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