El desafío: Control de bomba sencillo.
El proceso de automatización de las bombas de alimentación en las plantas de suministro de agua impone importantes exigencias a la tecnología de medición y control. Hoy en día, los fabricantes de sistemas suelen implementar complejos conceptos de automatización basados en PLC. Para ello se requiere un amplio conocimiento experto y una comprensión competente de los complejos lenguajes de programación específicos de los PLC. Los objetivos más importantes son la creación rentable de una instalación apropiada, su funcionamiento sin problemas ni fallos, el servicio a largo plazo y la capacidad de ampliar y modernizar gradualmente la instalación. Sin embargo, la tendencia actual que se observa es que tanto los fabricantes como los operadores de sistemas están delegando cada vez más el mantenimiento de las instalaciones implementadas a las compañías eléctricas locales. Esto acorta los tiempos de respuesta y libera capacidades para los fabricantes de sistemas. Sin embargo, los altamente complejos conceptos de automatización basados en PLC son un obstáculo potencial en este momento: Los conocimientos de control necesarios para mantenerlos limitan la elección de las compañías eléctricas locales adecuadas.
Concepto de automatización flexible y descentralizada
Una alternativa a la automatización del control de la bomba mediante PLCs es el uso de nano controladores como el easyE4 de Eaton. Este concepto de automatización cumple los requisitos esenciales para el control de las bombas: La disponibilidad continua de la instalación y sus instalaciones durante un largo período de tiempo. Y además de eso, el concepto flexible y descentralizado también puede implementarse o mantenerse por una compañía eléctrica local.
Modelo de aplicación con tres bombas de alimentación
Para ilustrar la viabilidad de tal concepto de control, se ha desarrollado la automatización de una aplicación basada en un modelo utilizando el easyE4.
Además, la instalación debe estar optimizada en cuanto a su gestión de la energía. Con este fin, las bombas deben conectarse principalmente sólo durante los períodos de tarifas de energía bajas; al mismo tiempo, no debe excederse un límite de potencia para el consumo de energía eléctrica cuando se está en modo de bombeo. Por último, los depósitos elevados deben estar suficientemente llenos en todo momento.
Sobre la base de estos requisitos en competencia, se desarrollaron bloques de función especiales para el usuario para el modelo de aplicación. Dado que representan el conocimiento de los expertos de una empresa en escenarios de la vida real, están protegidos por una contraseña para evitar el acceso de terceros a los parámetros almacenados. La capacidad de desarrollar los bloques de función de usuario utilizando el potente lenguaje de programación de «texto estructurado» en el caso del easyE4 significa que la implementación de funciones aún más complejas es sencilla.
Sin embargo, en la aplicación modelo se utilizan completamente las capacidades de los componentes de automatización modernos: Numerosos parámetros del convertidor de frecuencia DG1 de Eaton y el nano controlador easyE4 pueden ser transportados, evaluados y «registrados» a través de la red Modbus TCP. Los problemas de arranque, un aumento de potencia eléctrica a la misma capacidad de bombeo de las bombas o variables asimétricas como la tensión, la intensidad, el coseno φ, etc. se detectan en una etapa muy temprana. A su vez, esto proporciona indicaciones sobre futuros requisitos de mantenimiento o servicio. Como resultado, el mantenimiento predictivo es posible.
Programación rápida de bloques de función personalizados
El diagrama de contactos, el diagrama de bloques de función y el texto estructurado se aplicaron en paralelo con fines de programación en el proyecto. La capacidad de crear subrutinas personalizadas en estos idiomas apoya la «modularidad» global del concepto. El texto estructurado proporciona a estos bloques de función de usuario auto-escritos posibilidades similares a las de los «bloques del fabricante» de easySoft 7. Esto permite al usuario crear un sistema de control para el sector del agua directamente desde el easyE4 con bloques de función personalizados y protegidos para la gestión de las bombas, la supervisión del tiempo de funcionamiento y módulos especiales para la linealización de los valores medidos y mucho más. En la aplicación del modelo, todo el concepto puede aplicarse mediante los módulos adecuados, incluido el control de las bombas, la gestión de las bombas y el control de las válvulas con las correspondientes funciones de monitorización.
Detección del estado de la válvula
Las válvulas que permiten la entrada de agua y evitan el retorno del flujo indeseado son otra característica importante en los embalses elevados. Estas válvulas deben funcionar de manera fiable, y el estado «abierto» o «cerrado» debe ser registrado correctamente y transmitido al sistema de control de la bomba. Esto se hace registrando el tiempo de ejecución, que se basa en el tiempo que toma la apertura o el cierre, y monitorizando la secuencia de señalización correcta. Además, el cambio de estado se detecta incluso si el accionamiento eléctrico no está en funcionamiento. Esto significa que el bloque «válvula» también detecta cuando la válvula ha sido modificada manualmente. Las señales se conectan de tal manera que se detecta una posible rotura de cable, un circuito cruzado o un cortocircuito en la conexión de un sensor. La medición del consumo de intensidad y el tiempo de funcionamiento de la válvula también proporciona indicaciones de problemas mecánicos en la instalación o de fallos que se están desarrollando en la calibración del sistema de sensores.
La gestión de la bomba con una multitud de parámetros
Para garantizar un alto nivel de disponibilidad, los servicios públicos suelen estar equipados con varias bombas de alimentación que en conjunto superan la tasa de suministro requerida. Esto permite mantener una o más bombas en reserva en todo momento en caso de que una bomba requiera mantenimiento o necesite ser reemplazada. En el pasado, la gestión de las bombas sólo servía para registrar el tiempo de funcionamiento de cada bomba individual y para accionar la bomba con el tiempo de funcionamiento más bajo cada vez que había que llenar un depósito elevado. La bomba se revisó tan pronto como se alcanzó un tiempo de funcionamiento específico y preestablecido de la bomba.
Las redes se conectan y permiten la descentralización. Hasta 8 clientes pueden conectarse con easyNet
Una amplia red con muchas posibilidades
El nuevo concepto de control desarrollado para la aplicación del modelo se basa en el nano controlador easyE4 de Eaton. Gracias a las poderosas redes de comunicación Modbus TCP y easyNet y a la amplia capacidad de expandir el nivel de entrada/salida, el nano controlador easyE4 también puede utilizarse en proyectos para los que de otra manera se hubiera requerido un PLC. La ventaja es que, a pesar de las amplias posibilidades de aplicación, la puesta en marcha puede llevarse a cabo sin necesidad de especialistas en software. Gracias a los conceptos de visualización escalables, también es posible adaptar el nivel de funcionamiento de la instalación a las necesidades actuales. Las opciones van desde un panel táctil económico hasta una pantalla multitáctil de alto rendimiento y una unidad de control.
Cantidad ampliable de entradas/salidas
El sistema de control de la bomba y las configuraciones y ajustes de parámetros necesarios para las entradas/salidas analógicas pueden configurarse utilizando el diagrama de contactos o lenguajes de programación gráfica como el diagrama de bloques de función. Incluso cuando se establecen instalaciones más grandes, el easyE4 raramente alcanza sus límites -- se pueden conectar hasta 11 ampliaciones locales, cada una de las cuales puede tener entradas/salidas digitales o analógicas. Al mismo tiempo, hasta ocho nano controladores easyE4 ampliados de esta manera pueden intercambiar datos de forma transparente a través de easyNet. Esta característica en particular permitió que los sensores y actuadores se conectaran localmente en el concepto de control para el modelo de aplicación, de modo que haya suficientes entradas/salidas disponibles en todas partes.
Información a través del registro de datos para los próximos trabajos de mantenimiento
El registro de los datos de medición, operación y funcionamiento de un dispositivo controlado puede proporcionar indicaciones anticipadas de los próximos requisitos de servicio o mantenimiento. Uno de los elementos críticos de un sistema de agua dulce o de aguas residuales comprende las bombas de alimentación junto con las válvulas asociadas. Además de las horas de funcionamiento, los datos de medición actuales de las bombas, el tiempo de apertura y cierre de las válvulas y sus cambios pueden proporcionar indicaciones sobre los próximos trabajos de mantenimiento. Las intervenciones del operario y los cambios en los ajustes de los parámetros también pueden registrarse en el registro de datos. El registro de datos puede realizarse en cualquier easyE4. Para ello, se dispone de un bloque de función del fabricante (DL01) que sólo necesita ser parametrizado. Los datos «registrados» pueden leerse a través del software easySoft 7 y analizados en Excel o transferidos a un sistema de control.
La visualización también descentralizada
La visualización dentro de un sistema de suministro de agua se implementa no sólo por el sistema de control, sino también dentro de un sistema -- «in situ» en las bombas, convertidores de frecuencia, dispositivos de monitorización, actuadores y sensores. Las posibilidades son variadas y escalables, desde una simple pantalla LED y la pantalla integrada easyE4, hasta el rentable panel táctil de la familia de dispositivos easyE4. Las pantallas multitáctiles también pueden integrarse fácilmente para instalaciones más grandes. Por lo tanto, con sólo pulsar un botón, los datos del correspondiente convertidor de frecuencia pueden visualizarse en una bomba, junto con el flujo nominal registrado de los medidores y el estado o nivel de llenado de los depósitos elevados conectados. Esto puede hacerse en forma digital, en color y utilizando elementos gráficos como gráficos de barras, instrumentos de tipo puntero o gráficos de líneas, dependiendo del dispositivo.
¿El resultado?
Beneficios para todos los participantes del proyecto
El concepto desarrollado para la aplicación del modelo basado en el easyE4 ofrece ventajas a todas las partes que participan en la planificación y el funcionamiento de un sistema de abastecimiento de agua: La modularización ofrece a las empresas de ingeniería una buena base para las licitaciones, las empresas de instalación pueden reducir los costes de cableado gracias al concepto descentralizado, y los tiempos de ejecución se reducen gracias a la instalación y puesta en marcha simultáneas de los módulos. Gracias a la sencilla configuración y a la fácil programación y parametrización de los nano controladores easyE4, las compañías eléctricas locales pueden llevar a cabo el mantenimiento y las ampliaciones posteriores sin ningún problema. Por último, la flexibilidad y disponibilidad a largo plazo de la instalación está garantizada para el inversor y el operador.
Antecedentes:
La aplicación modelo fue desarrollada para Eaton por Ulrich Kanngießer. Ulrich Kanngießer es un autor técnico independiente y proveedor de seminarios. Su trabajo se ha centrado en el mundo de la automatización durante más de 30 años. Tiene una amplia experiencia en trabajos de consultoría, programación y puesta en marcha, ha publicado artículos especializados (incluso sobre el tema del suministro y la eliminación de agua) y ha celebrado talleres para diversos sistemas de control en diferentes fabricantes.
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