Uso de tecnologías de información y telecomunicaciones para la la utilización óptima de recursos

Jesús Baez jabaez@acee.com.mx ACEE Consultores Monterrey, NL Diciembre, 2007

http://www.aceemonitoreo.com/telemetria

Un total de 20 pozos de agua localizados en el parque natural de la Huasteca tienen capacidad de suministrar hasta 2,500 litros de agua por segundo al área metropolitana de Monterrey. Anterioremente, solamente se tenía medición del flujo total a la salida del acueducto y cuando se presentaban disminuciones en el flujo, era necesario enviar al personal a averiguar en cuales de los pozos se presentaba el problema. Con el objeto de verificar las condiciones de operación de los pozos y detectar problemas de manera oportuna y eficiente, ACEE instaló un sistema de monitoreo remoto basado en radio modems. Con este sistema, los operadores pueden monitorear en tiempo real el flujo que aporta cada uno de los pozos y verificar las condiciones de operación de la red eléctrica. Adicionalmente, la información se almacena en un servidor central localizado en las oficinas administrativas y está disponible a través de una página de Internet.

El uso de este sistema ha disminuído de manera significativa el tiempo de reestablecimiento de los pozos de agua y ha producido ahorros significativos en combustible ya que los operadores acuden solamente a aquellos pozos en los que es necesario revisar y corregir alguna situación

Sistema de información de pozos de agua potable de la Huasteca

Venturimetro (oficina de operadores)

HMI

PLC

IntranetSADM

Convertidorserial-Ethernet

PLC PLC

PLC PLC

PLC

Radiomodem

Medidor de flujo

Estaciones repetidorasEstaciones remotas

M

Estación de clorado

Oficinas administrativas

Base dedatos

Modem Celular

Entrada del Parque

PLC

Radiomodem Radiomodem

Radio modemsRadio modems

RadiomodemsRadiomodem

Alarmas

Diagrama esquemático del sistema de monitoreo de los pozos de agua potable de la Huasteca

Automatización del suministro de cloro en acueductoLos pozos de agua localizados en el parque de la Huasteca suministran un porcentaje importante de los requerimientos del área metropolitana de Monterrey. Para automatizar la inyección de cloro en función del flujo, ACEE instaló el sistema de control mostrado en la figura 1. El PLC esclavo registra la información del medidor de flujo y envía esta información al PLC maestro utilizando radio modems. El PLC maestro controla la apertura de la válvula en función del flujo. Los operadores del sistema localizados en el centro de operaciones (“Venturímetro”) pueden monitorear en tiempo real el flujo del acueducto, la apertura de la válvula calculada por el PLC maestro, la apertura real de la válvula y el contenido de cloro en el tanque. En caso de presentarse una fuga de cloro, el sistema permite de manera remota operar la válvula de seguridad.

Este sistema de control mantiene los niveles de cloro del agua potable de acuerdo a los valores recomendados, reduce el desperdicio de cloro y permite operar la estación de cloración de manera más segura.

Diagrama esquemático del sistema de automatización del suministro de cloro

Macro Medidor HorconesMorterosPLC PLC

Radio modemRadio modem

Módulo de salidasanalógicas 4-20 mA

M TanqueCloro

Módulo de entradasanálogas (4-20 mA)

Báscula e Indicador deapertura de válvula

Venturímetro

HMI

Estación de cloración Morteros

Válvula dosificadorade cloro

Válvulade seguridad

PLC

Radio modem

Red RS485

4-20 mA

Medidor de Flujo

Señal de controlválvula de seguridad

Servicios de Agua y Drenaje de Monterrey (SADM) cuenta con un sistema de información que registra las condiciones de operación del sistema de distribución de agua potable. Este sistema permite conocer los niveles de los tanques de almacenamiento así como las condiciones de operación del equipo de bombeo.

Con el objeto de mejorar la eficiencia en la operación, SADM se encuentra interesada en monitorear el vólumen registrado por los medidores localizados en las tuberías principales del sistema de distribución principales. Esta información permitirá caracterizar los hábitos de consumo y a partir de esta información definir un programa de operación de los equipos de bombeo con el objeto de reducir el costo de la energía eléctrica. Adicionalmente este sistema permitirá identificar fugas y tomas clandestinas.

ACEE desarrolló un prototipo de un dispositivo operado por baterías que registra la salida de pulsos de los medidores de flujo, y de manera periódica envía esta información utilizando la red de telefonía celular a la estación central. El prototipo se ha instalado en algunas tuberías del sistema de distribución y se encuentra operando de manera satisfactoria.

Sistema de información de sistema de distribución de agua potable

Diagrama esquemático del sistema de monitoreo niveles y flujos del sistema de distribución de agua potable

Red de Telefonía celular

Estación Central

Optimización de la operación de planta de generación de ciclo combinadoPara operar de manera eficiente, las compañías generadoras que suministran energía mediante un esquema de autoabastecimiento, deben ajustar su generación en función de la demanda agregada (suma de las demandas) de las empresas socias.

ACEE se encuentra desarrollando un sistema de monitoreo de energía para una planta generadora para monitorear en tiempo real la generación así como el consumo de las cargas “locales” (localizadas en un radio de 3 kms a la redonda de la planta) y de las cargas “remotas” localizadas en Monterrey y otras ciudades del Noreste y Centro del país.Para el monitoreo de las cargas “locales” se están instalando en cada una de las subestaciones PLC’s, los cuales registran la salida de pulsos del medidor de CFE y mediante radio modems envían esta información al PLC maestro localizado en la planta generadora. Para el monitoreo de las cargas remotas, se han instalado PLC’s, los cuales registran la salida de pulsos del medidor de CFE y envían la información a la base de datos del servidor central vía TCP utilizando la conexión a Internet de los usuarios o bien mediante la red de telefonía celular (GPRS). Un programa de computadora calcula la demanda agregada y despliega esta información en forma gráfica junto con la generación. Utilizando esta información, los operadores del sistema ajustan la inyección cuando detectan una varíación significativa en la demanda agregada.

Con el uso de este sistema, se tiene una operación más eficiente de la planta generadora con la consecuente disminución en el consumo de gas natural y en los costos de operación.

Base dedatos

Internet

Planta generadora

Red detransmisión

CFE13.8 kV 115 kV

Subestación

Subestación

Radio modem

Power plant IntranetIntranet

PLC

Cargas Locales

Cargas remotas

Radio modem

Medidor de Energía

PLC maestro

Medidor deenergía

G

Diagrama esquemático del sistema de información de energía

Sistema de información de consumos de energía eléctricaNormalmente en los esquemas de autoabastecimiento de energía eléctrica,el socio generador suministra energía a los socios consumidores pertenecientes a diferentes grupos industriales y localizados en diferentes ciudades del país, a través de la red de transmisión y distribución de energía eléctrica de Comisión Federal de Electricidad y/o Luz y Fuerza del Centro.

Para el cálculo de la facturación se requiere contar con información de las demandas promedio de cada 5 minutos de los socios consumidores. Para tal propósito ACEE desarrolló un sistema de monitoreo de energía, el cual permite al socio generador contar con la información necesaria para realizar la facturación. Adicionalmente el contar con esta información en tiempo real, permite operar la planta de manera eficiente.

El sistema desarrollado permite a los registradores de datos localizados en los sitios remotos conectarse a Internet para comunicarse con el registrador de datos maestro utilizando diferentes tecnologías de comunicación, tal y como se muestra en la figura.

Diagrama esquemático del sistema de información de energía

Base dedatos

Socio Generador

Internet

Intranet

Sitio 3

Modem celular

Medidor CFEcon salida de pulsos

Registrador dedatos Maestro

Intranet

Sitio 2

Medidor CFEcon salida de pulsos

Medidor CFEcon salida de pulsos

Sitio 4

ModemWimax

Sitio 1

Registrador de datoscon memoria

Medidor CFEcon salida de pulsos

Registrador de datoscon memoria

Registrador de datoscon memoria

Registrador de datoscon memoria

Sistema deFacturación

Sistema de información de consumos de energía eléctrica y gas naturalCon el objeto de detectar áreas de oportunidad y asignar costos a los centros de producción de una empresa con facturaciones de energía eléctrica y gas superior a 10 millones de pesos mensuales, decidió instalar un sistema de monitoreo de consumos de energía eléctrica y gas natural. La planta industrial cuenta con un total de 5 naves industriales y en cada una de estas se cuenta con al menos una subestación eléctrica y un medidor de gas natural.

ACEE llevó a cabo la implementación de este proyecto utilizando radio modems para transmitir información de los medidores remotos a la computadora central que se encuentra en las oficinas administrativas. La computadora central interroga de manera continua los medidores y almacena la información en una base de datos. Esta información puede ser accesada dentro de la planta mediante una página de Intranet. Adicionalmente, ACEE desarrolló un software para generar los reportes de consumos de manera automática.

Utilizando esta información se han implementado acciones con las cuales se han logrado ahorros de energía y disminución en la facturación de energía eléctrica y gas.

Intranet

Base dedatos

Radio modem

Oficinas administrativas

Servidor central

PLCRadio modem

Medidor de Energía

Subestación Principal

PLCRadio modem

Medidor de Energía

Subestaciones Eléctricas

PLCRadio modem

Medidor deFlujo de gas

PLCRadio modem

Medidor de Energía

Subestaciones Eléctricas

Diagrama esquemático del sistema de información de consumos de energía eléctrica y gas natural

0

100

200

300

400

500

600

12/Feb18:00:00

12/Feb18:30:00

12/Feb19:00:00

12/Feb19:30:00

12/Feb20:00:00

12/Feb20:30:00

12/Feb21:00:00

12/Feb21:30:00

12/Feb22:00:00

Time

P(kW

)

Pg PL Pu

Optimización de la operación de plantas de emergencia sincronizadas a la red eléctricaCon el objeto de reducir los elevados costos de la energía y el cargo por demanda, algunas instalaciones comerciales e industriales, utilizan plantas de emergencia durante el horario punta. Para optimizar el uso de los generadores, ACEE desarrolló un controlador para la planta de emergencia (Figura 1). Una vez que la planta se sincroniza a la red, el controlador registra de manera continua la potencia consumida de la red (Pu) y la potencia generada Pg. Al presentarse una variación en la potencia consumida de la red, se ajusta la generación con el objeto de mantener la potencia de la red a un valor mínimo.

La figura 2 muestra el desempeño del controlador instalado en un centro comercial. Como puede observarse, a pesar de que las variaciones de la carga (PL) son significativas,la potencia consumida de la red se mantiene en un valor escencialmente constante de 20 kW. Todos los parámetros de operación de las plantas de emergencia pueden ser monitoreados de manera remota mediante una página de Intranet. Algunos de los parámetros de operación pueden ser modificados de manera remota y una computadora central localizada en las oficinas corporativas almacena esta información en una base de datos para evaluar el desempeño del sistema.

El uso de este sistema permite un aprovechamiento óptimo de la planta de emergencia y una reducción importante en la facturación de energía eléctrica. Adicionalmente, el contar con información de los parámetros de operación en tiempo real permite identificar de manera inmediata los problemas que se presentan, para proceder a resolverlos aumentando de esta manera la disponibilidad de los equipos.

 

Figura 1. Diagrama del sistema de control de planta de emergencia Figura 2. Desempeño del controlador

Cargas

G

PLC

Pg

Pu

PL

Intranet

Convertidor

CompañíaSuministradora

Controlador dela planta

Medidor deEnergía

Optimización de distribución de cargas eléctricas en campus universitario Una Universidad localizada en Monterrey, recibe energía eléctrica de cuatro acometidas en media tensión. Tres de estas acometidas sonde Comisión Federal de Electricidad y la otra es de una planta generadora la cual suministra energía mediante un contrato de autoabastecimiento. Los esquemas de facturación de CFE y el contrato de autoabastecimiento son diferentes, por lo que con el objeto dedeterminar la distribución óptima de cargas en las diferentes acometidas se instaló un sistema de monitoreo que registra los perfiles de carga de las 4 acometidas y de las 40 subestaciones existentes.

La figura muestra el diagrama simplificado del sistema de información de energía eléctrica diseñado e instalado por ACEE. La información de los perfiles de demanda es almacenada por un servidor en una base de datos. La información generada por este sistema de información está utilizándose para detectar áreas de oportunidad de ahorro de energía y llevar a cabo la distribución óptima de cargas entre las diferentes acometidas.

Con el uso de este sistema se han logrado importantes ahorros de energía y reducciones en la facturación de energía eléctrica.

Sistema de monitoreo distribuído en Campus Universitario

Base dedatos

IntranetUniversidad

Acometida 1 CFE

PLC

Acometida 2 CFE

PLC

Acometida 3 CFE

PLC

Acometida compañía socia suministradora(autoabastecimiento)

PLC

PLC

Medidoressubestaciones

Reportes

Sistema de información de estaciones de distribución de gas natural

A solicitud de una compañía de distribución de gas natural, ACEE instaló un sistema de monitoreo remoto de dos estaciones de distribución de gas natural. Estas estaciones reciben el gas natural de PEMEX y lo distribuyen a usuarios residenciales, comerciales e industriales mediante una red de distribución que se extiende a varios puntos del área metropolitana de Monterrey.

El sistema instalado consiste en un PLC que continuamente interroga la información (presión, temperatura, flujo) de un medidor de gas utilizando el protocolo Modbus. En caso de que la presión se encuentre fuera del rango permisible, el sistema envía mensajes SMS al personal encargado de la operación del sistema. Adicionalmente el sistema envía de manera periódica la información a una computadora central, la cual la almacena en una base de datos.

Este sistema ha permitido a los operadores detectar de manera oportuna condiciones anormales de operación y resolverlas de manera inmediata sin que se vea afectado el suministro a los usuarios. El contar con este sistema ha permitido a la compañía distribuidora de gas reducir las visitas las estaciones de distribución logrando con esto una reducción en sus costos de operación.

Red de TelefoníaCelular

Base dedatos

Reporte deAlarmas

Modem Celular

Estación de distribución de gas

PLC

Modem Celular

Medidor de gas

Estación de distribución de gas

PLC

Modem Celular

Medidor de gas

Sistema de información de estaciones de distribución de gas natural

Monitoreo de máquina de inyección de aluminioUna empresa de la localidad cuenta con 30 máquinas de inyección para la elaboración de diversos productos de aluminio.

A solicitud de esta empresa, ACEE se encuentra desarrollando un sistema de monitoreo remoto que les permite a los ingenieros tener información en tiempo real sobre las condiciones de operación de estas máquinas. Al final de cada ciclo de inyección la información se almacena en memoria “Compact Flash” y se envía de manera inalámbrica un resumen de estos parámetros a una computadora central, la cual despliega esta información y la almacena en una base de datos.

Con este sistema es posible detectar de manera oportuna problemas que se presentan en estas máquinas y resolverlos de manera inmediata aumentando la disponibilidad de estos equipos y reduciendo los costos de mantenimiento. Por otra parte, el contar con información de los consumos de energía eléctrica y gas permite identificar áreas de oportunidad para reducir los costos de operación.

PLC

Inicio/Finde proceso

TransductoresPosición del pistónPresión Temperatura

Almacenaje de variablesregistradas en cada

proceso de inyección enmemoria "Compact Flash"

Máquina de inyección dealuminio

Radio modemComputadora central

Radio modem

Transmisión de informacióninalámbrica con resumen decada ciclo de operación

Despliegue en tiempo real delas condiciones de operación decada máquina. Indicación decondiciones de alarma

Oficinas de IngenieríaM M

Medidores de energíaeléctrica y gas natural

Base dedatos

Diagrama esquemático del sistema de monitoreo de máquinas de inyección de aluminio

Sistema de vigilancia remota y de monitoreo de energía

Plaza comercial

M

Medidor de energía maestro

Cámara IP

Medidores de energía esclavos

M

Enlace de Ethernetinalámbrico

MCámara IP

SwitchIntranet ACEE

ACEE

Software sistemade monitoreo

Internet

Sistema de vigilancia remoto y de monitoreo de energía eléctrica

Mediante el uso de un enlace de Ethernet inalámbrico instalado por ACEE, es posible monitorear de manera remota los siguientes equipos localizados en una plaza comercial propiedad de uno de los socios los siguientes equipos:

a)Medidor de energía maestro . Este medidor maestro además de reportar los parámetros eléctricos (voltajes, corrientes, potencia) de la subestación principal, interroga a los medidores esclavos que registran el consumo de energía de cada uno de los locales. En caso de detectarse algún disturbio en la red eléctrica, el medidor captura las formas de onda y estas pueden ser consultadas de manera remota

b) Cámaras IP utilizadas para vigilancia.

Este sistema permite al propietario tener acceso remoto y en tiempo real a información útil para la administración y operación de esta plaza comercial.