Monografia Isaac Moncada

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP” INTRODUCCIÓN El siguiente trabajo está orientado a la realización del tema “Integración de Control de Restaurador a Sistema SCADA, Vía Comunicación IP” con el propósito de presentar una alternativa para resolver el problema de comunicación actual que se tiene con los restauradores de distribución instalados en los sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur del País que comprende a los departamentos de Comayagua, Olancho, Choluteca, Valle, El Paraíso, y Municipios aledaños a Francisco Morazán. La propuesta surge principalmente por la necesidad de poder controlar de forma remota los Restauradores de las Redes de Distribución ubicados en los sistemas eléctricos de la Región Centro Sur del País. Los sistemas de Telegestion y Telecontrol para redes de energía eléctrica permiten el monitoreo, diagnostico, operación, señalización y alarmas en forma remota de una subestación o de un componente de la red. El sistema SCADA para la red de distribución de la ciudad de Tegucigalpa, se inaugura el 27 de mayo de 2009, gracias al convenio entre el Gobierno de Honduras y la comisión -1-

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo está orientado a la realización del tema “Integración de

Control de Restaurador a Sistema SCADA, Vía Comunicación IP” con el

propósito de presentar una alternativa para resolver el problema de

comunicación actual que se tiene con los restauradores de distribución

instalados en los sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur del País que

comprende a los departamentos de Comayagua, Olancho, Choluteca, Valle,

El Paraíso, y Municipios aledaños a Francisco Morazán.

La propuesta surge principalmente por la necesidad de poder controlar de

forma remota los Restauradores de las Redes de Distribución ubicados en los

sistemas eléctricos de la Región Centro Sur del País.

Los sistemas de Telegestion y Telecontrol para redes de energía eléctrica

permiten el monitoreo, diagnostico, operación, señalización y alarmas en

forma remota de una subestación o de un componente de la red.

El sistema SCADA para la red de distribución de la ciudad de Tegucigalpa, se

inaugura el 27 de mayo de 2009, gracias al convenio entre el Gobierno de

Honduras y la comisión Europea. El beneficiario del proyecto es la Empresa

Nacional De Energía Eléctrica (ENEE) quien fue creada por La Junta Militar

de Gobierno, mediante Decreto Ley Número 48, el 20 de febrero de 1957.La

ENEE es un organismo autónomo responsable de la producción,

comercialización, transmisión y distribución de energía eléctrica en Honduras.

El centro de control y telegestion monitorea y controla remotamente algunos

de los Restauradores ubicados en los Sistemas Eléctricos de la Región

Centro Sur de Honduras. La comunicación con estos equipos es mediante

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MODEM vía GPRS (Servicio General de Paquetes Vía Radio) la que se

establece por medio de una llamada telefónica por medio de compañías que

brindan servicios de telefonía celular. La comunicación con estos equipos se

hace por llamada lo que causa contratiempos en la administración de los

datos ya que se necesita interrogar los controles cada hora y a ciertas horas

del día. Además estas compañías permanecen en ciertas horas del día

saturadas con el alto tráfico de llamadas, lo que ocasiona dificultades en la

comunicación con el equipo (Restaurador). En el Centro de Control y Tele

gestión para poder ver los estados (Abierto/Cerrado, Alarmas, etc.) y realizar

mandos a distancia (Apertura/Cierre, etc.) y cambios en la programación, se

requiere estar conectado con el equipo, caso contrario no se obtiene

información de lo que el control registra y monitorea en campo.

Como solución a este problema lo que se desea es mejorar la comunicación

con el restaurador a fin de poder obtener datos y estados en tiempo real,

razón por la cual se pretende implementar la “Integración del Control de

Restaurador al Sistema SCADA mediante comunicación IP”

Se le llama SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) al software

que permita el acceso de datos remotos de un proceso y permita el control del

mismo utilizando herramientas de control necesarias.

No se trata de un sistema de control, sino de una utilidad software de

monitorización o supervisión, que realiza la tarea de interface entre los niveles

de control y los de gestión a un nivel superior.

El operador puede visualizar en la pantalla del computador de cada una de las

estaciones remotas que conforman el sistema, los estados de ésta, las

situaciones de alarma y tomar acciones físicas sobre algún equipo lejano, la

comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN (Local Área

Network). Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están

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diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y

controlar dichos procesos.

En la actualidad existen tres posibles competidores para los sistemas SCADA

los cuales son:

Sistemas de control de Distribuido (DCS)

Controladores Lógicos Programables

Instrumentos Inteligentes (Smart Instrument)

Una de las funciones principales del sistema SCADA es la Supervisión

remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado

de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que

permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas.

Los sistemas SCADA necesitan comunicarse vía red, puertos GPIB (Bus de

Interfaz de Propósito General), telefónica, radio frecuencia o satélite, es

necesario contar con computadoras remotas que realicen el envió de datos

hacia una computadora central, está a su vez será parte de un centro de

control y gestión de información.

Para realizar el intercambio de datos entre los dispositivos de campo y la

estación central de control y gestión, se requiere un medio de comunicación,

existen diversos medios que pueden ser cableados (cable coaxial, fibra

óptica, cable telefónico) o no cableados (microondas, ondas de radio,

comunicación satelital).

Actualmente el sistema SCADA en Tegucigalpa cuenta con la intervención de

siete Subestaciones y veinte Restauradores de poste. El enlace se hace

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mediante una red de comunicaciones en banda UHF (Ultra High Frequency)

de 450 a 470 MHz.1

En la zona Rural (Choluteca, Comayagua, La Paz, Olancho) la comunicación

con los restauradores trifásicos es por medio de Telefonía Celular Wireless,

Modem GPRS (General Packet Radio Service) se hace por medio de una

llamada de una compañía de telefonía celular. Para comunicarse con el

Control del restaurador se hace una llamada telefónica cada hora con el

equipo para saber el estado de dicho equipo, lo ideal sería comunicarse con

el equipo de forma permanente y no por periodos de tiempo. Si se tiene

comunicación con el equipo en tiempo real se observa el tipo de falla, estados

(abierto/cerrado) y señales analógicas de dicho equipo. Una desventaja de

este tipo de monitoreo de datos es el servicio de comunicación que brindan

las compañías de Telefonía Celular, principalmente en horas pico cuando se

tiene un alto trafico de llamadas, la comunicación con estos equipos se

dificulta, esto crea ineficiencia hacia el cliente de la zona rural ya que lo que

se busca es ahorrar tiempo, dinero y reclamos del cliente que al no tener

servicio de energía en la zona tiene que llamar a las oficinas regionales para

que puedan mandar técnicos especializados y resuelvan el problema.

Con la integración del control de Restaurador vía comunicación bajo el

protocolo TCP/IP al SCADA se busca dar solución a este problema logrando

establecer una mejor comunicación por medio un protocolo más confiable y

rápido para poder establecer una comunicación desde el Centro de Control y

Telegestión SCADA o desde cualquier parte que se requiera controlar el

sistema.

1 Referenciado por el Ingeniero Edwin Padilla-SCADA ENEE

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Para el desarrollo de la solución se elaboraron distintas etapas, las cuales

consisten en investigación, desarrollo, implementación parcial, pruebas e

implementación final.

Para la solución se propone El transmisor-receptor de datos LBGT-69511 de

la compañía Logicbus de México ya que este dispositivos permite a protocolos

seriales propietarios comunicarse fácil y libremente con redes GSM/GPRS y a

Internet. No solo funciona como un modem GPRS, también puede crear un

túnel de datos entre el host final y el remoto, asegurando una comunicación

eficiente para la transmisión de datos y la administración remota de

dispositivos. Los usuarios no tienen que cambiar el sistema actual,

ahorrándose gastos y tiempo para el mantenimiento en el sitio y haciendo de

esta una solución perfecta para la transmisión de información.

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CAPITULO I

I.1 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA

La Empresa Nacional de Energía Eléctrica (ENEE), fue creada por La Junta

Militar de Gobierno, mediante Decreto Ley Número 48, el 20 de febrero de

1957. Es un organismo autónomo, de servicio al público, con personería

jurídica, patrimonio propio y de duración indefinida.

Con responsabilidad por el desarrollo y construcción de facilidades de

electrificación, y por la producción, transmisión y distribución de energía

eléctrica en el país.

Una de las grandes fuentes de trabajo del país lo constituye la ENEE.

A la fecha de formación de la ENEE, cada ciudad del país era servida en

forma aislada por pequeñas unidades generadoras, en su mayoría movidas

por motores diesel, que pertenecían a las municipalidades, Juntas de

Desarrollo, al Estado o a Empresas Privadas.

Con la Creación de la ENEE se buscó lograr la electrificación Nacional, en

base al uso racional de los recursos naturales del país aprovechando los

beneficios de la economía de escala.

El primer gran proyecto de la ENEE, fue la Central Hidroeléctrica de

Cañaveral, como parte del desarrollo del potencial del Lago de Yojoa y del

Río Lindo. Incluyo este proyecto la construcción de líneas de transmisión y

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sub-estaciones de alto voltaje, necesarias para conectar esta central con los

principales centros de demanda del país.

Ese fue el inicio de lo que es hoy, el Sistema Interconectado a nivel Nacional.;

es decir, una red de transmisión eléctrica, que cubre las principales regiones

del país la cual están conectadas las centrales generadoras y los diferentes

centros de consumo.

I.2 Visión de la ENEE

Ser la empresa líder en Centro América en la prestación del servicio eléctrico,

con calidad, capacidad y actitud innovadora.

I.3 Misión de la ENEE.

Somos una empresa de generación, transmisión, distribución y

comercialización de energía eléctrica para satisfacer las necesidades y

expectativas de los clientes con excelencia, protegiendo el medio ambiente y

contribuyendo al desarrollo socioeconómico del país.

I.4 ¿Qué es la ENEE?

La ENEE es un organismo autónomo responsable de la producción,

comercialización, transmisión y distribución de energía eléctrica en Honduras.

Al constituirse la ENEE, se inició la construcción de la primera gran central

hidroeléctrica, Cañaveral, así como la construcción de líneas de transmisión y

subestaciones para conducir la energía eléctrica hasta los centros de

consumo. Con el tiempo el sistema eléctrico, denominado como Sistema

Interconectado Nacional, se ha expandido y hoy en día la red de transmisión

cubre las principales regiones del país.

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I.5 Objetivos Básicos de la Empresa.

Los objetivos estratégicos de la ENEE producto de la Planeación Estratégica

son los siguientes:

1. Garantizar la continuidad y calidad del servicio de energía eléctrica

mejorando la eficiencia y eficacia para satisfacer las expectativas y

necesidades de nuestros clientes, impulsando proyectos hidroeléctricos

y otros de combustibles no derivados del petróleo.

2. Asegurar la sostenibilidad financiera de la ENEE, mejorando cada año

los indicadores financieros para garantizar autonomía y crecimiento de

la empresa.

3. Mantener un programa de reducción de pérdidas técnicas y

comerciales, implementando tecnología de punta como ser el sistema

AMR, anti-fraude e implementar el sistema de identificación cliente

área georeferenciado de las redes de distribución y sistema SCADA.

4. Reestructurar la empresa para volverla más eficiente, creando las

unidades de negocios de generación, transmisión y distribución

implementando la filosofía de calidad total y dotándolas de los recursos

logísticos, humanos y tecnológicos para que funcionen con mayor

independencia.

5. Fortalecer la investigación de los recursos naturales que posean

potencial energético, preservando el medio ambiente.

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6. Ampliar la cobertura eléctrica de las áreas de interés social conforme a

lo establecido en la Ley Marco del Subsector Eléctrico, la Estrategia

para la Reducción de la Pobreza y las Políticas de Desarrollo del

Gobierno de la República.

7. Promover la eficiencia energética.

8. Fortalecer el desarrollo de los recursos humanos, con un sistema de

capacitación y motivación para lograr un desempeño eficiente, eficaz,

efectivo y con calidad.

9. Establecer las bases para simplificar y racionalizar los procedimientos

administrativos a fin de garantizar que todas las dependencias de la

ENEE actúen con apego a las normas económicas, celeridad, eficacia

y espíritu de servicio, logrando la pronta y efectiva satisfacción de las

necesidades administrativas dentro del marco legal, fortaleciendo la

transparencia y el sistema de auditoría para lograr y mantener una

buena imagen institucional.

10. Lograr que la ENEE trabaje en función de un plan estratégico en todas

las unidades a fin de cumplir con su Misión y Visión

I.6 Análisis FODA para la Empresa Nacional de Energía Eléctrica (ENEE)

A. FORTALEZAS

1. Poseedores de plantas de generación hidroeléctrica de gran

tamaño, de la Transmisión y Distribución de energía eléctrica.

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2. La ENEE produce la mayor cantidad de energía hidroeléctrica

que se consume en el país.

3. La ENEE tiene el control del despacho de energía para

satisfacer la demanda a nivel nacional.

4. Se cuenta con personal altamente calificado, capacitado y con

experiencia.

5. La ENEE cuenta con embalses de regulación anual lo que

permite la reserva de agua para el siguiente año, como la

Central Hidroeléctrica El Cajón.

6. Conocimiento del sector y planes de expansión a futuro.

B. OPORTUNIDADES

1. Interés del gobierno para invertir en proyectos hidroeléctricos.

2. Interés del capital privado en las actividades de generación con

energía renovable para cubrir la demanda a nivel nacional.

3. Apertura al mercado regional a través de la interconexión

centroamericana.

4. Apoyo de países amigos para la generación de energía eléctrica

con recursos renovables en proyectos aislados.

5. Acceso al financiamiento internacional y gobiernos amigos para

la ejecución de proyectos de electrificación social y en la red de

transmisión.

6. Existencia de mercado para vender nuevos servicios como

arrendamiento, consultorías, y estudios técnicos y económicos.

7. Existencia de abundantes recursos renovables para la

generación de energía eléctrica.

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8. Existencia de programas por parte de la Comunidad

Internacional para capacitación y entrenamiento.

C. DEBILIDADES

1. Decisiones políticas no han permitido contar con una Gerencia

integral y de calidad, que funcione con sistemas de

administración estratégica.

2. No existe un sistema de contabilidad de costos.

3. Falta de control, registro y mantenimiento de los activos, así

como una inadecuada vigilancia y seguridad en las

instalaciones.

4. Falta de un programa agresivo de ahorro de energía y un

programa de manejo de la demanda.

5. No se cuenta con la asesoría y auditoria para evaluar la calidad

del servicio eléctrico que se entrega al cliente.

6. No existe uniformidad en los procedimientos técnicos,

administrativos y comerciales.

7. No existe una cultura generalizada de trabajo en equipo.

8. En algunas ocasiones la información no es oportuna, confiable

ni concisa.

9. Falta de indicadores claros y homogéneos que permitan medir

los resultados.

10. Aplicación inadecuada de las políticas de motivación y

capacitación para los empleados.

11. No existe un manual de políticas para el buen desempeño

empresarial, ni reglamentos actualizados y estandarizados, no

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se cuenta con instalaciones adecuadas en algunas

dependencias.

12. Falta de un control correcto del arrendamiento de los activos de

ENEE.

13. Fragilidad del Sistema Interconectado Nacional.

14. Lentitud en el procedimiento de dar respuesta al reclamo

interpuesto por el cliente a través de la secretaria de

procedimientos administrativos.

15. Sistema de Facturación obsoleto.

16. Falta de control y exigencia de resultados a SEMEH.

17. Insuficiente cantidad de empleados técnicos y recursos

logísticos.

18. Falta de automatización de los procesos.

19. Reducido inventario para atender las necesidades

oportunamente.

20. Carencia de equipos inteligentes que permitan maniobrar los

equipos de distribución y medición con agilidad y prontitud.

21. No existe correcta aplicación de las medidas disciplinarias y

sanciones administrativas

D. AMENAZAS

1. Marco Legal obsoleto, insuficiente y no complementario.

2. Inadecuada política del Estado en aspectos tarifaríos y de

subsidios.

3. La no ejecución del Plan de Expansión en su componente de

proyectos renovables aumentara la dependencia en la compra

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de energía térmica para satisfacer la demanda de energía a

nivel nacional.

4. Devaluación / Inflación que afecta el costo de funcionamiento,

producción transmisión, distribución y comercialización de la

energía.

5. Inestabilidad del precio del combustible.

6. Cambios climáticos adversos y degradación de las cuencas

hidrográficas.

7. Insatisfacción de los clientes por las tarifas y deficiencia en el

servicio.

8. Dependencia de financiamiento externo para desarrollar nuevos

proyectos de expansión.

9. Impuestos municipales arbitrarios a los proyectos de energía

eléctrica.

10. Desaparición del fabricante o distribuidores de equipos que ya

posee la empresa.

11. Incremento en los reclamos por el mal funcionamiento de

SEMEH.

12. Incremento de la morosidad especialmente en las cuentas de

Gobierno.

13. Fuga de recursos humanos especializados por mejores

condiciones de trabajo en el sector privado.

14. Cierre de crédito comercial por falta de pago expedito.2

I.6.1 Análisis FODA del departamento SCADA de Distribución

El análisis FODA que a continuación se presenta es en base a las Fortalezas,

Oportunidades, Debilidades y Amenazas observadas en el departamento

2 ENEE-Departamento de Dirección y Planificación.

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SCADA de la Empresa Nacional de Energía Eléctrica durante el desarrollo de

mi práctica profesional y la investigación realizada.

FORTALEZAS

1. Se cuenta con tecnología de punta para brindar un mejor

servicio y satisfacer las necesidades del cliente en materia de

calidad y continuidad Energía Eléctrica.

2. Se cuenta con personal altamente calificado, capacitado y con

experiencia para monitoreo y telegestion de Restauradores de la

Región Centro y Sur del País.

3. Existen planes de expansión del sistema SCADA a futuro.

4. Existe una cultura generalizada de trabajo en equipo.

OPORTUNIDADES

1. Interés de la Empresa Nacional de Energía Eléctrica de expandir

el Sistema SCADA.

2. Interés de mejorar la comunicación con equipos de distribución

instalados en la Zona Rural.

3. Acceso al financiamiento Internacional y Gobiernos amigos para

la mejora y ampliación del sistema SCADA de Distribución.

4. Existencia de programas por parte de la Comunidad

Internacional para capacitación y entrenamiento de personal

para uso adecuado del equipo a operar.

B. DEBILIDADES

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1. El SCADA no se ha podido expandir actualmente por problemas

de comunicación con los equipos de la Región Centro y Sur del

País.

2. Actualmente se tienen equipos instalados en la red de

distribución que no son controlados remotamente en el área

Rural.

3. La comunicación que se tiene con los equipos controlados

desde la sala de telecontrol y telegestión de distribución no es

permanente (La comunicación es por interrogación o llamada

telefónica).

4. Falta de automatización de los equipos de distribución en los

procesos de control y telegestion.

5. Depender de un servicio de comunicación externo para la

transmisión y recepción de datos.

AMENAZAS

1. Degradación de algunos controles de restaurador instalados

actualmente.

2. Falta de apoyo financiero externo e interno en la implementación

de cambios tecnológicos.

3. Privatización de los servicios de distribución de energía

eléctrica.

4. Inestabilidad económica del país.

5. Desaparición de fabricantes y/o proveedores externos de

equipos o accesorios utilizados por el SCADA de Distribución.

6. Politización de la Empresa Nacional de Energía Eléctrica en el

área técnica.

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

CAPITULO II

II.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

II.1.1 Enunciado del Problema

Actualmente el sistema SCADA en Redes de Distribución Eléctrica de la

Región Centro Sur se encuentra en su última fase de implementación y

puesta en servicio; el cual brindara servicio de monitoreo y control a

Restauradores e Interruptores de las subestaciones ubicadas en el área

urbana de las ciudades de Tegucigalpa y Comayagüela. El medio de

comunicación utilizado para la transmisión y recepción de los datos es

mediante radio modem vía UHF, comunicación que es bidireccional; ya que

cualquier orden (salida digital) desde la sala de control al Restaurador o

cualquier cambio de estado (entradas digitales y analógicas) que el equipo

realice en campo este se verá reflejado en tiempo real en la Sala del Centro

de Control y Tele gestión.

Además desde el Centro de Control y Telegestion se monitorea y controla

remotamente algunos de los Restauradores ubicados en los Sistemas

Eléctricos de la Región Centro Sur de Honduras. La comunicación con estos

equipos es mediante MODEM vía GPRS la que se establece por medio de

una llamada telefónica por medio de compañías que brindan servicios de

telefonía celular. La comunicación con estos equipos se hace por llamada lo

que causa contratiempos en la administración de los datos ya que se necesita

interrogar los controles cada hora y a ciertas horas del día. Además estas

compañías permanecen en ciertas horas del día saturadas con el alto tráfico

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de llamadas, lo que ocasiona dificultades en la comunicación con el equipo

(Restaurador).

En el Centro de Control y Tele gestión para poder ver los estados

(Abierto/Cerrado, Alarmas, etc.) y realizar mandos a distancia

(Apertura/Cierre, etc.) y cambios en la programación, se requiere estar

conectado con el equipo, caso contrario no se obtiene información de lo que

el control registra y monitorea en campo.

Como solución a este problema lo que se desea es mejorar la comunicación

con el restaurador a fin de poder obtener datos y estados en tiempo real,

razón por la cual se pretende implementar la “Integración del Control de

Restaurador al Sistema SCADA mediante comunicación IP”

Por lo tanto se formula la siguiente interrogante:

“¿Cómo se puede establecer una comunicación full dúplex (Dos

sistemas que se pueden comunicar simultáneamente en dos

direcciones) para restauradores de distribución ubicados en una zona

rural (Sistemas Eléctricos) y controlado desde el Centro de Control y

Tele gestión (En Tegucigalpa, M.D.C)?”

II.2 OBJETIVOS: General Y Específico

a) Objetivo General

Integración de Control de Restaurador a un Sistema SCADA para

Telecontrol y Telegestión de los equipos de distribución, ubicados en

los sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur, vía comunicación IP.

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

b) Objetivos Especificos

Describir en qué consiste la integración de un control de Restaurador a

una Red de Distribución Eléctrica.

Describir y explicar los parámetros de configuración y dispositivos que

componen un control de Restaurador automatizado, utilizado en la

Redes de Distribución de Energía Eléctrica.

Determinar que controles de Restauradores se integrarían al SCADA

de Distribución.

Analizar las ventajas de la integración de equipo inteligente al sistema

SCADA vía comunicación IP, en los Sistemas Eléctricos de la Región

Centro Sur.

Describir en qué consiste la comunicación mediante protocolo IP para

la transmisión y recepción de datos del Restaurador al SCADA de

Distribución.

Describir el tipo de señales del Control de Restaurador que se integran

al SCADA de Distribución.

II.3 PREGUNTAS DE INVESTIGACION

¿En que consiste la integración de un Control de Restaurador al

sistema SCADA de Distribución?

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

¿Qué parámetros de configuración deben aplicarse a dispositivos que

componen un Control de Restaurador automatizado utilizado en las

redes de distribución de energía eléctrica?

¿Cuál es Hardware utilizado en la integración del control de

Restaurador al centro de control?

¿Cuáles son los componentes que se necesitan para la integración de

un control de Restaurador al SCADA de Distribución?

¿Cuáles son las ventajas de la integración de equipo inteligente al

Sistema SCADA vía comunicación IP en los Sistemas Eléctricos de la

Región Centro Sur?

¿Cuáles son los tipos de señales que se integran al SCADA?

II.4 JUSTIFICACION

Actualmente el monitoreo o telecontrol de datos de los Controles de

Restauradores instalados en la Red de Distribución de 34.5 KV de los

Sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur del País, es realizada mediante

una llamada telefónica vía GPRS, a través de un Modem Wireless, es decir

por interrogación (cuando se quiere lograr comunicarse con el equipo).

Estos Restauradores se encuentran ubicados a largas distancias de las

Subestaciones de Energía Eléctrica o centros de Operación; por lo que la

operación y telecontrol de estos equipos se requiere que sea vía remota.

Con la Integración del Control del Restaurador al SCADA de Distribución, lo

que se pretende es tener información en tiempo real de datos y cambios de

estado; con lo que podríamos tomar decisiones en el momento de ocurrencia

de una interrupción. Al presentarse un evento en campo nos indicaría una

alarma o se presentaría una indicación en el cambio de estado (apertura,

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

cierre) en el servidor o puesto de Operación de la Sala de Control y

Telegestion.

Lo que se quiere lograr con la presente investigación es mejorar la

comunicación por medio del protocolo TCP/IP; ya que actualmente no se

pueden obtener datos en tiempo real. Con el monitoreo y Telegestion de este

equipo vía comunicación remota implementado en la zona rural del país

(Choluteca, Olancho, Comayagua, La Paz, Siguatepeque, El Paraiso),

también se pretende mejorar el sistema de comunicación de una vía o simplex

(Este modo de transmisión permite que la información fluya en un solo

sentido) a una comunicación de dos vías o full dúplex (Dos sistemas que se

pueden comunicar simultáneamente en dos direcciones) vía protocolo

DNP3.0 TCP/IP.

Con esta investigación se pretende ofrecer y brindar un aporte a la sociedad

ubicada en los Sistemas Eléctricos de la Región Centro Sur, ya que esta

mejora seria un beneficio para el cliente, evitándose de hacer una llamada

telefónica al Centro de Emergencias de la ENEE y esperar hasta que llegue

una cuadrilla (Conjunto de técnicos especializados en el área) para operar el

control de Restaurador; lo que contribuiría a mejorar la continuidad y calidad

de servicio, así como también mejorar los índices de desempeño de la Red

de Distribución (DEC,FEC).

II.5 DELIMITACION DE LA INVESTIGACION

El análisis de la investigación para la integración de controles de

Restauradores se concentrara en los controles más recientes adquiridos por

la Empresa Nacional de Energía Eléctrica los cuales son los controles Forma

6, estos controles serán distribuidos para los restauradores ubicados en la

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Región Centro Sur del País, los cuales delimitan las ciudades de Choluteca,

La Paz, Comayagua, Olancho, El Paraíso.

II.6 VIABILIDAD

La actual propuesta es viable debido a los siguientes supuestos:

1) El número de variables del proceso que se necesita monitorear es alto.

2) La información del proceso se necesita en el momento en que los

cambios se producen en el mismo, o en otras palabras, la información

se requiere en tiempo real.

3) La necesidad de optimizar y facilitar las operaciones del sistema, así

como la toma de decisiones, tanto gerenciales como operativas.

4) La población de la zona rural sera totalmente beneficiada ya que se le

brindara un mejor servicio en cuanto a tiempo y a resolución de

posibles problemas.

5) Los controles cuentan con RTU (Unidad Terminal Remota).

6) Es un sistema abierto.

7) El control de restaurador cuenta con los protocolos de comunicación

que se pueden incorporar al SCADA de distribución.

8) Se dispone de compañías que brindan el servicio de telefonía celular.

9) Personal técnico especializado en el área.

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

CAPITULO III

III.1 MARCO REFERENCIAL

III.1.1 MARCO CONCEPTUAL

A lo largo de la historia y evolución humana, el hombre siempre ha buscado la

forma de superarse y una vida más cómoda basándonos en la ley del mínimo

esfuerzo conocida por todos los seres humanos al querer automatizar para no

querer cansarnos mucho y ahorrarnos tiempo, dinero y obtener ganancias.

Se le llama SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) al software

que permita el acceso de datos remotos de un proceso y permita el control del

mismo utilizando herramientas de control necesarias.

No se trata de un sistema de control, sino de una utilidad software de

monitorización o supervisión, que realiza la tarea de interface entre los niveles

de control (PLC) y los de gestión a un nivel superior.

El operador puede visualizar en la pantalla del computador de cada una de las

estaciones remotas que conforman el sistema, los estados de ésta, las

situaciones de alarma y tomar acciones físicas sobre algún equipo lejano, la

comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto

se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al

operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

En la Figura 3.1 se muestra la estructura y comunicación de un sistema

SCADA.

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 3.1 Típico Sistema SCADA

Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

III.1.2 Competidores de los sistemas SCADA

Los sistemas SCADA han existido desde los años sesenta y en la actualidad

hay otros tres posibles competidores:

a) Sistema de control distribuido (DCS)

b) El control lógico programable (PLC).

c) Instrumentos inteligentes (Smart Instrument).3

a) Sistemas De Control Distribuido

El sistema de control distribuido (DCS) ha sido desarrollado para resolver la

adquisición de grandes volúmenes de información, su tratamiento en centros

de supervisión y mando, la actuación en tiempo real sobre el proceso a

controlar.

3 Sistemas SCADA 2ª Edición-Aquilino Rodríguez Penin

-23-

Page 24: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

La transmisión de datos normalmente es capaz de alcanzar velocidades

bastante elevadas (normalmente de 1 Mbps hasta 10 Mbps).4

En la siguiente figura se observa un típico sistema de control distribuido

(DCS)

Figura 3.2 Sistema de Control Distribuido (DCS)

Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

b) Controlador Lógico Programable (PLC)

Un controlador lógico programable (PLC) es un dispositivo operado

digitalmente, que usa una memoria para el almacenamiento interno de

instrucciones con el fin de implementar funciones especificas, tales como

lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones

aritméticas, para controlar a través de entradas/salidas digitales o analógicas,

varios tipos de maquinas o procesos.

4 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

-24-

Page 25: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Los PLC´s operan de manera secuencial y cíclica, es decir, una vez finalizado

el recorrido completo de un programa, comienza a ejecutar su primera

instrucción.5

La Figura 3.3 muestra un sistema compuesto por PLC.

Figura 3.3 Sistema de Controladores Lógico Programables (PLC)

Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

c) Instrumentos Inteligentes (Smart Instrument)

Aunque este término no es muy usado, normalmente significa sensor

inteligente (Basado en microprocesador) de medición digital (como un

medidor de flujo) con datos digitales y comunicaciones previstas por un panel

de diagnóstico o sistema informático.6

La Figura 3.4 muestra un ejemplo típico de Instrumentos Inteligentes.

5 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

6 Practical SCADA for Industry- David Bailey, Edwin Wright

-25-

Page 26: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 3.4 Sistema de Instrumentos Inteligentes (Smart Instrument)

Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

III.1.3 Funciones Principales Del Sistema SCADA

Una de las funciones principales del sistema SCADA es la Supervisión

remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado

de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que

permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas.

Control remoto de instalaciones y equipos: Mediante el sistema se puede

activar o desactivar los equipos remotamente de manera automática y

también manual. Además es posible ajustar parámetros, valores de

referencia, algoritmos de control, etc.

Procesamiento de datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la

información que alimenta el sistema, esta información es procesada,

analizada, y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de

referencia, dando como resultado una información confiable y veraz.

-26-

Page 27: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Visualización gráfica dinámica: El sistema es capaz de brindar imágenes en

movimiento que representen el comportamiento del proceso, dándole al

operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Estos

gráficos también pueden corresponder a curvas de las señales analizadas en

el tiempo.

Generación de reportes: El sistema permite generar informes con datos

estadísticos del proceso en un tiempo determinado por el operador.

Representación se señales de alarma: A través de las señales de alarma se

logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condición

perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales

como sonoras.

Almacenamiento de información histórica: Se cuenta con la opción de

almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse

posteriormente, el tiempo de almacenamiento dependerá del operador o del

autor del programa.

Programación de eventos: Esta referido a la posibilidad de programar

subprogramas que brinden automáticamente reportes, estadísticas, gráfica de

curvas, activación de tareas automáticas, etc.

III.1.4 Transmisión De La Información

Los sistemas SCADA necesitan comunicarse vía red, puertos GPIB,

telefónica, radio frecuencia o satélite, es necesario contar con computadoras

-27-

Page 28: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

remotas que realicen el envió de datos hacia una computadora central, está a

su vez será parte de un centro de control y gestión de información.

Para realizar el intercambio de datos entre los dispositivos de campo y la

estación central de control y gestión, se requiere un medio de comunicación,

existen diversos medios que pueden ser cableados (cable coaxial, fibra

óptica, cable telefónico) o no cableados (microondas, ondas de radio,

comunicación satelital).

Cada fabricante de equipos para sistemas SCADA emplean diferentes

protocolos de comunicación y no existe un estándar para la estructura de los

mensajes, sin embargo existen estándares internacionales que regulan el

diseño de las interfaces de comunicación entre los equipos del sistema

SCADA y equipos de transmisión de datos.

III.1.5 Comunicaciones

En una comunicación deben existir tres elementos necesariamente:

1) Un medio de transmisión, sobre el cual se envían los mensajes.

2) Un equipo emisor que puede ser el MTU.

3) Un equipo receptor que se puede asociar a los RTU´s.

En telecomunicaciones, el MTU (Unidad de transmisión maestra) y el RTU

(Unidad Terminal Remota) son también llamados Equipos terminales de datos

(DTE, Data Terminal Equipments). Cada uno de ellos tiene la habilidad de

generar una señal que contiene la información a ser enviada. Asimismo,

tienen la habilidad para descifrar la señal recibida y extraer la información,

pero carecen de una interfaz con el medio de comunicación.

-28-

Page 29: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

En la Figura3.5 se muestra un esquema de comunicación entre MTU y RTU.

Figura 3.5 Esquema de comunicación

Fuente: www.alfinal.com/Temas/sistemascada.php

III.1.6 Medios de Transmisión de Datos

Los medios de transmisión de datos se dividen en medios guiados y medios

no guiados.

a) Los Medios Guiados son los que utilizan componentes físicos y sólidos

para la transmisión de datos. También conocidos como medios de

transmisión por cable.

b) Los Medios no Guiados o sin cable son medios de transmisión que no

podemos ver como Señales de Radio y Microondas.

a) Medios Guiados

-29-

Page 30: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Cable Coaxial

Consiste en un cable conductor interno (cilíndrico) separado de otro cable

conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se

recubre por otra capa aislante que es la funda del cable. Se suele utilizar

para televisión, telefonía a larga distancia, redes de área local, conexión de

periféricos a corta distancia, etc.

Se utiliza para transmitir señales analógicas o digitales. Sus inconvenientes

principales son: atenuación, ruido térmico, ruido de intermodulación. Para

señales analógicas se necesita un amplificador cada pocos kilómetros y para

señales digitales un repetidor cada kilómetro.7

En la Figura 3.6 se muestra la estructura de un cable coaxial.

Figura 3.6 Estructura y partes de un cable coaxial

Fuente: www.monografias.com/trabajos17/medios-de-transmision/medios-de-transmision.shtml#noguiados

Fibra Óptica

Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales

naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y

300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente

pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento

vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.

7 Redes de Computadoras Cuarta Edición- ANDREW S. TANENBAUM

-30-

Page 31: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión

interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la

superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que

toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede

transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar

pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra,

el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un

índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la

superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

En la fibra óptica la señal no se atenúa tanto como en el cobre, ya que en las

fibras no se pierde información por refracción o dispersión de luz

consiguiéndose así buenos rendimientos.8

En la figura 3.7 se muestra la estructura de la fibra óptica y sus aplicaciones.

8 Redes de Computadoras Cuarta Edición- ANDREW S. TANENBAUM

-31-

Page 32: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

a) b)

c)

Figura 3.7 a) Estructura de la fibra óptica b) Fibra óptica real c) Aplicaciones

de la fibra óptica.

Fuente: a) cableadoderedes.blogspot.com/2008/03/anexo.html b) tic-tac.teleco.uvigo.es/profiles/blogs/obs-el-puente-

hacia-ops?xg_source=shorten_twitter c) laiguanailustrada.blogspot.com/2009/10/graphics-nobel-de-fisica-la-luz.html

En conclusión para la solución al presente problema de comunicación no se

usaran medios guiados ya que sus costos serian más elevados y actualmente

existen soluciones más factibles con medios no guiados.

b) Medios no Guiados

Microondas

-32-

Page 33: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Se utilizan en las comunicaciones del radar o la banda UHF (Ultra-High-

Frecuency).9 La información se transmite en forma digital a través

de ondas de radio de muy corta longitud (unos pocos centímetros). Pueden

direccionarse múltiples canales a múltiples estaciones dentro de un enlace

dado, o pueden establecer enlaces punto a punto. Las estaciones consisten

en una antena tipo plato y de circuitos que interconectan la antena con la

terminal del usuario.

Para la comunicación de microondas terrestres se deben usar antenas

parabólicas, las cuales deben estar alineadas o tener visión directa entre

ellas, además entre mayor sea la altura mayor el alcance, sus problemas se

dan perdidas de datos por atenuación e interferencias, y es muy sensible a las

malas condiciones atmosféricas.

Existen 2 tipos de transmisión por microondas:

a) Microondas terrestres

b) Microondas por satélite

Las diferencias entre las ondas de radio y las microondas son:

Las microondas son unidireccionales y las ondas de radio

omnidireccionales.

Las microondas son más sensibles a la atenuación producida por la lluvia.

En las ondas de radio, al poder reflejarse estas ondas en el mar u otros

objetos, pueden aparecer múltiples señales "hermanas".10

En la Figura 3.8 se muestran los tipos de enlace microondas.

9 Comunicaciones Electrónicas-Wayne Tomasi10 Comunicaciones Electrónicas-Wayne Tomasi

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Page 34: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

a)

b)

Figura 3.8 a) Enlace Microondas Terrestre b) Enlace Microondas por

Satélite.

Fuente: a) tutorial.galeon.com/inalambrico.htm b) lancerred.blogspot.com/2009/09/redes-inalambricas.html

Ondas de Radio

Son las utilizadas en telecomunicaciones e incluyen las ondas de radio y

televisión. Su frecuencia oscila desde unos pocos hercios hasta mil millones

-34-

Page 35: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

de hercios. Se originan en la oscilación de la carga eléctrica en las antenas

emisoras (dipolo- radiantes).

A diferencia de las corrientes alternas de frecuencia menor, las ondas de

radio no tienen un efecto excitomotor (estimulante del sistema

neuromuscular), sino que producen en el organismo un efecto térmico.

Gracias a las ondas de radio se dispone de un mecanismo para realizar una

termoterapia en el interior del organismo de manera homogénea.

En la actualidad, las ondas de radio se emplean sobre todo en el tratamiento

denominado onda corta. Se trata de un tipo de corriente alterna de alta

frecuencia caracterizada por tener una longitud de onda comprendida entre 1

y 30 metros (10-300 MHz). La onda corta, debido a su alta frecuencia es

capaz de atravesar toda clase de cuerpos, tanto conductores como no

conductores, pero es en los cuerpos conductores donde se produce un

calentamiento apreciable debido al efecto Joule.11

En la Figura 3.9 se muestra un enlace de Radio Frecuencia Punto a punto.

11 Comunicación Electrónica- Wayne Tomasi

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Page 36: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 3.9 Típico enlace por Radio frecuencia

Fuente: www.pcenterperu.com/store/index.php/soluciones/enlaces-punto-a-punto.html

2

III.1.7 Equipos Utilizados en Medios de Transmisión de Datos

A continuación se mencionan algunos equipos utilizados por medios de

transmisión de datos (medios Guiados y no Guiados), Algunos de estos

equipos son utilizados actualmente por el Departamento SCADA de

Distribución de la Empresa Nacional de Energía eléctrica (ENEE).

1) Modem

Un módem es un equipo que sirve para modular y desmodular (en amplitud,

frecuencia, fase u otro sistema) una señal llamada portadora mediante otra

señal de entrada llamada moduladora. El modem convierte señales digitales

del ordenador en señales analógicas.

El modulador emite una señal denominada portadora. Generalmente, se trata

de una simple señal eléctrica sinusoidal de mucho mayor frecuencia con que

la señal moduladora. La señal moduladora constituye la información que se

prepara para una transmisión (un módem prepara la información para ser

transmitida, pero no realiza la transmisión).12

Distintos módems se comunican a velocidades diferentes. La mayoría de los

módems nuevos pueden enviar y recibir datos a 33,6 Kbps y faxes a 14,4

Kbps. Algunos módems pueden bajar información desde un Proveedor de

Servicios Internet (ISP) a velocidades de hasta 56 Kbps.13

12 www.taringa.net/post/info/913517/tipos-de-Modem.html13 www.monografias.com/trabajos/todomodem

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Page 37: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Los módems, llamados también Equipo de Comunicación de Datos (DCE,

Data Communication Equipment), son capaces de recibir la información de los

DTE´s, hacer los cambios necesarios en la forma de la información, y enviarla

por el medio de comunicación hacia el otro DCE, el cual recibe la información

y la vuelve a transformar para que pueda ser leído por el DTE.

Tipos de Modem Utilizados

a) Modem GPRSb) Modem VPN

a) GPRS

General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes vía

radio es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles

(Global System for Mobile Communications o GSM) para la transmisión de

datos no conmutada (o por paquetes).

Los servicios de paquetes como GPRS se orientan al tráfico de datos. La

tecnología GPRS como bien lo indica su nombre es un servicio (Service)

orientado a radio enlaces (Radio) que da mejor rendimiento a la conmutación

de paquetes (Packet) en dichos radio enlaces.14

b) VPN

Una red privada virtual o VPN (siglas en inglés de virtual private network), la

es una tecnología de red que permite una extensión de la red local sobre una

red pública o no controlada, como por ejemplo Internet.15

14 www.developershomo.com/sms/GSMModemIntro.as15 www.configurarequipos.com/doc499.html

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Page 38: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Ejemplos comunes son, la posibilidad de conectar dos o más equipos remotos

utilizando como vínculo Internet, permitir a los miembros del equipo de

soporte técnico la conexión desde su casa al centro de cómputo, o que un

usuario pueda acceder a su equipo desde un sitio remoto. Todo ello utilizando

la infraestructura de Internet.

2) Radio Modem

Un radio módem o módem radio como lo llaman algunos, es un módulo

electrónico que incluye por un lado un micro controlador de control y por otro

un transmisor y un receptor de radio que son controlados por el procesador.

EL micro controlador se comunica con el mundo exterior mediante una

conexión serie cuya velocidad varía dependiendo del modelo, aunque la

mayoría pueden comunicar a 9600 y 19200 baudios. El micro controlador

empleado suele ser un Atmel (Familia de micro controladores) o bien un PIC

(Familia de micro controladores) y normalmente se conecta directamente con

los pines de conexión del radio módem, por lo que es muy recomendable usar

algún tipo de circuito búfer para proteger el micro y evitar averías. Como

normalmente la señal entregada por el radio módem está invertida, basta con

añadir algún tipo de puerta inversora que también actúe como búfer.

La velocidad a la que se comunica el radio modem por el aire es

independiente de la velocidad de conexión local y varia de un modelo a otro,

aunque la mayoría se comunica con velocidades superiores a los 19200

baudios, por lo que no presentan grandes retardos en las comunicaciones.16

Componentes de un Radio Modem

a) Antena Yagui

16 www.superrobotica.com/radio.htm

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Page 39: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Es una antena constituida por varios elementos y coplanarios, directores,

activos y reflectores. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los

activos radian el campo y los reflectores lo reflejan.

La antena Yagui fue hecha con el objetivo de incrementar la directividad del

sistema y concentrar la potencia radiada en un área más pequeña.17

b) Poli facer

El poli facer sirve para protección del Radio modem, se conecta a tierra y al

haber una sobrecarga se abre para proteger al modem.

III.1.8 Definición de una Red

Es un conjunto de equipos conectados por medio de cables, señales, ondas o

cualquier otro método de transporte de datos, que comparten información

(archivos), recursos (CD-ROM, impresoras, etc.), servicios (acceso a internet,

e-mail, chat, juegos), etc. incrementando la eficiencia y productividad de las

personas. Una red de comunicaciones es un conjunto de medios técnicos que

permiten la comunicación a distancia entre equipos autónomos (no jerárquica

máster/Slave). Normalmente se trata de transmitir datos, audio y vídeo por

ondas electromagnéticas a través de diversos medios (aire, vacío, cable de

cobre, cable de fibra óptica, etc.).18

 La Figura 3.5 muestra un ejemplo de Red.

17 www.virtual.unal.edu.com/cursos/sedes/manizales18 Redes de Computadoras Cuarta edición – ANDREW S. TANENBAUM

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Page 40: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 3.10 Esquema de una red

Fuente: www.elblogdefreddyynaly.blogspot.com/2010/06/red-de-computadoras.html

III1.8.1 Tipos de Redes

Los tipos de redes se pueden clasificar según:

a) Su tamaño y extensión:

Redes LAN. Las redes de área local (Local Área Network) son redes

de ordenadores cuya extensión es del orden de entre 10 metros a 1

kilómetro. Son redes pequeñas, habituales en oficinas, colegios y

empresas pequeñas, que generalmente usan la tecnología de

broadcast, es decir, aquella en que a un sólo cable se conectan todas

las máquinas. Como su tamaño es restringido, el peor tiempo de

transmisión de datos es conocido, siendo velocidades de transmisión

típicas de LAN las que van de 10 a 100 Mbps (Megabits por segundo).

Redes MAN. Las redes de área metropolitana (Metropolitan Area

Network) son redes de ordenadores de tamaño superior a una LAN,

soliendo abarcar el tamaño de una ciudad. Son típicas de empresas y

organizaciones que poseen distintas oficinas repartidas en un mismo

-40-

Page 41: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

área metropolitana, por lo que, en su tamaño máximo, comprenden un

área de unos 10 kilómetros.

Redes WAN. Las redes de área amplia (Wide Area Network) tienen un

tamaño superior a una MAN, y consisten en una colección de host o de

redes LAN conectadas por una subred. Esta subred está formada por

una serie de líneas de transmisión interconectadas por medio de

routers, aparatos de red encargados de rutear o dirigir los paquetes

hacia la LAN o host adecuado, enviándose éstos de un router a otro.

Su tamaño puede oscilar entre 100 y 1000 kilómetros.

Redes Internet. Una internet es una red de redes, vinculadas mediante

ruteadores gateways. Un gateway o pasarela es un computador

especial que puede traducir información entre sistemas con formato de

datos diferentes. Su tamaño puede ser desde 10000 kilómetros en

adelante, y su ejemplo más claro es Internet, la red de redes mundial.

Redes inalámbricas. Las redes inalámbricas son redes cuyos medios

físicos no son cables de cobre de ningún tipo, lo que las diferencia de

las redes anteriores. Están basadas en la transmisión de datos

mediante ondas de radio, microondas, satélites o infrarrojos.

b) Clasificación de las redes según la tecnología de transmisión:

Redes de Broadcast. Aquellas redes en las que la transmisión de

datos se realiza por un sólo canal de comunicación, compartido

entonces por todas las máquinas de la red. Cualquier paquete de datos

enviado por cualquier máquina es recibido por todas las de la red.

Redes Point-To-Point. Aquellas en las que existen muchas

conexiones entre parejas individuales de máquinas. Para poder

transmitir los paquetes desde una máquina a otra a veces es necesario

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Page 42: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

que éstos pasen por máquinas intermedias, siendo obligado en tales

casos un trazado de rutas mediante dispositivos routers.

c) Clasificación de las redes según el tipo de transferencia de datos que soportan:

Redes de transmisión simple. Son aquellas redes en las que los

datos sólo pueden viajar en un sentido.

Redes Half-Duplex. Aquellas en las que los datos pueden viajar en

ambos sentidos, pero sólo en uno de ellos en un momento dado. Es

decir, sólo puede haber transferencia en un sentido a la vez.

Redes Full-Duplex. Aquellas en las que los datos pueden viajar en

ambos sentidos a la vez.19

d) Topología De Redes

Cuando se habla de topología de una red, se habla de su configuración. Esta

configuración recoge tres campos: físico, eléctrico y lógico. El nivel físico y

eléctrico se puede entender como la configuración del cableado entre

máquinas o dispositivos de control o conmutación. Cuando hablamos de la

configuración lógica tenemos que pensar en cómo se trata la información

dentro de nuestra red, como se dirige de un sitio a otro o como la recoge cada

estación.

Topología en estrella

Todos los elementos de la red se encuentran conectados directamente

mediante un enlace punto a punto al nodo central de la red, quien se encarga

de gestionar las transmisiones de información por toda la estrella.

19 Sistemas SCADA 2ª Edición-Aquilino Rodríguez Penin

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Page 43: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Evidentemente, todas las tramas de información que circulen por la red deben

pasar por el nodo principal, con lo cual un fallo en él provoca la caída de todo

el sistema. Por otra parte, un fallo en un determinado cable sólo afecta al

nodo asociado a él; si bien esta topología obliga a disponer de un cable propio

para cada terminal adicional de la red. La topología de Estrella es una buena

elección siempre que se tenga varias unidades dependientes de un

procesador, esta es la situación de una típica mainframe (Computadora

Central), donde el personal requiere estar accesando frecuentemente a esta

computadora. En este caso, todos los cables están conectados hacia un solo

sitio, esto es, un panel central.

En la Figura 3.11 se muestra un ejemplo de Topología Estrella.

Figura 3.11 Topología Estrella

Fuente: www.kalipedia.com/informatica/tema/comunicacion-ordenadores.html?x=20070821klpinginf_45.Kes

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Page 44: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Topología en bus

En esta topología, los elementos que constituyen la red se disponen

linealmente, es decir, en serie y conectados por medio de un cable; el bus.

Las tramas de información emitidas por un nodo (terminal o servidor) se

propagan por todo el bus (en ambas direcciones), alcanzado a todos los

demás nodos. Cada nodo de la red se debe encargar de reconocer la

información que recorre el bus, para así determinar cuál es la que le

corresponde, la destinada a él.

Es el tipo de instalación más sencillo y un fallo en un nodo no provoca la

caída del sistema de la red. Por otra parte, una ruptura del bus es difícil de

localizar (dependiendo de la longitud del cable y el número de terminales

conectados a él) y provoca la inutilidad de todo el sistema. El bus es la parte

básica para la construcción de redes Ethernet.

En la Figura 3.7 se muestra un ejemplo de Topología Bus

 

Figura 3.12 Topología Bus

Fuente: www.kalipedia.com/informatica/tema/comunicacion-ordenadores.html?x=20070821klpinginf_45.Kes

Topología en anillo

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Page 45: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Los nodos de la red se disponen en un anillo cerrado conectado a él mediante

enlaces punto a punto. La información describe una trayectoria circular en una

única dirección y el nodo principal es quien gestiona conflictos entre nodos al

evitar la colisión de tramas de información. En este tipo de topología, un fallo

en un nodo afecta a toda la red aunque actualmente hay tecnologías que

permiten mediante unos conectores especiales, la desconexión del nodo

averiado para que el sistema pueda seguir funcionando. La topología de anillo

está diseñada como una arquitectura circular, con cada nodo conectado

directamente a otros dos nodos. Toda la información de la red pasa a través

de cada nodo hasta que es tomado por el nodo apropiado. Este esquema de

cableado muestra alguna economía respecto al de estrella. El anillo es

fácilmente expandido para conectar más nodos, aunque en este proceso

interrumpe la operación de la red mientras se instala el nuevo nodo. Así

también, el movimiento físico de un nodo requiere de dos pasos separados:

desconectar para remover el nodo y otra vez reinstalar el nodo en su nuevo

lugar.

En la figura 3.13 se muestra un

ejemplo de topología en anillo.

 

Figura 3.13 Topología en Anillo

Fuente: www.kalipedia.com/informatica/tema/comunicacion-ordenadores.html?x=20070821klpinginf_45.Kes

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Page 46: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Topología Árbol

En esta topología que es una generalización del tipo bus, el árbol tiene su

primer nodo en la raíz y se expande hacia fuera utilizando ramas, en donde se

conectan las demás terminales.

Esta topología permite que la red se expanda y al mismo tiempo asegura que

nada más existe una ruta de datos entre dos terminales cualesquiera.

La figura 3.9 se muestra un ejemplo de topología Árbol.

Figura 3.14 Topología de Árbol

Fuente: www.ipcolombia.com/cap_redes_lan1.htm

Topología Mesh (Malla)

Es una combinación de más de una topología, como podría ser un bus

combinado con una estrella.

Este tipo de topología es común en lugares en donde tenían una red bus y

luego la fueron expandiendo en estrella.

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Page 47: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Son complicadas para detectar su conexión por parte del servicio técnico para

su reparación.20

La figura 3.15 muestra un ejemplo de Topología de malla.

Figura 3.15 Topología de Malla

Fuente: glendasnotepad.wordpress.com/2008/08/10/159/

Actualmente el tipo de Topología adoptada por el Departamento SCADA de Distribución de la ENEE es estrella.

III.1.9 Protocolos de comunicación

Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas y procedimiento que

permite a las unidades remotas y central, el intercambio de información. Los

sistemas SCADA hacen uso de los protocolos de las redes Industriales.

A continuación se mencionan los protocolos más importantes utilizados y a

utilizar para solventar el actual problema de comunicación.

20 Sistemas SCADA 2ª Edición-Aquilino Rodríguez Penin

-47-

Page 48: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

a) Protocolo DNP3.0Este protocolo es de acceso libre e independiente del tipo de transmisión a

utilizar, ya sea alámbrica o por radiofrecuencia, se limita al establecimiento del

tipo de información a transmitir. Dentro de la cual se incluye una sección de

encabezado y una de datos. Este protocolo es compatible con transmisión

RS232/485, TCP/IP y en su mayoría los sistemas SCADA ya lo traen

incorporado o existen drivers que se acoplan al sistema y se comunican con

DNP.

El protocolo DNP3.0. Desarrollado por General Electric21 para una compañía

en específico y luego se difundió como un estándar de comunicación en

sistemas de distribución eléctrica.

La forma de las tramas utilizadas por este protocolo se muestra en la figura

3.16.

Figura 3.16 Encabezado general de las tramas DNP3.0

Este protocolo es utilizado para establecer la comunicación entre el panel de

control del recloser y el programa propietario desarrollado en Delphi (lenguaje

de programación) para interface Windows.22

21 General Electric, ahora GE Harris22 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

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Page 49: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

b) Protocolo TCP/IP

TCP/IP son las siglas de Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de

Internet (en inglés Transmission Control Protocol/Internet Protocol), un

sistema de protocolos que hacen posibles servicios Telnet

(Telecommunication Network), FTP (File Transfer Protocol), E-mail, y otros

entre ordenadores que no pertenecen a la misma red.

El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) permite a dos anfitriones

establecer una conexión e intercambiar datos. El TCP garantiza la entrega de

datos, es decir, que los datos no se pierdan durante la transmisión y también

garantiza que los paquetes sean entregados en el mismo orden en el cual

fueron enviados.

El Protocolo de Internet (IP) utiliza direcciones que son series de cuatro

números octetos (byte) con un formato de punto decimal. 23

Es un protocolo DARPA que proporciona transmisión fiable de paquetes de

datos sobre redes. El nombre TCP / IP Proviene de dos protocolos

importantes de la familia, el Transmission Control Protocol (TCP) y el Internet

Protocol (IP). Todos juntos llegan a ser más de 100 protocolos diferentes

definidos en este conjunto.

El TCP / IP es la base del Internet que sirve para enlazar computadoras que

utilizan diferentes sistemas operativos, incluyendo PC, minicomputadoras y

computadoras centrales sobre redes de área local y área extensa. TCP / IP

fue desarrollado y demostrado por primera vez en 1972 por el departamento

de defensa de los Estados Unidos, ejecutándolo en el ARPANET una red de

área extensa del departamento de defensa.24

23 Redes de Computadoras Cuarta Edición-ANDREW S. TANENBAUM24 Redes de Computadoras Cuarta Edición-ANDREW S. TANENBAUM

-49-

Page 50: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Este sería el protocolo propuesto a utilizarse en la integración del control

Forma 6 propuesto.

c) Protocolo Modbus

Modbus (de la prestigiosa Firma Modicon en 1979) es un protocolo de

comunicaciones, basado en la arquitectura maestro/esclavo creado para las

los PLC.

Posee amplia disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos

industriales con puerto serie y Ethernet, este permite el control de una red de

dispositivos y estaciones RTU por medio de un PLC, ordenador o en los

sistemas de supervisión y adquisición de datos SCADA.

Es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos

electrónicos industriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es

superior a otros protocolos de comunicaciones son:

Es público

Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo

Maneja bloques de datos sin suponer restricciones

Este protocolo define la estructura de los mensajes que los PLCs

reconocen, sin importar el tipo de red sobre la cual se comunican.

Describe el proceso que el controlador utiliza para solicitar acceso a

otro dispositivo, cómo responde a los requerimientos de otros

controladores y cómo se detectan y reportan los errores de

comunicación.

Establece un formato común para la distribución y el contenido de los

registros o campos de los mensajes.

-50-

Page 51: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Se trata de un protocolo abierto, es decir que se encuentra disponible

en forma gratuita.25

La Figura 3.17 muestra el Encapsulamiento de la trama MODBUS en TCP.

Fuente: /www.dte.upct.es/personal/manuel.jimenez/docencia/GD6_Comunic_Ind/pdfs/Tema 7.pdf

III.1.10 Monitoreo de Datos

Para poder monitorear datos se forma remota se necesitan lo que son

entradas y salidas tanto analógicas como digitales.

III.1.10.1 Entradas

Las entradas mediante el interfaz, adapta y codifica de forma comprensible

para la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o

captadores.

Hay dos tipos de entradas:

Entradas Analógicas

Entradas Digitales

a) Entradas analógicas

25 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

-51-

Page 52: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Los módulos de entrada analógicas permiten que los autómatas

programables trabajen con accionadores de mando analógico y lean señales

de tipo analógico como pueden ser Señales eléctricas, temperatura, la

presión o el caudal.

Los módulos de entradas analógicas convierten una magnitud analógica en

un número que se deposita  en una variable interna del autómata. Lo que

realiza es una conversión A/D, puesto que el autómata solo trabajar con

señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución

determinada (numero de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo

muestreo).

Los módulos de entrada analógica pueden leer tensión o intensidad.

El proceso de adquisición de la señal analógica consta de varias etapas:

Filtrado

Conversión A/D

Memoria Interna

b) Entradas digitales

Los módulos de entrada digitales permiten conectar a los autómatas

captadores de tipo todo o nada como finales de carrera pulsadores.

Los módulos de entrada digitales trabajan con señales de tensión, por

ejemplo cuando por una vía llegan 24 voltios se interpreta como un "1" y

cuando llegan cero voltios se interpreta como un "0"

El proceso de adquisición de la señal digital consta de varias etapas.

-52-

Page 53: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Protección contra sobretensiones

Filtrado

Puesta en forma de la onda

Aislamiento Galvánico o por optoacoplador

III.1.10.2 Salidas

La salida también mediante interfaz trabaja de forma inversa a las entradas,

es decir, decodifica las señales procedentes de la CPU, y las amplifica y

manda con ellas los dispositivos de salida o actuadores como lámparas, relés,

etc. Aquí también existen unos interfaces de adaptación a las salidas de

protección de circuitos internos.

Hay dos tipos de salidas:

Salidas Analógicas

Salidas Digitales

a) Salidas Analógicas

Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable

numérica interna del autómata se convierta en tensión o intensidad.

Lo que realiza es una conversión D/A, puesto que el autómata solo trabaja

con señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o

resolución determinada (numero de bits) y cada cierto intervalo de tiempo

(periodo muestreo).

Esta tensión o intensidad puede servir de referencia de mando para

actuadores que admitan mando analógico como pueden ser los variadores de

-53-

Page 54: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

velocidad, las etapas de los tiristores de los hornos, reguladores de

temperatura... Permitiendo al autómata  realiza funciones de regulación y

control de procesos continuos.

El proceso de envío de la señal analógica consta de varias etapas:

Aislamiento Galvánico

Conversión D/A

Circuito de amplificación y adaptación

Protección electrónica de la salida

b) Salidas Digitales

Un módulo de salida digital permite al autómata programable actuar sobre los

preaccionadores y accionadores que admitan ordenes de tipo todo o nada.

El valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de

un  relé interno del autómata en el caso de módulos de salidas a relé.

En los módulos estáticos (bornero), los elementos que conmutan son los

componentes electrónicos como transistores o triacs, y en los módulos

electromecánicos son contactos de relés internos al módulo.

Los módulos de salidas estáticos al suministrar tensión, solo pueden actuar

sobre elementos que trabajan todos a la misma tensión, en cambio los

módulos de salida electromecánicos, al ser libres de tensión, pueden actuar

sobre elementos que trabajen a tensiones distintas.

-54-

Page 55: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

El proceso de envío de la señal digital consta de varias etapas:

Puesta en forma

Aislamiento

Circuito de mando (Relé Interno)

Protección Electrónica

Tratamiento cortocircuitos

Las señales analógicas sufren un gran proceso de adaptación tanto en los

módulos de entrada como en los módulos de salida. Las funciones de

conversión A/D y D/A que realiza son esenciales. Por ello los módulos de E/S

analógicos se les consideran módulos de E/S especiales.26

III.1.11 Hardware

III.1.11.1 Elementos Del Sistema

Un sistema SCADA está conformado por:

Interfaz Operador Máquinas: Es el entorno visual que brinda el

sistema para que el operador se adapte al proceso desarrollado por la

planta. Permite la interacción del ser humano con los medios

tecnológicos implementados.

Unidad Central (MTU): Conocido como Unidad Maestra. Ejecuta las

acciones de mando (programadas) en base a los valores actuales de

las variables medidas.

26www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/paginaprincipal/plc/estructuras/estructura interna/seccion de ES/seccion_de_es.htm#Entradas analógicas

-55-

Page 56: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de

alto nivel (como C, Basic, etc.). También se encarga del almacenamiento y

procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo

pueda tener acceso a ellos.

Unidad Remota (RTU): Lo constituye todo elemento que envía algún

tipo de información a la unidad central. Es parte del proceso productivo

y necesariamente se encuentra ubicada en la planta.

Sistema de Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de

información del punto donde se realizan las operaciones, hasta el

punto donde se supervisa y controla el proceso. Lo conforman los

transmisores, receptores y medios de comunicación.

Transductores: Son los elementos que permiten la conversión de una

señal física en una señal eléctrica (y viceversa). Su calibración es muy

importante para que no haya problema con la confusión de valores de

los datos.

III.1.11.2 Descripción Del Hardware Externo de un Sistema SCADA

a) Restaurador

Los restauradores o recloser en estudio presentan una bobina solenoide

colocada en serie con la línea de distribución eléctrica, esta inicia el proceso

de desconexión cuando se da un exceso de corriente (valor que es definido

por la bobina), separando los contactos y preparando el sistema de

reconexión. Si la falla es temporal el Restaurador restaura la conexión

-56-

Page 57: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

después de un tiempo predeterminado, en caso de una falla permanente el

Restaurador intentará un numero preestablecido de reconexiones (máximo 3

y mínimo 0), quedando finalmente abierto y bloqueado.

También están provistos de una manija de control para manipulación externa,

cuando el Restaurador se encuentra bloqueado por una falla permanente es

necesario reactivarlo manualmente en el sitio.

b) Dispositivos de Campo y Cableado

Los dispositivos de campo con los que se dispone en un sistema SCADA son

de diversos tipos y en cada uno de ellos existen parámetros de selección,

desde el rango de trabajo, precisión, dimensiones, precio, etc., los cuales

hacen que cada sistema sea un caso particular aunque todos ellos tienen

siempre características comunes.

Generalmente los dispositivos de campo no suelen tener borneras suficientes

como para poder realizar todos los empalmes necesarios para el

funcionamiento del sistema, deben utilizarse cajas de paso o cajas terminales

donde se pueden realizar las uniones de los puntos que se desean empalmar.

c) RTU (Unidad Terminal Remota)

La RTU es un sistema que cuenta con un microprocesador e interfaces de

entrada y salida tanto analógicas como digitales que permiten tomar la

información del proceso provista por los dispositivos de instrumentación y

control en una localidad remota y, utilizando técnicas de transmisión de datos,

y enviarla al sistema central.

-57-

Page 58: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Las unidades terminales remotas consisten en una pequeña y robusta

computadora que almacenaba datos y los transmite a la terminal maestra

para que esta controle los instrumentos. Es una unidad stand-alone

(independiente) de adquisición y control de datos. Su función es controlar el

equipamiento de proceso en el sitio remoto, adquirir datos del mismo, y

transferirlos al sistema central SCADA.

Hay dos tipos básicos de RTU- "single boards" (de un solo módulo),

compactos, que contienen todas las entradas de datos en una sola tarjeta, y

"modulares" que tienen un modulo CPU separado, y pueden tener otros

módulos agregados, normalmente enchufándolos en una placa común (similar

a una PC con una placa madre donde se montan procesador y periféricos).

Una RTU “single board” tiene normalmente I/O fijas, por ejemplo, 16 entradas

de información digitales, 8 salidas digitales, 8 entradas de información

analógicas, y 4 salidas analógicas. No es normalmente posible ampliar su

capacidad.

En la actualidad gracias a la modularidad funcional y material, las unidades

remotas pueden ser utilizadas tanto para satisfacer necesidades de

transmisión de alarmas como para la supervisión completa de una compleja

instalación de telegestión, en forma autónoma o acoplada a módulos de

expansión.

La mayoría de terminales incluyen un software embarcado que integra

potentes recursos de comunicación y supervisión, sin necesidad de

programación específica claro que se tiene que tomar un cuenta que este

software es especifico de cada compañía y no son compatibles entre sí. Para

minimizar el problema de compatibilidad las compañías están realizando sus

-58-

Page 59: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

programas bajo estándares para poder vender sus productos con mayor

facilidad.

La mayor parte de las RTU tienen como características principales:

Comunicaciones a través de la red telefónica fija y móvil, radio enlaces,

líneas dedicadas, bus de campo.

Adquisición y mando (señales digitales y analógicas, conteos).

Capacidad: entre 280 y 700 variables (según las aplicaciones).

Procesamientos y automatismos parametrables.

Almacenamiento de datos a largo plazo (alarmas, medidas, conteos,

informes).

Alerta hacia estaciones maestras, buscapersonas y teléfonos móviles.

Módulos especializados (automatización y gestión de las estaciones de

elevación).

Enlaces entre instalaciones (entre remota y remota, entre remotas y

módulos).

Compatibilidad con otros productos (autómatas programables,

analizadores, controladores, medidores, ordenadores de supervisión.)

La interacción humano-máquina (IHM) para configurar y operar el equipo

puede realizarse localmente o a distancia, mediante un microordenador

(programas y otros productos compatibles), en un lenguaje natural e intuitivo.

Las UTR en los tiempos han sido desplazadas por los Controlador lógico

programable quienes han fortalecido sus facilidades de comunicación a través

de protocolos para sistemas de control (MODBUS, DNP3, IEC-101, IEC -105

etc.)27

La Figura 3.18 muestra un diagrama general de un RTU.

27 Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

-59-

Page 60: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 3.18 Diagrama general de un RTU

Fuente: Practical SCADA for Industry- David Bailey & Edwin Wright

El hardware de un RTU tiene los siguientes componentes principales:

CPU y memoria volátil (RAM).

Memoria no volátil para grabar programas y datos.

Capacidad de comunicaciones a través de puertos seriales o a veces

con módem incorporado.

Fuente de alimentación segura (con salvaguardia de batería).

“Watchdog timer” (que asegure reiniciar el RTU si algo falla).

Protección eléctrica contra fluctuaciones en la tensión.

Interfaces de entrada-salida a DI/DO/AI/AO.

Reloj de tiempo real

-60-

Page 61: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

d) Control De Restaurador

Los controles para restaurador son equipos que están equipados con

numerosas funciones sofisticadas que ofrecen flexibilidad de aplicación,

operación SCADA, y el registro de eventos. La fuente de energía primaria es

de 120 Vac. También existen versiones de 240 Vac.28

e) Sistemas de Respaldo (UPS)

El UPS (suministro de energía ininterrumpido) es un dispositivo auxiliar que

puede proporcionar energía eléctrica tras la ausencia de energía suministrada

por la compañía distribuidora.

III.1.12 Software

Un software SCADA debe ser capaz de ofrecer al sistema:

Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del

operador

Para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de

incidencias.

Generación de datos históricos de las señale de planta, que pueden

ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.

Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso

anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas

condiciones.

Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos

aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador.

28 Cooper Power System

-61-

Page 62: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

III.1.12.1 Período de Escaneo

Uno de los aspectos importantes que debe ser considerado es el tiempo de

escaneo de los RTU´s por el MTU, que se define como el tiempo que demora

el MTU en realizar una comunicación con cada uno y todos los RTU´s del

sistema. Uno de los factores que determina el tiempo de escaneo es el

número de RTU´s, en general a mayor número de RTU´s mayor el tiempo de

escaneo. Un segundo factor a ser considerado es la cantidad de datos a ser

transmitido el cual puede variar entre un par de estados a cientos de estados

lo cual incrementa el tiempo de escaneo. Otro factor importante es el número

de bits por segundo que puede soportar el medio de transmisión el cual

determina el material del medio y el tipo de modulación.

Así como el MTU busca y encuentra cada RTU, el RTU busca y encuentra

cada sensor y actuador a los cuales está conectado. Esta búsqueda se realiza

a mucha mayor velocidad del MTU hacia los RTU.

III.2 MARCO CONTEXTUAL

En este apartado se describe el sistema SCADA de Distribución de la ENEE,

así como también se da una breve explicación de cómo se realiza el

monitoreo y control con los equipos instalados en la Red de Distribución de

Energía de los Sistemas Eléctricos de la Región C.S y sus componentes.

III.2.1 Descripción del Sistema SCADA de Tegucigalpa

Actualmente el sistema SCADA en Tegucigalpa cuenta con la intervención de

siete Subestaciones y veinte Restauradores de poste. El enlace se hace

-62-

Page 63: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

mediante una red de comunicaciones en banda UHF (Ultra High Frequency)

de 450 a 470 MHz.29

En Tegucigalpa desde el Centro de Control se pueden Telecontrolar Veinte

(20) Restauradores Trifásicos de Distribución, de los cuales Diecisiete (17)

Restauradores se encuentran instalados en la red de distribución de 13.8 KV

(Área Urbana). Y tres (3) Restauradores en la Red de Distribución de 34.5 KV

(Área Rural, periferia de la ciudad) Estos restauradores se controlan mediante

una interfaz IHM (Interfaz Hombre-Máquina), en la cual se pueden realizar

mandos a distancia, ver estados, alarmas, estados de comunicaciones y

monitorear parámetros de energía: Potencia Real (P), Potencia Reactiva (Q),

Potencia Aparente (S), Corriente (I), Voltaje (V); por medio del software

SCADA SHERPA a través de protocolo DNP3.

La interacción con estos equipos se realiza mediante un panel de control y un

puerto RS232, donde es conectado un radio modem con el cual se transmiten

y reciben las señales mediante el protocolo DNP3.0. El funcionamiento de

estos equipos ha servido como referencia para la integración de mas

controles de restauradores, e incluso añadir otras variable o estados.

29 Referenciado por el Ingeniero Edwin Padilla-SCADA ENEE

-63-

Page 64: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

En la figura 3.19 se puede observar cómo está distribuido el enlace de

comunicación del sistema SCADA en Tegucigalpa.

Figura 3.19 Enlace de comunicación de sistema SCADA en Tegucigalpa

Fuente: Depto. Unidad de Control Electrónico SCADA (ENEE)

III.2.2 Componentes del Sistema SCADA utilizados por la ENEE en la Red de Distribución de Energía Eléctrica.

Zona Urbana (Tegucigalpa y Comayagüela)

Restaurador o Reconectador Trifásico

RTU (Unidad Terminal Remota) en el caso de la utilización del control

FXA.

Control de Restaurador (FXA, Forma 6)

Radio Modem (DATARADIO INTEGRA)

Antena Yagi

-64-

Page 65: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

RTU (DART)

Las RTU DART son utilizadas como complemento para los controles FXA

utilizados en la zona urbana (Tegucigalpa), ya que estos carecen de remotas

no como en el caso de Forma 5 y Forma 6 que ya está integrada.

En la Figura 3.20 se muestra la estructura de una RTU DART de las

instaladas en la zona Urbana (Tegucigalpa) y una vista real de la misma

a)

-65-

Page 66: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

b)

Figura 3.20 a) Esquema de una RTU DART b) Vista real de una RTU DARTFuente: a) Cooper Power System b) Depto. Unidad de control Electrónico SCADA (ENEE)

Control de Restaurador FXA

Los controles FXA (ver figura 3.23 a) son los controles instalados en la zona

Urbana (Tegucigalpa), estos carecen de remota por lo que necesitan la

instalación de una RTU DART como complemento para poderse comunicar

con la sala de control SCADA, Actualmente estos controles se están

remplazando por controles inteligentes como lo son los Forma 6 (ver Figura

3.23 c y d).

Radio Modem (DataRadio Integra)

Los radio modem (ver figura 3.24 a) son instalados en los controles de

restaurador de la zona urbana (Tegucigalpa) operan bajo ondas de radio

-66-

Page 67: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

dentro de frecuencia UHF (Ultra Alta frecuencia) de 300 a 3000 MHZ y la

frecuencia utilizada por el Depto. SCADA de la ENEE es entre 450-470 MHZ

previamente autorizada por Conatel (Comisión Nacional de

Telecomunicaciones).

Antena Yagui

La antena Yagui se utiliza para la zona Rural (Tegucigalpa) ya que la

comunicación en esta zona es por radio enlace y la antena Yagui es una

antena direccional por lo que se necesita el uso de antenas repetidoras

instaladas en el Cerro Triquilapa y El Durazno a línea vista para la transmisión

y recepción de Datos.

En la Figura 3.21 se muestra una antena Yagui real muy parecida a la que

utiliza la ENEE para comunicarse con el equipo instalado en Tegucigalpa.

Figura 3.21 Antena Yagui de 10 DB de ganancia

Fuente: www.ampere.com.mx

III.2.3 Comunicación Remota con Restauradores Instalados en los Sistemas Eléctricos de la Zona Rural.

-67-

Page 68: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

La comunicación con los restauradores trifásicos es por medio de Telefonía

Celular Wireless, Modem GPRS (General Packet Radio Service) se hace por

medio de una llamada de una compañía de telefonía celular. Para

comunicarse con el Control del restaurador se hace una llamada telefónica

cada hora con el equipo para saber el estado de dicho dispositivo.

La investigación se concentra en la integración de estos controles para tener

datos en tiempo real y comunicación permanente con los dispositivos.

Con la integración del control de Restaurador al SCADA se busca dar

solución a este problema logrando establecer una mejor comunicación por

medio un protocolo más confiable y rápido para poder establecer una

comunicación desde el Centro de Control y Telegestión SCADA o desde

cualquier parte que se requiera controlar el sistema.

También se busca mejorar la calidad del servicio de distribución eléctrica en

la zona, por lo cual se hace importante corregir este tipo de comunicación.

Una vez resueltos estos problemas de comunicación La Empresa Nacional de

Energía Eléctrica (ENEE), como la población en general tendrán servicio de

mejor calidad.

En la tabla 3.1 se muestran los beneficios esperados al implementar la

solución.

Beneficios para la institución Beneficios para la población

Monitorización desde cualquier

sitio.

Mejor servicio eléctrico en cuanto a

continuidad.

Ahorro en tiempo y dinero en

reconexiones.

Servicio de Calidad.

-68-

Page 69: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Mejor control de operación de los

restauradores.

Mejor Soporte Técnico.

Reducción de pérdidas Técnicas.

Tabla 3.1 Beneficios esperados si se resuelve el problema.

III.2.3.1 Desventajas Existentes con el Monitoreo de Datos en la Región Centro Sur.

Una de las desventajas es el servicio de comunicación que brindan las

compañías de Telefonía Celular, principalmente en horas pico cuando se

tiene un alto trafico de llamadas, la comunicación con los dispositivos

instalados en la zona rural se dificulta, esto crea ineficiencia hacia el cliente ya

que lo que se busca es ahorrar tiempo, dinero y reclamos, ya que el cliente al

no tener servicio de energía en la zona tiene que llamar a las oficinas

regionales para que puedan mandar técnicos especializados y resuelvan el

problema.

Otras de las desventajas;

Condiciones atmosféricas.

Cuando se caen las celdas en las compañías de telefonía celular.

La velocidad de transmisión y recepción de datos por el puerto RS232

es muy lento.

III.2.4 Restricciones y requerimientos

Para la integración del control de Restaurtador al SCADA se han establecido

una serie de parámetros a fin de cumplir con los requerimientos mínimos para

este desarrollo. La tabla 3.2 muestra los requisitos establecidos.

-69-

Page 70: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Restricciones Requisitos

Utilización del protocolo DNP3.0 y de

comunicación TCP/IP.

Control de estados (Apertura y Cierre

del restaurador)

Normativas de seguridad de alta

tensión.

Medición de Voltaje, Corriente y

Potencia en la red.

Debe haber servicio de baja tensión

para el sistema (125V)

Control remoto del restaurador.

Puerto de comunicación RS 232. Reporte de estados y alarmas de

funcionamiento.

Tabla 3.2 Restricciones y requerimientos del trabajo.

III.2.5 Componentes de Comunicación Remota para Telecontrolar Restauradores en los Sistemas Eléctricos de la región Centro Sur.

Restaurador o Reconectador Trifásico

Control de restaurador (Forma 5, Forma6 de Cooper o SEL de

FALCON)

Modem GPRS (METRUM, MULTITECH)

UPS (sistema de alimentación ininterrumpida)

III.2.5.1 Restaurador

Restauradores Instalados en la Red de Distribución de la ENEE.

En el sistema de Distribución (Tanto en la Zona Urbana como en la Zona

Rural) se tienen instalados los siguientes tipos de restauradores:

a) Tipo VWE: Restaurador Trifásico para 13.8 KV

-70-

Page 71: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

b) Tipo VWVE38X: Restaurador Trifásico para 34.5 KV

En la Figura 3.22 se muestra un restaurador tipo VWE.

Figura 3.22 Restaurador Kyle tipo VWE automático de circuito trifásico de

interrupción al vacío controlado electrónicamente.

Fuente: Cooper Power System

III.2.5.2 Controles de Restauradores instalados en la red de Distribución de la ENEE.

Los controles electrónicos Kyle basados en microprocesador se utilizan en la

mayoría de los Restauradores Trifásicos Instalados en la Región Centro y Sur

-71-

Page 72: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

del país, son flexibles, adaptables y programables, y muchos tienen una

protección avanzada, medición, y la funcionalidad de automatización.

Actualmente se han ido Implementando los Controles Forma 6, Y los

utilizados actualmente en la zona rural (Región Centro Sur) son los controles

Forma 5 y se tiene Forma 6 que se han instalado.

Los controles Forma 6 son controles inteligentes dotados de una RTU interna

haciendo más fácil el trabajo de instalación y automatización de estos

dispositivos.

En la presente investigación se propone el control Forma 6 para su

integración en la zona Rural por su flexibilidad y su fácil integración con

medios de transmisión de Datos.

En la Figura 3.23 se muestran los diferentes controles de restaurador

utilizados en la red de distribución del sistema eléctrico de la Región Centro y

Sur del país.

a) b)

-72-

Page 73: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

C)

d)

Figura 3.23 a) Control FXA de Cooper, uno de los controles más antiguos

utilizados por la ENEE, b) Control Forma 5 de Cooper, son los controles más

utilizados en la Región Centro Sur, c) Control Forma 6 de Cooper, d) Control

Forma 6 de SEL uno de los controles más nuevos adquiridos por la ENEE.

Fuentes: a), b) y c) Cooper Power System d) Falcon Power system

III.2.5.3 Modem utilizados por la ENEE

Los modem utilizados actualmente por la ENEE son los de tipo Radio

mencionados anteriormente ya que se comunican por medio de R.F, el de tipo

GPRS como lo es el multimodem MultiTech el cual es utilizado por los

operadores del centro de telecontrol para el monitoreo de datos en la zona

rural del país y el modem Metrum que es utilizado para establecer

comunicación desde la zona rural hacia el centro de control y telegestion.

En Figura 3.24 se muestran los diferentes modem utilizados por la ENEE para

la comunicación con los controles de Restauradores.

-73-

Page 74: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

a) b)

c)

Figura 3.24 a) Data radio Integra utilizado en sistema SCADA de Tegucigalpa, b) Modem GPRS Multitech, c) Modem GPRS METRUM TECHNOLOGIES.

Fuente: a) Calamp Company b) www.multiradio.com.ar c) Unidad de Control Electrónico SCADA (ENEE)

III.2.5.4 UPS (Sistema de Respaldo)

El UPS es utilizado como equipo de respaldo en la zona rural (Región Centro y Sur), ya que los modem Metrum solo pueden alimentarse por AC, este dispositivo sirve para establecer comunicación con el equipo al no haber energía eléctrica en el control.

En la Figura 3.25 se muestra un UPS o sistema de respaldo utilizado por la ENEE en la zona rural (Región Centro Sur).

-74-

Page 75: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 3.25 UPS marca CDP

Fuente: dragonsystem-web.com

CAPITULO IV

IV METODOLOGIA

IV.1 Procedimiento Metodológico

Esta es la metodología seguida durante el desarrollo del trabajo de

graduación:

Investigación acerca de los protocolos de comunicación TCP/IP y

DNP3.0: esta investigación es importante, ya que con base en la comprensión

del funcionamiento de estos protocolos es que se realizará la propuesta y

solución del trabajo de graduación. El equipo que se usará son controles:

Forma 5, Forma 6, Modem, computadoras con acceso a internet y manuales

varios.

Selección del control de restaurador y otros componentes electrónicos

importantes de manera idónea: esta etapa es importante para así determinar

los componentes, o módulos existentes en el mercado, que de mejor manera

se adaptan al trabajo de graduación. Se tomará en cuenta tanto la experiencia

de los ingenieros a cargo del proyecto como los parámetros principales de los

protocolos, así como los criterios aprendidos durante la carrera y el consejo

del asesor.

-75-

Page 76: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Comprobación del funcionamiento del sistema completo: parte en que se

comprueba definitivamente el funcionamiento del sistema completo. Se

utilizarán todas las partes del proyecto realizadas hasta el momento, además

de equipo de medición por si se presentan contratiempos de tipo físico del

circuito, una computadora con los programas necesarios.

En el caso del sistema de ubicado en la Región Centro Sur del país el

problema de comunicación ya está delimitado y se ha definido bastante de las

características de la solución deseadas. Mediante entrevistas con los

ingenieros de la institución se determinó la necesidad de resolverlo, tomando

como base las características presentes en los controles de restaurador más

modernos, los cuales ya vienen provistos de una RTU y puertos de

comunicación RS232.

La realización del proyecto se encuentra restringida a la utilización al uso del

protocolo DNP3.0, que es un estándar de comunicación de acuerdo al

sistema SCADA SHERPA existente en la red de Distribución de Energía

Eléctrica y que ya esta implementado en la zona urbana.

La información necesaria para la comprensión y utilización del protocolo

DNP3.0 fue recopilada a través de investigación bibliográfica en hojas de

datos de controles que tienen implementado el protocolo e Internet, se

justificó el uso de Internet porque este protocolo es de acceso libre y rápido

en establecer comunicación con el dispositivo a controlar. La transmisión de

datos respeta todos los lineamientos establecidos por este protocolo.

Para el proceso de conversión de señales, ya sea Analógica a Digitales o

Digitales a Analógicas, se realizó la investigación bibliográfica respectiva,

basándose primeramente en los textos de Sistemas digitales, Sistemas de

-76-

Page 77: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

control digital, búsqueda por la red y en hojas técnicas de los equipos

utilizados.

La referencia tomada para determinar una solución se basa en las consultas

realizadas al asesor y encargado del proyecto SCADA, quien ha determinado

muchas de las características para el mismo. La solución actual se orienta

hacia comunicación de equipos remotos en la Región Centro Sur mediante el

protocolo TCP/IP sin medios guiados (o sea comunicación Inalámbrica).

IV.2 Hipótesis

Al generar esta hipótesis se crean las siguientes interrogantes:

¿Por qué si se tiene un control Forma 6 (Dispositivo Inteligente con

micro controlador) se necesita agregar un modem inteligente con

microcontrolador?

¿Por qué es necesario un modem de tipo GPRS?

Las respuestas a estas interrogantes son sencillas ya que se necesita un

modem inteligente porque este interpreta la información enviada desde el

control y la traduce para enviarla por medio de una IP a una URL (Localizador

de Recurso Uniforme) el cual es la dirección global de documentos y de otros

recursos en la Internet.

Se requiere la implementación de un modem inteligente ya que este creara un

túnel de datos entre el host final y el remoto pudiendo recibier haci la

información en tiempo real.

-77-

Page 78: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

El Modem a utilizar tendrá una tarjeta SIM previamente configurada para

brindar servicio de internet las 24 horas del día con X compañía de telefonía

celular.

V.3 Tipo de Investigación

El tipo de Investigación es del tipo exploratorio ya que la literatura nos puede

revelar que no hay antecedentes sobre el tema30

El presente proyecto titulado " Integracion De Control De Restaurador A

Sistema SCADA Via Comunicación IP", cuyas características ya se han

indicado, se encuentra enmarcado en la modalidad de Proyecto Factible, ya

que proporciona una solución posible a un problema del tipo práctico, para

satisfacer las necesidades de una empresa como ENEE.

Para el desarrollo de la solución se elaboraron distintas etapas, las cuales

consisten en investigación, desarrollo, implementación parcial, pruebas e

implementación final.

En la Figura 4.1se observa el diagrama de flujo que muestra las distintas

etapas que se siguieron para el desarrollo de la solución.

30 Metodologia de la investigación- Hernandez Sampieri, R. Fernandez collado, y Baptista L.

-78-

Page 79: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 4.1 Diagrama de flujo de las distintas etapas que se siguieron para el

desarrollo de la información.

En la etapa de investigación se determinaron los aspectos relacionados con

las características asociadas a los PLC´s y los controles de restauradores.

Tomando como base estos conocimientos, normas de seguridad en alta

tensión, se determinaron las dimensiones de los componentes adecuados en

la realización del trabajo de graduación tales como PLC compatibles con el

control de restaurador a utilizar en este caso; Control Forma 6 marca Cooper,

también los módulos de expansión correspondientes para cada PLC.

-79-

Page 80: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

IV.4 Diseño de Investigación

El diseño de la investigación es No Experimental de tipo Transeccional

Descriptivo ya que no se construye ninguna situación sino que se observan

situaciones ya existentes como el Hecho de contar con los controles de

restauradores que ha sido motivo de investigación para poder cambiar y

mejorar el tipo de comunicación en la zona rural, ya que actualmente el medio

que se utiliza para dicha comunicación no es el apropiado por lo que se

propone un medio más eficaz como lo es un modem inteligente de tipo GPRS.

IV.5 Población y Muestra

En este caso como población se tiene a todos los controles de restauradores

de tipo Forma 6 instalados en la Zona Rural (Comayagua, Choluteca y

Olancho) que en total son seis(6) los cuales están distribuidos de la siguiente

forma:

2 En Choluteca.

3 En Comayagua.

1 En Olancho

Estos Restauradores tienen instalados Controles de Restaurador tipo Forma

6, Además se tienen 6 controles Forma 6 que no están instalados.

Con la integración de estos equipos y con la mejora de la comunicación en

estas zonas, se harán para poder integrar los controles Forma 5 a futuro.

En esta investigación se tiene una muestra no probabilística pues se trata de

un estudio con un diseño de investigación exploratorio.

-80-

Page 81: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

IV.6 Instrumento de Medición

Con la finalidad de determinar las magnitudes de las variables a medir, se

realizaron distintas pruebas con los controles de restauradores como ser los

Forma 6, se efectuaron mediciones de tiempos de respuesta para establecer

comunicación entre la estación y los equipos remotos. Asimismo se tomó toda

la información necesaria para el análisis de funcionamiento de los controles

de restauradores y los modem a utilizar de las hojas de datos del fabricante.

Este control ha servido de Investigación y enriquecimiento de este trabajo de

graduación ya que se han podido determinar e integrar nuevas variables al

termino de tener un mejor monitoreo de datos y poder llegar a una

determinada solución al problema de comunicación.

Las variables a medir para llevar a cabo la Integración del control Forma 6 al

sistema SCADA vía comunicación IP son estados (Abierto/Cerrado), alarmas

tanto de fallas como de Batería y su estado de comunicación para esto se

realizaran varias pruebas tanto de Hardware como de Software al control

Forma 6 desde el centro de control y telegestion, con el propósito de

mantener una comunicación en tiempo real y Full Dúplex.

IV.7 Recolección de Datos

Para la realización de este trabajo de graduación se realizó en primer lugar la

búsqueda de información bibliográfica, que permitió determinar la metodología

a seguir para darle solución al problema. Se revisaron libros de

Comunicación, Sistemas digitales, Sistemas SCADA, recomendaciones y

estándares del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) para la

-81-

Page 82: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

implementación de WIRELESS, así como otros trabajos especiales de grado

referentes al tema y entrevistas con Ingenieros experimentados con respecto

al tema de automatización y sistema SCADA.

IV.8 Área de Investigación

Este Trabajo Especial de Grado se desarrolló en la Unidad de Control

Electrónico del Departamento SCADA de Distribución de la ENEE. En esta

Unidad se realiza el mantenimiento preventivo y correctivo, Pruebas de

comunicación y mejoras en el área monitoreo y adquisición de datos tanto de

la zona Urbana (Tegucigalpa) como de la zona Rural (Región Centro y Sur del

país).

Los proyectos realizados por esta Unidad incluyen las modificaciones y

mejoras del sistema SCADA para el monitoreo y control de datos, ya que

continuamente se hacen pruebas de distinto índole como ser de comunicación

y de programación para poder brindar un mejor servicio, También se busca

integración e instalación de nuevos equipos, obligando a hacer estudios que

revelen las condiciones en que se encuentra el sistema.

-82-

Page 83: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

CAPITULO V

V Implementación de la solución

V.1 Propuesta

Para la solución al actual problema de comunicación se propone la utilización

un modem Inteligente con microcontrolador ya que este interpretara los datos

y los enviara a una URL(Localizador de Recurso Uniforme) donde

seguidamente los enviara a una maquina servidor donde se puede dar lectura

de los datos por medio de IP.

Para poderse comunicar con la remota la comunicación la hace vía Ethernet

mediante un puerto UTP, RS232, se conecta el modem por Ethernet con el

servidor.

Con la intención de dar una explicación clara a la propuesta observar la

Figura 5.1.

-83-

Page 84: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 5.1 Esquema de comunicación Propuesto para la solución a

implementar.

También se llevara a cabo la implementación de una intranet ya que es una

red privada que protocolos TCP/IP de Internet para su transporte básico. Los

protocolos pueden ejecutar una variedad de Hardware de red, y también,

pueden coexistir con otros protocolos de red. Solo el personal de la ENEE

debe tener acceso a la información, Aquellos empleados que están dentro de

una Intranet pueden acceder a los amplios recursos de Internet, pero aquellos

en Internet no pueden entrar en la Intranet, que tiene acceso restringido.

También se asignara una IP Privada propuesta por la Unidad de Informatica

de la ENEE, para tener una mejor seguridad y encriptación de los datos de la

Intranet.

V.1.2 ObjetivoLograr una comunicación en tiempo real Full Dúplex para poder monitorear y

controlar el equipo instalado en la zona rural.

V.2. Análisis de soluciones y selección final

Después de verificar que la arquitectura del SCADA sea abierta para ser

capaces de crecer o adaptarse según las necesidades cambiantes de la

empresa. Se procederá a instalar el modem GPRS al control Forma 6, esta

conexión creara un túnel de datos GPRS.

a) Sistema de operación actual en caso de falla del sistema en la

Región Centro Sur

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Page 85: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

La siguiente figura muestra el sistema de reparación de fallas actual en la

zona rural, la actual propuesta da solución a este problema ya que desde

cualquier parte se podrá dar solución a cualquier tipo de falla.

a)

b)

Figura 5.2 Esquema representativo de lo que se hace actualmente cuando se

reporta una falla en el restaurador en la zona rural.

(Fuente: www.digi.com)

a) Sistema propuesto con la implementación de la solución

La siguiente Figura muestra la comunicación con la solución Propuesta.

-85-

Page 86: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 5.3 Sistema propuesto después de implementada la solución.

(Fuente: www.digi.com)

Dicha propuesta contempla la comunicación inalámbrica mediante la

utilización de Modem inteligente tipo GPRS. Estos Modem deben ser seriales

y/o TCP/IP. En ambos casos la unidad de control debe comunicarse mediante

tramas DNP3.0.

También se estudió la posibilidad de utilizar comunicación alámbrica,

empleando el tendido de distribución de energía, sin embargo esta requiere

de acoples eléctricos para las distintas fases. Asimismo requiere de la

instalación de repetidores en distancias relativamente cortas si se comparan

con la posición de los Restauradores. La colocación de repetidores aumenta

los costos de implementación de la solución propuesta, ya que implica la

colocación de gabinetes con una fuente de alimentación auxiliar para los

casos de ausencia de electricidad además de servicio de baja tensión en cada

punto.

Para el establecimiento de la comunicación se realizara un programa de

interface encargado de recibir, almacenar, mostrar y enviar datos hacia el

Restaurador. Estos datos comprenden información de estado, comandos de

operación (Cerrar / Abrir). Todos bajo DNP3.0. Este protocolo es de acceso

libre e independiente del tipo de transmisión a utilizar, ya sea alámbrica o por

radiofrecuencia, se limita al establecimiento del tipo de información a

transmitir. Este protocolo es compatible con transmisión RS232, 435, TCP/IP

y una buena cantidad de sistemas SCADA ya lo traen incorporado o existen

drivers que se acoplan al sistema y se comunican con DNP.

-86-

Page 87: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

V.3 Descripción del hardware propuesto para la solución

Para dar solución al actual problema se propone la utilización de un modulo

Transmisor-receptor de datos GPRS modelo LBGT-69511 mostrado en la

siguiente figura.

Figura 5.4 Modulo Transmisor-receptor de datos GPRS modelo LBGT-69511

No solo funciona como un módem GPRS, también puede crear un túnel de

datos entre el host final y el remoto mediante su software incluido,

asegurando una comunicación eficiente para la transmisión de datos y la

administración remota de dispositivos. Con un puerto serial RS-232/485

seleccionable, dos puertos seriales RS-232, el LBGT-69511 es la solución

ideal para la automatización industrial, monitoreo de medio ambiente y la

administración remota de dispositivos para la industria M2M (Maquina a

Maquina).

 

-87-

Page 88: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Figura 5.5 Esquema de funcionamiento de un modulo LBGT-69511.

1 puerto serial RS-232/485 seleccionable.

Administración GPRS VPN continua y automática (túnel de datos

GPRS)

Utilería de consola GUI

Diseño industrial con protección de sobretensión

API fácil de usar (VC/VB/BCB)

Watch Dog integrado

Reloj de tiempo real (RTC)

Configuración local y remota (OTA)

Actualización del firmware remota (OTA)

Soporta comunicación virtual

Ventajas y beneficios:

Diseño industrial con capacidades inteligentes de software haciéndolo una solución GPRS confiable para la recolección y transmisión de datos

Conecta cualquier dispositivo serial a la red GPRS e Internet

Sin necesidad de construir una costosa red cableada, ahorrando costos sustancialmente

Administra y controla fácilmente dispositivos remotos distribuidos

Conectividad confiable con la red GPRS, proporcionando de una comunicación inalámbrica rápida y rentable de largo alcance

V.4 Análisis Costo Beneficio de la Propuesta

-88-

Page 89: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

La tabla 5.1 muestra una aproximación del costo de los equipos a utilizar para

la integración y el beneficio que se pretende al dar solución al presente

problema.

LO QUE SE

PROPONE

COSTO BENEFICIO QUE PASA

SI NO SE

HACE

Modem

GPRS

modelo

LBGT-69511

De la

compañía

Logicbus.

11,000

Lempiras

aproximado

ya con su

respectivo

cable

Mejorar la

comunicación

en la zona

rural.

Se continuara

teniendo una

comunicación

deficiente con

los

dispositivos

instalados en

la zona rural.

CAPITULO VI

VI.1 CONCLUSIONES

1) Con la ejecución de este trabajo quedara actualizado, en gran parte, el

sistema actual de telegestion y monitoreo en la zona rural, tanto que

podrá ser un SCADA.

2) Con la integración del protocolo TCP/IP al software propietario de los

controles de Restaurador y la metodología seguida en esta

investigación, se cuenta con una poderosa herramienta para el

monitoreo y control del sistema y así poder expandir el SCADA e

integrar nuevos dispositivos.

-89-

Page 90: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

3) Los equipos utilizados actualmente para la transmisión y recepción de

datos son inadecuados para el completo control de los dispositivos

instalados actualmente en la zona Rural.

4) La intranet que poseerá el sistema SCADA tendrá una buena

protección para que agentes externos no puedan extraer información

y/o dañar los dispositivos a controlar.

5) Este trabajo brinda las herramientas necesarias para aplicar los

estudios realizados en cualquier integración de control a un sistema

SCADA.

VI.2 RECOMENDACIONES

1) Capacitar personal para la instalación y manipulación de equipos a

implementar para la mejora de la comunicación en la zona Rural ya

que los dispositivos a utilizar son costosos y requieren de personal

altamente calificado para su uso.

2) Elaborar planes de mantenimiento para así disminuir la probabilidad de

ocurrencia de fallas o condiciones anormales de funcionamiento para

los equipos instalados en la Región Centro Sur del País.

3) Ante cualquier ocurrencia de fallas deberán ser revisados los

dispositivos afectados, así como los equipos de protección

-90-

Page 91: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

involucrados para proceder al reemplazo efectivo de los componentes

perjudicados.

4) Colocar una protección contra fallas a tierra a los dispositivos

instalados.

-91-

Page 92: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

VI.3 GLOSARIO DE TERMINOS PRINCIPALES

A/D= Analógico a Digital

AI/AO= Entradas y Salidas Analógicas

API= Application Programming Interface (Interfaz de Programación de

Aplicaciones)

ARPANET= Advance Research Projects Agency Network (Agencia de

Investigación de Proyectos Avanzados de Internet)

ATMEL= Compañía de Semiconductores

BROADCAST= Transmisión de un paquete que será recibido por todos los

dispositivos en una red

BUS= Es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de un

ordenador o entre ordenadores.

CELERIDAD= Rapidez en el movimiento o la ejecución de algo.

CPU= Central Processing Unit (Unidad Central de Proceso)

C.S= Centro Sur

DARPA= Defense Advanced Research Projects Agency (Agencia de

Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa)

D/A= Digital a Analogico

DCE= Data Communication Equipment (Equipo de Comunicación de datos).

DCS= Distributed Control System (Sistemas de Control Distribuido)

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Page 93: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

DEC= Duración Equivalente por Consumidor

DI/DO= Entradas y Salidas Digitales

DTE= Equipo terminal de datos.

DNP 3.0= Distributed Network Protocol, en su versión 3 es un protocolo

industrial para comunicaciones entre equipos inteligentes y estaciones

controladores, componentes de sistemas SCADA

ENEE= Empresa Nacional de Energía Electrica

E/S= Entrada y Salida

FEC= Frecuencia Equivalente por consumidor

FTP= File Transfer Protocol (Protocolo de Transferencia de Archivos)

FULL DUPLEX= Cualidad de los elementos que permiten la entrada y salida

de datos de forma simultánea.

GATEWAYS= Es un dispositivo, que permite interconectar redes con

protocolos y arquitecturas diferentes a todos los niveles de comunicación. Su

propósito es traducir la información del protocolo utilizado en una red al

protocolo usado en la red de destino.

GPRS= General Packet Radio Service (Servicio General de Paquetes vía

Radio)

GPIB= General Purpose Interface Bus (Bus de Interfaz de Proposito General)

HALF DUPLEX= Líneas o buses que, admitiendo una comunicación

bidireccional, ésta no puede ser simultánea

HMI= Interfaz Hombre Maquina

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Page 94: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

IEEE= Institute of Electrical and Electronics Engineers (Instituto de Ingenieros

Electricistas y Electrónicos)

IP= Internet Protocol

ISP= Internet Service Provider (Proveedor de Servicios de Internet)

LAN= Local Área Network (Red de Área local)

M2M= Maquina a Maquina

MAN= Metropolitan Area Network (Red de Área Metropolitana)

MODEM= Modulador Demodulador

MODBUS= Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7

del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor.

MTU= Unidad Terminal Maestra

OPTOACOPLADOR= Es un dispositivo de emisión y recepción que funciona

como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo LED

PIC= Familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip

Technology Inc.

PLC= Programmable Logic Controller (controlador Lógico Programable)

PLUG AND PLAY= Es la tecnología que permite a un sistema informático de

configurar automáticamente los dispositivos al conectarlos.

POINT-TO-POINT= Protocolo Punto a Punto

PUERTO= Se le llama puerto a una interfaz a través de la cual los diferentes

tipos de datos se pueden enviar y recibir.

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Page 95: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

RAM= Random Access Memory (Memoria de Acceso Aleatorio).

REMOTA= Se considera Administración Remota a la funcionalidad de

algunos programas que permiten realizar ciertos tipos de acciones desde un

equipo local y que las mismas se ejecuten en otro equipo remoto.

RESTAURADOR= Es un equipo de distribución el cual sirve como medio de

protección e interrupción de energía en caso de producirse falla en el sistema.

RF= Radio Frecuencia.

ROUTER= Un enrutador es un dispositivo para la interconexión de redes

informáticas que permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o

determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos.

RS232= Recommended Standard 232 es una interfaz que designa una norma

para el intercambio serie de datos binarios entre un Equipo terminal de datos

y un Equipo de Comunicación de datos.

RS485= Está definido como un sistema en bus de transmisión multipunto

diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias

(35 Mbps hasta 10 metros y 100 Kbps en 1.200 metros) y a través de canales

ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en

la línea de transmisión.

RTU= Unidad Terminal Remota, define a un dispositivo basado en

microprocesadores, el cual permite obtener señales independientes de los

procesos y enviar la información a un sitio remoto donde se procese.

SCADA= Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y

Adquisición de Datos)

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Page 96: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

SIM= Subscriber Identity Module (módulo de identificación del suscriptor) es

una tarjeta inteligente desmontable usada en teléfonos móviles y módems

USB.

SMS= Short Message Service (Servicio de mensajes cortos)

SOFTWARE= Equipamiento lógico o soporte lógico de una computadora

digital; comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que

hacen posible la realización de tareas específicas, en contraposición a los

componentes físicos del sistema, llamados hardware.

SUBESTACION ELECTRICA= Es una instalación destinada a modificar y

establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, con el fin de

facilitar el transporte y distribución de la energía eléctrica.

TCP= Transmission Control Protocol (Protocolo de Control de Transmisión)

TELECONTROL= Es un conjunto de dispositivos que nos permiten manejar

diversos aparatos a distancia, y cuando decimos “a distancia” no nos

referimos sólo a unos metros, sino que a diferentes sitios que estén alejados

del artefacto que deseamos controlar.

TELEGESTION= Es el conjunto de productos basados en las tecnologías

informáticas, electrónicas y de telecomunicaciones, que permiten el control a

distancia de instalaciones técnicas aisladas o distribuidas geográficamente.

TELNET= Telecommunication Network es el nombre de un protocolo de red

que sirve para acceder mediante una red a otra máquina para manejarla

remotamente como si estuviéramos sentados delante de ella.

TRAMA= Es un paquete de datos en telecomunicación.

UHF= Ultra High Frequency (Ultra Alta Frecuencia)

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Page 97: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

UPS= Sistema de Respaldo.

VPN= Virtual Prívate Network (Red Privada virtual)

WAN= Red de Área Amplia

WATCHDOG TIMER= Es un concepto de protección usado para volver a

reiniciar el programa por medio de un temporizador (Timer) cuando éste "se

pierde" o realiza una acción no prevista.

WIRELESS= Se denomina Wireless a las comunicaciones inalámbricas, en

las que se utilizan modulación de ondas electromagnéticas, radiaciones o

medios ópticos. Estás se propagan por el espacio vacío sin medio físico que

comunique cada uno de los extremos de la transmisión.

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Page 98: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

CAPITULO VII

VII.1 Referencias Citadas

1) PADILLA, EDWIN.

Departamento SCADA.

Empresa Nacional de Energía Eléctrica (ENEE), Tegucigalpa, 2010.

2) LOPEZ, EDDY.

Departamento Dirección y Planificación .

Empresa Nacional de Energía Eléctrica (ENEE), Tegucigalpa, 2010.

3) LOPEZ, MANFREDO.

Consultas sobre automatización en sistemas SCADA.

Instituto Hondureño de Formación Profesional (INFOP), Tegucigalpa, 2010.

4) GUIFARRO, DAVID

Departamento de Redes.

Hondutel, Tegucigalpa, 2010.

5) RAMOS, JUAN JOSE

Entrevista sobre los medios de transmisión de datos que utiliza la compañía

actualmente.

Claro, Tegucigalpa, 2010.

6) RODRIGUEZ, AQUILINO

Sistemas SCADA 2ª Edición, 2007.

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Page 99: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

7) BAILEY, DAVID-WRIGHT, EDWIN

Practical SCADA for Industry, 2003.

8) HERNANDEZ, SAMPIERI-COLLADO FERNANDEZ, R.-BATISTA, L

Metodologia de la Investigacion, 1998.

9) TANENBAUM, ANDREW

Redes de computadoras Cuarta Edicion

10) Tomasi, Wayne

Comunicación Electronica

Otras Referencias:

11) http://www.enee.hn

12) http://www.enee.hn/historia.htm

13) http://www.cooperpower.com/products/distribution/reclosers/FXA.asp

14) http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/.../yagiuda.pdf

15) http://www.developershome.com/sms/GSMModemIntro.asp

16) http://www.slideshare.net/ptah_enki/sistemas-de-control-distribuido

17) http://www.grupos.emagister.com

18) http://www.monografias.com/trabajos/todomodem

19) http://www.taringa.net/posts/info/913517/tipos-de-modem.html

20) http://www.configurarequipos.com/doc499.html

21) http://www.superrobotica.com/radio.htm

22) http://www.masadelante.com/fags/tcp-ip

23) http://www.monografias.com/trabajos/protocolostcpip.shtml

24) http://www.hamd.galeon.com

-99-

Page 100: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

25) http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040050/

Descargas/capseis/yagiuda.pdf

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Page 101: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

VII.2 ANEXOS

A-1 Control a Utilizar para la Integración

El control a utilizar para la integración al sistema SCADA via comunicación IP

es el control Forma 6, hablado anteriormente el control es un dipositivo

inteligente dotado de una remota para comunicación a larga distancia.

En las siguientes Figuras se muestra el control a utilizar en la integración y

sus distintas configuraciones.

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

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Page 103: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

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Page 105: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

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Page 106: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

Pantallas de Programación y Configuración Control Forma 6

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Page 107: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

A-2 Configuración de Protocolo de Comunicaciones Para Software Propietario (ProView)

El control de restaurador Forma 6 tiene una versión de software seleccionable

por el usuario de comunicación NP3 basadas en ProView, Modbus, IEC870-5-

101, 2179 y DNP TCP/IP. Dichos protocolos de comunicación se configuran

por medio de comumnication Workbench (Ver la siguiente captura de pantalla).

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Page 108: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

A-3 Configuracion DNP TCP/IP Workbench

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

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Page 110: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

A-4 Valores de mapa de entradas Analógicas y digitales

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Page 111: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

A-5 Señales a Integrar al control Forma 6

a) Entradas Digitales

b) Salidas Digitales

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Page 112: Monografia Isaac Moncada

“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

a) Entradas Analógicas

b) Contadores

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“Integracion De Control De Restaurador A Sistema SCADA Via Comunicación IP”

A-6 Ejemplo de Pantalla Interactiva vista por el Operador que se lograra al Integrar el Control Forma 6 a la Zona Rural

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