MANTENIMIENTO DE SISTEMAS ELECTROMECNICOS

ARTCULO: MONITOREO DE CONDICIN DE GRUPOS ELECTRGENOS VA INTERNET

DOCENTE

:

GMEZ URQUIZO AVELINO HENRY

INTEGRANTES

:

DELGADO CHATA, ERIKA ALEJANDRA ESPINOZA SALAZAR, DIEGO JESS

ESPECIALIDAD

:

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL.

AREQUIPA PER NOVIEMBRE 2011

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Mantenimiento de Sistemas Electromecnicos 2011MONITOREO DE CONDICIN DE GRUPOS ELECTRGENOS VA INTERNET

RESUMENLas necesidades de adquisicin de datos en las empresas se han incrementado en los ltimos aos y esto junto con la disponibilidad de servicios de comunicacin a distancia, la que se tom como la solucin a las necesidades de monitoreo de equipos. El tema de estudio se enfoca en el monitoreo de parmetros elctricos por medio de mdulos Maestroesclavo, donde el maestro que est en un tablero remoto, recibe seales del esclavo que est conectado al grupo electrgeno directamente. El sistema permite acceder a esta informacin en forma de reporte histrico en una PC o en vivo en el mismo panel de mando. Se quiere lograr poseer un sistema de monitoreo local y de alerta temprana ante fallas del grupo electrgeno, teniendo un registro del funcionamiento histrico del equipo, y as realizar mantenimiento, basndose en la informacin adquirida. El estudio dio como resultados el ptimo monitoreo de parmetros elctricos, con algunos mrgenes de error en parmetros de potencia activa y reactiva, sin embargo, dichos rangos se encuentran dentro de un margen aceptable; se logr obtener datos en tiempo real, verificando el funcionamiento contante del equipo, se tuvieron dificultados con respecto a la memoria del micro-controlador, lo que limita el desempeo de la velocidad del programa.

INTRODUCCINEl presente artculo trata el problema de la adquisicin de datos de un grupo electrgeno en tiempo real, usando como medio de comunicacin el internet; ya que este equipo debe brindar confiabilidad de operatividad por su nivel de criticidad al momento en que se corta el suministro elctrico de la concesionaria. Con este planteamiento se desea lograr la adquisicin de datos permanentes y actualizados del grupo electrgeno a operar, as se podr identificar cual es el plan de mantenimiento ms adecuado, y a la vez, cerciorar su operatividad en el momento en que se le de uso.

FUNDAMENTOSUso de los Grupos Electrgenos: Como es de nuestro conocimiento, los grupos electrgenos son mquinas capaces de transformar energa qumica, como lo es la gasolina, el petrleo o el gas, en energa elctrica. Al poder generar energa elctrica desde un emplazamiento pequeo y porttil los grupos electrgenos en muchos casos resultan la nica opcin para abastecer de energa a zonas que es imposible o muy difcil que llegue la red comercial Sistemas Actuales de Baja Tecnologa: En el Per en la actualidad se utilizan en gran parte paneles de mando analgicos para el monitoreo y control de los grupos electrgenos. Estos solo permiten que se realicen las acciones de control desde el lugar en el que se encuentra el grupo por medio de un operario. Estos paneles en su mayora presentan las siguientes partes: Instrumentos de medicin, instrumentos de control y lmparas de advertencia.

Mantenimiento de Sistemas Electromecnicos 2011Todas estas funciones son realizadas de manera analgica tanto elctrica como visualmente. Este tipo de sistema es ampliamente usado en el Per a pesar de que existen nuevas tecnologas en el rubro, pues son de menor precio y adems es genrico. Problemtica de los Sistemas Actuales usados en el Per: La problemtica de los sistemas actuales usados en el Per se resume en: No permiten o hacen muy difcil el monitoreo de los grupos a distancia. No permite el manejo de varios grupos a la vez en un solo panel No permite tener un historial de funcionamiento del grupo. Es necesario un operario cerca para revisin y control. Sufren frecuente descalibracin de los instrumentos ya sea por el deterioro de sus componentes o por efectos de la temperatura y la corrosin; lo que puede llevar al grupo a niveles peligrosos de trabajo. Imposibilidad de anticipar alguna falla.

Mtodos de Acceso Inalmbrico a la Red Las tecnologas ms usadas para resolver los problemas de comunicacin entre los equipos son CDMA (Code Division Multiple Access) y GSM (Global System for Mobile Communications). CDMA (Code Division Multiple Acces) es un sistema de acceso mltiple por divisin por cdigo, utiliza la tcnica de espectro expandido mandando mltiples seales en un mismo ancho de banda en seales similares al ruido. En general se basan en las tcnicas de secuencia directa sin embargo pueden haber sistemas SS hbridos: DS/FH, FH/TH, etc. que aplicadas a varios usuarios dan lugar a nuevos esquemas mltiples. Las comunicaciones son separadas con cdigos ortogonales. La voz se descompone en bits digitalizados y los grupos de bits se etiquetan con un cdigo. Cada cdigo se asocia a una sola llamada en la red. Los grupos de bits de una llamada se transmiten aleatoriamente junto con los de las dems llamadas. Posteriormente se recolocan en el orden correcto para completar la conversacin. La tecnologa CDMA es utilizada en telfonos celulares para la transmisin de datos por empresas como Telefnica, la cual utiliza CDMA 2000 1X. La tecnologa CDMA ha evolucionado a travs del tiempo dando a lugar al CDMA2000 1x, 3x, 1xEV, etc. Caractersticas Necesarias de un Sistema de Monitoreo de Equipos El sistema debe garantizar la calidad del servicio, la satisfaccin del cliente, fiabilidad, y cobertura Los indicadores ms importantes a tomar en cuenta con respecto a la informacin son la velocidad de descarga, tiempo de respuesta ante fallas, costos en adquisicin y mantenimiento de equipos, costo de conexin, parmetros de medicin (variables monitoreadas). Adems de los indicadores, se deben definir las caractersticas del sistema de monitoreo las cuales deben cumplir: Tener una comunicacin con todos sus equipos y maquinaria con una respuesta rpida ante cualquier eventualidad. Utilizar tecnologa de ltima generacin y de alta demanda para generar confiabilidad. Velocidad de transmisin de informacin Tener definidos 3 sistemas separados para lograr el monitoreo a distancia: el mdulo de adquisicin de datos, el mdulo procesador y de almacenamiento de la informacin, y el dispositivo de comunicacin Soluciones integrales a cualquier eventualidad.

Mantenimiento de Sistemas Electromecnicos 2011Las soluciones integrales deben englobar los siguientes conceptos: Utiliza tecnologa inalmbrica GSM para el sistema de comunicacin, teniendo la flexibilidad de utilizar otro sistema de comunicacin distinto. Permita realizar acciones de control a distancia Monitoreo en tiempo real por medio de Internet Reporte de mantenimiento mensual o en un lapso de tiempo preprogramado. Aviso rpido, por medio de mensajes de texto a celular o e-mail, en caso de una falla inminente. Que presente una solucin econmica y fiable.

Modelo Terico de un Sistema de Monitoreo a Distancia de Grupos Electrgenos El sistema debe ser capaz de almacenar informacin y decidir qu informacin es importante para envirsela al usuario. El sistema debe utilizar redes existentes de cobertura amplia para disminuir los costos de instalacin. El sistema de monitoreo debe de ser fiable y seguro al punto que el usuario no deba de preocuparse si el sistema funciona bien o no. El sistema debe permitir un fcil cambio de sistemas de comunicacin sin alterar el resto del equipo instalado (mdem ISDN o tecnologa mvil celular GSM). El sistema debe de permitir una fcil adaptacin a diversos equipos que se encuentren en el mercado sin tener que alterar de manera significativa los procesos vitales del sistema.

METODOLOGAEl sistema se plantea con la integracin de 2 grandes partes: El mdulo esclavo y el mdulo maestro. Siendo el esclavo es el que va a estar en el tablero del grupo electrgeno obteniendo los parmetros de funcionamiento del grupo en tiempo real. El mdulo maestro recopilar y almacenar dicha informacin en una memoria independiente. Como destino final, el mdulo maestro transmitir dicha informacin al usuario final a travs de Internet. El sistema permite almacenar la informacin de ms de un mdulo esclavo dado que todo es una red RS-485. Mdulo Esclavo: Se encargar de realizar principalmente las siguientes tareas: Lectura de datos fsicos y elctricos del grupo por medio de sensores. Acciones de automatizacin como lo son el encendido ante falla de la red. Apagado del grupo ante una falla crtica. Interaccionar con el tcnico variando los rangos de las seales medidas.

Para realizar estas tareas el mdulo esclavo cuenta con los siguientes componentes: a. Subsistema de adquisicin de datos: Conformado por una interfaz de entrada para interactuar con los sensores y con las seales de voltaje y corriente, y un ADE 7758 que es el encargado de pre procesar las seales de voltaje y corriente y obtener as mediciones de energa activa, reactiva y aparente, as como los valores RMS de voltaje y corriente. b. Subsistema de procesamiento de datos: Cuenta con dos microprocesadores PIC16F877A encargados del manejo del programa principal para la adquisicin de seales de los sensores y del ADE7758, manejo de las entradas y salidas lgicas, manejo del software de comunicaciones con el protocolo Modbus y manejo del programa que interacta con el tcnico usuario. c. Subsistema de comunicaciones e interfaces: Para que el mdulo esclavo puedan funcionar correctamente, la informacin debe de viajar de una etapa a otra por medio de diferentes protocolos

Mantenimiento de Sistemas Electromecnicos 2011de comunicacin serial. Cada uno de estos protocolos tiene diferentes niveles de voltaje de trabajo y de trama. Para acceder a estos diferentes protocolos se utilizan convertidores de seal como lo son el MAX232 para la comunicacin serial RS 232 con una PC y el MAX485 para la comunicacin con el mdulo maestro; ambos por medio del protocolo Modbus. Mdulo Maestro: Se encargar de las siguientes tareas: - Recopilar datos de los mdulos esclavos y almacenarla en una memoria MMC. - Analizar las banderas de alarmas de cada uno de los mdulos esclavos. - Transmitir la informacin almacenada en el disco al usuario final. a. Mdulo de almacenamiento de datos: El mdulo de almacenamiento de datos est conformado por una memoria de escritura serial SD. Siendo requeridas memorias de pequea capacidad pues el volumen de informacin a almacenar es limitada. El microcontrolador del mdulo maestro puede acceder a los registros de memoria. b. Microcontrolador maestro: El microcontrolador utilizado para esta aplicacin es el PIC18F458 de microchip. Escogido debido a que no solo presenta los puertos de comunicacin serial sino que soporta funciones para poder acceder a la tarjeta MMC y grabar los datos como archivos FAT16. c. Mdulo de comunicaciones y acceso punto a punto al usuario final: El mdulo de comunicaciones gestiona la red RS-485 donde se encuentran conectados todos los mdulos esclavos. Adems es el acceso punto a punto hasta el usuario final. Esta parte es la encargada de transportar la informacin contenida en la memoria MMC desde el mdulo maestro hasta el usuario final, utilizando un mdem con conexin serial RS-232. Se justifica el uso de esta metodologa de comunicacin debido a su costo de implementacin hasta la parte de obtencin de datos, ya que la etapa de comunicacin con modem mediante internet demanda un diseo de software y hardware especficos lo que demanda de un costo econmico considerable; las tcnicas de obtencin de datos son sencillas y definidas para la aplicacin.

RESULTADOSLos resultados obtenidos del la investigacin realizada refieren a la correcta aplicacin de la electrnica tanto como para la toma de parmetros de funcionamiento mediante sensores de distintos tipos, funciones de control y funciones de alarma para el empleo deseado, en este caso el monitoreo de un grupo electrgeno a travs de internet; de la misma forma gracias a los estudios realizados se cumplen con los objetivos deseados que son la emisin de parmetros de funcionamiento de un grupo electrgeno a travs de la red de internet. Los hallazgos ms considerables fueron de la existencia de implementos para la comunicacin remota de los mdulos tanto para una comunicacin va cable y va red as como la efectiva programacin del microcontrolador PIC, adentrando ms al tema del microcontrolador se utilizaron mtodos matemticos para el acondicionamiento de seales de entrada como son la de los sensores entre otras. De la misma forma en la que se menciono en el punto de metodologa entre los puntos ms complicados en la realizacin del proyecto se encuentra la comunicacin del modulo maestro con la red de internet, es necesario el diseo de software y hardware concretos para el tipo de aplicacin, dentro de estos el tipo de modem y el software de emisin de datos; otro de los puntos relevantes en la ejecucin de la tarea fue la de la programacin del microcontrolador ya que se debe considerar principalmente el lenguaje de programacin del microcontrolador as como las funciones que cumplir este en la comunicacin remota. La eleccin de los puertos de comunicacin es un punto vital a considerar en la implementacin del sistema.

Mantenimiento de Sistemas Electromecnicos 2011CONCLUSIONES Gracias a los resultados obtenidos, se puede optar por realizar el sistema de una manera ms sencilla en caso se desee realizar alguna determinada funcin del sistema, como por ejemplo solo la adquisicin de datos, lo que hara ms sencilla la programacin, y ms barata la implementacin. La implementacin del proyecto demuestra que es ms eficiente realizar el monitoreo a distancia, ya que se pueden conocer los parmetros elctricos desde cualquier lugar, y se pueden dar notificaciones de alarmas en caso vaya a ocurrir alguna falla, o llamadas de emergencia en caso se requieran. El sistema realizado, a pesar de que fue primeramente dedicado al tema de los grupos electrgenos, es posible desarrollar el mismo principio en diversos equipos como mquinas expendedoras, transformadores, etc. De las pruebas realizadas se pudo ver que los mayores mrgenes de error se producen en la potencia activa y reactiva, y los menores en el voltaje y la corriente RMS. Los mrgenes de error del sistema son acumulativos, y no se puede realizar una correccin para ello debido a que las seales con error son usadas para realizar los clculos respectivos. El orden del cableado debe ser prioridad ya que la estructura del sistema es compleja y se pueden producir cortocircuitos o cruces. La insuficiente capacidad de memoria del micro-controlador usado limit la calidad del programa. Se tuvieron dificultades para la comunicacin con los celulares, ya que el modem TRENDnet limitaba el lugar de adquisicin de datos, se opto por usar otro modem y hasta un simulador de lnea, pero generaba problemas de automatizar la adquisicin del dato.

REFERENCIASFranco Mario Rabines Lara (2006). Tesis PUCP: Diseo e implementacin de un sistema de monitoreo de parmetros fsicos elctricos de grupos electrgenos.