Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería

UNIVERSIDAD DE ALMERIA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA TRABAJO FIN DE GRADO Curso 2019/2020 Alumno/a: Isabel Robalo Cabrera Director/es: Alfredo Alcayde García Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería a AGRADECIMIENTOS A la Escuela Superior de Ingeniería de la Universidad de Almería por concederme conocimientos en el ámbito de la ingeniería y en especial a Alfredo por su dirección en este proyecto. Pero sobre todo a mi familia, a mis padres y a mi hermano por ofrecerme su apoyo incondicional. Ellos son mi mayor fuente de energía. Gracias Índice de contenido 3 ÍNDICE DE CONTENIDO RESUMEN ...................................................................................................................................... 7 ABSTRACT ...................................................................................................................................... 8 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 11 1.1 MOTIVACIÓN ............................................................................................................... 11 1.2 OBJETO ........................................................................................................................ 13 1.3 CONTEXTO ................................................................................................................... 15 1.4 ESPECIFICACIONES GENERALES ................................................................................... 17 1.4.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 17 1.4.2 ENERGÍA EÓLICA .................................................................................................. 17 1.4.3 GENERADOR DE IMANES PERMANENTES ........................................................... 25 1.4.4 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA ......................................................................... 27 1.5 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ...................................................................................... 35 1.5.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 35 1.5.2 SISTEMAS SCADA ................................................................................................. 35 1.5.3 REDES DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES ..................................................... 41 1.6 RESUMEN DE RESULTADOS ......................................................................................... 43 1.7 PLANIFICACIÓN TEMPORAL ........................................................................................ 45 1.8 ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO ................................................................................. 47 CAPÍTULO II. MATERIALES Y MÉTODOS ...................................................................................... 51 2.1 EMPLAZAMIENTO ........................................................................................................ 51 2.2 EQUIPOS ...................................................................................................................... 55 2.3 SOFTWARE SCADA TWINCAT 3 ................................................................................... 69 CAPÍTULO III: RESULTADOS ......................................................................................................... 73 3.1 MAPA DE COMUNICACIONES ...................................................................................... 73 3.2 DISEÑO DEL SISTEMA SCADA ...................................................................................... 77 3.2.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 77 3.2.2 HOME .................................................................................................................. 77 3.2.3 CALIDAD DE SUMINISTRO ................................................................................... 79 3.2.4 DATOS EN TIEMPO REAL ..................................................................................... 80 3.2.5 MÁS DETALLES DE PRODUCCIÓN EÓLICA ........................................................... 82 3.2.6 MÁS DETALLES DE PRODUCCIÓN SOLAR ............................................................ 83 3.2.7 HISTÓRICO DE DATOS .......................................................................................... 84 3.2.8 ESTADO DEL SISTEMA.......................................................................................... 86 3.3 DEFINICIÓN DE VARIABLES .......................................................................................... 89 Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 4 3.4 GESTIÓN DE USUARIOS ............................................................................................. 101 CAPÍTULO IV. CONCLUSIÓN Y TRABAJOS FUTUROS .................................................................. 105 4.1 CONCLUSIÓN ............................................................................................................. 105 4.1.1 INTEGRACIÓN DE COMPETENCIAS .................................................................... 105 4.2 TRABAJOS FUTUROS .................................................................................................. 107 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 109 Índice de figuras 5 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Aerogenerador de Johannes Jull ............................................................................................ 18 Figura 2. Agricco de Johannes Jensen y Poul Vinding ........................................................................... 18 Figura 3. Aerogeneradores de 1970 ...................................................................................................... 18 Figura 4. Componentes de un aerogenerador [4] ................................................................................. 19 Figura 5. Tipos de turbinas eólicas de eje vertical [5] ........................................................................... 20 Figura 6. Distribución de Weibull en la Universidad de Almería ........................................................... 22 Figura 7. Distribución de vientos en la ubicación de la Universidad de Almería .................................. 23 Figura 8. Densidad de potencia media anual a 30 m de altura en (W/m2) .......................................... 23 Figura 9. Densidad de potencia media anual a 30 m de altura en (W/m2) .......................................... 23 Figura 10. Potencial eólico estimado en (GW) para la superficie disponible ........................................ 24 Figura 11. Partes de una máquina síncrona .......................................................................................... 25 Figura 12. Circuito equivalente de un alternador ................................................................................. 27 Figura 13. Partes de un panel fotovoltaico [10] .................................................................................... 28 Figura 14. Unión PN en célula fotovoltaica [11] .................................................................................... 29 Figura 15. Clasificación general de paneles fotovoltaicos ..................................................................... 30 Figura 16. Curva I-V y punto de máxima potencia (MPP) de panel fotovoltaico [14] ........................... 31 Figura 17. Irradiancia global media en España (kWh/m2·día) entre 1983 y 2005 ................................ 32 Figura 18. Irradiancias global, directa y difusa en Almería entre 1983 y 2005 ..................................... 33 Figura 19. Planificación temporal .......................................................................................................... 46 Figura 20. Plano de distribución en planta ............................................................................................ 51 Figura 21. Aerogenerador Bornay 1500 ................................................................................................ 55 Figura 22. Configuración de instalación mixta ...................................................................................... 56 Figura 23. Curvas de Corriente-Voltaje y Potencia-Voltaje para diferentes irradiancias ...................... 57 Figura 24. Regulador de carga MPPT .................................................................................................... 58 Figura 25. Controlador de carga SmartSolar MPPT 100/50 .................................................................. 59 Figura 26. Inversor MultiPlus 12V ......................................................................................................... 60 Figura 27. Conexión trifásica de inversores .......................................................................................... 60 Figura 28. Medidor oZm ........................................................................................................................ 61 Figura 29. Variador de frecuencia de CA PowerFlex ............................................................................. 62 Figura 30. PLC Beckhoff ......................................................................................................................... 62 Figura 31. EK1100 | EtherCAT Coupler ................................................................................................. 64 Figura 32. Tarjeta EL1809 ...................................................................................................................... 64 Figura 33. Tarjeta EL2809 ...................................................................................................................... 64 Figura 34. Tarjeta EL3054 ...................................................................................................................... 64 Figura 35. Baterías estacionarias TOPzS ME ......................................................................................... 65 Figura 36. Baterías de condensadores VarSet Easy ............................................................................... 66 Figura 37. Filtros activos AFQe -4WF-030M-400 .................................................................................. 67 Figura 38. Mapa de comunicaciones ..................................................................................................... 74 Figura 39. Ventana Home SCADA .......................................................................................................... 78 Figura 40. Ventana Calidad de Suministro SCADA ................................................................................ 79 Figura 41. Ventana Datos en Tiempo Real SCADA ................................................................................ 80 Figura 42. Ventana de Producción Eólica SCADA .................................................................................. 82 Figura 43. Ventana Producción Solar SCADA ........................................................................................ 83 Figura 44. Ventana Histórico de Datos SCADA ...................................................................................... 85 Figura 45. Ventana Estado del Sistema SCADA ..................................................................................... 87 Figura 46. Gestión de usuarios ............................................................................................................ 101 Resumen 7 RESUMEN El desarrollo de las fuentes de energía renovables provoca que su integración en sistemas de pequeña producción sea cada vez mayor. Con ello, crecen las instalaciones que poseen más de una fuente de producción para la alimentación de sus consumos, añadidas al uso del suministro eléctrico convencional. Esta mejora de la tecnología sumada a una mayor conciencia social sobre el ahorro energético y el aprovechamiento de los recursos hacen necesarias soluciones flexibles que puedan manejar instalaciones con más de una fuente de producción eléctrica diferente, a la vez que se muestran accesibles al público interesado en gestionar mejor su consumo eléctrico. Con este escenario, en este Trabajo Fin de Grado se desarrolla un sistema de control y visualización SCADA, capaz de permitir la monitorización centralizada de los parámetros más importantes sobre la producción y consumo eléctricos de una instalación. De esta manera, se facilita el control sobre la energía eléctrica producida y la consumida, a la vez que es posible controlar los equipos de la instalación desde un mismo lugar, sin necesidad de operar desde la ubicación del aparato que se desea controlar. Se trata de la aplicación de una solución flexible y moderna a los nuevos sistemas que aparecen fruto de los avances tecnológicos en este campo, y más concretamente al caso de la instalación que se estudia en este trabajo técnico. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 14 De esta forma, se dota a la instalación destinada al área de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de un sistema de control y visualización centralizado desde el que se actuará sobre los elementos del sistema de manera eficiente. Se trata, además, de un modelo a pequeña escala de lo que supone la gestión de redes inteligentes “Smart Grid”, cuyo objetivo es gestionar el suministro eléctrico de una población. Capítulo 1. Introducción 1.3 Contexto 15 1.3 CONTEXTO El aprovechamiento del recurso energético siempre ha sido un reto para la civilización. Desde la Revolución Industrial del siglo XVIII, hemos ido dependiendo cada vez más de la energía en nuestras vidas hasta que en la actualidad, la energía eléctrica es la que posibilita la mayoría de nuestras actividades diarias. De esta forma, la energía y el recurso energético son los problemas económicos, sociales y existenciales más decisivos de nuestro tiempo. El desarrollo tecnológico actual en el campo de la producción eléctrica nos abre paso a una realidad donde existen diversas alternativas a la forma en la que producimos electricidad. Sin embargo, se debe tener en cuenta que hasta ahora la producción de energía eléctrica dependía totalmente de los combustibles fósiles, y estamos acostumbrados a ello. Por eso, existe una negativa inicial a la modificación de un sistema que ha funcionado durante décadas a nivel mundial. Aun así, muchos individuos se lanzaron al uso de la producción eléctrica a partir de fuentes de energía renovable para el autoconsumo. Y actualmente, algunos de ellos son sistemas de producción conectados a la red, de la que se puede obtener electricidad en caso de escasez de recurso renovable. Un motivo del gran desarrollo en este campo es la alarma del cambio climático cada vez más presente e intensa. El consumo de energía, incluyendo la energía eléctrica, está generalizada y las emisiones producidas por esta actividad se incrementan al depender de los combustibles fósiles. Por ello, se está enfatizando cada vez más en la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para construir un futuro sostenible. Pero este no es el único motivo que impulsa el desarrollo de la generación eléctrica renovable. La producción de energía a partir del sol y del viento son cada vez más baratas y, desde el punto de vista económico, también nos estamos dirigiendo a una era post carbono. Existen estudios que se interesan por la modernización del sistema energético, como la Carbon Tracker Initiative [1], que define el escenario futuro del uso de los combustibles fósiles a raíz de la mejora de la producción de energía eléctrica renovable. Esta entidad indica que el descenso del precio en la generación de las energías solar y eólica provocará billones de dólares en activos obsoletos (combustible fósil que no llegará a extraerse) y golpeará a los petro-Estados que no logren reinventarse a sí mismos ni detectar la velocidad de la actual transición energética. Debido a esto, cuatro de los principales sectores responsables del calentamiento global están empezando a desvincularse de la industria de los combustibles fósiles. Estos son las tecnologías de la información y las telecomunicaciones, el sector de la movilidad y la logística, el sector de la construcción y, por último, el sector eléctrico, al que se enfoca proyecto. Esta actitud demuestra una decadencia natural de la era de los combustibles fósiles a la que debemos de adaptarnos, reinventando nuestra infraestructura. Por ello, un escenario realista en el estudio del recurso eléctrico debe incluir las nuevas formas de producción renovable al sistema eléctrico actual y aprender a integrarlo eficientemente. Será más sencillo comenzar a implementar una adaptación a los avances tecnológicos mencionados estudiándolos en instalaciones individuales para, más adelante, ser capaces de coordinar carias de ellas e incluso una población. Un escenario prototípico para el futuro sería aquel donde existieran pequeñas fuentes de producción individuales o por comunidades de ciudadanos, donde se consumiría energía renovable como primera opción y cuyos excedentes serían compartidos con el resto de las poblaciones a través del sistema. Con ello se eliminarían pérdidas en el transporte de la energía a la vez que se potenciaría un consumo eficiente, renovable e inteligente con el objetivo de sacarle partido a los avances tecnológicos de los últimos tiempos. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 16 Es conocido que, cuanto más se desarrolla un campo, más está presente en las vidas de los ciudadanos y más se necesitan unos conocimientos básicos por los usuarios para utilizarlos de la mejor manera posible. De esta forma, se observa la necesidad de desarrollar sistemas de gestión y control de la producción eléctrica accesibles que faciliten esta actividad lo máximo posible. En este proyecto se diseñará un sistema que atiende a los avances tecnológicos en el sector eléctrico. La filosofía para el desarrollo del proyecto puede compararse con la utilizada en la logística del transporte de mercancías. Igual que es efectivo conocer dónde hay mayor tráfico o la existencia de tramos en obras en cada momento para la gestión y elección del camino más eficaz a la hora del transporte, para la gestión de la producción eléctrica es importante saber qué consumos se tienen en cada momento y de qué recursos se dispone. Capítulo 1. Introducción 1.4 Especificaciones Generales 17 1.4 ESPECIFICACIONES GENERALES 1.4.1 INTRODUCCIÓN Es importante conocer los recursos eléctricos de los que dispone la instalación para poder realizar un correcto control de esta. Además, para obtener una mejor visión del conjunto completo, es interesante analizar cómo se genera la energía eléctrica en las diferentes fuentes de producción a las que se recurre. De esta forma, se estudian las fuentes de producción que se integrarán en el sistema de control y visualización SCADA del que trata el proyecto. Entre ellas se encuentran la generación eólica a partir de aerogeneradores, la producción solar fotovoltaica a partir de paneles fotovoltaicos y la energía eléctrica procedente de la red de distribución que alimenta las instalaciones de la Universidad de Almería. 1.4.2 ENERGÍA EÓLICA Los orígenes del aprovechamiento de la energía procedente del viento [2] se remontan a su uso en los barcos de vela del antiguo Egipto. Más tarde, entre los siglos XVIII y XIX, se construyeron molinos de viento para moler trigo y otros granos. Después, se utilizaron molinos de viento para operar bombas de irrigación en granjas. Hasta que el creciente uso de la electricidad en el siglo XX tuvo una gran influencia en el desarrollo de aerogeneradores, gracias también a los avances en aerodinámica. El primer aerogenerador fue desarrollado por el danés Poul la Cour en la década de 1890, como parte de la industrialización. Se basó en el funcionamiento de los molinos que se empleaban en moler granos de maíz, cambiando sus aspas por paletas ajustables con bisagras y añadiendo otro de sus inventos, el “kratostat”. Se trataba de un mecanismo de poleas y pesos con el que se nivelaba el accionamiento irregular del molino debido a las ráfagas intermitentes de viento, on el objetivo de obtener una fuente de energía estable. La mejora de este diseño fue inventada por dos ingenieros daneses en 1919, Johannes Jensen y Poul Vinding. Su aerogenerador se llamó Agricco y sus aspas fueron diseñadas como las alas de un avión. Cada una de las aspas podía ser girada en diferentes posiciones, lo que añadía regulación de inclinación. Además, disponía del accionamiento que le permitía girar automáticamente con la dirección del viento. Hasta la década de 1950 no se perfeccionó el modelo. La mejora vino por uno de los aprendices de Poul La Cour, Johannes Jull. Su aerogenerador tenía un mástil de 12 metros de altura y dos palas de 8 metros de largo asociados a un generador de 10 kW. Este aerogenerador utilizaba cerca del 60% del posible efecto extraíble del viento. Se empieza a parecer a los aerogeneradores utilizados actualmente. El desarrollo de la energía eólica como se conoce actualmente surgió a partir de los años 70, derivada de la crisis del petróleo. Se utilizaban agrupaciones de varios aerogeneradores de tres aspas para la producción de energía eléctrica y se crearon algunas de las grandes empresas del negocio como Vestas y LM Wind Power. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 18 Figura 1. Aerogenerador de Johannes Jull Figura 2. Agricco de Johannes Jensen y Poul Vinding Figura 3. Aerogeneradores de 1970 A continuación, se estudia el funcionamiento básico de los aerogeneradores modernos del tipo de los que se emplean en la instalación a la que se dirige el proyecto, así como las partes que lo componen y las funciones que tienen. Los aerogeneradores modernos están formados por un sistema de dos o tres palas colocadas a gran altura [3], don de la velocidad del viento es mayor. Las aspas son capaces de girar siguiendo el método de funcionamiento aerodinámico de las alas de un avión, creando zonas de altas y bajas presiones a los lados de cada aspa, provocando el movimiento de estas. Esta combinación de movimientos permite la rotación de las palas. Capítulo 1. Introducción 1.4 Especificaciones Generales 19 La góndola es donde se encuentran los componentes clave del aerogenerador, incluyendo engranajes, rotor y generador como elementos principales. En ella ocurre la transformación de la energía mecánica en eléctrica de la siguiente forma. El rotor del aerogenerador gira gracias a la diferencia de presiones creada por el viento en las aspas. Este rotor tiene una velocidad de giro igual a la de las aspas, por ello suele conocerse como el de baja velocidad. Para producir electricidad, es necesario incrementar la velocidad de rotación para el giro del generador eléctrico. Esta es la función del multiplicador o caja de cambios, que consigue su objetivo con un tren de engranajes. Esto permite que la velocidad de giro del rotor del generador sea suficiente para producir corriente eléctrica, en los aerogeneradores de gran potencia esta velocidad suele ser 1600 rpm. El generador eléctrico situado en la parte trasera de la góndola produce electricidad en corriente alterna. Se debe controlar que la velocidad de giro del rotor del aerogenerador no sea excesiva, ya que puede provocar daños en el equipo por vientos fuertes. Para ello, los aerogeneradores de gran potencia incorporan un controlador para esta función. En el caso en el que sea necesario detener el rotor, la góndola alberga un freno que actúa mecánica, eléctrica o hidráulicamente para este fin. A modo de protección en la parte final de la góndola de los aerogeneradores de gran potencia suele instalarse un pararrayos. Además, suelen ir proporcionados de un sistema de ventilación tras el generador que evite el aumento de temperatura y el malfuncionamiento de este. Es importante tener en cuenta que la orientación del aerogenerador para que cumpla su función debe ser de cara al viento, es decir, la dirección del viento debe ser desde el buje hasta la parte final de la góndola. Para conocer este parámetro decisivo, se dispone de veletas y anemómetros que, además, proporcionan datos sobre la velocidad del viento. Conociendo cuál es la orientación ideal del aerogenerador, el equipo presenta un sistema de giro con el que reorientar el buje y sistema de palas. Figura 4. Componentes de un aerogenerador [4] Aunque los aerogeneradores más utilizados son los vistos hasta ahora, denominados de eje horizontal, existen otro tipo de aerogeneradores, los de eje vertical. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 20 Estos aerogeneradores se utilizan generalmente para bajas velocidades de viento y son útiles para el bombeo de agua aún. Aún no presentan tanta capacidad de producción eléctrica como los de eje vertical, de ahí su poca popularidad. En la siguiente figura se muestran los tipos de turbinas eólicas de eje vertical siendo a) modelo Savonius; b) modelo Darrieus-rotor con diseño de “batidor de huevos”; c) H-Darrieus con aspas en forma de H; d) modelo con aspas en forma cuchillas. Figura 5. Tipos de turbinas eólicas de eje vertical [5] Estudiado el funcionamiento de los aerogeneradores modernos, se puede observar que la potencia eléctrica generada dependerá directamente de la velocidad del viento que haga girar las aspas. A continuación, se analizarán las ecuaciones características de los aerogeneradores. Para empezar, es de especial interés conocer la potencia disponible del viento. Toda potencia se calcula a partir de la energía, siendo la potencia la derivada de la energía en el tiempo. La energía disponible del viento para un aerogenerador se considera cinética. P= dE dt= d(1 2·m·v2) dt La energía cinética de una partícula de aire que se mueve es proporcional su masa y al cuadrado de su velocidad. Calcular la masa de una partícula de aire puede resultar complicado y para facilitar el desarrollo de la expresión, se representará la masa como la densidad del aire dividido entre su volumen. El volumen de aire que se tendrá en cuenta para el desarrollo será el definido por el área barrida por las aspas del aerogenerador y por el espesor de estas. Esto se debe a que el espesor de las palas el recorrido en el que el viento les cederá energía cinética. m= ρ·vol= ρ·A·e P= d(1 2·ρ·A·e·v2) dt Capítulo 1. Introducción 1.4 Especificaciones Generales 21 P= 1 2·ρ·A·v3 P: Potencia disponible del viento (W). E: Energía cinética de una partícula de aire (J). m: Masa de una partícula de aire (kg). v 󰇍 : Vector velocidad de una partícula de aire (m/s). ρ: Densidad del aire. Parámetro de valor constante (kg/m3). vol: Volumen del aire (m3). A: Área barrida por las aspas del aerogenerador (m2). Esta área a su vez es 2·π·l, siendo l la longitud de las aspas. El área barrida es parámetro de valor constante. e: espesor de las aspas del aerogenerador (m). Parámetro de valor constante. La potencia máxima extraíble del aire depende, por tanto, de la densidad de este, el área barrida por las aspas del aerogenerador y la velocidad del viento. Sin embargo, la potencia real obtenida por el aerogenerador será menor, ya que se extraerá la potencia máxima del viento cuando la velocidad de este sea cero al pasar las aspas del aerogenerador. Este fenómeno no es posible ya que supondría una acumulación de masa de aire tras las palas del aerogenerador, lo que es conocido que no ocurre en la realidad. Para conocer la potencia máxima obtenida por una turbina eólica habrá que tener en cuenta este fenómeno y se estudia el perfil de velocidades y presiones del recorrido de la masa de aire con detalle. El objetivo del estudio es obtener el valor máximo del coeficiente que determinará la potencia máxima extraíble del viento por una turbina eólica. Este coeficiente se denomina coeficiente de potencia (Cp). Estudios que utilizan las expresiones de conservación de la masa, conservación de la energía (Bernouilli) y la Primera Ley de Newton como base, consiguen mostrar el valor máximo de este coeficiente para turbinas eólicas. Este valor es de 16/27 (dieciséis veintisieteavos). Al máximo valor posible del coeficiente de potencia se le llama Límite de Betz y su valor se alcanza con aerogeneradores de tres palas. Es por esto por lo que no se ven modelos de cuatro palas. De este modo, a partir de la expresión de la potencia máxima disponible del viento y del valor del Límite de Betz se obtiene la expresión de la potencia máxima obtenida por una turbina eólica. P= 1 2·ρ·A·𝑣3·16 27 Se ha comprobado que la potencia extraíble del viento depende de su velocidad, por ello es usual estudiar la ocurrencia de vientos de determinadas velocidades según la zona donde se quiere ubicar el aerogenerador. Para una buena producción de energía eléctrica, se necesita que la velocidad del viento que mueve las aspas sea lo más constante posible. Para el estudio de esta característica se emplea la distribución de probabilidad de Weibull. Se trata de una función de densidad que estudia la probabilidad de ocurrencia de todas las velocidades de viento en una zona determinada. De esta forma se podrá escoger el aerogenerador cuya velocidad de diseño se ajuste más al viento con más probabilidad de ser constante en esa zona. La función se expresen porcentaje (%) y se define de la siguiente manera. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 22 F(v,k,λ)={k λ·(v λ)k−1 ·e− (v λ)k v<0 0, v≥0 F: Función de Weibull (%). v: Velocidad del viento (m/s). k: Factor de forma. λ: Factor de escala. Referido a la calidad del viento. A la hora de representar la función de Weibull, el eje de abscisas representa los diferentes valores de velocidad del viento en m/s, y el eje de ordenadas representa las probabilidades de ocurrencia para cada uno de estos vientos, es decir, la función distribución de probabilidad. De esta forma, la velocidad de viento que se debe tener en cuenta a la hora de escoger un aerogenerador es a la que corresponda el punto más alto de la gráfica de la función de Weibull, es decir, el que presente mayor probabilidad de mantenerse constante en el tiempo. Teniendo esto en cuenta, resulta de especial interés conocer las características del viento en Almería, y más concretamente en las coordenadas de la Universidad de Almería, que es donde se encuentra la instalación de estudio de este proyecto. Conocer las características del viento en la zona es útil para identificar con más facilidad anomalías en la producción eólica. Utilizando el recurso proporcionado por [6] es posible obtener la función de Weibull característica del viento en la zona de la Universidad de Almería, así como la orientación de los vientos predominantes en la zona. Para obtener los resultados, se han proporcionado los datos de coordenadas geográficas de la zona de estudio y de la altura de los aerogeneradores. Tras estas especificaciones, la herramienta muestra los siguientes resultados, utilizando la base de datos almacenados por MERRA-2 de la National Aeronautics and Space Administration (NASA). Figura 6. Distribución de Weibull en la Universidad de Almería Esta distribución muestra la probabilidad de viento constante en la zona estudiada, así como a qué valor corresponde en metros por segundo. Esta información es de importancia ya que se necesita de un recurso eólico de valor lo más permanente posible para una correcta producción de energía eléctrica a partir de aerogeneradores. Capítulo 1. Introducción 1.4 Especificaciones Generales 23 De modo que se puede observar que el valor de viento con más probabilidad de ser constante en la zona está entre 1 y 2 m/s. La probabilidad de ocurrencia de este fenómeno se aproxima a 0,14. Figura 7. Distribución de vientos en la ubicación de la Universidad de Almería Por otro lado, se obtiene la dirección predominante del viento en la ubicación del proyecto. Se muestra que la dirección predominante es WSW (Oestesuroeste). Una vez obtenida una idea de las características principales del viento en la Universidad de Almería, es interesante observar los datos sobre la disponibilidad de recurso eólico en Almería para conocer qué producción se podría llegar a obtener. Los datos se publicaron en la referencia [7] para todo el territorio español y teniendo como referencia la altura de 30 metros para aerogeneradores de pequeña potencia. En el caso de la instalación que se estudia en este proyecto, la altura de los aerogeneradores es de 15 metros, así que se debe tener en cuenta esta diferencia a la hora de interpretar los mapas, que serán utilizados meramente como información adicional. Figura 8. Densidad de potencia media anual a 30 m de altura en (W/𝑚2) Figura 9. Densidad de potencia media anual a 30 m de altura en (W/𝑚2) Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 30 fabricación más simple del cristal de silicio que no resulta en un único cristal uniforme; por último, los paneles de capa fina que utiliza tres capas de material en una misma base. Figura 15. Clasificación general de paneles fotovoltaicos Una vez conocidas las principales características de los paneles fotovoltaicos, es de interés estudiar las ecuaciones con las que obtener los parámetros más importantes. De esta forma, es importante conocer la energía que debe tener un fotón para que, al impactar contra un electrón, sea capaz de liberarlo del enlace que lo une al átomo de silicio. Esta energía se conoce como anchura de la banda prohibida (Eg) y depende del material. Así, el silicio tiene una anchura de banda prohibida a 0 K de 1,21 eV. Conociendo la energía que deben portar los fotones, es posible calcular la longitud de onda de radiación con más probabilidad de generación de corriente eléctrica. Eg= h·c λ h: Constante de Planck (4,1361·10−15 eV·s). c: Velocidad de la luz en el vacío (2,998·108 m/s). λ: Longitud de onda (nm). Por otro lado, se ha mencionado como característica de las primeras células fotovoltaicas la eficiencia. Este parámetro depende de la intensidad de corriente y voltaje en el punto de máxima potencia de operación de la célula, de la irradiancia (energía solar por unidad de superficie) y del área de la célula. η= Imp·Vmp A·E ·100 η: Eficiencia (%). Imp: Intensidad en el punto de máxima potencia (A). Vmp: Voltaje en el punto de máxima potencia (V). Capítulo 1. Introducción 1.4 Especificaciones Generales 31 A: Área de la placa o célula fotovoltaica (m2). E: Irradiancia (W/m2). Es la radiación que incide en un instante sobre una superficie determinada [13]. Para conocer cuál es el punto de máxima potencia del panel fotovoltaico, se representan los parámetros de intensidad y potencia en función del voltaje de salida del panel para cada modelo. De esta forma, a partir de la representación gráfica pueden obtenerse los valores de voltaje e intensidad en el punto de máxima potencia fotovoltaica trazando una vertical desde el punto más alto de la curva de potencia (MPP) hasta corta el eje x y la curva de intensidad de la corriente de salida del panel. Figura 16. Curva I-V y punto de máxima potencia (MPP) de panel fotovoltaico [14] Además de las características individuales del panel, es importante conocer los cálculos necesarios para estimar la producción eléctrica esperada, la productividad de la planta o el rendimiento global de la instalación. EFV= PFV·HSP·PR EFV: Energía esperada de la planta (kWh). PFV: Potencia nominal de la planta fotovoltaica (kW). PR: Performance ratio o rendimiento global del sistema. Factor de pérdidas de rendimiento de la planta fotovoltaica debidas a temperatura, cableado o transformaciones de corriente continua a corriente alterna o de baja tensión a media tensión. HSP: Horas solares pico. Horas cuya irradiancia corresponde a las condiciones estándar de 1 kW/m2. Se obtiene dividiendo la irradiación solar en el emplazamiento (kWh/m2) entre este valor estándar, equivalente a 1 kW/m2. YF= EFV PFV Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 32 YF: Productividad del sistema fotovoltaico (kWh/kW). EFV: Producción energética real de la instalación (kWh). PFV: Potencia nominal de la instalación (kW). PR= YF 𝑌R PR: Performance ratio o rendimiento global del sistema. Representa la relación entre la energía producida y la que teóricamente de podría generar con la radiación disponible. YF: Productividad del sistema fotovoltaico (kWh/kW). YR: Productividad de referencia (HSP ó h/día). Se calcula dividiendo la irradiación en el emplazamiento de la instalación (kWh/m2) entre la irradiancia en condiciones estándar, equivalente a 1 kW/m2. Para muchas de las ecuaciones descritas se necesita conocer la irradiancia o irradiación en el lugar de la instalación. Este dato se puede obtener gracias a los estudios de la Agencia Estatal de Meteorología [15]. Gracias a esta agencia, es posible obtener los datos de irradiancia en la zona donde se ubica la instalación de estudio y es posible compararlos con el resto del territorio español. Además, proporcionan los valores de irradiancia global, directa y difusa concretamente en Almería durante el transcurso de un año completo y durante cada uno de los doce meses. La disponibilidad del recurso solar en la zona de la Universidad de Almería es muy alta. Almería dispone de los mejores valores de irradiancia global del país, con un valor entorno a los 5,5 kWh/m2·día. Con estos datos se observa el carácter realista de la utilización del recurso solar para la generación fotovoltaica de pequeña potencia de manera distribuida y accesible en la provincia. Figura 17. Irradiancia global media en España (kWh/𝑚2·día) entre 1983 y 2005 Capítulo 1. Introducción 1.4 Especificaciones Generales 33 Figura 18. Irradiancias global, directa y difusa en Almería entre 1983 y 2005 Es bien conocida las buenas características de Almería para la utilización del recurso solar, pudiendo ser este termosolar o fotovoltaico. Por ello, la realización de este proyecto se ve de gran utilidad al dedicarse a una gestión de utilización de los diferentes recursos disponibles en un lugar para el consumo eléctrico. Es una forma de conseguir integrar los diferentes recursos disponibles en un lugar y facilitar el máximo aprovechamiento de estos para el consumo eléctrico. Capítulo 1. Introducción 1.5 Especificaciones Técnicas 35 1.5 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 1.5.1 INTRODUCCIÓN Este apartado se exponen dos conceptos importantes para el desarrollo de este proyecto, qué son los sistemas de control y visualización SCADA y qué son las redes de comunicación industrial. Primero, se exponen las características de los sistemas de control y visualización SCADA en el ámbito industrial, así como los modelos existentes en la actualidad. Se debe tener en cuenta las condiciones del mercado actual para ser capaces de escoger con mayor criterio el software adecuado para el propósito de este proyecto. Después, se estudia con detenimiento las características de las redes de comunicaciones industriales, su clasificación y los tipos más utilizados en la actualidad. Estas redes transportarán la información necesaria para el funcionamiento del sistema de control y visualización de la instalación. 1.5.2 SISTEMAS SCADA El acrónimo SCADA viene del inglés “Supervisory Control And Data Acquisition”. Esto se traduce en que un sistema de este tipo tiene como finalidad supervisar y controlar remotamente una instalación mediante diferentes protocolos en un solo lugar. Estas lecturas se realizan en tiempo real. Los sistemas SCADA pueden considerarse como un conjunto de programas y equipos destinados a la adquisición de datos y transmisión de comandos desde y hacia el proceso [16]. De esta forma aseguran el diálogo entre el operador y la instalación, pudiendo generar avisos sobre cuando se alcancen valores críticos para el sistema o pudiendo crear una base de datos que contenga los principales parámetros que se debe tener en cuenta al operar la instalación. Se trata de una evolución de los sistemas de vigilancia unido a la capacidad de controlar los equipos de los que se forma la instalación. Sistemas de control de procesos modernos. Los sistemas SCADA para el control y visualización de sistemas eléctricos tienen las operaciones principales de informar, en tiempo real, sobre el estado de la energía disponible y/o generada, así como de los consumos que se deben satisfacer, y ofrecer la opción de poder actuar sobre los elementos del sistema según el mejor criterio. Las acciones de control más relevantes de los SCADA en instalaciones eléctricas son las relacionadas con decisiones sobre la producción. Poder escoger cuándo la energía consumida en la instalación o en el sistema va a provenir de aerogeneradores, paneles fotovoltaicos o de la red eléctrica de alta tensión. La supervisión adecuada de una instalación de dimensiones considerables requiere conocer una gran diversidad de parámetros, que, al poder consultarse desde un mismo lugar, se ayuda a planificar el uso de la energía, fomentando el ahorro energético. Por otro lado, los componentes principales de los sistemas de control y visualización SCADA son: Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 36 • Un PC con su pantalla, asignado a las funciones de supervisión, es decir, de la interfaz hombremáquina (HMI). Desde ellos se podrá actuar sobre las distintas partes del sistema como punto central de vigilancia y control. • Una serie de periféricos que interactúan directamente con el proceso a través de sensores y actuadores, válvulas. Los periféricos son dispositivos que pueden ser controlados de manera remota a través del centro de control. Entre estos aparatos se encuentran también los sensores y medidores que recogen información importante para tomar decisiones sobre el estado de la instalación, como corriente, voltaje, temperatura o radiación. • Una red de comunicación industrial, capaz de garantizar el correcto intercambio de información entre los sistemas periféricos, controladores del sistema y PCs de supervisión en tiempo real [17]. Los medios de transmisión para pasar los datos y las señales de control pueden ser por cable o inalámbricos, y a su vez pueden ser de tipo LAN (Local Area Network, que se utiliza en un área limitada) o WAN (Wide Area Network, que se utiliza como sistema global). Algunas de las redes de comunicación más comunes son Ethernet, DeviceNet, Modbus, ControlNet o Profibus. Existe una gran diversidad de software SCADA en el mercado disponibles para el control y visualización de instalaciones. Cada uno presenta sus peculiaridades y a la hora de escoger qué software SCADA utilizar se deben tener en cuenta estas características, así como el grado de complejidad del propósito de su uso, el rendimiento que se requiera, el presupuesto disponible y las preferencias personales. Algunas de las empresas que ofrecen software SCADA son Omron, Siemens o Schneider Electric. El software SCADA de OMRON tiene como nombre Movicon Next [18] y presenta las siguientes características principales. • Editor de Windows 10 a Windows CE • Los proyectos son archivos XML, es decir, que se pueden editar con cualquier editor de texto • Tareas I/O: hasta 100000 • Usuarios Clientes de Web hasta 99 (HTML5 o APPs) • Con visualización 3D • Emisor y estadístico de alarmas (hasta 100000) con opción de SMS, voz y E-mail • Protocolo de comunicación OPC UA y Modbus con drivers • Conectividad DA • Con Geo SCADA Por otro lado, el software SCADA de SIEMENS se identifica como SIMATIC SCADA Sytem. Tiene diferentes versiones con distintas prestaciones cuyas características se muestran a continuación. 1. El primero de ellos es el SIMATIC WinCC Professional [19]. • Comunicación no propietaria por OPC. • Protocolos del SIMATIC WinCC RT Professional: Capítulo 1. Introducción 1.5 Especificaciones Técnicas 37 o OPC UA (DE, HA) Server 1.02. o OPC XML DA 1.0 Server. o OPC UA DA Client 1.02. o OPC XML DA 1.01 Client. o OPC HAD 1.20 Server (Historical Data Access). o OPC A&E 1.10 Server. o WinCC OLE DB Provider • Permite monitorización vía Internet mediante dispositivos móviles a través de HTML5. • Los datos históricos se almacenan como calores WinCC en la base de datos SQL (permite 500 archivos tags que puede ampliarse y hasta 262.144 power tags. Estos últimos se refieren a todas las tareas de un proyecto que están conectadas a un controlador). • Control de alarmas. • Software para control del consumo de energía. • Sistemas operativos compatibles: o Windows 7 Professional/Enterprise/Ultimate SP 1 (32 bit) (only clients). o Windows 7 Professional/Enterprise/Ultimate SP 1 (64 Bit). o Windows Embedded Standard 7 SP1 (64 Bit) (only SIMATIC IPC). o Windows 10 Pro Version 1703 (OS Build 15063). o Windows 10 Enterprise Version 1703 (OS Build 15063). o Windows 10 Enterprise 2016 LTSB (OS Build 14393). o Windows Server 2012 R2 x64 StdE (full installation). o Windows Server 2016 Standard (full installation). 2. El segundo de ellos es el software SCADA SIMATIC WinCC V7 [20]. • Protocolos compatibles con SIMATIC: o MPI. o Soft-PLC. o Profibus. o Industrial Ethernet ISO L4. o Industrial Ethernet TCP/IP. • Datos de rendimiento en sistema gráfico. • Avisos configurables por servidor: 150000 como máximo. • Sin límite de ficheros. • Campos de fichero por usuario: 500. 3. El tercer software SCADA de SIEMENS es el SIMATIC WinCC Open Architecture V3.1 [21]. • Sistemas operativos compatibles: o Microsoft: Windows 10 (CB<SB), Server 2016 y Server 2019. o Linux: RedHat Enterprise Linux 8.x, Cent0S 8.x, SUSE Linux Enterprise Server (SLES) 15, SIEMENS Industrial OS 2.0. • Nuevas actualizaciones respecto de los anteriores: o Profinet/Profisafe driver. o Mejora en OPC UA. o Mejora en Modbus. • Hasta 255 rangos de alarmas analógicas. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 38 El software SCADA de Schneider Electric tiene como nombre Wonderware [22] y presenta las siguientes características principales. • Compatibilidad OS: o Windows Server 2012 Data Center, Standard o Windows Server 2012 R2 Data Center, Standard o Windows 8.1 Enterprise (x64, x86) o Professional (x64, x86) o Windows 10 Professional o Windows 10 Enterprise (x64, x86), Professional • Compatibilidad con sistemas de gestión de bases de datos: o SQL Server 2012 Standard Sp2 (x64, x86), Enterprise (x64, x86), Express-SSMSE o SQL Server 2012 Standard SP2 (x64, x86), Enterprise (x64, x86), Express-SSMSE (x64, x86) SP1 o SQL Server 2012 Standard SP2 (x64, x86), Enterprise (x64, x86), Express-SSMSE (x64, x86) SP2 o SQL Server 2014 Standard (x64, x86), Enterprise (x64, x86), Express-SSMSE (x64, x86) o SQL Server 2014 Standard (x64, x86), Enterprise (x64, x86), Express-SSMSE (x64, x86) SP1 o SQL Server 2016 Standard, Enterprise, Express • Compatibilidad de la visualización: o Microsoft Hyper-V: basada en la versión de Windows o VMware 6.0 virtualization with High Availability and Disaster Recovery (HA/DR) + VMWare vSphere 6.0 o VMware 5.0 Update 1 virtualization with High Availability and Disaster Recovery (HA/DR) El software SCADA de AVEVA tiene como nombre InduSoft Web Studio v8.1, consultado en las referencias [23] y [24], y presenta las siguientes características principales. • Acceso por plataforma móvil y lenguaje HTML5 • Sistemas compatibes: o Windows 10 (incluyendo las versiones LTSC/LTSB) o Windows 8.1 o Windows 7 Service Pack 1 o Windows Server 2016 o Windows Server 2012 R2 o Windows Server 2008 R2 Service Pack 1 o Windows 10 IoT Enterprise (solo la versión LTSC/LTSB) o Windows Embedded 8.1 Industry Pro o Windows Embedded Standard 7 Service Pack 1 • Es necesario tener Internet Explorer. • Hasta 4000 tags en Windows, Windows Server y Windows Embedded Standard • Hasta 64000 tags en Windows y Windows Server Capítulo 1. Introducción 1.5 Especificaciones Técnicas 39 • Hasta 10 millones de tags en Windows Server (multi-core) • Protocolos: OPC UA y OPC Classic (HDA y DA). Por otro lado, GE Digital presenta varios sistemas SCADA, se muestran a continuación las principales características de cada uno. 1. Software SCADA: CIMPLICITY 11 [25] • Requisitos Software. Uno de los siguientes sistemas: o Microsoft Windows 10 (32 bit or 64 bit), P/E/U Editions o Microsoft Windows 10 IoT Enterprise (LTSB) – solo la versión completa IoT. No las versiones móviles. o Microsoft Windows 8.1 (32 bit or 64 bit), P/E/U Editions o Microsoft Windows Server 2019 o Microsoft Windows Server 2019 Cluster o Microsoft Windows Server 2016 o Microsoft Windows Server 2016 Cluster o Microsoft Windows Server 2012 R2 • Requisitos Hardware: o Intel Core 2 Duo 3.0 GHz o mejor o Mínimo 4 GB de RAM o Mínimo 40 GB de espacio de disco duro libre • Protocolos: OPC UA, SQL • Protocolos abiertos: ISA, IEC, OPC • Extensiones: VB, .NET, Rich APIs • Permite conexión local remota con LAN, WAN o conexiones a internet incluyendo VPN. 2. Software SCADA: iFIX 6.0 [26] • Requisitos software: o Navegadores cualificados HTML5 o Uno de los siguientes sistemas operativos: – Microsoft Windows 10 – Microsoft Windows 8.1 (32-bit o 64-bit) – Microsoft Windows 7 Embedded Standard, Service Pack 1, para iFIX 6.0 sólo licencias incorporadas. Las licencias incorporadas iFIX no ejecutarán en Windows 10 IoT u otros sistemas operativos. – Microsoft Windows 7 (32-bit o 64-bit) – Microsoft Windows Server 2016 – Microsoft Windows Server 2012 R2 o Software interfaz de red para comunicaciones TCP/IP y drivers I/O. o Un driver I/O para servidores SCADA. • Protocolos: OPC UA y HTML5 • Provee de una API para consumir contenido externo HTML5 • Permite conexión local remota con LAN, WAN o conexiones a internet incluyendo VPN. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 46 10. Diseño de la gestión de usuarios para el acceso al software. El sistema SCADA que se desarrolla en este proyecto puede verse afectado si varios usuarios distintos hacen uso de sus funciones de manera simultánea. Por este motivo es importante gestionar los usuarios que tienen acceso al sistema. 11. Definición de las variables del sistema SCADA. Esta tarea se enfoca al ámbito de la programación interna del sistema de control y visualización. 12. Redacción del documento Trabajo Fin de Grado. Es la última tarea realizada y donde se refleja el trabajo invertido en el proyecto. Es la tarea que más tiempo ha consumido, pero con poca diferencia respecto de la primera tarea realizada, la tarea de estudiar el software que se utiliza para el diseño del sistema de control y visualización SCADA. Figura 19. Planificación temporal Capítulo 1. Introducción 1.8 Estructura del documento 47 1.8 ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO Este documento sobre el Trabajo Técnico presentado como Trabajo Fin de Grado presenta cuatro capítulos principales. Todos ellos son relevantes para una comprensión sobre todos los aspectos que han llevado a la realización de este proyecto, las fases de desarrollo de este y las conclusiones obtenidas a partir del mismo. Estos capítulos principales son: • Capítulo I. Introducción Contiene aspectos como la motivación del proyecto, el contexto y el resumen de resultados. Se trata de un apartado necesario para comprender el entorno que rodea la realización de este proyecto. • Capítulo II. Materiales y métodos En este capítulo se entra más en detalle respecto a los componentes técnicos del proyecto, los equipos que se integran con sus respectivas características y el recurso software empleado para el desarrollo del proyecto. • Capítulo III. Resultados En él se presenta con detalle todo lo obtenido a partir del trabajo realizado sobre el proyecto. Se define cada uno de los aspectos desarrollados. • Capítulo IV. Conclusión y trabajos futuros En este último capítulo se discute de forma objetiva la funcionalidad del proyecto y sus posibles mejoras. Además, se relaciona con los conocimientos adquiridos a lo largo del estudio del Grado en Ingeniería Eléctrica y cómo estos conocimientos han sido útiles para el desarrollo del proyecto. Por último, se plantean proyectos que pueden desarrollarse a partir de este, mejorándolo y ampliando el campo de estudio. A parte de los cuatro capítulos principales, el documento consta de un índice de contenidos donde se observan todos los apartados y subapartados del documento, un índice de figuras para ubicar las imágenes que se usan como apoyo al texto durante la redacción y un listado de referencias bibliográficas. Capítulo 2. Materiales y métodos 49 CAPÍTULO II MATERIALES Y MÉTODOS Capítulo 2. Materiales y métodos 2.1 Emplazamiento 51 2 CAPÍTULO II. MATERIALES Y MÉTODOS Este capítulo se divide en tres secciones principales. En la primera, se describe el emplazamiento donde se ubicará el sistema de control y visualización SCADA, se estudia la distribución de las diferentes zonas a tener en cuenta en el control de la nave. En el segundo apartado se estudian las características de los equipos más relevantes para el sistema y la instalación. Por último, se describen las funciones del programa software escogido para el desarrollo del SCADA. De esta forma se puede entrar completamente en el contexto de este documento, es decir, se conocerá el dónde y el con qué a la hora de realizar el proyecto. 2.1 EMPLAZAMIENTO El proyecto tiene el objetivo de diseñar el sistema de control y monitorización de una nave que forma parte del campus de la Universidad de Almería. Esta universidad tiene su dirección en Carretera Sacramento, s/n, 04120 La Cañada de San Urbano, Almería. En su recinto se encuentra la instalación que se estudia en este documento. Se trata de un laboratorio destinado a la docencia e investigación en el ámbito de la ingeniería eléctrica, y dentro del campus de la Universidad de Almería, se encuentra en la nave V del Cite IV. Figura 20. Plano de distribución en planta La distribución del laboratorio se divide en seis zonas destinadas a distintas funciones. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 52 1. La zona 1 está destinada a la docencia. Se equipa con mesas y sillas para el alumnado, un equipo de proyección para presentar apoyo visual durante las horas lectivas y equipos informáticos para ser utilizados por los estudiantes. 2. La segunda zona es donde se encuentra el centro de transformación del laboratorio. Está compuesta por un transformador que adaptará la tensión de suministro desde la zona de alta tensión del centro de transformación de la universidad más cercano para obtener una tensión de 400 V que se dirigirá al cuadro general de alta tensión. Este cuadro también se encuentra en esta zona de la nave y su salida conecta con el cuadro general de baja tensión. Al cuadro general de baja tensión también se conecta la parte de baja tensión del centro de transformación de la universidad más cercano. Por último, el cuadro general de baja tensión se encarga de suministrar la energía eléctrica a la instalación. Será posible conectarlo y desconectarlo para interrumpir el suministro. Por otro lado, en el caso en el que se suministre, esta electricidad podrá ser de baja tensión o alta tensión, pero nunca de las dos simultáneamente. 3. La zona 3 es la zona de energías renovables. En ella se encuentran los reguladores de carga de las generaciones eólica y solar, que adaptan la energía renovable producida por estas fuentes hasta una tensión de 12 V. Se tienen un total de tres reguladores para la energía eólica, uno para cada aerogenerador, y tres reguladores para la energía solar fotovoltaica, uno para cada grupo de paneles. Cada grupo de paneles fotovoltaicos contiene 6 paneles, y en total se tienen 18 paneles fotovoltaicos en la instalación. La tensión de 12 V a la que adaptan la electricidad los reguladores de carga de la generación renovable corresponde a la tensión del bus de corriente continua del laboratorio, que es el que distribuye la electricidad a esta tensión hacia las baterías y/o hacia los inversores. Los inversores son tres equipos monofásicos destinados a la adaptación de los 12 V de corriente continua en corriente alterna destinada a los consumos de la instalación. Estos pueden combinarse para suministrar corriente trifásica desfasando sus fases 120° unas de otras. En esta zona también se encuentran los equipos destinados a mejorar la calidad del suministro eléctrico. Estos son la batería de condensadores y los filtros activos. La batería de condensadores se encarga de disminuir el consumo de energía reactiva en el laboratorio que afecta directamente al consumo de potencia de los equipos, mientras que los filtros activos centran su actividad en la eliminación de armónicos en la señal con el objetivo de eliminar los perjudiciales para la transmisión de esta energía y para los aparatos. 4. La cuarta zona es donde se encuentra la zona de consumos industriales y motores. Son cargas pesadas que consumen una cantidad importante de energía eléctrica y que serán monitorizados con el objetivo de conocer las características del consumo en tiempo real. 5. La zona 5 contiene los consumos de tipo hogar. Este tipo de consumos consumen menos energía eléctrica, luego son menos críticos para la instalación, pero son los más comunes en las poblaciones. También serán monitorizados, al igual que los consumos de tipo industria. La zona está formada por tres grupos hogar con cargas que varían en cada momento y que serán de interés de estudio para los alumnos que asistan a docencia en esta nave. 6. Esta última zona es donde se ubicará el sistema SCADA diseñado en este proyecto. Se trata de la zona de control y en ella se ubicará también el controlador lógico programable que gestiona la entrada y salida de información, desde los consumos y producción hasta el software de control y visualización y viceversa. Dispone de una pantalla de mayor dimensión desde la que Capítulo 2. Materiales y métodos 2.1 Emplazamiento 53 se podrá acceder a los parámetros de la energía producida y generada en el laboratorio, a la vez que se podrán controlar las partes críticas de la instalación destinadas al suministro de energía eléctrica. Por último, es importante mencionar que cada zona, excepto la 1 y la 6, dispondrán de una cabecera con tarjetas de entradas de datos preparadas para enviar la información pertinente a un controlador lógico programable (PLC) por el que se gestionan los datos de entrada y salida del sistema. El objetivo de equipar estas zonas con sus propias cabeceras y tarjetas es agrupar la información sobre el estado de la instalación por áreas y obtener así una mejor organización. Las funciones del PLC, las cabeceras y las tarjetas de entradas y salidas de datos se describen con más detalles en la sección de “Equipos”. Capítulo 2. Materiales y métodos 2.2 Equipos 55 2.2 EQUIPOS En este apartado se estudian las características principales de los equipos que forman parte de la instalación que se quiere controlar. Son de especial interés los aparatos generadores de energía eléctrica y los equipos de los que se obtiene la información necesaria para el diseñar el sistema de control y visualización SCADA. Se comenzará describiendo las características de las fuentes de producción de energía eléctrica renovables presentes en la instalación. Aerogenerador Bornay 1500 [32] Figura 21. Aerogenerador Bornay 1500 El laboratorio consta de tres aerogeneradores de este tipo. Con ellos es posible obtener energía eléctrica a partir de la energía cinética del viento. Los aerogeneradores generan energía eléctrica trifásica a 220 V, que deberá ser transformada por los reguladores de carga y los inversores antes de llegar a los consumos. Estos equipos se describirán más adelante en este miso apartado. Este modelo de aerogenerador presenta diversas especificaciones, sin embargo, se prestará especial atención a las referidas a términos eléctricos y condiciones de velocidad del viento, que son las que afectan directamente al control de la instalación que se estudia en este proyecto. Especificaciones eléctricas: • Alternador trifásico de imanes permanentes de neodimio. • Potencia nominal de 1500 W. • Voltaje de la corriente alterna producida de 220 V. • Revoluciones admisibles de las aspas de 700 rpm. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 62 Figura 29. Variador de frecuencia de CA PowerFlex • Valores de tensión que consume el sistema. • Valores de corriente que consume el sistema. • Potencia activa consumida. • Velocidad en rpm del motor controlado. • Como datos técnicos generales, caben destacar: • Entrada analógica independiente del resto. • Entradas digitales, algunas de ellas programables. • Entrada analógica seleccionable entre 0-10 V ó 0-20 mA. • Salida de relé que se utiliza para indicar las condiciones del variador, motor o lógica. En el sistema se tendrán variadores de frecuencia para los motores del área de consumo industrial. De ellos se obtendrán los datos necesarios de consumo a tener en cuenta en el SCADA a la hora de tomar decisiones de control. PLC CX5010 Beckhoff [36] El controlador lógico programable se encarga de recibir los datos de los equipos descritos anteriormente para ofrecerlos al PC desde donde se almacenarán y enviarán al sistema SCADA. Se trata del sumidero de información de todos los datos recogidos en producción y consumo. Figura 30. PLC Beckhoff Capítulo 2. Materiales y métodos 2.2 Equipos 63 Además de llegar a él la información pertinente conocida como datos de entrada, desde él se emiten las órdenes de control hacia los actuadores ubicados en la instalación. En el laboratorio se dispone de un PLC de este tipo, que será el encargado de manejar el flujo de información, es decir, de entradas y salidas del sistema. Las principales características de este controlador son: • Conexión directa a través de comunicación Beckhoff Bus o por terminales EtherCAT. • Contiene posibilidad de conexiones tipo: o PROFUBUS o CANopen o DeviceNet o RS232, RS422/RS485 o Ethernet/IP o PROFINET RT o EtherCAT • Presenta cuatro interfaces USB 2.0. • Sistemas operativos compatibles: o Windows CE o Windows Embedded Standard • Almacenamiento por tarjeta Compact Flash, respaldado por un SAI de 1 segundo en la recopilación de datos. La memoria interna de este tipo, tipo Flash, es de 128 MB. • Memoria interna principal: 512 MB RAM. • Fuente de alimentación: 24 Vcc pudiendo variar entre -15% y +20%. • Suministro de corriente para los terminales entrada/salida (I/O): 2 A. • Máxima pérdida de potencia: 12 W. • Temperatura de operación: -25 a 60°C. • Puede utilizarse como un poderoso sistema de control al poder ser operado con o sin visualización utilizando el software TwinCAT. Este es el software utilizado en este proyecto para el diseño del sistema SCADA del laboratorio. Como se ha mencionado, el PLC es un puente entre el sistema de control y visualización SCADA y los periféricos instalados en el laboratorio. Para el tráfico de información se utiliza el sistema de periferia descentralizada, esto quiere decir que la información de entradas y salidas se realiza desde varios puntos del laboratorio y se comunican a través de un bus de telecomunicaciones, no por cable físico. La comunicación por bus de información es similar a la utilización de un cable de red para hacer que llegue el internet a los portátiles. En este caso, se puede escoger acceder a internet a través del cable o por wifi. Esta analogía se utiliza para comprender los buses de comunicación. Todos los elementos del sistema que forman parte de la comunicación industrial transmiten información en forma de entradas o salidas digitales. La única excepción es el caso de la información pertinente a los seguidores solares instalados en los grupos de paneles fotovoltaicos. Para estos datos se utilizarán entradas y salidas analógicas. El PLC se equipa de una tarjeta para realizar la lectura y escritura de datos digitales y analógicos para así poder obtener información sobre el estado de la instalación y transmitir las órdenes de control a los actuadores. La tarjeta es el modelo EK1100 | EtherCAT Coupler. En la instalación se dispone de una cabecera de este tipo para cada zona del laboratorio. El objetivo es poder recoger datos de manera descentralizada para luego enviarlos todos al mismo PLC, de esta manera cada cabecera recogerá y emitirá los datos pertinentes a la zona donde se encuentre asociada. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 64 Figura 31. EK1100 | EtherCAT Coupler Este EK1100 | EtherCAT Coupler se utiliza el protocolo EtherCAT para sus comunicaciones industriales. Algunas de sus características adicionales son: • Permite una distancia entre las comunicaciones de 100 metros • Número de terminales EtherCAT, hasta 65534 • Tiempo de retraso en las comunicaciones de 1 microsegundo • Tasa de transferencia de datos de 100 Mbit por segundo • Requiere una fuente de alimentación de 24 Vcc permitiendo un error entre el -15% y el +20% Se dispone, por tanto, de una cabecera EK1100 | EtherCAT Coupler para cada zona de la instalación. Cada una de estas cabeceras tiene una tarjeta de entrada de datos digitales y de salida de datos digitales para enviar información al PLC y recibir información de este. Además, la cabecera de la zona de energías renovables contiene una tarjeta de entradas analógicas. Esto se debe a la naturaleza analógica de los seguidores solares. Las tarjetas de entradas digitales utilizadas son del tipo EL1809 | HD EtherCAT. Disponen de 16 canales de entradas digitales de información con un voltaje de entrada de 24 Vcc. Figura 32. Tarjeta EL1809 Figura 33. Tarjeta EL2809 Figura 34. Tarjeta EL3054 Capítulo 2. Materiales y métodos 2.2 Equipos 65 Las tarjetas de salidas digitales son del tipo EL2809 | HD EtherCAT Terminal y también disponen de 16 canales, esta vez de salidas digitales. Su voltaje necesario son 24 Vcc y 0,5 A. Por último, las tarjetas de entradas analógicas son del tipo EL3054. Disponen de cuatro canales de entradas analógicas con una intensidad desde 4 mA a 20 mA. Se ha decido utilizar este PLC en la instalación ya que es el más compatible con la aplicación de control y visualización SCADA empleada para el proyecto. Por otro lado, las tarjetas de entradas y salidas escogidas son básicas a la vez que son de alta densidad, es decir, presentan un número de entradas y salidas elevado. Esto es necesario para la instalación, donde se maneja gran cantidad de datos. Baterías estacionarias TOPzS translucidas-Bornay [37] Figura 35. Baterías estacionarias TOPzS ME El laboratorio dispone de 18 baterías agrupadas en módulos de 6 de modo que cada módulo proporciona una tensión de 12 V. Se tiene un total de tres módulos de baterías de 12 V. Estos módulos son cargados a partir del bus de corriente continua y es decisión de los inversores dirigir esa corriente del bus a las baterías. Las características esenciales de este equipo son: • Capacidad nominal a 20°C: 265 Ah. • Sin limitación de intensidad máxima. • Tensión de flotación de 2,23 V/celda con un error del 1%. • Carga inicial entre 2,35 y 2,4 V por elemento. • Ciclos de descarga: 1200. • Electrolito de ácido sulfúrico de densidad 1,24 g/m3. • Temperatura de funcionamiento entre 10 y 30°C. • Auto descarga del 3% mensual a 20°C. Es importante tener en cuenta que en el manual de usuario se indica que deben de evitarse cargas superiores al 80% para prevenir el desgaste excesivo de las baterías. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 66 Baterías de condensadores VarSet Easy [38] Figura 36. Baterías de condensadores VarSet Easy En el laboratorio estudiado en este proyecto se encuentra instalada una batería de condensadores. Esta batería se encarga de disminuir la cantidad de potencia reactiva consumida en la instalación. La potencia que se consume por los aparatos en el laboratorio es potencia activa y la componente reactiva de la potencia aparece cuando las cargas inductivas aumentan el factor de potencia. Cuanto mayor sea el factor de potencia mayor será la potencia necesaria a suministrar para que los consumos obtengan la parte de potencia activa que necesitan. Cuanto menor sea el factor de potencia la potencia activa compondrá la mayor parte de la potencia suministrada, con lo que disminuirán las pérdidas en la energía eléctrica transportada. Se necesita, por tanto, que cuando el factor de potencia aumente tanto que la potencia reactiva suponga una parte considerable de la potencia suministrada a los consumos, exista una forma de compensar el sistema para disminuir el factor de potencia. Esto se realiza con la batería de condensadores. Las características principales de estas baterías son: • Tensión asignada de 400 V trifásicos a 50 Hz • Tensión nominal del condensador: 415 V • Potencia: 17,5 W • Pérdidas inferiores a 2,5 W/kVAr • Contiene un autotransformador integrado de 400/230 V. Esto es de especial interés ya que la tensión proporcionada por un inversor monofásico es de 230. Filtro activo paralelo AFQe-4WF-030M-400 [39] La instalación de estudio en este proyecto consta de un equipo de filtros activos. Estos filtros, junto con la batería de condensadores, tienen el objetivo de resolver los problemas de calidad eléctrica del suministro. La batería de condensadores se encarga de eliminar la componente reactiva de la potencia consumida en el laboratorio y los filtros se encargan se eliminar los armónicos peligrosos de la señal. Los armónicos en la señal pueden surgir, por ejemplo, por distorsiones en la conversión de tensión de alterna a continua y viceversa. Proporcionar a los consumos corriente eléctrica con mucha influencia de armónicos puede dañar los aparatos, hacer saltar protecciones cuando no sea necesario, Capítulo 2. Materiales y métodos 2.2 Equipos 67 sobrecargar los conductores por los que se transmite esta energía y provocar la pérdida de rendimiento de motores industriales. El filtro activo mejora la calidad de la onda que llega a los consumos para que la calidad de la señal sea lo suficientemente buena y los aparatos tengan una mejor vida útil, reduciendo las tareas de mantenimiento. Figura 37. Filtros activos AFQe -4WF-030M-400 Las características principales de estos filtros son: • Capacidad de filtrado a corrientes de 30 A • Preparado para instalaciones de tres hilos como es el caso de la instalación, donde la combinación de los tres inversores puede proporcionar corriente trifásica • Rango de frecuencia entre 50 y 60 Hz • Reducción de armónicos hasta 2500 Hz, es decir, el de orden 50 • Presenta un sistema de equilibrado de corrientes de fase para asegurar que la tensión suministrada por las fases trifásicas sean lo más similares posibles • Permite la posibilidad de compensar la energía reactiva que se consume en la instalación. Esta última característica podría suponer prescindir de la batería de condensadores para la compensación de la potencia reactiva cuando el factor de potencia sea demasiado elevado. Sin embargo, la batería de condensadores puede ofrecer este servicio con mayor capacidad y precisión. Por experiencia se conoce que es más efectivo utilizar un aparato especialmente destinado para la función que se diseña que utilizar un único equipo de múltiples funciones, pero de menor calidad. Por ello se ha decidido emplear el filtro activo paralelo para la eliminación de armónicos de la señal exclusivamente, mientras que la batería de condensadores se empleará para la compensación de potencia reactiva. Estación meteorológica Davis Vantage Pro2 Plus inalámbrica [40] La estación meteorológica recoge el estado de las variables meteorológicas que afectan, sobre todo, a las fuentes de producción renovable del laboratorio. Las variables que es capaz de medir son: • Velocidad y dirección del viento. • Temperatura y humedad interior y exterior. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 68 • Temperatura de sensación y punto de rocío. • Lluvia actual y acumulada diaria, mensual y anual. • Intensidad de lluvia. • Presión atmosférica actual y tendencia. • Radiación solar. • Evapotranspiración. • Radiación e índice UV. • Pronóstico meteorológico. • Fase lunar y hora de puesta y salida del sol. Además, es posible configurar más de 70 alarmas simultáneas para alertar, por ejemplo, sobre vientos fuertes que afecten al correcto funcionamiento de los aerogeneradores. Capítulo 2. Materiales y métodos 2.3 Software SCADA TwinCAT 3 69 2.3 SOFTWARE SCADA TWINCAT 3 En este último apartado se muestran el software escogido para el diseño del sistema de control y visualización SCADA del laboratorio que se estudia en este proyecto [41]. Desde el sistema SCADA se mostrará la información recogida por las cabeceras EK1100 definidas anteriormente y colocadas en cada una de las zonas de la instalación. Esta información pasará primero por el controlador lógico programable que deberá ser compatible con el sistema SCADA. Por ello, una de las razones por las que se ha escogido la utilización de este software es que se trata del software propio de Beckhoff, el fabricante del PLC utilizado en el laboratorio para la gestión de entradas y salidas de información entre los niveles superior e inferior de comunicación. Por otro lado, el único requerimiento del sistema para poder utilizar el software TwinCAT 3 es que tenga un sistema operativo Windows a partir de Windows 7 o su versión Windows Embedded. Es importante anotar que Windows XP y Windows Embedded Compact no son compatibles con este software. El software es compatible con Windows ya que se basa en la plataforma Visual Studio de Microsoft. Además, otra característica de este software es que posibilita la comunicación con casi todos los fabricantes de buses de comunicación industrial. Estos son, por ejemplo: Ethernet, Ethernet/IP, Modbus o EtherCAT. Estas comunicaciones industriales son las requeridas por los equipos que se encuentran en el laboratorio, por ello es necesario que el software sea compatible con todos ellos. También es necesario tener en cuenta el lenguaje de programación utilizado en el software para establecer las configuraciones y aplicaciones necesarias. El software TwinCAT 3 permite programar en lenguaje C, C++ y Matlab®/Simulink®, además de poder adquirir librerías externas para obtener nuevas herramientas de visualización. Estos lenguajes de programación resultan especialmente familiares por ser los que se han estudiado durante el grado universitario. Esta es otra razón más para escoger este software. Por otro lado, la utilización de estos lenguajes de programación implica que el software TwinCAT 3 permite el uso de programación de alto nivel, con lenguajes conocidos por la mayoría, que facilita el desarrollo y el uso de este software y de su comunicación con el controlador lógico programable de la instalación. Otra característica importante de este software es que presenta una arquitectura basada en PCs. Esto quiere decir que, si se necesita utilizar ordenadores más potentes para futuras aplicaciones complejas, es posible hacerlo mediante la adquisición de una licencia apropiada. También es importante anotar que el software TwinCAT 3 es gratuito, otra razón más para decantarse por esta opción. Por último, TwinCAT 3 ofrece la opción de instalar un servidor web con el que sería posible observar la interfaz hombre máquina (HMI) del sistema de control y visualización SCADA desde terminales táctiles estándar. Estos pueden ser por ejemplo tabletas o móviles. Esta última característica llama especialmente la atención por su flexibilidad y modernidad. En el ámbito en el que se diseña el sistema SCADA, se prevé que sea consultado y utilizado por un número considerable de personas, alumnos y docentes, por lo que esta última opción resultaría de gran ayuda para el control de la instalación desde múltiples dispositivos accesibles. Capítulo 3. Resultados 71 CAPÍTULO III RESULTADOS Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 78 Figura 39. Ventana Home SCADA En la pantalla se observan los datos generales de consumo y suministro de forma separada. En la parte superior izquierda se muestra el valor de la potencia activa, en vatios, consumida en tiempo real por todos los consumos. Luego, sobre el icono de cada grupo consumidor se muestra el valor en tiempo real de la potencia activa consumida. Estos grupos son el grupo de hogares, el grupo de industria y el grupo de motores. Por otro lado, bajo los consumos se muestran los valores de la potencia aportada a la instalación por la red pública de distribución de la universidad y de la potencia generada por las fuentes de producción renovables, ambas en vatios. Gracias a estos datos, es posible conocer qué fracción de la energía que llega a los consumos es renovable y qué fracción es procedente de la red. En la gráfica Balance de suministro se observa la comparación de estos valores, pudiendo obtener cuánto se ahorra cada día y a lo largo del mes gracias a las fuentes de generación eólica y solar fotovoltaica. En la esquina inferior derecha se muestran los datos en tiempo real de las magnitudes recogidas por la estación meteorológica, así como los históricos de estos valores en el último día, semana, mes o rango de fechas escogida en el calendario de forma manual. Estos valores son: • Temperatura en grados centígrados (°C) • Velocidad del viento en metros por segundo (m/s) • Radiación solar en vatios por metro cuadrado (W/m2) • Presión en kilo pascales (kPa) • Datos sobre precipitaciones en milímetros por hora (mm) • Humedad en porcentaje (%) Por último, a la misma altura que las fuentes de producción, se encuentran los datos sobre la calidad de suministro, es decir, sobre el estado de la batería de condensadores y los filtros activos. Los dos pilotos colocados sobre el cuadro de texto indican si se encuentran operativos estos sistemas de rectificado. Por otro lado, en la parte inferior se puede pulsar el botón Ver detalles para abrir la siguiente ventana. Capítulo 3. Resultados 3.2 Diseño del sistema SCADA 79 3.2.3 CALIDAD DE SUMINISTRO En esta pantalla se muestran los datos clave de la instalación que se deben conocer antes de tomar la decisión de activar o desactivar la batería de condensadores o los filtros activos. La batería de condensadores se utiliza para corregir el consumo de potencia reactiva de la instalación. Esta potencia provoca el aumento de la potencia consumida sin utilizarse para abastecer los consumos, por ello interesa que la potencia reactiva sea la mínima posible. Por otro lado, los filtros activos se utilizan para obtener una forma de onda lo menos desigual posible, eliminando los armónicos problemáticos para el funcionamiento de los aparatos consumidores en la instalación. Ambos equipos se utilizan para mejorar la calidad del suministro de energía eléctrica en el laboratorio. Figura 40. Ventana Calidad de Suministro SCADA Por un lado, en la sección de batería de condensadores se incluyen las siguientes funcionalidades: • Valores en tiempo real del voltaje e intensidad de la corriente suministrada, así como el ángulo de desfase entre ellos. • Gráfico de los valores en los últimos minutos de la potencia activa y reactiva consumida en la instalación. • Notificación de fallo en la batería de condensadores con el correspondiente piloto que se enciende cuando hay uno o más fallos y se apaga al solucionarse estos. • Botón de encendido y apagado de la batería de condensadores con su respectivo piloto indicador. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 80 Por otro lado, en la zona de filtros activos, se muestran los datos que se necesitan para tomar la decisión de activarlos o desactivarlos utilizando el botón pertinente en la esquina superior derecha. Estos datos que se muestran son: Además, también presenta una función de notificaciones de fallo, al igual que la parte de la batería de condensadores. 3.2.4 DATOS EN TIEMPO REAL La siguiente pantalla con su botón accesible en el pie de pantalla es la ventana de datos en tiempo real. Esta sección muestra los recogidos cada corto periodo de tiempo, por ejemplo, cada minuto, de las fuentes y consumos de energía de la nave. La pantalla se encuentra dividida por la mitad separando la zona de producción y la zona de consumos. Figura 41. Ventana Datos en Tiempo Real SCADA A continuación, se explican los datos que pueden observarse a partir de esta pantalla y en cada una de las secciones en las que se divide. PRODUCCIÓN EN TIEMPO REAL Alta tensión Se muestran los parámetros de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía que se está consumiendo proveniente del centro de transformación de la nave. De este centro se obtiene electricidad a 400 V. No se puede consumir simultáneamente de alta tensión y baja tensión, por ello se indica si se está consumiendo de alta tensión o no en el indicador de ON/OFF en la esquina superior Capítulo 3. Resultados 3.2 Diseño del sistema SCADA 81 derecha de la producción de alta tensión, este indicador es un piloto que se ilumina en el caso de estar suministrando energía a partir del suministro de la red pública de la universidad. Baja tensión Se muestran los parámetros de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía que se está consumiendo proveniente del centro de transformación de la Universidad más cercano a la nave. No se puede consumir simultáneamente de alta tensión y baja tensión, por ello se indica si se está consumiendo de baja tensión o no en el indicador de ON/OFF en la esquina superior derecha de la producción de baja tensión. Eólica Se muestran los parámetros de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía que se está consumiendo proveniente de los aerogeneradores del sistema. Como en los casos anteriores, se indica si se está consumiendo de estos o no gracias al indicador ON/OFF en la esquina superior derecha de la producción eólica. La producción eólica se compone de tres aerogeneradores, luego el botón indicará OFF cuando no se esté consumiendo energía de ninguno de los tres. Para observar los detalles de cada aerogenerador, se puede acceder mediante el botón de ver detalles bajo el icono de la producción eólica. Solar Se muestran los parámetros de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía que se está consumiendo proveniente de los paneles fotovoltaicos del sistema. Como en los casos anteriores, se indica si se está consumiendo de estos o no gracias al indicador ON/OFF en la esquina superior derecha de la producción solar. La producción solar se compone de dos paneles, luego el botón indicará OFF cuando no se esté consumiendo energía de ninguno de los dos. Para observar los detalles de cada panel, se puede acceder mediante el botón de ver detalles bajo el icono de la producción solar. Baterías Se muestran los parámetros de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía que se está consumiendo de las baterías del sistema. Como en los casos anteriores, se indica si se está consumiendo de estos o no gracias al indicador ON/OFF en la esquina superior derecha de la sección de baterías. El icono de la batería es cambiante, es decir, se muestra un icono diferente para los porcentajes entre 0-25%, 25-50%, 50-75% y 75-100%. Bajo el icono indicador de la carga de las baterías, se muestran los datos concretos del porcentaje de carga de las baterías y del estado de carga, es decir, si las baterías están cargando, descargando o no se están utilizando. CONSUMO EN TIEMPO REAL Hogar Se muestran los parámetros de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía que se está consumiendo en la zona de consumos de hogar de la nave. Como en los casos anteriores, se indica si se está consumiendo en el hogar o no gracias al indicador ON/OFF en la esquina superior derecha del consumo en hogar. Industria Se muestran los parámetros de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía que se está consumiendo en la zona de consumos de industria de la nave. Como en los casos anteriores, se indica si se está consumiendo en la industria o no gracias al indicador ON/OFF en la esquina superior derecha del consumo en industria. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 82 Motores Se muestran los parámetros de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía que se está consumiendo en la zona de consumos de motores de la nave. Como en los casos anteriores, se indica si se está consumiendo en los motores o no gracias al indicador ON/OFF en la esquina superior derecha del consumo en motores. INFORMACIÓN SOBRE ESTACIÓN METEOROLÓGICA Se observan los datos más relevantes para la producción eólica y solar. Estos datos son los valores de radiación en W/ m2, la velocidad del viento en m/s y la dirección del viento mediante una brújula que muestra su dirección en cada momento. Por último, a partir de esta ventana se puede acceder a los detalles sobre la producción eólica y solar, para cada aerogenerador o para cada grupo de placas. Las ventanas son las siguientes. 3.2.5 MÁS DETALLES DE PRODUCCIÓN EÓLICA En esta ventana se observan los datos de producción concretos para cada uno de los tres aerogeneradores que proporcionen energía eléctrica a la instalación. A esta ventana solo es posible acceder desde la ventana de datos en tiempo real, anteriormente descrita. En el pie de pantalla se facilita la opción de retroceder a la pantalla anterior, para facilitar la vuelta a la pantalla Datos en tiempo real en caso de no recordar la pantalla a través de la que se accedió a esta de datos sobre todos los aerogeneradores. Figura 42. Ventana de Producción Eólica SCADA Capítulo 3. Resultados 3.2 Diseño del sistema SCADA 83 La información y opciones que se ofrecen para cada aerogenerador son: • En tiempo real se observan los valores de voltaje (V), intensidad (A), potencia en (kW) y velocidad de giro (rpm). • En la gráfica se muestra el histórico de los diez últimos minutos de cualquiera de las magnitudes medidas en tiempo real. Es elección del usuario. • Notificación de fallos en el aerogenerador a través del piloto de fallo. Este se encenderá cuando haya un fallo en detectado en el aerogenerador y no se apagará hasta solucionarlos. Los fallos pueden consultarse a través del botón de Fallos situado debajo de este piloto. • Es posible accionar o parar los motores de cada aerogenerador pulsando sobre el botón de Power, a la derecha de cada ventana. El piloto encendido indicará que está activo el aerogenerador. Por otro lado, en la esquina superior derecha se muestran los datos de la estación meteorológica relevantes para la producción eólica. Estos son el valor de la velocidad del viento en m/s y la dirección del mismo gracias a la brújula pertinente. 3.2.6 MÁS DETALLES DE PRODUCCIÓN SOLAR En los detalles de producción solar hay una pantalla para cada grupo de seis paneles solares. En el laboratorio se dispone de dos seguidores solares, luego hay un grupo de placas de las que no se puede controlar la orientación. Esta situación puede ser útil a la hora de comparar valores de producción de los distintos grupos y estudiar el efecto de la orientación de las placas en la producción de energía eléctrica. Figura 43. Ventana Producción Solar SCADA Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 84 La información ofrecida y las configuraciones posibles para cada grupo de placa son: • Valores en tiempo real del voltaje de producción eléctrica a través de los paneles fotovoltaicos del grupo en V, intensidad de la producción en A, potencia de la producción en W y orientación del grupo de paneles en grados. • En la gráfica se pueden mostrar el histórico de los datos del voltaje, intensidad o potencia producidas en los últimos diez minutos. • Los botones de manual y automático permiten dejar la reorientación de los paneles hacia el punto de mayor potencia en manos del sistema automático o modificándolo manualmente. Cuando alguna de estas dos opciones esté habilitada se encenderá su piloto correspondiente. • En el caso del modo manual, será posible modificar la orientación de los paneles introduciendo el valor correspondiente en el valor de la orientación. En el caso en el que, gracias a la brújula, se observe que no se ha llegado con la suficiente precisión a ese valor, se pueden utilizar los botones de giro horario y antihorario para modificar lentamente la orientación. Se puede observar que un grupo de paneles no dispone de la opción de orientación manual. Esto es porque se cuenta únicamente con dos motores para el giro de las placas, luego un grupo de placas no presenta posibilidad en la variación de la orientación. • Notificación de fallos en el grupo de paneles a través del piloto de fallo. Este se encenderá cuando haya un fallo detectado en el grupo y no se apagará hasta solucionarlo. Los fallos pueden consultarse a través del botón de Fallos situado a la izquierda de este piloto. • Es posible accionar o parar el consumo de la generación fotovoltaica década grupo de paneles pulsando sobre el botón de Power, a la derecha de cada ventana. El piloto encendido indicará que está activo el aerogenerador. Por otro lado, en la parte inferior de la ventana se muestra el dato más relevante de la estación meteorológica para la producción fotovoltaica, el dato de radiación solar en W/m2. Por último, en la parte derecha del pie de pantalla se facilita la opción de retroceder a la pantalla anterior, para facilitar la vuelta a la pantalla Datos en tiempo real en caso de no recordar la pantalla a través de la que se accedió a esta de datos sobre todos los grupos de paneles fotovoltaicos. 3.2.7 HISTÓRICO DE DATOS La siguiente pantalla a la que se puede acceder desde el pie de ventana es la pantalla Histórico de datos. En esta pantalla se pueden observar las gráficas que representan los datos de producción, consumo, baterías y estación meteorológica recogidos en distintos periodos de tiempo. Es importante diferenciar esta pantalla de la de Datos en tiempo real. A continuación, se explica qué es posible obtener en cada sección de esta ventana. Capítulo 3. Resultados 3.2 Diseño del sistema SCADA 85 Figura 44. Ventana Histórico de Datos SCADA HISTÓRICO DE PRODUCCIÓN Producción eólica En la gráfica se podrán mostrar los datos sobre la energía producida por los aerogeneradores de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW), además de la velocidad de giro de estos (rpm). Puede elegirse mostrar uno de estos datos o varios, en el caso en el que se desee comparar resultados. Así mismo, se puede escoger representar los datos de producción del aerogenerador 1, 2, 3 o la combinación deseada. Se deja a elección del usuario la cantidad de datos manejables en una misma gráfica. Por último, los datos seleccionados pueden mostrarse en distintos periodos de tiempo, pudiendo ser de un día, una semana, un mes o la elección del periodo con la opción de calendario. Producción solar En la gráfica se podrán mostrar los datos de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (kW) de la energía producida por los paneles fotovoltaicos. Puede elegirse mostrar uno de estos datos o varios, en el caso en el que se desee comparar resultados. Así mismo, se puede escoger representar los datos de producción del panel 1, 2 o ambos simultáneamente. Se deja a elección del usuario la cantidad de datos manejables en una misma gráfica. Por último, los datos seleccionados pueden mostrarse en distintos periodos de tiempo, pudiendo ser de un día, una semana, un mes o la elección del periodo con la opción de calendario. HISTÓRICO DE CONSUMOS Consumo en hogar En la gráfica se podrán mostrar los datos de voltaje (V), intensidad (A) y potencias activa y total (kW) de la energía consumida por esta zona de la instalación. Puede elegirse mostrar uno de estos datos o varios, en el caso en el que se desee comparar resultados. Los datos seleccionados pueden mostrarse en distintos periodos de tiempo, pudiendo ser de un día, una semana, un mes o la elección del periodo con la opción de calendario. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 86 Consumo en industria En la gráfica se podrán mostrar los datos de voltaje (V), intensidad (A) y potencias activa y total (kW) sobre la energía consumida por esta zona de la instalación. Puede elegirse mostrar uno de estos datos o varios, en el caso en el que se desee comparar resultados. Los datos seleccionados pueden mostrarse en distintos periodos de tiempo, pudiendo ser de un día, una semana, un mes o la elección del periodo con la opción de calendario. Consumo en motores En la gráfica se podrán mostrar los datos de voltaje (V), intensidad (A) y potencias activa y total (kW) sobre la energía consumida por esta zona de la instalación. Puede elegirse mostrar uno de estos datos o varios, en el caso en el que se desee comparar resultados. Los datos seleccionados pueden mostrarse en distintos periodos de tiempo, pudiendo ser de un día, una semana, un mes o la elección del periodo con la opción de calendario. INFORMACIÓN SOBRE BATERÍAS El icono de la batería va cambiando según su estado de carga, teniendo 4 estados desde el de sin batería hasta el de batería completa. Para tener una información más concreta sobre su estado de carga se muestra el porcentaje de carga del conjunto de baterías a la derecha del icono. También se muestra, bajo esta última opción, si las baterías se encuentran cargando, descargando o si no se están empleando en el momento. El histórico de datos de la batería se podrán mostrar los datos de voltaje (V), intensidad (A) y potencia (Kw) consumidas de la batería a lo largo del tiempo. Puede elegirse mostrar uno de estos datos o varios, en el caso en el que se desee comparar resultados. Los datos seleccionados pueden mostrarse en distintos periodos de tiempo, pudiendo ser de un día, una semana, un mes o la elección del periodo con la opción de calendario. INFORMACIÓN SOBRE ESTACIÓN METEOROLÓGICA En la gráfica se podrán mostrar los datos de temperatura en grados centígrados, velocidad del viento (m/s), radiación (W/m2), precipitaciones (mm), presión (kPa) y humedad (%). Puede elegirse mostrar uno de estos datos o varios, en el caso en el que se desee comparar resultados. Los datos seleccionados pueden mostrarse en distintos periodos de tiempo, pudiendo ser de un día, una semana, un mes o la elección del periodo con la opción de calendario. 3.2.8 ESTADO DEL SISTEMA En esta última ventana se muestra un resumen del estado de los principales componentes que afectan al funcionamiento de la instalación. Por un lado, se muestra cuáles de los tres aerogeneradores están en funcionamiento con su respectivo botón Power y su piloto asociado. También en cuanto a producción, se muestran cuáles de los grupos de seis paneles solares se encuentran inyectando corriente eléctrica al sistema en el momento mediante el mismo tipo de indicador que para la producción eólica. Respecto a la producción fotovoltaica, se puede consultar la orientación de los dos grupos de paneles móviles en la parte inferior de la pantalla, así como se puede modificar desde aquí su valor. Capítulo 3. Resultados 3.2 Diseño del sistema SCADA 87 Desde esta ventana también es posible accionar o parar la producción de cualquier aerogenerador o grupo de paneles fotovoltaicos. Figura 45. Ventana Estado del Sistema SCADA Por último, en la parte de la derecha de esta ventana, se puede decidir el encendido del cuadro general de baja tensión, con el que se comenzaría a suministrar energía eléctrica a todo el laboratorio. Además, se puede decir la naturaleza de la tensión proporcionada, pudiendo ser alta tensión o baja tensión, así como se escoge la forma de distribución de esta energía en la instalación. Esta distribución puede ser en línea o en anillo. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 94 A continuación, se muestran en detalle los tipos de variables creados para agrupar información en las variables globales. Este tipo de variables se llaman DTUs en el software TwinCAT 3. Un ejemplo es el caso de los aerogeneradores, cada aerogenerador definido como variable global es del tipo aerogenerador. Este tipo de variable agrupa la información pertinente sobre un aerogenerador. Una vez aclarada esta terminología, se muestran las variables DTUs definidas en este trabajo técnico. Variable tipo Aerogenerador: Variables internas Tipo Descripción tension REAL Muestra el valor de tensión de generación del aerogenerador intensidad REAL Muestra el valor de intensidad de generación del aerogenerador rpm REAL Velocidad de giro del aerogenerador potencia REAL Muestra el valor de potencia de generación del aerogenerador enable BOOL Indicador de si el aerogenerador está activo o no histoticoaeroindiv ARRAY [1..100] OF REAL Histórico del valor que se desee sobre un aerogenerador individual, pudiendo ser estos valores de tensión, potencia, intensidad o velocidad de giro historicoTension ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de tensión de generación del aerogenerador historicoIntensidad ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de intensidad de generación del aerogenerador historicoPotencia ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de potencia de generación del aerogenerador historicoRPM ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de velocidad de giro del aerogenerador fallo BOOL Indicador de fallo en el aerogenerador Variable tipo Panel: Variables internas Tipo Descripción tension REAL Muestra el valor de tensión de generación del grupo de paneles fotovoltaicos intensidad REAL Muestra el valor de intensidad de generación del grupo de paneles fotovoltaicos Capítulo 3. Resultados 3.3 Definición de variables 95 potencia REAL Muestra el valor de potencia de generación del grupo de paneles fotovoltaicos orientacion REAL Orientación del grupo de paneles manual REAL Indicador del estado de si se encuentra configurada la orientación del grupo de paneles en modo manual o no automatico BOOL Indicador del estado de si se encuentra configurada la orientación del grupo de paneles en modo automático o no joghorario BOOL Indicador de si se está modificando la orientación mediante el botón manual jog en sentido horario o no jogantihorario BOOL Indicador de si se está modificando la orientación mediante el botón manual jog en sentido antihorario o no enable BOOL Indicador de si el grupo de paneles está activo o no histoticosolarindiv ARRAY [1..100] OF REAL Histórico del valor que se desee sobre un grupo de paneles individual, pudiendo ser estos valores de tensión, potencia o intensidad historicoTension ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de tensión de generación del grupo de paneles fotovoltaicos historicoIntensidad ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de intensidad de generación del grupo de paneles fotovoltaicos historicoPotencia ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de potencia de generación del grupo de paneles fotovoltaicos fallo BOOL Indicador de fallo en el grupo de paneles fotovoltaicos Variable tipo Bateria: Variables internas Tipo Descripción tension REAL Muestra el valor de tensión de suministro de las baterías de la instalación intensidad REAL Muestra el valor de intensidad de suministro de las baterías de la instalación Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 96 potencia REAL Muestra el valor de potencia de suministro de las baterías de la instalación carga REAL Porcentaje de carga disponible de las baterías enable BOOL Indicador de si las baterías se encuentran activas o no estado STRING Estado de las baterías: cargando, suministrando o ninguna de las dos historicoTension ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de tensión de suministro de las baterías de la instalación historicoIntensidad ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de intensidad de suministro de las baterías de la instalación historicoPotencia ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de potencia de suministro de las baterías de la instalación Foto25 BOOL Imagen de batería roja cuando quede menos del 25% de la carga disponible Foto50 BOOL Imagen de batería naranja cuando quede entre un 25% y un 50% de la carga disponible Foto75 BOOL Imagen de batería amarilla cuando quede entre un 50% y un 75% de la carga disponible Foto100 BOOL Imagen de batería verde cuando quede más del 75% de la carga disponible Variable tipo Casas: Variables internas Tipo Descripción voltaje REAL Muestra el valor de tensión consumida por parte del consumo tipo hogar intensidad REAL Muestra el valor de intensidad consumida por parte del consumo tipo hogar potencia REAL Muestra el valor de potencia consumida por parte del consumo tipo hogar enable BOOL Indicador de si el consumo hogar se encuentra activo o no historicoTension ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de tensión consumida por parte del consumo tipo hogar historicoIntensidad ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de intensidad consumida por parte del consumo tipo hogar Capítulo 3. Resultados 3.3 Definición de variables 97 historicoPotencia ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de potencia consumida por parte del consumo tipo hogar Variable tipo Industria: Variables internas Tipo Descripción voltaje REAL Muestra el valor de tensión consumida por parte del consumo tipo industria intensidad REAL Muestra el valor de intensidad consumida por parte del consumo tipo industria potencia REAL Muestra el valor de potencia consumida por parte del consumo tipo industria enable BOOL Indicador de si el consumo industria se encuentra activo o no historicoTension ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de tensión consumida por parte del consumo tipo industria historicoIntensidad ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de intensidad consumida por parte del consumo tipo industria historicoPotencia ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de potencia consumida por parte del consumo tipo industria Variable tipo Motores: Variables internas Tipo Descripción voltaje REAL Muestra el valor de tensión consumida por parte del consumo tipo motor intensidad REAL Muestra el valor de intensidad consumida por parte del consumo tipo motor potencia REAL Muestra el valor de potencia consumida por parte del consumo tipo motor enable BOOL Indicador de si el consumo motor se encuentra activo o no historicoTension ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de tensión consumida por parte del consumo tipo motor Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 98 historicoIntensidad ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de intensidad consumida por parte del consumo tipo motor historicoPotencia ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de potencia consumida por parte del consumo tipo motor Variable tipo Alta Tensión: Variables internas Tipo Descripción voltaje REAL Muestra el valor de tensión de suministro del tipo alta tensión intensidad REAL Muestra el valor de intensidad de suministro del tipo alta tensión potencia REAL Muestra el valor de potencia de suministro del tipo alta tensión enable BOOL Indicador de si el suministro de alta tensión se encuentra activo o no Variable tipo Baja Tensión: Variables internas Tipo Descripción voltaje REAL Muestra el valor de tensión de suministro del tipo baja tensión intensidad REAL Muestra el valor de intensidad de suministro del tipo baja tensión potencia REAL Muestra el valor de potencia de suministro del tipo baja tensión enable BOOL Indicador de si el suministro de baja tensión se encuentra activo o no Variable tipo Red: Variables internas Tipo Descripción tension REAL Muestra el valor de tensión de suministro por parte de la red de la universidad intensidad REAL Muestra el valor de intensidad de suministro por parte de la red de la universidad Capítulo 3. Resultados 3.3 Definición de variables 99 potencia REAL Muestra el valor de potencia de suministro por parte de la red de la universidad enable BOOL Indicador de si el suministro por parte de la red de la universidad se encuentra activo o no historicoPotencia ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de valores de potencia suministrada a la instalación por parte de la red de la universidad Variable tipo BatCondensadore: Variables internas Tipo Descripción tension REAL Tensión que registra la batería de condensadores intensidad REAL Intensidad que registra la batería de condensadores desfase REAL Desfase o factor de potencia en la instalación pactiva REAL Potencia activa registrada por la batería de condensadores preactiva REAL Potencia reactiva registrada por la batería de condensadores enable BOOL Indicador de si se encuentra activa o no la batería de condensadores fallo BOOL Indicador de fallo en la batería de condensadores Variable tipo Filtros: Variables internas Tipo Descripción voltaje REAL Tensión que registra el filtro activo sobre el suministro de energía a la instalación intensidad REAL Intensidad que registra el filtro activo sobre el suministro de energía a la instalación enable BOOL Indicador de si se encuentra activo o no el filtro activo fallo BOOL Indicador de fallo en el filtro activo Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 100 Variable tipo Estacionmeteo: Variables internas Tipo Descripción radiacion REAL Muestra el valor de radiación registrado por la estación meteorológica del laboratorio vviento REAL Muestra el valor de velocidad del viento registrado por la estación meteorológica del laboratorio temperatura REAL Muestra el valor de temperatura registrado por la estación meteorológica del laboratorio humedad REAL Muestra el valor de humedad registrado por la estación meteorológica del laboratorio presion REAL Muestra el valor de presión registrado por la estación meteorológica del laboratorio lluvia REAL Muestra el valor de lluvia registrado por la estación meteorológica del laboratorio historicoRadiacion ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de radiación registrados por la estación meteorológica del laboratorio historicoVviento ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de velocidad del viento registrados por la estación meteorológica del laboratorio historicoTemperatura ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de temperatura registrados por la estación meteorológica del laboratorio historicoHumedad ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de humedad registrados por la estación meteorológica del laboratorio historicoPresion ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de presión registrados por la estación meteorológica del laboratorio historicoLluvia ARRAY [1..100] OF REAL Histórico de los valores de lluvia registrados por la estación meteorológica del laboratorio Capítulo 3. Resultados 3.4 Gestión de usuarios 101 3.4 GESTIÓN DE USUARIOS Este apartado es especialmente relevante debido a la cantidad de personas que pueden acceder al sistema de control y visualización SCADA. Se ha diseñado un sistema de gestión de usuarios para decidir quiénes podrán realizar actividades de control y quiénes sólo de visualización. Las operaciones de control son las referidas a la modificación de la configuración de la instalación. Pudiendo ser la puesta en marcha y paro de las fuentes de energía renovables, la conexión o desconexión de la batería de condensadores y filtros activos, la decisión sobre si la alimentación de la instalación será en alta o baja tensión o si la distribución de la energía eléctrica por el laboratorio se realizará en forma de línea o anillo. Figura 46. Gestión de usuarios Los tipos de usuarios definidos son los siguientes: • Administrador: Podrá realizar operaciones de control sobre producción renovable, filtros activos y baterías de condensadores y configuración de la distribución. Además, podrá modificar los usuarios existentes y definir nuevos. Tiene pleno control sobre el sistema SCADA, incluyendo la modificación de las visualizaciones, la distribución de la disposición de la información, la modificación en la definición de variables y la asignación de estas variables a los botones e interruptores del sistema SCADA. Además, se ha establecido un tiempo límite en el que, si no se ha cerrado sesión del usuario administrador, se cerrará automáticamente en tres horas. Esto evita que otros usuarios puedan acceder a las características que presentan los administradores en cuanto a control y visualización de la instalación sin el debido permiso. • Visualización: Los usuarios de este tipo sólo podrán visualizar los datos mostrados por el sistema SCADA. Podrán navegar por todas las ventanas, pero no podrán realizar acciones de control. El objetivo de definir este tipo de usuario es que, cuando se acceda al SCADA desde más de un monitor y por personas diferentes, no se modifique la configuración de la instalación simultáneamente desde varios equipos, ya que provocaría el malfuncionamiento de esta. • Mantenimiento: Este último tipo de usuario podrá realizar todas las acciones de control, al igual que el administrador, pero no podrá modificar las variables del sistema ni las visualizaciones del SCADA. Esto significa que solo se le permite conectar o desconectar las fuentes de producción y modificar la configuración de la instalación desde sus respectivos interruptores en la pantalla. Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 102 Además, se han definido a modo de ejemplo varios usuarios de los diferentes tipos para poder acceder al SCADA con diferentes prestaciones. De esta manera, los usuarios Isabel y Docente son del tipo Administrador, Alumno es del tipo Visualización y Mantenimiento es del tipo Mantenimiento. Capítulo 4. Conclusión y trabajos futuros 103 CAPÍTULO IV CONCLUSIÓN Y TRABAJOS FUTUROS Diseño del sistema SCADA de un nuevo laboratorio en la Universidad de Almería 110 [16] A. G. Cristian Dragoş Dumitru, «SCADA based software for renewable energy management system,» Procedia Economics and Finance , vol. 3, pp. 262-267, 2012. 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Esta mejora de la tecnología sumada a una mayor conciencia social sobre el ahorro energético y el aprovechamiento de los recursos hacen necesarias soluciones flexibles que puedan manejar instalaciones con más de una fuente de producción eléctrica diferente, a la vez que se muestran accesibles al público interesado en gestionar mejor su consumo eléctrico. Con este escenario, en este Trabajo Fin de Grado se desarrolla un sistema de control y visualización SCADA, capaz de permitir la monitorización centralizada de los parámetros más importantes sobre la producción y consumo eléctricos de una instalación. De esta manera, se facilita el control sobre la energía eléctrica producida y la consumida, a la vez que es posible controlar los equipos de la instalación desde un mismo lugar, sin necesidad de operar desde la ubicación del aparato que se desea controlar. Se trata de la aplicación de una solución flexible y moderna a los nuevos sistemas que aparecen fruto de los avances tecnológicos en este campo, y más concretamente al caso de la instalación que se estudia en este trabajo técnico. The development of renewable energy sources causes that they are increasingly being integrated into small-scale production systems. Thanks to this, the number of installations that have more than one production source to feed their consumption along with the use of conventional electricity supply, is growing. This improvement in technology, together with a greater social awareness of energy saving and resource utilization, makes it necessary to find flexible solutions that can handle installations with more than one different electricity source while, at the same time, being accessible to the public interested in better managing their electricity consumption. With this scenario, in this bachelor thesis a SCADA control and visualization system is developed, capable of allowing the centralized monitoring of the most important parameters on the electrical production and consumption of an installation. The control over the produced and consumed electrical energy is facilitated, while it is possible to control the equipment of the installation from the same place, without the need to operate from the location of the device to be controlled. This is the application of a flexible and modern solution to new systems that appear as a result of technological advances in this field, and more specifically to the case of the installation being studied in this bachelor thesis.