Post on 02-Jan-2016
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo está orientado a la realización del tema “Integración de
Control de Restaurador a Sistema SCADA, Vía Comunicación IP” con el
propósito de presentar una alternativa para resolver el problema de
comunicación actual que se tiene con los restauradores de distribución
instalados en los sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur del País que
comprende a los departamentos de Comayagua, Olancho, Choluteca, Valle,
El Paraíso, y Municipios aledaños a Francisco Morazán.
La propuesta surge principalmente por la necesidad de poder controlar de
forma remota los Restauradores de las Redes de Distribución ubicados en los
sistemas eléctricos de la Región Centro Sur del País.
Los sistemas de Telegestion y Telecontrol para redes de energía eléctrica
permiten el monitoreo, diagnostico, operación, señalización y alarmas en
forma remota de una subestación o de un componente de la red.
El sistema SCADA para la red de distribución de la ciudad de Tegucigalpa, se
inaugura el 27 de mayo de 2009, gracias al convenio entre el Gobierno de
Honduras y la comisión Europea. El beneficiario del proyecto es la Empresa
Nacional De Energía Eléctrica (ENEE) quien fue creada por La Junta Militar
de Gobierno, mediante Decreto Ley Número 48, el 20 de febrero de 1957.La
ENEE es un organismo autónomo responsable de la producción,
comercialización, transmisión y distribución de energía eléctrica en Honduras.
El centro de control y telegestion monitorea y controla remotamente algunos
de los Restauradores ubicados en los Sistemas Eléctricos de la Región
Centro Sur de Honduras. La comunicación con estos equipos es mediante
-1-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
MODEM vía GPRS (Servicio General de Paquetes Vía Radio) la que se
establece por medio de una llamada telefónica por medio de compañías que
brindan servicios de telefonía celular. La comunicación con estos equipos se
hace por llamada lo que causa contratiempos en la administración de los
datos ya que se necesita interrogar los controles cada hora y a ciertas horas
del día. Además estas compañías permanecen en ciertas horas del día
saturadas con el alto tráfico de llamadas, lo que ocasiona dificultades en la
comunicación con el equipo (Restaurador). En el Centro de Control y Tele
gestión para poder ver los estados (Abierto/Cerrado, Alarmas, etc.) y realizar
mandos a distancia (Apertura/Cierre, etc.) y cambios en la programación, se
requiere estar conectado con el equipo, caso contrario no se obtiene
información de lo que el control registra y monitorea en campo.
Como solución a este problema lo que se desea es mejorar la comunicación
con el restaurador a fin de poder obtener datos y estados en tiempo real,
razón por la cual se pretende implementar la “Integración del Control de
Restaurador al Sistema SCADA mediante comunicación IP”
Se le llama SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) al software
que permita el acceso de datos remotos de un proceso y permita el control del
mismo utilizando herramientas de control necesarias.
No se trata de un sistema de control, sino de una utilidad software de
monitorización o supervisión, que realiza la tarea de interface entre los niveles
de control y los de gestión a un nivel superior.
El operador puede visualizar en la pantalla del computador de cada una de las
estaciones remotas que conforman el sistema, los estados de ésta, las
situaciones de alarma y tomar acciones físicas sobre algún equipo lejano, la
comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN (Local Área
Network). Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están
-2-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y
controlar dichos procesos.
En la actualidad existen tres posibles competidores para los sistemas SCADA
los cuales son:
Sistemas de control de Distribuido (DCS)
Controladores Lógicos Programables
Instrumentos Inteligentes (Smart Instrument)
Una de las funciones principales del sistema SCADA es la Supervisión
remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado
de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que
permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas.
Los sistemas SCADA necesitan comunicarse vía red, puertos GPIB (Bus de
Interfaz de Propósito General), telefónica, radio frecuencia o satélite, es
necesario contar con computadoras remotas que realicen el envió de datos
hacia una computadora central, está a su vez será parte de un centro de
control y gestión de información.
Para realizar el intercambio de datos entre los dispositivos de campo y la
estación central de control y gestión, se requiere un medio de comunicación,
existen diversos medios que pueden ser cableados (cable coaxial, fibra
óptica, cable telefónico) o no cableados (microondas, ondas de radio,
comunicación satelital).
Actualmente el sistema SCADA en Tegucigalpa cuenta con la intervención de
siete Subestaciones y veinte Restauradores de poste. El enlace se hace
-3-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
mediante una red de comunicaciones en banda UHF (Ultra High Frequency)
de 450 a 470 MHz.1
En la zona Rural (Choluteca, Comayagua, La Paz, Olancho) la comunicación
con los restauradores trifásicos es por medio de Telefonía Celular Wireless,
Modem GPRS (General Packet Radio Service) se hace por medio de una
llamada de una compañía de telefonía celular. Para comunicarse con el
Control del restaurador se hace una llamada telefónica cada hora con el
equipo para saber el estado de dicho equipo, lo ideal sería comunicarse con
el equipo de forma permanente y no por periodos de tiempo. Si se tiene
comunicación con el equipo en tiempo real se observa el tipo de falla, estados
(abierto/cerrado) y señales analógicas de dicho equipo. Una desventaja de
este tipo de monitoreo de datos es el servicio de comunicación que brindan
las compañías de Telefonía Celular, principalmente en horas pico cuando se
tiene un alto trafico de llamadas, la comunicación con estos equipos se
dificulta, esto crea ineficiencia hacia el cliente de la zona rural ya que lo que
se busca es ahorrar tiempo, dinero y reclamos del cliente que al no tener
servicio de energía en la zona tiene que llamar a las oficinas regionales para
que puedan mandar técnicos especializados y resuelvan el problema.
Con la integración del control de Restaurador vía comunicación bajo el
protocolo TCP/IP al SCADA se busca dar solución a este problema logrando
establecer una mejor comunicación por medio un protocolo más confiable y
rápido para poder establecer una comunicación desde el Centro de Control y
Telegestión SCADA o desde cualquier parte que se requiera controlar el
sistema.
1 Referenciado por el Ingeniero Edwin Padilla-SCADA ENEE
-4-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Para el desarrollo de la solución se elaboraron distintas etapas, las cuales
consisten en investigación, desarrollo, implementación parcial, pruebas e
implementación final.
Para la solución se propone El transmisor-receptor de datos LBGT-69511 de
la compañía Logicbus de México ya que este dispositivos permite a protocolos
seriales propietarios comunicarse fácil y libremente con redes GSM/GPRS y a
Internet. No solo funciona como un modem GPRS, también puede crear un
túnel de datos entre el host final y el remoto, asegurando una comunicación
eficiente para la transmisión de datos y la administración remota de
dispositivos. Los usuarios no tienen que cambiar el sistema actual,
ahorrándose gastos y tiempo para el mantenimiento en el sitio y haciendo de
esta una solución perfecta para la transmisión de información.
-5-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
CAPITULO I
I.1 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA
La Empresa Nacional de Energía Eléctrica (ENEE), fue creada por La Junta
Militar de Gobierno, mediante Decreto Ley Número 48, el 20 de febrero de
1957. Es un organismo autónomo, de servicio al público, con personería
jurídica, patrimonio propio y de duración indefinida.
Con responsabilidad por el desarrollo y construcción de facilidades de
electrificación, y por la producción, transmisión y distribución de energía
eléctrica en el país.
Una de las grandes fuentes de trabajo del país lo constituye la ENEE.
A la fecha de formación de la ENEE, cada ciudad del país era servida en
forma aislada por pequeñas unidades generadoras, en su mayoría movidas
por motores diesel, que pertenecían a las municipalidades, Juntas de
Desarrollo, al Estado o a Empresas Privadas.
Con la Creación de la ENEE se buscó lograr la electrificación Nacional, en
base al uso racional de los recursos naturales del país aprovechando los
beneficios de la economía de escala.
El primer gran proyecto de la ENEE, fue la Central Hidroeléctrica de
Cañaveral, como parte del desarrollo del potencial del Lago de Yojoa y del
Río Lindo. Incluyo este proyecto la construcción de líneas de transmisión y
-6-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
sub-estaciones de alto voltaje, necesarias para conectar esta central con los
principales centros de demanda del país.
Ese fue el inicio de lo que es hoy, el Sistema Interconectado a nivel Nacional.;
es decir, una red de transmisión eléctrica, que cubre las principales regiones
del país la cual están conectadas las centrales generadoras y los diferentes
centros de consumo.
I.2 Visión de la ENEE
Ser la empresa líder en Centro América en la prestación del servicio eléctrico,
con calidad, capacidad y actitud innovadora.
I.3 Misión de la ENEE.
Somos una empresa de generación, transmisión, distribución y
comercialización de energía eléctrica para satisfacer las necesidades y
expectativas de los clientes con excelencia, protegiendo el medio ambiente y
contribuyendo al desarrollo socioeconómico del país.
I.4 ¿Qué es la ENEE?
La ENEE es un organismo autónomo responsable de la producción,
comercialización, transmisión y distribución de energía eléctrica en Honduras.
Al constituirse la ENEE, se inició la construcción de la primera gran central
hidroeléctrica, Cañaveral, así como la construcción de líneas de transmisión y
subestaciones para conducir la energía eléctrica hasta los centros de
consumo. Con el tiempo el sistema eléctrico, denominado como Sistema
Interconectado Nacional, se ha expandido y hoy en día la red de transmisión
cubre las principales regiones del país.
-7-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
I.5 Objetivos Básicos de la Empresa.
Los objetivos estratégicos de la ENEE producto de la Planeación Estratégica
son los siguientes:
1. Garantizar la continuidad y calidad del servicio de energía eléctrica
mejorando la eficiencia y eficacia para satisfacer las expectativas y
necesidades de nuestros clientes, impulsando proyectos hidroeléctricos
y otros de combustibles no derivados del petróleo.
2. Asegurar la sostenibilidad financiera de la ENEE, mejorando cada año
los indicadores financieros para garantizar autonomía y crecimiento de
la empresa.
3. Mantener un programa de reducción de pérdidas técnicas y
comerciales, implementando tecnología de punta como ser el sistema
AMR, anti-fraude e implementar el sistema de identificación cliente
área georeferenciado de las redes de distribución y sistema SCADA.
4. Reestructurar la empresa para volverla más eficiente, creando las
unidades de negocios de generación, transmisión y distribución
implementando la filosofía de calidad total y dotándolas de los recursos
logísticos, humanos y tecnológicos para que funcionen con mayor
independencia.
5. Fortalecer la investigación de los recursos naturales que posean
potencial energético, preservando el medio ambiente.
-8-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
6. Ampliar la cobertura eléctrica de las áreas de interés social conforme a
lo establecido en la Ley Marco del Subsector Eléctrico, la Estrategia
para la Reducción de la Pobreza y las Políticas de Desarrollo del
Gobierno de la República.
7. Promover la eficiencia energética.
8. Fortalecer el desarrollo de los recursos humanos, con un sistema de
capacitación y motivación para lograr un desempeño eficiente, eficaz,
efectivo y con calidad.
9. Establecer las bases para simplificar y racionalizar los procedimientos
administrativos a fin de garantizar que todas las dependencias de la
ENEE actúen con apego a las normas económicas, celeridad, eficacia
y espíritu de servicio, logrando la pronta y efectiva satisfacción de las
necesidades administrativas dentro del marco legal, fortaleciendo la
transparencia y el sistema de auditoría para lograr y mantener una
buena imagen institucional.
10. Lograr que la ENEE trabaje en función de un plan estratégico en todas
las unidades a fin de cumplir con su Misión y Visión
I.6 Análisis FODA para la Empresa Nacional de Energía Eléctrica (ENEE)
A. FORTALEZAS
1. Poseedores de plantas de generación hidroeléctrica de gran
tamaño, de la Transmisión y Distribución de energía eléctrica.
-9-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
2. La ENEE produce la mayor cantidad de energía hidroeléctrica
que se consume en el país.
3. La ENEE tiene el control del despacho de energía para
satisfacer la demanda a nivel nacional.
4. Se cuenta con personal altamente calificado, capacitado y con
experiencia.
5. La ENEE cuenta con embalses de regulación anual lo que
permite la reserva de agua para el siguiente año, como la
Central Hidroeléctrica El Cajón.
6. Conocimiento del sector y planes de expansión a futuro.
B. OPORTUNIDADES
1. Interés del gobierno para invertir en proyectos hidroeléctricos.
2. Interés del capital privado en las actividades de generación con
energía renovable para cubrir la demanda a nivel nacional.
3. Apertura al mercado regional a través de la interconexión
centroamericana.
4. Apoyo de países amigos para la generación de energía eléctrica
con recursos renovables en proyectos aislados.
5. Acceso al financiamiento internacional y gobiernos amigos para
la ejecución de proyectos de electrificación social y en la red de
transmisión.
6. Existencia de mercado para vender nuevos servicios como
arrendamiento, consultorías, y estudios técnicos y económicos.
7. Existencia de abundantes recursos renovables para la
generación de energía eléctrica.
-10-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
8. Existencia de programas por parte de la Comunidad
Internacional para capacitación y entrenamiento.
C. DEBILIDADES
1. Decisiones políticas no han permitido contar con una Gerencia
integral y de calidad, que funcione con sistemas de
administración estratégica.
2. No existe un sistema de contabilidad de costos.
3. Falta de control, registro y mantenimiento de los activos, así
como una inadecuada vigilancia y seguridad en las
instalaciones.
4. Falta de un programa agresivo de ahorro de energía y un
programa de manejo de la demanda.
5. No se cuenta con la asesoría y auditoria para evaluar la calidad
del servicio eléctrico que se entrega al cliente.
6. No existe uniformidad en los procedimientos técnicos,
administrativos y comerciales.
7. No existe una cultura generalizada de trabajo en equipo.
8. En algunas ocasiones la información no es oportuna, confiable
ni concisa.
9. Falta de indicadores claros y homogéneos que permitan medir
los resultados.
10. Aplicación inadecuada de las políticas de motivación y
capacitación para los empleados.
11. No existe un manual de políticas para el buen desempeño
empresarial, ni reglamentos actualizados y estandarizados, no
-11-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
se cuenta con instalaciones adecuadas en algunas
dependencias.
12. Falta de un control correcto del arrendamiento de los activos de
ENEE.
13. Fragilidad del Sistema Interconectado Nacional.
14. Lentitud en el procedimiento de dar respuesta al reclamo
interpuesto por el cliente a través de la secretaria de
procedimientos administrativos.
15. Sistema de Facturación obsoleto.
16. Falta de control y exigencia de resultados a SEMEH.
17. Insuficiente cantidad de empleados técnicos y recursos
logísticos.
18. Falta de automatización de los procesos.
19. Reducido inventario para atender las necesidades
oportunamente.
20. Carencia de equipos inteligentes que permitan maniobrar los
equipos de distribución y medición con agilidad y prontitud.
21. No existe correcta aplicación de las medidas disciplinarias y
sanciones administrativas
D. AMENAZAS
1. Marco Legal obsoleto, insuficiente y no complementario.
2. Inadecuada política del Estado en aspectos tarifaríos y de
subsidios.
3. La no ejecución del Plan de Expansión en su componente de
proyectos renovables aumentara la dependencia en la compra
-12-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
de energía térmica para satisfacer la demanda de energía a
nivel nacional.
4. Devaluación / Inflación que afecta el costo de funcionamiento,
producción transmisión, distribución y comercialización de la
energía.
5. Inestabilidad del precio del combustible.
6. Cambios climáticos adversos y degradación de las cuencas
hidrográficas.
7. Insatisfacción de los clientes por las tarifas y deficiencia en el
servicio.
8. Dependencia de financiamiento externo para desarrollar nuevos
proyectos de expansión.
9. Impuestos municipales arbitrarios a los proyectos de energía
eléctrica.
10. Desaparición del fabricante o distribuidores de equipos que ya
posee la empresa.
11. Incremento en los reclamos por el mal funcionamiento de
SEMEH.
12. Incremento de la morosidad especialmente en las cuentas de
Gobierno.
13. Fuga de recursos humanos especializados por mejores
condiciones de trabajo en el sector privado.
14. Cierre de crédito comercial por falta de pago expedito.2
I.6.1 Análisis FODA del departamento SCADA de Distribución
El análisis FODA que a continuación se presenta es en base a las Fortalezas,
Oportunidades, Debilidades y Amenazas observadas en el departamento
2 ENEE-Departamento de Dirección y Planificación.
-13-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
SCADA de la Empresa Nacional de Energía Eléctrica durante el desarrollo de
mi práctica profesional y la investigación realizada.
FORTALEZAS
1. Se cuenta con tecnología de punta para brindar un mejor
servicio y satisfacer las necesidades del cliente en materia de
calidad y continuidad Energía Eléctrica.
2. Se cuenta con personal altamente calificado, capacitado y con
experiencia para monitoreo y telegestion de Restauradores de la
Región Centro y Sur del País.
3. Existen planes de expansión del sistema SCADA a futuro.
4. Existe una cultura generalizada de trabajo en equipo.
OPORTUNIDADES
1. Interés de la Empresa Nacional de Energía Eléctrica de expandir
el Sistema SCADA.
2. Interés de mejorar la comunicación con equipos de distribución
instalados en la Zona Rural.
3. Acceso al financiamiento Internacional y Gobiernos amigos para
la mejora y ampliación del sistema SCADA de Distribución.
4. Existencia de programas por parte de la Comunidad
Internacional para capacitación y entrenamiento de personal
para uso adecuado del equipo a operar.
B. DEBILIDADES
-14-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
1. El SCADA no se ha podido expandir actualmente por problemas
de comunicación con los equipos de la Región Centro y Sur del
País.
2. Actualmente se tienen equipos instalados en la red de
distribución que no son controlados remotamente en el área
Rural.
3. La comunicación que se tiene con los equipos controlados
desde la sala de telecontrol y telegestión de distribución no es
permanente (La comunicación es por interrogación o llamada
telefónica).
4. Falta de automatización de los equipos de distribución en los
procesos de control y telegestion.
5. Depender de un servicio de comunicación externo para la
transmisión y recepción de datos.
AMENAZAS
1. Degradación de algunos controles de restaurador instalados
actualmente.
2. Falta de apoyo financiero externo e interno en la implementación
de cambios tecnológicos.
3. Privatización de los servicios de distribución de energía
eléctrica.
4. Inestabilidad económica del país.
5. Desaparición de fabricantes y/o proveedores externos de
equipos o accesorios utilizados por el SCADA de Distribución.
6. Politización de la Empresa Nacional de Energía Eléctrica en el
área técnica.
-15-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
CAPITULO II
II.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
II.1.1 Enunciado del Problema
Actualmente el sistema SCADA en Redes de Distribución Eléctrica de la
Región Centro Sur se encuentra en su última fase de implementación y
puesta en servicio; el cual brindara servicio de monitoreo y control a
Restauradores e Interruptores de las subestaciones ubicadas en el área
urbana de las ciudades de Tegucigalpa y Comayagüela. El medio de
comunicación utilizado para la transmisión y recepción de los datos es
mediante radio modem vía UHF, comunicación que es bidireccional; ya que
cualquier orden (salida digital) desde la sala de control al Restaurador o
cualquier cambio de estado (entradas digitales y analógicas) que el equipo
realice en campo este se verá reflejado en tiempo real en la Sala del Centro
de Control y Tele gestión.
Además desde el Centro de Control y Telegestion se monitorea y controla
remotamente algunos de los Restauradores ubicados en los Sistemas
Eléctricos de la Región Centro Sur de Honduras. La comunicación con estos
equipos es mediante MODEM vía GPRS la que se establece por medio de
una llamada telefónica por medio de compañías que brindan servicios de
telefonía celular. La comunicación con estos equipos se hace por llamada lo
que causa contratiempos en la administración de los datos ya que se necesita
interrogar los controles cada hora y a ciertas horas del día. Además estas
compañías permanecen en ciertas horas del día saturadas con el alto tráfico
-16-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
de llamadas, lo que ocasiona dificultades en la comunicación con el equipo
(Restaurador).
En el Centro de Control y Tele gestión para poder ver los estados
(Abierto/Cerrado, Alarmas, etc.) y realizar mandos a distancia
(Apertura/Cierre, etc.) y cambios en la programación, se requiere estar
conectado con el equipo, caso contrario no se obtiene información de lo que
el control registra y monitorea en campo.
Como solución a este problema lo que se desea es mejorar la comunicación
con el restaurador a fin de poder obtener datos y estados en tiempo real,
razón por la cual se pretende implementar la “Integración del Control de
Restaurador al Sistema SCADA mediante comunicación IP”
Por lo tanto se formula la siguiente interrogante:
“¿Cómo se puede establecer una comunicación full dúplex (Dos
sistemas que se pueden comunicar simultáneamente en dos
direcciones) para restauradores de distribución ubicados en una zona
rural (Sistemas Eléctricos) y controlado desde el Centro de Control y
Tele gestión (En Tegucigalpa, M.D.C)?”
II.2 OBJETIVOS: General Y Específico
a) Objetivo General
Integración de Control de Restaurador a un Sistema SCADA para
Telecontrol y Telegestión de los equipos de distribución, ubicados en
los sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur, vía comunicación IP.
-17-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
b) Objetivos Especificos
Describir en qué consiste la integración de un control de Restaurador a
una Red de Distribución Eléctrica.
Describir y explicar los parámetros de configuración y dispositivos que
componen un control de Restaurador automatizado, utilizado en la
Redes de Distribución de Energía Eléctrica.
Determinar que controles de Restauradores se integrarían al SCADA
de Distribución.
Analizar las ventajas de la integración de equipo inteligente al sistema
SCADA vía comunicación IP, en los Sistemas Eléctricos de la Región
Centro Sur.
Describir en qué consiste la comunicación mediante protocolo IP para
la transmisión y recepción de datos del Restaurador al SCADA de
Distribución.
Describir el tipo de señales del Control de Restaurador que se integran
al SCADA de Distribución.
II.3 PREGUNTAS DE INVESTIGACION
¿En que consiste la integración de un Control de Restaurador al
sistema SCADA de Distribución?
-18-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
¿Qué parámetros de configuración deben aplicarse a dispositivos que
componen un Control de Restaurador automatizado utilizado en las
redes de distribución de energía eléctrica?
¿Cuál es Hardware utilizado en la integración del control de
Restaurador al centro de control?
¿Cuáles son los componentes que se necesitan para la integración de
un control de Restaurador al SCADA de Distribución?
¿Cuáles son las ventajas de la integración de equipo inteligente al
Sistema SCADA vía comunicación IP en los Sistemas Eléctricos de la
Región Centro Sur?
¿Cuáles son los tipos de señales que se integran al SCADA?
II.4 JUSTIFICACION
Actualmente el monitoreo o telecontrol de datos de los Controles de
Restauradores instalados en la Red de Distribución de 34.5 KV de los
Sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur del País, es realizada mediante
una llamada telefónica vía GPRS, a través de un Modem Wireless, es decir
por interrogación (cuando se quiere lograr comunicarse con el equipo).
Estos Restauradores se encuentran ubicados a largas distancias de las
Subestaciones de Energía Eléctrica o centros de Operación; por lo que la
operación y telecontrol de estos equipos se requiere que sea vía remota.
Con la Integración del Control del Restaurador al SCADA de Distribución, lo
que se pretende es tener información en tiempo real de datos y cambios de
estado; con lo que podríamos tomar decisiones en el momento de ocurrencia
de una interrupción. Al presentarse un evento en campo nos indicaría una
alarma o se presentaría una indicación en el cambio de estado (apertura,
-19-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
cierre) en el servidor o puesto de Operación de la Sala de Control y
Telegestion.
Lo que se quiere lograr con la presente investigación es mejorar la
comunicación por medio del protocolo TCP/IP; ya que actualmente no se
pueden obtener datos en tiempo real. Con el monitoreo y Telegestion de este
equipo vía comunicación remota implementado en la zona rural del país
(Choluteca, Olancho, Comayagua, La Paz, Siguatepeque, El Paraiso),
también se pretende mejorar el sistema de comunicación de una vía o simplex
(Este modo de transmisión permite que la información fluya en un solo
sentido) a una comunicación de dos vías o full dúplex (Dos sistemas que se
pueden comunicar simultáneamente en dos direcciones) vía protocolo
DNP3.0 TCP/IP.
Con esta investigación se pretende ofrecer y brindar un aporte a la sociedad
ubicada en los Sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur, ya que esta
mejora seria un beneficio para el cliente, evitándose de hacer una llamada
telefónica al Centro de Emergencias de la ENEE y esperar hasta que llegue
una cuadrilla (Conjunto de técnicos especializados en el área) para operar el
control de Restaurador; lo que contribuiría a mejorar la continuidad y calidad
de servicio, así como también mejorar los índices de desempeño de la Red
de Distribución (DEC,FEC).
II.5 DELIMITACION DE LA INVESTIGACION
El análisis de la investigación para la integración de controles de
Restauradores se concentrara en los controles más recientes adquiridos por
la Empresa Nacional de Energía Eléctrica los cuales son los controles Forma
6, estos controles serán distribuidos para los restauradores ubicados en la
-20-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Región Centro Sur del País, los cuales delimitan las ciudades de Choluteca,
La Paz, Comayagua, Olancho, El Paraíso.
II.6 VIABILIDAD
La actual propuesta es viable debido a los siguientes supuestos:
1) El número de variables del proceso que se necesita monitorear es alto.
2) La información del proceso se necesita en el momento en que los
cambios se producen en el mismo, o en otras palabras, la información
se requiere en tiempo real.
3) La necesidad de optimizar y facilitar las operaciones del sistema, así
como la toma de decisiones, tanto gerenciales como operativas.
4) La población de la zona rural sera totalmente beneficiada ya que se le
brindara un mejor servicio en cuanto a tiempo y a resolución de
posibles problemas.
5) Los controles cuentan con RTU (Unidad Terminal Remota).
6) Es un sistema abierto.
7) El control de restaurador cuenta con los protocolos de comunicación
que se pueden incorporar al SCADA de distribución.
8) Se dispone de compañías que brindan el servicio de telefonía celular.
9) Personal técnico especializado en el área.
-21-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
CAPITULO III
III.1 MARCO REFERENCIAL
III.1.1 MARCO CONCEPTUAL
A lo largo de la historia y evolución humana, el hombre siempre ha buscado la
forma de superarse y una vida más cómoda basándonos en la ley del mínimo
esfuerzo conocida por todos los seres humanos al querer automatizar para no
querer cansarnos mucho y ahorrarnos tiempo, dinero y obtener ganancias.
Se le llama SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) al software
que permita el acceso de datos remotos de un proceso y permita el control del
mismo utilizando herramientas de control necesarias.
No se trata de un sistema de control, sino de una utilidad software de
monitorización o supervisión, que realiza la tarea de interface entre los niveles
de control (PLC) y los de gestión a un nivel superior.
El operador puede visualizar en la pantalla del computador de cada una de las
estaciones remotas que conforman el sistema, los estados de ésta, las
situaciones de alarma y tomar acciones físicas sobre algún equipo lejano, la
comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto
se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al
operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.
En la Figura 3.1 se muestra la estructura y comunicación de un sistema
SCADA.
-22-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 3.1 Típico Sistema SCADA
Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
III.1.2 Competidores de los sistemas SCADA
Los sistemas SCADA han existido desde los años sesenta y en la actualidad
hay otros tres posibles competidores:
a) Sistema de control distribuido (DCS)
b) El control lógico programable (PLC).
c) Instrumentos inteligentes (Smart Instrument).3
a) Sistemas De Control Distribuido
El sistema de control distribuido (DCS) ha sido desarrollado para resolver la
adquisición de grandes volúmenes de información, su tratamiento en centros
de supervisión y mando, la actuación en tiempo real sobre el proceso a
controlar.
3 Sistemas SCADA 2ª Edición-Aquilino Rodríguez Penin
-23-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
La transmisión de datos normalmente es capaz de alcanzar velocidades
bastante elevadas (normalmente de 1 Mbps hasta 10 Mbps).4
En la siguiente figura se observa un típico sistema de control distribuido
(DCS)
Figura 3.2 Sistema de Control Distribuido (DCS)
Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
b) Controlador Lógico Programable (PLC)
Un controlador lógico programable (PLC) es un dispositivo operado
digitalmente, que usa una memoria para el almacenamiento interno de
instrucciones con el fin de implementar funciones especificas, tales como
lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones
aritméticas, para controlar a través de entradas/salidas digitales o analógicas,
varios tipos de maquinas o procesos.
4 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
-24-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Los PLC´s operan de manera secuencial y cíclica, es decir, una vez finalizado
el recorrido completo de un programa, comienza a ejecutar su primera
instrucción.5
La Figura 3.3 muestra un sistema compuesto por PLC.
Figura 3.3 Sistema de Controladores Lógico Programables (PLC)
Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
c) Instrumentos Inteligentes (Smart Instrument)
Aunque este término no es muy usado, normalmente significa sensor
inteligente (Basado en microprocesador) de medición digital (como un
medidor de flujo) con datos digitales y comunicaciones previstas por un panel
de diagnóstico o sistema informático.6
La Figura 3.4 muestra un ejemplo típico de Instrumentos Inteligentes.
5 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
6 Practical SCADA for Industry- David Bailey, Edwin Wright
-25-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 3.4 Sistema de Instrumentos Inteligentes (Smart Instrument)
Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
III.1.3 Funciones Principales Del Sistema SCADA
Una de las funciones principales del sistema SCADA es la Supervisión
remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado
de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que
permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas.
Control remoto de instalaciones y equipos: Mediante el sistema se puede
activar o desactivar los equipos remotamente de manera automática y
también manual. Además es posible ajustar parámetros, valores de
referencia, algoritmos de control, etc.
Procesamiento de datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la
información que alimenta el sistema, esta información es procesada,
analizada, y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de
referencia, dando como resultado una información confiable y veraz.
-26-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Visualización gráfica dinámica: El sistema es capaz de brindar imágenes en
movimiento que representen el comportamiento del proceso, dándole al
operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Estos
gráficos también pueden corresponder a curvas de las señales analizadas en
el tiempo.
Generación de reportes: El sistema permite generar informes con datos
estadísticos del proceso en un tiempo determinado por el operador.
Representación se señales de alarma: A través de las señales de alarma se
logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condición
perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales
como sonoras.
Almacenamiento de información histórica: Se cuenta con la opción de
almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse
posteriormente, el tiempo de almacenamiento dependerá del operador o del
autor del programa.
Programación de eventos: Esta referido a la posibilidad de programar
subprogramas que brinden automáticamente reportes, estadísticas, gráfica de
curvas, activación de tareas automáticas, etc.
III.1.4 Transmisión De La Información
Los sistemas SCADA necesitan comunicarse vía red, puertos GPIB,
telefónica, radio frecuencia o satélite, es necesario contar con computadoras
-27-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
remotas que realicen el envió de datos hacia una computadora central, está a
su vez será parte de un centro de control y gestión de información.
Para realizar el intercambio de datos entre los dispositivos de campo y la
estación central de control y gestión, se requiere un medio de comunicación,
existen diversos medios que pueden ser cableados (cable coaxial, fibra
óptica, cable telefónico) o no cableados (microondas, ondas de radio,
comunicación satelital).
Cada fabricante de equipos para sistemas SCADA emplean diferentes
protocolos de comunicación y no existe un estándar para la estructura de los
mensajes, sin embargo existen estándares internacionales que regulan el
diseño de las interfaces de comunicación entre los equipos del sistema
SCADA y equipos de transmisión de datos.
III.1.5 Comunicaciones
En una comunicación deben existir tres elementos necesariamente:
1) Un medio de transmisión, sobre el cual se envían los mensajes.
2) Un equipo emisor que puede ser el MTU.
3) Un equipo receptor que se puede asociar a los RTU´s.
En telecomunicaciones, el MTU (Unidad de transmisión maestra) y el RTU
(Unidad Terminal Remota) son también llamados Equipos terminales de datos
(DTE, Data Terminal Equipments). Cada uno de ellos tiene la habilidad de
generar una señal que contiene la información a ser enviada. Asimismo,
tienen la habilidad para descifrar la señal recibida y extraer la información,
pero carecen de una interfaz con el medio de comunicación.
-28-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
En la Figura3.5 se muestra un esquema de comunicación entre MTU y RTU.
Figura 3.5 Esquema de comunicación
Fuente: www.alfinal.com/Temas/sistemascada.php
III.1.6 Medios de Transmisión de Datos
Los medios de transmisión de datos se dividen en medios guiados y medios
no guiados.
a) Los Medios Guiados son los que utilizan componentes físicos y sólidos
para la transmisión de datos. También conocidos como medios de
transmisión por cable.
b) Los Medios no Guiados o sin cable son medios de transmisión que no
podemos ver como Señales de Radio y Microondas.
a) Medios Guiados
-29-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Cable Coaxial
Consiste en un cable conductor interno (cilíndrico) separado de otro cable
conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se
recubre por otra capa aislante que es la funda del cable. Se suele utilizar
para televisión, telefonía a larga distancia, redes de área local, conexión de
periféricos a corta distancia, etc.
Se utiliza para transmitir señales analógicas o digitales. Sus inconvenientes
principales son: atenuación, ruido térmico, ruido de intermodulación. Para
señales analógicas se necesita un amplificador cada pocos kilómetros y para
señales digitales un repetidor cada kilómetro.7
En la Figura 3.6 se muestra la estructura de un cable coaxial.
Figura 3.6 Estructura y partes de un cable coaxial
Fuente: www.monografias.com/trabajos17/medios-de-transmision/medios-de-transmision.shtml#noguiados
Fibra Óptica
Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales
naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y
300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente
pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento
vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.
7 Redes de Computadoras Cuarta Edición- ANDREW S. TANENBAUM
-30-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión
interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la
superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que
toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede
transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar
pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra,
el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un
índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la
superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.
En la fibra óptica la señal no se atenúa tanto como en el cobre, ya que en las
fibras no se pierde información por refracción o dispersión de luz
consiguiéndose así buenos rendimientos.8
En la figura 3.7 se muestra la estructura de la fibra óptica y sus aplicaciones.
8 Redes de Computadoras Cuarta Edición- ANDREW S. TANENBAUM
-31-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
a) b)
c)
Figura 3.7 a) Estructura de la fibra óptica b) Fibra óptica real c) Aplicaciones
de la fibra óptica.
Fuente: a) cableadoderedes.blogspot.com/2008/03/anexo.html b) tic-tac.teleco.uvigo.es/profiles/blogs/obs-el-puente-
hacia-ops?xg_source=shorten_twitter c) laiguanailustrada.blogspot.com/2009/10/graphics-nobel-de-fisica-la-luz.html
En conclusión para la solución al presente problema de comunicación no se
usaran medios guiados ya que sus costos serian más elevados y actualmente
existen soluciones más factibles con medios no guiados.
b) Medios no Guiados
Microondas
-32-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Se utilizan en las comunicaciones del radar o la banda UHF (Ultra-High-
Frecuency).9 La información se transmite en forma digital a través
de ondas de radio de muy corta longitud (unos pocos centímetros). Pueden
direccionarse múltiples canales a múltiples estaciones dentro de un enlace
dado, o pueden establecer enlaces punto a punto. Las estaciones consisten
en una antena tipo plato y de circuitos que interconectan la antena con la
terminal del usuario.
Para la comunicación de microondas terrestres se deben usar antenas
parabólicas, las cuales deben estar alineadas o tener visión directa entre
ellas, además entre mayor sea la altura mayor el alcance, sus problemas se
dan perdidas de datos por atenuación e interferencias, y es muy sensible a las
malas condiciones atmosféricas.
Existen 2 tipos de transmisión por microondas:
a) Microondas terrestres
b) Microondas por satélite
Las diferencias entre las ondas de radio y las microondas son:
Las microondas son unidireccionales y las ondas de radio
omnidireccionales.
Las microondas son más sensibles a la atenuación producida por la lluvia.
En las ondas de radio, al poder reflejarse estas ondas en el mar u otros
objetos, pueden aparecer múltiples señales "hermanas".10
En la Figura 3.8 se muestran los tipos de enlace microondas.
9 Comunicaciones Electrónicas-Wayne Tomasi10 Comunicaciones Electrónicas-Wayne Tomasi
-33-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
a)
b)
Figura 3.8 a) Enlace Microondas Terrestre b) Enlace Microondas por
Satélite.
Fuente: a) tutorial.galeon.com/inalambrico.htm b) lancerred.blogspot.com/2009/09/redes-inalambricas.html
Ondas de Radio
Son las utilizadas en telecomunicaciones e incluyen las ondas de radio y
televisión. Su frecuencia oscila desde unos pocos hercios hasta mil millones
-34-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
de hercios. Se originan en la oscilación de la carga eléctrica en las antenas
emisoras (dipolo- radiantes).
A diferencia de las corrientes alternas de frecuencia menor, las ondas de
radio no tienen un efecto excitomotor (estimulante del sistema
neuromuscular), sino que producen en el organismo un efecto térmico.
Gracias a las ondas de radio se dispone de un mecanismo para realizar una
termoterapia en el interior del organismo de manera homogénea.
En la actualidad, las ondas de radio se emplean sobre todo en el tratamiento
denominado onda corta. Se trata de un tipo de corriente alterna de alta
frecuencia caracterizada por tener una longitud de onda comprendida entre 1
y 30 metros (10-300 MHz). La onda corta, debido a su alta frecuencia es
capaz de atravesar toda clase de cuerpos, tanto conductores como no
conductores, pero es en los cuerpos conductores donde se produce un
calentamiento apreciable debido al efecto Joule.11
En la Figura 3.9 se muestra un enlace de Radio Frecuencia Punto a punto.
11 Comunicación Electrónica- Wayne Tomasi
-35-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 3.9 Típico enlace por Radio frecuencia
Fuente: www.pcenterperu.com/store/index.php/soluciones/enlaces-punto-a-punto.html
2
III.1.7 Equipos Utilizados en Medios de Transmisión de Datos
A continuación se mencionan algunos equipos utilizados por medios de
transmisión de datos (medios Guiados y no Guiados), Algunos de estos
equipos son utilizados actualmente por el Departamento SCADA de
Distribución de la Empresa Nacional de Energía eléctrica (ENEE).
1) Modem
Un módem es un equipo que sirve para modular y desmodular (en amplitud,
frecuencia, fase u otro sistema) una señal llamada portadora mediante otra
señal de entrada llamada moduladora. El modem convierte señales digitales
del ordenador en señales analógicas.
El modulador emite una señal denominada portadora. Generalmente, se trata
de una simple señal eléctrica sinusoidal de mucho mayor frecuencia con que
la señal moduladora. La señal moduladora constituye la información que se
prepara para una transmisión (un módem prepara la información para ser
transmitida, pero no realiza la transmisión).12
Distintos módems se comunican a velocidades diferentes. La mayoría de los
módems nuevos pueden enviar y recibir datos a 33,6 Kbps y faxes a 14,4
Kbps. Algunos módems pueden bajar información desde un Proveedor de
Servicios Internet (ISP) a velocidades de hasta 56 Kbps.13
12 www.taringa.net/post/info/913517/tipos-de-Modem.html13 www.monografias.com/trabajos/todomodem
-36-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Los módems, llamados también Equipo de Comunicación de Datos (DCE,
Data Communication Equipment), son capaces de recibir la información de los
DTE´s, hacer los cambios necesarios en la forma de la información, y enviarla
por el medio de comunicación hacia el otro DCE, el cual recibe la información
y la vuelve a transformar para que pueda ser leído por el DTE.
Tipos de Modem Utilizados
a) Modem GPRSb) Modem VPN
a) GPRS
General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes vía
radio es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles
(Global System for Mobile Communications o GSM) para la transmisión de
datos no conmutada (o por paquetes).
Los servicios de paquetes como GPRS se orientan al tráfico de datos. La
tecnología GPRS como bien lo indica su nombre es un servicio (Service)
orientado a radio enlaces (Radio) que da mejor rendimiento a la conmutación
de paquetes (Packet) en dichos radio enlaces.14
b) VPN
Una red privada virtual o VPN (siglas en inglés de virtual private network), la
es una tecnología de red que permite una extensión de la red local sobre una
red pública o no controlada, como por ejemplo Internet.15
14 www.developershomo.com/sms/GSMModemIntro.as15 www.configurarequipos.com/doc499.html
-37-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Ejemplos comunes son, la posibilidad de conectar dos o más equipos remotos
utilizando como vínculo Internet, permitir a los miembros del equipo de
soporte técnico la conexión desde su casa al centro de cómputo, o que un
usuario pueda acceder a su equipo desde un sitio remoto. Todo ello utilizando
la infraestructura de Internet.
2) Radio Modem
Un radio módem o módem radio como lo llaman algunos, es un módulo
electrónico que incluye por un lado un micro controlador de control y por otro
un transmisor y un receptor de radio que son controlados por el procesador.
EL micro controlador se comunica con el mundo exterior mediante una
conexión serie cuya velocidad varía dependiendo del modelo, aunque la
mayoría pueden comunicar a 9600 y 19200 baudios. El micro controlador
empleado suele ser un Atmel (Familia de micro controladores) o bien un PIC
(Familia de micro controladores) y normalmente se conecta directamente con
los pines de conexión del radio módem, por lo que es muy recomendable usar
algún tipo de circuito búfer para proteger el micro y evitar averías. Como
normalmente la señal entregada por el radio módem está invertida, basta con
añadir algún tipo de puerta inversora que también actúe como búfer.
La velocidad a la que se comunica el radio modem por el aire es
independiente de la velocidad de conexión local y varia de un modelo a otro,
aunque la mayoría se comunica con velocidades superiores a los 19200
baudios, por lo que no presentan grandes retardos en las comunicaciones.16
Componentes de un Radio Modem
a) Antena Yagui
16 www.superrobotica.com/radio.htm
-38-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Es una antena constituida por varios elementos y coplanarios, directores,
activos y reflectores. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los
activos radian el campo y los reflectores lo reflejan.
La antena Yagui fue hecha con el objetivo de incrementar la directividad del
sistema y concentrar la potencia radiada en un área más pequeña.17
b) Poli facer
El poli facer sirve para protección del Radio modem, se conecta a tierra y al
haber una sobrecarga se abre para proteger al modem.
III.1.8 Definición de una Red
Es un conjunto de equipos conectados por medio de cables, señales, ondas o
cualquier otro método de transporte de datos, que comparten información
(archivos), recursos (CD-ROM, impresoras, etc.), servicios (acceso a internet,
e-mail, chat, juegos), etc. incrementando la eficiencia y productividad de las
personas. Una red de comunicaciones es un conjunto de medios técnicos que
permiten la comunicación a distancia entre equipos autónomos (no jerárquica
máster/Slave). Normalmente se trata de transmitir datos, audio y vídeo por
ondas electromagnéticas a través de diversos medios (aire, vacío, cable de
cobre, cable de fibra óptica, etc.).18
La Figura 3.5 muestra un ejemplo de Red.
17 www.virtual.unal.edu.com/cursos/sedes/manizales18 Redes de Computadoras Cuarta edición – ANDREW S. TANENBAUM
-39-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 3.10 Esquema de una red
Fuente: www.elblogdefreddyynaly.blogspot.com/2010/06/red-de-computadoras.html
III1.8.1 Tipos de Redes
Los tipos de redes se pueden clasificar según:
a) Su tamaño y extensión:
Redes LAN. Las redes de área local (Local Área Network) son redes
de ordenadores cuya extensión es del orden de entre 10 metros a 1
kilómetro. Son redes pequeñas, habituales en oficinas, colegios y
empresas pequeñas, que generalmente usan la tecnología de
broadcast, es decir, aquella en que a un sólo cable se conectan todas
las máquinas. Como su tamaño es restringido, el peor tiempo de
transmisión de datos es conocido, siendo velocidades de transmisión
típicas de LAN las que van de 10 a 100 Mbps (Megabits por segundo).
Redes MAN. Las redes de área metropolitana (Metropolitan Area
Network) son redes de ordenadores de tamaño superior a una LAN,
soliendo abarcar el tamaño de una ciudad. Son típicas de empresas y
organizaciones que poseen distintas oficinas repartidas en un mismo
-40-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
área metropolitana, por lo que, en su tamaño máximo, comprenden un
área de unos 10 kilómetros.
Redes WAN. Las redes de área amplia (Wide Area Network) tienen un
tamaño superior a una MAN, y consisten en una colección de host o de
redes LAN conectadas por una subred. Esta subred está formada por
una serie de líneas de transmisión interconectadas por medio de
routers, aparatos de red encargados de rutear o dirigir los paquetes
hacia la LAN o host adecuado, enviándose éstos de un router a otro.
Su tamaño puede oscilar entre 100 y 1000 kilómetros.
Redes Internet. Una internet es una red de redes, vinculadas mediante
ruteadores gateways. Un gateway o pasarela es un computador
especial que puede traducir información entre sistemas con formato de
datos diferentes. Su tamaño puede ser desde 10000 kilómetros en
adelante, y su ejemplo más claro es Internet, la red de redes mundial.
Redes inalámbricas. Las redes inalámbricas son redes cuyos medios
físicos no son cables de cobre de ningún tipo, lo que las diferencia de
las redes anteriores. Están basadas en la transmisión de datos
mediante ondas de radio, microondas, satélites o infrarrojos.
b) Clasificación de las redes según la tecnología de transmisión:
Redes de Broadcast. Aquellas redes en las que la transmisión de
datos se realiza por un sólo canal de comunicación, compartido
entonces por todas las máquinas de la red. Cualquier paquete de datos
enviado por cualquier máquina es recibido por todas las de la red.
Redes Point-To-Point. Aquellas en las que existen muchas
conexiones entre parejas individuales de máquinas. Para poder
transmitir los paquetes desde una máquina a otra a veces es necesario
-41-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
que éstos pasen por máquinas intermedias, siendo obligado en tales
casos un trazado de rutas mediante dispositivos routers.
c) Clasificación de las redes según el tipo de transferencia de datos que soportan:
Redes de transmisión simple. Son aquellas redes en las que los
datos sólo pueden viajar en un sentido.
Redes Half-Duplex. Aquellas en las que los datos pueden viajar en
ambos sentidos, pero sólo en uno de ellos en un momento dado. Es
decir, sólo puede haber transferencia en un sentido a la vez.
Redes Full-Duplex. Aquellas en las que los datos pueden viajar en
ambos sentidos a la vez.19
d) Topología De Redes
Cuando se habla de topología de una red, se habla de su configuración. Esta
configuración recoge tres campos: físico, eléctrico y lógico. El nivel físico y
eléctrico se puede entender como la configuración del cableado entre
máquinas o dispositivos de control o conmutación. Cuando hablamos de la
configuración lógica tenemos que pensar en cómo se trata la información
dentro de nuestra red, como se dirige de un sitio a otro o como la recoge cada
estación.
Topología en estrella
Todos los elementos de la red se encuentran conectados directamente
mediante un enlace punto a punto al nodo central de la red, quien se encarga
de gestionar las transmisiones de información por toda la estrella.
19 Sistemas SCADA 2ª Edición-Aquilino Rodríguez Penin
-42-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Evidentemente, todas las tramas de información que circulen por la red deben
pasar por el nodo principal, con lo cual un fallo en él provoca la caída de todo
el sistema. Por otra parte, un fallo en un determinado cable sólo afecta al
nodo asociado a él; si bien esta topología obliga a disponer de un cable propio
para cada terminal adicional de la red. La topología de Estrella es una buena
elección siempre que se tenga varias unidades dependientes de un
procesador, esta es la situación de una típica mainframe (Computadora
Central), donde el personal requiere estar accesando frecuentemente a esta
computadora. En este caso, todos los cables están conectados hacia un solo
sitio, esto es, un panel central.
En la Figura 3.11 se muestra un ejemplo de Topología Estrella.
Figura 3.11 Topología Estrella
Fuente: www.kalipedia.com/informatica/tema/comunicacion-ordenadores.html?x=20070821klpinginf_45.Kes
-43-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Topología en bus
En esta topología, los elementos que constituyen la red se disponen
linealmente, es decir, en serie y conectados por medio de un cable; el bus.
Las tramas de información emitidas por un nodo (terminal o servidor) se
propagan por todo el bus (en ambas direcciones), alcanzado a todos los
demás nodos. Cada nodo de la red se debe encargar de reconocer la
información que recorre el bus, para así determinar cuál es la que le
corresponde, la destinada a él.
Es el tipo de instalación más sencillo y un fallo en un nodo no provoca la
caída del sistema de la red. Por otra parte, una ruptura del bus es difícil de
localizar (dependiendo de la longitud del cable y el número de terminales
conectados a él) y provoca la inutilidad de todo el sistema. El bus es la parte
básica para la construcción de redes Ethernet.
En la Figura 3.7 se muestra un ejemplo de Topología Bus
Figura 3.12 Topología Bus
Fuente: www.kalipedia.com/informatica/tema/comunicacion-ordenadores.html?x=20070821klpinginf_45.Kes
Topología en anillo
-44-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Los nodos de la red se disponen en un anillo cerrado conectado a él mediante
enlaces punto a punto. La información describe una trayectoria circular en una
única dirección y el nodo principal es quien gestiona conflictos entre nodos al
evitar la colisión de tramas de información. En este tipo de topología, un fallo
en un nodo afecta a toda la red aunque actualmente hay tecnologías que
permiten mediante unos conectores especiales, la desconexión del nodo
averiado para que el sistema pueda seguir funcionando. La topología de anillo
está diseñada como una arquitectura circular, con cada nodo conectado
directamente a otros dos nodos. Toda la información de la red pasa a través
de cada nodo hasta que es tomado por el nodo apropiado. Este esquema de
cableado muestra alguna economía respecto al de estrella. El anillo es
fácilmente expandido para conectar más nodos, aunque en este proceso
interrumpe la operación de la red mientras se instala el nuevo nodo. Así
también, el movimiento físico de un nodo requiere de dos pasos separados:
desconectar para remover el nodo y otra vez reinstalar el nodo en su nuevo
lugar.
En la figura 3.13 se muestra un
ejemplo de topología en anillo.
Figura 3.13 Topología en Anillo
Fuente: www.kalipedia.com/informatica/tema/comunicacion-ordenadores.html?x=20070821klpinginf_45.Kes
-45-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Topología Árbol
En esta topología que es una generalización del tipo bus, el árbol tiene su
primer nodo en la raíz y se expande hacia fuera utilizando ramas, en donde se
conectan las demás terminales.
Esta topología permite que la red se expanda y al mismo tiempo asegura que
nada más existe una ruta de datos entre dos terminales cualesquiera.
La figura 3.9 se muestra un ejemplo de topología Árbol.
Figura 3.14 Topología de Árbol
Fuente: www.ipcolombia.com/cap_redes_lan1.htm
Topología Mesh (Malla)
Es una combinación de más de una topología, como podría ser un bus
combinado con una estrella.
Este tipo de topología es común en lugares en donde tenían una red bus y
luego la fueron expandiendo en estrella.
-46-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Son complicadas para detectar su conexión por parte del servicio técnico para
su reparación.20
La figura 3.15 muestra un ejemplo de Topología de malla.
Figura 3.15 Topología de Malla
Fuente: glendasnotepad.wordpress.com/2008/08/10/159/
Actualmente el tipo de Topología adoptada por el Departamento SCADA de Distribución de la ENEE es estrella.
III.1.9 Protocolos de comunicación
Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas y procedimiento que
permite a las unidades remotas y central, el intercambio de información. Los
sistemas SCADA hacen uso de los protocolos de las redes Industriales.
A continuación se mencionan los protocolos más importantes utilizados y a
utilizar para solventar el actual problema de comunicación.
20 Sistemas SCADA 2ª Edición-Aquilino Rodríguez Penin
-47-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
a) Protocolo DNP3.0Este protocolo es de acceso libre e independiente del tipo de transmisión a
utilizar, ya sea alámbrica o por radiofrecuencia, se limita al establecimiento del
tipo de información a transmitir. Dentro de la cual se incluye una sección de
encabezado y una de datos. Este protocolo es compatible con transmisión
RS232/485, TCP/IP y en su mayoría los sistemas SCADA ya lo traen
incorporado o existen drivers que se acoplan al sistema y se comunican con
DNP.
El protocolo DNP3.0. Desarrollado por General Electric21 para una compañía
en específico y luego se difundió como un estándar de comunicación en
sistemas de distribución eléctrica.
La forma de las tramas utilizadas por este protocolo se muestra en la figura
3.16.
Figura 3.16 Encabezado general de las tramas DNP3.0
Este protocolo es utilizado para establecer la comunicación entre el panel de
control del recloser y el programa propietario desarrollado en Delphi (lenguaje
de programación) para interface Windows.22
21 General Electric, ahora GE Harris22 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
-48-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
b) Protocolo TCP/IP
TCP/IP son las siglas de Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de
Internet (en inglés Transmission Control Protocol/Internet Protocol), un
sistema de protocolos que hacen posibles servicios Telnet
(Telecommunication Network), FTP (File Transfer Protocol), E-mail, y otros
entre ordenadores que no pertenecen a la misma red.
El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) permite a dos anfitriones
establecer una conexión e intercambiar datos. El TCP garantiza la entrega de
datos, es decir, que los datos no se pierdan durante la transmisión y también
garantiza que los paquetes sean entregados en el mismo orden en el cual
fueron enviados.
El Protocolo de Internet (IP) utiliza direcciones que son series de cuatro
números octetos (byte) con un formato de punto decimal. 23
Es un protocolo DARPA que proporciona transmisión fiable de paquetes de
datos sobre redes. El nombre TCP / IP Proviene de dos protocolos
importantes de la familia, el Transmission Control Protocol (TCP) y el Internet
Protocol (IP). Todos juntos llegan a ser más de 100 protocolos diferentes
definidos en este conjunto.
El TCP / IP es la base del Internet que sirve para enlazar computadoras que
utilizan diferentes sistemas operativos, incluyendo PC, minicomputadoras y
computadoras centrales sobre redes de área local y área extensa. TCP / IP
fue desarrollado y demostrado por primera vez en 1972 por el departamento
de defensa de los Estados Unidos, ejecutándolo en el ARPANET una red de
área extensa del departamento de defensa.24
23 Redes de Computadoras Cuarta Edición-ANDREW S. TANENBAUM24 Redes de Computadoras Cuarta Edición-ANDREW S. TANENBAUM
-49-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Este sería el protocolo propuesto a utilizarse en la integración del control
Forma 6 propuesto.
c) Protocolo Modbus
Modbus (de la prestigiosa Firma Modicon en 1979) es un protocolo de
comunicaciones, basado en la arquitectura maestro/esclavo creado para las
los PLC.
Posee amplia disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos
industriales con puerto serie y Ethernet, este permite el control de una red de
dispositivos y estaciones RTU por medio de un PLC, ordenador o en los
sistemas de supervisión y adquisición de datos SCADA.
Es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos
electrónicos industriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es
superior a otros protocolos de comunicaciones son:
Es público
Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo
Maneja bloques de datos sin suponer restricciones
Este protocolo define la estructura de los mensajes que los PLCs
reconocen, sin importar el tipo de red sobre la cual se comunican.
Describe el proceso que el controlador utiliza para solicitar acceso a
otro dispositivo, cómo responde a los requerimientos de otros
controladores y cómo se detectan y reportan los errores de
comunicación.
Establece un formato común para la distribución y el contenido de los
registros o campos de los mensajes.
-50-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Se trata de un protocolo abierto, es decir que se encuentra disponible
en forma gratuita.25
La Figura 3.17 muestra el Encapsulamiento de la trama MODBUS en TCP.
Fuente: /www.dte.upct.es/personal/manuel.jimenez/docencia/GD6_Comunic_Ind/pdfs/Tema 7.pdf
III.1.10 Monitoreo de Datos
Para poder monitorear datos se forma remota se necesitan lo que son
entradas y salidas tanto analógicas como digitales.
III.1.10.1 Entradas
Las entradas mediante el interfaz, adapta y codifica de forma comprensible
para la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o
captadores.
Hay dos tipos de entradas:
Entradas Analógicas
Entradas Digitales
a) Entradas analógicas
25 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
-51-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Los módulos de entrada analógicas permiten que los autómatas
programables trabajen con accionadores de mando analógico y lean señales
de tipo analógico como pueden ser Señales eléctricas, temperatura, la
presión o el caudal.
Los módulos de entradas analógicas convierten una magnitud analógica en
un número que se deposita en una variable interna del autómata. Lo que
realiza es una conversión A/D, puesto que el autómata solo trabajar con
señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución
determinada (numero de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo
muestreo).
Los módulos de entrada analógica pueden leer tensión o intensidad.
El proceso de adquisición de la señal analógica consta de varias etapas:
Filtrado
Conversión A/D
Memoria Interna
b) Entradas digitales
Los módulos de entrada digitales permiten conectar a los autómatas
captadores de tipo todo o nada como finales de carrera pulsadores.
Los módulos de entrada digitales trabajan con señales de tensión, por
ejemplo cuando por una vía llegan 24 voltios se interpreta como un "1" y
cuando llegan cero voltios se interpreta como un "0"
El proceso de adquisición de la señal digital consta de varias etapas.
-52-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Protección contra sobretensiones
Filtrado
Puesta en forma de la onda
Aislamiento Galvánico o por optoacoplador
III.1.10.2 Salidas
La salida también mediante interfaz trabaja de forma inversa a las entradas,
es decir, decodifica las señales procedentes de la CPU, y las amplifica y
manda con ellas los dispositivos de salida o actuadores como lámparas, relés,
etc. Aquí también existen unos interfaces de adaptación a las salidas de
protección de circuitos internos.
Hay dos tipos de salidas:
Salidas Analógicas
Salidas Digitales
a) Salidas Analógicas
Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable
numérica interna del autómata se convierta en tensión o intensidad.
Lo que realiza es una conversión D/A, puesto que el autómata solo trabaja
con señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o
resolución determinada (numero de bits) y cada cierto intervalo de tiempo
(periodo muestreo).
Esta tensión o intensidad puede servir de referencia de mando para
actuadores que admitan mando analógico como pueden ser los variadores de
-53-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
velocidad, las etapas de los tiristores de los hornos, reguladores de
temperatura... Permitiendo al autómata realiza funciones de regulación y
control de procesos continuos.
El proceso de envío de la señal analógica consta de varias etapas:
Aislamiento Galvánico
Conversión D/A
Circuito de amplificación y adaptación
Protección electrónica de la salida
b) Salidas Digitales
Un módulo de salida digital permite al autómata programable actuar sobre los
preaccionadores y accionadores que admitan ordenes de tipo todo o nada.
El valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de
un relé interno del autómata en el caso de módulos de salidas a relé.
En los módulos estáticos (bornero), los elementos que conmutan son los
componentes electrónicos como transistores o triacs, y en los módulos
electromecánicos son contactos de relés internos al módulo.
Los módulos de salidas estáticos al suministrar tensión, solo pueden actuar
sobre elementos que trabajan todos a la misma tensión, en cambio los
módulos de salida electromecánicos, al ser libres de tensión, pueden actuar
sobre elementos que trabajen a tensiones distintas.
-54-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
El proceso de envío de la señal digital consta de varias etapas:
Puesta en forma
Aislamiento
Circuito de mando (Relé Interno)
Protección Electrónica
Tratamiento cortocircuitos
Las señales analógicas sufren un gran proceso de adaptación tanto en los
módulos de entrada como en los módulos de salida. Las funciones de
conversión A/D y D/A que realiza son esenciales. Por ello los módulos de E/S
analógicos se les consideran módulos de E/S especiales.26
III.1.11 Hardware
III.1.11.1 Elementos Del Sistema
Un sistema SCADA está conformado por:
Interfaz Operador Máquinas: Es el entorno visual que brinda el
sistema para que el operador se adapte al proceso desarrollado por la
planta. Permite la interacción del ser humano con los medios
tecnológicos implementados.
Unidad Central (MTU): Conocido como Unidad Maestra. Ejecuta las
acciones de mando (programadas) en base a los valores actuales de
las variables medidas.
26www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/paginaprincipal/plc/estructuras/estructura interna/seccion de ES/seccion_de_es.htm#Entradas analógicas
-55-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de
alto nivel (como C, Basic, etc.). También se encarga del almacenamiento y
procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo
pueda tener acceso a ellos.
Unidad Remota (RTU): Lo constituye todo elemento que envía algún
tipo de información a la unidad central. Es parte del proceso productivo
y necesariamente se encuentra ubicada en la planta.
Sistema de Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de
información del punto donde se realizan las operaciones, hasta el
punto donde se supervisa y controla el proceso. Lo conforman los
transmisores, receptores y medios de comunicación.
Transductores: Son los elementos que permiten la conversión de una
señal física en una señal eléctrica (y viceversa). Su calibración es muy
importante para que no haya problema con la confusión de valores de
los datos.
III.1.11.2 Descripción Del Hardware Externo de un Sistema SCADA
a) Restaurador
Los restauradores o recloser en estudio presentan una bobina solenoide
colocada en serie con la línea de distribución eléctrica, esta inicia el proceso
de desconexión cuando se da un exceso de corriente (valor que es definido
por la bobina), separando los contactos y preparando el sistema de
reconexión. Si la falla es temporal el Restaurador restaura la conexión
-56-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
después de un tiempo predeterminado, en caso de una falla permanente el
Restaurador intentará un numero preestablecido de reconexiones (máximo 3
y mínimo 0), quedando finalmente abierto y bloqueado.
También están provistos de una manija de control para manipulación externa,
cuando el Restaurador se encuentra bloqueado por una falla permanente es
necesario reactivarlo manualmente en el sitio.
b) Dispositivos de Campo y Cableado
Los dispositivos de campo con los que se dispone en un sistema SCADA son
de diversos tipos y en cada uno de ellos existen parámetros de selección,
desde el rango de trabajo, precisión, dimensiones, precio, etc., los cuales
hacen que cada sistema sea un caso particular aunque todos ellos tienen
siempre características comunes.
Generalmente los dispositivos de campo no suelen tener borneras suficientes
como para poder realizar todos los empalmes necesarios para el
funcionamiento del sistema, deben utilizarse cajas de paso o cajas terminales
donde se pueden realizar las uniones de los puntos que se desean empalmar.
c) RTU (Unidad Terminal Remota)
La RTU es un sistema que cuenta con un microprocesador e interfaces de
entrada y salida tanto analógicas como digitales que permiten tomar la
información del proceso provista por los dispositivos de instrumentación y
control en una localidad remota y, utilizando técnicas de transmisión de datos,
y enviarla al sistema central.
-57-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Las unidades terminales remotas consisten en una pequeña y robusta
computadora que almacenaba datos y los transmite a la terminal maestra
para que esta controle los instrumentos. Es una unidad stand-alone
(independiente) de adquisición y control de datos. Su función es controlar el
equipamiento de proceso en el sitio remoto, adquirir datos del mismo, y
transferirlos al sistema central SCADA.
Hay dos tipos básicos de RTU- "single boards" (de un solo módulo),
compactos, que contienen todas las entradas de datos en una sola tarjeta, y
"modulares" que tienen un modulo CPU separado, y pueden tener otros
módulos agregados, normalmente enchufándolos en una placa común (similar
a una PC con una placa madre donde se montan procesador y periféricos).
Una RTU “single board” tiene normalmente I/O fijas, por ejemplo, 16 entradas
de información digitales, 8 salidas digitales, 8 entradas de información
analógicas, y 4 salidas analógicas. No es normalmente posible ampliar su
capacidad.
En la actualidad gracias a la modularidad funcional y material, las unidades
remotas pueden ser utilizadas tanto para satisfacer necesidades de
transmisión de alarmas como para la supervisión completa de una compleja
instalación de telegestión, en forma autónoma o acoplada a módulos de
expansión.
La mayoría de terminales incluyen un software embarcado que integra
potentes recursos de comunicación y supervisión, sin necesidad de
programación específica claro que se tiene que tomar un cuenta que este
software es especifico de cada compañía y no son compatibles entre sí. Para
minimizar el problema de compatibilidad las compañías están realizando sus
-58-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
programas bajo estándares para poder vender sus productos con mayor
facilidad.
La mayor parte de las RTU tienen como características principales:
Comunicaciones a través de la red telefónica fija y móvil, radio enlaces,
líneas dedicadas, bus de campo.
Adquisición y mando (señales digitales y analógicas, conteos).
Capacidad: entre 280 y 700 variables (según las aplicaciones).
Procesamientos y automatismos parametrables.
Almacenamiento de datos a largo plazo (alarmas, medidas, conteos,
informes).
Alerta hacia estaciones maestras, buscapersonas y teléfonos móviles.
Módulos especializados (automatización y gestión de las estaciones de
elevación).
Enlaces entre instalaciones (entre remota y remota, entre remotas y
módulos).
Compatibilidad con otros productos (autómatas programables,
analizadores, controladores, medidores, ordenadores de supervisión.)
La interacción humano-máquina (IHM) para configurar y operar el equipo
puede realizarse localmente o a distancia, mediante un microordenador
(programas y otros productos compatibles), en un lenguaje natural e intuitivo.
Las UTR en los tiempos han sido desplazadas por los Controlador lógico
programable quienes han fortalecido sus facilidades de comunicación a través
de protocolos para sistemas de control (MODBUS, DNP3, IEC-101, IEC -105
etc.)27
La Figura 3.18 muestra un diagrama general de un RTU.
27 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
-59-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 3.18 Diagrama general de un RTU
Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright
El hardware de un RTU tiene los siguientes componentes principales:
CPU y memoria volátil (RAM).
Memoria no volátil para grabar programas y datos.
Capacidad de comunicaciones a través de puertos seriales o a veces
con módem incorporado.
Fuente de alimentación segura (con salvaguardia de batería).
“Watchdog timer” (que asegure reiniciar el RTU si algo falla).
Protección eléctrica contra fluctuaciones en la tensión.
Interfaces de entrada-salida a DI/DO/AI/AO.
Reloj de tiempo real
-60-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
d) Control De Restaurador
Los controles para restaurador son equipos que están equipados con
numerosas funciones sofisticadas que ofrecen flexibilidad de aplicación,
operación SCADA, y el registro de eventos. La fuente de energía primaria es
de 120 Vac. También existen versiones de 240 Vac.28
e) Sistemas de Respaldo (UPS)
El UPS (suministro de energía ininterrumpido) es un dispositivo auxiliar que
puede proporcionar energía eléctrica tras la ausencia de energía suministrada
por la compañía distribuidora.
III.1.12 Software
Un software SCADA debe ser capaz de ofrecer al sistema:
Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del
operador
Para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de
incidencias.
Generación de datos históricos de las señale de planta, que pueden
ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.
Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso
anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas
condiciones.
Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos
aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador.
28 Cooper Power System
-61-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
III.1.12.1 Período de Escaneo
Uno de los aspectos importantes que debe ser considerado es el tiempo de
escaneo de los RTU´s por el MTU, que se define como el tiempo que demora
el MTU en realizar una comunicación con cada uno y todos los RTU´s del
sistema. Uno de los factores que determina el tiempo de escaneo es el
número de RTU´s, en general a mayor número de RTU´s mayor el tiempo de
escaneo. Un segundo factor a ser considerado es la cantidad de datos a ser
transmitido el cual puede variar entre un par de estados a cientos de estados
lo cual incrementa el tiempo de escaneo. Otro factor importante es el número
de bits por segundo que puede soportar el medio de transmisión el cual
determina el material del medio y el tipo de modulación.
Así como el MTU busca y encuentra cada RTU, el RTU busca y encuentra
cada sensor y actuador a los cuales está conectado. Esta búsqueda se realiza
a mucha mayor velocidad del MTU hacia los RTU.
III.2 MARCO CONTEXTUAL
En este apartado se describe el sistema SCADA de Distribución de la ENEE,
así como también se da una breve explicación de cómo se realiza el
monitoreo y control con los equipos instalados en la Red de Distribución de
Energía de los Sistemas Eléctricos de la Región C.S y sus componentes.
III.2.1 Descripción del Sistema SCADA de Tegucigalpa
Actualmente el sistema SCADA en Tegucigalpa cuenta con la intervención de
siete Subestaciones y veinte Restauradores de poste. El enlace se hace
-62-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
mediante una red de comunicaciones en banda UHF (Ultra High Frequency)
de 450 a 470 MHz.29
En Tegucigalpa desde el Centro de Control se pueden Telecontrolar Veinte
(20) Restauradores Trifásicos de Distribución, de los cuales Diecisiete (17)
Restauradores se encuentran instalados en la red de distribución de 13.8 KV
(Área Urbana). Y tres (3) Restauradores en la Red de Distribución de 34.5 KV
(Área Rural, periferia de la ciudad) Estos restauradores se controlan mediante
una interfaz IHM (Interfaz Hombre-Máquina), en la cual se pueden realizar
mandos a distancia, ver estados, alarmas, estados de comunicaciones y
monitorear parámetros de energía: Potencia Real (P), Potencia Reactiva (Q),
Potencia Aparente (S), Corriente (I), Voltaje (V); por medio del software
SCADA SHERPA a través de protocolo DNP3.
La interacción con estos equipos se realiza mediante un panel de control y un
puerto RS232, donde es conectado un radio modem con el cual se transmiten
y reciben las señales mediante el protocolo DNP3.0. El funcionamiento de
estos equipos ha servido como referencia para la integración de mas
controles de restauradores, e incluso añadir otras variable o estados.
29 Referenciado por el Ingeniero Edwin Padilla-SCADA ENEE
-63-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
En la figura 3.19 se puede observar cómo está distribuido el enlace de
comunicación del sistema SCADA en Tegucigalpa.
Figura 3.19 Enlace de comunicación de sistema SCADA en Tegucigalpa
Fuente: Depto. Unidad de Control Electrónico SCADA (ENEE)
III.2.2 Componentes del Sistema SCADA utilizados por la ENEE en la Red de Distribución de Energía Eléctrica.
Zona Urbana (Tegucigalpa y Comayagüela)
Restaurador o Reconectador Trifásico
RTU (Unidad Terminal Remota) en el caso de la utilización del control
FXA.
Control de Restaurador (FXA, Forma 6)
Radio Modem (DATARADIO INTEGRA)
Antena Yagi
-64-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
RTU (DART)
Las RTU DART son utilizadas como complemento para los controles FXA
utilizados en la zona urbana (Tegucigalpa), ya que estos carecen de remotas
no como en el caso de Forma 5 y Forma 6 que ya está integrada.
En la Figura 3.20 se muestra la estructura de una RTU DART de las
instaladas en la zona Urbana (Tegucigalpa) y una vista real de la misma
a)
-65-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
b)
Figura 3.20 a) Esquema de una RTU DART b) Vista real de una RTU DARTFuente: a) Cooper Power System b) Depto. Unidad de control Electrónico SCADA (ENEE)
Control de Restaurador FXA
Los controles FXA (ver figura 3.23 a) son los controles instalados en la zona
Urbana (Tegucigalpa), estos carecen de remota por lo que necesitan la
instalación de una RTU DART como complemento para poderse comunicar
con la sala de control SCADA, Actualmente estos controles se están
remplazando por controles inteligentes como lo son los Forma 6 (ver Figura
3.23 c y d).
Radio Modem (DataRadio Integra)
Los radio modem (ver figura 3.24 a) son instalados en los controles de
restaurador de la zona urbana (Tegucigalpa) operan bajo ondas de radio
-66-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
dentro de frecuencia UHF (Ultra Alta frecuencia) de 300 a 3000 MHZ y la
frecuencia utilizada por el Depto. SCADA de la ENEE es entre 450-470 MHZ
previamente autorizada por Conatel (Comisión Nacional de
Telecomunicaciones).
Antena Yagui
La antena Yagui se utiliza para la zona Rural (Tegucigalpa) ya que la
comunicación en esta zona es por radio enlace y la antena Yagui es una
antena direccional por lo que se necesita el uso de antenas repetidoras
instaladas en el Cerro Triquilapa y El Durazno a línea vista para la transmisión
y recepción de Datos.
En la Figura 3.21 se muestra una antena Yagui real muy parecida a la que
utiliza la ENEE para comunicarse con el equipo instalado en Tegucigalpa.
Figura 3.21 Antena Yagui de 10 DB de ganancia
Fuente: www.ampere.com.mx
III.2.3 Comunicación Remota con Restauradores Instalados en los Sistemas Eléctricos de la Zona Rural.
-67-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
La comunicación con los restauradores trifásicos es por medio de Telefonía
Celular Wireless, Modem GPRS (General Packet Radio Service) se hace por
medio de una llamada de una compañía de telefonía celular. Para
comunicarse con el Control del restaurador se hace una llamada telefónica
cada hora con el equipo para saber el estado de dicho dispositivo.
La investigación se concentra en la integración de estos controles para tener
datos en tiempo real y comunicación permanente con los dispositivos.
Con la integración del control de Restaurador al SCADA se busca dar
solución a este problema logrando establecer una mejor comunicación por
medio un protocolo más confiable y rápido para poder establecer una
comunicación desde el Centro de Control y Telegestión SCADA o desde
cualquier parte que se requiera controlar el sistema.
También se busca mejorar la calidad del servicio de distribución eléctrica en
la zona, por lo cual se hace importante corregir este tipo de comunicación.
Una vez resueltos estos problemas de comunicación La Empresa Nacional de
Energía Eléctrica (ENEE), como la población en general tendrán servicio de
mejor calidad.
En la tabla 3.1 se muestran los beneficios esperados al implementar la
solución.
Beneficios para la institución Beneficios para la población
Monitorización desde cualquier
sitio.
Mejor servicio eléctrico en cuanto a
continuidad.
Ahorro en tiempo y dinero en
reconexiones.
Servicio de Calidad.
-68-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Mejor control de operación de los
restauradores.
Mejor Soporte Técnico.
Reducción de pérdidas Técnicas.
Tabla 3.1 Beneficios esperados si se resuelve el problema.
III.2.3.1 Desventajas Existentes con el Monitoreo de Datos en la Región Centro Sur.
Una de las desventajas es el servicio de comunicación que brindan las
compañías de Telefonía Celular, principalmente en horas pico cuando se
tiene un alto trafico de llamadas, la comunicación con los dispositivos
instalados en la zona rural se dificulta, esto crea ineficiencia hacia el cliente ya
que lo que se busca es ahorrar tiempo, dinero y reclamos, ya que el cliente al
no tener servicio de energía en la zona tiene que llamar a las oficinas
regionales para que puedan mandar técnicos especializados y resuelvan el
problema.
Otras de las desventajas;
Condiciones atmosféricas.
Cuando se caen las celdas en las compañías de telefonía celular.
La velocidad de transmisión y recepción de datos por el puerto RS232
es muy lento.
III.2.4 Restricciones y requerimientos
Para la integración del control de Restaurtador al SCADA se han establecido
una serie de parámetros a fin de cumplir con los requerimientos mínimos para
este desarrollo. La tabla 3.2 muestra los requisitos establecidos.
-69-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Restricciones Requisitos
Utilización del protocolo DNP3.0 y de
comunicación TCP/IP.
Control de estados (Apertura y Cierre
del restaurador)
Normativas de seguridad de alta
tensión.
Medición de Voltaje, Corriente y
Potencia en la red.
Debe haber servicio de baja tensión
para el sistema (125V)
Control remoto del restaurador.
Puerto de comunicación RS 232. Reporte de estados y alarmas de
funcionamiento.
Tabla 3.2 Restricciones y requerimientos del trabajo.
III.2.5 Componentes de Comunicación Remota para Telecontrolar Restauradores en los Sistemas Eléctricos de la región Centro Sur.
Restaurador o Reconectador Trifásico
Control de restaurador (Forma 5, Forma6 de Cooper o SEL de
FALCON)
Modem GPRS (METRUM, MULTITECH)
UPS (sistema de alimentación ininterrumpida)
III.2.5.1 Restaurador
Restauradores Instalados en la Red de Distribución de la ENEE.
En el sistema de Distribución (Tanto en la Zona Urbana como en la Zona
Rural) se tienen instalados los siguientes tipos de restauradores:
a) Tipo VWE: Restaurador Trifásico para 13.8 KV
-70-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
b) Tipo VWVE38X: Restaurador Trifásico para 34.5 KV
En la Figura 3.22 se muestra un restaurador tipo VWE.
Figura 3.22 Restaurador Kyle tipo VWE automático de circuito trifásico de
interrupción al vacío controlado electrónicamente.
Fuente: Cooper Power System
III.2.5.2 Controles de Restauradores instalados en la red de Distribución de la ENEE.
Los controles electrónicos Kyle basados en microprocesador se utilizan en la
mayoría de los Restauradores Trifásicos Instalados en la Región Centro y Sur
-71-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
del país, son flexibles, adaptables y programables, y muchos tienen una
protección avanzada, medición, y la funcionalidad de automatización.
Actualmente se han ido Implementando los Controles Forma 6, Y los
utilizados actualmente en la zona rural (Región Centro Sur) son los controles
Forma 5 y se tiene Forma 6 que se han instalado.
Los controles Forma 6 son controles inteligentes dotados de una RTU interna
haciendo más fácil el trabajo de instalación y automatización de estos
dispositivos.
En la presente investigación se propone el control Forma 6 para su
integración en la zona Rural por su flexibilidad y su fácil integración con
medios de transmisión de Datos.
En la Figura 3.23 se muestran los diferentes controles de restaurador
utilizados en la red de distribución del sistema eléctrico de la Región Centro y
Sur del país.
a) b)
-72-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
C)
d)
Figura 3.23 a) Control FXA de Cooper, uno de los controles más antiguos
utilizados por la ENEE, b) Control Forma 5 de Cooper, son los controles más
utilizados en la Región Centro Sur, c) Control Forma 6 de Cooper, d) Control
Forma 6 de SEL uno de los controles más nuevos adquiridos por la ENEE.
Fuentes: a), b) y c) Cooper Power System d) Falcon Power system
III.2.5.3 Modem utilizados por la ENEE
Los modem utilizados actualmente por la ENEE son los de tipo Radio
mencionados anteriormente ya que se comunican por medio de R.F, el de tipo
GPRS como lo es el multimodem MultiTech el cual es utilizado por los
operadores del centro de telecontrol para el monitoreo de datos en la zona
rural del país y el modem Metrum que es utilizado para establecer
comunicación desde la zona rural hacia el centro de control y telegestion.
En Figura 3.24 se muestran los diferentes modem utilizados por la ENEE para
la comunicación con los controles de Restauradores.
-73-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
a) b)
c)
Figura 3.24 a) Data radio Integra utilizado en sistema SCADA de Tegucigalpa, b) Modem GPRS Multitech, c) Modem GPRS METRUM TECHNOLOGIES.
Fuente: a) Calamp Company b) www.multiradio.com.ar c) Unidad de Control Electrónico SCADA (ENEE)
III.2.5.4 UPS (Sistema de Respaldo)
El UPS es utilizado como equipo de respaldo en la zona rural (Región Centro y Sur), ya que los modem Metrum solo pueden alimentarse por AC, este dispositivo sirve para establecer comunicación con el equipo al no haber energía eléctrica en el control.
En la Figura 3.25 se muestra un UPS o sistema de respaldo utilizado por la ENEE en la zona rural (Región Centro Sur).
-74-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 3.25 UPS marca CDP
Fuente: dragonsystem-web.com
CAPITULO IV
IV METODOLOGIA
IV.1 Procedimiento Metodológico
Esta es la metodología seguida durante el desarrollo del trabajo de
graduación:
Investigación acerca de los protocolos de comunicación TCP/IP y
DNP3.0: esta investigación es importante, ya que con base en la comprensión
del funcionamiento de estos protocolos es que se realizará la propuesta y
solución del trabajo de graduación. El equipo que se usará son controles:
Forma 5, Forma 6, Modem, computadoras con acceso a internet y manuales
varios.
Selección del control de restaurador y otros componentes electrónicos
importantes de manera idónea: esta etapa es importante para así determinar
los componentes, o módulos existentes en el mercado, que de mejor manera
se adaptan al trabajo de graduación. Se tomará en cuenta tanto la experiencia
de los ingenieros a cargo del proyecto como los parámetros principales de los
protocolos, así como los criterios aprendidos durante la carrera y el consejo
del asesor.
-75-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Comprobación del funcionamiento del sistema completo: parte en que se
comprueba definitivamente el funcionamiento del sistema completo. Se
utilizarán todas las partes del proyecto realizadas hasta el momento, además
de equipo de medición por si se presentan contratiempos de tipo físico del
circuito, una computadora con los programas necesarios.
En el caso del sistema de ubicado en la Región Centro Sur del país el
problema de comunicación ya está delimitado y se ha definido bastante de las
características de la solución deseadas. Mediante entrevistas con los
ingenieros de la institución se determinó la necesidad de resolverlo, tomando
como base las características presentes en los controles de restaurador más
modernos, los cuales ya vienen provistos de una RTU y puertos de
comunicación RS232.
La realización del proyecto se encuentra restringida a la utilización al uso del
protocolo DNP3.0, que es un estándar de comunicación de acuerdo al
sistema SCADA SHERPA existente en la red de Distribución de Energía
Eléctrica y que ya esta implementado en la zona urbana.
La información necesaria para la comprensión y utilización del protocolo
DNP3.0 fue recopilada a través de investigación bibliográfica en hojas de
datos de controles que tienen implementado el protocolo e Internet, se
justificó el uso de Internet porque este protocolo es de acceso libre y rápido
en establecer comunicación con el dispositivo a controlar. La transmisión de
datos respeta todos los lineamientos establecidos por este protocolo.
Para el proceso de conversión de señales, ya sea Analógica a Digitales o
Digitales a Analógicas, se realizó la investigación bibliográfica respectiva,
basándose primeramente en los textos de Sistemas digitales, Sistemas de
-76-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
control digital, búsqueda por la red y en hojas técnicas de los equipos
utilizados.
La referencia tomada para determinar una solución se basa en las consultas
realizadas al asesor y encargado del proyecto SCADA, quien ha determinado
muchas de las características para el mismo. La solución actual se orienta
hacia comunicación de equipos remotos en la Región Centro Sur mediante el
protocolo TCP/IP sin medios guiados (o sea comunicación Inalámbrica).
IV.2 Hipótesis
Al generar esta hipótesis se crean las siguientes interrogantes:
¿Por qué si se tiene un control Forma 6 (Dispositivo Inteligente con
micro controlador) se necesita agregar un modem inteligente con
microcontrolador?
¿Por qué es necesario un modem de tipo GPRS?
Las respuestas a estas interrogantes son sencillas ya que se necesita un
modem inteligente porque este interpreta la información enviada desde el
control y la traduce para enviarla por medio de una IP a una URL (Localizador
de Recurso Uniforme) el cual es la dirección global de documentos y de otros
recursos en la Internet.
Se requiere la implementación de un modem inteligente ya que este creara un
túnel de datos entre el host final y el remoto pudiendo recibier haci la
información en tiempo real.
-77-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
El Modem a utilizar tendrá una tarjeta SIM previamente configurada para
brindar servicio de internet las 24 horas del día con X compañía de telefonía
celular.
V.3 Tipo de Investigación
El tipo de Investigación es del tipo exploratorio ya que la literatura nos puede
revelar que no hay antecedentes sobre el tema30
El presente proyecto titulado " Integracion De Control De Restaurador A
Sistema SCADA Via Comunicación IP", cuyas características ya se han
indicado, se encuentra enmarcado en la modalidad de Proyecto Factible, ya
que proporciona una solución posible a un problema del tipo práctico, para
satisfacer las necesidades de una empresa como ENEE.
Para el desarrollo de la solución se elaboraron distintas etapas, las cuales
consisten en investigación, desarrollo, implementación parcial, pruebas e
implementación final.
En la Figura 4.1se observa el diagrama de flujo que muestra las distintas
etapas que se siguieron para el desarrollo de la solución.
30 Metodologia de la investigación- Hernandez Sampieri, R. Fernandez collado, y Baptista L.
-78-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 4.1 Diagrama de flujo de las distintas etapas que se siguieron para el
desarrollo de la información.
En la etapa de investigación se determinaron los aspectos relacionados con
las características asociadas a los PLC´s y los controles de restauradores.
Tomando como base estos conocimientos, normas de seguridad en alta
tensión, se determinaron las dimensiones de los componentes adecuados en
la realización del trabajo de graduación tales como PLC compatibles con el
control de restaurador a utilizar en este caso; Control Forma 6 marca Cooper,
también los módulos de expansión correspondientes para cada PLC.
-79-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
IV.4 Diseño de Investigación
El diseño de la investigación es No Experimental de tipo Transeccional
Descriptivo ya que no se construye ninguna situación sino que se observan
situaciones ya existentes como el Hecho de contar con los controles de
restauradores que ha sido motivo de investigación para poder cambiar y
mejorar el tipo de comunicación en la zona rural, ya que actualmente el medio
que se utiliza para dicha comunicación no es el apropiado por lo que se
propone un medio más eficaz como lo es un modem inteligente de tipo GPRS.
IV.5 Población y Muestra
En este caso como población se tiene a todos los controles de restauradores
de tipo Forma 6 instalados en la Zona Rural (Comayagua, Choluteca y
Olancho) que en total son seis(6) los cuales están distribuidos de la siguiente
forma:
2 En Choluteca.
3 En Comayagua.
1 En Olancho
Estos Restauradores tienen instalados Controles de Restaurador tipo Forma
6, Además se tienen 6 controles Forma 6 que no están instalados.
Con la integración de estos equipos y con la mejora de la comunicación en
estas zonas, se harán para poder integrar los controles Forma 5 a futuro.
En esta investigación se tiene una muestra no probabilística pues se trata de
un estudio con un diseño de investigación exploratorio.
-80-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
IV.6 Instrumento de Medición
Con la finalidad de determinar las magnitudes de las variables a medir, se
realizaron distintas pruebas con los controles de restauradores como ser los
Forma 6, se efectuaron mediciones de tiempos de respuesta para establecer
comunicación entre la estación y los equipos remotos. Asimismo se tomó toda
la información necesaria para el análisis de funcionamiento de los controles
de restauradores y los modem a utilizar de las hojas de datos del fabricante.
Este control ha servido de Investigación y enriquecimiento de este trabajo de
graduación ya que se han podido determinar e integrar nuevas variables al
termino de tener un mejor monitoreo de datos y poder llegar a una
determinada solución al problema de comunicación.
Las variables a medir para llevar a cabo la Integración del control Forma 6 al
sistema SCADA vía comunicación IP son estados (Abierto/Cerrado), alarmas
tanto de fallas como de Batería y su estado de comunicación para esto se
realizaran varias pruebas tanto de Hardware como de Software al control
Forma 6 desde el centro de control y telegestion, con el propósito de
mantener una comunicación en tiempo real y Full Dúplex.
IV.7 Recolección de Datos
Para la realización de este trabajo de graduación se realizó en primer lugar la
búsqueda de información bibliográfica, que permitió determinar la metodología
a seguir para darle solución al problema. Se revisaron libros de
Comunicación, Sistemas digitales, Sistemas SCADA, recomendaciones y
estándares del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) para la
-81-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
implementación de WIRELESS, así como otros trabajos especiales de grado
referentes al tema y entrevistas con Ingenieros experimentados con respecto
al tema de automatización y sistema SCADA.
IV.8 Área de Investigación
Este Trabajo Especial de Grado se desarrolló en la Unidad de Control
Electrónico del Departamento SCADA de Distribución de la ENEE. En esta
Unidad se realiza el mantenimiento preventivo y correctivo, Pruebas de
comunicación y mejoras en el área monitoreo y adquisición de datos tanto de
la zona Urbana (Tegucigalpa) como de la zona Rural (Región Centro y Sur del
país).
Los proyectos realizados por esta Unidad incluyen las modificaciones y
mejoras del sistema SCADA para el monitoreo y control de datos, ya que
continuamente se hacen pruebas de distinto índole como ser de comunicación
y de programación para poder brindar un mejor servicio, También se busca
integración e instalación de nuevos equipos, obligando a hacer estudios que
revelen las condiciones en que se encuentra el sistema.
-82-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
CAPITULO V
V Implementación de la solución
V.1 Propuesta
Para la solución al actual problema de comunicación se propone la utilización
un modem Inteligente con microcontrolador ya que este interpretara los datos
y los enviara a una URL(Localizador de Recurso Uniforme) donde
seguidamente los enviara a una maquina servidor donde se puede dar lectura
de los datos por medio de IP.
Para poderse comunicar con la remota la comunicación la hace vía Ethernet
mediante un puerto UTP, RS232, se conecta el modem por Ethernet con el
servidor.
Con la intención de dar una explicación clara a la propuesta observar la
Figura 5.1.
-83-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 5.1 Esquema de comunicación Propuesto para la solución a
implementar.
También se llevara a cabo la implementación de una intranet ya que es una
red privada que protocolos TCP/IP de Internet para su transporte básico. Los
protocolos pueden ejecutar una variedad de Hardware de red, y también,
pueden coexistir con otros protocolos de red. Solo el personal de la ENEE
debe tener acceso a la información, Aquellos empleados que están dentro de
una Intranet pueden acceder a los amplios recursos de Internet, pero aquellos
en Internet no pueden entrar en la Intranet, que tiene acceso restringido.
También se asignara una IP Privada propuesta por la Unidad de Informatica
de la ENEE, para tener una mejor seguridad y encriptación de los datos de la
Intranet.
V.1.2 ObjetivoLograr una comunicación en tiempo real Full Dúplex para poder monitorear y
controlar el equipo instalado en la zona rural.
V.2. Análisis de soluciones y selección final
Después de verificar que la arquitectura del SCADA sea abierta para ser
capaces de crecer o adaptarse según las necesidades cambiantes de la
empresa. Se procederá a instalar el modem GPRS al control Forma 6, esta
conexión creara un túnel de datos GPRS.
a) Sistema de operación actual en caso de falla del sistema en la
Región Centro Sur
-84-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
La siguiente figura muestra el sistema de reparación de fallas actual en la
zona rural, la actual propuesta da solución a este problema ya que desde
cualquier parte se podrá dar solución a cualquier tipo de falla.
a)
b)
Figura 5.2 Esquema representativo de lo que se hace actualmente cuando se
reporta una falla en el restaurador en la zona rural.
(Fuente: www.digi.com)
a) Sistema propuesto con la implementación de la solución
La siguiente Figura muestra la comunicación con la solución Propuesta.
-85-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 5.3 Sistema propuesto después de implementada la solución.
(Fuente: www.digi.com)
Dicha propuesta contempla la comunicación inalámbrica mediante la
utilización de Modem inteligente tipo GPRS. Estos Modem deben ser seriales
y/o TCP/IP. En ambos casos la unidad de control debe comunicarse mediante
tramas DNP3.0.
También se estudió la posibilidad de utilizar comunicación alámbrica,
empleando el tendido de distribución de energía, sin embargo esta requiere
de acoples eléctricos para las distintas fases. Asimismo requiere de la
instalación de repetidores en distancias relativamente cortas si se comparan
con la posición de los Restauradores. La colocación de repetidores aumenta
los costos de implementación de la solución propuesta, ya que implica la
colocación de gabinetes con una fuente de alimentación auxiliar para los
casos de ausencia de electricidad además de servicio de baja tensión en cada
punto.
Para el establecimiento de la comunicación se realizara un programa de
interface encargado de recibir, almacenar, mostrar y enviar datos hacia el
Restaurador. Estos datos comprenden información de estado, comandos de
operación (Cerrar / Abrir). Todos bajo DNP3.0. Este protocolo es de acceso
libre e independiente del tipo de transmisión a utilizar, ya sea alámbrica o por
radiofrecuencia, se limita al establecimiento del tipo de información a
transmitir. Este protocolo es compatible con transmisión RS232, 435, TCP/IP
y una buena cantidad de sistemas SCADA ya lo traen incorporado o existen
drivers que se acoplan al sistema y se comunican con DNP.
-86-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
V.3 Descripción del hardware propuesto para la solución
Para dar solución al actual problema se propone la utilización de un modulo
Transmisor-receptor de datos GPRS modelo LBGT-69511 mostrado en la
siguiente figura.
Figura 5.4 Modulo Transmisor-receptor de datos GPRS modelo LBGT-69511
No solo funciona como un módem GPRS, también puede crear un túnel de
datos entre el host final y el remoto mediante su software incluido,
asegurando una comunicación eficiente para la transmisión de datos y la
administración remota de dispositivos. Con un puerto serial RS-232/485
seleccionable, dos puertos seriales RS-232, el LBGT-69511 es la solución
ideal para la automatización industrial, monitoreo de medio ambiente y la
administración remota de dispositivos para la industria M2M (Maquina a
Maquina).
-87-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Figura 5.5 Esquema de funcionamiento de un modulo LBGT-69511.
1 puerto serial RS-232/485 seleccionable.
Administración GPRS VPN continua y automática (túnel de datos
GPRS)
Utilería de consola GUI
Diseño industrial con protección de sobretensión
API fácil de usar (VC/VB/BCB)
Watch Dog integrado
Reloj de tiempo real (RTC)
Configuración local y remota (OTA)
Actualización del firmware remota (OTA)
Soporta comunicación virtual
Ventajas y beneficios:
Diseño industrial con capacidades inteligentes de software haciéndolo una solución GPRS confiable para la recolección y transmisión de datos
Conecta cualquier dispositivo serial a la red GPRS e Internet
Sin necesidad de construir una costosa red cableada, ahorrando costos sustancialmente
Administra y controla fácilmente dispositivos remotos distribuidos
Conectividad confiable con la red GPRS, proporcionando de una comunicación inalámbrica rápida y rentable de largo alcance
V.4 Análisis Costo Beneficio de la Propuesta
-88-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
La tabla 5.1 muestra una aproximación del costo de los equipos a utilizar para
la integración y el beneficio que se pretende al dar solución al presente
problema.
LO QUE SE
PROPONE
COSTO BENEFICIO QUE PASA
SI NO SE
HACE
Modem
GPRS
modelo
LBGT-69511
De la
compañía
Logicbus.
11,000
Lempiras
aproximado
ya con su
respectivo
cable
Mejorar la
comunicación
en la zona
rural.
Se continuara
teniendo una
comunicación
deficiente con
los
dispositivos
instalados en
la zona rural.
CAPITULO VI
VI.1 CONCLUSIONES
1) Con la ejecución de este trabajo quedara actualizado, en gran parte, el
sistema actual de telegestion y monitoreo en la zona rural, tanto que
podrá ser un SCADA.
2) Con la integración del protocolo TCP/IP al software propietario de los
controles de Restaurador y la metodología seguida en esta
investigación, se cuenta con una poderosa herramienta para el
monitoreo y control del sistema y así poder expandir el SCADA e
integrar nuevos dispositivos.
-89-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
3) Los equipos utilizados actualmente para la transmisión y recepción de
datos son inadecuados para el completo control de los dispositivos
instalados actualmente en la zona Rural.
4) La intranet que poseerá el sistema SCADA tendrá una buena
protección para que agentes externos no puedan extraer información
y/o dañar los dispositivos a controlar.
5) Este trabajo brinda las herramientas necesarias para aplicar los
estudios realizados en cualquier integración de control a un sistema
SCADA.
VI.2 RECOMENDACIONES
1) Capacitar personal para la instalación y manipulación de equipos a
implementar para la mejora de la comunicación en la zona Rural ya
que los dispositivos a utilizar son costosos y requieren de personal
altamente calificado para su uso.
2) Elaborar planes de mantenimiento para así disminuir la probabilidad de
ocurrencia de fallas o condiciones anormales de funcionamiento para
los equipos instalados en la Región Centro Sur del País.
3) Ante cualquier ocurrencia de fallas deberán ser revisados los
dispositivos afectados, así como los equipos de protección
-90-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
involucrados para proceder al reemplazo efectivo de los componentes
perjudicados.
4) Colocar una protección contra fallas a tierra a los dispositivos
instalados.
-91-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
VI.3 GLOSARIO DE TERMINOS PRINCIPALES
A/D= Analógico a Digital
AI/AO= Entradas y Salidas Analógicas
API= Application Programming Interface (Interfaz de Programación de
Aplicaciones)
ARPANET= Advance Research Projects Agency Network (Agencia de
Investigación de Proyectos Avanzados de Internet)
ATMEL= Compañía de Semiconductores
BROADCAST= Transmisión de un paquete que será recibido por todos los
dispositivos en una red
BUS= Es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de un
ordenador o entre ordenadores.
CELERIDAD= Rapidez en el movimiento o la ejecución de algo.
CPU= Central Processing Unit (Unidad Central de Proceso)
C.S= Centro Sur
DARPA= Defense Advanced Research Projects Agency (Agencia de
Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa)
D/A= Digital a Analogico
DCE= Data Communication Equipment (Equipo de Comunicación de datos).
DCS= Distributed Control System (Sistemas de Control Distribuido)
-92-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
DEC= Duración Equivalente por Consumidor
DI/DO= Entradas y Salidas Digitales
DTE= Equipo terminal de datos.
DNP 3.0= Distributed Network Protocol, en su versión 3 es un protocolo
industrial para comunicaciones entre equipos inteligentes y estaciones
controladores, componentes de sistemas SCADA
ENEE= Empresa Nacional de Energía Electrica
E/S= Entrada y Salida
FEC= Frecuencia Equivalente por consumidor
FTP= File Transfer Protocol (Protocolo de Transferencia de Archivos)
FULL DUPLEX= Cualidad de los elementos que permiten la entrada y salida
de datos de forma simultánea.
GATEWAYS= Es un dispositivo, que permite interconectar redes con
protocolos y arquitecturas diferentes a todos los niveles de comunicación. Su
propósito es traducir la información del protocolo utilizado en una red al
protocolo usado en la red de destino.
GPRS= General Packet Radio Service (Servicio General de Paquetes vía
Radio)
GPIB= General Purpose Interface Bus (Bus de Interfaz de Proposito General)
HALF DUPLEX= Líneas o buses que, admitiendo una comunicación
bidireccional, ésta no puede ser simultánea
HMI= Interfaz Hombre Maquina
-93-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
IEEE= Institute of Electrical and Electronics Engineers (Instituto de Ingenieros
Electricistas y Electrónicos)
IP= Internet Protocol
ISP= Internet Service Provider (Proveedor de Servicios de Internet)
LAN= Local Área Network (Red de Área local)
M2M= Maquina a Maquina
MAN= Metropolitan Area Network (Red de Área Metropolitana)
MODEM= Modulador Demodulador
MODBUS= Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7
del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor.
MTU= Unidad Terminal Maestra
OPTOACOPLADOR= Es un dispositivo de emisión y recepción que funciona
como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo LED
PIC= Familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip
Technology Inc.
PLC= Programmable Logic Controller (controlador Lógico Programable)
PLUG AND PLAY= Es la tecnología que permite a un sistema informático de
configurar automáticamente los dispositivos al conectarlos.
POINT-TO-POINT= Protocolo Punto a Punto
PUERTO= Se le llama puerto a una interfaz a través de la cual los diferentes
tipos de datos se pueden enviar y recibir.
-94-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
RAM= Random Access Memory (Memoria de Acceso Aleatorio).
REMOTA= Se considera Administración Remota a la funcionalidad de
algunos programas que permiten realizar ciertos tipos de acciones desde un
equipo local y que las mismas se ejecuten en otro equipo remoto.
RESTAURADOR= Es un equipo de distribución el cual sirve como medio de
protección e interrupción de energía en caso de producirse falla en el sistema.
RF= Radio Frecuencia.
ROUTER= Un enrutador es un dispositivo para la interconexión de redes
informáticas que permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o
determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos.
RS232= Recommended Standard 232 es una interfaz que designa una norma
para el intercambio serie de datos binarios entre un Equipo terminal de datos
y un Equipo de Comunicación de datos.
RS485= Está definido como un sistema en bus de transmisión multipunto
diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias
(35 Mbps hasta 10 metros y 100 Kbps en 1.200 metros) y a través de canales
ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en
la línea de transmisión.
RTU= Unidad Terminal Remota, define a un dispositivo basado en
microprocesadores, el cual permite obtener señales independientes de los
procesos y enviar la información a un sitio remoto donde se procese.
SCADA= Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y
Adquisición de Datos)
-95-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
SIM= Subscriber Identity Module (módulo de identificación del suscriptor) es
una tarjeta inteligente desmontable usada en teléfonos móviles y módems
USB.
SMS= Short Message Service (Servicio de mensajes cortos)
SOFTWARE= Equipamiento lógico o soporte lógico de una computadora
digital; comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que
hacen posible la realización de tareas específicas, en contraposición a los
componentes físicos del sistema, llamados hardware.
SUBESTACION ELECTRICA= Es una instalación destinada a modificar y
establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, con el fin de
facilitar el transporte y distribución de la energía eléctrica.
TCP= Transmission Control Protocol (Protocolo de Control de Transmisión)
TELECONTROL= Es un conjunto de dispositivos que nos permiten manejar
diversos aparatos a distancia, y cuando decimos “a distancia” no nos
referimos sólo a unos metros, sino que a diferentes sitios que estén alejados
del artefacto que deseamos controlar.
TELEGESTION= Es el conjunto de productos basados en las tecnologías
informáticas, electrónicas y de telecomunicaciones, que permiten el control a
distancia de instalaciones técnicas aisladas o distribuidas geográficamente.
TELNET= Telecommunication Network es el nombre de un protocolo de red
que sirve para acceder mediante una red a otra máquina para manejarla
remotamente como si estuviéramos sentados delante de ella.
TRAMA= Es un paquete de datos en telecomunicación.
UHF= Ultra High Frequency (Ultra Alta Frecuencia)
-96-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
UPS= Sistema de Respaldo.
VPN= Virtual Prívate Network (Red Privada virtual)
WAN= Red de Área Amplia
WATCHDOG TIMER= Es un concepto de protección usado para volver a
reiniciar el programa por medio de un temporizador (Timer) cuando éste "se
pierde" o realiza una acción no prevista.
WIRELESS= Se denomina Wireless a las comunicaciones inalámbricas, en
las que se utilizan modulación de ondas electromagnéticas, radiaciones o
medios ópticos. Estás se propagan por el espacio vacío sin medio físico que
comunique cada uno de los extremos de la transmisión.
-97-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
CAPITULO VII
VII.1 Referencias Citadas
1) PADILLA, EDWIN.
Departamento SCADA.
Empresa Nacional de Energía Eléctrica (ENEE), Tegucigalpa, 2010.
2) LOPEZ, EDDY.
Departamento Dirección y Planificación .
Empresa Nacional de Energía Eléctrica (ENEE), Tegucigalpa, 2010.
3) LOPEZ, MANFREDO.
Consultas sobre automatización en sistemas SCADA.
Instituto Hondureño de Formación Profesional (INFOP), Tegucigalpa, 2010.
4) GUIFARRO, DAVID
Departamento de Redes.
Hondutel, Tegucigalpa, 2010.
5) RAMOS, JUAN JOSE
Entrevista sobre los medios de transmisión de datos que utiliza la compañía
actualmente.
Claro, Tegucigalpa, 2010.
6) RODRIGUEZ, AQUILINO
Sistemas SCADA 2ª Edición, 2007.
-98-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
7) BAILEY, DAVID-WRIGHT, EDWIN
Practical SCADA for Industry, 2003.
8) HERNANDEZ, SAMPIERI-COLLADO FERNANDEZ, R.-BATISTA, L
Metodologia de la Investigacion, 1998.
9) TANENBAUM, ANDREW
Redes de computadoras Cuarta Edicion
10) Tomasi, Wayne
Comunicación Electronica
Otras Referencias:
11) http://www.enee.hn
12) http://www.enee.hn/historia.htm
13) http://www.cooperpower.com/products/distribution/reclosers/FXA.asp
14) http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/.../yagiuda.pdf
15) http://www.developershome.com/sms/GSMModemIntro.asp
16) http://www.slideshare.net/ptah_enki/sistemas-de-control-distribuido
17) http://www.grupos.emagister.com
18) http://www.monografias.com/trabajos/todomodem
19) http://www.taringa.net/posts/info/913517/tipos-de-modem.html
20) http://www.configurarequipos.com/doc499.html
21) http://www.superrobotica.com/radio.htm
22) http://www.masadelante.com/fags/tcp-ip
23) http://www.monografias.com/trabajos/protocolostcpip.shtml
24) http://www.hamd.galeon.com
-99-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
25) http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040050/
Descargas/capseis/yagiuda.pdf
-100-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
VII.2 ANEXOS
A-1 Control a Utilizar para la Integración
El control a utilizar para la integración al sistema SCADA via comunicación IP
es el control Forma 6, hablado anteriormente el control es un dipositivo
inteligente dotado de una remota para comunicación a larga distancia.
En las siguientes Figuras se muestra el control a utilizar en la integración y
sus distintas configuraciones.
-101-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
-102-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
-103-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
-104-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
-105-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
Pantallas de Programación y Configuración Control Forma 6
-106-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
A-2 Configuración de Protocolo de Comunicaciones Para Software Propietario (ProView)
El control de restaurador Forma 6 tiene una versión de software seleccionable
por el usuario de comunicación NP3 basadas en ProView, Modbus, IEC870-5-
101, 2179 y DNP TCP/IP. Dichos protocolos de comunicación se configuran
por medio de comumnication Workbench (Ver la siguiente captura de pantalla).
-107-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
A-3 Configuracion DNP TCP/IP Workbench
-108-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
-109-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
A-4 Valores de mapa de entradas Analógicas y digitales
-110-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
A-5 Señales a Integrar al control Forma 6
a) Entradas Digitales
b) Salidas Digitales
-111-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
a) Entradas Analógicas
b) Contadores
-112-
“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”
A-6 Ejemplo de Pantalla Interactiva vista por el Operador que se lograra al Integrar el Control Forma 6 a la Zona Rural
-113-