Control y visualización de sistema de generación de energía de hidrógeno

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"LabVIEW nos ha facilitado la visualización de los datos y manejo de controles relativos a la generación de energía, contando además con controles avanzados de visualización."

- Ángel Contreras, Cegasa

The Challenge:
Desarrollar un sistema de control y monitorización de un sistema de generación de energía mediante la reacción electroquímica entre el Hidrógeno y el Oxígeno. Este sistema deberá permitir más de un modo de trabajo, manejando diferentes controles para cada modo, y almacenando los valores más relevantes en cuanto a la generación de energía se refiere.

The Solution:
Utilización de LabVIEW para la monitorización de los datos y el manejo de los controles de cada generador. Además, debido a la facilidad con la que LabVIEW gestiona los ficheros, se emplean funciones estándar para el almacenamiento de los valores obtenidos.

Author(s):
Ángel Contreras - Cegasa
Julen Barrena - ULMA Embedded Solutions, S.Coop.

Introducción

Hoy en día, cada vez es más frecuente ver cómo las empresas invierten en la búsqueda de nuevas fuentes de generación de energía para ahorrar costes y reducir el nivel de contaminantes. Una de las alternativas de mayor acogida en el mercado es la reacción electroquímica basada en hidrógeno, ya que es fácilmente transportable, almacenable, limpio e inagotable. El hidrógeno es un elemento que se encuentra repartido en todo el planeta. Sin embargo, tiene que ser extraído de fuentes naturales, puesto que no es una fuente primaria. La obtención de energía a partir de dicho elemento ofrece varias ventajas: no contamina ni consume recursos naturales, su funcionamiento es silencioso, necesita de poco mantenimiento y dispone de una vida útil larga.

Para poder sacar el mayor rendimiento posible a esta tecnología, numerosas empresas están invirtiendo en buscar las soluciones más rentables.

En este contexto, CEGASA, en colaboración con ULMA Embedded Solutions, ha desarrollado un sistema de generación de energía mediante la reacción electroquímica de hidrógeno y oxígeno. Dicho sistema se encarga de controlar el proceso de transformación de la mezcla de hidrógeno y aire en tensión. El diseño es capaz de generar una potencia máxima entre 1 y 1,5 kW de forma modular combinando hasta 5 generadores individuales. Cada generador está conectado a un bus CAN y está comandado por un sistema de control central (GCS) en modo maestro/esclavo.

Control y adquisición de datos

Tal y como se aprecia en la imagen de abajo, la aplicación (PcApp_STH2C) está basada en la tecnología de LabVIEW e incorpora una librería de comunicaciones CANopen por la que se intercambian los datos entre la propia aplicación, el subsistema GCS y un máximo de 5 generadores (GE1V2). La aplicación se compila para tres diferentes tipos de perfiles: administrador, usuario y monitor. Cada perfil ofrecerá diferentes niveles de control al usuario final.

El sistema denominado STH2C consta de un string de 5 generadores (GE1V2) y convertidores, tal como se muestra en la figura. Se acompaña de un SAI externo necesario para el arranque.

El GCS es el elemento de control que regula el funcionamiento del conjunto de controladores.

El sistema de control gestiona la generación de energía eléctrica a partir de hidrógeno según las indicaciones recibidas por un operador o un sistema de gestión externo. Del mismo modo, permite visualizar el rendimiento del sistema así como actuar sobre las salidas de forma manual. El operador puede además configurar los parámetros del sistema para ajustarlo a las necesidades de una aplicación en concreto.

Para la correcta persistencia de los datos compartidos por todos los elementos que toman parte en la generación (generador, GCS y aplicación de control), se ha diseñado un diccionario de objetos (DO) en el que se definen todas las variables a intercambiar entre el GCS y todos los generadores. Este DO debe ser también implementado en LabVIEW para la aplicación de PC, ya que la aplicación se alimentará de los datos ofrecidos por la interfaz de comunicaciones CAN para la visualización y control de los generadores. Se han utilizado variables de tipo clúster para cada estructura del DO, manteniendo un mapa de memoria lo más ajustado al del GCS. (ver figura 1)

La aplicación está compuesta por una serie de pantallas cuya navegación depende de los diferentes perfiles de usuario y la disponibilidad de los propios generadores y/o GCS. En caso de que no se identifique ningún elemento en el bus CAN, no existe posibilidad de navegación.

Una vez dentro de la aplicación, se visualizarán los datos adquiridos mediante la interfaz de comunicaciones CAN en elementos de visualización de LabVIEW tales como tablas, gráficos, imágenes, leds...(ver figura 2)

Conforme los estados de los generadores y del GCS vayan cambiando, dichos estados serán reflejados en los diferentes elementos de visualización que se han utilizado, y los elementos de control como botones, slides… se habilitarán de forma correspondiente.

Paralelamente al control de los generadores, se ofrece la posibilidad de almacenar los datos de todos y cada uno de los generadores. La potencia, corriente, voltaje y temperatura generada se visualizada en pantalla mediante controles gráficos de LabVIEW. Los datos obtenidos, además, se almacenan en el disco del PC a una frecuencia establecida por el usuario. (ver figura 3)

Gestión de alarmas

Para avisar de un posible mal funcionamiento del string de generación, se han definido unas alarmas para que el usuario final pueda tener un completo informe del proceso de generación. Estas alarmas utilizan elementos visuales de LabVIEW. (ver figura 4)

Tanto en las estadísticas como en las alarmas, se pueden leer los eventos que se han registrado en los propios generadores y/o GCS, y se pueden almacenar en formato texto delimitado por tabulaciones, preparado para su lectura mediante Microsoft Excel.

Las estadísticas principales son las relativas al número de arranques, las horas totales de ejecución y la energía total por horas distribuida por el string.

Tanto las estadísticas como las alarmas se pueden eliminar de memoria siempre y cuando estemos en modo manual. Se limpiarán todos los eventos detectados hasta el momento, y se volverá a almacenar todo lo acontecido desde este instante.

Utilización del sistema

Para cada tipo de cliente final que utilice este sistema, se proporciona un perfil diferente de instalación de la aplicación, la cual tiene sus respectivas restricciones en cuanto a la ejecución.

Conclusión

LabVIEW nos ha facilitado la visualización de los datos y manejo de controles relativos a la generación de energía, contando además con controles avanzados de visualización, tales como gráficos, LEDs, botones personalizables con diferentes imágenes…

En cuanto a la generación de instalables según diferentes perfiles, LabVIEW simplifica la creación de varios niveles de permisos utilizando los ficheros de inicialización.

Author Information:
Ángel Contreras
Cegasa
Spain

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