diseño e implementación de un sistema de monitoreo remoto de
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1. as mismo se deber desarrollar las plantillas para cada una de ellas e Pantalla Principal TITULO DE LA PANTALLA SINOPTICO ACCESO DIRECTO SUBMENU ASOCIADO A LA PANTALLA LOGOTIPO FECHA Y HORA Figura 8 Distribuci n de Pantalla Principal de HMI La pantalla principal se dise de la siguiente forma permitiendo el acceso a todas las pantallas de una manera sencilla y r pida por medio del submen los accesos directos y la selecci n de cada equipo en el sin ptico de la pantalla SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS Figura 9 Pantalla Principal de HMI e Pantalla de Equipos de Corriente Alterna AC TITULO DE LA PANTALLA TITULO DE LA VENTANA SINOPTICO SUBMENU ASOCIADO A LA PANTALLA LOGOTIPO FECHA Y HORA Figura 10 Distribuci n Pantalla Equipos AC de HMI El sin ptico de la pantalla cuenta con una descripci n gr fica de los analizadores de red en donde se observan los par metros el ctricos m s importantes Voltajes corrientes y potencias SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS CORRIENTE ALTERNA AC IMEI Igo minem ALANMAS MIETORICOS Avena 0 0 Y EN ENTES ELECTRONIC oO Figura 11 Pantalla de Equipos AC e Pantalla de Equipos de Corriente Directa DC La distribuci n de la pantalla de equipos de corriente directa DC es simil2. con el principal objetivo de obtener el control y la gesti n de una instalaci n m quina industria etc 2 3 2 Transformadores de Corriente Son transformadores en que la corriente secundaria dentro de las condiciones normales de operaci n es proporcional a la corriente primaria aunque ligeramente desfasada Desarrollan tres tipos de funciones transformar la corriente aislar los instrumentos de protecci n y escalamiento de valores de corriente 2 3 3 Conversor de Comunicaci n Se trata de un m dulo que permite la comunicaci n desde Ethernet TCP IP a RS 485 Es un Modbus gateway que ofrece la m xima flexibilidad para integrar redes Modbus Permite integrar dispositivos que trabajan como maestro y esclavo Modbus TCP ASCII y RTU III AN LISIS Y DISE O El sistema de monitoreo de par metros el ctricos desarrollado ser implementado en estaciones de telecomunicaciones s en donde se ubicar n los equipos de la siguiente manera como se observa en la tabla 1 Punto de Ubicaci n Voltaje Corriente Circuito Medici n 14 Entradaa 220VAC 100A Tri f sico neutro y medidor de tierra energ a 2 Tablero de 220VWAC 100A Tnf sico neutro y distribuci n tierra principal 3 Entradaa 220VWAC 60A Trif sico neutro y planta de tierra energ a 4 Tablero de 48 VDC 100 A Positivo y negativo cargas DC Tabla 1 Puntos de Medici n en la Estaci n de Telecomunicaciones 3 1 Dimensionamiento y Distribuci
3. fono inteligente La comunicaci n de los equipos se realiz mediante el protocolo normalizado MODBUS TCP y MODBUS 485 e La interfaz humano m quina se desarroll en el software INTOUCH de WONDERWARE su dise o se lo realiz siguiendo la Gu a de Dise o de Interfaz GEDIS en ella se presentan pantallas de Equipos Ac Equipos DC Alarmas Hist ricos y Ayuda e Cada pantalla de los analizadores de red de la interfaz humano m quina cuenta con la descripci n de los par metros el ctricos y las gr ficas de formas de onda de voltaje y corriente e Se desarroll en la HMI la pantalla de equipos DC pero los dispositivos no fueron instalados por problemas en el envi VI REFERENCIAS BIBLIOGR FICAS 1 http www cimco com docs cimco_ dnc max v6 es SerialComStandards 2012 2 http www modbus org 3 Garc a F 2011 Video vigilancia CCTV usando v deos IP 4ta ed Espa a V rtice 4 http www sumelco com index2 php VII BIOGRAF A Janneth Luc a Lucio Anaguano Nace el 15 de Diciembre de 1989 en la ciudad de Quito Ecuador Sus estudios secundarios los realiz en la Unidad Educativa Santa Mar a Eufrasia donde se gradu con el t tulo de bachiller F sico Matem tico en el a o 2007 Obtuvo el t tulo de Ingeniera electr nica especialidad Automatizaci n y Control en la Escuela Polit cnica del ejercito en el a o 2013 Rodolfo Gordillo Es Ingeniero en Electr nica y Teleco
4. que tiene como funci n principal realizar una conexi n de forma remota con otros equipos CELULAR Jj INTELIGENTE PROCOLO DE COMUNICACION MODBUS TCP Figura 19 Sistema de Monitoreo Mediante el Software Team Viewer IV PUESTA EN MARCHA 4 1 Pruebas de Comunicaci n 4 1 1 Interfaz WEB de Conversor GEM 10 La verificaci n de la correcta configuraci n del conversor GEM 10 se realiz probando el acceso mediante la interfaz WEB que posee el dispositivo C f 192 168 0 36 ENTES Casa Configuraci n del e sistema Ajustes GPRS Configuraci n de subred r Ajustes R5485 Cambiar contrase a informaci n del Gspasitivo Guardar contguraci n Sali Figura 20 Configuraci n de Dispositivo Mediante Interfaz WEB 4 1 2 Verificaci n de Comunicaci n CMD Se realiz mediante la pantalla de comandos CMD utilizando un ping continuo con la direcci n IP del dispositivo 192 168 0 36 se observ la respuesta por parte del conversor GEM 10 CAWindowsisystem32lcmd exe ping 192 168 0 36 t Microsoft Windows Versi n 6 1 7601 Copyright lt c gt 2009 Microsoft Corporation Reservados todo CiNlsersNEquip0il3 gt ping 192 168 M 36 t Haciendo ping a 192 B con 32 bytes de datos desde 192 0 hbytes 32 tiempoY m TTL 64 desde 192 B A AA tiempo lt i m TTL 64 Respuesta desde 192 B bytes 32 tiempo lt m TTL 64 Resp
5. HMI El presente proyecto piloto podr monitorear los par metros el ctricos en tiempo real de forma remota es decir se podr n observar todos los cambios que se est n produciendo en las l neas de alimentaci n de energ a el ctrica sin tener la necesidad de que el personal de mantenimiento se encuentre en la estaci n de telecomunicaciones II MARCO TE RICO Un sistema de monitoreo son sistemas integrales que se encuentran conformados por hardware y software los mismos que deben trabajar de forma conjunta a fin de crear sistemas que administren y permitan el intercambio de informaci n remota de los equipos instalados para la adquisici n de par metros el ctricos Caracter sticas de Sistemas de Monitoreo e Identificaci n y registro de eventos tales como falta de disponibilidad de un equipo o recurso y violaciones a los umbrales de operaci n definidos e Identificaci n de degradaciones en el desempe o del sistema que provocan problemas o tiempos de respuesta lentos e Registro de los eventos identificados e Emisi n de reportes mensuales de eventos Figura 1 Red de Comunicaci n 2 1 Par metros El ctricos En el sistema de monitoreo los par metros el ctricos que van a ser monitoreados son los siguientes Voltaje Corriente Potencia Factor de Potencia Total de Distorsi n Arm nica 2 2 Redes de Comunicaci n de Los Equipos En el sistema de monitoreo los tipos de protocolos
6. n de Equipos Tomando en cuenta las caracter sticas de cada punto de medici n para realizar el monitoreo remoto completo se necesitan los siguientes equipos Punto de Medici n Equipo 1 Analizador de Red 2 Analizador de Red 3 Analizador de Red 4 Wolti metro y Amperimetro DC Tabla 2 Ubicaci n de Equipos en los Puntos de Medici n Para la implementaci n del prototipo del sistema de monitoreo se utiliz los equipos de la marca ENTES e Analizador de red MPR63 20 marca ENTES e Transformadores de corriente CT 25 marca ENTES e Convertidor MODBUS GEM 10 marca ENTES 3 2 Dise o de la Arquitectura del Hardware del Sistema La arquitectura del hardware instalado para el sistema de monitoreo remoto est estructurado de la siguiente manera MONITOREO INTERNET REMOTO PROCOLO DE COMUNICACI N MODBUS TCP PROCOLO DE COMUNICACI N MODBUS RS 485 Noe Y N RRA A ENV O DATOS AX ESTACI N TELECOMUNICACI N TABLERO AUXILIAR Figura 3 Diagrama del Sistema de Monitoreo El sistema de monitoreo que se desarroll quedo conformado por lo siguiente e Hardware Figura 4 Panel de Analizadores de Red Parte f sica del sistema de monitoreo se colocaron tres analizadores de red con diferentes caracter sticas dentro de un panel auxiliar como se visualiza en la figura 4 El monitoreo de los par metros el ctricos se podr realizar de forma local y remota Local se pueden visuali
7. DISE O E IMPLEMENTACI N DE UN SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PAR METROS EL CTRICOS Janneth Luc a Lucio Anaguano Ing Rodolfo Gordillo Orquera Ing Wilson Yepez V squez Resumen EQUIPOIL INGENIER A COMERCIO Y REPRESENTACIONES S A es una compa a ecuatoriana radicada en la ciudad de Quito que se dedica al asesoramiento capacitaci n e instalaci n de equipos para el mejoramiento de la calidad de energ a el ctrica en zonas industriales del pa s La empresa EQUIPOIL S A vio la necesidad de implementar un sistema piloto de monitoreo de par metros el ctricos debido a que las distintas estaciones de telecomunicaciones del pa s requieren un sistema que permita monitorear continuamente los cambios el ctricos que puedan presentarse e influir en el buen comportamiento de los equipos destinados a realizar los enlaces de comunicaci n con otras estaciones I INTRODUCCI N El presente proyecto busca solucionar los inconvenientes presentados en las compa as de telecomunicaciones brindando un piloto de un sistema de monitoreo de par metros el ctricos de forma remota el cual ayudar en la detecci n de errores que se encuentren en las l neas de suministro el ctrico de baja tensi n que abastecen energ a a todo el sistema de comunicaciones en las estaciones Este prototipo est conformado por dos partes e Hardware equipos medidores de par metros el ctricos e Software interfaz humano m quina
8. Read 100 Coil Write 800 Register Write 100 Update Interval 1000 msec Reply Timeout 10 sec Figura 16 Configuraci n del Primer T pico del I O Server de Wonderware Los tres t picos de los analizadores de red se encuentran configurados como se observa en la tabla 3 Unit_ID Topic IP Address Analizador de Red 1 MPR63 192 168 0 36 MPR 63 20 2 MPR52S 10 192 168 0 36 MPR 525 10 3 MPR53CS 192 168 0 36 MPR 53 CS Tabla 3 Informaci n de T picos MONITOREO INTERNET REMOTO ETHERNET PROCOLO DE COMUNICACI N MODBUS TCP IP 192 168 0 36 l PROCOLO DE COMUNICACI N gt MODBUS RS 485 ANALIZADOR DE RED ANALIZADOR DE RED ANALIZADOR DE RED PR 63 2 R 52 1 PR 53 C UNIT_ID 1 UNIT_ID 2 UNIT_ID 3 Figura 17 Dise o de Arquitectura de MODBUS TCP 3 4 2 Configuraci n del Access Name en Intouch Para completar la comunicaci n entre MODBUS TCP con la HMI en la ventana del Access Name del programa INTOUCH se declar todos los t picos que fueron creados en el programa I O Server MBENET Modify Access Name Access MPRE3 Node Name Application Name MBENET Topic Name MPRE3 Which protocol to use DDE SuiteLink Message Exchange When to advise server Advise all items Advise only active items Enable Secondary Source Figura 18 Configuraci n del Primer Access Name en Intouch 3 4 3 Configuraci n de Team Viewer Team Vieweres un programa para ordenadores
9. ar a la distribuci n de la pantalla de los equipos de corriente alterna AC SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS CORRIENTE DIRECTA DC DC VOLTIMETNO DC AMPERIMETNO ANN oc a 48 00 ey cio muros euros ALARMAS HSTORK OS AYUDA Y w Y rn ENTES ELECTRONIC Figura 12 Pantalla Equipos DC e Pantalla de Alarmas En el sin ptico se encuentran todas las alarmas que se pueden presentar en el sistema dividido en equipos AC y DC SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS ALARMAS CORRIENTE ALTERNA AC CORMENTE DIRECTA DC A ALIDA NOR 16 060 MER 0320 MPA 33 108 MPR SIN VOLTMETRO AMPERMETRO UNA HINA 4 UNEA UNEAS ULA A LINEA LINEAS LINEA A LINEA d LINEA 1 VOLTAJE ALTO VOLTAJE NAO CORRIENTE ALTA CORMIENTE HAJA VOLTAJE ALTO merino Y 4 COARIENTEALTA TO GESCORENON o wmm gt Y Y 9 mwn Y Y gt o O o 9 Y Y wao touros muras ALANMAS MIS TORICOS avuda ic Y Y ES ENTES ELECTRONIC PoR Figura 13 Pantalla de Alarmas e Pantalla de Hist ricos El sin ptico solo cuenta con el cuadro donde se observan las alarmas que se est n generando y las que se corrigieron SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS HISTORICOS Wo euros euros ALAAMAS SS un gt Y m ww ENTES ELECTRONIC pa Figura 14 Pantalla de Hist ricos e Pantalla de Ayuda En el sin ptico de la pantalla se encuentra un docume
10. de comunicaci n y est ndares de comunicaci n que se van a utilizar son 2 2 1 Est ndar de Comunicaci n RS 485 El est ndar RS 485 es compatible con las versiones anteriores de RS 422 sin embargo est optimizado para aplicaciones de l nea compartida o multipunto Soporta conexiones con longitudes de cable de hasta 1200 metros Puede llegar a velocidades de transmisi n de hasta 10 Mbps Permite conectar 32 transmisores y 32 receptores 2 2 2 Protocolo Modbus Modbus es un protocolo de comunicaci n serie desarrollado y publicado por Modicon en 1979 el m s utilizado en entornos industriales sistemas de telecontrol y monitorizaci n La transmisi n con el protocolo Modbus es sencilla ya que se conectan distintos equipos electr nicos a un solo bus en este bus de comunicaci n existe un maestro Master y varios equipos que trabajan como esclavos Slaves El funcionamiento posee una base muy sencilla el maestro pregunta y los esclavos responden cabe recalcar que solo uno de los esclavos puede hacerlo 2 2 3 Ethernet Es la tecnolog a LAN Red de rea local m s utilizada es un grupo de computadores conectados a un rea localizada para comunicarse entre s y compartir recursos gt B 3 E E lt MAC Figura 2 Ejemplo topolog a Ethernet 2 3 Caracter sticas Generales de los Equipos 2 3 1 Analizador de Red Miden una gran variedad de par metros el ctricos
11. municaciones graduado en la Escuela Polit cnica del Ej rcito en el a o de 1996 Obtuvo su Masterado en Ingenier a Electr nica en el a o 2008 en la misma instituci n Actualmente es Coordinador de Investigaci n de su Departamento y profesor tiempo completo en el rea de Autom tica y Rob tica Sus intereses investigativos radican en las redes de comunicaci n industriales comunicaciones inal mbricas y los sistemas de control avanzados Wilson Yepez Es Ingeniero en Electr nica graduado en la Escuela Polit cnica del Ej rcito Actualmente es Coordinador de Investigaci n de su Departamento y profesor tiempo completo en el rea de Maquinas El ctricas
12. nto en PDF que muestra el manual de usuario de la HMI del sistema SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS AYUDA EN ESTA SEOCHON SE DESCRIBE LAS VENTANAS DE LA INTERFAZ HOMUNE MAQUINA HMT MANUAL DE USUARIO DE HMI DEL Y FORMA DE USO SISTEMA DE MONITOREO DE PAR METROS ELECTRICOS REMOTO ma O DESCRIPCI N HMI DISEMAD M Men hris Mias z nimy de apaci gt Q Ga w ES ENTES ELECTRONIC Figura 15 Pantalla de Ayuda 3 4 Sistema de Comunicaci n Para la implementaci n del sistema de monitoreo remoto de par metros el ctricos se cre un sistema de comunicaci n con la ayuda de algunos programas que permitieron comunicar todos los equipos a la interfaz humano m quina La comunicaci n entre MODBUS TCP con la HMI implementada en el programa INTOUCH se realiz con la ayuda del programa MBENET del I O Server de WONDERWARE 3 4 1 Configuraci n del I O Server MBENET MBENET es un I O Server de Wonderware act a como servidor de comunicaci n ya que permite el acceso a los equipos con comunicaci n MODBUS TCP desde las aplicaciones de Windows MBENET Topic Definition ese Topic Name IP Address 192 168 0 36 Cancel Dest_Index or Unit_ID f Slave Device Type 584 984 PLC v E Communication Channels M Unsolicited Messages String Variable Style Register Type E Full length e Binay C C style ei Pascal style Block 140 Sizes Coil Read 2000 Register
13. s el ctricos r L Q Q sesine a t et SN Ai weee e SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS Figura 25 Monitoreo Remoto Computador Pantalla Principal 4 4 Pruebas de Funcionamiento La versatilidad y funcionalidad del sistema de monitoreo que se implement en este proyecto se comprueba realizando una comparaci n con un sistema de monitoreo de par metros el ctricos port til es decir se muestra como un analizador de red port til entrega los mismos datos que el sistema desarrollado pero sin la ventaja de poder monitorear remotamente desde cualquier sitio y momento 121 1 Y 00 60 02h 122 9 Y 120 3 122 6 Y 119 9 Figura 26 Voltajes y corrientes en analizador de red port til V CONCLUSIONES e Se dise o un sistema de monitoreo remoto de par metros el ctricos que permite supervisar y llevar un control del comportamiento de la energ a que es suministrada a un sistema de telecomunicaciones e Con el prototipo desarrollado se pretende implementar un sistema de mantenimiento proactivo el cual permitir observar c mo llega la alimentaci n el ctrica a cada equipo y de esta manera monitorear los inconvenientes que puedan presentarse en las l neas de alimentaci n con el fin de corregirlo para alargar la vida til de los dispositivos e El sistema desarrollado permite monitorear remotamente los par metros el ctricos desde un ordenador una tablet o tel
14. uesta desde 192 0 bytes 32 tiempo lt i m TTL 64 Respuesta desde 192 B A AA tiempo lt i m TTL 64 Respuesta desde 192 0 36 bytes 32 tiempo lt m TTL 64 Figura 21 Pantalla de comandos CMD 4 2 Pruebas de Medida de Par metros El ctricos Las pruebas que se efectuaron para la verificaci n de las medidas de par metros el ctricos fueron las siguientes e Adquisici n y visualizaci n de par metros el ctricos en displays de analizadores de red F Figura 22 Visualizaci n de voltajes y corrientes en analizadores de red e Monitoreo de par metros el ctricos mediante interfaz humano m quina Equipos de Medici n AC En la figura 23 se observan los valores de voltajes de los tres analizadores de red SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS CORRIENTE ALTERNA AC ENTES ELECTRONIC d o B o 90 y ES Figura 23 Pantalla Equipos de Medici n AC Analizador de Red N 1 MPR 63 20 Se presentan todos los par metros el ctricos adem s se visualizan las gr ficas de formas de onda de voltaje y corriente de las l neas de alimentaci n SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS ANALIZADOR DE RED N 1 Menor 20 0 0 uv Figura 24 Pantalla Analizador de Red N 1 4 3 Monitoreo Remoto Mediante Computador En la figura 4 14 se observa la pantalla principal de la interfaz humano m quina que monitorea el sistema de par metro
15. zar todos los par metros el ctricos mediante los displays que poseen los analizadores de red Figura 5 Panel de Analizadores de Red Vista Frontal Remota se observan todos los par metros el ctricos en la interfaz humano m quina HMI PARA A IA SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARAMETROS ELECTRICOS ENTES ELECTRONIC pas Figura 6 Pantalla Principal de HMI e Software Se desarroll una interfaz humano m quina HMI para la visualizaci n de los par metros el ctricos gr ficas alarmas e hist ricos stos ser n de gran utilidad para la prevenci n y correcci n de errores La interfaz humano m quina HMI se implement en el software INTOUCH de WONDERWARE 3 3 Dise o del Software del Sistema 3 3 1 Arquitectura Cumpliendo con las normas GEDIS la arquitectura del sistema de monitoreo consta de 3 niveles jer rquicos los cuales se encuentran relacionados entre s como se muestra en la Figura 7 En el diagrama se encuentran todos los accesos que se realizaron para una navegaci n interactiva y sencilla PANTALLA DE DISTRIBUCI N Figura 7 Arquitectura de Interfaz Humano M quina 3 3 2 Distribuci n de las Pantallas La gu a GEDIS nos indica que uno de los pasos importantes en el dise o de la Interfaz humano m quina es definir todos los tipos de pantallas que ser n utilizadas para el control y supervisi n del sistema
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