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Autorizada la entrega del proyecto al alumno: Francisco Valencia Marín El director del proyecto Raquel de Francisco Fernández Fdo.: ………………………. Fecha: 26 de Junio de 2009 Vº Bº coordinador de proyectos Eduardo Alcalde Lancharro Fdo.: ………………………. Fecha: 26 de Junio de 2009
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Autorizada la entrega del proyecto al alumno:
Francisco Valencia Marín
El director del proyecto
Raquel de Francisco Fernández
Fdo.: ………………………. Fecha: 26 de Junio de 2009
Vº Bº coordinador de proyectos
Eduardo Alcalde Lancharro
Fdo.: ………………………. Fecha: 26 de Junio de 2009
PROYECTO FIN DE CARRERA
ARCE AUTOMATIZACIÓN REMOTA DE CENTRALES ELÉCTRICAS
AUTOR: FRANCISCO VALENCIA MARÍN
MADRID, JUNIO DE 2009
ARCE
II
Agradecimientos
A mi madre mi mejor amiga.
A mi padre que siempre sabe dar un punto de vista objetivo fuera cual fuera la
situación.
A Marta mi apoyo en todas las decisiones que he tomado, en ocasiones complicadas,
pero siempre ha sabido cómo sacarme la sonrisa por difícil que fuera la situación.
A mis hermanos María, Álvaro y Estrella por saber soportar a un hermano mayor a
veces un poco pesado, especialmente durante esta carrera.
A mis amigos por lo momentos especiales, viajes, fiestas…vividos a lo largo de toda la
carrera.
A mi directora, por la ayuda que me ha prestado para realizar el proyecto y solventar
las complicaciones que se me han ido presentando.
A mi coordinador, por sus sabios consejos a la hora de presentar un proyecto de
calidad.
A Técnica y Naturaleza que me ha permitido desarrollar este interesantísimo proyecto
además de todo lo aprendido junto a ellos.
A todos muchas gracias.
ARCE
III
Resumen
Proyecto ARCE (Automatización Remota de Centrales Eléctricas).
El objetivo principal del proyecto ARCE es obtener un sistema autónomo para la
empresa Técnica y Naturaleza, S.A. que permita realizar un control en remoto de los
autómatas existentes en las centrales eléctricas que esta empresa posee.
ARCE estará destinado a la automatización remota para todas las mini-centrales de la
empresa, pero se comienza con un objetivo más específico que es la aplicación a la
central de Los Ángeles.
Las mini-centrales de Técnica y Naturaleza son de embalse de 1,6 MW de potencia
instalada. Este tipo de mini-centrales constan de un embalse previo a la sala de
máquinas que permite realizar un control del caudal turbinado y, por tanto, de la
energía producida (ver Anexo B Turbinas de Embalse).
El sistema debe controlar ciertos condicionantes, establecidos por terceros, a la hora
de operar con la mini-central.
El principal es que el nivel de presa no se puede disminuir por debajo de una
cota establecida en 50 cm por debajo del aliviadero. Es decir, se dispone de un
margen limitado de altura de presa disponible lo que exige que la regulación de
la central sea muy precisa. En estos momentos, un operario se encarga de
operar en la mini-central atendiendo a los condicionantes anteriores (sistema
actual).
El sistema a desarrollar deberá ajustarse a lo dispuesto en el RD 661/2007 por
el que se regula el régimen especial y se establecen las opciones de venta de
la energía producida por las instalaciones acogidas al régimen especial junto
con sus mecanismos de retribución correspondientes (ver Anexo C Real
Decreto)
Técnica y naturaleza ha decidido aprovechar su ventaja competitiva y ha optado por
vender en el mercado la energía producida según el precio de mercado de cada
momento maximizando así los beneficios. La otra opción posible de retribución—la
tarifa regulada—no es en estos momentos la más adecuada, a juicio de la empresa,
ARCE
IV
dadas las condiciones actuales del mercado de producción. El depender de una
persona que opere con las mini-centrales a las horas establecidas es perder una gran
cantidad de dinero.
La venta de electricidad en el mercado de producción, directamente o a través de un
comercializador externo como sería en este caso, requiere una gestión más precisa
que el régimen de tarifa regulada ya que la retribución de la energía generada se
establece horariamente en función del precio de la sesión del mercado en el que
resulte casada dicha energía (ver Anexo D Sesiones de Mercado de la Energía para
más información).
Es por ello, que se hace imprescindible tener un control absoluto de la mini-central, en
cuanto a arranques y paradas, que permita una programación horaria de la turbina. Así
mismo, es fundamental disponer de una comunicación con el PLC de la mini-central de
tal forma que en cualquier momento y desde la sede central se pueda disponer de
toda la información relativa a nivel de presa, alarmas, nivel de tensión en la línea,
acceso a contadores, etc.
El éxito del proyecto ARCE se encuentra en el completo control remoto del autómata,
de una manera óptima y eficiente, permitiendo al usuario interactuar cuando sea
necesario con la mini-central a través de su PC maximizando los beneficios de Técnica
y Naturaleza produciendo energía al mejor precio.
ARCE
V
Abstract
Remote Automation Power Produce Station project (ARCE in Spanish).
The ARCE project's main goal is to obtain an autonomous system for the company
Técnica y Naturaleza S.A., which allows remote control of the automaton that controls
the turbine in the power stations that this company have.
ARCE is designed to remotely control all the power stations of the company, but it will
start with a more specific goal that would be the implementation of one power station,
called Los Ángeles.
The system must control certain conditions set by others, this conditions are:
The level of the reservoir cannot fall below a level set at 50 cm. currently this is
control by a man responsible of the maintenance of the power station.
The system should follow the Spanish Law (RD 661/2007) which regulates the
regime and sets out the options of selling energy to the markets.
Técnica y Naturaleza has decided to take advantage of his size and start selling energy
to the market at the highest price for each time maximizing profits. The company could
do this because they can stop the production whenever they want, so produce in the
best moment at the best price.
The other option is pay-rate-regulated at this time is not the best, according to the
company, given current market conditions of production.
Selling energy to the market directly requires an exhaustive control of the robot son we
can control and measure in each moment with high precision what are we doing and
how much we are selling. It’s important to control the hours that the user wants to
produce and what it’s the price that is selling.
ARCE
VI
The success of ARCE project is a complete remote control of the automaton, an
optimal and efficient supervision of the system, allowing the user to interact when It´s
necessary from his PC, maximizing the benefits of the company.
ARCE
VII
Índice 1. Capítulo I: Introducción .......................................................................................... 0
1.1. Empresa ......................................................................................................... 1
1.2. Motivación ...................................................................................................... 2
1.3. Objetivos ........................................................................................................ 2
1.4. Sistema Actual ................................................................................................ 4
1.5. Perfil de usuarios ............................................................................................ 7
1.6. Restricciones .................................................................................................. 7
2. Capítulo II. Análisis del funcionamiento del PLC existente. .................................... 8
2.1. Automatismo Secuencial ................................................................................ 9
2.1.1. Introducción ............................................................................................. 9
2.1.2. Estructura del equipo (PLC) ................................................................... 10
2.1.3. Interfaces con la instalación ................................................................... 10
2.1.4. Modos de servicio del PLC .................................................................... 12
2.1.5. Programas secuenciales........................................................................ 13
2.1.6. Desarrollo de las secuencias. ................................................................ 15
2.1.7. Control de las secuencias. Disponibilidad. ............................................. 18
2.1.8. Interfases de disparo. Seguridad del PLC secuencial. ........................... 22
2.1.9. Programación del PLC. .......................................................................... 23
2.1.10. Sistema operativo. ............................................................................. 25
2.2. Automatismo de Reposición. ........................................................................ 32
2.2.1. Introducción. .......................................................................................... 32
2.2.2. Modos de Servicio. ................................................................................ 33
2.2.3. Control de Funcionamiento del PLC. ..................................................... 33
2.2.4. Condiciones de Arranque del PLC. ........................................................ 34
2.2.5. Orden de Arranque del PLC. ................................................................. 35
2.2.6. Descripción del sistema operativo. ........................................................ 36
2.3. Regulador de la velocidad de la turbina (RVT). ............................................. 37
2.3.1. Introducción. .......................................................................................... 37
2.3.2. Estructura del equipo RVT. .................................................................... 39
2.4. Interfases del regulador. ............................................................................... 39
2.4.1. Interfases con la instalación. .................................................................. 39
2.4.2. Descripción de las interfases. ................................................................ 40
3. Capítulo III: Modelo Lógico del sistema. .............................................................. 42
ARCE
VIII
3.1. Modelo Lógico Actual. .................................................................................. 43
3.2. Análisis de requisitos .................................................................................... 44
3.2.1. Hoja de requisitos. ................................................................................. 45
3.2.2. DFD. Nivel contexto. Modelo lógico nuevo sistema ............................... 48
3.2.3. DFD. Nivel conceptual. Modelo lógico del nuevo sistema. ..................... 50
3.3. Diccionario de datos. .................................................................................... 55
3.4. Modelo conceptual de los datos.................................................................... 57
3.4.1. Matriz entidad evento ............................................................................ 57
3.4.2. Historia de vida de las entidades ........................................................... 57
4. Capítulo IV: Estudio de las arquitecturas. ............................................................ 58
4.1. Estudio de arquitectura de la sede central. ................................................... 59
4.2. Estudio de arquitecturas ............................................................................... 61
4.2.1. Estudio de arquitectura 1. Siemens. ...................................................... 61
4.2.2. Estudio de arquitectura 2. Proymeca ..................................................... 62
4.2.3. Estudio de arquitectura 3. ARCE ........................................................... 64
4.2.4. Comparación de arquitecturas. .............................................................. 66
4.3. Alternativa ganadora ARCE. ......................................................................... 68
5. Capítulo V: Diseño Externo e Interno. .................................................................. 70
5.1. Diseño externo. ............................................................................................ 71
5.1.1. Requisitos físicos del nuevo sistema ..................................................... 71
5.1.2. Modelo Físico del nuevo sistema ........................................................... 73
5.1.3. Especificación de procesos ................................................................... 74
5.1.3.1. Refinamiento de fronteras de mecanización ....................................... 74
5.1.3.2. Entradas ............................................................................................ 74
5.1.3.3. Salidas ............................................................................................... 83
5.1.3.4. Estimación de Volúmenes .................................................................. 92
5.1.3.5. Procesos de Control y procesos de auditoría. .................................... 93
5.1.3.6. Modelo Lógico de Datos..................................................................... 95
5.1.4. Plan de pruebas .................................................................................... 96
5.2. Diseño Interno .............................................................................................. 99
5.2.1. Diseño de Componentes ....................................................................... 99
5.2.2. Subsistema BACH ............................................................................... 100
5.2.3. Plan de Pruebas del diseño interno ..................................................... 102
6. Capítulo VI: Pruebas del sistema ....................................................................... 103
ARCE
IX
6.1. Tipos de pruebas ........................................................................................ 104
7. Capítulo VII: Programación ................................................................................ 106
7.1. Objetivos .................................................................................................... 107
7.2. Arquitectura ................................................................................................ 107
7.2.1. PC HOST ............................................................................................ 108
7.2.2. PC REMOTO ....................................................................................... 108
7.3. Gestión de disco duro ................................................................................. 108
7.4. Descripción funcional .................................................................................. 110
7.4.1. Alarmas ............................................................................................... 110
7.4.2. Señalización de estados ...................................................................... 111
7.4.3. Registro de variables analógicas ......................................................... 112
7.5. Lenguaje de programación ......................................................................... 113
8. Capítulo VIII: Planificación ................................................................................. 115
8.1. Planificación ............................................................................................... 116
9. Capítulo IX: Valoración Económica .................................................................... 118
9.1. Valoración económica del Hardware y Software ARCE .............................. 119
9.2. Valoración de recursos humanos empleados en el desarrollo de ARCE ..... 120
9.3. Coste total de ARCE ................................................................................... 121
10. Capítulo X: Conclusiones ............................................................................... 122
10.1. Conclusiones .......................................................................................... 123
11. Capítulo XI: Bibliografía .................................................................................. 125
11.1. Libros ...................................................................................................... 126
11.2. Páginas WEB .......................................................................................... 126
Anexo A: La Turbina ................................................................................................. 128
Definición .............................................................................................................. 129
Turbinas hidráulicas .............................................................................................. 129
Turbina Pelton ................................................................................................... 131
Anexo B: Tecnología de las Turbinas de Embalse .................................................... 133
Tecnología de la turbina de embalse ..................................................................... 134
Anexo C: Real Decreto 661/2007BOE ...................................................................... 136
REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo ......................................................... 137
Anexo D: Sesiones de Mercado de la Energía .......................................................... 141
Anexo E: Alarmas del Autómata ............................................................................... 144
Anexo F: Programación Secuencial y Circuito de Disparos....................................... 148
ARCE
X
Anexo G: Glosario de términos. ................................................................................ 151
Anexo H: Manual del usuario ARCE ......................................................................... 153
1. Arranque de la aplicación ............................................................................... 154
2. Botones de acceso a pantallas comunes ....................................................... 154
3. Menú de pantallas .......................................................................................... 155
3.1. Pantallas de proceso ............................................................................... 156
3.2. Históricos .................................................................................................... 163
3.2.1. Gráficas ............................................................................................... 164
4. Menús desplegables ...................................................................................... 165
1. Capítulo I: Introducción Este capítulo trata de explicar en qué consiste el proyecto, con qué compañía se hace
y cuáles son las principales motivaciones que han llevado a la realización del mismo.
ARCE
1
1.1. Empresa
Técnica y Naturaleza es una sociedad creada en 1.988, si bien sus socios trabajan en
el sector desde 1.985, con el objeto de identificar, solicitar, desarrollar, adquirir,
construir y explotar centrales eléctricas, parques eólicos y fotovoltaicos a través de
sociedades participadas.
Con este objetivo se elaboró en primer lugar un inventario de 2.200 posibles
aprovechamientos hidroeléctricos, con descripción, coste y producción. A continuación
se ordenaron estos por rentabilidad y se procedió a su desarrollo.
En la actualidad posee 17 concesiones, de las cuales se encuentran 13 en
funcionamiento y construcción con un total, de 12.500 Kw de potencia y una
producción de 42.000.000 de Kw/h (3,1 millones de euros).
11 mini-centrales hidroeléctricas en el Canal Imperial de Aragón y Cataluña.
1 central hidroeléctrica en el río Moros a pie de presa en la provincia de
Segovia.
Una central hidroeléctrica de caudal fluyente en el Río Tajo, en construcción.
En la construcción de estas centrales, previa selección por parte del departamento
técnico, han participado empresas de reconocido prestigio en: obra civil, turbinas,
generadores, cuadros de automatismo, transformadores de potencia, líneas de
evacuación, etc.
Superada esta primera etapa con éxito se decidió aprovechar la experiencia adquirida
en energías renovables para ser aplicada a nuevos mercados como los de la energía
eólica o fotovoltaica.
A partir del año 2001, junto con los proyectos hidráulicos, prepara proyectos eólicos y
solares en distintos puntos de España, presentándose a través de sociedades
participadas en concursos en:
Castilla y León – Río Duero - proyecto de central hidroeléctrica en fase de
obtención de autorización administrativa una vez obtenida la concesión de
ARCE
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aguas y el punto de conexión a la red para la evacuación de la energía
producida.
Canarias 15 proyectos de parques eólicos que se encuentran en fase de
resolución Administrativa.
110 Proyectos de parques fotovoltaicos en todo el territorio nacional de los
cuales se han concedido 7,1 MW hasta el momento.
Dos proyectos de planta termo-solar en fase de autorización administrativa.
1.2. Motivación
El objetivo de este proyecto es obtener un programa capaz de controlar un sistema
altamente complejo como es un PLC de una manera sencilla, cómoda y usable por
cualquier empleado de la empresa.
La principal motivación es conseguir a través de la informática un sistema sencillo que
permita a Técnica y Naturaleza controlar sus autómatas, maximizando sus beneficios y
evitando la dependencia de un experto en PLCs Siemens.
La informática está para facilitar la vida, además ofrecer de la posibilidad de obtener
una alta rentabilidad gracias a ella.
1.3. Objetivos
Los objetivos que se pretenden alcanzar con este proyecto se describen a
continuación. Son todos imprescindibles y tienen como objetivo ampliar las
capacidades de gestión de Técnica y Naturaleza.
Automatización remota de las mini-centrales eléctricas. Se busca un sistema
que sea capaz de gestionar las centrales hidroeléctricas. De la manera más
sencilla y cómoda posible.
Maximizar los beneficios de la empresa Técnica y Naturaleza disminuyendo
costes y produciendo energía al máximo precio.
ARCE
3
Conocer cuáles son las funcionalidades reales del sistema. El uso del PLC
está limitado al conocimiento que tiene el operario. Esto es inadmisible ya que no
se debe depender tanto de alguien en una empresa de estas características.
Aprovechar todas las funcionalidades que el autómata, ya instalado y en
funcionamiento, proporciona. El autómata dispone de múltiples funciones que no
se están aprovechando, debido al desconocimiento por parte del técnico.
Adaptación al nuevo real decreto [661/2007] y al nuevo régimen económico
adoptado, es decir, venta de energía en el mercado de producción.
Centralización de las centrales en un único servidor en Madrid, para mayor control
de la dinámica de negocio y mayor rapidez en la detección y solución de
problemas.
Creación del software (SW) específico para el control de los PLCs por medio de
PCs o móvil.
Información en tiempo real del estado del sistema.
Ahorrar personal innecesario creando líneas de comunicación directa con el
personal de las estaciones y limitando los turnos únicamente a los empleados en la
sede de Madrid.
Creación de una red que permita el control remoto de las estaciones.
Automatización completa del funcionamiento de las centrales, siempre dando
prioridad al manejo manual.
Interfaz sencillo y completo para el usuario.
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4
Esquema de la arquitectura objetivo
CPU-315Autómata
Turbina
Controladopor
Cuadro de Mandos del PLC
ARCE
PC Remoto
En este gráfico se representa de una manera esquemática y clara cuál va a ser el objetivo
principal del proyecto y cómo debe interactuar con el sistema.
1.4. Sistema Actual
Descripción del actual sistema de gestión de la mini-central de Técnica y Naturaleza
en San Rafael:
La gestión de la mini-central hidroeléctrica según el modelo físico actual se
basa en un autómata de Siemens que es el encargado de la gestión del
sistema.
Se desconoce el potencial real de la mini-central o Existe un desconocimiento
del potencial real de la mini-central.
ARCE
5
El autómata o PLC1 se controla por medio de sensores de diversa complejidad
el funcionamiento de la turbina2 así como de múltiples alarmas que existen
como pueden ser la alarma de presión del agua, el nivel de la presa,
sobretensiones, cortocircuitos, disparos eléctricos, etc.
El encargado del manejo del PLC es un operario debe acceder a la mini-central
para poder interaccionar con ella in situ manejando allí parámetros de presión
de agua, nivel de la presa o atascos en la turbina.
El operario en el sistema actual recibe una llamada telefónica cada vez que se
produce una parada de producción de energía sea cuál sea la causa. En esta
llamada no se especifica la razón de la parada teniendo que averiguar su
causa directamente en la mini-central a través del PLC.
Existe un sistema operativo que permite el control del PLC sobre la pantalla del PLC.
1 PLC o autómata (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son dispositivos electrónicos
muy usados en Automatización Industrial. En electrónica un autómata es un sistema secuencial, aunque en ocasiones la palabra es utilizada también para referirse a un robot. Puede definirse como un equipo electrónico programable en lenguaje no informático y diseñado para controlar, en tiempo real y en ambiente industrial, procesos secuenciales. Sin embargo, la rápida evolución de los autómatas hace que esta definición no esté cerrada.(Wikipedia) 2 Ver Anexo A de La Turbina.
ARCE
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Turbina (Ver anexo A La Turbina).
A continuación se muestra la turbina Pelton a controlar por ARCE.
En la foto se puede apreciar la distribución de la turbina en la presa de San Rafael.
Esquema del sistema actual
CPU-315Autómata
Turbina
Controladopor
Cuadro de Mandos del PLC
En el esquema del modelo actual se puede observar que operar con el PLC se necesita
encontrarse físicamente en la mini-central, que es donde reside el autómata y nunca en la
sede central.
ARCE
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1.5. Perfil de usuarios
En el proyecto se destacan claros perfiles de usuarios finales:
Las interfaces de los programas de control de los elementos de las estaciones
serán muy simples reduciéndose a simples aplicaciones de entorno gráfico
representativas de funcionamiento de los diferentes elementos de las
subestaciones. Especialmente diseñado para que los técnicos sepan utilizarlo
con un curso informativo muy sencillo.
La página Web tendrá el acceso restringido salvo para los técnicos jefes y
demás personal cualificado. Acceso público a la presentación de la empresa en
la Web y zona de acceso restringido para los miembros de la empresa.
1.6. Restricciones
Se van a definir las restricciones del proyecto, entendiendo por restricción aquello que
supone un requisito final para el cumplimiento de los objetivos requeridos.
Esto es un proyecto fin de carrera y debe de obtener una calificación de
aprobado o superior, ya que se evalúa como una asignatura más de la carrera
y es necesario aprobarla para finalizar. Es por ello que la calidad del mismo
tiene que ser alta para obtener una buena calificación.
Plazo de entrega será en junio, en caso de suspender o de no llegar a la fecha
determinada se entregará en la convocatoria de septiembre.
El Software se desarrollará usando Simatic, que permitirá una comunicación
más sencilla con el PLC.
El Software a desarrollar será propiedad de la empresa Técnica y Naturaleza
impidiendo su distribución es por ello que se evitará la publicación de código en
el presente documento.
La mini-central a automatizar se encuentra en Los Ángeles de San Rafael y la
conectividad de la línea telefónica no es apta para ADSL.
ARCE
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2. Capítulo II. Análisis del funcionamiento del PLC existente.
Este capítulo explicará con bastante detalle cuál es el funcionamiento del PLC
Siemens que se dispone en la central hidroeléctrica. Se tratará de identificar todas las
señales disponibles así como todas las secuencias que se pueden dar en el sistema.
Es completamente necesario saber cuáles son las posibilidades y el alcance del
autómata para poder diseñar una aplicación que utilice los máximos recursos que
dispone maximizando así su beneficio. Así como su programación.
ARCE
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2.1. Automatismo Secuencial
2.1.1. Introducción
El Automatismo Secuencial es el sistema de control automático que realiza las secuencias
de arranque y parada de los grupos generadores de una Central hidroeléctrica, así como
de sus equipos asociados y auxiliares.
Este automatismo permite que los grupos y sus equipos pasen automáticamente de una
situación de parada o fuera de servicio a otra de arranque o servicio, o bien vuelvan al
estado de parada o fuera de servicio.
Se denomina secuencial porque el programa del PLC que lo realiza se estructura en forma
de secuencias en las que, paso a paso, se comprueba el estado de la instalación, se
emiten determinadas órdenes, se espera el cumplimiento de estas y se pasa al paso
siguiente, así sucesivamente hasta que se alcanza el fin de la secuencia en curso. De esta
forma se lleva a la instalación progresivamente al estado deseado.
Este Automatismo Secuencial constituye la estructura básica de toda la programación del
PLC, a la que se pueden incorporar otras funciones, tales como automatismos de
reposición, control de defectos o funciones de regulación. De igual modo que la
automatización de los procesos de arranque y parada, sin intervención de personal,
constituye la base de toda automatización de una central generadora.
Los criterios de diseño se fundamentan en dotar al automatismo de todas las facilidades y
seguridades que pueda requerir un automatismo secuencial, así como de un completo
sistema de auto vigilancia y autocontrol que lo convierta en un sistema autónomo,
completamente independiente de cualquier otro control de nivel superior.
ARCE
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2.1.2. Estructura del equipo (PLC)
El Autómata Lógico Programable (PLC) que se utiliza para la automatización es un
autómata modular 3de Siemens.
Dado los grandes avances experimentados en los últimos tiempos por los PLC de
tamaño medio en lo que respecta a memoria, tiempos de ciclo, capacidades de cálculo
y comunicaciones, el PLC instalado por Técnica y Naturaleza es suficiente para las
necesidades de automatización requeridas.
La configuración de los programas que se utilizan y el carácter modular del PLC
permiten una fácil adaptación de uno y otro a las características propias de la
instalación, reduciéndose los costes de la ingeniería y del propio equipo.
En los planos eléctricos de la central de referencia estará definida la configuración del
PLC utilizado, así como su Módulo de Mando. A la presente descripción general del
sistema operativo se debe adjuntar la estructura básica del programa particular de la
Central, esto es, secuencias previstas, pasos de cada secuencia y condicionamientos
que configuran cada paso.
Los elementos básicos del equipo son el módulo bus, la Unidad Central y las unidades
de entradas y salidas binarias. Según el tipo de Unidad Central utilizada, y las
funciones incorporadas al PLC, puede ser preciso añadir otras unidades tales como
fuentes de alimentación, adaptadores de bus, unidades de memoria, unidades de
entradas y salidas analógicas, de comunicaciones, de vigilancia de ciclo, etc.
2.1.3. Interfaces con la instalación
Las salidas digitales se comunican siempre con la instalación mediante relés de
aislamiento galvánico4, a excepción de las salidas a lámparas de señalización del propio
3 Los autómatas modulares son los que permiten una ampliación de sus posibilidades, es decir; se
amplían con los diferentes módulos que se necesiten. http://www.automatas.org/hardware.htm 4 El relé o relevador, del francés relais, relevo, es un dispositivo electromecánico, que funciona como un
interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Permite la vigilancia y correcto funcionamiento de la mini-central.
ARCE
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cuadro.
Las entradas digitales se comunican normalmente de forma directa con la instalación,
siempre que las unidades de entradas binarias estén debidamente protegidas.
Las entradas y salidas analógicas están conectadas a elementos exteriores a la central,
o que pueden verse afectadas por perturbaciones, se protegen mediante relés o
separadores galvánicos, dispositivos de protección contra inducciones y sobre tensiones
atmosféricas.
La comunicación del PLC con el operador está descrita en el apartado Sistema
operativo y se realiza mediante el Módulo de Mando, que puede según la instalación
así, puede consistir en una serie de pulsadores y lámparas, y un dispositivo de
visualización consistente en un simple display, acompañado eventualmente de un
display de textos. O bien puede preverse una interfase específica para el PLC utilizado,
como puede ser un Panel de Operación (OP).
ARCE
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2.1.4. Modos de servicio del PLC
El sistema permite los siguientes Modos de Servicio, seleccionables por el mando
correspondiente:
Fuera de Servicio
Automático
Paso a Paso
El Servicio Automático es de selección automática al conectar el PLC a menos que esté
presente la señal de Fuera de Servicio. Este hecho debe tenerse muy en cuenta al dejar el
PLC fuera de servicio, en STOP o sin alimentación.
Los Servicio Automático y Paso a Paso pueden seleccionarse en cualquier momento
durante el desarrollo de las secuencias, a menos que sea una secuencia de parada de
emergencia, que siempre se realiza en Servicio Automático.
La conexión a Fuera de Servicio solo puede realizarse en Fin de Secuencia de Parada.
Foto del autómata Siemens instalado en la central de San Rafael.
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2.1.5. Programas secuenciales.
2.1.5.1. Tipos de secuencia
El automatismo secuencial realiza los siguientes programas secuenciales:
Arranque de grupo5. (Secuencia 1). Seleccionable en Local por los mandos
de Arranque e Iniciar Secuencia. Existe la opción de telemando que será la que
se tiene que implementar para obtener el control remoto deseado.
Parada normal de grupo. (Secuencia 2). Seleccionable en local por los
mandos de Parada e Iniciar Secuencia. Existe la opción de telemando que se
debe implementar.
Disparo normal del grupo. (Secuencia 3). Seleccionable automáticamente
por conmutación de secuencia, según se programara el PLC.
Produce la parada rápida del grupo con apertura del interruptor de grupo y des-
excitación. Evitando el embalsamiento6.
Disparo urgente del grupo. (Secuencia 4). Seleccionable automáticamente
por conmutación de secuencia, según programación, o por orden exterior
(pulsador de disparo urgente, protecciones de tipo eléctrico).
Produce la parada rápida del grupo, con apertura del interruptor de grupo y des
excitación inmediata.
Las secuencias de disparo normal y disparo urgente (Secuencias 3 y 4) confluyen
normalmente con la secuencia de parada normal (Secuencia 2) en los últimos pasos.
2.1.5.2. Estructura de los programas secuenciales del PLC.
Los programas secuenciales son estructurados por pasos, según el método de
programación denominado de etapa-transición (Sistema "GRAFCET7", según NF C03-
190, o similar).
5 Cuando se refiere a grupo hace referencia a todo el conjunto formado por turbina y PLC Siemens.
6 En Ingles Overspeed. Exceso de velocidad en la turbina.
7 Método grafico de modelado y descripción de sistemas de automatismos secuenciales Automatismos
secuenciales : El estado que adquiere el sistema ante el cambio de una entrada depende de los estados anteriores, son automatismos combinatorios: El estado del sistema depende solo de la combinación de los estados de las entradas en el instante en análisis • Ofrece una metodología de programación estructurada topdown.
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En cada paso, en general, se comprueba el estado de la instalación, se emiten una
serie de señales y se espera un cierto tiempo. En cuanto se cumplen estas se avanza
al paso siguiente.
Los distintos pasos de cada secuencia de arranque y parada se recorren
progresivamente si el desarrollo del programa es normal, esto es, de acuerdo con la
programación prevista para el desarrollo de estas secuencias. De no ser así se
procede a una conmutación a una secuencia de mayor seguridad, también de acuerdo
con la programación prevista, y se dan los avisos correspondientes.
En la zona en la que ya no es posible una conmutación (zona limite de alarma), solo
se producen los avisos y se fuerza al programa a continuar, una vez transcurridos los
tiempos de espera de cada paso. Se consigue así la terminación de las secuencias de
parada. Las órdenes cuyo cumplimiento pueda, en este caso, suponer un riesgo para
la instalación se condicionan debidamente, a fin de que no puedan ejecutarse si no se
dan las condiciones adecuadas.
2.1.5.3. Estructura de los pasos a seguir.
Cada paso de las distintas secuencias está compuesto por los siguientes elementos
fundamentales:
Tiempo de protección. Tiempo fijo de aproximadamente 100 ms, al comienzo y al final de
cada paso, para asegurar una transición correcta entre pasos, sin interferencias entre
pasos consecutivos.
Condiciones de funcionamiento. Son los criterios que deben estar presentes durante
toda la ejecución del paso. Su ausencia provoca conmutación de secuencia y/o aviso.
Órdenes. Son las que se emiten en cada paso, normalmente al comienzo de la ejecución
del mismo.
Tiempo de Duración de la emisión de cada orden. Las órdenes pueden también emitirse
durante todo el paso, durante varios pasos, o hasta que se cumpla una condición
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determinada. Igualmente pueden condicionarse previamente al cumplimiento de una
condición.
Condiciones de respuesta. Son los criterios que deben presentarse como consecuencia
de las emitidas en los pasos. Su presencia determina la progresión al siguiente paso.
Las condiciones de respuesta de progresión al paso siguiente pueden incluir el
cumplimiento del tiempo de espera, o solo incluso el cumplimiento de este tiempo. Estos
pasos se denominan de Tiempo de Condición.
Tiempo de espera. Son los tiempos que se esperan en cada paso para que se presenten
las condiciones de respuesta. Su transcurso provoca conmutación de secuencia y/o aviso,
excepto en los Pasos de Tiempo de Condición, en que dicha conmutación y aviso solo se
producen si transcurrido el tiempo de espera no se han presentado las condiciones de
respuesta programadas.
Se incluye en Anexo G los diagramas funcionales de un Paso Normal, un Paso Tiempo de
Condición y un Paso en la zona Límite de alarma, junto con una referencia de los
elementos fundamentales de los pasos.
2.1.6. Desarrollo de las secuencias.
Programa de arranque. Si se cumplen las Condiciones Preliminares (Paso 0) del
programa de arranque y no hay bloqueos, luce en permanencia el serial de Listo
Arranque.
Si en estas condiciones se da orden de arranque, se selecciona la secuencia de
arranque y esta se inicia por el paso 1.
Sin embargo, en Fin de Secuencia de parada se exploran también, además de las
Condiciones Preliminares del Paso 0, las condiciones de funcionamiento de los restantes
pasos sucesivos de la secuencia de arranque.
Si no cumpliéndose las Condiciones Preliminares (Paso 0), se cumplen en cambio las
condiciones de funcionamiento de alguno de los pasos sucesivos, el serial de Listo
Arranque luce con parpadeo, y si en estas condiciones se ordena arranque, la secuencia
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de arranque se inicia por el primer paso cuyas condiciones de funcionamiento se
cumplen, además, en el serial de Control compendiado de Secuencia la cifra del paso
señalizará con parpadeo el paso en que se iniciará la Secuencia de arranque.
Esta característica se denomina Seguimiento y, como consecuencia, los enclavamientos
de arranque deben repetirse en todos los pasos, y las condiciones de respuesta deben
incluirse como condición de funcionamiento de los pasos siguientes.
El programa permite elegir por SW tres tipos de seguimiento:
En servicio permanente.
Solo al dar tensión al PLC
Desconectado.
En particular, el Seguimiento permite pasar a Servicio Automático una máquina que se ha
arrancado en manual. Para ello es suficiente, una vez que esté la máquina en condiciones
de fin de secuencia de arranque, ordenar el arranque automático. La secuencia se
conmutará de inmediato de Fin de Secuencia de Parada a Fin de Secuencia de Arranque.
Si el grupo no está Listo para Arranque, y no luce la señalización correspondiente, al pulsar
Arranque las cifras de criterios del serial de Control compendiado de Secuencia
determinarán, por rotación sucesiva, todos los criterios que faltan para que se cumplan las
Condiciones Preliminares para poder arrancar (Paso 0). Si se prevén otros dispositivos de
visualización, como un display de textos o un Panel de Operación (OP), se indicarán con su
texto correspondiente todos los criterios que faltan.
Si no luce Listo para Arranque, y no falta ningún criterio, es porque existe algún bloqueo
interno, que estará debidamente señalizado (orden de disparo exterior, presente o no
desbloqueada, bloqueos de Automatismo de Reposición, actuación de alguna protección
interna por SW).
Con el PLC Fuera de Servicio queda desconectada toda la vigilancia de arranque.
Programas de parada. Se recorren secuencialmente desde el primer paso, aun cuando
los pasos estén ya cumplidos.
Durante el desarrollo de los programas secuenciales se visualizan, mediante las cifras del
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serial de Control compendiado de Secuencia, la secuencia en curso, el número del paso que
se está ejecutando y el número de los criterios que faltan por cumplirse para completar
dicho paso. El Final de Secuencia y el cumplimiento de todos los criterios se señalizan
con los números 0 y 00, respectivamente.
Con otros dispositivos de visualización, como un Panel de Operación (OP), se completará
esta información con la designación de la secuencia en curso, el número de paso y el
texto correspondiente a todos los criterios ausentes que faltan por cumplirse.
La numeración de los criterios de programación en el serial de Control compendiado de
Secuencia se realiza teniendo en cuenta, en lo posible, el sistema de identificación de las
entradas binarias empleado por el PLC utilizado.
Así, por ejemplo, si un PLC identifica las entradas por los números de la ranura y posición
en la ranura, de forma que la entrada binaria correspondiente a la tarjeta situada en la
ranura 4 y situada en la posición 3 se designe como E 04.03 o E4.3, se emplearán para
designar los criterios los mismos números característicos de la entrada al PLC,
prescindiendo de ceros no significativos. Así, el criterio de entrada E04.03 o E4.3 antes
citado se representaría por el número 43.
En caso de que esta correspondencia no sea evidente o existan excepciones, como ocurre
con la numeración de criterios de programación que se corresponden con criterios internos y
no con entradas binarias, en las hojas de programación se hará constar la numeración que
realmente corresponda con los criterios de programación empleados.
Con dos cifras de criterios el sistema puede soportar, por tanto, 80 criterios de entrada con
numeración octal de la posición, o 100 criterios con numeración decimal. Con tres cifras de
criterios esta capacidad podría ampliarse hasta 800 y 1000 criterios de entrada
respectivamente, por lo que, en la práctica, la capacidad de criterios de entrada esta solo
limitada por el propio PLC.
El sistema no tiene limitación para el número de salidas, por lo que es el propio PLC el que
impone esta limitación.
NOTA: Si se usa en la programación el criterio de entrada EOO.OO o EO.O con la
numeración 00, la falta de este criterio se señaliza en las cifras de criterios
mediante 00, de igual forma, por tanto, que el cumplimiento de todos los
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criterios. Debe prestarse atención a este extremo.
Durante el desarrollo de las Secuencias de Arranque y Parada Normal es posible detener
en cualquier momento la secuencia en curso actuando el mando de Iniciar/Detener
Secuencia. Parpadea el serial de Secuencia en Desarrollo, y al terminar el paso en curso
la secuencia se interrumpe durante un tiempo programado, parpadeando el serial de
Iniciar/Detener Secuencia. Transcurrido este tiempo, la secuencia se reanuda
automáticamente. Si se desea que la interrupción se prolongue un tiempo superior, es
preciso mantener actuado el mando Iniciar/Detener Secuencia. En cualquier momento
durante una interrupción voluntaria de secuencia es posible reanudar está actuando de
nuevo el mismo mando.
Las detenciones voluntarias de secuencia mediante el mando Iniciar/Detener Secuencia
solo deben usarse con conocimiento de causa, pues en determinadas condiciones de los
equipos pueden ser una maniobra incorrecta. Si durante una detección voluntaria se
presenta una conmutación automática por falta de alguna condición de funcionamiento u
orden exterior, se producirá la conmutación de secuencia, con prioridad a la interrupción
voluntaria.
2.1.7. Control de las secuencias. Disponibilidad.
La mayor seguridad y economía que se obtiene con una automatización completa de los
equipos se traduce frecuentemente en una reducción de su disponibilidad, dado que se
aumenta la complejidad de la instalación y número de sensores. A este respecto debe
tenerse en cuenta que las averías de los sensores son interpretadas por el PLC como
averías del equipo principal.
Es, por tanto, importante un control rápido de los defectos en los equipos a controlar que
producen faltas en la ejecución de las secuencias. Se dota para ello a la programación de
funciones de auto-vigilancia.
El PLC dispone de múltiples de funciones de auto vigilancia, solo queda poder gestionarlas a
través de ARCE de manera remota.
Este control de las secuencias se realiza mediante el Servicio Paso a Paso, la
Señalización de Defectos de Secuencia y una Memoria de Anomalías.
ARCE
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2.1.7.1. Servicio Paso a Paso.
Seleccionado este tipo de servicio con el mando correspondiente (en el panel de control de
la mini-central), la ejecución de cada paso requiere una orden del operario con el mando
de Iniciar/Detener Secuencia.
Previsto en las secuencias de arranque y parada normal, permite un mejor control del
desarrollo de ambas secuencias. Si durante el servicio Paso a Paso se produce
conmutación a los disparos normal y urgente, estas secuencias de disparo se desarrollan
automáticamente.
El Servicio Paso a Paso puede conectarse o desconectarse en cualquier momento durante
el desarrollo de las secuencias de Arranque y Parada Normal. El parpadeo del serial de
Iniciar Secuencia indica que el paso en curso está completado y puede pasarse al paso
siguiente actuando el mismo mando. El parpadeo del serial de Secuencia en Desarrollo
representa que en este tipo de servicio esta interrumpida la progresión automática al paso
siguiente.
En Servicio Paso a Paso y en las detenciones voluntarias de secuencia debe prestarse
atención a aquellas condiciones de la instalación en que pueda no ser admisible una
pausa entre pasos.
2.1.7.2. Señalización de defectos.
Señalización que facilitan una información general sobre el tipo de defecto. Se dispone, de
las siguientes señalizaciones:
Vigilancia PLC. Se actúa mediante una unidad externa de vigilancia de ciclo (por defecto
interno en la CPU. o falta de alimentación), o bien por una vigilancia interna de la propia
CPU.
Falta sin conmutación. Defecto de secuencia que no produce conmutación.
Secuencia conmutada. Defecto de secuencia con conmutación a las secuencias de
disparo normal o urgente.
Falta de condición. Falta de una condición de funcionamiento.
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Tiempo sobrepasado. Se produce al alcanzarse un tiempo de espera y es, por
consiguiente, equivalente a la falta de una condición de respuesta.
Orden de disparo exterior. Corresponde a una conmutación de secuencia originada por
una causa exterior, ajena al propio desarrollo de la secuencia y, por tanto, de la
programación.
Conmutación a parada normal. Corresponde a una conmutación interna a la Secuencia
de Parada Normal (Secuencia 2).
Conmutación a disparo normal. Corresponde a una conmutación interna a la secuencia
de disparo normal (Secuencia 3). Se produce simultáneamente, por lógica cableada, la
actuación del relé maestro de disparo normal.
Conmutación a disparo urgente. Corresponde a una conmutación interna a la secuencia
de disparo urgente (Secuencia 4). Se produce simultáneamente, por lógica cableada, la
actuación del relé maestro de disparo urgente.
La excitación de los relés maestros de disparo normal y urgente, aunque incluida
siempre como criterios de funcionamiento en la programación, activa en principio el serial.
Orden de disparo exterior solamente cuando son ellos la causa original de la conmutación
de secuencia, por la actuación de alguna protección del grupo. No cuando los citados relés
maestros son excitados por el propio PLC por producirse una conmutación interna a las
secuencias de disparo normal o urgente por defecto de secuencia.
2.1.7.3. Memoria de anomalías.
Existe la función memoria del PLC que permite memorizar en que parte de la
secuencia se encuentra cuando se produce el defecto.
El estado de esta memoria se visualiza, mediante el mando de Memoria de Anomalías, a
través de los mismos elementos que se utilizan para el control y Señalización del desarrollo
de las secuencias (serial de Control compendiado de Secuencia, información
complementaria de otros dispositivos de visualización, señalización). Ambas
visualizaciones, memoria y tiempo real, se distinguen por un parpadeo de las cifras de
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secuencia y paso del serial de Control compendiado de Secuencia cuando se consulta la
memoria, y se señaliza explícitamente con otros dispositivos de visualización. El mismo
mando, o el pulsador de Enterado, permiten volver a tiempo real.
La Memoria de Anomalías es única y actúa de forma selectiva. Esto significa que, según
un orden de preferencia establecido, la información de un defecto preferente borra y
sustituye a la información de los posibles defectos anteriores.
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2.1.8. Interfases de disparo. Seguridad del PLC secuencial.
Todas las conmutaciones a secuencias de disparo por falta en secuencia provocan la
actuación de un relé de salida, según el programa de disparo a que se conmuta (disparo
normal, disparo urgente). Estos relés permanecen en esta condición de activado hasta que
se completa el programa de parada, y actúan los relés maestros de disparo y, por
consiguiente, toda la cadena de parada de lógica cableada.
Dado que también las secuencias de disparo actúan los elementos de seguridad de la
máquina, se dispone de redundantes sobre los mismos.
La protección de la máquina por elementos de seguridad no incluidos directamente en la
programación de las secuencias, como puede ser la temperatura alta de un cojinete, actúan
en cualquier caso sobre las cadenas de disparo, dado que aun cuando el control de
defectos se realice mediante el PLC se incluyen habitualmente en dichas cadenas de
disparo utilizando los relés de interfase de las entradas. Pero puesto que los relés maestros
de disparo se incluyen en la programación como condiciones de funcionamiento, provocan,
asimismo, la correspondiente conmutación de secuencia. En caso de que el control de
defectos se encomiende al PLC se realiza también una conmutación directa interna a los
programas de parada, por lo que en este caso el sistema de seguridad de la instalación
puede considerarse en cierto modo triplicado.
Se confiere de este modo una gran seguridad a los equipos frente a las averías pasivas de
los sistemas de seguridad.
Con independencia de las vigilancias internas de que disponga el propio PLC, las averías
activas y pasivas de las entradas al PLC se prevén, en general, mediante un control
polivalente de las entradas, y las averías activas de las salidas duplicando las salidas de
mayor responsabilidad (por ejemplo apertura del órgano de seguridad de la turbina). Las
averías pasivas de las salidas están protegidas ya por la propia programación.
La unidad central se vigila mediante una unidad exterior de vigilancia de ciclo (Watch-Dog),
y/o por las vigilancias internas de la propia CPU.
Paso fuera de sincronismo. El programa se sitúa en un paso en el que se activan
funciones de que no están conformes con la función de seguridad del paso correspondiente.
Paso prolongado. Después del tiempo de espera de un paso no se sale del paso, por
conmutación o tiempo de seguridad, y la secuencia queda interrumpida.
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Paso oscilante. Las condiciones de respuesta, una vez cumplidas, se borran durante el
tiempo de protección y el paso vuelve a iniciarse, tendiendo a repetirse este ciclo
indefinidamente sin poderse progresar al paso siguiente.
El funcionamiento de estas protecciones se señalizarán normalmente mediante el sistema
de vigilancias internas del PLC. De no existir este sistema la señalización se realizará,
respectivamente, mediante un parpadeo de las señales de Falta sin conmutación,
Secuencia Conmutada y Falta de condición.
La actuación de estas protecciones produce los siguientes efectos:
- Se selecciona la secuencia de Disparo Urgente (Secuencia 4).
- Se excitan los relés de salida del PLC de disparo normal y disparo urgente, que actúan
sobre los relés maestros de disparo del grupo.
- Se cortan todas las directas del PLC a la instalación.
La actuación de cualquiera de estas protecciones impide el arranque de la máquina, a
menos que se prevea por programación un borrado automático de estas protecciones por SW
en Fin de Secuencia de parada, aunque no de sus señalizaciones.
El borrado manual de la señalización correspondiente a la protección activada se realiza con
el pulsador de Enterado, actuando eventualmente a la vez el mando de Fuera de Servicio.
Estas protecciones protegen principalmente de defectos en la propia programación, a
excepción de la protección de paso oscilante, que también puede ser producida por los
equipos. La actuación de cualquiera de estas protecciones en una instalación en servicio
debe ser siempre investigada.
2.1.9. Programación del PLC.
La programación básica se realiza representando en un diagrama secuencial los pasos de
las distintas secuencias, con las órdenes y condiciones de respuesta de cada paso. Se
incluyen los tiempos de espera de cada paso, los pasos Tiempo de Condición y las
Conmutaciones Inferiores. En los Anexos se incluye un diagrama secuencial típico (ver
Anexo F Programación Secuencial).
La programación de detalle se realiza mediante un impreso previsto al efecto, del que se
complementa un ejemplar para cada paso de cada secuencia.
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En los Anexos se incluye un ejemplar (ver Anexo F Programación Secuencial).
A la derecha del impreso se marcan con una (X) las salidas del PLC , debiendo indicarse las
condiciones de emisión de la orden correspondiente. Las aclaraciones necesarias se incluyen
en Observaciones.
- t emisión de la orden durante un tiempo de t segundos.
- C emisión de la orden hasta que se cumpla una condición.
- E emisión de la orden enclavada con el cumplimiento previo de una condición.
- P emisión de la orden durante todo el paso.
A la izquierda del citado impreso se incluyen las entradas de criterios y mandos, con dos
columnas correspondientes a las condiciones de funcionamiento y respuesta.
Cada una de estas columnas esta a su vez dividida en cuatro columnas, con las siglas A, 2,
3, y 4, que simbólicamente representan el tipo de actuación que provocan las faltas de
condición de la columna correspondiente:
- A Solo aviso.
- 2 Conmutación al programa de parada normal (Secuencia 2) y aviso.
- 3 Conmutación al programa de disparo normal (Secuencia 3) y aviso.
- 4 Conmutación al programa de disparo urgente (Secuencia 4) y aviso.
Las condiciones de funcionamiento y respuesta de cada paso se incluyen en la casilla
correspondiente al tipo de actuación con una cruz (X) si deben estar presentes (1), o con
una barra (/) si deben estar negadas (0).
Las condiciones de respuesta de solo aviso, por cuyo cumplimiento el programa no debe
esperar sino progresar en cuanto estén cumplidas las restantes condiciones de respuesta, se
denominan Alarmas Secundarias, y se representan en el programa con el símbolo AS.
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2.1.10. Sistema operativo.
La interfase con el operador para el control del Automatismo Secuencial se realiza
mediante el Módulo de Mando.
Este Módulo de Mando consiste en un conjunto de pulsadores y lámparas de señalización
y un display numérico, completado eventualmente con un display de textos. Se encuentra
en la pantalla del PLC Siemens.
Cualquiera que sea la disposición del Módulo de Mando se incorpora normalmente los
elementos de control que se indican a continuación:
Vigilancia PLC Lámpara de señalización. Señaliza falta de alimentación o falta interna del
PLC. Alimentada por un relé auxiliar, actuado por la unidad de vigilancia de ciclo (Watch-
Dog), y/o las vigilancias internas de la propia CPU. Prueba de lámpara exterior con diodo.
El relé auxiliar produce disparo urgente y, como seguridad, se bloquea la actuación de los
relés de salidas de Fuera de servicio. Mando para poner fuera de servicio el programa de
Automatismo Secuencial del grupo. Señalización de la aceptación del PLC de este
servicio. Solo está activo en Fin de Secuencia de Parada.
Automático. Mando para seleccionar el servicio automático del control de grupo y
señalización de la aceptación del PLC de este servicio. Activo en cualquier momento de
las secuencias de arranque y parada normal por selección voluntaria.
Es un servicio de selección automática en las Conmutaciones de secuencia por falta de
criterios de entrada u orden de disparo exterior.
Paso a Paso. Mando y señalización del servicio Paso a Paso. Activo en cualquier momento de
las secuencias de arranque y parada normal por selección voluntaria.
Listo Arranque. Señalización del cumplimiento de las condiciones del Paso 0 de Arranque o,
con parpadeo, de cualquier otro paso de esta secuencia (Seguimiento), así como que no
existe ningún bloqueo de arranque.
Arranque Grupo. Mando y señalización de la secuencia de arranque. Al pulsar se activa la
señalización y:
- Si se cumplen las condiciones de arranque (paso 0 o algún otro paso de la secuencia de
ARCE
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arranque, y no hay bloqueos), se preselecciona la secuencia de arranque y comienza a
parpadear el serial de Iniciar/Detener Secuencia.
- Pulsando Iniciar/Detener Secuencia se inicia el arranque.
- Si no se cumplen las condiciones de arranque, no se preselecciona la secuencia de
arranque (por lo que no parpadea el serial de Iniciar/Detener Secuencia), y la señalización
se mantiene activa un cierto tiempo durante el cual se exploran y muestran
automáticamente todas las condiciones ausentes del Paso 0.
- Si la secuencia de arranque queda preseleccionada y no se pulsa Iniciar/Detener
secuencia en un tiempo determinado, se pierde la preselección y la señalización
desaparece, volviéndose al estado de Fin de Secuencia de Parada.
- Iniciada la secuencia, la señalización de secuencia de arranque permanecerá activa,
incluso en fin de secuencia de arranque, pues en estas condiciones la máquina esta en
servicio.
- La señalización de arranque parpadea durante el tiempo de espera de la orden de
arranque del Automatismo de Reposición, avisando de un próximo arranque del grupo. Una
vez cumplido este tiempo, la señalización permanece y se inicia el arranque.
Parada de Grupo. Mando y señalización de la secuencia de parada normal.
Igual sistema operativo que el control de arranque de grupo, con la salvedad de que la
secuencia de parada es siempre aceptada y que la señalización parpadea durante el
tiempo de espera de la orden de parada del regulador de carga (Regulador de Nivel, etc.),
avisando de una próxima parada del grupo.
Iniciar/detener secuencia. Mando y señalización para la puesta en marcha y la detención
voluntaria de las secuencias:
- Al preseleccionarse las secuencias de arranque o parada el serial parpadea si las
condiciones de la instalación permiten la ejecución de la secuencia. Al pulsarse se inician
estas secuencias, desapareciendo la señalización.
- En servicio Paso a Paso parpadea la señalización al completarse cada paso de la
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secuencia. Al pulsarse desaparece la señalización y se continúa al paso siguiente.
- En Servicio automático, y durante el desarrollo de la secuencia, al pulsarse
Iniciar/Detener Secuencia se detiene la secuencia al completarse el paso que se está
ejecutando. Al pulsarse de nuevo se reanuda la secuencia. Durante la interrupción de
secuencia parpadea la señalización.
La detención de secuencia puede anularse en los pasos de la secuencia de Parada Grupo, y
en aquellos del Arranque donde no sea conveniente que pueda producirse una interrupción.
El control de Iniciar/Detener Secuencia se designa también como control de Iniciar
Secuencia.
Secuencia en desarrollo. Señalización fija con el desarrollo de cualquier secuencia en
servicio automático.
La señalización parpadea continuamente en servicio Paso a Paso y durante la detención
voluntaria de las secuencias en servicio automático, indicando que la secuencia esta en
desarrollo pero interrumpida la progresión automática al siguiente paso una vez cumplido
el paso en curso. La señalización desaparece en Fin de Secuencia.
Fin secuencia. Señalización del Fin de Secuencia de cualquier programa. Desaparece con
Secuencia en Desarrollo.
Memoria de anomalías. Mando de la Memoria de Anomalías y eventualmente señalización
de la misma, en cuyo caso la señalización parpadea si hay contenido en la memoria y
permanece fija si se está visualizando. Active en cualquier paso de las secuencias y en Fin
de Secuencia.
Presenta en el dispositivo de visualización las anomalías detectadas durante la ejecución
de las secuencias. También activa las señalizaciones correspondientes a las anomalías
memorizadas.
Las anomalías de alarmas se borran con el Enterado si ha desaparecido el defecto. No así
las de conmutación automática, que son además preferentes sobre las de alarma.
Las cifras de secuencia y paso del serial de Control compendiado de Secuencia parpadean
cuando esta activada la Memoria de Anomalías.
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El mismo pulsador permite pasar de la Memoria de Anomalías a tiempo real.
Falta sin conmutación. Señalización de defectos en secuencias que producen solo alarma.
Se apaga con el Enterado, o al comienzo de la secuencia de arranque.
Secuencia conmutada. Señalización de defecto en secuencia que produce conmutación a
otra secuencia.
Se apaga con el Enterado, o al comienzo de la secuencia de arranque. Falta condición.
Señalización de la falta de una condición de funcionamiento. Se apaga con el Enterado, o al
comienzo de la secuencia de arranque. Tiempo sobrepasado. Señalización de la falta de
una condición de respuesta. Se apaga con el Enterado, o al comienzo de la secuencia de
arranque.
Orden de disparo exterior. Señalización de la orden de conmutación a secuencia de
disparo normal o urgente por orden externa.
Se apaga con el Enterado en Fin de Secuencia de Parada, o al comienzo de la secuencia
de arranque.
Los disparos con bloqueo requieren pulsar Enterado en Fin de Secuencia cuando haya
desaparecido el defecto.
Conmutación a parada normal Señalización de una conmutación interna la secuencia de
parada normal.
Se apaga con el Enterado en Fin de Secuencia de Parada, o al comienzo de la secuencia
de arranque.
Conmutación a disparo normal Señalización de una conmutación interna a la secuencia de
disparo normal.
Se apaga con el Enterado en Fin de Secuencia de Parada, o al comienzo de la secuencia
de arranque.
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Cuando se produce una conmutación a disparo normal también se excita el relé maestro de
disparo normal del grupo.
Conmutación a disparo urgente. Señalización de una conmutación interna a la secuencia de
disparo urgente.
Se apaga con el Enterado en Fin de Secuencia de Parada, o al comienzo de la secuencia de
arranque.
Cuando se produce una conmutación a disparo urgente también se excita el relé maestro
de disparo urgente del grupo.
Enterado. Pulsador sin lámpara. Permite realizar el Enterado borrando la señalización
exterior de anomalías, es decir, las señales:
- Falta sin conmutación
- Secuencia conmutada
- Falta de condición
- Tiempo sobrepasado
- Orden de disparo exterior (solo en Fin de secuencia)
- Conmutación a parada normal (solo en Fin de secuencia)
- Conmutación a disparo normal (solo en Fin de secuencia)
- Conmutación a disparo urgente (solo en Fin de secuencia)
Una vez actuado el pulsador de Enterado las anomalías que provocan Falta sin
Conmutación son borradas de la memoria si ha desaparecido el defecto. Las anomalías que
provocan Secuencia Conmutada se mantienen memorizadas internamente hasta el
comienzo de una nueva secuencia de arranque.
Señal de control compendiado de secuencia. Display o señalización numérica para control
abreviado de la ejecución de las secuencias.
Aun cuando el Módulo de Mando se realice mediante una interfase especifica del PLC, que
proporcionará una información detallada del desarrollo de las secuencias, se incorpora
también en el mismo este control numérico, dado que facilita una información útil, rápida y
compendiada de la secuencia en curso y de la Memoria de Anomalías.
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Este control numérico se compone normalmente de cuatro cifras, que de izquierda a derecha
son:
Cifra de Secuencia. Señaliza la secuencia en curso de acuerdo con la siguiente
numeración:
1. Secuencia de arranque
2. Secuencia de Parada Normal
3. Secuencia de Disparo Normal
4. Secuencia de Disparo Urgente
De ocurrir una anomalía en una secuencia, al pulsarse Memoria Anomalías se señaliza con
parpadeo la secuencia en curso en el momento de producirse el defecto. Se actualiza
volviendo a pulsar Memoria Anomalías o Enterado.
Cifra de Paso. Señalice el paso en curso en el desarrollo de las secuencias, con la
siguiente numeración:
1 a 9 - Pasos 1 al 9 0 – Fin de Secuencia
De ocurrir una anomalía en una secuencia, al pulsarse Memoria Anomalías se señaliza
con parpadeo el paso en curso en el momento de producirse el defecto. Se actualiza
volviendo a pulsar Memoria Anomalías o Enterado.
Cifras de Criterios. Señalizan los criterios vigilados que no están presentes. Todos los
criterios de la instalación se numeran, en general, de una forma equivalente en el Control
compendiado de Secuencia, las hojas de programación de las secuencias y la colección de
esquemas eléctricos, aunque suprimiendo los ceros no significativos.
De ocurrir una anomalía en una secuencia, al pulsarse Memoria de Anomalías las cifras de
criterios señalizan por rotación sucesiva todos los criterios ausentes en el momento de
producirse el defecto. Se actualiza volviendo a pulsar Memoria de Anomalías o Enterado.
Con máquina parada y no Lista para Arranque, al seleccionarse secuencia de Arranque
aparecen en ciclo de reconocimiento en las cifras de criterios todos los criterios que
permanecen ausentes, a menos que la causa sea un bloqueo, que tendrá su señalización
correspondiente.
Cuando todos los criterios vigilados estén presentes se indicará 00.
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Prueba lámparas. Pulsador sin lámpara, mando incorporado en el conmutador multifunción
de Conexión/Desconexión de la señalización o actuación prolongada del pulsador de
Enterado. Prueba las lámparas internamente por programación, a excepción de aquellas
salidas cuya excitación provocaría una actuación inadecuada, que se prueban por
cableado externo.
Las lámparas de control del PLC se cortan con el mando Conexión/Desconexión de la
señalización.
Local/Telemando. Pulsador de retención con lámpara, eventualmente con llave, o
conmutador de dos posiciones. Permite el control de las secuencias del PLC desde
Telemando.
El desarrollo de las secuencias en servicio Telemando requiere obligatoriamente el
Servicio automático.
NOTA: Los mandos de Enterado, Prueba de lámparas y Memoria de Anomalías
pueden ser utilizados para funciones similares en otros bloques funcionales
incorporados en el mismo PLC (Reguladores de Velocidad, de Carga, etc.).
ARCE
32
2.2. Automatismo de Reposición.
2.2.1. Introducción.
El Automatismo de Reposición es el sistema de control automático que, de estar
conectado, genera una orden de arranque automático a la máquina cuando está
parada y se cumplen todas sus Condiciones de Arranque.
Este automatismo permite, por tanto, la reposición automática de la máquina a la
red cuando se produce su parada por una causa que no compromete la seguridad de
la instalación y que, por tanto, no produce bloqueo.
Además de la orden de arranque, el Automatismo de reposición realiza otras
funciones de control de funcionamiento, a fin de evitar arranques indebidos. A este
respecto se le considera dividido en dos bloques funcionales, denominados
Automatismo de Nivel y Automatismo de Red.
Ambos Automatismos de Nivel y Red se integran en el Automatismo Secuencial, dado
que solo producen la orden de arranque. Es el Automatismo Secuencial el que debe
cumplimentar esta orden, realizando la función de arranque automático de la máquina.
El control de los Automatismos de Nivel y Red se realiza mediante un Módulo de
Mando, que también se Integra en el Módulo de Mando del Automatismo Secuencial.
Así, si el Módulo de Mando del Automatismo Secuencial consiste en un conjunto de
pulsadores y lámparas de señalización y un dispositivo de visualización, el Módulo de
Mando de los Automatismos de Nivel y Red se realiza añadiendo unos pulsadores y
lámparas al Módulo de Mando del Automatismo Secuencial.
Estos automatismos, como integrados que están en el Automatismo Secuencial, usan
el mismo equipo y los mismos criterios de diseño detallados en el apartado anterior.
ARCE
33
2.2.2. Modos de Servicio.
Existen dos modos de servicio de los Automatismos de Nivel y Red, seleccionables
mediante un mando de conexión del Módulo de Mando (panel de control):
Servicio
Fuera de Servicio
En estado Fuera de Servicio estos automatismos se hacen inoperantes, a la vez que
se eliminan todos sus bloqueos.
2.2.3. Control de Funcionamiento del PLC.
Cualquiera de los dos bloques funcionales en que se divide el Automatismo de
Reposición genera la orden de arranque. Pero según que bloques operativos estén
en servicio se realizan los siguientes controles de funcionamiento:
Automatismo de Nivel. Se controla el tiempo de funcionamiento de la máquina desde
que se da la orden de arranque por el propio automatismo hasta que se para por falta
de agua, o por la acción de los equipos de seguimiento o control de potencia.
Si este tiempo es inferior a un valor ajustable, prueba de un caudal fluyente disponible
inferior al mínimo que requiere la turbina8, el Automatismo de Reposición queda
bloqueado durante un tiempo también ajustable, a fin de evitar arranques continuos
sucesivos.
Transcurrido el tiempo de bloqueo, el Automatismo de Reposición se hace de nuevo
operativo, y se realiza un nuevo intento de arranque, por si entretanto el caudal ha
aumentado.
Automatismo de Red. Se controla el número de paradas de la máquina por faltas
en la red (tensión o frecuencia anormal).
Si se produce un número determinado de paradas (normalmente tres) en un intervalo
de tiempo ajustable, prueba de una red perturbada, el Automatismo de Reposición
8 Ver Anexo A de La Turbina
ARCE
34
queda bloqueado durante un tiempo también ajustable, a fin de evitar la puesta en
servicio de la máquina en tales condiciones de la red.
Transcurrido el tiempo de bloqueo, el Automatismo de Reposición se hace de nuevo
operativo y se realiza un nuevo intento de arranque, por si entretanto ha desaparecido
la perturbación de la red.
Si se produce alguna falta durante el desarrollo de la Secuencia de Arranque, ambos
automatismos permiten varios intentos de arranque sucesivos, por si se trata de
defectos pasajeros.
Después de realizados estos intentos de arranque (normalmente tres) se supone que
la falta que impide el desarrollo de la Secuencia de Arranque es permanente, y el
Automatismo de Reposición queda bloqueado definitivamente.
2.2.4. Condiciones de Arranque del PLC.
Las condiciones necesarias para que el Automatismo de Reposición genere una
orden de arranque se pueden considerar divididas en dos grupos:
Condiciones de listo arranque. Son las mismas condiciones necesarias para un
arranque manual voluntario, y cuyo cumplimiento hace que luzca el serial de Listo
Arranque:
- Autómata no Fuera de Servicio y en fin de Secuencia de Parada cumplimiento de las
condiciones Iníciales del Paso 0, o de algún otro paso de la Secuencia de Arranque
(Seguimiento)
- Ausencia de disparo exterior con bloqueo, presente o no aceptado
- Ausencia de bloqueos debidos al Automatismo de Reposición
- Ausencia de otros bloqueos debidos a protecciones internas del PLC
Condiciones de la orden de arranque. Son las propias del Automatismo de Reposición.
Permiten y/o generan la orden de arranque:
- Automatismo de Nivel y/o Red en Servicio. El Automatismo de Reposición debe estar
en servicio.
ARCE
35
- Regulador de Nivel en Servicio, o serial equivalente de seguimiento a otro grupo o
control de potencia conectado. A falta de este serial, después del arranque por el
Automatismo de Reposición la máquina quedaría sin control. El Regulador de Nivel, o el
equipo de seguimiento o control de potencia, pueden ser exterior, o estar incorporado
en la propia programación. Si, en cualquier caso, este equipo de control requiere que la
máquina esté Lista para Arranque como condición de servicio, se toman las medidas
adecuadas en la programación (la máquina requiere que el Regulador de Nivel este en
servicio para estar Lista para Arranque, y a su vez el Regulador de Nivel requiere que la
máquina esté Lista para Arranque para estar en servicio).
Esta condición se incorpora como criterio de funcionamiento en el Automatismo
Secuencial. El arranque voluntario no se condiciona con el regulador de nivel en servicio
a menos que este en servicio el automatismo de reposición.
- Nivel de arranque del depósito o cámara de carga, o serial equivalente de arranque del
Regulador de Nivel o del equipo de seguimiento o control de potencia.
- Red normal, en tensión y frecuencia. Esta condición se incorpora a las condiciones de
funcionamiento del Automatismo Secuencial.
2.2.5. Orden de Arranque del PLC.
Cuando se cumplen todas las Condiciones de Arranque, el Automatismo de
Reposición emite un serial de aviso de arranque, que se mantiene durante un tiempo
ajustable.
Transcurrido este tiempo sin que falten las Condiciones de Arranque, se da la
orden de arranque y se inicia esta secuencia. Durante este tiempo de espera
parpadea la señal de Arranque del Automatismo Secuencial, avisando del próximo
arranque de la máquina.
Cuando la máquina deba estar parada es necesario desconectar los Automatismos
de Nivel y Red, aun cuando haya algún otro bloqueo en el grupo.
ARCE
36
2.2.6. Descripción del sistema operativo.
Cualquiera que sea el tipo de Módulo de Mando utilizado, estos automatismos
disponen de los elementos de control básicos que se indican a continuación, es
necesario su total control.
Automatismo de Nivel
SERVICIO. Mando y señalización de conexión. Selecciona y señala la puesta en
servicio del Automatismo de Nivel.
En modo fuera de servicio se normaliza el automatismo, desconectándose todos sus
bloqueos.
TIEMPO SERVICIO. Señalización de la cuenta del tiempo de servicio.
TIEMPO BLOQUEO. Señalización de la cuenta del tiempo de bloqueo temporal del
Automatismo de Reposición a causa de un tiempo de funcionamiento inferior al tiempo
de servicio ajustado.
BLOQUEO DEFINITIVO. Señalización del bloqueo definitivo del Automatismo de
Reposición por fallos sucesivos de arranque.
Automatismo de Red
SERVICIO. Mando y señalización de conexión. Selecciona y señala la puesta en
servicio del Automatismo de Red.
En modo fuera de servicio se normaliza el automatismo, desconectándose todos sus
bloqueos.
TIEMPO DE SERVICIO. Señalización de la cuenta del tiempo de vigilancia a partir de
una parada de la máquina por falta en red (tensión o frecuencia anormales).
TIEMPO DE BLOQUEO. Señalización de la cuenta del tiempo de bloqueo temporal
del Automatismo de Reposición a causa de excesivas paradas por falta en red.
ARCE
37
BLOQUEO DEFINITIVO. Señalización del bloqueo definitivo del Automatismo de
Reposición por fallos sucesivos de arranque.
2.3. Regulador de la velocidad de la turbina (RVT).
2.3.1. Introducción.
El Regulador de Velocidad de Turbina9 (RVT), realizado a base de un Autómata
Lógico Programable (PLC), está concebido para realizar el control de la
velocidad y carga de turbinas hidráulicas de una manera sencilla y automática.
El Regulador de Velocidad de Turbina (RVT) se incorpora en un PLC dedicado
exclusivamente a la función de regulación de la velocidad y carga de la turbina.
De esta forma, al estar integrados en el mismo PLC todos los sistemas de control
precisos para realizar el automatismo de las secuencias de arranque y parada del
grupo (AS), generar las órdenes de arranque y parada automáticas (AR), establecer la
carga de la máquina según las condiciones de operación previstas (RCT) y regular la
velocidad y carga del grupo (RVT), las interrelaciones entre estos distintos sistemas de
control se realizan internamente en el propio PLC, con la correspondiente economía y
seguridad de servicio.
En caso de falta de disponibilidad del PLC, o de alguna de las interfases con la
instalación que condicionan su funcionamiento, el mando manual asegura la
producción del grupo generador entretanto se subsana el defecto.
Este no es el caso de la solución plenamente integrada, que encomienda al PLC
todas las funciones precisas para la operación del grupo y prescinde del mando
manual. Con esta solución la perdida de disponibilidad del PLC, o de alguno de
sus sensores asociados, supone la parada de la máquina, con la
correspondiente perdida de producción durante todo el tiempo que se precise
para la reparación del defecto.
Debe tenerse en cuenta, a este respecto, que la fiabilidad de los PLC es hoy en día
muy elevada, pero que no puede afirmarse lo mismo de todo el conjunto de sus
9 Ver Anexo B Turbina de Embalse.
ARCE
38
interfases con la instalación, y que el riesgo de avería en algún sensor aumenta con la
complejidad de la instalación.
Asimismo debe considerarse que la falta de producción durante un tiempo aun
reducido puede suponer unas pérdidas económicas importantes que, especialmente
en instalaciones de cierta potencia, pueden ser de un orden muy superior al del coste
de los propios equipos de control.
Así el Regulador de Velocidad de Turbina (RVT) dispone normalmente de las
siguientes facilidades:
- Algoritmo de regulación automático según las condiciones de servicio de la máquina.
- Mando conjunto de Carga-Velocidad.
- Limitador de Apertura.
- Orden exterior de Cierre Rápido.
- Servicio en Red Aislada, con conexión y desconexión automática y manual.
- Ley de cierre con quiebro electrónico.
- Consigna de carga exterior, con by-pass del algoritmo de regulación, para la máxima
estabilidad de la máquina en condiciones normales de servicio.
- Mando manual de la turbina con el Regulador fuera de servicio.
- Control de gradientes y valores máximos de las variables de regulación, para
optimización de los procesos transitorios.
- Vigilancias internas de la operación del regulador y de todas sus interfases.
- Gestor de Arranque para un arranque optimizado del grupo.
- Visualización y control de las variables y parámetros del regulador.
- Módulo de prueba, constituido por un Registrador de Valores máximos y un
generador de Impulsos internos, que facilitan el ajuste de los parámetros óptimos de
regulación durante la puesta en servicio, tanto en vació en régimen de sincronización
como en los disparos en carga.
- Posibilidad de control a distancia.
ARCE
39
El control del Regulador de Velocidad se realiza mediante un Módulo de Mando, que
normalmente se Integra en el Módulo de Mando de los otros sistemas de
automatización, regulación y control incorporados en el mismo PLC.
Así, si este Módulo de Mando consiste en un conjunto de pulsadores y lámparas, de
señalización y un dispositivo de visualización, el Módulo de Mando del Regulador de
Velocidad se realiza añadiendo unos nuevos pulsadores y lámparas a este Módulo de
Mando. Si el de Mando consiste en una interfase específica del PLC utilizado, como
puede ser un Panel de operación (OP), el control del Regulador de Velocidad se
realiza añadiendo una imagen o pantalla específica para el Regulador. Pantalla del
PLC.
2.3.2. Estructura del equipo RVT.
El Autómata Lógico Programable (PLC) utilizado para la regulación de velocidad de
turbina hidráulica se estructura a base de un PLC modular estándar del mercado de
marca reconocida, de forma que esté asegurado al máximo posible el servicio
posventa y el suministro de repuestos.
La configuración del programa que se utiliza, y el carácter modular del PLC, permiten
una fácil adaptación de uno y otro a las características propias de la instalación,
reduciéndose los costes de ingeniería y del propio equipo.
Los elementos básicos del PLC son en todo caso el módulo bus, la unidad central
(CPU) y las unidades de entradas y salidas binarias y analógicas. Según la
configuración y características del PLC utilizado, y las funciones incorporadas en el
PLC, pueden ser precise añadir otras unidades, tales como fuentes de alimentación,
adaptadores de bus, módulo de comunicaciones, etc.
2.4. Interfases del regulador.
2.4.1. Interfases con la instalación.
Los criterios normalmente utilizados en el Regulador de Velocidad de Turbina (RVT)
son los siguientes:
ARCE
40
- Las salidas digitales se comunican con la instalación mediante relés de aislamiento
galvánico, a excepción de las salidas a lámparas de señalización en el propio cuadro
del Regulador.
- Las entradas digitales se comunican directamente con la instalación,
supuesto que las unidades de entradas binarias estén debidamente protegidas.
- Las entradas analógicas se protegen mediante separadores galvánicos, a menos que
los correspondientes convertidores de medida ya posean separación galvánica. Si
están conectadas a elementos que puedan estar afectados por perturbaciones, se
protegen adicionalmente mediante dispositivos de protección contra inducciones y
sobretensiones atmosféricas.
- Las salidas analógicas de mando de las servo válvulas 10se protegen mediante
convertidores de medida conectados a las mismas. Las salidas de estos convertidores
realimentan al Regulador mediante sus entradas analógicas, de forma que el
Regulador pueda realizar una supervisión continúan de sus salidas.
2.4.2. Descripción de las interfases.
La operación del RVT requiere básicamente las siguientes interfases:
- Para la operación del algoritmo de regulación, las entradas analógicas
correspondientes a la velocidad y órganos de regulación. Configuradas normalmente
para 4-20 mA, resolución mínima de 12 bits.
- Para el mando de la turbina, las salidas analógicas correspondientes al control de los
amplificadores electrónicos de mando de las servo válvulas de control de los órganos
de regulación de la turbina. Configuradas normalmente para +-10 V, resolución
mínima de 12 bits.
- Para el control del Regulador, si este se realiza con un Módulo de Mando de
pulsadores y lámparas y un dispositivo de visualización, las entradas y salidas binarias
correspondientes a:
10
Servo válvulas. Son las válvulas accionadas por un servo motor.
ARCE
41
Conexión del Regulador.
Señalización del Regulador (Servicio y Avería).
Mando del dispositivo de Carga-Velocidad.
Mando del Limitador de Apertura.
Mando y señalización del servicio en Red Aislada (eventualmente).
ARCE
42
3. Capítulo III: Modelo Lógico del sistema.
En este capítulo se analizará el modelo lógico del sistema existente así como el nuevo
que se va a implantar. Así mismo se realizará un análisis de requisitos del sistema y el
diccionario de datos para poder implantar la base de datos que empleará la aplicación.
ARCE
43
3.1. Modelo Lógico Actual.
Se va a realizar una descripción detallada del sistema Actual para facilitar el
entendimiento del DFD del modelo lógico actual [BARR 02].
La gestión de una mini-central hidroeléctrica según el modelo físico actual se
realiza mediante un autómata de Siemens.
Este autómata o PLC controla, por medio de sensores o relés de diversa
complejidad, el funcionamiento de la turbina así como las múltiples alarmas
como pueden ser la presión del agua, el nivel, características de la red
eléctrica, etc.
En el modelo actual el encargado del manejo del PLC es un operario que debe
acudir a la propia mini-central para acceder al mismo. Desde el PLC puede
manipular los distintos parámetros que la sirven de entrada. Manejando allí
parámetros de presión de agua, nivel de la presa, atascos en la turbina o
incluso para el mantenimiento de la mini central o aerogenerador (ver esquema
sistema actual Apartado 1.4).
El operario en el sistema actual recibe una llamada telefónica cada vez que se
produce una parada de producción de energía sea cuál sea la causa. En esta
llamada no se especifica la razón de la parada habiendo que averiguarlo
acudiendo a la mini-central para en el display ver cuál ha sido la causa.
DFD nivel actual de la mini-central
PLC (AUTÓMATA)
(SIEMENS)
OPERARIO
Modifica
parámetros
llamada
Gestión de una minicentral hidráulica. DFD nivel
contexto actual.
Acciones
ELECTROGENERADOR
TURBINA PC
0sensores
ARCE
44
El PLC es un autómata que gestiona la mini-central en todos los aspectos. El
autómata interacciona directamente sobre la turbina así como las compuertas,
presiones o en el caso de los generadores sobre la dirección de estos (ver
anexo A y B de La Turbina y Turbina de Embalse Respectivamente).
El PLC almacena la información de que problemas ha tenido. El informe que se
realiza en la centralita almacena las paradas y la producción eléctrica que se
está vendiendo a la red general eléctrica de la zona así como las llamadas y
paradas realizadas.
El autómata envía una señal a la centralita que esta interpreta como parada y
realiza las llamadas correspondientes a través de la línea telefónica que tiene
cada mini-central.
3.2. Análisis de requisitos
En este apartado de detallan todos los requisitos para el éxito del proyecto ARCE así
como una valoración de su importancia en la evaluación final de la aplicación
resultante [BARR 02].
Gestión de una minicentral. DFD nivel conceptual del
modelo actual.
AUTOMATA CENTRALITAseñal llamada
acciones
sensores
Modificación
de
parámetros
datos
Control
producción
informe
El almacén de datos sirve para registrar los datos correspondientes de
producción que serán traducidos en la centralita
00 1
ARCE
45
3.2.1. Hoja de requisitos.
PROYECTO: ARCE
VERSION: 1.0 ESTADO: Borrador PÁG. 1
FUENTE: MANTENIMIENTO PRIORIDAD: ALTA
CLIENTE: MANTENIMIENTO
IDENTIFICADOR REQUISITO: R1
Descripción del Requisito
Proporcionar al operario una herramienta con la cuál conozca de primera mano las
posibles incidencias que se produzcan y tenga el poder de corregir a distancia las
más sencillas.
TIPO REQUISITO: FUNCIONAL
DESCRIPCIÓN VALOR ÓPTIMO RANGO COMENTARIOS
Tiempo de
respuesta
Hora de servicio
Disponibilidad
1 seg.
24 h
100%
1-2 seg.
99-100%
BENEFICIOS
Permitirá al operario realizar reparaciones sin tener que desplazarse y para las que
se tenga que desplazar, tendrá la suficiente información para repararla al primer
acceso.
COMENTARIOS / SOLUCIONES SUGERIDAS
El tiempo de respuesta es crítico ya que ante cualquier fallo grave la mini-central
se bloquea y no se produce electricidad lo que induce a una pérdida de dinero
considerable.
Mientras se construye la página web el sistema enviará un aviso al operario por
medio de la línea telefónica.
DOCUMENTOS RELACIONADOS
Documento de aviso de alarmas por medio de centralita.
Control de calidad ISO 9001.
Requisito: R2
ARCE
46
PROYECTO: ARCE
VERSION:
1.0
ESTADO:
Borrador
PÁG. 2
FUENTE: PRESIDENCIA PRIORIDAD: MEDIA
CLIENTE: TODOS LOS DEPARTAMENTOS DE LA EMPRESA Y PUBLICO EN
GENERAL.
IDENTIFICADOR REQUISITO: R2
Descripción del Requisito
La segunda es la denominada aplicación restringida, a la cual solo tendrán
acceso los empleados de la empresa. Servirá para conocer el estado de la mini-
central así como enviar los avisos a los operarios y los datos para la elaboración
de estadísticas.
TIPO REQUISITO: FUNCIONAL
DESCRIPCIÓN VALOR
ÓPTIMO
RANGO COMENTARIOS
Tiempo de
respuesta
Hora de servicio
Disponibilidad
24h
100 %
23 - 24h
90 - 100%
La mini-central envía información
frecuentemente y con la recogida
en el día se hacen las estadísticas
diarias y con las diarias las
semanales, etc.
BENEFICIOS
Agilizar las comunicaciones con los operarios e permitir una mayor interrelación
con la mini-central.
Crear una base de datos fuera de la principal que tiene la empresa, para evitar
pérdidas de información.
COMENTARIOS / SOLUCIONES SUGERIDAS
Se establecerán copias de seguridad de los datos en varias oficinas de la
empresa.
DOCUMENTOS RELACIONADOS
Control de calidad ISO 9001
REQUISITOS RELACIONADOS R1, R3
ARCE
47
PROYECTO: ARCE
VERSION: 1.0 ESTADO: Borrador PÁG. 3
FUENTE: ADMINISTRACIÓN Y
FINANZAS
PRIORIDAD: BAJA
CLIENTE: ADMINISTRACIÓN Y FINANZAS. PRESIDENCIA.
IDENTIFICADOR REQUISITO: R3
DESCRIPCIÓN REQUISITO:
Elaboración de estadísticas, mediante la recogida de datos de los embalses que
se mandan a la página web.
TIPO REQUISITO: OPERATIVO
DESCRIPCIÓN VALOR ÓPTIMO RANGO COMENTARIOS
Tiempo de
respuesta
Hora de servicio
Disponibilidad
1 vez al día
La mini-central
envía información
frecuentemente y
con la recogida en el
día se hacen las
estadísticas diarias
y con las diarias las
semanales, etc.
BENEFICIOS
Facilitar la labor de toma de decisiones de los departamentos de Administración
y Finanzas, Presidencia e Ingeniería.
COMENTARIOS / SOLUCIONES SUGERIDAS
Se podrán establecer diferentes tipos de estadísticas, según el tiempo: diarias,
semanales, mensuales, anuales…
DOCUMENTOS RELACIONADOS
Control de calidad ISO 9001
REQUISITOS RELACIONADOS
R2
ARCE
48
Matriz función/área [BARR 02].
Presidencia
Administración y Finanzas
Ingeniería Mantenimiento
R1
X
X
R2
X
X
X
X
R3
X
X
X
3.2.2. DFD. Nivel contexto. Modelo lógico nuevo sistema
PLC(Automata)
Usuario(Subcentral)
Usuario(WEB)
0ARCE
Datos PLC
OrdenesWEB
Estadisticas
Acciones alPLC
OrdenesSubcentral
Información del estado
Información del estado
Avisos
Avisos
DFD Contexto
En todos los DFDs se va a detallar exhaustivamente cada uno de los
componentes.
ARCE
49
PLC (Autómata): Controlador lógico programable encargado de registrar los sensores
de las turbinas, puertas de los canales, presión de tuberías, electricidad generada y
fallos o paradas del sistema. Esta información la almacena y en caso de fallo activa la
centralita. También se usa por el operario para configurar el funcionamiento de la mini-
central, controlar el uso de los canales y la producción de electricidad.
ARCE: Sistema que recoge los datos del PLC, los envía a la base de datos de la
aplicación y canaliza las de la misma aplicación para mandar al PLC.
Usuario (Subcentral): equivalente al operario; se encarga de las averías y paradas de
las turbinas de la mini-central hidroeléctrica.
Usuario (aplicación o WEB): trabajadores de la empresa. Se encarga tanto de
comprobar el buen funcionamiento de la mini-central como de conseguir estadísticas y
datos de la producción para que el equipo directivo de la empresa pueda tomar las
decisiones correspondientes.
ARCE
50
3.2.3. DFD. Nivel conceptual. Modelo lógico del nuevo sistema.
Diagrama conceptual DFD de la Aplicación ARCE final [BARR 02]
1.- Proceso de datos: analiza los datos recibidos del PLC; las lecturas normales se
guardan en el almacén Lecturas y las alarmas de la mini-central las envía a gestión de
alarmas.
2.- Gestión de alarmas: recibe de proceso de datos las alarmas de la central, las
almacena y manda un aviso al exterior vía Internet y al PC de la mini-central.
3.- Control de estado: evalúa los datos de los almacenes Lecturas e Incidencias, con
los que informa por Internet a las oficinas y al propio PC de la mini-central.
4.- Generador de estadísticas: crea estadísticas de producción de las lecturas leídas
además de las incidencias ocurridas. Envía por Internet los informes.
5.- Gestor de: recibe las del usuario, modifica el estado de la incidencia en su almacén
de datos y traslada al PLC las operaciones que debe realizar.
ARCE
51
Nivel funciones.
1.- Proceso de datos.
1.1
Discriminador
de datos
1.2
Procesador
de lecturas
1.3
Procesador
de alarmas
Datos PLC
Alarmas
Alarmas
Lecturas
Lecturas
Lecturas
DFD del sistema actual del tratamiento de los datos [BARR 02]
1.1.- Discriminador de datos: Separa los datos de entrada del PLC en lecturas y
alarmas.
1.2.- Procesador de lecturas: Tramita los datos que son reconocidos como lecturas,
dando una descripción y guardándolos en un almacén.
1.3.- Procesador de alarmas: Tramita los datos que son reconocidos como alarmas,
dando una descripción y guardándolos en un almacén.
ARCE
52
2.- Gestión de alarmas.
2.1
Gestión de datos
de entrada
2.2
Generador de
Avisos
Alarmas
Alarmas
Alarmas
Aviso Web
Aviso PC de la central
Aviso Web + Aviso PC de la central = Aviso
DFD de la Gestión de Alarmas de la aplicación ARCE [BARR 02]
2.1- Gestión de datos de entrada: recibe las alarmas, las guarda en el almacén de
Incidencias y las envía al generador de avisos.
2.2- Generador de avisos: recibe las alarmas de gestión de datos de entrada para
enviarlas al PC de la mini-central y por Internet a la Web de la empresa.
ARCE
53
3.- Control de estado.
DFD de la Gestión de Alarmas e informes de Salida
3.1.- Recepción de datos: Recoge los datos de los almacenes de lecturas e
incidencias y lo envía al siguiente proceso como datos.
3.2.- Editor del informe de estado: Con la información recogida, se crea un informe que
será enviado a los diferentes tipos de usuarios.
ARCE
54
4.- Generador de estadísticas.
DFD de la generación se estadísticas ARCE
4.1.- Recepción de datos: Recoge los datos de los almacenes de lecturas e
incidencias y lo envía al siguiente proceso como datos.
4.2.-Editor del informe de estado: Con la información recogida, se crean una serie de
estadísticas que serán enviadas al la oficina central.
ARCE
55
3.3. Diccionario de datos.
Lecturas:
LECTURAS = {ID_SUBESTACION+NOMBRE+DIRECCION+
MILL_WATIOS+{ID_ALARMA+DESCRIPCION_ALARMA}
+EST_COMPUERTAS+EST_TURBINAS}
1FN
LECTURAS1 = { ID_SUBESTACION+NOMBRE+DIRECCION
+MILL_WATIOS+EST_COMPUERTAS
+EST_TURBINAS}→E_EMBALSE
LECTURAS2 = {ID_SUBESTACION+ID_ALARMA+ DESCRIPCION_ALARMAS}
2 FN
LECTURAS21 = {ID_SUBESTACION+ID_ALARMAS }→ R_SE_ACTIVA
LECTURAS22 = { ID_ALARMA+DESCRIPCION_ALARMAS}→ E_ALARMA
3 FN
Está en 3FN pues no existen dependencias funcionales entre atributos que no sean
clave.
Almacén Incidencias:
ÓRDENES = {ID_ORDEN+DESCRIPCION+OK+({ID_ALARMA+
DESCRIPCIÓN_ALARMAS}+ FECHA+HORA)}
1FN
ÓRDENES1= {ID_ORDEN+DESCRIPCION+OK +FECHA+HORA} →
E_ORDEN
ÓRDENES2= {ID_ORDEN+ID_ALARMA+DESCRIPCIÓN_ALARMAS}
ARCE
56
2FN
ÓRDENES21= {ID_ORDEN+ ID_ALARMA}→ R_SOLUCIONA
ÓRDENES22= {ID_ALARMA+DESCRIPCIÓN_ALARMAS}→ E_ALARMA
3FN
Está en 3FN pues no existen dependencias funcionales entre atributos que no sean
clave.
Subestación AlarmaSe activa
M N
Alarma OrdenSe soluciona
Relaciones del Diccionario de datos
ARCE
57
3.4. Modelo conceptual de los datos
3.4.1. Matriz entidad evento
Proceso de datos
Gestión de alarmas
Gestor de
Lecturas
Insertar
Incidencias
Insertar
Modificación
3.4.2. Historia de vida de las entidades
En la imagen se representa la historia de vida de las entidades de la aplicación ARCE.
ARCE
58
4. Capítulo IV: Estudio de las arquitecturas.
Este capítulo va a estudiar las distintas arquitecturas para ARCE para analizar la
opción más rentable para Técnica y Naturaleza. Las arquitecturas del siguiente
apartado tienen en cuenta la posible expansión de ARCE a otras mini-centrales
existentes. Este estudio se realizó al inicio del proyecto.
ARCE
59
4.1. Estudio de arquitectura de la sede central.
En la sede central situada en Madrid de Técnica y Naturaleza ya se disponen de varios
ordenadores con conexión a Internet por medio de un router, pero no de un sistema
de red para poder controlar de forma eficaz todas sus mini-centrales que en el
futuro estarán integradas en la aplicación con conectividad remota desde
cualquier punto de la geografía. Para ello se proponen varias alternativas
tecnológicas para conseguir seguridad en las comunicaciones, tener una base de
datos segura y a la vez accesible de forma centralizada con la mayor facilidad posible.
Para ello en la sede central de deberá añadir:
Switch administrado por web para conectar los ordenadores de la empresa
(Power Connect 2708 Dell 99€).
Sistema de alimentación ininterrumpida como seguridad ante caídas de tensión
de electricidad en la oficina central (SAI 750i para servidores, Dell 260€).
Cortafuegos de la red a internet (Symantec Gateway Security 360 - 8 puertos,
Dell 436€).
Servidor para administrar la red, centralizar la base de datos del sistema, y
acceder a la zona Web de la empresa de forma segura e independiente (Power
Edge 1850, Dell 1049€).
Dispositivo con conexión 3G para todos los trabajadores con conexión a
internet para controlar las alarmas de las centrales así como las decisiones
corporativas en cualquier momento.
Ordenadores de sobremesa en cada puesto (diversos modelos ya instalados
para el uso diario por parte de los trabajadores de la empresa)
Licencias Windows XP Microsoft Office ya adquiridas.
Mantenimiento de su sistema informático encargado a uno de sus
trabajadores con conocimientos avanzados de informática.
IMPORTE TOTAL APROX 4000 EUROS
ARCE
60
Descripción de la arquitectura de la sede en Madrid
En el dibujo de ha especificado una PDA pero realmente serviría cualquier dispositivo con
conexión 3G. Las pruebas para este proyecto se realizarán con un iphone 3G.
Cortafuegos
Servidor
PDA
Switch
Ordenadores
Internet
Arquitectura de la oficina
ARCE
61
4.2. Estudio de arquitecturas
4.2.1. Estudio de arquitectura 1. Siemens.
La primera posibilidad para la integración informática de las centrales hidráulicas fue la
que propuso Siemens con su sistema Simatic para industrias. Cuando conectaron los
PLCs a las turbinas, distribuidores, etcétera, sugirieron a la empresa integrar todo el
sistema de envío de datos, control y supervisión con sus programas y centralizar su
administración desde la oficina de Madrid. En la opción ganadora, ARCE, motivo de
este proyecto se utilizará únicamente el lenguaje Simatic, reduciendo
considerablemente los costes. No obstante, se hará uso exclusivamente del software.
Hardware para la supervisión remota
PLC Siemens (Simatic) conectado a las turbinas, distribuidor del rodete de la
turbina y sistema de encauzamiento del agua (ya instalado).
Ordenador conectado al PLC y con conexión ADSL para el envío y recepción
de la información del PLC y el servidor central, para controlar el sistema de
generación de electricidad de la mini-central hidroeléctrica. Además el PC está
protegido contra la suciedad presente en el ambiente al encontrarse instalado
en un armario de protección .
Software de supervisión
Aplicación Simatic integrada en el ordenador.
Ordenador Siemens.
Materiales y cambios en la central
7 indicadores de temperatura para la central con salida 4*20 mA.
1 tarjeta de entradas analógicas.
modificaciones pertinentes en la central.
IMPORTE TOTAL APROX 14000€
ARCE
62
Descripción de la alternativa Siemens
4.2.2. Estudio de arquitectura 2. Proymeca
Este sistema llamado SINAP CCS para control y automatización de centrales
hidráulicas.
Este sistema combina soluciones de automatización basadas en sistemas de PLCs
Siemens, cuya robustez, alta implantación en el mercado español, dimensionamiento
escalable de los equipos de acuerdo con la aplicación gran potencia de cálculo está
más que demostrada. Utilizando el gran potencial de los sistemas SCADA11 utilizados
en la industria [RODR 07].
Los requisitos mínimos para esta alternativa son:
11
Sistemas SCADA tales como un sistema de control del proceso fiable, la visualización y
operatividad amigable para los usuarios, la exportación de datos útiles para la ofimática
RED
ORDENADORESSW UTILIZADO PARA
EL CONTROL
REMOTO DESDE LOS
DOMICILIOS
ESQUEMA DE UNA
TURBINA
PLC SIEMENS
CONECTADO A
UN
ORDENADORADSL
Alternativa 1 SIEMENS
ARCE
63
Hardware para la supervisión de la central
Monitor Samsung 17´´ SM 750 S.
Ordenador (COMPAQ deskpro) Pentium II, 500Mhz, 128 Mb, 10 Gb, CD ROM,
Windows NT con MODEM interno. Este ordenador está protegido en un
armario empotrado.
Tarjeta MPI CP 5611.
Licencia WinCC Run time 256 variables.
Instalación .
Hardware para la supervisión remota
Compaq deskpro Pentium II, 500Mhz,128 Mb,10 Gb, CD ROM, Windows NT
con MODEM interno.
Monitor Samsung 17´´ SM 750 S.
Software PC anywhere 9.0 remote.
Instalación y testeo total del Software.
Software de supervisión
1 Sistema de supervisión de licencia base un grupo.
Materiales y cambios en la central
7 indicadores de temperatura para la central con salida 4*20 mA.
1 tarjeta de entradas analógicas.
modificaciones pertinentes en la central.
IMPORTE TOTAL APROX 12000 EUROS
ARCE
64
Descripción de la alternativa Proymeca
4.2.3. Estudio de arquitectura 3. ARCE
La alternativa para el control, automatización y supervisión de las centrales hidráulicas
consiste en recibir los datos del PLC Siemens a un ordenador personal preparado para
el entorno industrial, y éste conectarse al servidor de la oficina de Madrid mediante un
dispositivo con conexión 3G . La aplicación está contenida en el PC y se encarga de
administrar los datos que tiene que enviar, procesar los que recibe y actuar sobre el
PLC si las alarmas saltasen.
Hardware para la supervisión remota
PLC Siemens (Simatic) conectado a las turbinas, distribuidor y sistema de
encauzamiento del agua (ya instalado).
Ordenador conectado al PLC con conexión Bluetooth a al dispositivo 3G para
envío de datos a la oficina central (OptiPlex GX520, Dell 389€). El ordenador
está a salvo de la polución del entorno en un armario, el teclado y la pantalla
también están diseñados para trabajar en estas condiciones. (Armario, teclado
y pantalla 870€ ) .
Alternativa 2 PROYMECA
RED
ORDENADORESSW UTILIZADO PARA
EL CONTROL
REMOTO DESDE LOS
DOMICILIOS
ESQUEMA DE UNA
TURBINA
PLC SIEMENS
CONECTADO A
UN
ORDENADORADSL
servidor
presa
ARCE
65
Dispositivo con 3G con función de puente entre el PC (bluetooth) y la oficina
mediante 3G, es la encargada de enviar y recibir los datos de la mini-central a
la sede central.
Software de supervisión
Aplicación ARCE en el ordenador de la mini-central.
La licencia para el uso de Simatic ya estaba pagada desde el momento que se
decidió instalar el PLC Siemens. Único componente Siemens que se va a
utilizar por motivos de conectividad máxima.
Materiales y cambios en la central
7 indicadores de temperatura para la central con salida 4*20 mA.
1 tarjeta de entradas analógicas.
modificaciones pertinentes en la central.
IMPORTE TOTAL 6000 EUROS
Descripción de la alternativa
PLC
Sensores de control
Turbina
Presa
Datos, informes y
control
Agua
PC
PDA
Sistema de conexión
GPRS a Internet Internet
Alternativa 3 A.R.C.E.
ARCE
66
4.2.4. Comparación de arquitecturas.
Tabla de comparativas de las alternativas de arquitectura [BARR 02].
Parámetros Peso Proymeca Siemens ARCE
puntúa valor puntúa valor puntúa valor
Fiabilidad del proceso
15% 8 120 10 150 9 135
Diseño 7% 3 21 5 35 8 56
Calidad transmisión
10% 5 50 6 60 6 60
Seguridad del sistema
12% 6 126 8 96 9 108
Operatividad amigable usuario
10% 6 60 4 40 8 80
Nivel de Mantenimiento
10% 2 20 10 100 8 80
Exportación de datos útiles para la ofimática
5% 9 45 1 5 6 30
Robustez 10% 5 50 8 80 5 50
Implantación en el mercado español
2% 6 12 7 14 4 8
Plazo de Entrega 2% 7 14 3 6 10 20
Forma de pago 2% 3 6 3 6 10 20
Precio 15% 5 75 1 15 10 150
totales 100% 65 599 66 607 93 797
ARCE
67
Descripción de la tabla
Fiabilidad del proceso: la fiabilidad es importante en el sistema, lo que le reporta un
peso alto, en cuanto a puntuaciones, Siemens sale ganadora a ser un software más
seguro y testado.
Diseño: Calidad del diseño, usabilidad de la aplicación y diseño centrado en usuario.
Calidad transmisión: aquí apenas se encuentran diferencias apreciables entre las
candidatas, solo Proymeca tiene una buena calidad de la transmisión pero calidad
en este aspecto.
Seguridad del sistema: esta valoración es crítica en el proyecto. La aplicación está
pensada para proteger en varias fases los datos y las trasmisiones con el servidor
central.
Operatividad amigable con el usuario (user friendly): como antes en la etapa de
diseño, la operatividad con el usuario es más homogénea y sencilla en ARCE, las
otras alternativas son más toscas y complicadas de manejar para el tipo de usuario.
Nivel de Mantenimiento: cierto que se podrá mantener el software, pero Siemens
tiene establecido un mantenimiento ejemplar sobre sus programas, tanto en rapidez
de consulta como en arreglos especiales.
Exportación de datos útiles para la ofimática: Proymeca tiene la forma más sencilla
de pasar los datos de las mini-centrales a los usos ofimáticos, ya que no pasan
filtros de control ni alarmas especiales como el resto de alternativas.
Robustez: como se evaluó antes, Siemens gana en robustez por la calidad general
de sus programas, testeo e implantación anteriores.
Implantación en el mercado español: Siemens tiene gran fuerza en España como en
gran parte de Europa. Sus paquetes para industrias dominan el mercado, lo que le
sitúa a la cabeza de resto de las alternativas en este apartado.
Plazo de Entrega: ARCE al estar permanentemente en contacto con la empresa y
conocer su entorno puede reducir los plazos de entrega permitiendo un mayor
cumplimiento de los mismos.
ARCE
68
Forma de pago: aunque no es el aspecto más importante, se ofrece flexibilidad al
poder ampliar el contrato con Técnica y Naturaleza durante varios años.
Precio: aquí se gana al no exigir patentes ni licencias especiales, ya que no se
venden los derechos de la aplicación, y asegurando el mantenimiento futuro.
4.3. Alternativa ganadora ARCE.
Tras los estudios de las distintas alternativas se observa que la más adecuada para
resolver el problema planteado es la correspondiente al proyecto ARCE que obtiene
una amplia diferencia en puntuación respecto a las otras dos. Se selecciona, por tanto,
la opción ARCE por ser la que la que más se ajusta a las especificaciones del
proyecto. Es una alternativa fiable de fácil supervisión y mantenimiento. El diseño
vanguardista hace de esta alternativa la que permite una mayor facilidad de uso para
los usuarios finales. ARCE es una alternativa sencilla de modificar, en caso de ser
necesario, ya que los elementos que emplea son de libre acceso y no serán
necesarias nuevas inversiones en licencias en el futuro.
El coste de desarrollo e implantación de la aplicación es un parámetro de gran
importancia para este proyecto. En este sentido, la alternativa ARCE es la que mejor
satisface este requisito.
El precio tiene para el proyecto preferencia sobre los demás parámetros y se ve que
esta alternativa la cumple con creces.
El hecho de que este proyecto sea realizado como un proyecto fin de carrera
está ayudando mucho al abaratamiento de la solución ARCE.
Es importante remarcar que en esta solución se utilizan todos los componentes ya
instalados, así como las licencias ya adquiridas obteniendo una solución mucho más
rentable.
ARCE
69
Esquema de la alternativa ganadora ARCE
PLC
Sensores de control
Turbina
Presa
Datos, informes y
control
Agua
PC
PDA
Sistema de conexión
GPRS a Internet Internet
Alternativa 3 A.R.C.E.
ARCE
70
5. Capítulo V: Diseño Externo e Interno.
Esta sección se va a centrar en lo que es el diseño de la aplicación desarrollada. Una
vez elaborado y entendido todo el modelo lógico del sistema de ARCE se pasa a
explicar el diseño externo o físico de la aplicación.
ARCE
71
5.1. Diseño externo.
El objetivo del diseño externo es transformar el modelo lógico del modelo lógico del
sistema en un modelo físico a implementar sobre la plataforma hardware y software
que se va a utilizar en el sistema [BARR 02].
5.1.1. Requisitos físicos del nuevo sistema
A partir de las necesidades Hardware y Software definidas en la etapa anterior como
alternativa ARCE ganadora.
Entorno operativo del nuevo sistema
Entrada salida y recogida de datos. La recogida de datos se realizara por
medio de todos los sensores definidos en el capítulo 2 de este proyecto y de
toda la plataforma de control de la mini-central a través del PLC Siemens. La
salida será a través de la aplicación permitiendo al usuario manipular la mini-
central como si estuviera delante del PLC. El usuario podrá introducir para que
se ejecuten cuando se cumpla la condición necesaria.
Mantenimiento del sistema de ficheros. Como el manejo va a ser en remoto
a través de un servidor los datos estarán situados en un único punto (en este
caso la propia mini-central) se utilizaran por medio de la aplicación para
generar estadísticas. El carácter de los datos es puramente informativo sobre
la producción y sobre posibles anomalías en el transcurso del funcionamiento
del sistema.
Generación de informes. El carácter de los datos es puramente informativo
sobre la producción y sobre posibles anomalías en el transcurso del
funcionamiento del sistema. Se almacenará información del funcionamiento. Se
presentaran por medio de la aplicación.
La seguridad. La seguridad estará dirigida exclusivamente por el SW que
facilita la conexión en remoto de las centrales en este caso PC anywhere.
ARCE
72
Escalabilidad. El modelo aplicado a esta instalación podrá ser aplicado a
cualquiera de las futuras o existentes instalaciones de Técnica y Naturaleza.
Especificaciones Hardware del nuevo sistema.
PLC Siemens (Simatic) conectado a las turbinas, compuertas y sistema de
encauzamiento del agua (ya instalado).
Ordenador conectado al PLC con conexión Bluetooth a al dispositivo 3G para
envío de datos a la oficina central El ordenador está a salvo de la polución del
entorno en un armario, el teclado y la pantalla también están diseñados para
trabajar en estas condiciones.
Dispositivo con 3G con función de puente entre el PC (bluetooth) y la oficina
mediante 3G, es la encargada de enviar y recibir los datos de la mini-central a
la sede central.
Especificaciones Software del nuevo sistema.
La licencia para el uso de Simatic ya estaba pagada desde el momento que se
decidió instalar el PLC Siemens. Único componente Siemens que se va a utilizar por
motivos de conectividad máxima.
Base de datos MySQL.
Drivers ODBC.
Cliente de acceso a base de datos.
ARCE
73
5.1.2. Modelo Físico del nuevo sistema
A continuación se representa el STC [BARR 02] de la aplicación:
ARCE
Gestión de
Alarmas
Control de
Estado
Generador de
Estadísticas Gestor de Órdenes
Leer
Incidencia
Leer
Órdenes
Enviar
ÓrdenesProcesado de
Datos
E / SIncidenciasLecturas
Alarmas
E / S
Datos PLC
Incidencias
Órdenes AlPlc
ÓrdenesUsuario
Órdenes
Órdenes
Incidencias
Incidencias
Ok
Estado
Estadísticas
Lecturas
Incidencias
Lecturas
En el sistema el Modelo Físico del Nuevo Sistema es igual al Modelo Lógico del Nuevo
Sistema, ya que en la aplicación no se tienen procesos puramente manuales, los
cuales no se pueden programar. En todo caso la impresión de estadísticas o de
informes pudiera englobarse en ese supuesto, pero es política de empresa la máxima
de papel 0, por lo que se ignoran.
Como se puede observar, la toma de datos se obtiene de dos fuentes, las bases de
datos y lo datos que se introducen desde los dispositivos de entrada/salida. Estos
datos son analizados por los procesos y convertidos para la realización de los
propósitos.
ARCE
74
5.1.3. Especificación de procesos
5.1.3.1. Refinamiento de fronteras de mecanización
No hay ya que el objetivo en el proyecto es eliminarlas. Los procesos manuales han
desaparecido al conectar los informes de las centrales a la red de la oficina central. La
documentación perteneciente así como los manuales o tutoriales están en formatos
electrónicos.
5.1.3.2. Entradas
Se pretende describir de la manera más clara cuales van a ser las posibles
entradas al sistema [BARR 02].
Listado de las entradas al PLC
En esta tabla se representan las señales que recibe el PLC y por extensión deberá
recibir la aplicación de ARCE ya que si se quiere controlar con la máxima calidad de
detalle es necesario que se haga un estudio completo.
Nº Entrada
Entrada Funcionamiento
1 MX0-Control de ciclo
2 Condiciones preliminares Estado general del PLC
3 Calefacción desconectada Estado de la calefacción, temperaturas internas.
4 Presión de la regulación normal
Presión soportada por cada una de las tuberías que conforman el sistema.
5 Bypass cerrado Llave de paso de agua.
6 Presiones equilibradas Vigila que la presión antes y después de la válvula de mariposa estén igualadas
7 Órgano de Guarda cerrado Válvula de mariposa de entrada a turbina cerrada
8 Órgano de guarda abierto Válvula de mariposa de entrada a turbina abierta
9 Cierre rápido de la turbina Parada urgente de turbina. Se produce un cierre rápido de la válvula de mariposa
10 Arranque de la turbina
11 Distribuidor cerrado Paso de agua a turbina cerrado
12 Distribuidor posición cerrado
Indica estado del distribuidor en posición cerrada
ARCE
75
13 Control del PLC
14 Grupo desacoplado Grupo desconectado de la red
15 Grupo acoplado Grupo conectado a la red
16 Relé disparo normal repuesto
Indica una reposición frente a una parada normal
17 Relé disparo urgente repuesto
Indica una reposición frente a una parada urgente
18 Red Normal
19 MX1-Enterado/Reposición-GE
Reset manual de alarma
20 MX2-Parada Grupo-AS Señal luminosa en el panel de control que indica grupo parado
21 MX3-Arranque del grupo-AR
Señal luminosa en el panel de control que indica secuencia de arranque
22 MX6-Telemando-GE Funciona en modo remoto
23 MX7-
24 Bajar Carga Cierre de álabes para reducir potencia
25 Subir carga Apertura de álabes para aumentar potencia
26 Interruptor línea abierto Indica la posición abierta del interruptor de conexión a la red
27 Interruptor línea cerrado Indica la posición cerrada o acoplada del interruptor de conexión a la red
28 CRITERIOS INTERNOS
29 Grupo Parado
30 Velocidad>= arranque Velocidad en arranque de máquina
31
32 Velocidad >=sincronización Velocidad en acoplamiento a la red
33 Sobrevelocidad Aumento velocidad por encima de la nominal
34 Reg. velocidad en servicio Vigila que el régimen de giro del generador sea correcto
35 Cierre rápido reg. velocidad
36 Carga - Velocidad a pos min
37 Carga - velocidad pos, 50 Hz: Orden en caso de sobrevelocidad
38 Limitador apertura cerrado Mantiene el distribuidor cerrado durante el proceso de arranque
39 Limitador apertura pos. arranque 1
Consigna de apertura mínima del distribuidor al 40%
40 Limitador apertura pos. arranque 2
Consigna de apertura máxima del distribuidor al 85%
ARCE
76
41 Limitador apertura abierto
42 Órganos regulación cerrados
Indica posición cerrada de la válvula de mariposa. Turbina parada.
43 Órganos regulación >pos. Vacio
44 Órganos regulación >pos. mínima
45 Req. carga en Servicio Consigna del PLC al distribuidor indicándole el nivel de apertura
46 Orden parada automatismo de carga
Envío de orden de parada del PLC al regulador de carga
47 Entradas Analógicas
48 Nivel de Presa Medida del nivel de presa
49 Velocidad Medida de la velocidad de giro de turbina
50 Apertura del distribuidor Medida de la apertura del distribuidor
51 Caudal tubería Medida del caudal en tubería
52 Potencia Activa grupo Medida de potencia activa generada
ARCE
77
Diseño de interfaz
Ventana de inicio.
En esta ventana de inicio se presentan los valores básicos de la central como son la
velocidad a la que está girando, así como la apertura de la compuerta de entrada a la
mini-central. (Ver anexo E Alarmas).
ARCE
78
Ventana de estado de la turbina.
En esta ventana se encuentran datos útiles para el control de las turbinas así como el
estado de las presas a las que están sujetas. Contara también con unos datos
informativos del estado del sistema como apertura de las compuertas, potencia
generada, velocidad y secuencia. Los términos de apertura y secuencia son
modificables por el usuario con el fin del control de paso del agua por la turbina y el
arranque/parada de esta.
También tendrá un historial de arranques y paradas que se usará posteriormente en la
creación de estadísticas para la toma de decisiones por parte de la Dirección, para la
mejora de las instalaciones por parte del equipo de ingenieros o a solución de
incidencias por parte de Mantenimiento.
En el gráfico que será interactivo aparecerán las entradas en tiempo real del estado y
las presiones que están soportando la turbina y su conjunto de tuberías.
ARCE
79
Pantalla de control
Las entradas de la siguiente pantalla las entradas que recibe son órdenes trasmitidas
anteriormente para la planificación de las actuaciones a realizar por el PLC. En esta
pantalla sirve para programar el autómata con todos los parámetros que se desea, a
partir de la información proporcionada por las entradas del estado inicial.
ARCE
80
Ventana de interacción con la turbina.
Esta es la ventana de control de la turbina a nivel de presión, compuertas,
velocidad así como datos de la producción de electricidad que se está metiendo a la
red. Todas estos datos son interpretados por el sistema gracias a las entradas
proporcionadas por el autómata que está conectado al los sensores y relés descritos
en el capítulo 2.
ARCE
81
Ventana del estado de la presa o control por nivel
En esta ventana se muestra en tiempo real un gráfico interactivo de la presa, en el que
las entradas son los sensores colocados en la presa para medir como este nivel y
cumplir con los acuerdos12 establecidos con el ayuntamiento correspondiente. Los
sensores en este caso son muy sencillos ya que constan de dos bollas que miden
nivel.
12
En este caso es necesario que la presa mantenga un nivel mínimo para que el embalse no se quede vacio, esta es una condición que no hace falta que ARCE contempla ya que es el propio autómata el que parará. Si es importante para la planificación de los propios usuarios para producir energía en máximos.
ARCE
82
Ventana de producción de energía. Estado del PLC.
En esta ventana de control del PLC, se controla el estado del PLC así como la energía
producida en tiempo real.
ARCE
83
5.1.3.3. Salidas
Este apartado se va a describir de la manera más detallada posible las salidas que
tendrá la aplicación ARCE [BARR 02].
Listado de las posibles entradas
En la tabla a continuación se muestra en detalle cuales serán las salidas producidas
por el sistema.
Nº
Entrada
Salidas Funcionamiento
1 MX0-Control de ciclo
2 Desconectar la
calefacción del
generador
Desconexión de la calefacción del generador
en el momento del arranque.
3 Conectar la calefacción
del generador
Desconexión de la calefacción del generador
en el momento de la parada y tras un tiempo
de parada del generador
4 Desconectar el equipo
de regulación
Desconexión del equipo hidráulico
5 Conectar el equipo de
regulación.
Conexión del equipo hidráulico
6 Cerrar interruptor grupo Cierre del interruptor del generador
7 Abrir el bypass Apertura válvula de by-pass para equilibrio de
presiones
8 Cerrar el órgano de
guarda
Cerrar válvula de mariposa
9 Abrir el órgano de
guarda
Abrir válvula de mariposa
10 Cierre rápido del
distribuidor
Orden de cierre por parada urgente
11 Cierre rápido de la
turbina
ARCE
84
13 Arranque de la turbina
Cerrar distribuidor Cierre del distribuidor
14 Abrir distribuidor Apertura del distribuidor
15
16 Cerrar interruptor de
grupo
Cierre del interruptor del generador
17 Abrir interruptor de
grupo
Apertura del interruptor del generador
Velocidad de
acoplamiento
Velocidad de giro del generador en el
momento del acoplamiento a la red
18 MX2 Automatismo secuencial: secuencias automáticas de arranque y
parada
19 MX3 Automatismo de
Reposición
20 MX4 Regulador de
velocidad
Vigila que el régimen de giro del generador sea
correcto
21 MX5 Regulador de
Carga
Consigna del PLC al distribuidor indicándole el
nivel de apertura
22 MX6Telemando Funcionamiento en remoto
23 MX7
24 Alarma exterior PLC Señal por falta de caudal o defecto en la red
25 Disparo Exterior PLC Orden de parada por falta de caudal o defecto
en la red
Conmutación a disparo
normal
26 Conmutación a disparo urgente
27 Sobrevelocidad
eléctrica
Aumento de la velocidad de giro del generador
por encima de la nominal
Parada indefinida Bloqueo de máquina hasta un reset manual de
alarmas
ARCE
85
28 Órdenes Internas
29 Cierre rápido del registro de la velocidad
30 Cerrar limitador de
apertura
31 Abrir limitador de
apertura
32 Cerrar carga de
velocidad
33 Abrir carga de
velocidad
34 Cerrar órganos de
regulación
Cierre de válvula de mariposa
35 Abrir órganos de
regulación
Apertura de válvula de mariposa
47 Salidas Analógicas
NO HAY
ARCE
86
Interfaz de las salidas
Salida con el historial de las alarmas que se han producido desde el arranque
hasta la parada.
En esta pantalla se representa el historial de alarmas producidas en el transcurso del
funcionamiento de la turbina es el PLC el que proporciona estas salidas ARCE lo que
hace es almacenarlas para facilitar al usuario final la toma de decisiones.
ARCE
87
Pantalla resumen de las medidas generales.
Gracias a ARCE esta gráficas son posibles ya que en el PLC la representación es por
pantalla LCD y no las memoriza. ARCE permite un almacenamiento de historiales que
permite obtener salidas en forma gráfica del nivel de presa, caudal de tubería, apertura
y de la presión de la tubería.
ARCE
88
Ventana de medidas generales2.
En esta pantalla se puede observar que la salida son más históricos obtenidos a partir
del almacenamiento en la base de datos de ARCE para posteriormente ser utilizadas
por el usuario. En este caso las salidas son la formula de producción de energía,
consumo de energía inductiva y potencia producida.
ARCE
89
Documento de presentación de informe de medidas presentado en documento
Excel.
Identificación: MINI-CENTRAL ―LOS ÁNGELES DE S.RAFAEL‖
Fecha-hora
Nivel
Presa
Apertura
Prod.energía
activa
Cons.
energía
inductiva
Potencia
Caudal
tubería
Presión
tubería
2009.02.07_01-59-35
2009.02.07_02-59-35
2009.02.07_03-59-35
2009.02.07_04-59-35
2009.02.07_05-59-35
2009.02.07_06-59-35
2009.02.07_07-59-35
2009.02.07_08-59-35
2009.02.07_09-59-35
2009.02.07_10-59-35
2009.02.07_11-59-35
2009.02.07_12-59-35
2009.02.07_13-59-35
2009.02.07_14-59-35
2009.02.07_15-59-35
2009.02.07_16-59-35
2009.02.07_17-59-35
2009.02.07_18-59-35
2009.02.07_19-59-35
2009.02.07_20-59-35
2009.02.07_21-59-35
2009.02.07_22-59-35
2009.02.07_23-59-35
2009.02.07_00-59-35
2009.02.08_01-59-35
2009.02.08_02-59-35
2009.02.08_03-59-35
2009.02.08_04-59-35
2009.02.08_05-59-35
2009.02.08_06-59-35
2009.02.08_07-59-35
2009.02.08_08-59-35
2009.02.08_09-59-35
3,26218
3,26218
3,26218
3,26218
3,26218
3,26218
3,26218
3,26218
3,26218
3,26218
3,26218
3,26219
3,26219
3,26219
3,26219
3,26219
3,26219
3,26219
3,26219
3,26219
3,26219
3,26220
3,26221
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
3,26222
0,4065394
-
0,00868055-
0,00868055
-
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-
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-
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0,00868055
-0,00868055
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833,3334
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
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184,3171
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184,3171
184,3171
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184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
ARCE
90
Fecha-hora
Nivel
Presa
Apertura
Prod.energía
activa
Cons.
energía
inductiva
Potencia
Caudal
tubería
Presión
tubería
2009.02.08_10-59-35
2009.02.08_11-59-35
2009.02.08_12-59-35
2009.02.08_13-59-35
2009.02.08_14-59-35
2009.02.08_15-59-35
2009.02.08_16-59-35
2009.02.08_17-59-35
2009.02.08_18-59-35
2009.02.08_19-59-35
2009.02.08_20-59-35
-0,00868055
-0,00868055
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
0,4398148
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
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23,14815
23,14815
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23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
23,14815
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
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184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
184,3171
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
3,102431
ARCE
91
Informe de Incidencias. De: Departamento de Mantenimiento.
A: Dirección
Asunto: INFORME DE INCIDENCIAS
Fecha: 08/05/2009
Identificación: MINI-CENTRAL San Rafael
Fecha-Hora ID_Incidencia Descripción
Incidencia
Orden OK
2009.02.07_01-59-35
2009.02.07_02-59-35
2009.02.07_03-59-35
2009.02.07_04-59-35
2009.02.07_05-59-35
2009.02.07_06-59-35
2009.02.07_07-59-35
2009.02.07_08-59-35
2009.02.07_09-59-35
2009.02.07_10-59-35
2009.02.07_11-59-35
2009.02.07_12-59-35
2009.02.07_13-59-35
2009.02.07_14-59-35
2009.02.07_15-59-35
2009.02.07_16-59-35
2009.02.07_17-59-35
2009.02.07_18-59-35
2009.02.07_19-59-35
2009.02.07_20-59-35
2009.02.07_21-59-35
2009.02.07_22-59-35
2009.02.07_23-59-35
2009.02.07_00-59-35
2009.02.08_01-59-35
2009.02.08_02-59-35
2009.02.08_03-59-35
2009.02.08_04-59-35
2009.02.08_05-59-35
2009.02.08_06-59-35
2009.02.08_07-59-35
2009.02.08_08-59-35
2009.02.08_09-59-35
127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
345.89_UG 345.89_UG
345.89_UG
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
127.54_XE 127.54_XE
127.54_XE
678.67_FP
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Tubería principal sin presión Tubería principal sin presión
Tubería principal sin presión
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de turbina 2 Parada de turbina 2
Parada de turbina 2
Parada de seguridad
_
_
_ _
_
_
_
_
_ _
_
_ _
_
_ _
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_ _
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_
_
_
_
_ _
Arranque de turbina
Aumento de presión Aumento de presión
Cierre de tubería
_ _
_
_ _
_
_ _
Cierre de turbina
Parada de subcentral
NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
NO_OK
NO_OK
NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
NO_OK NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
NO_OK
NO_OK
NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
OK
NO_OK NO_OK
OK
NO_OK NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
NO_OK
NO_OK NO_OK
OK
OK
ARCE
92
Fecha-Hora ID_Incidencia Descripción
Incidencia
Orden OK
2009.02.08_10-59-35
2009.02.08_11-59-35
2009.02.08_12-59-35
2009.02.08_13-59-35
2009.02.08_14-59-35
2009.02.08_15-59-35
2009.02.08_16-59-35
2009.02.08_17-59-35
2009.02.08_18-59-35
2009.02.08_19-59-35
2009.02.08_20-59-35
5.1.3.4. Estimación de Volúmenes
Matriz Procesos / Entidades:
E_EMBALSE R_SE_ACTIVA E_ALARMA R_SOLUCIONA E_ORDEN
1.2 Procesador de Lecturas
E
2.1 Gestor de datos de entrada
E E
3.1 Recepción de datos
L L L
4.1 Recepción de datos
L L L
5 Gestor de A,L A,L E,L E,L
En esta tabla se observa la relación entre los procesos y sus acciones con las
entidades creadas en el diccionario de datos. La tabla es coherente y completa porque
cada entidad de datos es al menos creada, no hay otros procesos externos o no
nombrados que actúen sobre las entidades.
ARCE
93
Cuadro de volúmenes de acceso:
Volúmenes
de Acceso E_EMBALSE R_SE_ACTIVA E_ALARMA R_SOLUCIONA E_ORDEN TOTAL
Escribir
lecturas 1440 1440
Guardar
incidencias 24 24 48
Actualizar
incidencias 5 5 5 15
TOTAL 1440 24 29 5 5 1503
Aquí se ha estimado el número de transacciones que el sistema necesitará a lo largo
de un día normal. Las proporciones de transacciones son muy diferentes, ya que hay
una lectura cada minuto y su importancia es baja, sin embargo hay incidencias cada
hora (de media) y menos soluciones para las incidencias. Estas dos últimas son de
alta criticidad, por lo que el servidor cede la prioridad para grabarlas con seguridad.
5.1.3.5. Procesos de Control y procesos de auditoría.
La parte de control y seguridad en el proyecto no requiere grandes esfuerzos, por el
tamaño de la empresa y su número de empleados a manejar la información, no se
hace necesario controlar los accesos desde las mini-centrales. En el caso del
programa, que da acceso a los informes de las mini-centrales y su control real sí que
es realmente crítico su seguridad en cuanto a integridad de datos así como controlar el
acceso a los recursos.
También se aseguran los datos haciendo procesos que hagan copias de seguridad de
los datos periódicamente en medios externos al servidor (Disco duro externo a la
central).
El proceso a proteger es el gestor de, involucrado en el acceso Web a la aplicación.
Aquí se pedirá el típico formulario con usuario y clave, que validará el propio servidor.
ARCE
94
Cada modificación de configuración y orden a la central quedará registrada para su
posterior comprobación en caso de intrusiones o errores humanos.
Los procesos de auditoría están contenidos en los propios controles de acceso al
servidor de la página Web, ya que cualquier usuario tiene una clave distinta y todos
sus movimientos y cambios realizados se almacenan con el nombre de usuario que las
realizó. De esta forma podrán auditar en cualquier momento quién modificó o mando a
las centrales para poder llevar el control necesario que esta tarea requiere así como
llevar la responsabilidad de las acciones de cada uno.
ARCE
95
5.1.3.6. Modelo Lógico de Datos
RELACIÓN 1:
{ID_ORDEN+DESCRIPCION+OK +FECHA+HORA} → E_ORDEN
{ID_ORDEN+ ID_ALARMA}→ R_SOLUCIONA
{ID_ALARMA+DESCRIPCIÓN_ALARMAS}→ E_ALARMA
Tabla AlarmaOrden
{ ID_ORDEN + ID_ALARMA + DESCRIPCION_ORDEN + DESCRIPCION_ALARMA
+ FECHA+HORA}
Subestación AlarmaSe activa
M N
Alarma OrdenSe soluciona
Relaciones del Diccionario de datos
ARCE
96
RELACIÓN 2
{ ID_SUBESTCION + NOMBRE + DIRECCION + MILL_WATIOS +
EST_COMPUERTAS + EST_TURBINAS}→E_EMBALSE
{ID_SUBESTCION + ID_ALARMAS }→ R_SE_ACTIVA
{ ID_ALARMA + DESCRIPCION_ALARMAS + PELIGRO_ALARM} → E_ALARMA
Tabla EmbalseAlarma
{ID_SUBESTCION + ID_ALARMAS + NOMBRE_SUBESTACION +
DIRECCION_SUBESTACION + MILL_WATIOS + EST_COMPUERTAS +
EST_TURBINAS + DESCRIPCION_ALARMAS +PELIGRO_ALARM}
5.1.4. Plan de pruebas
Requisitos necesarios para la aceptación de la aplicación:
Obtención de un sistema de control de estaciones que se controle
remotamente y automáticamente.
Reducción de personal encargado de la manipulación de las centrales.
Sistema fiable.
Aplicación sencilla al alcance de cualquier miembro de la empresa.
Acceso desde cualquier punto en la red.
Serán necesarios unos cursos sencillos para la correcta utilización de la aplicación.
o Prueba funcional. Comprobación del funcionamiento de la aplicación
verificando que los parámetros que se modifican lo hacen exactamente igual
ARCE
97
que desde el autómata. Esta comprobación se realizará en las centrales con el
autómata delante pera recibiendo las desde la red a través de la aplicación.
o Prueba de prestaciones. Mediante esta prueba se medirá la velocidad de
respuesta de la aplicación con al autómata .Así como la sensibilidad de la
aplicación con las alarmas.
o Pruebas de aceptación. Realización mediciones de los resultados del autómata
para compararlos con los almacenados en la base de datos en la sede central.
o Prueba de regresión. Comprobación de las modificaciones realizadas son las
requeridas.
5.1.4.1. Plan de Conversión
En el plan de conversión se necesitan adaptar y compatibilizar los datos que
suministran los autómatas industriales ya instalados en las mini-centrales al software,
así como transformar los datos para crear informes que enviar a la sucursal de Madrid.
La central de San Rafael está instalado el sistema original de Siemens, unido al uso
cotidiano de su tipo de informes, lo que obliga a adaptar las topologías de informes y
diccionario de datos a los que usan en la actualidad. La aplicación está preparada para
su formato de datos como de ficheros, ya que usan una base de datos Oracle lo que
simplifica el acceso a las tablas desde el servidor.
En esa misma instalación el software y el hardware es más antiguo, pero de momento
los directivos no contemplan convertirla al sistema ARCE por seguridad y ahorro de
presupuesto.
ARCE
98
5.1.4.2. Plan de formación
Para los distintos tipos de usuarios de la empresa necesita crear varios planes de
formación personalizados.
Dirección: no necesita formación alguna porque no llegan a manejar el
software, solo examinan informes. Además el formato de informes es igual al
que usan con regularidad, es adaptable a los formatos Excel y demás
herramientas ofimáticas.
Ingeniería: responsables de la viabilidad de los proyectos, apenas usarán la
aplicación, solo harán pruebas para comprobar que las características del
software cumplen. Se unirán al final del curso impartido a los de mantenimiento
(5 horas).
Mantenimiento: son los trabajadores que realmente manejarán el software, ya
que se encargan de mantener en funcionamiento las centrales eléctricas. Para
ellos se prepararán unos cursos de formación de 15 horas para su correcto
aprendizaje.
Administración y finanzas: igualmente que el estamento de dirección, el
departamento de administración no necesita formación específica ya que solo
se dedica al control financiero y de la empresa.
ARCE
99
5.1.4.3. Plan de Implantación
Para planificar adecuadamente la implantación de la aplicación en las mini-centrales,
se necesitan con anterioridad la instalación del hardware necesario.
A continuación se preparará el servidor en la oficina de Madrid, con la base de datos y
la página Web, con los controles de seguridad necesarios.
Una vez comprobado que funciona correctamente y está conectado a la sucursal de
Madrid, se procederá a implantar en cada mini-central la aplicación comprobando el
funcionamiento de cada una y su operatividad con el servidor, la integridad de los
datos y el funcionamiento especial que exigen los avisos de las centrales.
5.2. Diseño Interno
En esta fase se diseñan y planifican los distintos componentes SW del sistema
describiendo con precisiones sus especificaciones físicas. En este apartado se ha
tenido muy en cuenta cuál ha sido la arquitectura elegida. Tras haber tipificado cada
unos de los procesos anteriores en el modelo físico de los procesos. Evidentemente
en este apartado se deben mantener las entradas y salidas recién elaboradas.
5.2.1. Diseño de Componentes
En este apartado se procede a la explicación de cada uno de los componentes que
van a tomar parte con la aplicación ARCE.
ARCE
100
5.2.2. Subsistema BACH
Se representan aquellas funciones de negocio que precisen un orden secuencial de
ejecución y vayan a procesarse baja un frecuencia periódica.
5.2.2.1. Diagrama de Flujo (HIPO)
A continuación se muestra el HIPO de los procesos BACH de la aplicación. El
diagrama HIPO mantiene un orden jerárquico y representa el orden de ejecución de
los programas.
Datos del PLC Segregación
de Averías/Lecturas
LecturasAlarmasIncidencias
Gestión Alarmas
AvisosControl Estado
Gestor de Órdenes
Estadísticas
Información del Estado Acciones
Plc
Backup
Generador de Estadísticas
Ordenes de
Usuario
ARCE
101
Subsistema On-Line
En ARCE la comunicación se establecerá con PC-Anywhere ya que es cómo funciona
la empresa habitualmente y los usuarios poseen un gran dominio del programa.
5.2.2.2. Análisis de Transformación y Transacción (STC)
La siguiente diapositiva es el proceso On-Line que tiene la aplicación.
IncidenciasE / S
Gestor de Órdenes
Leer Órdenes Leer Incidencias Enviar Órdenes
E / S
Fin FicheroIncidencia
Órdenes
Órdenes
Incidencia Fin Fichero
Órdenes
Órdenes
ARCE
102
5.2.3. Plan de Pruebas del diseño interno
Descripción del entorno de pruebas
Recurso Descripción Localización
Bases de datos Gestor de base de datos Relacional Oracle 8.10 Adaptador TCP/IP SQL
Servidor
Servidor web Servidor Microsoft Entrerprise server
Servidor
PDA Hewlett Packard Usuarios
Sistema operativo Windows XP proffesional Servidor
Red La disponible en la zona
Identificación y características de las pruebas
Medición de los parámetros que modifica la aplicación en el PLC. Verificación de los datos introducidos por la aplicación en la base de datos. Comprobación del funcionamiento de dispositivo 3G una vez se conecte al
PLC.
1. Medición. 2. Comprobación. 3. Verificación de la base de datos. 4. Borrado de la base de datos. 5. Repetición verificación de la base de datos. 6. Repetición medición de los parámetros modificados por el PLC. 7. Comprobación de la dispositivo 3G.
ARCE
103
6. Capítulo VI: Pruebas del sistema
Este capítulo únicamente sirve para garantiza que la aplicación cumple con todos los
requerimientos especificados por el cliente, debido a que no consta de una plataforma
compleja en la que se deban comprobar elementos críticos. Se ha ido verificando su
correcto funcionamiento en las fases anteriores, pero aún así se ha realizado un
bloque de pruebas completo, al objeto de comprobar la funcionalidad y rendimiento
exigido en los requisitos.
ARCE
104
6.1. Tipos de pruebas
Pruebas de encadenamiento: verifican las llamadas entre componentes. Se
deberán comprobar todas las posibles funciones de navegación de ventanas.
Estas pruebas no han llevado mucho tiempo debido a que la aplicación no
consta de muchas llamadas.
Pruebas de Integración: verifican la funcionalidad de todo el sistema
integrado, y el rendimiento de los recursos utilizados, en este caso se ha
dedicado bastante más tiempo debido a que se han comprobado todos los
accesos a base de datos e informes.
Pruebas de integración de los sensores con el resto del sistema esta parte
ha sido fundamental en el desarrollo del proyecto y ha sido muy larga y
costosa. El problema residía en que no podía existir ni una sola diferencia entre
lo que marcaba la aplicación y lo que leía el PLC.
Pruebas de Explotabilidad: verifican la correcta operación del sistema, para
ello se han ejecutado los procesos, para comprobar que la aplicación responde
ante las peticiones de los usuarios ante una búsqueda o ante una
representación. Estas pruebas han requerido de bastante tiempo debido a que
un mínimo fallo en cualquiera de los algoritmos es crítico para el usuario y para
las decisiones que pudiera tomar a partir de él, se han ejecutado todas las
opciones para comprobar que los resultados suministrados eran verídicos.
Aquí cualquier fallo que se produzca supondrá una pérdida de dinero.
Pruebas de Aceptación de Usuario: certifican, por parte de los usuarios, la
funcionalidad y rendimiento del sistema, de acuerdo con los requisitos
establecidos. El usuario ha realizado dichas pruebas desde su entorno de
trabajo y en la propia central.
El procedimiento se llevo a cabo en la propia central donde el PC conectado al
PLC con la aplicación ARCE se puso a prueba comprobando que cada vez que
se hacia alguna acción en el PC el autómata lo interpretaba correctamente.
ARCE
105
Pruebas de Usabilidad: certifican, por parte de los usuarios, la manejabilidad
y amigabilidad del sistema, junto con el manual de usuario al cliente le ha
resultado sencilla la usabilidad. Este tipo de pruebas finales se podrían haber
omitido debido a la enorme interactividad que ha habido con él durante todo el
desarrollo de la aplicación, especialmente durante fases como la del diseño
externo.
ARCE
106
7. Capítulo VII: Programación El objetivo de esta fase es explicación de cómo ha sido el proceso de programación
que ha permitido transformar el sistema en un conjunto de programas que puedan ser
ejecutados de una manera correcta obteniendo el resultado deseado.
ARCE
107
7.1. Objetivos
Los objetivos de la programación de este proyecto son:
Desarrollar pantallas de monitorización de los actuadores donde realizar la
visualización de las variables del sistema.
Visualizar las alarmas y eventos en pantallas.
Realizar el registro gráfico de las variables en tiempo real e histórico.
Instalar software de control en remoto de la central.
Exportar los datos de las variables para la exploración y explotación en gestores de
bases de datos u hojas de cálculo.
7.2. Arquitectura
El esquema de aplicación consiste en el siguiente esquema:
CPU-315Autómata
Turbina
Controladopor
Cuadro de Mandos del PLC
ARCE
PC Remoto
ARCE
108
7.2.1. PC HOST
La estación de monitorización central de supervisión situada al pie del armario
eléctrico posee el siguiente software:
SCADA WinCC sobre WINDOWS XP SP2 (suministrado con el equipo
COMPAQ). Es el servidor de datos en tiempo real y disco, con tarjeta CP 5611
para comunicación con autómata programable CPU 315-2 DP de SIEMENS en
MPI [SEMP 05].
MODEM WAVECOM WMOD2.
Symantec PCAnywhere: software de gestión de las comunicaciones por red
telefónica. Se puede establecer conexiones a este PC activando el servicio
host a través de este software.
7.2.2. PC REMOTO
Tiene instalado el software:
• Symantec PCAnywhere: software para realizar llamadas como PC remoto al
PC-HOST de la central.
7.3. Gestión de disco duro
La estructura de directorios que ha de mantener el sistema para poder funcionar
correctamente es la siguiente: Disco C: partición de 3.900 Mb aprox. (2.500 Mb
ocupados por el sistema operativo).
En C:\Copia de Seguridad el archive 02_026_CENTRAL_LOSÁNGELES.zip es una
copia comprimida para mover a la unidad D:\ en caso de restauración a nivel de la
aplicación de SCADA de la aplicación ARCE [RODR 07].
Disco D: partición de 14.700 Mb aprox. (14.000 Mb libres aproximadamente).
D:\PROYECTOS\02_026_CENTRAL_LOSÁNGELES\SCADA\ARCE.MCP: ejecutable
de la aplicación ARCE. Este fichero es el que tiene que ser llamado para abrir la
ARCE
109
aplicación. El que la aplicación se encuentre en esta unidad es importante a la hora
de considerar el crecimiento de la base de datos de ARCE.
En esta unidad no hay que realizar labores de mantenimiento pues los datos de la
aplicación se guardan en tablas FIFO [SEMP 05].
ARCE
110
7.4. Descripción funcional
7.4.1. Alarmas
Las alarmas serán programadas para la monitorización del operador son las siguientes
divididas entre alarmas que provocan disparo y las son eventos de avisos:
ARCE
111
7.4.2. Señalización de estados
Para la señalización de estados se ha procedido de la siguiente manera:
El estado al reposo o no active de los elementos se representa en color gris
claro.
Para la señalización de los estados de los leds, se ha seguido el siguiente
criterio de colores:
Rojo: imitando color del led en el cuadro eléctrico
Amarillo: imitando color del led en el cuadro eléctrico
Verde: imitando color del led en el cuadro eléctrico
ARCE
112
Para representar los objetos dinámicos se han utilizado imágenes.
Para representar los valores analógicos se han elaborado campos numéricos.
Si el campo numérico aparece hundido en la pantalla, significa que es un
campo de visualización de datos. Si el campo aparece resaltado hacia fuera,
significa que el dato es campo de entrada y salida de datos, por lo que un
usuario con nivel de acceso adecuado podría modificar los parámetros de la
máquina [SEMP 05].
Los campos numéricos, como por ejemplo el nivel, cuyos valores tienen
representación gráfica, tienen la opción de que se abra su gráfica
correspondiente al hacer clic con el ratón sobre su campo numérico en
cualquiera de las pantallas.
7.4.3. Registro de variables analógicas
De todas las variables se obtiene un valor de medida cada tiempo que se indica en la
columna Acquisition cycle. Dicho valor se guarda en disco con una frecuencia que
viene dada por el producto de la columna Factor for archiving * Archiving cycle. :
La capacidad parametrizada de almacenamiento se ha predeterminado a 12 meses
para cada variable, dentro de una tabla FIFO, por lo que una vez generada la base de
datos que guarda esos 12 meses, el tamaño que ocupa la aplicación no aumentará,
ocupando en disco (unidad D) la misma cantidad de memoria.
ARCE
113
7.5. Lenguaje de programación
El lenguaje que se utilizará es Siemens Simatic SCADA WinCC, es un lenguaje
utilizado para la interacción con PLC muy similar a C++ y que proporciona un interfaz
gráfico específico para diseñar pantallas de control de un autómata [SEMP 05] [RODR
07].
SCADA WinCC: Un sistema SCADA es un programa que va a permitir la supervisión,
adquisición y tratamientos de datos que provienen de un proceso [RODR 07].
El paquete de software WinCC constituye el entorno de desarrollo de Siemens en
el marco de los SCADAS para visualización y control de procesos industriales. Sus
características más importantes se pueden resumir en:
Arquitectura de desarrollo abierta (programación en C).
Soporte de tecnologías Active X.
Comunicación con otras aplicaciones vía OPC [SEMP 05].
Comunicación sencilla mediante drivers (código que implementa el protocolo
de comunicaciones con un determinado equipo inteligente) implementados.
Programación online: no es necesaria detener la runtime del desarrollo para poder
actualizar las modificaciones en el programa [RODR 07].
Diseño gráfico
Para la creación de imágenes se hará uso del editor gráfico, Graphic Designer‖, donde
se definirá las animaciones las cuales estarán controladas por variables internas y
externas del SCADA.
ARCE
114
Es un lenguaje sencillo y muy similar a C++13.En la imagen se puede apreciar el
interfaz para programar. Es muy sencillo y está pensado para la programación de este
tipo de instalaciones industriales.
13
http://www.esi2.us.es/~gordillo/labcpc/ScadaWinCC.pdf es un manual sencillo de programación es SCADA
ARCE
115
8. Capítulo VIII: Planificación Esta sección explicará cuál ha sido el estado del proyecto en el transcurso de su
desarrollo a lo largo del curso 08/09.
ARCE
116
8.1. Planificación
La planificación del proyecto se ha dividido en once etapas que comenzaron en
octubre del 2008 y han finalizado el 10 de junio del 2009 con un paréntesis de una
semana en noviembre y abril, y de un mes en febrero debido a los exámenes. Las
once etapas cubiertas por el proyecto son las siguientes:
1. Estudio sobre el PLC Siemens existente: Análisis y estudio del funcionamiento
del autómata a programar.
2. Identificación de las necesidades: En esta etapa se ha definido el problema a
resolver y se han fijado las normas a seguir para la dirección del proyecto. Se
establecen los límites del proyecto. Es el punto de partida en el desarrollo del
proyecto. Toda esta información está recogida en el Documento de Conceptos del
Sistema.
3. Análisis de requisitos: El objetivo de esta fase es alcanzar un conocimiento
suficiente del sistema, definiendo las necesidades, problemas y requisitos del usuario,
para expresarlo mediante los modelos de procesos y de datos.
4. Estudio de la arquitectura: Permite analizar posibles soluciones del diseño de la
aplicación que satisfagan los requisitos identificados.
5. Diseño Externo: A partir de la plataforma tecnológica elegida en el Estudio de
Arquitectura, en esta fase se completarán los requisitos físicos del nuevo sistema, se
diseñarán las entradas y salidas, y se elaborará el modelo lógico de datos, a partir de
los volúmenes y transacciones del sistema.
6. Diseño Interno: En esta fase se identifican y diseñan los diversos componentes
software del sistema, describiendo detalladamente sus especificaciones físicas. Se
reúnen todas aquellas funciones de negocio de nivel más detallado según su tipología
de procesos, y se estructura el sistema en un conjunto de subsistemas batch u online.
7. Programación: Creación de la programación de la aplicación ARCE.
8. Pruebas: El objetivo global de esta fase es someter al sistema desarrollado y a sus
componentes, a una serie de verificaciones encaminadas a garantizar un nivel de
fiabilidad aceptable.
9. Implantación: Adaptación del software desarrollado a la plataforma real.
ARCE
117
Además, se realizará una actividad paralela a todas las demás, que consistirá en la
redacción del documento del proyecto (Memoria).
Diagrama de la planificación de ARCE
A continuación se muestra en más detalle el desarrollo de cada unas de las fases.
La tarea que discurre por debajo en todo momento hace referencia a la documentación
(memoria) que se ha realizado en paralelo desde el inicio del proyecto.
ARCE
118
9. Capítulo IX: Valoración Económica La definición de un buen PFC necesita una estimación de los costes, ya que debe ser
un proyecto por el que se pagaría. En esta sección se estimará el precio de este
proyecto.
ARCE
119
9.1. Valoración económica del Hardware y Software ARCE
Hardware para la supervisión remota
PLC Siemens (Simatic) conectado a la turbina, compuertas y sistema de
encauzamiento del agua (ya instalado).
Ordenador conectado al PLC con conexión Bluetooth al dispositivo 3G para
envío de datos a la oficina central (OptiPlex GX520, Dell 389€). El ordenador
está a salvo de la polución del entorno en un armario, el teclado y la pantalla
también están diseñados para trabajar en estas condiciones. (Armario, teclado
y pantalla 870€ ) .
Dispositivo con 3G con función de puente entre el PC (bluetooth) y la oficina
mediante 3G, es la encargada de enviar y recibir los datos de la mini-central a
la sede central. 200€.
Software de supervisión
Aplicación ARCE en el ordenador de la mini-central.
La licencia para el uso de Simatic ya estaba pagada desde el momento que se
decidió instalar el PLC Siemens.
Materiales y cambios en la central
7 indicadores de temperatura para la central con salida 4*20 Ma.
1 tarjeta de entradas analógicas.
modificaciones pertinentes en la central.
Tabla de costes de HW y SW
Dispositivo Coste
Ordenador conectado al PLC OptiPlex GX520, Dell
389€.
Dispositivo 3G 200€ *3 usuarios= 600€
PC 1000€
Windows XP 200€
Microsoft Office Hogar y Estudiantes 2007 130€
Material en central* 500€
Total 2819€
ARCE
120
*Material en central se consideran aquellos sensores analógicos necesarios para
reemplazar alguno de los existentes obteniendo datos considerablemente más fiables.
Estos datos han sido proporcionados por la empresa.
9.2. Valoración de recursos humanos empleados en el
desarrollo de ARCE
Como costes de desarrollo se imputa el coste de los recursos humanos necesarios
para el desarrollo de este proyecto de 9 meses de duración.
Para el desarrollo de este proyecto se han necesitado 4 perfiles diferentes de personal
involucrado que se especifican a continuación junto con el desglose de horas
dedicadas al proyecto y el coste de trabajo/hora:
PERFIL TARIFA (€/H) HORAS COSTE (€)
Rol Precio Horas Total
Jefe de Proyecto 65 €/hora 45 horas 2.925€ Analista 40 €/hora 110 horas 4.400€ Analista sector energético 50 €/hora 40 horas 2.000€ Programador 30 €/hora 160 horas 4.800 € Total 14.125€
Los sueldos de la tabla no todos son figurados para el proyecto ya que para la
realización de este proyecto se ha contado con la colaboración de un ingeniero
eléctrico que ha sido catalogado como analista del sector energético y que ha cobrado
un sueldo real.
Es necesario remarcar que ninguno de estos precios han sido pagados por la
empresa. Es una estimación del coste que podría haber tenido este proyecto en
mercado.
ARCE
121
9.3. Coste total de ARCE
El coste total del diseño, planificación, desarrollo e implantación del proyecto ARCE
contratado por la empresa técnica y naturaleza es de 16.944€, como se detalla en la
tabla de desglose a continuación.
VALORACIÓN COSTE
HW y SW 2.819€
DESARROLLO 14.125€
TOTAL 16.944€
ARCE
122
10. Capítulo X: Conclusiones Esta sección se presentan las conclusiones obtenidas tras la realización del proyecto.
ARCE
123
10.1. Conclusiones
El sistema desarrollado (ARCE) es una solución real a un problema real planteado por
la empresa Técnica y Naturaleza que se implantará en su entorno de trabajo y que
proporcionará un aumento de los beneficios obtenidos con la venta de la energía
producida con la mini-central hidráulica.
Entender como es el control de los autómatas ha sido complicado ya que es
maquinaria altamente sofisticada y para comprenderla ha sido necesaria la
colaboración de los distintos expertos.
Los beneficios económicos es una parte a tener en cuenta, ya que a lo largo de todo
este proyecto se ha demostrado la alta rentabilidad que puede proporcionar el control
remoto de una central eléctrica ajustándolo a la demanda instantánea del mercado.
El proceso de desarrollo de la aplicación ha sido realizado con vistas a que pueda ser
reutilizado para el control de otros sistemas similares en el que un PLC controle una
turbina.
Por otro lado, trabajar en un entorno como el de Técnica y Naturaleza ha sido una
experiencia única, a la vez que una gran oportunidad de ver cuál es el alcance real de
la carrera de ingeniero en informática en la sociedad.
El aprendizaje obtenido en el complicado sector de las energías renovables ha hecho
que el proyecto resultará aún más interesante. Es necesario aplicar todo lo que la
informática pueda proporcionar a la producción de una energía limpia, como es la
hidroeléctrica, aprovechando todo el potencial que tiene.
ARCE
124
La realización de un proyecto de esta envergadura en una empresa como Técnica y
Naturaleza ha permitido al autor poner en práctica todo lo aprendido a lo largo de la
carrera, algo que en ocasiones resulta complicado ya que no siempre es evidente la
aplicación práctica de lo estudiado a lo largo de estos años.
La aplicación de asignaturas como desarrollo del software, ingeniería del software o
gestión de proyectos informáticos ha hecho posible desarrollar un proyecto real que,
cuando se encuentre funcionando a pleno rendimiento, reportará beneficios a una
empresa real.
ARCE
125
11. Capítulo XI: Bibliografía
Esta sección se muestra toda la bibliografía utilizada.
ARCE
126
11.1. Libros
[BARR 02] ―Metodología de Análisis estructurado‖
Barranco de Areba, Jesús
Publicaciones de la Universidad Pontificia Comillas
Madrid 2002.
[SEMP 05] ―Comunicaciones industriales con SIMATIC S7‖
Escrito por Víctor Sempere Paya, Sergio Cerdá Fernández, Universidad
Politécnica de Valencia. Departamento de Comunicaciones
Ed. Univ. Politéc. Valencia, 2005
[POLO 75] ―Turbomáquinas Hidráulicas: Principios fundamentales‖
Manuel Polo Encinas
Publicado por Editorial Limusa, 1975
Procedente de Universidad de Texas
[RODR 07] ―Sistemas SCADA‖
Escrito por Aquilino Rodriguez, Aquilino Rodríguez Penin
Edición: 2
Publicado por Marcombo, 2007
11.2. Páginas WEB
Apuntes de Java: http://www.geocities.com/jmordax/
Información Siemens para Simatic.
[1] www.Siemens.com/developers/Simatic
[2] www.automation.Siemens.com/Simatic/portal/
ARCE
127
[3] www.automatas.org/Siemens/s7-200.htm
[4 www.infoPLC.net/Descargas/Descargas_Siemens/Descargas-Siemens.htm
[5] pcs.khe.Siemens.com/index_Simatic_pcs_7-1075.htm
[6] www.portalformativo.com/Curso-de-Programacion-de-Automatas-SIMATIC-
S7-u_1_3853.html
[7] ar.emagister.com/programacion-Simatic-s7200-etapa-1-cursos-
2315912.htm
[8] Google Spreadsheets Data:
http://code.google.com/apis/spreadsheets/overview.html
[9] Google Desktop Search Query: http://desktop.google.com/
[10] www.Siemens.com.ar/sites/internet/legacy/sie-pe/pe/pdf_catalogos/kb_
WinCC_62_news_es%5B2%5D.pd
[11] www.Siemens.com.ar/sites/internet/legacy/sie-pe/pe/
[12] http://code.google.com/enterprise/
[13] www.yoreparo.com/foros/automatizacion/programacion-kop-en-Simatic-
s7-t163181.html
Información Apis Yahoo:
[14] Yahoo Search Developer Kit: http://developer.yahoo.com/ o
http://developer.yahoo.com/search/
[15] www.automation.Siemens.com/Simatic/compact_info/html_78/Simatic-
hmi.htm
[16] www.niscam.com/
[17] Políticas de utilización: http://developer.yahoo.com/usagePolicy/
[18] www.unisoft.sk/ponukame/vyvojove-prostredia/language/en/
[19] Obtención de ―attribution‖: http://developer.yahoo.com/attribution/
[20] www.automatas.org/foro/viewtopic.php?f=1&t=10904&p=34371/
[21] www.filebuzz.com/findsoftware/Simatic_tool/1.html
[22] www.oil-offshore-marine.com/show_cv.php?id=78637
[23] www.hapesoft.cz/vizualizace_en.htm
ARCE
128
Anexo A: La Turbina Este anexo realice un estudio detallado del funcionamiento de una turbina. Es
fundamental la comprensión de la turbina para entender el funcionamiento del PLC.
ARCE
129
Definición
Turbina es el nombre genérico que se da a la mayoría de las turbo máquinas motoras.
Estas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua
y este le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes.
Las turbinas constan de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y estator,
siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el
movimiento de rotación.
El término turbina suele aplicarse también, por ser el componente principal, al conjunto
de varias turbinas conectadas a un generador para la obtención de energía eléctrica.
Turbinas hidráulicas
Son aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable a
través de su paso por el rodete o por el estator; estas son generalmente las turbinas
de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas
hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores.
Dentro de este género suele hablarse de:
Turbinas de acción: Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio de
presión a través de su paso por el rodete. La presión que el fluido tiene a la
entrada en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la corona
directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal característica
es que carecen de tubería de aspiración. La principal turbina de acción es la
Pelton, cuyo flujo es tangencial. Se caracterizan por tener un número
específico de revoluciones bajo (ns<=30). El distribuidor en estas turbinas se
denomina inyector.
Turbinas de reacción: Son aquellas en que el fluido sí sufre un cambio de
presión considerable a través de su paso por el rodete. El fluido entra en el
rodete con una presión superior a la atmosférica y a la salida de éste presenta
una depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual
une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido. Estas turbinas se
ARCE
130
pueden dividir atendiendo a la configuración de los álabes. Así, existen las
turbinas de álabes fijos (Francis->Flujo diagonal; Hélice->Flujo radial) y turbinas
con álabes orientables (Deriaz->Flujo diagonal; Kaplan->Flujo radial). El
empleo de álabes orientables permite obtener rendimientos hidráulicos
mayores.
El rango de aplicación (una aproximación) de las turbinas, de menor a mayor salto es:
kaplan-francis-Pelton
El número específico de revoluciones, de menor a mayor es: Pelton-francis-kaplan.
Cuanto mayor es el número específico de revoluciones, tanto mayor es el riesgo de
cavitación de la turbina, es decir, una turbina Kaplan tiene más probabilidad de que se
dé en ella el fenómeno de la cavitación que en una Francis o una Pelton.
ARCE
131
Turbina Pelton
Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una
turbomáquina motora, de flujo trasversal, admisión parcial y de acción. Consiste en
una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales están
especialmente realizadas para convertir la energía de un chorro de agua que incide
sobre las cucharas.
Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo
caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, la
mayoría de las veces, con una larga tubería llamada galería de presión para trasportar
al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de dos mil metros. Al final de la
galería de presión se suministra el agua a la turbina por medio de una o varias
válvulas de aguja, también llamadas inyectores, los cuales tienen forma de tobera para
aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas.
La tobera o inyector lanza directamente el chorro de agua contra la serie de paletas en
forma de cuchara montadas alrededor del borde de una rueda, el doble de la distancia
entre el eje de la rueda y el centro del chorro de agua se denomina diámetro Pelton. El
agua acciona sobre las cucharas intercambiando energía con la rueda en virtud de su
ARCE
132
cambio de cantidad de movimiento, que es casi de 108°. Obsérvese en la figura anexa
un corte de una pala en el diámetro Pelton; el chorro de agua impacta sobre la cuchara
en el medio, es dividido en dos, los cuales salen de la pala en sentido casi opuesto al
que entraron, pero jamás puede salir el chorro de agua en dirección de 180° ya que si
fuese así el chorro golpearía a la pala sucesiva y habría un efecto de freno. La sección
de entrada del fluido a la cuchara se denomina 1, así como 2 a la sección de salida.
ARCE
133
Anexo B: Tecnología de las Turbinas de Embalse Esta sección se realiza una descripción de la empresa tipo que gestiona ARCE.
ARCE
134
Tecnología de la turbina de embalse
Las Centrales eléctricas son instalaciones en las que la energía de un fluido se
transforma en energía mecánica en un motor, que a su vez la transfiere al eje del rotor
de un generador eléctrico, obteniéndose la energía eléctrica correspondiente. Al
conjunto formado por el motor-generador se le llama grupo. En las grandes centrales
el motor es una turbina (hidráulica, en este caso).
En las centrales hidroeléctricas la energía potencial la suministra el agua, para la que
se ha buscado, a partir de presas, una cierta elevación respecto a la turbina. Esta
elevación puede variar desde 1 metro (grandes caudales) hasta cerca de 2.000 metros
(pequeños caudales). Precisamente estos datos son los que van a originar diseños de
turbinas muy diferentes.
Las hidroeléctricas se construyen en las cuencas de los ríos. A pesar de su elevado
coste de instalación, son las centrales más rentables debido a su bajo costo de
explotación; esto suponiendo condiciones pluviométricas favorables. Además no son
contaminantes.
ARCE
135
1. Agua embalsada 2. Presa 3. Rejas filtradoras 4. Tubería forzada 5. Conjunto de grupos turbina-alternador 6. Turbina 7. Eje 8. Generador 9. Líneas de transporte de energía eléctrica 10. Transformadores
ARCE
136
Anexo C: Real Decreto 661/2007BOE
Extracto del Real Decreto, el cuál ha sido requisito fundamental a la hora de realizar
este proyecto.
ARCE
137
REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo
REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de
producción de energía eléctrica en régimen especial. La sociedad española actual, en
el contexto de la reducción de la dependencia energética exterior, de un mejor
aprovechamiento de los recursos energéticos disponibles y de una mayor
sensibilización ambiental, demanda cada vez más la utilización de las energías
renovables y la eficiencia en la generación de electricidad, como principios básicos
para conseguir un desarrollo sostenible desde un punto de vista económico, social y
ambiental. Además, la política energética nacional debe posibilitar, mediante la
búsqueda de la eficiencia energética en la generación de electricidad y la utilización de
fuentes de energía renovables, la reducción de gases de efecto invernadero de
acuerdo con los compromisos adquiridos con la firma del protocolo de Kioto. La
creación del régimen especial de generación eléctrica supuso un hito importante en la
política energética del país. Los objetivos relativos al fomento de las energías
renovables y a la cogeneración, se recogen en el Plan de Energías Renovables 2005-
2010 y en la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España (E4),
respectivamente. A la vista de los mismos se constata que aunque el crecimiento
experimentado por el conjunto del régimen especial de generación eléctrica ha sido
destacable, en determinadas tecnologías, los objetivos planteados se encuentran aún
lejos de ser alcanzados. Desde el punto de vista de la retribución, la actividad de
producción de energía eléctrica en régimen especial se caracteriza por la posibilidad
de que su régimen retributivo se complemente mediante la percepción de una prima
en los términos que reglamentariamente se establezcan, para cuya determinación
pueden tenerse en cuenta factores como el nivel de tensión de entrega de la energía a
la red, la contribución a la mejora del medioambiente, el ahorro de energía primaria, la
eficiencia energética y los costes de inversión en que se haya incurrido. La
modificación del régimen económico y jurídico que regula el régimen especial vigente
hasta el momento, se hace necesaria por varias razones: En primer lugar, el
crecimiento experimentado por el régimen especial en los últimos años, unido a la
experiencia acumulada durante la aplicación de los Reales Decretos 2818/1998, de 23
de diciembre y 436/2004, de 12 de marzo, ha puesto de manifiesto la necesidad de
regular ciertos aspectos técnicos para contribuir al crecimiento de estas tecnologías,
salvaguardando la seguridad en el sistema eléctrico y garantizando su calidad de
suministro, así como para minimizarlas restricciones a la producción de dicha
ARCE
138
generación. El régimen económico establecido en el Real Decreto436/2004, de 12 de
marzo, debido al comportamiento que han experimentado los precios del mercado, en
el que en los últimos tiempos han tomado más relevancia ciertas variables no
consideradas en el citado régimen retributivo del régimen especial, hace necesario la
modificación del esquema retributivo, desligándolo de la Tarifa Eléctrica Media o de
Referencia, utilizada hasta el momento.
Por último es necesario recoger los cambios normativos derivados de la normativa
europea, así como del Real Decreto-ley 7/2006, de 23 de junio, por el que se adoptan
medidas urgentes en el sector energético, que introduce modificaciones importantes
en cuanto al régimen jurídico de la actividad de cogeneración. El presente real decreto
sustituye al Real Decreto 436/2004, de 12 de marzo, por el que se establece la
metodología para la actualización y sistematización del régimen jurídico y económico
de la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial y da una nueva
regulación a la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial,
manteniendo la estructura básica de su regulación. El marco económico establecido
en el presente real decreto desarrolla los principios recogidos en la Ley 54/1997,de 27
de noviembre, del Sector Eléctrico, garantizando a los titulares de instalaciones en
régimen especial una retribución razonable para sus inversiones y a los consumidores
eléctricos una asignación también razonable de los costes imputables al sistema
eléctrico, si bien se incentiva la participación en el mercado, por estimarse que con ello
se consigue una menor intervención administrativa en la fijación de los precios de la
electricidad, así como una mejor y más eficiente imputación de los costes del sistema,
en especial en lo referido a gestión de desvíos y a la prestación de servicios
complementarios. Para ello se mantiene un sistema análogo al contemplado en el Real
Decreto 436/2004, de 12 de marzo, en el que el titular de la instalación puede optar
por vender su energía a una tarifa regulada, única para todos los periodos de
programación, o bien vender dicha energía directamente en el mercado diario, en el
mercado a plazo o a través de un contrato bilateral, percibiendo en este caso el precio
negociado en el mercado más una prima. En éste último caso, se introduce una
novedad para ciertas tecnologías, unos límites inferior y superior para la suma del
precio horario del mercado diario, más una prima de referencia, de forma que la prima
a percibir en cada hora, pueda quedar acotada en función de dichos valores. Este
nuevo sistema, protege al promotor cuando los ingresos derivados del precio del
mercado fueran excesivamente bajos, y elimina la prima cuando el precio del mercado
es suficientemente elevado para garantizar la cobertura de sus costes, eliminando
ARCE
139
irracionalidades en la retribución de tecnologías, cuyos costes no están directamente
ligados a los precios del petróleo en los mercados internacionales.
Por otra parte, para salvaguardar la seguridad y calidad del suministro eléctrico en el
sistema, así como para minimizar las restricciones de producción a aquellas
tecnologías consideradas hoy por hoy como no gestionables, se establecen unos
objetivos de potencia instalada de referencia, coincidente con los objetivos del Plan de
Energías Renovables 2005-2010 y de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética
en España (E4), para los que será de aplicación el régimen retributivo establecido en
este real decreto. Igualmente, durante el año 2008 se iniciará la elaboración de un
nuevo Plan de Energías Renovables para su aplicación en el período 2011-2020. Los
nuevos objetivos que se establezcan se considerarán en la revisión del régimen
retributivo prevista para finales de 2010. Para el caso particular de la energía eólica,
con el objeto de optimizar su penetración en el sistema eléctrico peninsular, además
se iniciará en 2007 un estudio del potencial eólico evacuable a la red, cuyos resultados
se tendrán en cuenta en la planificación futura de infraestructuras eléctricas para el
período 2007-2016. El fomento de la cogeneración de alta eficiencia sobre la base de
la demanda de calor útil es una prioridad para la Unión Europea y sus Estados
miembros, habida cuenta de los beneficios potenciales de la cogeneración en lo que
se refiere al ahorro de energía primaria, a la eliminación de pérdidas en la red y a la
reducción de las emisiones, en particular de gases de efecto invernadero, por todo ello
el objetivo de la Directiva 2004/8/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de
febrero de 2004, relativa al fomento de la cogeneración sobre la base de la demanda
de calor útil en el mercado interior de la energía y por la que se modifica la Directiva
92/42/CEE, expresado en su artículo 1.º, es incrementar la eficiencia energética y
mejorar la seguridad de abastecimiento mediante la creación de un marco para el
fomento y desarrollo de la cogeneración. La retribución de la energía generada por la
cogeneración se basa en los servicios prestados al sistema, tanto por su condición de
generación distribuida como por su mayor eficiencia energética, introduciendo, por
primera vez, una retribución que es función directa del ahorro de energía primaria que
exceda del que corresponde al cumplimiento de los requisitos mínimos. Como
consecuencia de la derogación de los costes de transición a la competencia (CTC’s),
efectuada por el Real Decreto Ley 7/2006, de 23 de junio, desapareció la prima de
ciertas instalaciones de la categoría a) del Real Decreto 436/2004, de 12 de marzo,
con anterioridad a la fecha prevista inicialmente de 2010. Para paliar este agravio
sobre las instalaciones cuya actividad no estaba directamente ligada a estos costes,
ARCE
140
se incrementa, desde la entrada en vigor del citado real decreto-ley y hasta la entrada
en vigor del presente real decreto, el valor del incentivo de dichas instalaciones, en la
cuantía de la prima suprimida, quedando la retribución total exactamente igual a la
situación anterior a la modificación. Además, se prevé que ciertas instalaciones de
tecnologías asimilables al régimen especial pero que por lo elevado de su potencia
deban estar incluidas en el régimen ordinario, o bien, instalaciones térmicas
convencionales que utilicen biomasa o biogás, puedan percibir una prima o un
complemento, para fomentar su implantación, por su contribución a los objetivos del
régimen especial. Por otro lado, se introducen sendas disposiciones adicionales
relativas a los mecanismos de reparto de gastos y costes y la estimación de los costes
de conexión para las instalaciones del régimen especial. necesarias para la
incorporación al derecho español el contenido de los artículos 7.4 y 7.5 de la Directiva
2001/77/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 27 de septiembre de 2001,
relativa a la promoción de la electricidad generada a partir de fuentes de energía
renovables en el mercado interior de la electricidad. El real decreto se estructura
sistemáticamente en cuatro capítulos. El capítulo I define el alcance objetivo de la
norma y especifica las instalaciones que tienen la consideración de régimen especial,
clasificándolas en categorías, grupos y subgrupos; el capítulo II regula el
procedimiento para la inclusión de una instalación de producción de energía eléctrica
en el régimen especial; el capítulo III, los derechos y obligaciones de los productores
en régimen especial, y el capítulo IV, el régimen económico. Con este real decreto se
pretende que en el año 2010 se alcance el objetivo indicativo nacional incluido en la
Directiva 2001/77/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 27 de septiembre de
2001, relativa a la promoción de la electricidad generada a partir de fuentes de energía
renovables en el mercado interior de la electricidad, de manera que al menos el 29,4
por ciento del consumo bruto de electricidad en 2010 provenga de fuentes de energía
renovables. De acuerdo con lo previsto en la disposición adicional undécima, apartado
tercero, de la Ley 34/1998, de 7 de octubre, del sector de hidrocarburos, este real
decreto ha sido sometido a informe preceptivo de la Comisión Nacional de Energía. En
su virtud, a propuesta del Ministro de Industria Turismo y Comercio, de acuerdo con el
Consejo de Estado y previa deliberación del Consejo de Ministros en su reunión del
día 25 de mayo de 2007.
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141
Anexo D: Sesiones de Mercado de la Energía En esta sección se detalla cómo se tarifica el mercado de la energía.
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142
El conjunto de sesiones del mercado de producción de energía eléctrica, el día anterior
al correspondiente al suministro, tiene por finalidad la determinación de las transacciones
de electricidad y la programación de las unidades de producción necesarias para que
se realicen dichos cambios.
De conformidad con las Reglas de Funcionamiento del Mercado y con los Procedimientos
de Operación del Sistema, el esquema de funcionamiento es el siguiente:
Mercado a Plazo
Se reciben e integran en el mercado diario las posiciones abiertas con entrega física del
mercado a plazo de OMIP.
Subastas de Emisiones primarias de Energía
Se reciben e integran en el mercado diario el ejercicio de las opciones de compra de las
subastas de Emisiones Primarias de Energía.
Subastas de distribución
Se reciben e integran en el mercado diario las comunicaciones de ejecución de los
vendedores adjudicatarios en las subastas de distribución.
Mercado Diario (final de sesión 11:00 horas)
Las transacciones derivadas de la sesión del mercado diario junto a los contratos
bilaterales dan lugar al programa diario baso de funcionamiento.
Solución de restricciones técnicas (final sesión 14:00 horas)
Sobre el programa diario base de funcionamiento, se realiza por los operadores del
sistema una evaluación de seguridad.
Si el citado programa no cumple los requisitos de seguridad establecidos, los
procedimientos de los operadores del sistema determinan las unidades de venta y de compra
de unidades de consume de bombeo o exportaciones que deben agregarse o eliminarse
del programa base de funcionamiento. El resultado es el programa diario viable
provisional.
Asignación de regulación secundaria (final sesión 16:00 horas)
Sobre la base del programa diario viable provisional, los operadores del sistema asignan
la banda de regulación secundaria a subir o a bajar a las unidades de producción
ARCE
143
participantes. El resultado es el programa diario viable definitivo.
Mercado intradiario
Los agentes del mercado pueden participar en las 6 sesiones del mercado intradiario
convocadas por el operador del mercado. La participación puede realizarse con ofertas
de compra y/o de venta con el único requisito de respetar los compromisos adquiridos
de servicios complementarios en el programa diario viable, y la condición para las
unidades de venta de haber participado en el mercado diario o en contratos bilaterales,
o no haberlo hecho por estar indisponibles y a las unidades de adquisición haber
participado en dicho mercado de haber ejecutado bilateral en el día correspondiente.
El resultado de cada sesión del mercado intradiario da lugar al programa horario final.
El horizonte de las sesiones del mercado intradiario es el siguiente:
Desvíos entre Sesiones del Mercado Intradiario
La garantía del equilibrio físico en la red entre los flujos de producción y consume de
electricidad corresponde a los operadores del sistema en su zona respectiva mediante
la aplicación de servicios complementarios y gestión de desvíos, salvo que fuera
necesaria la instrucción directa a las unidades de producción, lo que constituye la
aplicación de procedimientos especiales o de emergencia.
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144
Anexo E: Alarmas del Autómata Listado de todas las Alarmas que dispone el PLC Siemens.
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145
Nº Entrada Entrada Salidas
1 MX0-Control de ciclo
2 Condiciones preliminares Desconectar la calefacción del
generador
3 Calefacción desconectada Conectar la calefacción del
generador
4 Presión de la regulación normal
Desconectar el equipo de regulación
Conectar el equipo de regulación.
Cerrar interruptor grupo
5 Bypass cerrado
6 Presiones equilibradas Abrir el bypass
7 Órgano de Guarda cerrado Cerrar el órgano de guardia
8 Órgano de guarda abierto Abrir el órgano de guardia
9 Cierre rápido de la turbina Cierre rápido del distribuidor
10 Arranque de la turbina
11 Distribuidor cerrado Cierre rápido de la turbina
12 Distribuidor posición cerrado
13 Control del PLC Arranque de la turbina
Cerrar distribuidor
14 Grupo desacoplado Abrir distribuidor
15 Grupo acoplado
16 Relé disparo normal repuesto Cerrar interruptor de grupo
17 Relé disparo urgente repuesto Abrir interruptor de grupo
Velocidad de acoplamiento
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146
18 Red Normal MX2 Automatismo secuencial
19 MX1-Enterado/Reposición-GE MX3 Automatismo de Reposición
20 MX2-Parada Grupo-AS MX4 Regulador de velocidad
21 MX3-Arranque del grupo-AR MX5 Regulador de Carga
22 MX6-Telemando-GE MX6Telemando
23 MX7- MX7
24 Bajar Carga Alarma exterior PLC
25 Subir carga Disparo Exterior PLC
Conmutación a disparo normal
26 Interruptor línea abierto Conmutación a disparo urgente
27 Interruptor línea cerrado Sobre-velocidad eléctrica
Parada indefinida
28 CRITERIOS INTERNOS ÓRDENES INTERNAS
29 Grupo Parado Cierre rápido del registro de la
velocidad
30 Velocidad>= arranque Cerrar limitador de apertura
31 Velocidad >= excitación Abrir limitador de apertura
32 Velocidad >=sincronización Cerrar carga de velocidad
33 Sobre-velocidad Abrir carga de velocidad
34 Reg. velocidad en servicio Cerrar órganos de regulación
35 Cierre rápido reg. velocidad Abrir órganos de regulación
36 Carga Velocidad a pos min
37
38 Limitador apertura cerrado
39 Limitador apertura pos. arranque 1
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147
40 Limitador apertura pos. arranque 2
41 Limitador apertura abierto
42 Órganos regulación cerrados
43 Órganos regulación >pos. Vacio
44 Órganos regulación >pos. mínima
45 Req. carga en Servicio
46 Orden parada automatismo de carga
47 ENTRADAS ANALOGICAS SALIDAS ANALOGICAS
NO HAY
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148
Anexo F: Programación Secuencial y Circuito de Disparos Imagen de parte de los planos lógicos del PLC.
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149
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150
ARCE
151
Anexo G: Glosario de términos. Listado de términos necesarios para la correcta compresión del documento.
ARCE
152
ARCE: Automatización Remota de Centrales Eléctricas.
PLC: Autómata (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son
dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial. En electrónica un
autómata es un sistema secuencial, aunque en ocasiones la palabra es utilizada
también para referirse a un robot.
RVT: Regulador de Velocidad de Turbina. Controla las revoluciones a las que está
girando la turbina.
DFD: Un diagrama de flujo de datos (DFD por sus siglas en español e inglés) es una
representación gráfica del "flujo" de datos a través de un sistema de información. Un
diagrama de flujo de datos también se puede utilizar para la visualización de
procesamiento de datos (diseño estructurado). Es una práctica común para un
diseñador dibujar un contexto a nivel de DFD que primero muestra la interacción entre
el sistema y las entidades externas. Este contexto a nivel de DFD se "explotó" para
mostrar más detalles del sistema que se está modelando.
OPC: (OLE for Process Control) es un estándar de comunicación en el campo del
control y supervisión de procesos. Este estándar permite que diferentes fuentes
(Servidores de OPC) envíen datos a un mismo Cliente OPC, al que a su vez podrán
conectarse diferentes programas compatibles con dicho estándar. De este modo se
elimina la necesidad de que todos los programas cuenten con drivers para dialogar
con múltiples fuentes de datos, basta que tengan un driver OPC.
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153
Anexo H: Manual del usuario ARCE Es un detallado Manual de la aplicación final ARCE.
ARCE
154
1. Arranque de la aplicación
Tras encender el ordenador comienza el arranque del sistema operativo WINDOWS
XP.
En el escritorio existe un icono denominado Acceso directo mini-centrales que abre
también la aplicación ARCE.
Otra alternativa es desde el botón de la barra de tareas de Windows inicio->Simatic->
WinCC->ARCE. Hacer doble clic en el archivo de mini-centrales.MCP. La pantalla de
inicio es la siguiente:
2. Botones de acceso a pantallas comunes
Abre la pantalla S1 General localizada también en el menú principal.
Abre la pantalla S2 Presa localizada también en el menú principal.
Abren la pantalla S3 Turbinas localizadas también en el menú principal.
ARCE
155
Abre la pantalla S4 Esquema eléctrico localizada también en el menú
principal.
Abren las pantallas P1 Control localizadas también en el menú principal.
Abren las pantallas de Alarmas/Eventos localizada también en el menú
principal.
3. Menú de pantallas
En la tabla a continuación se representa el despliegue de las pantallas que pueden ser
abiertas por el operador.
Archivos Sinópticos Pantallas Históricos
Excel S1 General P1 Control Alarmas/Avisos
Explorados S2 Presa P2 Hidráulica Gráficas
Password S3 Turbina
Salir S4 Eléctrico
Apagar
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3.1. Pantallas de proceso
P1 General. Representa el esquema general de la central.
Se trata de una pantalla para la visualización del estado de la central.
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S2 Presa
Pantalla informativa del estado de la presa:
El usuario puede cambiar los parámetros haciendo clic sobre los valores que
aparecen. El campo a modificar se pone de color negro a la espera del DATO. Aceptar
con ENTER el campo para transferir el nuevo valor al PLC.
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P3 Turbina
Esta pantalla muestra el estado de la máquina.
En la parte inferior se localizan los botones de mando de la máquina para los
reguladores de carga y de velocidad.
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S4 Eléctricas.
Pantalla para la visualización de las medidas eléctricas. El usuario puede manipular
las órdenes de bajar tensión capacitiva y subir tensión reactiva.
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P1 Control
Es la pantalla de información de las secuencias que siguen las máquinas.
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P2 Medidas hidráulicas
Pantallas de históricos y tendencias de las últimas 24 horas.
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162
P3 Medidas de Energía
Pantalla de visualización de gráficos de tendencias de las últimas 24 horas.
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3.2. Históricos
Alarmas/Eventos
Pantalla para la visualización y registro de las anomalías que se produzcan en el todo
el sistema y queden registradas.
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3.2.1. Gráficas
Todas las variables de medidas generales de la instalación que llegan al PLC pueden
ser vistas en esta pantalla.
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4. Menús desplegables
A partir de ellos se accederá a las distintas partes de ARCE a través del despegable.
