REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MARACAY
DISEÑO DE UN SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL PARA EL RECONECTADOR DEL CIRCUITO EL MILAGRO 13.8KV DE LA SUBESTACION EL LIMON 115/13.8KV EN REDES DE DISTRIBUCION DE CORPOELEC REGION 4 ZONA ARAGUA Trabajo Especial de Grado Presentado como Requisito Parcial para Optar al Título de Ingeniero Electricista
Autor: Robert Linares Tutor: Ing., Esp, Msc José Luis Rodríguez Asesora Metodológica: Prof. Maribel Díaz
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Maracay, Febrero del 2013
ÍNDICE GENERAL pp.
LISTA DE CUADROS…………………………………………… CUADROS………………………………………………………. ………….
vi
LISTA DE FIGURAS………………………………………… FIGURAS………………………………………………………... ……………...
vii
LISTA DE TABLA……………………………………………………………
x
RESUMEN……………………………………………………………………
xi
INTRODUCCION……………………………………… INTRODUCCION…………… ……………………………………………… ……………………
1
CAPÍTULOS
I. EL PROBLEMA…………………………………………………………..
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Planteamiento del Problema………………… Problema………………………………………... ……………………...............
3
Objetivos de la Investigación………………………………………….. Investigación…………………………………………..
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Objetivo General...………………………… General...……………………………………………………. ………………………….
6
Objetivos Específicos……………… Específicos…………………………………………………. ………………………………….
6
Justificación Justificación de la Investigación………………………………………... Investigación……………………………………….......
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II. MARCO REFERENCIAL………………………………………………
9
Reseña Histórica ……………………………………………………... .....
9
Misión ………………………………………………………………… ...
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Visión……………………………………………………...........................
12
Antecedente de la Investigación………………………………...................
12
Bases Teóricas……………………………………………………………..
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Sistema………………………………………………………………...
15
Sistema de Monitoreo y Control………………………………………
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Distribución Distribución Eléctrica
…………………………………………… .
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Fallas Eléctricas………………………………………….....................
16
Reconectador ………………………………………………………… ………………………………………………………… .
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IED……………………………………………………………………
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Visual Visual Basic………………………… Basic…………………………………………………………… …………………………………
20
Visual Basic 2008 Express Edition……………………………………
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Controles Active………………………………………………………
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Configuración del Hardware en los Sistema istema de Monitoreo…………..
24
Unidades Terminales Remotas (UTR)…………………………… ......
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Protocolo de Comunicación en los Sistema de Monitoreo y Control…
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Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)…………
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Modbus…………………………………………………......................
30
5
DNP 3.0 ……………………………………... ..................................
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Diferencia entre Modbus y DNP 3.0 en los Sistema de Monitoreo
36
…
y Control Protocolo TCP/IP………………………………………………………
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Sistema de Comunicaciones……………………………………………
40
Comunicaciones Vía Radio…..…………………………………….....
40
Radio Convencional……………………………………………………
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Radio “Espectro Extendido” (Spread Spectrum)………………………
43
Fibra Óptica
…………………………………………………………
43
Satélite ………………………………....................................................
44
Data Radio Modem ………………...…………………………….......
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Modem Convencional……………………………………………….....
48
Modem Inteligente…………………………………………………… .
48
Tecnología Celular (GSM/GPRS)…………………………………… .
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Modos de Comunicación en un Sistema de Monitoreo Y Control…...
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Polling....................................................................................................
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Polling Por Prioridad………………………………………………….
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Técnicas de Comunicación en un Sistema de Monitoreo y Control….
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Comunicación Maestro-Esclavo en un Sistema de Monitoreo y
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Control Sistema Cliente- Servidor para un Sistema de Monitoreo y Control
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Comunicación Punto a Punto (Peer to Peer)……………………….....
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Comunicación Serial………………………………………………….
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Interfaz Serial Rs-232…………………………………………………
56
Puerto Serial de una PC………………………………………............
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RS-485……………………………………………………………… ..
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Bases Legales…………………………………………………………… ...
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Ley Orgánica del Servicio Eléctrico (LOSE) (2001) Gaceta Oficial Nº
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Norma de Calidad del Servicio de Distribución Electricidad (2003)
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5.568 Gaceta Oficial N° 37.825 Sistema de Variables………………………………………………………..
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Definición Definición de Términos Básicos……………………………………………
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III. MARCO METODOLÓGICO…………………………………………
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Modalidad de la Investigación…………………………………………..
70
Tipo de la Investigación…………………………………………………
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Fases de la Investigación………………………………………………….
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Fase I: Diagnóstico……………………………………………………
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Fase II: Alternativas de Solución…………………………………….
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Fase III: Propuesta……………………………………………………
74
Operacionalizaciòn de las Variables……………………………………..
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Población y Muestra……………………………………………………..
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Técnicas e Instrumentos de Recolección Recolección de Datos Datos……………………..
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Técnicas de Análisis……………………………………………………..
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IV. RESULTADOS......................... ..................................... ......................... .......................... ........................ ............................ .................
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Fase I Diagnóstico……………………………………………………………..
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Etapa I Diagnostico la Situación Actual ……………………………...
84
Etapa II Análisis de las Características y especificaciones…………
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Fase II Alternativa de Solución………………………………………………
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Fase III Propuesta……………………………………………………………..
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Etapa I Diseño de la configuración……………………………………
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Etapa II Realización de las pruebas y análisis……………………….
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Factibilidad……….……………………………………………………………..
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Factibilidad Técnica……………………………………………………..
119
Factibilidad Económica…………………………………………............
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Factibilidad Operativa…………………………………………..............
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Análisis Costo – Beneficios………………………………………………….. – Beneficios…………………………………………………..
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Beneficios Tangibles……………………………………………………..
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Beneficios Intangibles…………………………………………………...
124
CONCLUSIONES………………………………………………………… …..
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RECOMENDACIONES……………………………………………………….
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REFERENCIAS………………………………………………………………..
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ANEXOS………………………………………………………………… ……..
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Anexo Nº 1 Circuito Unifilar del Circuito El Milagro 13.8KV……………
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Anexo Nº 2 Características y Especificaciones Técnicas de los Componentes que Integran al Reconectador Automático OSM 15-200 de la Firma Noja No ja Power……………………… Po wer………………………………………… …………………………………….. …………………..
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CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema
En la actualidad se depende cada vez más de la energía eléctrica en la vida cotidiana. Ya no es sólo la fuente de iluminación en horas nocturnas. Todo el confort, gracias a los aparatos electrodomésticos, así como las actividades comerciales e industriales, está total y absolutamente ligado al uso de la energía eléctrica. Se ha acostumbrado a su uso, que pasa desapercibida su necesidad en las actividades diarias. Sólo la falta de ella, la devuelve a la realidad y a su importancia. Es llamativo, entonces, el común desconocimiento sobre las características de su generación, su distribución, y sobre todo, los problemas que a menudo suelen presentarse en su utilización. Según Hernández, R. (2010) “Un sistema eléctrico está compuesto por: Generación donde se produce la energía eléctrica, transmisión que transporta a grandes distancias, y Subestaciones Subestaciones que transforman, elevan, disminuyen disminuyen y enlazan entre ellas. La distribución son redes ubicadas en áreas urbanas y rurales, para brindar servicio a los consumidores (p.3)”. En este mismo contexto, desde que la demanda de energía eléctrica comenzó a ser mayor, las industrias productoras de energía eléctrica se vieron en la necesidad de diseñar equipos y sistemas que permitieran que el suministro de energía fuera constante y seguro.
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La seguridad debe ser no solo para garantizar el suministro de energía eléctrica sino también para proteger los equipos de los usuarios de eventuales sobretensiones,
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sobrecorriente, las cuales podían durar desde unos cuantos ciclos hasta algunos segundos, de ahí que uno de los equipos más utilizados para garantizar la restauración del servicio han sido los reconectadores reconectadores y seccionalizadores automáticos. Según Hernández et. Al.(1998) “ El problema de Protección de los Sistemas Eléctricos de Distribución ha venido adquiriendo cada vez mayor importancia ante el crecimiento acelerado de las redes eléctricas y la exigencia de un suministro de energía a los usuarios con una calidad de servicio cada vez mayor (p.1)”. En los sistemas de redes de distribución, las fallas vista desde un sistema de protección son de tipo instantáneas ó temporizadas, donde por la experiencia operativa se demuestra que las fallas más comunes son temporizadas, por ello es necesario diseñar esquemas de protección adecuados en las líneas de distribución, de tal forma que se realicen las pruebas de recierre varias veces, dando un tiempo suficiente denominado tiempo muerto, para que la falla se despeje por sí sola. Esta función es realizada por equipos de reconectadores y seccionalizadores automáticos, donde se pueden configurar para realizar recierre después de un determinado tiempo de tal forma que la falla se despeje, y en caso contrario, la falla es de tipo permanente y el equipo mantiene el circuito abierto para que el personal de mantenimiento solucione el problema. En los casos donde no se disponen de reconectadores en línea de distribución, se presenta demoras en la reposición del servicio, las que pueden ser bastante prolongadas, especialmente en el caso de zonas apartadas ya que es necesario llegar al lugar donde se produjo el problema y una vez solucionado se debe reponer o accionar el interruptor de potencia en la subestación eléctrica correspondiente al circuito fallado ò con problema. Todo lo anterior justifica disponer de un dispositivo de protección que desconecte rápidamente antes de que actúen los elementos protecciones principales del circuito. Por lo anterior descrito, CORPOELEC Zona Aragua Dispone en sus redes reconectadores automáticos que tienen incorporado Dispositivos Inteligentes Electrónicos en su siglas en ingles (IED) “Intelligent Electronic Device ” con múltiples funciones que pueden aprovecharse a través de redes de comunicación para el monitoreo y control de información en las redes de Media tensión de 34.5 kv como 13.8 kv.
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No obstante, para aprovechar al máximo las bondades de estos equipos se requiere de la adecuación e implementación de un sistema de comunicación que permita el control a distancia y la medición remota de magnitudes físicas hacia el Centro de Operaciones de Distribución Aragua (CODA). Por lo tanto, la ausencia de una herramienta tecnológica que permita la Supervisión, control y Operación de los parámetros eléctricos tanto en las subestaciones eléctricas así como en las Redes de Distribución atendidas por CORPOELEC Zona Aragua, trae como efecto un impacto negativo en los indicadores de gestión técnica tales como el Tiempo Total de Interrupciones (TTI) Hrs. El distrito Maracay Norte, es el departamento técnico que mantiene y opera las redes de distribución eléctrica en los Municipio Girardot y Mario Briceño Irragorry. Ese distrito atiende a un total de (62) circuitos en redes de distribución aérea de 13.8 kv, por esta razón es de gran importancia la integración de un sistema de monitoreo y control eficaz a objeto de obtener las ventajas y beneficios que brindan el sistema para garantizar la continuidad del servicio eléctrico a los usuarios. Es así como se buscan nuevas alternativas que técnicamente cumplan con las exigencias de las normas vigentes de redes de distribución y parámetros establecidos por la Ley Orgánica de Servicio Eléctrico. Para ello se requiere el diseño de un sistema informático para el monitoreo y control de los reconectadores automático ubicado en las redes de distribución eléctrica. Tal es el caso del circuito El Milagro 13.8 KV de la Subestación El Limón 115 kv/ 13.8 kv ubicado en el Municipio Mario Briceño Irragorry, y que tiene instalado un reconectador automático que realiza las diferentes operaciones ya mencionadas, pero no transmite ningún tipo de información hacia el (CODA). Por tal motivo, es de interés por parte del Departamento de Mantenimiento Especializado de la Empresa CORPOELEC Zona Aragua desde el punto de vista técnico buscar una solución a la problemática planteada.
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De esta manera, no sólo se realizan mejoras en el circuito de distribución El Milagro 13.8 kv sino que también es aplicable a otros circuitos de redes de distribución eléctrica, y con la ayuda de esta herramienta permitirá llevar el control y seguimiento seguimiento de diferentes planes a futuro que CORPOELEC realice en sus operaciones y mantenimiento. Por todo lo antes expuesto se requiere de una propuesta de diseño de un sistema de monitoreo y control para el Reconectador del circuito El Milagro 13.8 kv de la subestación El Limón 115/13.8 kv en la red de distribución que reciba y opere a distancia desde el equipo hasta los Centros Operaciones de Distribución (COD) y Centro de Atención de Reclamos (CAR).
Objetivos de la Investigación
Objetivo General
Proponer el Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagro 13.8 kv de la Subestación El Limón 115/13.8 kv en la Red de Distribución de CORPOELEC Región 4 Zona Aragua.
Objetivos Específicos
Diagnosticar la Situación Actual de la Red de distribución eléctrica con Reconectadores Automáticos. Estudiar las especificaciones técnicas del IED (Dispositivo Inteligente Electrónico) del Reconectador Reconectador automático en la Red de Distribución.
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Diseñar la configuración del sistema de monitoreo y control para el Reconectador automático de la red de distribución eléctrica. Analizar las pruebas para el diseño del software de sistema de monitoreo y control.
Justificación de la Investigación
Los aspectos que justifican la presente investigación se basaron en la selectividad que utiliza el Reconectador automático para afectar al menor número de usuarios y carga del circuito al cual está instalado, y obtener continuidad al servicio eléctrico la cual es importante para la empresa, por lo cual la Propuesta de Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagro 13.8 KV de la Subestación El Limón 115/13.8 KV en la Red de Distribución confirma el propósito de afianzar su visión y misión ante la población cada vez más extensa y exigente, así como, satisfacer las necesidades de consumo de cada tipo de cliente del circuito de distribución El Milagro 13.8 KV así como también puede ser aplicable a otros circuitos. La investigación se orientó a la situación actual del sistema eléctrico nacional que exige respuesta cada vez más rápidas y efectivas al momento de despachar carga a nivel de distribución, de allí la importancia de automatizar las redes de distribución hacia el (CODA). La posibilidad de realizar maniobras a distancia permite disminuir el tiempo de respuesta en la solución de fallas, optimizar el rendimiento de trabajo gastos operativos, además de brindar seguridad al trabajador y la posibilidad de administrar el sistema de distribución sin exponerse a condiciones desfavorables en el campo. Además las funciones básicas que tiene incorporado el reconectador automático le permitirán a los centros de operaciones de distribución la obtención de información en forma precisa, garantizando la continuidad y confiabilidad del suministro eléctrico. Por otra
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parte este sistema podrá medir los parámetros de tensión y corriente de la redes de distribución, como también la detección y ubicación de las fallas de la red. Otras de las particularidades que ofrece este sistema, es que el mismo le suministrará instrucciones al reconectador automático para que ejecute operaciones remotas por medio de teleseñales desde los centros de operaciones de distribución donde pueda darse la maniobra de apertura y cierre a distancia. Igualmente podrá coordinar eventos simultáneos de comunicación y operación en el caso de que varios reconectadores se encuentren unidos a una misma r ed de distribución. La investigación beneficia beneficia la zona correspondientes correspondientes entre la Universidad Central Central de Venezuela Núcleo El Limón, urb. Los Caobos, Los Robles, El Milagro c/principal, c/a, b, c, d av/109, 110; es el área de influencia del circuito El Milagro de las Subestación El Limón. Además donde se encuentran las instalaciones de la Universidad Central de Venezuela se realizar muchas investigaciones realizada por las facultades de agronomía y veterinaria, dentro de ellas se puede destacar diferentes proyectos de investigación en el área de bovino, aves, porcino, ovinos y producción animal, entre otros, y es desarrollado por la facultad de veterinaria. Y por la facultad de agronomía podemos destacar diferentes laboratorios de física y química de suelos, laboratorio de biología y fertilidad del suelo y laboratorio de bioquímica de alimentos entre otros. Es importante resaltar que la Universidad Central de Venezuela además de ser la primera casa de estudio creada en el país, desarrolla proyectos de investigaciones que son relevantes para el crecimiento de Venezuela. Esta investigación provee a la empresa CORPOELEC la optimización del servicio eléctrico cumpliendo con los parámetros exigidos en la ley orgánica del servicio eléctrico, garantizando al cliente un suministro continuo y confiable
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Desde ese momento, se desarrolló una infraestructura eléctrica en Generación, Transmisión y Distribución y se logró un alto grado de electrificación en Venezuela, lo cual le permite atender, hoy en día a más del ochenta por ciento del territorio nacional; haciendo posible el funcionamiento de empresas vitales y estratégicas para el país, como la industria siderúrgica, metalmecánica, del aluminio, manufacturera, alimentos, petroquímica y telecomunicaciones, telecomunicaciones, entre otras. La compañía presta un servicio público, ya que suministra electricidad a hogares, hospitales, centros de enseñanzas, sistemas de protección, seguridad ciudadana, investigaciones científicas, científicas, entretenimiento y alumbrado público, garantizando la calidad de vida de los venezolanos. En el mes de septiembre de 2005, la asamblea de accionistas de la Compañía de Administración y Fomento Eléctrico CADAFE acordó unificar la dirección funcional, administrativa y operativa de los entes de la Corporación. En esa dirección, el Ejecutivo Nacional aprobó un Decreto que ordenó la fusión de CADAFE con sus filiales y dejó sin efecto el Decreto que disponía la privatización del Sistema Eléctrico de Monagas y Delta Amacuro. Al reunificarse CADAFE, se crearon nueve regiones para atender el servicio en todo el país, bajo un esquema de mayor flexibilidad operativa, desconcentración de su funcionamiento operativo y un control más eficiente. CADAFE, a finales del 2007 pasó a convertirse en Filial de la Corporación Eléctrica Nacional (CORPOELEC), como es sabido, el Ejecutivo Nacional a través del Ministerio del Poder Popular para la Energía y Petróleo Menpet resolvió reorganizar el territorio nacional para el ejercicio de la actividad de distribución de potencia potencia y energía eléctrica, lo cual quedó establecido en la publicación de la Resolución 190 del Ministerio del Poder Popular para la Energía y Petróleo Menpet, en la Gaceta Oficial Nº 38.785 del día 8 de octubre de 2007. A tales efectos se crean las siguientes regiones operativas: Región Noroeste que comprende los estados Zulia, Falcón, Lara y Yaracuy. Región Norcentral integrada por los estados Carabobo, Aragua, Miranda Vargas y Distrito Capital. Región Oriental conformada por los estados Anzoátegui, Monagas, Sucre, Nueva Esparta y Delta Amacuro. Región Central que
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comprende los estados Guárico, Cojedes, Portuguesa, Barinas y Apure. Región Andina compuesta por los estados Mérida, Trujillo y Táchira y la Región Sur integrada por los estados Bolívar y Amazonas. Todo el proceso tiene como objetivo redistribuir las cargas de manera que cada empresa de la Corporación Eléctrica Nacional (ELECAR, EDELCA; ENELBAR Y CADAFE) asuma el liderazgo en función de su potencial y fortalezas. El objetivo es reagrupar equipos de gestión bajo una gran Corporación Eléctrica Nacional aprovechando los valiosos equipos existentes en cada región. Esto permitirá que cada una tenga respuestas más rápidas a los problemas de servicio y se pueda organizar mejor el crecimiento de la infraestructura, en función de los requerimientos del servicio y sobretodo del pueblo de la República Bolivariana de Venezuela que merece ser iluminado con una Energía óptima que responda a sus intereses y necesidades. La Corporación Eléctrica Nacional la crea el Gobierno, mediante decreto presidencial Nº 5.330, en julio de 2007. Es la encargada de la realización de las actividades de generación, transmisión, distribución y comercialización de potencia y energía eléctrica, la misma tiene un plazo de tres años para fusionar a Cadafe, Edelca, Enelven, Enelco, Enelbar, Seneca y Enagen, en una persona jurídica única; es decir para mediados del 2010 ya se contara con una sola empresa a nivel Nacional llamada CORPOELEC. CORPOELEC. CORPOELEC Tiene como misión “Prestar un servicio público de energía eléctrica de
calidad, con un personal comprometido en la gestión productiva, para satisfacer necesidades de los usuarios, hacer uso eficiente de los recursos, en una Gestión que garantice ingresos suficientes, necesarios a la sostenibilidad financiera de la organización y en concordancia con un Proyecto País expresado en políticas sociales y de desarrollo (p.1113)”.
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Visión
Alcanzar posiciones de liderazgo dentro del sector eléctrico nacional.
Misión
Prever a la comunidad un servicio de suministro eléctrico confiable orientado hacia la excelencia que impulse el desarrollo integral de la región.
Objetivo
Ofrecer optima atención al cliente con personal altamente calificado y motivado para alcanzar una rentabilidad apropiada mejorando continuamente los procesos. Antecedentes de la Investigación
En la actualidad el avance de la ciencia y la tecnología es tal, que los estudios de diferentes aspectos de la realidad son cada vez más completos, lo que llevan al investigador a recurrir a la búsqueda de estudios previos, que lo lleven a formar los antecedentes de la investigación que se propone. Según Sabino (2003) define antecedentes de la investigación como "Una síntesis conceptual de las investigaciones o trabajos realizados sobre el problema formulado con el fin de determinar en enfoque metodológico de la misma investigación"(p.36). El antecedente puede indicar conclusiones existentes en tomo al problema planteado. Para llevar a cabo el presente estudio se realizaron diferentes consultas a diversos investigadores, con el propósito de buscar información relacionada con el tema en cuestión,
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1o que sirvió de apoyo para las fases iniciales de la misma. Además de aclarar términos utilizados en la investigación.
Escalona, J (2008) “Diseño “Diseño de un Sistema de Supervisión y Control para el Horno Calentador de Crudo H1 Basado en la Integración de un PanelView y un P LC 5/30”. Trabajo
especial de grado para optar al título de ingeniería de sistemas de la Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui. El presente trabajo se realizo con el objetivo de diseñar un sistema que permita el monitoreo del estado operativo del horno H1 de la estación Ored-5 de PDVSA San Tome a través del desarrollo de un sistema de supervisión y control basado en la integración de un Controlador Lógico Programable (PLC 5/30) y una Interfase Hombre Maquina (PanelView), con la finalidad de brindar mayor información operacional del proceso. Dicha investigación se basa en un Tipo de Investigación enmarcada dentro del tipo de investigación Campo, de tipo descriptiva y documental, en el que se empleo técnicas de análisis de datos, la observación directa, la entrevista no estructurada y el análisis documental. Este trabajo aportó a la investigación información para el diseño de las pantallas que integran el sistema de monitoreo y control, originando como resultado una herramienta eficiente para los operadores de los Centros de Distribución de Operaciones. “Ingeniería Conceptual y Básica de un Sistema Automatizado para la Luna, V (2008) “Ingeniería Supervisión y Control de las Operaciones del Sistema de Amarre de un Solo Punto (monoboya) del Terminal Oriente José (TOJ) de PDVSA Refinación ” Trabajo especial de grado
para optar al título de ingeniería en sistema de la Universidad Nacional Abierta. El presente trabajo consistió consistió que en el Terminal Oriente Oriente José (TOJ)
una instalación de PDVSA
perteneciente a la unidad de negocio o filial de Refinación, desarrollo un Sistema de Supervisión y Control de las Operaciones del TOJ (SCADA S3), la cual está conectado a través de una red del área local (LAN TCP/IP) con un PLC Siemens 555, y esta interconectado a través de su red industrial propietaria a sus bases remotas distribuidas en toda la instalación, lo cual permite la captura de datos (I/O) a lo largo de cada área o sistema de equipos mayores del TOJ. Dicha investigación se basa en un Tipo de Investigación
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enmarcada dentro del tipo de investigación Documental, de tipo descriptiva y de campo, en el que se empleo la l a observación directa y verificación visual del estado y operatividad de los instrumentos y equipos existentes dentro del Terminal Oriente José (TOJ). Este trabajo aportó a la investigación conocimientos en materia sobre como diseñar una solución de telemetría y automatización para la supervisión de variables, a fin de controlar remotamente una instalación, instalación, y además aporto conocimientos conocimientos de los diferentes diferentes sistemas de comunicación comunicación utilizados en la la actualidad que sirvieron para el desarrollo del del diseño del del sistema de monitoreo y control del presente trabajo. Santander, G (2008) “Incorporación “Incorporación de la subestación Coloncito 34.5/13.8 kv al sistema SCADA de CADAFE ”. ”. Trabajo especial de grado para optar al título de ingeniería electrónica
de la Universidad Nacional Experimental del Táchira. El presente trabajo consistió en la adecuación de la subestación Coloncito 34.5/13.8 kv para su incorporación al sistema SCADA de CADAFE. Para el logro del control de la subestación se instalaron y programaron una Unidad Terminal Remota (RTU) que posee protocolo de comunicación DNP 3.0, este dispositivo se encarga de obtener señales de los equipos de protección y enviar la información a un centro de control. El investigador realizó la investigación dentro de la modalidad de proyecto factible, basado en una investigación de campo y descriptivo donde se empleo la recolección de datos, la observación directa, las entrevista no estructuradas, y los instrumentos utilizados fueron la libreta de notas y reuniones de trabajo con el personal de la empresa que permitieron obtener información sobre los requerimientos requerimientos y necesidades del sistema a ser instalado en la subestación. Este trabajo sirvió de orientación para la investigación ya que aporto a la propuesta la selección de los medios de comunicaciones y protocolos de comunicaciones que se van a utilizar para el monitoreo y control de las variables como la tensión y corriente por fase, factor de potencia, potencia activa, reactiva y aparente, y de los estados de los reconectadores (abierto o cerrado), reenganches, alarma y señales de falla que sirve para el desarrollo del proyecto al Centro de Distribución de Operaciones (COD).
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Bases Teóricas
Las bases teóricas permiten fundamentar aquellos elementos y/o factores importantes para sustentar esta investigación desde el punto de vista teórico. Por ello en esta sección sección se mostraran todos los criterios tomados en consideración, que estarán descritos de lo general a lo particular. En este contexto, el Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño IUPSM (2006) Manual de Trabajo Especial grado, refiere que las bases teóricas “Comprenden una serie de conocimientos existentes sobre el campo del saber o sector de la realidad que será objeto de estudio, y los cuales se encuentran contenidos en diferentes fuentes documentales reflejando específicos puntos de vistas de los autores” (p. 21).
Las bases teóricas recogen conceptos temas y teorías que permiten aproximarse y enfocar al problema en estudio, contribuyendo a prestar sustento al desarrollo de la investigación. A continuación se presentan las siguientes sig uientes bases teóricas. Sistema Fernández, K. (2011), “Un sistema es un conjunto conjunto o combinación de cosas o partes que
forman un todo complejo o unitario. Es un conjunto de objetos unidos por alguna forma de interacción o interdependencia. En su definición más sencilla es un conjunto de unidades recíprocamente relacionadas. Una organización podrá ser entendida como un sistema o subsistema o un supersistema, dependiendo del enfoque. El sistema total es aquel representado por todos los componentes y relaciones necesarios para la realización de un objetivo, dado un cierto número de restricciones (p.8)”.
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Sistema de Monitoreo y Control monitoreo y control “Es toda Echezuria, Liesvye. (2004), Define como de sistema de monitoreo
unidad compuestas por una o más estaciones maestra (EM), que se conectan por un sistema de comunicación a un número determinado de unidades terminales remotas (UTR) ubicadas en diferentes lugares para la recolección de datos, control a distancia, y en tiempo real, para ejercer un control autónomo inteligente de los sistema eléctricos. Es un sistema que consiste en procesar toda la información recabada por las unidades terminales remotas (UTR), mostrando a un operador el estado actual del sistema en forma dinámica, proporcionándole así medios para el sistema de monitoreo y control de los diversos componentes de la red eléctrica (p.11)”.
Distribución Eléctrica
Es aquel sistema que incluye todo los circuitos hasta 34.5 KV, alumbrado público y dispositivos relacionados. Se origina en las salidas de una S/E de Producción 115/34.5 y 13.8 KV y termina en el sistema de mediciones del cliente. Según Mirabal, C (2011) “Un sistema de distribución de energía eléctrica es un conjunto de equipos que permiten energizar en forma segura y confiable un número determinado de cargas, en distintos niveles de tensión, ubicados generalm ente en diferentes lugares” (p.17). Fallas Eléctricas
Según Mirabal, (2011). Las fallas, según su naturaleza y gravedad se clasifican en: Sobrecarga: Se produce cuando la magnitud de la tensión ("voltaje") o corriente supera
el valor preestablecido como normal (valor nominal). Comúnmente estas sobrecargas se originan por exceso de consumos en la instalación eléctrica. Las sobrecargas producen
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calentamiento excesivo en los conductores, lo que puede significar las destrucción de su aislación, incluso llegando a provocar incendios por inf lamación. Cortocircuito: Se originan por la unión fortuita de dos líneas eléctricas sin aislación, entre
las que existe una diferencia de potencial eléctrico (fase-neutro, fase-fase). Durante un cortocircuito el valor de la intensidad de corriente se eleva de tal manera, que los conductores eléctricos pueden llegar a fundirse en los puntos de falla, generando excesivo calor, chispas e incluso flamas, con el respectivo riesgo de incendio. Reconectador
Hernández, R. (2010) “Es un equipo diseñado para abrir un circuito eléctrico bajo
condiciones normales de operación o de fallas, en este último caso se realiza la conexión automática del circuito. Si la falla es permanente, abre definitivamente después de un ciclo de operaciones preestablecidos (p.37)”. Los componentes del Reconectador son: Sistema de control: cumple con la función de controlar el tiempo de disparo, establecer el tiempo de reenganche y contar el número de operaciones. Solenoide en serie: conectador en serie a la línea, cuando fluye una corriente de falla magnética generada inicia el movimiento de un embolo que acciona los contactos del Reconectador. Ver Fig. Nº1, 2, 3, y Cuadro Nº1.
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Figura Nº 1 Diagrama Eléctrico del Reconectador KF
Fuente: www.cooperpower.com
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Figura Nº 2 Diagrama Eléctrico del Reconectador KFE
Fuente: www.Cooperpower.com
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Figura Nº 3 Reconectador Digital con IED Vista en una Red
Fuente: http:www.nojapower.es
IED Montojo, J (2009) “Es el término utilizado en la industria de la energía eléctrica para
describir equipos de regulación electrónica inmersos en los sistemas eléctricos, por ejemplo utilizados en interruptores, transformadores y bancos ban cos de capacitores. Los IED reciben datos de los sensores y diversos dispositivos eléctricos, y puede informar los comandos de control, tales como interruptores que se disparan cuando se detectan voltajes, corrientes corrientes o frecuencias anómalas, cuando se suceden las variaciones variaciones por el aumento o niveles de tensión inferior para mantener el nivel deseado. Los tipos comunes de IED incluyen los dispositivos, los reguladores de carga, los reguladores de interruptores, los interruptores del banco de condensadores, los reguladores del recloser o reconectadores, los reguladores de voltaje, el etc. Los sistemas de protección de retransmisión.
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Los relés de protección que son fabricados actualmente son sobre todo IED. Esto es porque, con la tecnología de microprocesador disponible puede realizar varias protecciones, protecciones, control, y las funciones similares (p.4)”.
Visual Basic
Echezuria, Liesvye. (2004), define “Visual Basic es un lenguaje de programación visual, también llamado lenguaje de 4º generación. Esto quiere decir que un gran número de tareas se realizan sin escribir código, simplemente con operaciones graficas realizadas con el ratón sobre la pantalla. Visual Basic es también un programa basado en objetos, aunque no orientados a objetos como C++ o java. La diferencia está en que Visual Basic utiliza objetos con propiedades y métodos, pero carece de los mecanismos de herencia y polimorfismo propios de los verdaderos lenguajes orientados a objetos como Java y C++. Visual Basic es un lenguaje de programación que se ha diseñado para facilitar el desarrollo de aplicaciones en entorno grafico (GUI, Graphical Use Interface). I nterface). Visual Basic está orientado a la realización de programas para Windows, pudiendo incorporar todos los elementos de este entorno informático: ventanas, botones, cajas de dialogo y de texto, botones de opción y selección, barras de desplazamiento, gráficos, menús, entre otros. Prácticamente todos los elementos de interacción con el usuario de los que dispone Windows 95/98/NT pueden ser programados en Visual Basic de un modo muy sencillo. En ocasiones bastan unas pocas operaciones con el ratón y la introducción a través del teclado de algunas sentencias para disponer de aplicaciones con todas las características de Windows 95/98/NT (p.68)”.
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Visual Basic 2008 Express Edition
Según Darken, (2010) “Visual Basic 2008 Express Edition es una herramienta ideal para aprendices y recién llegados a la programación, así como para desarrolladores con experiencia previa en el uso del lenguaje Visual Basic. Visual Basic 2008 Express Edition es parte de los productos Express, una ampliación de la línea de productos Visual Studio que incluyen i ncluyen herramientas herramientas de aprendizaje sencillas y fáciles de utilizar para aficionados, estudiantes y desarrolladores novatos que quieren desarrollar aplicaciones Windows, sitios web y servicios web dinámicos (p.1)”. Visual Basic 2008 Express Edition en su versión beta, nos ofrece las siguientes funciones: Diseñadores visuales para la creación "arrastrar y soltar" de interfaces de usuario. Los IntelliSense Code Snippets y el namespace My reducen la cantidad de código que necesitas AutoCorrect
escribir. sugiere
soluciones
para
los
errores
más
comunes.
Editar y Continuar acelera el desarrollo al permitirte modificar o arreglar tu código mientras el programa está en funcionamiento. Un depurador simplificado que incluye visualizadores de datos para DataSets, HTML, XML, y datos
de
texto.
La posibilidad de publicar y compartir automáticamente tus aplicaciones en Internet, tu red local,
o
en
CDs
utilizando
ClickOnce.
Soporte para la creación de aplicaciones preparadas para datos utilizando SQL Server 2005 Express.
Visual Basic Visual Basic 2008 Express Edition posee las siguientes características: Ver Fig. Nº 4
19
Figura Nº 4 Elementos de pantalla de visual Basic 2008
Fuente:http://es.scribd.c Fuente:http://es.scribd.com/luis_q_18 om/luis_q_18/d/85063568-38905395-Microsoft-Visual/d/85063568-38905395-Microsoft-VisualBasic-2008-Express-Edition Como se puede observar, el visual basic 2008 express Edition contiente todos los elementos de versiones anteriores como se muestra a continuación. continuación.
Barra de título
Contiene el nombre del proyecto y su estado. Cuando estamos en estado de diseño, es decir, dibujando los controles o escribiendo las instrucciones, la barra solo muestra el nombre del proyecto. Ver Fig. Nº 5.
20
Figura Nº 5 Barra de título
Fuente:http://es.scribd.c Fuente:http://es.scribd.com/luis_q_18/d om/luis_q_18/d/85063568-38905395-Microsoft-Visual/85063568-38905395-Microsoft-VisualBasic-2008-Express-Edition Cuadro de Herramienta
Como su nombre se indica este cuadro contiene todas las herramientas que se necesitan para desarrollar las aplicaciones. Ver fig. Nº 6
Figura Nº 6 Cuadro de Herramienta
Fuente:http://es.scribd.c Fuente:http://es.scribd.com/luis_q_18/d om/luis_q_18/d/85063568-38905395-Microsoft-Visual/85063568-38905395-Microsoft-VisualBasic-2008-Express-Edition
Controles Activex
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Cofre, M (2007) “ActiveX es una nueva tecnología de Microsoft Corporation
diseñada para traer aplicaciones más eficaces a equipos personales y redes locales. ActiveX va más allá de las aplicaciones que producen documentos estáticos para un entorno de Windows que proporciona controles activos, documentos y aplicaciones de cliente que pueden operar e interaccionar no solo entre sí, sino con redes intranet y con Internet. Los controles ActiveX proporcionan capacidades complementarias que le permiten agregar componentes de aplicación, e incluso aplicaciones completas, a sus propios proyectos de desarrollo sin escribir más que unas pocas líneas de código (p.1)”. Los controles ActiveX son utilizados para los sistema de redes vía radio y redes Ethernet son los controles Mscomm y los controles Winsock. El control MSComm, nos permite acceder a cualquier puerto COMM: para transmitir o recibir datos, a través de unas pocas propiedades y métodos con un requerimiento mínimo de código. Cada control gestiona un puerto serie por lo que si necesitamos controlar más de un puerto a la vez deberemos usar tantos controles MSComm como puertos queramos acceder simultáneamente
.
WinSock Control, su nombre proviene de Windows Sockets, un término utilizado para hacer referencias a las API de Windows que permiten programar bajo una red. Mediante el uso de sockets es posible comunicarse con un programa que se está ejecutando en una PC remota, ya sea a través de internet o de una LAN.
Configuración del Hardware en los Sistema de Monitoreo y Control
La configuración del hardware está basado en dos tipos de estaciones: Maestra y Unidades Terminales Remotas.
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Estación Maestra Según Echezuria. (2004), Define estación maestra “está formado por dos
subsistemas de procesamiento, cada uno de los cuales posee una estructura con múltiples procesadores, acoplados, también tiene elementos periféricos que permiten la comunicación con los operadores, las UTR, las EM (estación maestra) de otros niveles y el almacenamiento de la información (p.16)”.
Los dos módulos de procesamiento son: Controlador de Comunicaciones. Computo e interfaz Hombre-Máquina (MMI). Los componentes que se interconectan con los subsistemas de procesamientos pueden ser: Pantallas de video color semigraficas. Teclados alfanuméricos con funciones programables. Impresora con gran capacidad grafica. Unidades de disco duro. Canales de Comunicación (modem). Otros equipos de cómputos (PC).
Unidades Terminales Remotas (UTR)
Según Echezuria. (2004), Define “Las UTR como la interfaz entre la red eléctrica y la
estación maestra (EM). (EM). Las UTR obtienen información información de la estación maestra maestra mediante de
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la interfaz de campo y es capaz de realizar el control de algunos dispositivos. La UTR organiza los datos de acuerdo a un protocolo definido y los envía, por un canal de comunicación, a la estación maestra que los solicito. (p.18)”.
Las terminales remotas tienen como funciones generales, las siguientes: Adquisición y organización de datos. Pre-procesamiento de algunos datos, tales como detección momentánea de cambios, detección de alarmas, detección de sobrepaso de límites preestablecidos. Salidas de control actuadas a petición de la estación maestra, incluyendo verificación verdadera (verificación (verificación en hardware y software) antes de operar. Capacidad para automatización local. Indicación visual del estado funcional de sus diferentes módulos y/o secciones. Capacidad de expansión para agregarles equipos adicionales para funciones especiales como: registro de fallas, submaestra, entre otros. Las entradas y salidas deben cumplir las normas de protección contra transitorios eléctricos falsos y las pruebas de capacidad de soportar fluctuaciones (SWC) especificadas por el Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) y ANSI (American National Estándar Institute). Las UTR están diseñadas para un ambiente de temperatura (-40 a 85 ºC) y se energizan por corriente alterna de 120/240 V o corriente continua (banco de acumuladores de la estación maestra) de 12/24/48/125 VDC. una UTR puede tener puertos de comunicación múltiples, de maneras que sea más de una estación maestra la que comparta la información de la UTR.
Protocolo de Comunicación en los Sistema de Monitoreo y Control
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Según Echezuria. (2004), “se requiere de un protocolo en una EM para intercambiar
información con la UTR; este establece las conversaciones necesarias, una trayectoria normal de comunicaciones y un elemento de datos estándar y la utilización de protocolos para soportar tanto las comunicaciones asíncronas y síncronas. Las transmisión asíncrona de datos permiten el envió de información en tiempo aleatorio no sincronizado con un reloj. r eloj. La transmisión síncrona consiste en enviar datos digitales en los cuales los caracteres se envían continuamente sin periodos ociosos entre ellos y sin bits de iniciación y paro. Los protocolos que definen las comunicaciones entre las computadoras de una red son lenguajes estandarizados que tienen en común programas utilizados por dicha computadoras. Estos protocolos definen cada parte del proceso de comunicación, desde señales transmitidas por los cables de red hasta lenguajes que permiten que aplicaciones de maquinas diferentes intercambien mensajes. Las computadoras de una red funcionan con una serie de protocolos, denominada pila o banco de protocolos, que abarcan desde el interfaz de usuario de las aplicaciones en la parte alta hasta el interfaz de usuario de la red física en la base. (P.23-24)”. En el comienzo de los protocolos hubo mucha confusión porque se carecía de experiencia a cerca de lo que debía hacer un protocolo y como debía hacerlo, además, pocos fabricantes producían equipos informáticos y los primeros protocolos de comunicaciones fueron normas internas de cada fabricante, estos dificulto grandemente, e imposibilito, la interconexión entre equipos de distintos proveedores. La expansión de la informática solo podía lograrse si se rompían esos monopolios mediante una normalización que asegurarse la interconectividad entre equipos de distintos origen. Para ellos fue necesario estudiar los protocolos y ver sus funciones a fin de establecer modelos y normas. Se observo entonces que todos los protocolos tienen, al menos, dos funciones: Permitir el establecimiento de la comunicación. comunicación. Supervisar la comunicación. comunicación. La primera de ellas es importante ya que cuando dos dispositivos d ispositivos conectados conectados de una red de comunicaciones regida por un cierto protocolo intentan comunicarse deben en
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primer lugar establecer la comunicación, para lograr esto el dispositivo que inicia la comunicación debe dialogar con la red a fin de indicarle con que otro dispositivo, de los muchos posibles, desea establecerla. La red acepta la petición o rechazarla si carece de medios para causarla, o si se ha producido una falla, todo este dialogo se hace bajo las normas establecidas por el protocolo. Una vez que la red ha aceptado la petición debe hacerla llegar al destinatario notificándole de la misma, el destinatario puede aceptar la petición o recharzarla, ya sea voluntariamente o por encontrarse imposibilitado por una avería por ejemplo. La red deberá poseer los mecanismos para tratar cualquiera de los casos e informar lo que está sucediendo a ambos extremos. De ser aceptada la comunicación, eso es comunicado al solicitante y la misma mi sma queda establecida finalizando la fase de establecimiento. establecimiento. Cuando esto ocurre es misión de la red, mediante el protocolo, supervisarla, vigilando que no se pierdan datos y que estos lleguen a destino correctamente. Asimismo debe proporcionar buena sincronización para que tanto los mensajes de información como los de control lleguen satisfactoriamente. El protocolo debe asegurarse que exista una comunicación sin errores y velar porque existan mecanismos para salir de situaciones anormales con mínimo impacto sobre los usuarios. A nivel de comunicaciones podemos conseguirnos una serie de protocolos que interactúan en los sistemas de redes. Los más importantes son el Modelo de referencia OSI, el protocolo Distributed Network Protocol 3.0 (DNP 3.0), Modbus.
Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)
Según Echezuria. (2004), El modelo de Referencia de Interconexion de Sistema Abierto (Open Systems Interconection). Es un concepto teorico que separa las comunicaciones comunicaciones de redes en siete niveles diferentes.
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El modelo de referencia OSI se planteo originalmente como un modelo para la creación de un conjunto de protocolos que se ajustarse exactamente a los siete niveles. Sin embargo, ese conjunto no se materializo nunca de forma comercial y desde entonces el modelo de referencia referencia OSI se ha usado como como herramienta de enseñanza, enseñanza, referencia y comunicación. Los profesionales de las redes mencionan frecuentemente el nivel particular del modelo OSI en la que operan los protocolos, dispositivos o aplicaciones, porque la utilización de este modelo divide un proceso complejo en unidades manejables que aportan un marco común de referencia. (p.26). En la figura Nº 7 podemos ver el modelo de referencia OSI con sus siete niveles.
Figura Nº 7 Modelo de Referencia OSI
Fuente: http://www.textoscientific http://www.textoscientificos.com/redes/t os.com/redes/tcp-ip/comparac cp-ip/comparacion-modelo-osi ion-modelo-osi
En los sistemas de monitoreo y control los protocolos de comunicación son soportados con el concepto de protocolos de capas basados en el modelo OSI.
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Generalmente un sistema de monitoreo y control utiliza hasta las cinco primeras capas de las siete que conforman el modelo OSI. Los servicios que generalmente se deben considerar en la estructura de mensajes de un protocolo tenemos: Un enlace entre los datos y el canal físico de comunicación. Direcciones fuente y destino. Secuencias para la transmisión y recepción de datos. Fragmentación de grandes volúmenes de información en paquetes de datos datos para la transmisión. Enrutamiento a través de la red. Recepción y recombinación de los paquetes de datos. Detección de errores (por ejemplo CRC o código de redundancia cíclica). Recuperación de datos con errores. Presentación de los datos. Emisión de comandos de operación. Un incontable número de protocolos se están usando en el mundo, éstos pueden ser propietarios, es decir, son creados por un fabricante para su uso exclusivo en sus productos que rara vez hacen interfaz en una red con protocolos de otros fabricantes, o pueden ser protocolos estándares. Los protocolos estándar emergen en la industria como una solución que permite a un sistema de monitoreo y control una verdadera interoperabilidad entre dispositivos remotos, inclusive de distintos fabricantes. Es muy común ver como fabricantes de productos con protocolos propietarios, también soportan protocolos estándar tal que le
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permita a sus dispositivos hacer interfaz con otros de diferentes fabricantes. El ejemplo más común es el MODBUS (p.63)”.
Modbus
Según Luna, (2008) “Es un protocolo de comunicación creado en los 70 por la
empresa Modicon, para ser utilizado en los PLC en la automatización industrial. En cualquier caso, es un protocolo incompleto para un PLC o SCADA, que ha tenido un amplio uso en los últimos tiempos para comunicarse con dispositivos inteligentes como un estándar en la industria. El protocolo Modbus emplea una estructura de mensaje basado en la capa de Aplicaciones del modelo OSI, que provee una comunicación Maestro-Esclavo/ClienteServidor y ofrece servicios específicos por intermedio de códigos de funciones. Normalmente para la comunicación con los distintos dispositivos se utiliza como medio físico el Radio, RS-232, RS-485 o Internet hoy en día. Vista los requerimientos en el campo de las comunicaciones se han desarrollado variedades de este protocolo los cuales se listan a continuación: conti nuación: – Los datos son transmitidos en formato binario de ocho bits permitiendo Modbus RTU –
que los mismos sean compactados en paquetes más pequeños. Modbus ASCII - Transmite los datos codificándolos como caracteres ASCII de siete bits.
Este modo consume más tiempo para la comunicación comunicación en la red. Modbus/TCP - Los datos son encapsulados en formato binario en un frames TCP para
ser utilizados en Ethernet (IEEE.802.3). Cuando en protocolo Modbus/TCP emplea el mecanismo de control de acceso CSMA-CD, propio de redes Internet, esta utilizando un modelo cliente servidor.
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Modbus Plus - Versión que posee varios recursos adicionales de enrutamiento,
diagnóstico, direccionamiento y consistencia de datos. Está bajo dominio de Schneider Electric y sólo puede ser implementada bajo licencia de este fabricante (p.65)”. Ver Fig. Nº 8
Figura Nº 8 Capas del protocolo Modbus
Fuente: http://www.axongroup.com.co/pages/modbus
El protocolo modbus está compuesto por:
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Dirección
El campo dirección es el primero de la trama después del tiempo de sincronización. Indica el dispositivo al que va dirigido el mensaje. Cada dispositivo de la red debe tener asignada una dirección única, diferente de cero. Igualmente, cuando un dispositivo responde a un mensaje, debe enviar en primer lugar su dirección para que el master reconozca la procedencia del mensaje. MODBUS permite enviar mensajes a todos los dispositivos a la vez (broadcast) utilizando para ello la dirección cero. Función
El campo función indica al dispositivo direccionado qué tipo de función ha de Realizar. Estas funciones están definidas en la Cuadro Nº 2
Cuadro Nº2 Funciones Modbus Código Función 01 o 02 Leer N bits (máximo 255) 03 o 04 Leer N registros (máx 52) 05 Escribir 1 bit 06 Escribir 1 registro Fuente: http://www.axongroup.com.co/pages/modbus
Datos
El campo datos contiene la información necesaria para que los dispositivos puedan ejecutar las funciones solicitadas, o la información enviada por los dispositivos al máster como respuesta a una función.
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Control de Errores
El campo de control de errores es el último de la trama y permite al máster y a los dispositivos detectar errores de transmisión. Ocasionalmente, debido a ruido eléctrico o a interferencias de otra naturaleza, se puede producir alguna modificación en el mensaje mientras se está transmitiendo. El control de errores asegura que los dispositivos receptores o el master no efectuarán acciones incorrectas debido a una modificación accidental del mensaje. El formato RTU utiliza el control de redundancia cíclica (CRC), mientras que el ASCII utiliza el control de redundancia longitudinal (CRL) para finalizar la tram a de comunicación.
DNP 3.0
Según Luna, (2008) “El DNP (Distributed Network Protocol) es un protocolo desarrollado
en USA para la industria eléctrica, pero es un poco genérico y ha hecho que sea utilizado en otras áreas. Se han publicado sus especificaciones de interoperabilidad y es ampliamente aceptado como uno de los l os mejores protocolos para UTR actualmente disponible. disponible. Fue creado originalmente por Westronic, Inc. (Ahora GE Harris) en 1990. En 1993, el juego de documentos de especificación especificación del protocolo "DNP 3.0 Basic 4" cobró dominio público. Desde entonces, el protocolo ha ganado a ceptación mundial, incluyendo la formación de grupos de usuarios en China, América latina, y Australia. En enero de 1995, fue formado el Comité Técnico DNP para estudiarlo, mejorarlo y dar las recomendaciones para su aprobación a los grupos de usuarios. Una de las tareas más importantes de este cuerpo era publicar el documento DNP Subset Definitions, que establece los estándares para las puestas en marcha de DNP 3.0. DNP 3.0 es un protocolo que ha sido orientado a los Sistema de monitoreo y control y es moderno, abierto, inteligente, robusto y eficiente. Este protocolo se refiere sobre todo a los medios físicos sobre los cuales se está comunicando. Por ejemplo, maneja el estado del medio (limpio u ocupado), y la sincronización a través del medio (iniciando y parando). Más
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comúnmente, DNP se especifica sobre una capa física serial simple tal como RS-232 o RS485 usando medios físicos tales como; fibra, radio o satélite. Los proyectos se orientan actualmente para implementar DNP sobre una capa física como Ethernet. Entre otras cosas, puede:
Solicitar y responder con múltiples tipos de dato en un solo mensaje. Segmentar mensajes en múltiples tramas para asegurar excelente detección y recuperación de errores. Incluir en respuesta sólo datos cambiados. Asignar prioridad a los ítems de datos y solicitarlos periódicamente basado en su prioridad. Responder sin solicitud previa. Utilizar sincronización de tiempo y con un formato estándar. Permitir múltiples operaciones punto a punto y la Maestra-Esclavo. Permitir objetos definibles por el usuario incluyendo transferencia de archivos. DNP 3.0 es un protocolo "encapado". Aún así, en lugar de asemejarse al protocolo de 7 capas de la OSI (Open System Interconection - interconexión de sistemas abiertos), DNP 3.0 adhiere a un estándar simplificado de 3 capas propuesto por el IEC (International Electrotecnical
Commission
-
Comisión
internacional
de
Electrotecnia)
para
implementaciones más básicas. El IEC llama a esto Enhanced Performance Architecture, o EPA. Sin embargo, DNP 3.0 agrega una cuarta capa, una capa de pseudo-transporte que permite la segmentación del mensaje (p.66-68)”.
33
Capas de Protocolos DNP 3.0
Este protocolo está basado en el estándar IEC 870-5, soporta tres de los niveles del modelo de referencia referencia OSI (Fisica, data y aplicación). aplicación). La estructuración en capas o niveles, sigue el siguiente esquema: Los mensajes a nivel de aplicación son denominados Fragmentos. El tamaño máximo de un fragmento está establecido en 1024 bytes. Los mensajes a nivel de transporte son denominados Segmentos. Los mensajes a nivel de enlace son denominados Tramas. El tamaño máximo de una trama DNP3 es de 292 bytes. En la figura Nº 9 se puede ver la comparación entre entre el protocolo DNP 3.0 y el modelo de referencia OSI.
Figura Nº 9 Modelo DNP 3.0
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Fuente: Echezuria, L (2004).
Tal como se menciono el DNP 3.0 está conformado por tres capas. Estas son: Capa de Aplicación Según Echezuria. (2004), “Corresponde a la capa más alta y es la que realmente define el
propósito del mensaje, es decir, determina la operación a desarrollar. Aquí se encuentra tanto los requerimientos del usuario como la data de utilidad para el mismo. Está basada en objetos y una típica transacción (p. 49)”.
Capa de Enlace Según Echezuria. (2004), “La capa de enlace de datos proporciona una transmisión fiable
de datos a través del medio físico. Mientras que la capa física tiene que ver con el paso de una señal, o un poco de datos, la capa de enlace de datos está relacionada con el paso de grupos de datos, y estos grupos pueden ser contemplados como una trama. Las funciones que ofrece la capa de enlace incluyen el control de flujo y detección de errores. Esto se logra agregando una cabecera a cada trama (10 bytes) con la inserción de un código inicial de 16-bits (Start), cantidad de bytes enviados en la trama, un byte para control de flujo, dirección de destino, dirección de origen y un CRC de 16-bit para la cabecera y cada 16 bytes de la trama. El tamaño máximo de una trama de enlace de datos es de 292 bytes. El byte de control de flujo informa sobre la dirección del mensaje (A->B o B->A), he implementa funciones para determinar el estado de la conexión lógica. Entre las funciones se incluyen: ACK, NACK, Reset del enlace, petición de confirmación ACK, estado del enlace y respuesta del estado del enlace. Cuando se solicita confirmación a nivel enlace de los datos, el receptor responde con un ACK si la cabecera recibida es correcta y libre li bre de errores. (p.49)”.
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Capa Física Según Echezuria. (2004), “Es la capa más inferior del modelo y realmente corresponde a
la transmisión asíncrona de bits. Realmente solo se encarga de colocar y recibir, del medio físico que se haya escogido para la transmisión, los bits secuenciales que conforman la data y ensamblarlos en palabras que se conforman el mensaje para luego transmitirlo a la capa superior (capa de enlace) (p.50)”.
Diferencia entre Modbus y DNP 3.0 en los Sistema de Monitoreo y Control El protocolo Modbus emplea una estructura de mensaje basado en la capa de Aplicaciones del modelo OSI, que provee una comunicación Maestro-Esclavo/ClienteServidor y ofrece servicios específicos por intermedio de códigos de funciones. El Modbus es un protocolo empleado principalmente para procesos industriales, aunque es utilizado en subestaciones no es muy recomendable su uso debido a que es un protocolo que no incorpora la estampa de tiempo en la trama de los mensajes, en este caso el sistema de monitoreo y control asigna dicha estampa de tiempo sin embargo no es muy precisa porque depende de la velocidad de transmisión del medio. medio . En cambio el DNP 3.0 es un protocolo desarrollado en USA muy parecido al Modbus con la ventaja que este si incorpora mensajes con estampa de tiempo, este tipo de protocolo puede ser implementado sobre un bus serial o sobre TCP. T CP. DNP 3 ofrece flexibilidad y funcionalidades que van más allá de los protocolos de comunicación convencionales, tales como opciones de salidas, transferencia segura de archivos, direccionamiento sobre 65.000 dispositivos en un enlace simple, sincronización de tiempos y eventos de estampa de tiempos, confirmación de enlace de datos. Como DNP 3 está basado en los requerimientos de IEC 870-5, es usable en aplicaciones de sistema de monitoreo y control. Esto incluye comunicación entre RTU y IED, maestro a remoto
(esclavo),
punto
a
punto
y
aplicaciones
de
red.
En definitiva, este protocolo es ampliamente utilizado en sistemas eléctricos, en donde las estampas y sincronizaciones de tiempo, como el hecho de que un esclavo transmita
36
información sin ser solicitada, son fundamentales al momento de analizar fallas y sincronizar el accionamiento de todos los dispositivos. Esta misma razón, los dispositivos usados en estas aplicaciones, como relé de protección, reconectadores, reconectadores, entre otros. Ver cuadro Nº 3 Cuadro Nº 3 Diferencia entre DNP 3.0 y Modbus
DNP 3.0
Modbus
Observaciones Observacio nes
Direccionamiento Direccionamiento sobre 65000
Direccionamiento Direccionamiento sobre 255
El DNP 3.0 tienes más ventajas
dispositivos
dispositivos
que el Modbus. Cuando se dice sobre estampa de tiempo quiere decir que el protocolo DNP 3.0 envía los
Incorpora mensajes en
No incorpora mensajes en
mensajes o datos en tiempo
estampa de tiempo
estampa de tiempo
real, en cambio el protocolo Modbus envía los mensajes y datos pero no en tiempo real.
Provee comunicaciones entre
Provee comunicaciones
Es la disponibilidad que tienes
Punto a punto y maestro -
maestro- esclavo/cliente-
el protocolo para comunicarse
esclavo
servidor
entre los diferentes dispositivo.
Protocolo TCP/IP
Según Luna, (2008) “Es probablemente el estándar mejor conocido actualmente en el
mundo. La familia de protocolos de Internet es un conjunto de Protocolos de red que implementa la Pila de protocolos en la que se basa Internet y que permiten la transmisión
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de datos entre redes de computadoras. En ocasiones se la denomina conjunto de protocolos TCP/IP, en referencia a los dos protocolos más importantes que la componen: Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y Protocolo de Internet (IP), que fueron los dos primeros en definirse, y que son los más utilizados de la familia. Para telemetría este solo representa la solución de algunos de los problemas de interoperabilidad de los sistemas. TCP/IP no soporta arquitectura de comunicación serial multipunto y no tiene definidos los conceptos de la capa de aplicación, como por ejemplo los tipos de datos, eventos, reporte por excepción y los distintos modos de polling. Como carece de ésto, es usado como mecanismo de transporte para que la data de telemetría pueda ser manejada entre RTU’s. Por esta razón, es generalmente usado conjuntamente con otros protocolos que provean la información de la capa de aplicación (p.68)”.
Capas del Protocolo TCP/IP
Según Echezuria. (2004) “TCP/IP ha precedido al modelo de referencia OSI, pero sus
protocolos se reparten entre cuatro niveles que se pueden equiparar, más o menos a los sietes niveles del modelo de referencia OSI. En la figura Nº 8 se muestra un esquema del protocolo TCP/IP comparado con el modelo de referencia OSI (p.51)”. Ver fig. Nº 10
38
Figura Nº 10 Capas del Protocolo TCP/IP
Fuente: Echezuria, L (2004). Capa Física
Según Echezuria, (2004) “La capa inferior, frecuentemente está asociada con la interfaz
de la tarjeta de red y su función es determinar cómo enviar los paquetes de la red física, a veces incluye la interconexión con la tarjeta de red tradicional Ethernet y en otras interconexión con líneas seriales, como sería el caso de un MODEM, dos protocolos importantes de módems en esta capa son los SLIP (Serial Line Internet Protocol) y PPP (Point to Point Protocol), en realidad TCP/IP no define esta capa.( p.51)”
Slip y PPP se han diseñado para su uso como módems y otras conexiones directas en las que no se necesitan un control de acceso al medio. Puesto que solo conectan dos sistemas. En la mayoría de los casos se utilizan para proporcionar conectividad internet o WAN, independientemente independientemente que el sistema está conectado a una LAN.
Capa de Red
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Tiene la responsabilidad de mover los paquetes de la red y el protocolo respectivo es IP (Internet Protocol). Capa de Transporte
Es responsable de asegurar que los mensajes son enviados o recibidos con éxitos por la capa de red, el protocolo respectivo es TCP.
Capa de Aplicación
Suministra al usuario las aplicaciones típicas de internet, como son: Archie, Gopher, FTP, POP2 y DNS, entre otros.
Sistema de Comunicaciones Comunicaciones Vía Radio
Echezuria, Liesvye. (2004) “Para las empresas empresas de distribución y comercialización comercialización de de energía eléctrica resulta efectiva y menos costosa un sistema de radiocomunicaciones, pero esta involucra una serie de pasos y complejidades para su implementación. En el mercado existe una gran variedad de equipos sofisticados y de sistema de radiocomunicaciones con un hardware que permite mayores facilidades y opciones según las aplicaciones definidas. Los parámetros que se toman en cuenta en la ingeniería de redes de radiocomunicaciones los representan las distancias entre los equipos y el rango de frecuencia. Para el diseño y tamaño de un sistema se toma toma en cuenta la frecuencia frecuencia y potencia específica, ganancia de la antena y altura, atenuación de la línea de transmisión de radiofrecuencia (RF), y requerimientos de los módems inteligentes a utilizar para la transmisión de la onda.
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Para la selección de la banda se debe tomar en cuenta la topografía de la zona, las especificaciones especificaciones técnicas de los equipos, los protocolos de comunicaciones a ser utilizados utili zados y las restricciones y normativas de la Comisión Nacional de Telecomunicaciones (CONATEL) y la FCC (Federal Communications Comisión). Los anchos de bandas permitidos por CONATEL en las operaciones de los sistemas de radiocomunicaciones de bandas VHF Y UHF son de 25 Khz y 12.5 Khz (6.25 Khz de espaciamiento y eventualmente 3.125Khz para potencia menor o igual a 2 vatios). Para la transmisión de datos a un mínimo de 9.600 baudios se requiere u espaciamiento de 12.5 Khz. (p.61)”. Los servicios más comunes que se ofrecen en una comunicación vías radio son:
Radio Convencional Según Luna, (2008) Es un servicio de radio transmisión en la banda VHF/UHF empleado para transmitir datos sobre radiofrecuencia FM dedicada y licenciada, de tal forma de reducir la posibilidad de traslapo de las comunicaciones. Los sistemas de radio, a la larga, pueden ser menos costosos que los servicios de líneas telefónicas alquiladas y/o dedicadas (p.46). Usualmente se utiliza el UHF, pero puede trabajar en VHF V HF si se requiere. La banda de 900 MHz ofrece un alcance de hasta 25 km a la redonda y su espectro está más disponible en las áreas metropolitanas. Los sistemas en la banda de 400 MHz proveen acceso a múltiples RTU sobre un solo enlace y puede llegar a alcanzar los 40 km a la redonda usando estaciones repetidoras. En las áreas urbanas se hace más difícil obtener del proveedor de servicio un lugar en el espectro. En aplicaciones multipunto se requieren que las RTU efectúen algoritmos de recuperación y disminución de colisiones (collision avoidance).
41
Tasas de transmisión relativamente bajas (hasta 1.200 baudio). Los sistemas de radio convencional permiten el uso de modulaciones estándar como la FSK. A bajas velocidades permiten alta compatibilidad de modulación con equipos de diferentes fabricantes de radios y equipos de telemetría (Ejemplo: V.23 a 1.200 Baudio). Ver Cuadro Nº 4 muestra las bandas de frecuencia y características de las comunicaciones comunicaciones vía radio.
Cuadro Nº 4 Banda de Frecuencias y Características de los Radios.
Rango de Frecuencias
Costos
Ventajas Línea
de
Desventajas vista
Antenas grandes.
Extendía. No recomendada ni Buena propagación.
VHF/Banda angosta
Bajo/Medio
Bueno en zona con
permisada
para
transmisión de data.
obstáculos por tener el
Susceptible
elipsoide de fresnel
interferencia.
a
mas ancho.
Antenas pequeñas.
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No reglamentada para
transmisión de datos.
Equipos radiotransmisores
Línea
sintetizados. Licencia UHF/Banda angosta
Bajo/Medio Bajo/Medi o
de
vista
susceptible a falla de disponible
para transmisión de datos para empresas
RF. Absorción.
de servicios especiales (Electrica, Petrolera).
Solo para data a 1200, 2400,4800 y 9600bps.
928/950 Mhz/data
Medio/Alto Medio/Alt o
Línea de vista. Costo. Dedicada a sistemas con repetidores con configuración frecuencia dúplex.
No Espectro Disperso
Medio/Alto
requiere
licencia.
de
Línea de vista. Costo. Baja potencia.
Fuente: Echezuria, Liesvye. (2004)
Radio “Espectro Extendido” (Spread Spectrum)
43
de
Según Luna, (2008) Es una sofisticación de la tecnología de radio frecuencia donde la frecuencia de transmisión continuamente cambia (Hops) dentro de una banda de espectro ancho. Si se encuentra una interferencia en cualquier frecuencia, un algoritmo de detección de error lo detecta y se reenvía el paquete de datos en una nueva frecuencia. Este proceso trabaja efectivamente sobre cualquier interferencia i nterferencia (p.48). Los radio módem Espectro Extendido usan dos métodos: Hopping secuencial directo o de frecuencia. Algunos aspectos a considerar de este servicio son: Resiste todo tipo de interferencias, tanto las no intencionadas como las malintencionadas, siendo más efectivo con las de banda estrecha. Se puede compartir la misma banda de frecuencia con otros usuarios. Confidencialidad de la información transmitida gracias a los códigos pseudoaleatorios (multiplexado por división de código). No requiere licenciamiento de frecuencia para su uso. Ineficiencia del ancho de banda. La implementación de los circuitos es en algunos casos muy compleja. Método de transmisión robusta. Ideal para aplicaciones críticas que demanden una alta seguridad de la información. Fibra Óptica
Según Luna, (2008) Es un medio cada vez más empleado en redes LAN y/o WAN para comunicación de datos sobre canales dedicados (Cables Multifibras). La fibra óptica es una guía de ondas en forma de filamento, generalmente de vidrio (en realidad, de polisilício), aunque también puede ser de materiales plásticos, capaz de guiar una potencia óptica (lumínica), generalmente introducida por un láser, o por un LED. Este medio está siendo
44
cada vez más utilizado en redes de control por su alta velocidad de transmisión, confiabilidad por tratarse de canales dedicados y en estaciones remota grandes que se encuentran a gran distancia de su centro de control (p.52). Se caracteriza entre otros aspectos por: Generalmente usada para la conexión entre redes. Tasas de transmisión muy elevadas. Puede requerir de instalaciones especiales. Altos costos de instalación involucrados y Alta confiabilidad en las señales transmitidas y recibidas
Satélite
Según Luna, (2008) Es un servicio de telecomunicaciones que hace uso de un satélite de comunicación como repetidora de señales de radio en el espectro electromagnético correspondiente a las microondas. Indudablemente para ello se requiere antenas y módem satelital, entre otros., para adecuar la señal de los datos a transmitir (p.53).
Modelos de Enlace del Sistema Satelital
Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones básicas: una subida, un transponder satelital y una bajada.
Modelo de Subida
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El principal elemento dentro de esta sección es el transmisor de la estación terrena. Un típico transmisor de la estación terrena consiste de un modulador de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador de alta potencia (HPA) y algún medio para limitar la banda del último espectro de salida (por ejemplo, un filtro pasa-bandas de salida). El modulador de IF convierte las señales de banda base de entrada a una frecuencia intermedia modulada en FM, en PSK o en QAM. El convertidor (mezclador y filtro pasabandas) convierte la IF a una frecuencia de portadora de RF apropiada. El HPA proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y potencia de salida para propagar la señal al transponder del satélite. Los HPA comúnmente usados son klystons y tubos de ondas progresiva. Transponder
Consta de un dispositivo para limitar la banda de entrada (BFP), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un traslador de frecuencia, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida. El del diagrama es un repetidor de RF a RF. Otras configuraciones de transponder son los repetidores de IF, y de banda base, semejantes alos que se usan en los repetidores de microondas. El BFP de entrada limita el ruido total aplicado a la entrada del LNA (diodo tunel). La salida del LNA alimenta a un traslator de frecuencia (un oscilador de desplazamiento y un BFP), que convierte la frecuencia de subida de banda alta a una frecuencia de bajada de banda baja. El amplificador de potencia de bajo nivel, que es comúnmente un tubo de ondas progresivas, amplifica la señal de RF para su transmisión por medio de la bajada a los receptores de la estación terrena. Cada canal de RF del satélite requiere de un transponder por separado. Modelo de Bajada
Un receptor de estación terrena incluye un BFP de entrada, un LNA y un convertidor de RF a IF. Nuevamente, el BFP limita la potencia del ruido de entrada al LNA. El LNA es un dispositivo altamente sensible con poco ruido. El convertidor de RF a IF es una combinación de filtro mezclador/pasa-bandas que convierte la señal de RF recibida a una frecuencia de IF.
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Enlaces Cruzados
Ocasionalmente, hay una aplicación en donde es necesario comunicarse entre satélites. Esto se realiza usando enlaces cruzados entre satélite o enlaces intersatelitales (ISL). Una desventaja de usar un ISL es que el transmisor y receptor son enviados ambos al espació. Consecuentemente, la potencia de salida del transmisor y la sensibilidad de entrada del receptor se limitan. Ver Cuadro Nº 4.
Según Echezuria, (2004) “En 1984 se introdujeron los sistemas VSAT (Very Small Apertura A pertura
Terminal). A causas de su pequeño tamaño y costo relativamente bajo, en comparación con las estaciones terrestres estándar de satélite, se emplea como elemento en muchas redes de comunicaciones de datos y se está usando para reemplazar redes antiguas de radio y microondas. El diámetro de la antena determina la calidad de recepción de la señal, sed afirma que las VSAT tienen 99,9% de disponibilidad. Las redes de VSAT ofrecen un desempeño superior al de los medios de radios terrestres, el régimen común de error de punta es de 1 en 109 (p.66)”. Ver Cuadro Nº 5 Y fig. Nº 11.
Cuadro Nº 5 Bandas de Frecuencia donde operan los VSAT
Bandas
Características Servicio sujeto a licencia. Los régimen de datos son de 1200bps a 19.2 Kbps. La
posición
del
desvanecimiento.
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sol
puede
ocasionar
C(4/6GHz)
La terminal terrestre es una parábola truncada de 1.4m. de desplazamiento. El desvanecimiento debido a la lluvia no ofrece problema. Servicio no sujeto a licencia.
KU(12/14GHz)
El régimen de datos es de 56Kbps. La posición del sol no es problema. pr oblema. La terminal terrestre es un ovalo parabólico de 1.8 m. de desplazamiento. desplazamiento. El desvanecimiento causado por la lluvia o la nieva puede ser un problema, pero se elimina utilizando una antena mas grande.
Fuente: Echezuria, Liesvye. (2004)
Figura Nº 11 Sistemas Satelitales
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Fuente: Fuente:http://lindooctavo http://lindooctavo04marialuz.blogspot.com/20 04marialuz.blogspot.com/2010/09/sistemas-satelitales.ht 10/09/sistemas-satelitales.html ml..
Data Radio Modem
Existen dos soluciones fundamentales para la transmisión de datos: Diseñar y construir una red completamente nueva especialmente para la transmisión de datos. Adaptar el abundante equipo de comunicaciones con canal analógico que existe a la transmisión de los mismos. Los equipos de transmisión diseñados para manejar el tráfico de voz tienen características que retrasan la información de dígitos binarios de cd o corrientes de bits. Para poder transmitir datos sobre los equipos de voz (tales como radios analógicos y red telefónica), se requiere convertir los datos cd a una señal dentro del rango de frecuencia de voz. El equipo que realiza la conversión de la señal se conoce como Modem de datos, que es la abreviatura de modulador- de modulador.
El Modem modula y remodula la señal portadora con señales de datos digitales. El tipo de modulación que se usa en los modems de la actualidad puede ser uno o combinación de los siguientes: Modulación en Amplitud, banda lateral doble (AM-BLD). Modulación en Amplitud, banda lateral residual (AM-BLR). Modulación por desviación de frecuencia (FSK). Modulación por desviación de fase (FSK). Los radios modems se dividen en dos categorías: convencionales e inteligentes.
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Modem Convencional
Similar funciones de modem para operaciones en líneas telefónicas dedicada. El equipo esta diseñado para activar el transmisor de RF por intermedio de un puerto de data RS-232C donde la data es transmitida por una señal portadora de RF.
Modem Inteligente
Muchas empresas de manufactura de equipos radiotransmisores han desarrollado software de diagnostico con la intención que el usuario del equipo pueda interrogarlo con propósito de mantenimiento. mantenimiento. En el momento que opera el software software de diagnostico, el el equipo de radio debe estar en línea, para almacenar cualquier información de data, y el modem debe encontrarse en capacidad de procesar la misma. Un modem inteligente típicamente contiene un microprocesador y un buffer para recibir y procesar datos, configurar diferentes velocidades tanto de transmisión como de recepción de datos, almacenar en la memoria la información mientras se procesan funciones con prioridad, modular y remodular portadoras en varios tipos de modulación, entre otras funciones, que que gracias a un lenguaje de programación o software se pueden configurar configurar en el sistema. La tabla Nº 4 se muestra las características principales de los radios modem. Ver Cuadro Nº 6. Cuadro Nº 6 Características de los Radios Modems
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Tipos de Modem
Costos
Ventajas
Desventajas Problema con la cola de Squelch. Requiere
de
hardware delicado. No tiene funciones Convencional
Bajo
Costo
avanzadas. No
chequea
integridad
de
la la
data. Hardware
no No tiene funciones
complicado.
Inteligente
Medio
avanzadas.
No tiene problema No con
la
cola
Squelch.
chequea
de integridad
de
la la
data.
Fuente: Echezuria, Liesvye. (2004)
Tecnología Celular (GSM/GPRS)
Según Luna, (2008) Hace uso de la infraestructura de servicios de una operadora de telefonía móvil celular con el fin de poder transmitir los datos. La tecnología de transmisión de datos empleada es de acuerdo a la operadora, por lo que sería de gran interés informarse al respecto para considerar cual se adapta mejor según el tipo, alcance y volumen de información a transmitir (p.54). Ver Cuadro Nº7. Nº7. Los aspectos a considerar son:
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Costoso en sistemas de muchos sitios remotos y en donde los datos en tiempo real sean un requerimiento crítico. Disponibilidad de tasas de transmisión relativamente aceptables. Buena cobertura en zonas urbanas. Cobertura deficiente en zonas remotas. Se requiere pagos por cargo de uso mensual
Cuadro Nº 7 Cuadro Comparativo Medios de Comunicación
Método
Energía para
Cobertura
Calidad de
Transmisión
Velocidad
Costo
Señal
Radio
Medio y Baja
Dedicado
Moderada
Rápido
Bajo
Fibra Óptica
Baja
Dedicado
Muy Buena
Rápido
Alto
Satélite
Medio
Alta
Buena
Buena
Alto
GSM/GPRS
Baja
Moderada
Moderada
Moderada
Moderada
Fuente: Echezuria, Liesvye. (2004)
Modos de Comunicación en un Sistema de Monitoreo Y Control
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Según Luna, (2008) Las técnicas de recolección de datos utilizadas por un sistema de Monitoreo y control desde distintas UTR pueden, al mismo tiempo, estar gobernadas por un sistema de comunicación quien también dictamina sus requerimientos. La selección del modo de comunicación a utilizar por la estación maestra (por ejemplo un SCADA o UTR) puede también limitar la capacidad de utilizar alguna otra Medios de comunicación de las que se detalló anteriormente (p.55).
Polling
Según Luna, (2008) Es la opción más básica de comunicación, en la cual una estación maestra central se comunica con las UTR´s en una secuencia preestablecida. La maestra efectúa un Polling para cada RTU individualmente y de esta forma recibe la información de las UTR o identifica rápidamente cuales no están operando. Esta técnica es la que más se emplea en los protocolos de comunicación Maestro-Esclavo (p.56).
Polling Por Prioridad
Según Luna, (2008) Es una derivación del Polling que posibilita una mayor frecuencia de interrogación a las UTR´s críticas, mediante la configuración de prioridad. Las menos críticas son interrogadas con un método de secuencia de menor frecuencia. Esta característica mejora el uso del ancho de banda así como el rendimiento de las comunicaciones en sistemas con mayor cantidad de UTR´s (p.56).
Técnicas de Comunicación en un Sistema de Monitoreo y Control
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Según Luna, (2008) Hay tantas técnicas como diversidad de tecnologías de medios de comunicación, comunicación, cada uno con la misión de optimizar la comunicación o implementar distintas maneras de mejorar el ancho de banda, o de disminuir los costos por conexión. La telemetría ha estado confiando recientemente en varias clases de técnicas para el transporte eficiente de datos (p.59). Sin importar las técnicas de comunicación usada, es un requisito fundamental para diversos dispositivos en un canal de comunicación comunicación común, ser identificado unívocamente. Estos llevan generalmente la forma de una dirección única para ese dispositivo y no usada por cualquier otro en el mismo mism o canal. Los factores más importantes a considerar cuando se va a seleccionar una técnica de comunicación son: eficacia del ancho de banda, expansión, actualización de los datos y requisitos que miden el tiempo. Las técnicas de comunicación más ampliamente utilizadas, en la actualidad, por los sistemas de telemetría en función de los requerimientos particulares de la aplicación, son las que a continuación se muestran:
Comunicación Maestro-Esclavo Maestro-Esclavo en un Sistema de Monitoreo y Control
Según Luna, (2008) Es la técnica de comunicación más usada en automatización industrial y aplicada en telemetría, menos flexible, que asume un control centralizado de las comunicaciones con los dispositivos remotos y/o UTR. Este tipo de sistema se basa en un controlador de comunicaciones central que comúnmente se le denomina Estación Maestra o simplemente Maestra, la cual es responsable de interrogar por toda la data y de interpretar todas las respuestas provenientes de los diferentes dispositivos remotos, así como enviar los mensaje de operación (Comando) si diera lugar. En esta modalidad, solo se
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permite que un equipo se comunique a la vez y solo después de que la estación central lo haya interrogado. Si existe la dis ponibilidad de un canal de comunicación “full duplex”, el modo maestro/esclavo sólo aprovecha el 50% de su capacidad. La captura de datos se hace comúnmente con una secuencia determinada denominada “polling”, que se describió anteriormente. Evidentemente entre las desventajas que
presenta esta técnica está la de poca eficiencia en el uso del ancho de banda. Adicionalmente, a medida que crezca el sistema la tasa de transmisión bajará proporcionalmente, ya que mayor será el tiempo que tomará la estación maestra en la captura de los datos para un mismo dispositivo remoto (p.60). Ver fig. Nº 12
SCADA
Maestra
Esclava A
Esclava B
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Figura Nº 12 Configuración de Comunicación Maestro- Esclavo
Fuente: http: http://es.scribd.com/doc/47376364/Manual-DPC3330.
Sistema Cliente- Servidor para un Sistema de Monitoreo y Control
Según Mazzei, A (2010) “Cuando se comunican dos programas, existen varias
posibilidades para establecer la conexión inicialmente. Una de ella es la utilizada aquí. Uno de los programas debe estar arrancado y es espera de que otro quiera conectarse a él. Nunca da “el primer paso” en la conexión. Al programa que actúa de esta forma se le como Servidor. Su nombre se debe a que normalmente es el que tiene la información que sea
disponible y la sirve al que se la pida. El otro programa es el que da el primer paso. En el momento de arrancarlo o cuando lo necesite, intenta conectarse al servidor. Este programa se denomina Cliente. Su nombre se debe a que es el que solicita información al Servidor . Por ejemplo el navegador de internet pide la página web al servidor de internet. El cliente y el servidor requieren de un set de convenios antes de que se preste el servicio y sea aceptado. Estos convenios contienen un protocolo que debe ser implementado en ambos extremos de la conexión. Dependiendo de la situación, el protocolo puede ser simétrico, donde cada lado puede ejecutar roles de maestro o esclavo, o asimétrico cuando cada lado es reconocido inmutablemente como maestro o esclavo. (p.33)”. Ver figura Nº 13
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Figura Nº 13 Nº 13 Configuración de Comunicación de Cliente- Servidor
Fuente: http://almazan-lolita.blogspot.com/2011_02_01_archive.html
Comunicación Punto a Punto (Peer to Peer)
Según Luna, (2008) Técnica que permite que cada dispositivo remoto conectado en red pueda iniciar una comunicación con cualquier otro. No existe una estación maestra, sino que, cada dispositivo remoto tiene que controlar su comunicación. comunicación. Por ejemplo en el campo de las redes de computadoras tenemos las redes Ethernet y Token Ring, que aunque no sean económicamente factibles para una aplicación en telemetría, conceptualmente son similares, pues los nodos remotos pueden comunicarse con otros, basado en un acceso arbitrario de un medio de comunicación compartido como el radio. La importancia de esta técnica para la telemetría está en que esta arquitectura permite que los dispositivos remotos intercambien data independientemente de la estación maestra que centraliza la información para el sistema SCADA. Esto particularmente amplía la confiabilidad en los sistemas de control distribuido (p.61). Ver Fig. Nº 14
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Figura Nº 14 Comunicación Punto a Punto
Fuente: http://www.voicetel.c http://www.voicetel.cl/internet/punt l/internet/punto_a_punto.html o_a_punto.html
Comunicación Serial
Luna, V (2008) Los datos lógicos en las computadoras se representan por bits (binary digits). El bit es una modelación, que se representa a través de un voltaje determinado. Cuando los bits deben enviarse dentro de la máquina o hacia el exterior, se transmiten a través de cables como niveles de voltaje. Los bits se agrupan en unidades que proporcionan un esquema lógico mayor. Por ejemplo, un byte (octeto) está formado por una serie de ocho bits. Estos ocho bits pueden ser ceros o unos indistintamente, son 28 = 256 combinaciones posibles. Un dispositivo serial utiliza un protocolo de comunicación que es estándar para casi cualquier PC. No hay que confundirlo con el bus serial universal (USB). La comunicación serial también es un protocolo de comunicación para instrumentación en muchos
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dispositivos. Además, se puede usar comunicación serial para adquisición de datos en conjunto con un dispositivo de muestreo remoto, que es para lo que básicamente se usará en el presente proyecto. El concepto de comunicación serial es simple. El puerto serial envía y recibe bytes de información un bit a la vez, de manera más lenta que en la comunicación paralela (la cual permite la transmisión entera de bytes de una sola vez). Sin embargo la comunicación comunicación serial, es más sencilla y se puede utilizar a distancias muchos mayores en comparación con la paralela. Por ejemplo, las especificaciones IEEE 488 para comunicación paralela definen que el cableado entre equipos no debe ser mayor de 20 m en total, con no más de 2 m entre dos dispositivos cualquiera; en comunicación serial pueden extenderse hasta 1200 m. Para la comunicación en serie se han establecido diferentes normas que especifican las características técnicas técnicas de la conexión. A continuación continuación algunas de ellas (p.17). Interfaz Serial Rs-232
Según Mora, D (2007) “Esta fue una de las primeras técnicas para transmitir datos
digitales sobre un medio físico. Hay dos tipos de comunicaciones comunicaciones digitales seriales: síncronas y asíncronas. En un transmisión sincronía los datos enviados un bit a continuación de otro por una línea que une la salida del transmisor, TXD, del un lado con la línea de recepción, RXD del otro lado. El transmisor y el receptor son sincronizados con una línea extra que trasmite pulsos de reloj que indican cuando un pulso es válido. La duración del bit está determinada por la duración de los pulsos de sincronismo, mas el uso de esta técnica implica la existencia de un cable extra para llevar la señal de reloj. En la transmisión asíncrona no se emplea una señal de reloj, más bien se utiliza una técnica que recurre a “encapsular” los datos con un bit de inicio y uno o dos bits de parada,
y así no es necesaria la línea extra de sincronismo. Pero encapsular con un bit de inicio y otro de parada los datos no es suficiente, hay otras reglas de transmisión sobre las que se deben poner de acuerdo el transmisor y receptor. Por
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ejemplo, mientras el estado de la línea esta en alto, el receptor deberá interpretar como que no existe transmisión y, por lo mismo, el canal de esta en modo de espera (idle). Cuando la línea de comunicación cambia de estado ( se recibe el bit de inicio), el receptor debe interpretar ese cambio como el comienzo de la transmisión. Antes de iniciar cualquier comunicación con el puerto RS-232 se debe determinar el protocolo a seguir. Esto debe ser hecho por el usuario quien debe decidir sobre: La velocidad de transmisión. El protocolo de control de flujo (RTS/CTS o XON/XONFF). Con RS232 se puede transmitir los datos en grupos de 5, 6,7, u 8 bits aunque los mas usados son 7 y 8 bits. La velocidad de transmisión (normalmente 9600bits por segundos para aplicaciones industriales) debe ser constante durante la transmisión de una trama para garantizar que los bits lleguen uno tras de otros en el momento correcto. Cualquier retardo provocaría una lectura incorrecta. Los bits de datos son enviados al receptor después del bit de inicio, el bit menos significativo es transmitido primero. Dependiendo de la configuración de la transmisión, un bit de paridad es enviado después de los bits de datos (p.18)”. El propósito de cada uno de
estos bits especiales se indica a continuación:
Bit de Inicio
Cuando el receptor detecta el bit de inicio sabe que la transmisión ha comenzado y es a partir de entonces que debe leer las l as señales de la línea a intervalos concretos de tiempo, en función de la velocidad de transmisión.
Bit de Paridad
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Con este bit se puede descubrir errores en la transmisión. Se puede dar paridad par o impar. En la paridad par, por ejemplo, ejemplo, la palabra de datos a transmitir se completa completa con el bit de paridad de manera que el número de bits 1 enviado sea par.
Bit de Parada
Indica la finalización de la transmisión de una palabra de datos. El bit de parada aplica a la transmisión Asíncrona ya que este modo de transmisión no existe sincronización. No es necesario enviar caracteres de relleno, pero hay que indicar cuándo empieza un dato y cuando termina. Esto se hace incluyendo en la transmisión señales de inicio y fin de dato (bits de "start" y "stop")--bits inicio y parada. La información (cada carácter) es enviada en el interior de un cuadro ("Frame") de tamaño variable, que comienza con la mencionada señal de inicio y termina con la de final. Ver fig. Nº 15
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Figura Nº 15 Pines de puerto serial RS-232
Fuente: http://cybertesis.upc http://cybertesis.upc.edu.pe/upc/2 .edu.pe/upc/2007/espinoza_ap/ 007/espinoza_ap/html/sdx/espinoza_aphtml/sdx/espinoza_apTH.5.html
Las especificaciones especificaciones del puerto serial están contenidas contenidas en el estándar EIA RS-232c Este estándar posee varias especificaciones, algunas generales son:
Un “espacio” (es un cero lógico) está entre los +3 volts y los +25 volts. Una “marca” (es un uno lógico) que está entre los -3 volts y los -25 volts.
La zona entre los +3 volts y los -3 volts no está definida. Un circuito abierto de voltaje no debe exceder los 25 volts con respecto a la tierra. Un circuito corto no debe sobrepasar los 500mA. La persona que maneja este tipo de circuito debe poder ser capaz de acceder a él sin poder dañarse Un máximo largo de 15 metros garantizando máximo de transferencia.
A continuación las funciones específica de cada pin en el cable serial RS-232. Ver Tabla Nº1
Tabla Nº 1 Función de los Pines del Formato RS232
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Fuente:
http://cybertesis.upc.edu.pe/u http://cyb ertesis.upc.edu.pe/upc/2007/espinoza_ pc/2007/espinoza_ap/html/sdx/espinoza_ ap/html/sdx/espinoza_apap-
TH.5.html
Puerto Serial de una PC
Según Mora, D (2007) “El puerto serial de una PC se rige por el estándar RS -232. Este
estándar fue empleado en los años 60 para comunicar un equipo terminal de datos, DTE (Data Teminal Equipment, en PC en este caso) y un equipo de terminal de comunicaciones de datos, DCE (Data comunication Equipment, habitualmente un MODEM) (p.21)”.
Para conseguir los niveles de voltaje correctos hay circuitos que dan soporte para convertir los niveles de voltaje TTL a RS-232 y viceversa.
63
El estándar especifica un conector DB-25 de 25 pines y que el conector DTE debe ser macho y el conector DCE hembra. Muchos de los 25 pines no son necesarios y solo se emplean las siguientes: Línea de transmisión de datos (TxD): línea por la que le DTE (PC) envía los datos. Línea de transmisión de datos (TxD): línea por la que le DTE (PC) envía los datos. DTE preparado (DTR): línea por la que el DTE (PC) indica al DCE (módem) que está activo
para comunicarse con el módem. DCE preparado (DSR): línea por la que DCE (módem) indica al DTE (PC) que está activo
para establecer la comunicación. comunicación. Petición de envío (RTS ): con esta línea el DTE (PC) indica al DCE (módem) que está
preparado para transmitir datos. Preparado para enviar (CTS): tras un RTS, el DCE (módem) pone esta línea en 1 lógico,
tan pronto como está preparado para recibir datos. Tierra: necesaria para que tenga lugar la transmisión.
Por esta razón en muchas PC modernas se utiliza el conector DB-9 macho. En la Tabla Nº 2 Y fig. Nº16, 17 a continuación se listan los pines con su respectiva respectiva numeración:
Tabla Nº 2 Descripción de pines en RS-232
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Fuente: Mora, D (2007)
Figura Nº 16 DB 25 Macho
Fuente: Mora, D (2007)
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Figura Nº 17 DB9 Macho
Fuente: Mora, D (2007)
RS-485
Luna, V (2008) El modelo RS-485 (Estándar EIA-485), permite características no previstas en el estándar RS-422. Mantiene ventajas del RS-422, al permitir velocidades de transmisión cercanas a 1 Megabit por segundo, así como longitudes de la línea de hasta 1200 metros. Además permite el alargamiento de la red en otros 1200 metros al insertar un repetidor RS485 en la línea. También tiene otra característica muy importante en ambientes industriales, puede soportar hasta 32 nodos (equipos emisores/receptores) conectados por cada segmento de red. Estos distintivos lo hacen muy adecuado para el trabajo al que fue diseñado, las aplicaciones industriales (p.18). Ver fig. Nº 18.
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Figura Nº 18 Pines de RS-485
Fuente: http://www.ni.com/white-paper/9595/en
Bases Legales
Según Arias (1997), las bases legales “comprenden un conjunto de conceptos y preposiciones que constituyen un punto de vista o enfoque determinado, dirigido a expresar el fenómeno o problema planteado” (p.41 ). Las normativas legales que respaldaran la investigación, le proporcionaran legalidad y sustentación al mismo, con el propósito de enmarcarlo dentro de la autenticidad de los sistemas eléctricos en general.
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En tal sentido, algunos organismos se encargan de programar y coordinar todas las actividades de normalización y calidad del servicio eléctrico en el país y fuera de él, donde se llevan a cabo la elaboración de normas por comités y técnicas de normalización, donde participan organizaciones gubernamentales y no gubernamentales relacionadas con el área específica. La Constitución de la Republica Bolivariana de Venezuela (1999) Gaceta O ficial N° 36.860 ,
las leyes orgánicas; y las gacetas g acetas gubernamentales. Ley Orgánica del Servicio Eléctrico (LOSE) , fue publicada en la Gaceta Oficial Nº 5.568 el
31 de Diciembre del 2001. Norma de Calidad del Servicio de Distribución Electricidad , fue publicada (Gaceta Oficial Oficial
N° 37.825 del 25 de noviembre de 2003).
Ley Orgánica del Servicio Eléctrico (LOSE) (2001) Gaceta Oficial Nº 5 .568
Artículo 2. El Estado velará porque todas las actividades que constituyen el servicio
eléctrico se realicen bajo los principios de equilibrio económico, confiabilidad, eficiencia, calidad, equidad, solidaridad, no-discriminación y transparencia, a los fines de garantizar un suministro de electricidad al menor costo posible y con la calidad requerida por los usuarios. Artículo 36 capítulo IV Numeral Nº 2. Prestar el servicio de manera continua, eficiente,
no discriminatoria y dentro de los parámetros de calidad y atención a los usuarios, de acuerdo a esta Ley y a la normativa que, a ese efecto, dicte la Comisión Nacional de Energía Eléctrica.
Norma de Calidad del Servicio de Distribución Electricidad (2003) Gaceta Oficial N° 37.825
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Artículo 20
La Calidad del Servicio Técnico prestado se evaluará considerando indicadores que reflejen la frecuencia y la duración total de interrupciones del servicio de electricidad. Será responsabilidad de La Distribuidora efectuar el levantamiento y registro de las interrupciones, la determinación de los correspondientes indicadores y el pago de las multas por incumplimiento a los Usuarios afectados. El registro de las interrupciones se deberá efectuar mediante un sistema de información, conforme a las especificaciones emanadas del Regulador. Reg ulador.
Sistema de Variables
Una variable es una cualidad susceptible de sufrir cambios. Un sistema de variables consiste, por lo tanto, en una serie de características por estudiar, definidas de manera operacional, es decir, en función de sus indicadores o unidades de medida. El sistema puede ser desarrollado mediante un cuadro, donde además de variables, se especifiquen sus dimensiones e indicadores, y su nivel de medición. Es importante dejar claro que la ausencia de hipótesis no implica la inexistencia de variables en la investigación. Según Buendía (2000) define Sistema de Variable como aquel que “permite generar un conjunto de preguntas de manera coherente, de allí que se le considere como un Sistema de Preguntas” (p. 42).
Ver cuadro Nº 8
69
Esta investigación se desarrolla bajo la modalidad de proyecto factible, definida por el Manual de Trabajo de Grado del Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño (2006) como una: “propuesta de un modelo funcional viable, o de una
solución posible de un problema de tipo práctico, con el objeto de satisfacer necesidades de un ente específico (institución, comunidad, grupo social, persona en particular, entre otros.)” (p. 30). En esta investigación se plantea la propuesta del desarrollo del Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagro 13.8 kv de la Subestación El Limón 115/13.8 kv en Redes de Distribución, la cual pretende solucionar la problemática planteada con el fin de satisfacer las necesidades de la empresa, que requiere el Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagro que reciba y opere a distancia desde el equipo hasta los Centros Operaciones de Distribución (COD) y Centro de Atención de Reclamos (CAR). Un proyecto factible propone un método viable para solucionar un problema de forma práctica satisfaciendo así las necesidades de un grupo social específico.
Tipo de Investigación Este estudio, debido a que busca proponer el Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagro 13.8 kv de la Subestación El Limón 115/13.8kv en la Empresa CORPOELEC, se apoya en una investigación de campo de carácter descriptivo. En cuanto a la investigación de campo, el Manual de Trabajo de Grado del Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño (2006) acota: “es el análisis sistemático de un determinado problema con el objeto de describirlo, explicar sus causas y efectos, comprender su naturaleza y los elementos que lo conforman, o predecir su ocurrencia” (p. 28).
Por ello, esta propuesta se apoyo en una investigación de campo, debido a que el investigador se traslado hacia el Circuito El Milagro 13.8 kv de la subestación El Limón 115/13.8 kv específicamente dentro de las instalaciones de la Universidad Central de Venezuela que es donde se encuentra instalado el Reconectador con el 70
objeto de observar, directamente el lugar de los hechos, los diferentes aspectos que circundan a la problemática estudiada mediante un proceso sistemático, riguroso y racional de recolección, tratamiento, análisis y presentación de datos, basado en estrategias que permitieron la recolección de datos directos de la realidad y la obtención de informaciones necesarias para realizar la presente investigación. De acuerdo con el criterio de Sabino, C (2003), la investigación descriptiva “radica en descubrir algunas características fundamentales de conjuntos homogéneos de fenómenos, utilizando criterios sistemáticos que permiten poner de manifiesto su estructura o comportamiento” (p. 25).
De esta manera, el investigador efectuó una revisión bibliográfica de diferentes materiales impresos escritos por diversos autores con el fin de ampliar sus conocimientos sobre el problema objeto de estudio. La conjunción de los conceptos antes citados, tienen una relación directa con la presente investigaci invest igación, ón, porque proporcionaron un u n marco metodológico viable para su ejecución. A su vez el investigador describió características y hecho relevantes de funcionamiento del sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8 KV de la subestación El Limón 115/13.8 115/13. 8 KV en redes de distribución de Corpoelec región 4 Zona Aragua.
Fases de la Investigación En esta parte se describirán las fases de la investigación, que sirvieron para analizar y diagnosticar la situación actual, los factores que intervienen en la misma, estudiar de forma breve las variables que intervienen en el problema de estudio, para así llegar a realizar un estudio de las alternativas de solución y proponer una solución viable al problema propuesto. Las cuales están descritas a continuación:
71
Fase I: Diagnóstico Etapa I: Diagnos I: Diagnosticar ticar de la Situación Actual de la Red de distribución eléctrica eléctrica con Reconectadores Automático
.
Se llevó a cabo mediante observación directa utilizando block de notas, cámara fotográfica, bolígrafos y lápiz en la cual consistió en ubicar las partes afectadas dentro del circuito El Milagro de la la Subestación El Limón, como las cargas del circuito, estadísticas de interrupciones, demanda máxima de cada salida y su hora pico, caída de tensión, este diagnostico se llevo a cabo por medio de encuesta con técnicos especializados, el cual arrojara también, las condiciones del reconectador automático para el resguardo de la calidad de servicio que se le ofrece a los usuarios y se registro en un cuestionario. También se llevo a cabo la recolección de información, análisis de datos y revisiones de manuales de los reconectadores así como de las normas de CADAFE en donde se ubico la flexibilidad operativa del mismo. Además se recopilo el cumulo de información que corresponden a las bases teóricas, legales y referenciales y también la verificación de los registro de falla de los reconectadores con su salida de la red de distribución de 13.8 KV, los mantenimientos y ajuste realizados. Etapa II: Estudiar Estudiar las Características Características y especificación especificación a través del IED (Dispositivo Inteligente Electrónico) del Reconectador automático en la Red de Distribución. Distribución.
Se Correspondió al estudio técnico del reconectador y el IED usado en la red de distribución del circuito El Milagro, estas consideraciones se tomaran en cuenta para la selección del dispositivo del sistema de monitoreo y control. Esta etapa, se analizó los datos para luego realizar la elaboración del diseño del sistema de monitoreo y control del circuito El Milagro por medio del reconectador automático se empleo la técnica de la observación directa y block de notas para dar a ,
conocer los elementos que componen el dispositivo inteligente electrónico.
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Etapa III: Diseñar III: Diseñar la configuración configuración del sistema de monitoreo y control para el Reconectador Reconectador automático automático de la red de distribució distribución n eléctrica.
Se la elaboro el diseño de un sistema de monitoreo y control para el reconectador automático en el circuito El Milagro de la Subestación de Distribución El Limón, en el cual se ejecutaran las pruebas para medir su efectividad y condición operativa. A su vez con el uso de herramientas de observación directa y en donde se utilizaron las computadoras, y el programa Visual Basic Express Edition 2008 para la elaboración del software que se utilizó por los operadores de Centro de Operación de Distribución y también de los sistema de comunicación que se utilizaron para la elaboración de la investigación. Etapa IV: Analizar Analizar las Prueba para el Diseño del Software Software de Sistema de Monitoreo Monitoreo y Control. Control.
Correspondió a las pruebas y verificación del funcionamiento del software del sistema de monitoreo y control, en ella se analizo los resultados del funcionamiento del software en conjunto con el sistema de comunicación empleado para la transmisión de información y datos entre el reconectador automático en línea en el circuito El Milagro y el operador del COD. Fase II: Alternativas de Solución
En el desarrollo de esta fase se evaluó varias alternativas de solución y se escogió la más acorde a las necesidades de la investigación. Fase III: Propuesta
De acuerdo a los resultados obtenidos se planteo la propuesta de Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagro 13,8Kv de la Subestación El Limón 115/13.8 Kv en Redes de Distribución de CORPOELEC ubicada en Maracay, Municipio Girardot, Estado Aragua.
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Operacionalizaciòn de las Variables Tal como indica Tamayo y Tamayo (2003): “se denomina variable un aspecto o
dimensión de un fenómeno que tiene como característica la capacidad de asumir distintos valores, ya sea cuantitativa o cualitativamente” (p. 109). Razón por la cual, la operacionalizaciòn de los objetivos se realiza de manera similar que cuando se trabaja con hipótesis, se establece claramente el tipo de información que se necesita para el logro de los mismos. Por ello, se considera que las variables de la investigación aparecen de manera explícita o implícita en los objetivos específicos que orientarán al estudio. La mejor manera de presentarlos fue a través de un cuadro de operacionalizaciòn de variables, el cual obligará al investigador a precisar estrategias metodológicas en función de los indicadores fuentes de información y estrategias de búsquedas que se derivaron directamente del análisis de las variables a estudiar. A continuación se presenta el cuadro de operacionalizaciòn de variables donde se describe el desarrollo de los objetivos y la descripción para la evaluación de cada uno de ellos tomando en cuenta las variables, los indicadores, las técnicas de recolección de datos y los instrumentos para evaluar cada uno de los objetivos que permitieron obtener los resultados de la misma. (Ver Cuadro Nº 9)
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Población y Muestra Población
Según Tamayo y Tamayo (2003). "Población es la totalidad del fenómeno a estudiar en donde las unidades de población poseen una o varias características en común, la cual se estudia y da origen a los datos de la investigación"(p.35). Para el desarrollo de la investigación el objeto de estudio es el diseño del sistema de monitoreo y control para el Reconectador del circuito El Milagro 13.8KV. El estudio se realizo en específicamente en CORPOELEC, en donde la población en estudio son los reconectadores automático en línea instalado en el Estado Aragua. Se tomó como población para el desarrollo de los objetivos de la investigación la cantidad de nueve (9) reconectadores que están operativos actualmente. Por lo tanto la población es de tipo finita ya que se conoce la cantidad de elementos que la conforman. Muestra Muestra
Según Sabino (2003), define como muestra “una parte de un todo que llamamos universo y que sirven para presentarlo, es decir, consiste en un número de sujetos que reúnen las mismas características de la población estudiada y por lo tanto representativa de la misma” (p. 104).
La muestra está constituida por aquellos elementos seleccionados con la intención de averiguar algo sobre la población del cual son tomados, es decir es el conjunto de individuos extraídos de una población con el fin de inferir, mediante el estudio de las características de toda la población. Es una parte de la población que se selecciona se mide y se observa. La población en estudio está integrada por nueve (9) reconectadores automáticos que están instalados y operativos en diferentes punto del Estado Aragua de los cuales se tomo
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como muestra (1) reconectador automático, es decir la muestra a medir es el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV. Por lo tanto la muestra es intencional.
Muestra Intencional Según Arias (1997), afirma “Los elementos son escogidos con base a criterios o juicios preestablecidos por el investigador” investigador” (p.18).
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos La técnica de recolección de datos se refiere al uso de una gran diversidad de técnicas y herramientas que pueden ser utilizadas por el analista para desarrollar los sistemas de información, los cuales pueden ser la entrevista, la encuesta, el cuestionario la observación directa, el diagrama de flujo entre otros. La técnica de recolección de datos, según Ramírez (1999), "Es la manera de recopilar datos que son necesarios para el desarrollo de la investigación, en el cual se emplearán diversas técnicas de recolección de datos"(p.39). En la presente investigación se tomaron en cuenta las siguientes técnicas de recolección de datos. La observación, la entrevista no estructurada, cuestionario. Observación Directa
Esta lo que busca es poseer información sobre, la situación
actual de la información técnica para cada circuito adscrito al sistema eléctrico y la actualización de los mismos. Como instrumento para el desarrollo de esta técnica se utilizó el block de notas y cámara fotográfica. Según Marcelo (2001). Define observación directa y participativa de esta forma "Es la que sirve para determinar que los datos extraídos son reales y que la investigación seria terminada” (p.44), es decir: la información primaria, por medio de
la cual el investigador puede captar todas las características y elementos que influyen en el proceso.
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Encuesta Encuesta
Consiste en una interrogación verbal o escrita que se les realiza a las personas con el fin de obtener determinada información necesaria para una investigación. Instrumentos Instrumentos de Recolecci Recolección ón de Datos
Toda técnica de recolección de datos cuenta con instrumentos específicos para su operacionalizaciòn. Bizquera (2000) explica que los instrumentos “son los diferentes
medios materiales que puede emplear un investigador para recoger y almacenar la información” (p. 85). Por lo tanto, el instrumento que se empleara para recolectar la información con la técnica observación directa fue la lista de observaciones, definida por Hernández, Fernández y Baptista (2003) como “un listado en donde se enumeran las diferentes observaciones obtenidas por el investigador” (p. 242).
Ahora bien, con respecto a las técnicas basadas en las herramientas estadísticas, los instrumentos recurridos fueron: Cuestionario
Según Tamayo y Tamayo (2003) “El cuestionario es el "instrumento formado por una serie de preguntas que se contestan por escrito a fin de obtener la información necesaria para la realización de una investigación. De esta definición, cabría aclarar que con la aplicación de este instrumento no puede obtenerse la información requerida en la investigación, es decir, no toda, sino sólo parte de la misma, ya que la totalidad de los datos requeridos en la investigación serán logrados aplicando las diversas técnicas y estrategias (fichas de investigación documental, de observación directa o indirecta, entre otros)”. (p. 208)
Según (1997) la Tormenta de Ideas es una herramienta de trabajo grupal que facilita el surgimiento de nuevas ideas sobre un tema o problema determinado. La lluvia de ideas es una técnica de grupo para generar ideas originales en un ambiente relajado. Esta herramienta fue ideada en el año 1941 por Osborne, cuando su
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búsqueda de ideas creativas resultó en un proceso interactivo de grupo no estructurado que generaba más y mejores ideas que las que los individuos podían producir trabajando de forma for ma independiente; dando oportunidad de hacer sugerencias sugere ncias sobre un determinado asunto y aprovechando la capacidad creativa de los participantes. Esta técnica permitirá deducir los factores que inciden de manera directa en la problemática mediante la participación del personal que se encuentra relacionado con el área sujeta a estudio. Es decir los trabajadores describirán aquellos factores que originan las fallas. Asimismo, (2000) utiliza los Indicadores Indicadores de Gestión , por ser todas las medidas utilizadas para determinar el éxito de un proyecto u organización y suelen establecerse por los líderes del mismo. Los indicadores de gestión son posteriormente utilizados continuamente a lo largo del ciclo de vida, para evaluar el desempeño y los resultados. Los indicadores permitieran evaluar distintos factores con respecto a la eficiencia y eficacia requerida, a fin de establecer el nivel en que se encuentran y de esta manera controlarlos.
Técnicas de Análisis De esta forma, Arias (1997) afirma que "El análisis de los datos es en el cual se definirán las técnicas lógicas (inducción, deducción, análisis, síntesis), o estadísticas descriptivas, que serán empleadas para descifrar lo que le revelan los datos que sean recogidos" (p.57). En este sentido para llevar a cabo esta tarea se tabularon y analizaron los datos de acuerdo a las dimensiones e indicadores de las variables expuesta en el cuadro de operacionalización desde la óptica cualitativa y cuantitativa. El análisis cualitativo consiste en expresar en forma verbal el aspecto o característica de un elemento, objeto o persona. Esta técnica fue usada para la observación directa, la entrevista no estructurada, la tormenta de ideas y los indicadores de gestión, ya que se expresaron parámetros de todos los elementos del diseño del Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagros de la Subestación El Limón Limón de CORPOELEC Región 4 Zona Aragua.
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El análisis cuantitativo consiste en expresar valores numéricos. En este sentido Sabino (2003) planteo sobre el análisis de datos cuantitativo lo siguiente: Este tipo de operación que se efectúa naturalmente, con todo la información numérica resultante de la investigación. Esta luego del procedimiento sufrido, se nos presentara como un conjunto de cuadros, tablas y medidas, a las cuales habrá que pasar en limpio calculando sus porcentajes y otorgándoles forma for ma definitiva. definitiva. (p.172) (p. 172) A su vez se utilizo la: Tabulación
Que según sabino (2003) define que consiste en determinar grupos, subgrupos, clases o categorías en los que puedan ser clasificadas las respuestas del cuestionario aplicado en la investigación, resumiendo los datos en tablas estadísticas. (p.36) De igual manera también se utilizo ut ilizo la: Gráficos Circulares
Sabino (2003) define estos gráficos como ver la distribución interna de los datos que representan un hecho, en forma de porcentajes sobre un total. Los gráficos circulares son adecuados para recalcar la magnitud relativa de los componentes del total. Consiste en dividir un circuito en sectores cuyas superficies sean proporcionales a las cantidades correspondientes a cada categoría. Dado que los sectores circulares dependen de su ángulo central, éstos se determinan estableciendo la proporcionalidad respecto a 360º, que es el ángulo de la circunferencia. (p.45) Y finalmente se empleo: Análisis de de Contenido Contenido
El cual sabino (2003) Se basa en su eficacia para analizar los contenidos mediáticos, con aplicaciones tan concretas como cuantificar el número y tipo de anuncios publicitarios emitidos en un medio audiovisual o publicado en un periódico. (p.56)
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Fase II. Las Alternativas de Solución .
La creación, actualizaciones y mejoramiento constante que existen en las empresas y en el mercado para un sistema de monitoreo monitoreo y control para el reconectador reconectador automático, llevan a las organizaciones a realizar proyectos y adquirir tecnología que garanticen el buen funcionamiento de las redes de distribución, para de esta manera mantener una empresa estable por tiempo prolongado y así poder solventar los problemas que existen actualmente para adquirir herramientas que ayuden al sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8 KV de la subestación El Limón 115/13.8KV, por ello se desarrollo una Matriz de Criterios que permite establecer las ventajas y desventajas de las dos alternativas planteadas que surgieron de las propuesta que la Gerencia de Distribución ha planteado a la junta Directiva de la Casa Matriz en Caracas. Ver cuadro Nº14 Cuadro Nº14 Matriz de Criterios
Alternativa Implementación del sistema SCADA, para el monitoreo de Reconectadores en Línea de Distribución 13.8KV.
Diseño de un sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8 KV de la Subestación El Limón 115/13.8 KV en Redes de Distribución de CORPOELEC Región 4 Zona Aragua.
Criterio Ventajas Desventajas Requiere poco personal para su Requiere gran inversión supervisión. inmediata. Mantiene monitoreado el Requiere capacitación del estado de la red de suministro personal que labora. eléctrico. Requiere configurar los equipos Permite realizar programas de a las diferentes condiciones de mantenimiento programado. los circuitos. Disminuye el tiempo de Requiere para su operaciones y de implementación inicial corte interrupciones del suministro eléctrico para la instalación de equipos de maniobras y registro. Fácil adquision y costo Requiere la configuración de favorable. los equipos de comunicación a Cuenta con soporte técnico. las diferentes condiciones de La empresa puede adquirir la los circuitos asociados. tecnología. Reduce el tiempo de respuesta. Soluciona los problemas actuales en corto plazo.
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Datos Obtenidos de CORPOELEC. (2012) Mediante el análisis de la matriz de criterios se muestran las ventajas que ofrecerían alguna de las dos alternativas donde fue tomando en consideración la segunda alternativa la cual se sustenta en la Propuesta de un Diseño de un sistema de monitoreo y control para el reconectador reconectador del circuito El Milagro 13.8 KV. Fase III: Propuesta
Presentación de la Propuesta
La creación del Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagro 13.8KV de la Subestación El Limón 115/13.8 KV en Redes de Distribución de CORPOELEC Región 4 Zona Aragua, partió de la evaluación del comportamiento de los procedimientos necesarios para operar la red de distribución en media tensión 13.8KV, y se determino las necesidades y su actuación en los años venideros. Con los datos obtenidos, se realizo la propuesta que llevo a diseñar los procedimientos para sacar mayor provecho de los recursos existentes y dar solución a la problemática que se presenta, en la red distribución en este eje del estado. Esto implica mejorar en forma significativa las condiciones condiciones de operación del sistema, la calidad y continuidad de servicio eléctrico.
Objetivos de la Propuesta
La propuesta es factible debido que optimiza los recursos materiales, humanos, financiero, disminuyendo las interrupciones por causas ya mencionadas, permitiendo la localización asertiva de las fallas, además se evidencia la necesidad de ejecutar mantenimiento periódicamente. Implementando un Plan Estratégico sería aplicable a todos las redes de distribución de CORPOELEC Zona Zona Aragua, con el fin fin de obtener resultados a corto plazo como la reducción de las ocurrencias de interrupciones permitiendo así, disminuir los los índice de los indicadores indicadores que evalúan la calidad del servicio servicio técnico,
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aumentando la continuidad y confiabilidad del servicio prestado a usuarios del sistema eléctrico. Objetivo General
Elaborar el Diseño de un Sistema de Monitoreo y Control para el Reconectador del Circuito El Milagro 13.8 KV de la Subestación El Limón 115/13.8 KV en la Red de Distribución de CORPOELEC Región 4 Zona Aragua. Objetivos Específicos
Diseñar la configuración del sistema de monitoreo y control para el Reconectador automático de la red de distribución eléctrica. Analizar las Pruebas para el Diseño del Software de Sistema de Monitoreo y Control.
Justificación El problema anterior implica una solución inmediata, ante la problemática de desarrollar el sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV. Se hace necesario poseer el diseño del sistema de monitoreo y control ya que esta herramienta hace posible un mayor despliegue de la información y por lo tanto mayor control de los reconectadores que están operando en la red de distribución, lo que permite disminuir los tiempos de atención de reclamos técnicos que el centro de operaciones de distribución recibe de las llamadas de los usuarios afectados. El diseño del sistema de monitoreo y control de reconectador del circuito El Milagro 13.8KV ofrece una alternativa para una mejor operatividad en la red de distribución, debido a que permiten una mayor continuidad, confiabilidad y seguridad, traducido esto en calidad de servicio, adaptado a las exigencias de la ley de servicio eléctrico. El sistema permite la comunicación en forma remota de los eventos de monitoreo, control y verificación de parámetros. De igual forma el C.O.D.A tendrán una información precisa de las fallas ocasionadas en la red, generando la disminución en los tiempos de interrupción, y manteniendo un historial
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del evento que señalice el equipo en tiempo real, indicando posibilidades de mantenimiento preventivo o correctivo del circuito. Alcance Esta investigación se encuentra enmarcada en el área del Centro de Operaciones de Distribución Aragua, para el monitoreo y control del reconectador del circuito El Milagro 13.8KV de la subestación El Limón 115/13.8KV; en ella se desarrollara todo los parámetros necesarios para el funcionamiento del mismo, la cual es lograr el control a distancia y la medición remota de magnitudes físicas hacia el Centro de Operaciones de Distribución Aragua. Este diseño optimizara el proceso de operaciones eléctricas de los circuitos de la red de media tensión de CORPOELEC Zona Aragua, además de reducir el tiempo de interrupción y aumentar la confiabilidad del servicio prestado. Por otro lado, la propuesta permitirá mediante un entorno grafico visualizar cada uno de los circuitos que tengan instalados reconectadores automáticos los cuales a futuro podrán ser incluidos, para ello se recomienda crear a futuro una base de datos mediante un sistema cliente-servidor la cuales se podrán anexar los diferentes reconectadores que esta instalados en la Zona Aragua y mediante el protocolo de comunicaciones se podrán visualizar a través de una conexión a internet desde cualquier computador a través del país. En la etapa II de la propuesta, las pruebas se realizaron en base a los enlaces de comunicaciones, comunicaciones, ya que la empresa CORPOELEC CORPOELEC Zona Aragua debe gestionar el contrato de servicio para comunicaciones GSM con plataforma GPRS con una operadora que preste ese servicio. En esta propuesta no se tomara en cuenta el análisis costos y se debe a que CORPOELEC es una empresa del estado y la obtención de ganancias para el inversionista no es el principal objetivo, sino la inversión eficiente del dinero disponible para obtener beneficio para el mayor número de suscriptores suministrándoles un servicio eléctrico confiable, continuo y de calidad.
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La justificación fundamental de los proyectos públicos radica en la premisa de brindar servicios que proporcionan bienestar social y además que esta establecidos en la Ley Orgánica de Servicio Eléctrico en el Artículo 36 capítulo IV Numeral Nº 2. Desarrollo de la Propuesta De los resultados obtenidos por el estudio realizado inicialmente en el proyecto, surge la planificación de actividades a seguir en el desarrollo de la propuesta para la construcción de una manera eficaz en función de las necesidades necesidades identificadas. A continuación se presenta la propuesta, con la misma el investigador pretende solventar la problemática existente anteriormente y de esta manera darle cumplimiento a los objetivos trazados para tal fin. Durante la elaboración de la propuesta se realizo un levantamiento de datos con el fin de obtener información actualizada sobre las condiciones de la red eléctrica de media tensión del reconectador del circuito El Milagro 13.8KV, para así poder interpretarlo de manera adecuada y comenzar así la solución del problema. Etapa I: Diseñar la configuración del sistema de monitoreo y control para el Reconectador automático de la red de distribución eléctrica.
En esta etapa se describen todos los requerimientos técnicos tanto de software como de hardware que deben ser cumplidos por los equipos, para configurar que entorno gráfico se elaboro para el diseño del sistema de monitoreo y control para el reconectador automático del circuito El Milagro 13.8 KV. Para el diseño se utilizo el servidor OPC está basado en especificaciones de Windows como OLE (Object Linking & Embedding), COM, DCOM, entre otras, las cuales están orientadas para la implementación de sistemas distribuidos. La idea consiste en implementar una interfaz común para enlazar los datos provenientes de los dispositivos, con las aplicaciones de software. La tecnología OPC se implementa en base a la arquitectura cliente/servidor. Generalmente el servidor está “asociado” con la aplicación de Windows y el cliente con el
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driver del hardware externo. El cliente solicita o llama al servidor, y el proceso de comunicación básicamente consiste en la codificación y decodificación de los datos para el traspaso de datos entre el cliente y el servidor. Para el intercambio de datos establecidos como tags en la base de datos del OPC se utilizo el SERVER DNP 3.0 y el COMMSERVER, COMMSERVER, para la aplicación tipo cliente del OPC, OPC, en este proyecto se configuraron configuraron las pantallas graficas graficas con el programa Visual Basic 2008 2008 Express, se utilizó el archivo OPCDAAuto.dll, mientras que para la aplicación con el COMMSERVER de Telus se emplea el archivo sockcliente.dll. Ver figura Nº 27, 28,29.
Figura Nº 27 Nº 27 Diseño de Monitoreo y Control para Reconectadores de Distribución
Fuente: El Autor (2012)
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Figura Nº 28 Nº 28 Diseño de Monitoreo y Control para Reconectadores de Distribución Zona
Aragua. Fuente: El Autor (2012)
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Figura Nº 29 Nº 29 Diseño de Monitoreo y Control para par a Reconectador del Circuito El Milagro
13.8KV Fuente: El Autor (2012) Para el desarrollo se estableció una arquitectura de trabajo donde se tomaron en cuenta los siguientes aspectos: Antes de desarrollar el diseño se debe configurar el software que está basado un servidor OPC la cual es una tecnología que implementa en base a la arquitectura cliente/servidor el cual está basado en un sistema maestro-esclavo en donde varios “esclavos” pueden reportar a un “Maestro” el cual es responsable de interrogar por toda la
data y de interpretar todas las respuestas provenientes de los diferentes dispositivos esclavos. Ver figura Nº 30, 31.
Figura Nº 30 Nº 30 Arquitectura de Trabajo del Diseño de Monitoreo y Control con Servidor OPC
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Fuente: El Autor (2012)
Figura Nº 31 Nº 31 Arquitectura de Trabajo de Sistema Maestro-Esclavo Maestro -Esclavo con CommServer
Manual de Usuario Noja 718-03 Dentro de la configuración del sistema maestro se tomaron en cuenta los siguientes aspectos: PC (Aplicación y/o Software) Equipos de comunicaciones comunicaciones Base de datos (servidor) Cuando se menciona PC se debe tomar en cuenta que software se utilizo para el sistema de monitoreo y control fue el programa Telus proveniente de la firma Noja Power responsable del control de los reconectadores automáticos las cuales se utilizaron el sistema operativo Windows 7 de la Firma Microsoft que está instalado y también el servidor OPC. Dentro del los equipos de comunicación se menciona que se tomo en cuenta la comunicación comunicación por radio modem GSM/GPRS.
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En la base de datos se configuró la información disponible del reconectador automático del circuito El Milagro 13.8KV; para ello se utilizo la información que contiene el programa Telus en donde ella están almacenados los datos de los diferentes reconectadores instalados en las redes de distribución. Dentro de la configuración del sistema esclavo se tomo en cuenta los siguientes aspectos: Dispositivo Inteligente Electrónico (IED) Equipo de comunicación Aplicación (Software Programa Telus) En el sistema monitoreo y control el Dispositivos Inteligente Electrónico es el relé control RC 01ES en donde está instalado el MPM del reconectador automático, el mismo cuenta con funciones de medición, protección y puertos de comunicaciones para el establecimiento de comunicaciones. comunicaciones. El equipo de comunicación se menciona que se tomo en cuenta la comunicación por radio modem GSM/GPRS. La aplicación para el sistema de monitoreo y control fue el programa Telus remoto responsable del control de los reconectadores automáticos instalados en la redes de distribución eléctrica. En la siguiente figura Nº 32 se visualiza el esquema del sistema de monitoreo y control con la arquitectura de un sistema maestro-esclavo en ella esta definidos los diferentes equipos de comunicaciones. comunicaciones.
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Figura Nº32 Esquema del Sistema de Monitoreo y Control con la Arquitectura de un Sistema
Maestro-Esclavo Manual de Usuario Noja 718-03
Antes que todo se debe establecer el protocolo de comunicaciones entre el sistema maestro para que puedan intercambiar información con el sistema esclavo; esto se establece para las conversaciones necesarias entre ambos sistema sea exitosa, así como también una trayectoria normal de comunicaciones. El protocolo debe asegurarse que exista una comunicación sin errores y velar porque existan mecanismos para salir de situaciones anormales con mínimo impacto sobre los usuarios. El software CommServer, el servidor OPC y el MPM operan con dos protocolos de comunicaciones comunicaciones que interactúan en los sistemas de redes en donde el protocolo Distributed Network Protocol 3.0 (DNP 3.0), y Modbus son soportados con el concepto de protocolos de capas basados en el modelo modelo de referencia referencia OSI. Generalmente un sistema sistema de monitoreo y control utiliza hasta las cinco primeras capas de las sietes que conforman el modelo OSI.
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Analizando las características de cada protocolo se escogió la más adecuada es el protocolo DNP 3.0 porque ofrece mayor capacidad para manejar dispositivos de más de 65000 dispositivos con direcciones diferentes, además que provee comunicaciones entre punto a punto y maestro-esclavo, además de ser un protocolo de capas, es decir las confirmaciones al nivel de la capas de enlace y/o capa de aplicación garantiza la alta integridad en la información, aunado a esto vale la pena mencionar los costos en cuanto a instalación, tarifas y mantenimiento del canal de comunicación que influye también en la selección de una buena plataforma de comunicación para el sistema de monitoreo y control del reconectador del circuito El Milagro 13.8KV. En el siguiente Cuadro Nº 15 se establecen la configuración basado en el modelo de referencia OSI mediante el protocolo DNP 3.0 Cuadro N° 15 Sistema de Monitoreo y Control Basando en la Capas OSI Mediante el Protocolo DNP 3.0 Sistema Maestro
Sistema esclavo
Capa de Aplicación
Capa de Aplicación
Programa Telus/ CommServer/ OPC
Programa Telus Remoto
Capa de Presentación
Capa de Presentación
No aplica
No aplica
Capa de Sesión
Capa de Sesión
No aplica
No aplica
Capa Transporte
Capa Transporte
TCP/IP y UDP/IP(para redes Ethernet) Etherne t) no aplica
No aplica
Capa de Red
Capa de Red
No aplica
No aplica
Capa de enlace de datos
Capa de enlace de datos
Radio modem GSM/GPRS
Radio modem GSM/GPRS
Capa Física
Capa Física
Radio modem GSM/GPRS
Radio modem GSM/GPRS
Fuente: El Autor (2012)
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Capa de Aplicaciones
Esta capa corresponde a la capa más alta y es la que realmente define el propósito del mensaje, es decir, se configura el tiempo de inactividad que es el tiempo que se usa para detectar cuando no hay transmisión o actividad de recepción y también bloque máximo de tamaño para transferencia de archivo archivo que es el tamaño máximo de datos datos de bloque en en bytes utilizados para el archivo de transferencia, para ello utilizo en el sistema maestro los programa de Telus de la firma Noja Noja Power en conjunto con el el programa CommServer y el servidor OPC es la encarga de controlar el sistema de monitoreo y control del reconectador automático. Ver figura Nº 33,34.
Figura Nº 33 Pantalla de Configuración de la Capa de Aplicación del CommServer del
Programa Telus Remoto. El Autor (2012)
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Figura Nº 34 Pantalla de Configuración de la Capa de Aplicación del Servidor OPC. OPC.
El Autor (2012) En el sistema esclavo utilizamos el programa Telus que tienes incorporado el IDE del relé RC 01ES que está instalado el MPM del reconectador automático y se le configura los siguientes pasos. Ver figura Nº 35.
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Figura Nº 35 Configuraciones de la capa de aplicación del MPM del reconectador
automático. Manual de Usuario Noja 533-09 Capa de Enlace
La capa de enlace de datos proporciona una transmisión fiable de datos a través del medio físico. Las funciones que ofrece la capa de enlace son las siguientes: Dirección de maestro Modo de confirmación Tiempo de esperar de confirmación Reintentos máximo Máximo tamaño de la trama de mensajes.
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Esta capa de enlace se utiliza como medio comunicación entre la capa de física. En la figura Nº 36, 37, 38 se muestra la configuración de la capa de enlace del CommServer del programa Telus y del Servidor OPC.
Figura Nº 36 Configuraciones de la Capa de Enlace del CommServer del `Programa
Telus.
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Figura Nº 37 Configuraciones de la Capa de d e Enlace del Servidor OPC.
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Figura Nº 38 Configuraciones de la Capa de Enlace del d el Servidor OPC. OPC.
Capa Física
El nivel físico es el medio físico sobre el cual se transmite el protocolo. El elemento de datos a este nivel es esencialmente el bit, es decir, tiene que ver con la forma de pasar un poco de datos a la vez a través de los medios físicos. Comúnmente, DNP 3.0 se especifica sobre una capa física serial simple tal como RS−232 o RS−485 usando medios físicos de
comunicaciones comunicaciones tales como fibra, radio o satélite.
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En la siguiente figura Nº 39, 40,41 se muestra la configuración de la capa física donde se indica se utilizo como medio físico para la transmisión de datos el Radio Modem GSM.
Figura Nº 39 Configuraciones de la Capa de física f ísica del CommServer del Programa Telus.
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Figura Nº 40 Configuraciones de la Capa de física f ísica del Servidor OPC.
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Figura Nº 41 Configuraciones de la Capa de física f ísica del Servidor OPC. OPC.
Las características por la cual utilizamos el protocolo DNP 3.0 en el sistema de monitoreo y control es porque le permite que el operador del sistema, sea capaz de enterarse de eventos de ocurrencia muy cercana en el tiempo (diferencia de milisegundos), y de saber con precisión cuál fue el primer eventos en generarse, lo que permite realizar análisis más fidedignos en casos de fallas en redes de distribución.
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Para comprender mejor la funciones de las capa dentro del protocolo DNP 3.0 estableceremos figura Nº 42 un esquema de las funciones que se realizara para la correcta operación del sistema de monitoreo y control.
Figura Nº 42 Esquema de comunicación de operación del sistema de monitoreo y control.
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Etapa II: Analizar las pruebas para el diseño del software del sistema de monitoreo y
control.
Para la etapa II de la propuesta, las pruebas se realizaron en base a los enlaces de comunicaciones, ya ya que la la empresa CORPOELEC Zona Aragua debe gestionar el contrato de servicio para comunicaciones GSM con plataforma GPRS con una operadora que preste ese servicio. servicio. Ver figura Nº43
Figura Nº 43 Enlace de Prueba de Comunicaciones entre la Estación Maestra y el circuito El
Milagro del sistema de monitoreo y control. control . Fuente: El Autor (2012)
En esta prueba se realizan las prueba de comunicaciones entre ambos radio modem GSM/GPRS en ella se utilizan los llamados comando AT que son utilizados para controlar a los módems GSM/GPRS, a través de su interfaz RS232, se utilizan a través de las computadoras. Estos comandos AT extendidos están
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definidos en las normas GSM. Con los comandos AT extendidos, se pueden hacer cosas como: Detección automática del enlace del módem a la red GSM. Envío y recepción de mensajes SMS (Short Message Service). Seguimiento de la intensidad de la señal en la red GSM. Marcado, o recepción de llamadas de audio ya sea a (ó de) teléfonos móviles ó locales. · Lectura, escritura y búsqueda de datos del directorio de contactos. Debido a la simplicidad de su protocolo serial de comunicaciones, los módems GSM no requieren de ningún driver para la conexión a la computadora. Una vez conectado a través de un cable serial ó un cable de interfaz USB-Serial (el cable sí requiere de un driver para funcionar), el módem puede controlarse enviando los comandos AT, que no son otra cosa que cadenas (strings) de códigos ASCII. Esto permite realizar pruebas preliminares de comunicaciones entre ambos radio modem GSM/GPRS, el software utilizado fue Hyperterminal que se incluye como parte de los sistemas operativos Windows. Ver figura Nº 44,45.
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Figura Nº 44 Enlace de Prueba de Comunicaciones entre la Estación Maestra y el Circuito
El Milagro del sistema de monitoreo y control. Fuente: El Autor (2012)
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Figura Nº 45 Enlace de Prueba de Comunicaciones entre la Estación Maestra y el Circuito
El Milagro del sistema de monitoreo y control. Fuente: El Autor (2012)
Estudio de Factibilidad Factibilidad se refiere a la disponibilidad de los recursos necesarios para llevar a cabo los objetivos o metas señalados, la factibilidad se apoya en 3 aspectos básicos: Técnico, Económico, Eco nómico, Operativo. El E l éxito de un proyecto está determinado por el grado de factibilidad que se presente en cada una de los tres aspectos anteriores. El Estudio de Factibilidad sirve para recopilar datos relevantes sobre el desarrollo de un proyecto y en base a ello tomar la mejor decisión, si procede su estudio, desarroll desarro lloo o implementación. Factibilidad Técnica .
La Factibilidad Técnica consistió en realizar una evaluación de la tecnología existente en la organización, este estudio estuvo destinado a recolectar 107
información sobre los componentes técnicos que posee la organización y la posibilidad de hacer uso de los mismos en el desarrollo del d el sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV de la subestación El Limón 115/13.8KV, así como también de los requerimientos tecnológicos que deben ser adquiridos para el desarrollo y puesta en marcha del diseño de monitoreo y control en cuestión. Así mismo la propuesta es técnicamente factible, porque CORPOELEC como empresa de servicio eléctrico debe suministrar un optimo servicio a través del sistema de distribución de energía eléctrica, motivado a que dicha corporación es del servicio público, por lo que debe verificar y mejorar todas y cada una de las condiciones de operación del sistema de distribución, desde la fuente hasta el punto de entrega del servicio. Para llevar a cabo la presente propuesta, CORPOELEC por medio de sus planes de inversión posee los recursos necesarios para llevar a cabo la proposición planteada, conjuntamente con el personal persona l técnicamente preparado para realizar todas las operaciones de instalación, puesta en servicio y mantenimiento atendiendo a las normas y leyes sobre las instalaciones, según reglas técnicas y de seguridad en el trabajo. Factibilidad Económica
La factibilidad económica del diseño de monitoreo y control del reconectador automático del circuito El Milagro 13.8KV se determinaron los recursos para desarrollar o implementar y de una manera más precisa las bondades del diseño de monitoreo y control, haciendo una evaluación donde se puso de manifiesto el equilibrio existente entre los costos intrínsecos intrínsecos y los beneficios beneficios que se derivaron de éste, lo cual permitió observar de una manera más precisa las bondades de la herramienta propuesta. Se refiere a la disposición monetaria para enfrentar los posibles costos de la investigación desarrollos o implementación que pueden ser ocasionados por la propuesta asegurándose de esta manera que no es obstaculizada por este factor y garantice la adquisición de recursos que la empresa por alguna razón, no posee.
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La investigación investigación se consideró económicamente factible, factible, debido a que la empresa empresa CORPOELEC posee los recursos económicos necesarios para la implementación implementación del diseño de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV, por lo que se puede afirmar que económicamente eco nómicamente es un proyecto Factible. Por lo antes expuesto, refleja que el investigador tiene el apoyo de la organización que es el mayor interés del Departamento de Mantenimiento Especializado así como también beneficiar al Centro de Operaciones de Distribución Aragua (CODA) para el control y monitoreo a distancia de dicho reconectador. Factibilidad Operativa
Se refiere a todos aquellos recursos donde interviene algún tipo de actividad (Procesos), depende de los recursos humanos que participen durante la operación de la propuesta. Durante esta etapa se identifican todas aquellas actividades que son necesarias para lograr el objetivo y se evalúa y determina todo lo necesario para llevarla a cabo. El departamento y el resto del personal ligado a la problemática presentada, se encuentra en total disposición de colaborar con la recolección de información requerida para el desarrollo del diseño de monitoreo y control. En vista de los beneficios que aportará el diseño de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV , se puede decir que la investigación en estudio resulto operativamente factible, ya que las configuraciones planteadas, se rigen por los criterios de la organización y del departamento, además, la misma se desarrolló dentro de la organización y el grupo de trabajo,
no se requirió la
contratación de personal especializado para el manejo del diseño del sistema de monitoreo y control, ya que este se podrá visualizar a través del programa visual Basic Express 2008 que sirve como una herramienta dinámica para los operadores del Centro de Operaciones de Distribución Aragua.
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Análisis Costo - Beneficio Toda propuesta que se realiza se basa en un estudio para determinar los costos así como también los beneficios potenciales que ofrece la puesta en marcha. El desarrollo de diseño del sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV implica una serie de gastos, los cuales pueden cuantificar y relacionarlos directamente con los beneficios que aporta la propuesta esta relación es establecida a través de un análisis costo beneficio que es realizado y presentado a la institución. Los costos y beneficios pueden ser tanto de naturaleza tangibles (cuantificables) como intangibles (no cuantificables), esta propuesta se ha realizado en función de los recursos disponibles relativo al factor humano e informativo, así como también las inversiones de plataformas de hardware o software y personal. El análisis costo no se tomara tomara en cuenta, hay que tener presente que CORPOELEC CORPOELEC es una la empresa del estado y la obtención de ganancias para el inversionista no es el principal objetivo, sino la inversión eficiente del dinero disponible para obtener beneficio para el mayor número de suscriptores suministrándoles un servicio eléctrico confiable, continuo y de calidad. Costos Tangibles
Pueden identificarse fácilmente, son resultado de deficiencias del proceso, problemas con materiales, calidad, horas extras, entre otros. Son los costos que usualmente contabilizamos, pues no requieren mayor esfuerzo y por su naturaleza se reflejan de inmediato en nuestras operaciones. Costos de Desarrollo
Son aquellos que involucran los gastos del análisis, diseño y desarrollo de la propuesta. Se puede decir que son aquellos gastos mensuales de material, equipo, usuario involucrado en las actividades de análisis y diseño, puesta en marcha del diseño del sistema de monitoreo y control.
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Costos de Adquisición de Hardware
Representa los costos relacionados con la adquisición de los equipos y dispositivos necesarios, para desarrollar el sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV. La empresa CORPOELEC cuenta con el hardware donde se utilizaron dos equipos radio modem GSM/GPRS de la marca Four-Faith modelo F1103 para la realizaron de las pruebas de comunicaciones, por lo tanto no amerita la adquisición de ningún dispositivo adicional, por lo que el costo se hace nulo. Costo de Adquisición de Software
Son los costos devengados por la adquisición de software necesario para desarrollar plenamente el diseño del sistema de monitoreo y control. Para el presente proyecto no se efectuaron gastos por la adquisición de software, ya que se utilizaron software de pruebas para el desarrollo del sistema de monitoreo y control. La empresa CORPOELEC debe adquirir las licencias del software empleados, para la implementación del sistema de monitoreo en un futuro. Costos de Recursos Humanos
Está relacionado con la remuneración y beneficios percibidos por las personas involucradas en el desarrollo del diseño del sistema de monitoreo y control. Se puede determinar que los costos de los recursos humanos para las personas involucradas en el desarrollo de este proyecto se hacen nulos ya que es personal que labora en la misma empresa. Cuadro 16 Costos de Recursos Humanos. Descripción de Recursos Humanos
Meses
Desarrollo del Diseño
3
0,00
Adiestramiento y capacitación del personal
2
0,00
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Monto (Bs.)
Total Costos de Recursos Humanos
0,00
Costos de Personal
Está relacionado con el sueldo y beneficios percibidos por las personas involucradas en la ejecución de de los procesos tanto en el proceso actual como en el propuesto, por ser el mi smo personal que está involucrado con la ejecución de este proyecto, este es un gasto que está contemplado por la empresa por lo tanto su costo es nulo. Ahora se presenta el cuadro final de la relación general. Cuadro 17 Total Costos de Desarrollo. Tipo de Costo
Monto (Bs.)
Total Costo de Adquisición de Hardware
0,00
Total Costo de Adquisición del Software
0,00
Total Costo de Recursos Humanos
0,00
Total Costo de Personal
0,00
Total Costos de Desarrollo
0,00
Beneficios Tangibles Estos representan las ventajas cuantificables que se obtienen de la propuesta. Son los que obtiene la empresa a través del uso del sistema propuesto. El diseño de un sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro trae consigo diversos beneficios, tales como, se podría disminuir los Tiempo de Atención de Reclamos (TAR) parámetro de gestión técnica que maneja la gerencia de
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distribución de CORPOELEC para medir la atención de los reclamos técnicos que el Centro de Operaciones de Distribución recibe de las llamadas de los usuarios afectados. Esto representa un ahorro significativo para la empresa CORPOELEC Región 4, ya que aplicando el diseño de de un sistema de monitoreo y control control se podría reducir el tiempo de duración de la falla, debido a que el personal podrá tener la ubicación directa de la falla en tiempo real. Cabe destacar que CORPOELEC es una empresa encargada de prestar un servicio público a la comunidad, lo cual hace que en muchos de los casos no pueda recuperar r ecuperar la inversión de un proyecto. Beneficios Intangibles Estos comprenden aquellos beneficios que no se pueden cuantificar y que están representados por la satisfacción de los usuarios conectados a la red de la subestación El Limón específicamente en el circuito El Milagro, al poder contar con un servicio que satisface sus necesidades. Por otra parte, se puede mencionar el beneficio que obtiene la empresa al contar con un diseño de un sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8 KV hace que CORPOELEC Región 4 Zona Aragua, podrá alcanzar un mayor prestigio debido a que brindará un mejor servicio para la l a comunidad.
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CONCLUSIONES CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones Para el desarrollo de esta investigación se realizo un análisis de los requerimientos en el Centro de Operaciones de Distribución Aragua (C.O.D.A.) y del departamento de Mantenimiento Especializado de la empresa CORPOELEC, el cual pretende que con la implementación del diseño del sistema de monitoreo y control del reconectador del circuito El Milagro 13.8KV de la subestación El Limón 115/13.8KV, pueda ejercer mayor control sobre la red de distribución en tiempo real, permitiendo operar el mismo de forma remota, los cuales nos ofrecería obtener todos los parámetros eléctricos más relevantes, con el fin de analizar casos de fallas evaluar la calidad de energía ofrecida y ofrecer un servicio de optima calidad a los usuarios.
En vista de ello el investigador luego de analizar esta problemática y en búsqueda de satisfacer las necesidades de la institución propone la realización de un diseño de un sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV de la subestación El Limón 115/13.8KV en redes de distribución de CORPOELEC Región 4 Zona Aragua. En el orden de ideas, la propuesta hace disminuir significativamente las fallas ocurridas en el mencionada circuito; lo que mejoraría el Tiempo Total de Interrupciones (TTI), y además disminuir los Tiempos de Atención de Reclamos (TAR) son parámetro de gestión técnica que maneja la gerencia de distribución de CORPOELEC para medir la atención de reclamos técnicos que el Centro de Operaciones de Distribución recibe de las llamadas de los usuarios afectados. Con la implementación del del diseño de monitoreo y control se logrará agilizar el proceso proceso en la ejecución de las maniobras del circuito en la red de media tensión, contando con la información al día y proporcionarla al momento que se desee resguardando la información,
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ofreciendo una serie de resultados que permitirá apreciar las mejoras en todos los aspectos a los cuales apoya esta nueva aplicación. Finalmente se realizo un estudio sobre los beneficio, demostrando de esta manera la rentabilidad de la inversión del proyecto, indicando que si se implementa el sistema de monitoreo y control se reducirá el tiempo de interrupción, lo que aumentara la confiabilidad confiabilidad del usuario a la empresa, además de resolver una de las más grande fallas que fueron detectados en el diagnóstico, aportando mejoras en el desarrollo de los procesos y reducción de tiempo de trabajo. Los beneficios brindados por esta investigación se pueden clasificar tanto tangibles como intangibles, ya que los mismos son perfectamente cuantificables y, así mismo, otros que aunque no puedan medirse en números muestran un ambiente laboral más agradable, ya que tendrán la información información en tiempo real real de la red de distribución distribución a través de una herramienta dinámica que con un solo clic le mostrara todo lo necesario para poder ejecutar las operaciones de monitoreo y control del reconectador automático, además de tener una visualización grafica, grafica, lo que hace que el personal involucrado involucrado pueda ejecutar las maniobras con mayor facilidad y seguridad.
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Recomendaciones
Luego de definir las acciones referentes al diseño del sistema de monitoreo y control para el reconectador del circuito El Milagro 13.8KV y de mejorar las operaciones en el área del Centro de Operaciones de Distribución Aragua es preciso efectuar las siguientes recomendaciones: Ejecutar la propuesta planteada lo más pronto posible, para mejorar la Calidad del Servicio Técnico a través de sus indicadores como el Tiempo Total de Interrupciones y Tiempo de Atención de Reclamos que suministra CORPOELEC Región 4 Zona Aragua en el área de influencia del circuitos en estudio; y esta pueda cumplir con su visión y misión de alcanzar posición de liderazgo dentro del sector eléctrico nacional. Esta propuesta mejoraría los programas de mantenimiento predictivo y preventivo del área protegida por el Reconectador, Reconectador, y también en el estudio de la data recolectada recolectada por el Dispositivo Inteligente Electrónico (IED), además es recomendable implementar el sistema de monitoreo y control control ya diseñado diseñado para el reconectador reconectador automático Circuito El El Milagro
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13.8KV de la Subestación El Limón 115/13.8KV, ya que esta manera, no sólo se realizan mejoras en el circuito de distribución El Milagro 13.8KV sino que también es aplicable a otros circuitos de redes de distribución eléctrica, y con la ayuda de esta herramienta permitirá llevar el control control y seguimiento seguimiento de diferentes diferentes planes a futuro futuro que CORPOELEC CORPOELEC realice en sus operaciones y mantenimiento. Se recomienda que la empresa realice la comprar de la licencia del software OPC, ya que es la utilizada en el desarrollo del diseño de sistema de monitoreo y control, donde la ejecuta en la propuesta se basa en periodo de prueba de 30 días otorgados por la empresa suministradora del software.
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Anexos
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Anexo Nº 1 Circuito Unifilar del Circuito El Milagro 13.8KV 13. 8KV
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Anexo Nº 2 Características y Especificaciones Técnicas de los Componentes que Integran al Reconectador Automático OSM 15-200 de la Firma Noja Power
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