Control y Adquisición de Datos de Sistemas Solares

Author(s):
Vicente Alonso Gutiérrez - IKERLAN

Industry:
Energy/Power

Products:
LabWindows/CVI, LabVIEW, Compact FieldPoint Controllers

The Challenge:
Realizar un sistema de control y adquisición de datos para sistemas solares, con un tiempo de desarrollo del proyecto corto, y sin tener que aprender otros entornos de programación.

The Solution:
En cuanto al hardware, se ha elegido un PAC (Programmable Automation Controller) como es el cFP (Compact Field Point). En lo que al software se refiere, se ha utilizado LabVIEW, versión 8.2.1, tanto para desarrollar el código a ejecutar en el cFP (compact Field Point) como para el UI (programa User Interface que corre bajo el PC).

Artículo:

La Unidad de Energía de IKERLAN lleva años trabajando en distintos sistemas relacionados con el aprovechamiento de energía, como son sistemas solares para producción de aire acondicionado, calefacción y agua caliente sanitaria, sistemas para trigeneración, aprovechamiento de colectores solares, así como su protección contra sobretemperaturas, etc.Todos estos proyectos tienen una gran similitud: se trata de instalaciones de demostración con varios tipos y número de entradas y salidas, y con un funcionamiento análogo, razón por la que se está empleando el mismo hardware y reutilizando el código.

Desarrollo (Aplicación):

Una aplicación representativa de las que se han comentado anteriormente es la que se presenta a continuación en la figura n. º 1Se trata de controlar una instalación solar de manera autónoma y fiable (en la manera que lo haría un autómata programable) para que funcione continuamente (24 h/día, 365 días/año). Además, al tratarse de instalaciones de demostración, tiene que cumplir dos funciones adicionales: la presentación de datos y su almacenamiento para un posterior tratamiento.

El control de la instalación se realiza de manera autónoma por la CPU del cFP. Sus principales características son: sistema operativo en tiempo real (con posibilidad de ejecutar su CPU código escrito en LabVIEW), modularidad (gran variedad de módulos de entradas y salidas), la robustez de un equipo industrial, con la versatilidad y conectividad de un ordenador y la posibilidad de utilizar parte de la memoria del cFP como un pequeño disco duro (para almacenamiento de parámetros por defecto, datos de funcionamiento, etc.).

Bajo el PC se han implementado dos aplicaciones:

§  UI (User Interface)

§  SAD (Sistema de Adquisición de Datos)

Las funciones del UI son:

§  El Interface con el Usuario (UI). Se realiza a través de la pantalla del ordenador, y consiste en: comandos de arranque/parada, cambio de consignas, manejo en forma manual, etc.

§  Visualización de datos instantáneos, mediante valores numéricos y sinópticos de la instalación.

§  Publicación de los datos.

Las funciones del SAD son:

•         Lectura y presentación de datos (tablas, sinópticos, gráficas instantáneas…)

•         Almacenamiento.

•         Monitorización remota.

Las particularidades del uso de esta estructura son:

§  Diseño modular de las funciones

§  A pesar del uso de variables compartidas, sólo uno de los módulos (el UI) accede a ellas, permitiendo que el cFP no sea interrumpido mientras realiza tareas críticas (por ejemplo, el DSC, con esta estructura no accede a estas variables ubicadas en el cFP, sino que lo hace a través del DataSocket)

§  El UI publica los datos a través del DataSocket, pudiendo existir tantos clientes (locales o remotos) como se desee. Estos clientes pueden ser distintos SAD y/o el DSC de NI.

Tras muchos años dedicados a la adquisición de datos, cabe destacar que lo que realmente aprecia el usuario final en estos sistemas es (cumplida la fiabilidad del sistema y calidad de los datos obtenidos) la visualización de los datos en sinópticos claros y representativos de la instalación, pudiendo observar “toda” la instalación (o por partes) en un solo vistazo. Todas estas funciones resultan muy fáciles de implementar con cualquiera de los dos entornos de programación de N.I. Además, puede resultar de gran ayuda la utilización del módulo DSC (Datalogging and Supervisory Control), por lo que el desarrollador se podría centrar directamente en solucionar los problemas propios de su aplicación, el lugar de desarrollar software (por ej. sistemas de adquisición de datos) ya disponible. Tradicionalmente para un instrumento de laboratorio la incertidumbre de una medida (por ej. de temperatura) viene introducida principalmente por las características del elemento sensor más que por las del elemento acondiconador/lector (equipo mucho más preciso). Y lo que aún es más importante, siempre suele tener mayor relevancia la elección de un punto representativo del proceso, es decir, “dónde medir” (hasta varios grados de diferencia según el punto elegido para medir una temperatura ambiente, o hasta varias decenas de grados según el punto elegido del horno) que la incertidumbre del equipo de medida (solo varias décimas). El empleo de cFP permite utilizar módulos de entrada/salida de distintos tipos, siendo un sistema fácilmente escalable. Además, los propios módulos incorporan toda la electrónica necesaria para el acondicionamiento de la señal (termopares, termoresistencias, mV, etc.) y, en general, se trata de módulos de hasta 16 bits, que ofrecen suficiente resolución y precisión. Utilizando la estructura descrita en este documento, sólo ha aparecido un problema (limitación) en alguna de las aplicaciones, cuando se ha pretendido medir con mucha precisión la energía aportada por un fluido (función de la diferencia de temperaturas, muy pequeña en este caso, por el caudal, grande en este caso) utilizando el módulo cFP-CTR-124, cuyas características son: 1.-Convertidor ADC de 16 bits, 2.-Medida de Pt-100 a cuatro hilos, 3.-Rango único de trabajo de -200 a 850 °C., 4.-Exactitud típica de 0.15 (máxima de 0.25)

A pesar de que el módulo cFP-CTR-124 ofrece una resolución de 0.016 °C, Utilizando Pt-100 1/10 DIN (incertidumbre de +/-0.03 °C a 0 °C), NO sirve para realizar las medidas deseadas; ya que el error introducido es mucho mayor que el del elemento sensor, haciendo así, debido a la incertidumbre de la medida, que el balance de energías de la instalación en cuestión no cuadre.

Resumen

Ha sido una gran ventaja el poder utilizar un solo entorno de programación (LabVIEW) para desarrollar el User Interface que corre bajo el PC, como el programa de control que corre sobre el cFP. Además de toda la conectividad propia de un PC, de las múltiples posibilidades de almacenamiento y presentación de datos, etc., cabe destacar la facilidad para desarrollar la presentación de los datos sobre sinópticos. El empleo de entornos de programación de N.I. (LabVIEW y LabVindows/CVI) haciendo uso de un componente común, como es DataSocket, ha permitido la reutilización de software previamente desarrollado para otros proyectos (100% del SAD).

Para más información, contacte con:

Vicente Alonso Gutiérrez

 IKERLAN

Centro de Investigación Tecnológica Aplicada.

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Vicente Alonso Gutiérrez
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