir los datos de variantes.Variante
base de datos: especicalosdatosdelavariantequedeseaconvertiral
tipodedatosespecicado en el type.Datos: devuelve el tipo de datos
resultante.3.6.4.5. Bloque generador de base de datos dentro del
proyectoEn la Figura 3.15 se muestra un control P-ACTI, un elemento
de igual o diferente que cero, dosestructuras casede las cuales una
acta como el control de la otra. Desde aqu empieza la activaciny
desactivacin para grabar un dato en la tabla de Microsoft
Access.P-ACTI: puntodeactivacinyfuncionacomocontrol
arrojandolosdatosquenecesitanlosotroselementos para poder realizar
su funcin. En este caso los datos a proporcionar este control
serndel cero al quince en decimal.El elemento igual o diferente que
cero (=0): Su funcin al recibir un dato es ltrarlo, al momentode
recibir en su entrada un cero, su salida mostrar un false.
Cualquier nmero distinto de ceroa la entrada de este elemento tendr
una salida true(verdadera).CASE 1 (izquierda): cuando se activa
esta estructura en su interior el elemento de igualacin recibeun
dato, y si este dato es diferente de cero entonces su salida es
falsa, luego continua el recorridodel dato entrando a una etapa de
inversin cambindolo de false a true, entonces se introduce enuna
compuerta AND, esta misma tiene en la entrada posterior una
constante false. Conociendola tabla de verdad de esta compuerta
solamente teniendo en sus entradas falsey false(cero ycero) su
salida ser true.CASE 2 (derecha): en esta estructura se muestran
todos los elementos necesarios para crear, escribiry leer una base
de datos. Todas las estructuras explicadas en esta memoria se
encuentran dentrodel while loopsiendo este un ciclo innito de
ejecucin.CAPTULO 3. DESARROLLO 28Figura 3.15: Bloque para generacin
de base de datos.3.6.4.6. Base De Datos Realizada En Microsoft
AccessMicrosoft Accesses un sistema gestor de bases de datos
relacionales (SGBD). Una base de
datossueledenirsecomounconjuntodeinformacinorganizadasistemticamente.
Enlaterminologapropia de las bases de datos hay tres conceptos
claves dentro de las tablas: campo, registro y dato.Un campo: es
cada uno de los tipos de datos que se van a usar. Se hace
referencia a los campospor su nombre.Un registro: est formado por
el conjunto de informacin en particular.Un dato: es la interseccin
entre un campo y un registro.En el sistema los pasos que se
siguieron para realizar esta base de datos sern explicados a
continuacin:Se inicia Microsoft Access 2010, esto para poder crear
un archivo de base de datos nuevo. Al abrirlaventanadel
procesadordebasededatosAccess,
seobservalaopcinquedicebasededatosenblanco (Figura 3.16).Figura
3.16: Base de datos en blanco.En esta parte se modica el nombre.
Por defecto el programa lo guarda en la carpeta documentosdel
usuario, s se requiere modicar su ubicacin, dar clic en la carpeta
del lado derecho (Figura 3.17).CAPTULO 3. DESARROLLO 29Figura 3.17:
Crear Base de datos.De all buscar la ubicacin donde se desee
guardar la base de datos. Ahora para guardar se
ponelabasededatosenformato2002-2003,estosehaceparaquelacomunicacinlabVIEW-Accessseacorrecta.
Oprimir aceptar y la base de datos sta generada (Figura
3.18).Figura 3.18: Guardar Base de datos.Ahora el paso siguiente es
abrir el programa realizado en labVIEW, ir a la barra de
herramientasen la opcin toolsy seleccionar Create Data Link(Figura
3.19).CAPTULO 3. DESARROLLO 30Figura 3.19: Crear el link de datos
labVIEW-Access.Ya seleccionada esa parte, labVIEWahora abrir una
ventana de propiedades de vnculos de datos.Aqu se encuentran varias
opciones de las cuales se elige Microsoft jet 4.0 OLE DB
Provieder.Se oprime el botn siguiente, aparece otro men donde hay
que especicar la localiacin del archivode base de datos (Figura
3.20).CAPTULO 3. DESARROLLO 31Figura 3.20: Congurar de link de
conexin labVIEW-Access.Una vez ingresada la ruta de acceso dar en
la opcin probar conexin y si la conexin est correctasale el mensaje
(Figura 3.21), La prueba de conexin fue satisfactoria.Figura 3.21:
Prueba de conexin
satisfactoria.Unavezseoprimaaceptarenlasventanasmostradas,inmediatamentelabVIEWpidebuscarelarchivo
con extensin .udl, pero como no existe hay que generarlo, esto se
realiza de la siguiente manera:CAPTULO 3. DESARROLLO 32En la
ventana donde dice tipo, debajo de Nombrese selecciona all lespara
encontrar el archivode Accessque contendr la base de datos (Figura
3.22).Figura 3.22: Crear .udl para conexin.Se elige el archivo,
ahora ya aparecer en la parte de Nombre sus letras de referencia.
Cambiardondedicecustompattern(*.udl)aall les, buscarel
archivodelabasededatosseleccionarloycambiar ahora de all lesa
custom pattern(*.udl). Pulsar ok y la conexin es
establecida.3.6.4.7. Generacin de base de datos mensualmenteEn esta
parte se explicar el modulo que genera una base de datos
mensualmente. Esto quiere decirque, la base de datos no guardar la
informacin recibida en una sola tabla, sino qu creara una
nuevatabla mensualmente. A continuacin se presentan los
detalles.Primero se programa un SubVI llamado Get UDL (Figura
3.23):Figura 3.23: SubVI Get UDL.En el interior de este SubVIse
encuentra la programacin que realiza la secuencia de guardar
todaslas activaciones respectivamente a la fecha de operacin. Cada
mes ser creada una nueva tabla con eln de hacer ms fcil la bsqueda
de algn dato en especico.CAPTULO 3. DESARROLLO 33Figura 3.24:
Interior de SubVI Get
UDL.EnlaFigura3.24semuestranlosmdulosyconguracionesdiseadaspoderrealizarelreportemensual.El
bloque cuenta con mdulos de ubicacin automtica del archivo .udl,
fecha, seleccionadores dedgitos y cases(dentro de este ltimo se
localizan los doce meses del ao.En el sistema se ingresa
manualmente por primera vez la direccin del archivo .udl. Este
archivopermitir guardar los datos recabados en la base de datos.Por
otro lado, la funcin que realiza el bloque seleccionador consiste
simplemente en separar nu-mricamente los datos del mes, obteniendo
un resultado igualmente numrico, activando el caseconrespecto al
dato entrante. Ejemplo: si el mdulo de fecha arrojase el valor
(20/12/2012). El tres conec-tado en el separador de dgitos, hace
que a partir del tercer dato (contando la diagonal) se
muestre,quedandosolamente(12/2012)queseranel mesyel ao, yel
numerodossolamentehacequesevisualice el dato doce que sera el mes
de diciembre.As es como se generar la base de datos en los periodos
que dure cada mes.3.6.5. Panel frontal del sistemaInicio: es la
imagen de entrada en donde se puede localizar el men del sistema,
en la parte superiorizquierda (Figura 3.25).Panel frontal del
sistema:
segundaopcindelmen,enlesdondesevisualizalafechayhora,puertoautilizarylapartedelosindicadores,
stosmuestranel ltimointerruptoractivado(Figura 3.26).base de datos:
en esta opcin se muestra una tabla que contiene los datos de
activacin y desacti-vacin de los relevadores SCHRACK(Figura 3.27).a
= activadod = desactivadoSCHRACK 1, 2, 3, 4: son los recuadros
indicadores de operacin de cada dispositivo.Datos guardados: indica
la cantidad de lneas escritas en la base de datos respecto a la
operacin decada schrack.Nota: si en algn momento se necesita
cambiar un schrack existen en la parte inferior izquierda unaserie
de botones para reiniciar el conteo de operacin de cada dispositivo
volvindolo a cero.CAPTULO 3. DESARROLLO 34Figura 3.25: Imagen de
inicio del sistema.Figura 3.26: Panel Frontal del sistema de
control.Figura 3.27: Panel de visualizacin de base de datos.CAPTULO
3. DESARROLLO 353.7. Desarrollo del hardwareEl hardware fue
desarrollado en funcin de los requerimientos de la ocina de
proteccin, controly comunicaciones de la CFE zona
Papaloapan.Losmandossonrealizadosmedianteuncircuitobsicodeuncontactonormalmenteabiertoenserie;
que se cierra cuando se desea realizar un mando, dando continuidad
a una lnea de voltaje decorriente directa (Vcd), energizando un
dispositivo que permite la realizacin del mando deseado.Como se
mencion anteriormente se tom uno de los polos (contacto seco) de
cada SCHRACK, parasaber en que momento fue accionado. Para realizar
esta funcin fue necesario introducir un sistema deltrado con
compuertas NOT. En la Figura 3.28 se muestra un diagrama a bloques
del hardware.Figura 3.28: Diagrama a bloques de las etapas del
hardware.Relevador SCHRACK:Es un interruptor accionado por un
electroimn. Funciona como un conmutador por que disponede dos polos
y cuatro contactos jos (Figura 3.29).Figura 3.29: Relevador
SCHRACK.Cuando no pasa corriente por la bobina, el contacto mvil
hace contacto con uno de los contactosjos(Figura3.29izquierda).
Enel momentoquepasacorrienteporlabobina, el ncleoatraealinducido,
el cual empujaal contactomvil hastaquetocaal otrocontactojo.
EnlaFigura3.30puede verse como estn ordenados los contactos y la
bobina de este relevador.CAPTULO 3. DESARROLLO 36Figura 3.30:
Distribucin de los contactos en el SCHRACK.Para el ltrado de la
seal se realizaron distintas conexiones tales como:Utilizacin de
optocopladores con transistores NPN.Un relevador a la salida de
menores capacidades.Un seguidor de voltaje con el OPAM LM304
[5].Conectar en la salida un UNL2803.Todas las conexiones
anteriores mostraron en su seal de salida armnicas (Figura 3.31) al
momentode realizar la activacin del SCHRACK, con lo que el
microcontrolador enviaba datos errneos y enocasiones se
bloqueaba.Para resolver el problema de la estabilizacin de la seal
se realiz un ltro con compuertas NOT,ya que estas son de tipo TTL y
solo manejan dos estados lgicos (0V y 5V) con estas compuertas yun
circuito RCse logr estabilizar la seal de salida lo suciente como
para que elPICno muestredatos errneos o se bloquee.Figura 3.31:
Seales de salida del SCHRACK. A) Con las primeras conexiones. B)
salida con la com-puerta NOT.CAPTULO 3. DESARROLLO 37El diagramadel
ltrosemuestraenlaFigura3.32. EnlaentradacuentaconuncircuitoRC,este
ayudara en la estabilizacin de la seal, luego entrara en dos
compuertas NOTseguidas con laintensin de que la seal de salida
ahora sea TTL y se encuentre mejor estabilizada, al nal se tieneun
diodo polarizado en inversa para evitar posibles rebotes.Figura
3.32: Diagrama del circuito de ltro.La salida se conecta en la
entrada correspondiente del microcontrolador.A continuacin se
indican los diferentes diagramas de los circuitos implementados
para el desarrollode la placa:Figura 3.33: Fuente de alimentacin a
5V.Figura 3.34: Conexin del microcontrolador.CAPTULO 3. DESARROLLO
38Figura 3.35: Salida de los leds indicadores.Figura 3.36: Conexin
del MAX 232n.Placa completa fsica del sistema de monitoreo y
control de seales en mandos de interruptores depotencia (Figuras
3.37 y 3.38).Figura 3.37: Parte superior de la placa.CAPTULO 3.
DESARROLLO 39Figura 3.38: Parte inferior de la placa.La placa fue
introducida en una caja de plstico, las salidas fueron conectadas a
una terminal blockde 6 pines, en la Figura 3.39 se muestra las
conexiones de la placa con las salidas de la caja.Figura 3.39:
Conexiones de la placa en la caja.Captulo 4Pruebas y resultadosEn
este captulo se describen las pruebas realizadas y los resultados
obtenidos de cada uno de losmdulos que conforman este sistema de
monitoreo y control. Las pruebas se realizaron en el
laboratorio,simulando los mandos del interruptor para observar si
el sistema tiene una operacin correcta y estable.Despus de tener
cada una de las etapas del sistema operando de manera correcta, se
procedi a realizarla integracin del sistema para observar que su
funcionamiento sea el esperado.4.1. Interfaz de
usuarioElpaneldecontrolfuediseadoenelprogramalabVIEW,pararealizarlepruebasfuenecesariocontar
con el software virtual serial port. Desde Microcodese enviaron los
nmeros del uno al quince,con la nalidad de observar si se
realizaban los cambios de estado de los interruptores y que
guardaralos datos en la base de datos.El panel de control no
present problemas, tuvo una operacin correcta y estable.Figura 4.1:
Pruebas del panel frontal.40CAPTULO 4. PRUEBAS Y RESULTADOS
41Figura 4.2: Pruebas para la base de datos.4.2. Tarjeta de
adquisicin de datosLa tarjeta contiene el ltro de compuertas
NOTintegrado, para realizarle pruebas a todo el sistemase
conectaron los SCHRACKSa una fuente de 125 Vdc, el pulso de
activacin enviado por el mandoa cada auxiliar se simul integrando
un botn en cada uno de ellos. En la Figura 4.3 se muestra unaimagen
de la conexin de los relevadores con la tarjeta.Para conocer si la
tarjeta funcionaba correctamente, se realizaron las quince
combinaciones de ac-tivacin posibles en los cuatro SCHRACKS, se
observ que los leds indicadores funcionaran de maneracorrecta. Para
visualizar los datos que enva la tarjeta se us MicroCode, donde
cada combinacin deactivacin enviar el dato correspondiente.Los
resultados de la tarjeta fueron los esperados, los dos sistemas
estn listos para ser acoplados yconectarse en campo (subestacin)
para ser enlazados a la ocina de proteccin, control y
comunica-ciones.CAPTULO 4. PRUEBAS Y RESULTADOS 42Figura 4.3:
Pruebas a la DAQ, simulando una subestacin.Figura 4.4: Otra prueba
realizada a la DAQ.Captulo 5Conclusiones y recomendacionesEl
presente trabajo se enfoc en implementar un sistema de monitoreo y
control en seales de man-dos de interruptores de potencia va
TCP/IP, con la nalidad de proporcionar un sistema alternativoa CFE
para el monitoreo y control de sus subestaciones de distribucin,
este sistema se
implementmedianteunatarjetadeadquisicindedatos(DAQ), lacual
cuentaconel microcontroladorPIC16F877A de MICROCHIP, perifricos de
entrada/salida y comunicacin serial.Se dise la interfaz de usuario
mediante labVIEW, la cual permite al usuario observar de
maneraclara mediante colores cada uno de los estados del
interruptor. En esta interfaz se puede visualizar labase de datos,
la cual contiene los registros de operacin del
sistema.Serealizuncircuitodeacoplamientoentreel microcontroladoryel
auxiliar, estecircuitohaceque el sistema sea compatible con los
requerimientos para la sealizacin y ejecucin de mandos delsistema
actual de monitoreo y control con que cuenta CFE. Con ello, la
puesta en operacin del sistemano requera de alguna modicacin a las
conexiones actuales. El circuito de acoplamiento es necesarioporque
la tarjeta de adquisicin de datos trabaja con 5 Vcd y el auxiliar
opera con 125 Vcd.El sistema que se dise e implement opera de
manera correcta, es conable y ecaz, ya que alrealizar las pruebas
en la subestacin con un interruptor real, su operacin se mostr
able.Se concluye que el sistema diseado e implementado es una
alternativa conable para el monitoreoy control de las seales en
mandos de interruptores de potencia.43Captulo 6AnexosAnexo A:
Programa del
PICDEFINEOSC4VELOCIDADDEOPERACIONDEFINELOADER_USED1DEFINICIONPARAPROGRAMARPORLOADERINCLUDE"modedefs.bas"MODELOSDECOMUNICACIONPVARBYTEVARIABLEPAVARBYTEVARIABLEAINICIO:IFPORTD=
%00000000THENX0LISTADEINSTRUCCIONESREALIZADASPORELPIC16F877AIFPORTD=
%00000001THENX1IFPORTD= %00000010THENX2IFPORTD=
%00000011THENX3IFPORTD= %00000100THENX4IFPORTD=
%00000101THENX5IFPORTD= %00000110THENX6IFPORTD=
%00000111THENX7IFPORTD= %00001000THENX8IFPORTD=
%00001001THENX9IFPORTD= %00001010THENX10IFPORTD=
%00001011THENX11IFPORTD= %00001100THENX12IFPORTD=
%00001101THENX13IFPORTD= %00001110THENX14IFPORTD=
%00001111THENX15GOTOINICIOX0:
PRIMERACASOAPROCESARIFP=22THENINICIOPAUSE80P=22A=0GOTOinicioX1:
SEGUNDOCASOAPROCESARIFP=1THENINICIOHIGHPORTB.4LOWPORTB.5LowportB.6LowportB.7pause50P=144CAPTULO
6. ANEXOS 45A=1GOTOmandarX2:
TERCERCASOAPROCESARIFP=2THENINICIOHIGHPORTB.5LOWportB.4LowportB.6LowportB.7PAUSE50P=2A=2GOTOmandarX3:IFP=3THENINICIOHIGHPORTB.4HIGHPORTB.5LOWPORTB.6LOWPORTB.7PAUSE50P=3A=3GOTOmandarX4:IFP=4THENINICIOHIGHPORTB.6LOWPORTB.4LowportB.5LowportB.7PAUSE50P=4A=4GOTOmandarX5:IFP=5THENINICIOHIGHPORTB.6HIGHPORTB.4LOWPORTB.5LowportB.7PAUSE50P=5A=5GOTOmandarX6:IFP=6THENINICIOHIGHPORTB.6HIGHPORTB.5LowportB.4LowportB.7PAUSE50P=6A=6GOTOmandarX7:IFP=7THENINICIOHIGHPORTB.6CAPTULO
6. ANEXOS
46HIGHPORTB.5HIGHPORTB.4lowportB.7PAUSE50P=7A=7GOTOmandarX8:IFP=8THENINICIOHIGHPORTB.7lowportB.4LOWPORTB.5lowportB.6PAUSE50P=8A=8GOTOmandarX9:IFP=9THENINICIOHIGHPORTB.7HIGHPORTB.4LOWPORTB.5lowportB.6PAUSE50P=9A=9GOTOmandarX10:IFP=10THENINICIOHIGHPORTB.7HIGHPORTB.5lowportB.4lowportB.6PAUSE50P=10GOTOman2X11:IFP=11THENINICIOHIGHPORTB.7HIGHPORTB.5HIGHPORTB.4lowportB.6PAUSE50P=11