Comunicación basada en un sistema inalámbrico en la central hidroeléctrica

Solución de fácil manejo y rentable

Generadores en la central hidroeléctrica de Niederhausen

Generadores en la central hidroeléctrica de Niederhausen

Para operar la central hidroeléctrica de Niederhausen también cuenta el control de nivel de la presa de la misma. Los valores calculados así como los estados de servicio de las bombas de drenaje de aguas altas y aguas subterráneas se transfieren mediante el sistema inalámbrico Trusted Wireless a un módulo inalámbrico maestro en una de las torres defensivas.

Desde allí los datos se transfieren mediante un módem SHDSL a un sistema de control central en el edificio de la central eléctrica.

Aplicación

El municipio de Niederhausen en Renania-Palatinado no solo destaca por su ubicación idílica en medio de viñedos. Justo al lado de este emplazamiento se halla además un embalse con un volumen de 800.000 metros cúbicos, un polo de atracción para muchos deportistas que practican deporte al aire libre y para aquellos que buscan relajarse.

Además de ser un lugar de relajación muy apreciado por la población, el embalse actúa como componente importante para el suministro de energía de la región Nahe-Hunsrück. Y es que en su ribera se construyeron una central hidroeléctrica y una subestación eléctrica que pertenecen al Grupo RWE de Essen. Las instalaciones son operadas por RWE Deutschland AG y RWE Power AG.

Solución

La diferencia de altura determina la cantidad de corriente generada

En el año 1926/27, la antigua compañía eléctrica Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk Aktiengesellschaft instaló una subestación eléctrica de 110/20 kV y tendió una línea doble de 110 kV de Coblenza a Niederhausen. De este modo, el municipio adquirió un significado central porque allí se construyó simultáneamente una central hidroeléctrica que podía combinarse a la perfección con la subestación eléctrica. Como resultado, en 1928 el productor de energía alimentó por primera vez la corriente obtenida del agua de Niederhausen a la red de distribución. 

La central hidroeléctrica de Niederhausen sigue siendo una de las instalaciones más grandes de la región Rin-Nahe-Hunsrück. Actualmente, suministra corriente a alrededor de 1400 clientes abonados. Durante la generación de energía, el embalse juega un papel decisivo. Su agua se conduce a través de un canal de aguas altas de 760 metros de longitud con dos turbinas Kaplan dispuestas verticalmente que están instaladas en el edificio de la central eléctrica. El movimiento giratorio del árbol impulsa un generador que está unido a las turbinas mediante ejes colocados verticalmente. A continuación, el agua vuelve a conducirse al Nahe mediante el canal de aguas subterráneas enterrado.

El rendimiento de la corriente depende de la diferencia de altura entre el canal de aguas altas y el de aguas subterráneas. De este modo, la cantidad de energía obtenida desciende cuando el nivel del canal de aguas subterráneas aumenta en caso de inundación y con ello la diferencia de altura con el canal de aguas subterránea disminuye. El caudal óptimo en el canal es de aprox. 45 metros cúbicos por segundo. Con este valor, las dos turbinas suministran la máxima cantidad posible de corriente.

Las estaciones de supervisión transfieren señales al módulo inalámbrico maestro

El embalse dispone de una presa que regula la alimentación de la cantidad de agua al canal de aguas altas. Con el fin de garantizar un funcionamiento fiable de la central eléctrica, debe controlarse el nivel del embalse. Para ello es necesario llevar a cabo la medición del nivel de agua así como la supervisión de las bombas de aguas altas y aguas subterráneas. Para el control permanente de los estados de servicio de las bombas así como del nivel alrededor del embalse se construyó un sistema inalámbrico. En este caso, una solución por cables alternativa resultaba demasiado costosa y cara. El punto central del sistema inalámbrico Trusted Wireless de Phoenix Contact es una de las torres de control. En el edificio hay un caja de distribución con el módulo inalámbrico maestro acoplada a una pasarela de enlace Profibus.

También sirven de estaciones de control una caseta para la medición del nivel así como tres casetas de bombeo. En cada una de las cuatro construcciones se han montado módulos inalámbricos en combinación con equipos de emisión y recepción analógicos o digitales. Los componentes inalámbricos transfieren las señales al módulo inalámbrico maestro en la torre de control. En la caseta para la medición del nivel se registra continuamente la altura del agua actual del embalse de forma que los empleados de la central eléctrica pueden reaccionar rápidamente ante cualquier modificación. En el pasado, tenían que leer los datos manualmente en un reloj de control de nivel lo que requería mucho tiempo. Actualmente, en las casetas de bombeo se registran los mensajes de avería de las bombas y se transfieren de forma inalámbrica al módulo maestro en la torre de control.

Caseta para la medición del nivel y presa con las torres de control  

Conexión visual entre la caseta para la medición del nivel y la presa con las torres de control

Como solución rentable en este caso resulta adecuado el módulo Profibus-SHDSL de Phoenix Contact. Para ello, se ha montado un módem en la torre de control y allí se ha acoplado con la pasarela de enlace Profibus. El segundo equipo se halla junto al sistema de control Vipa en el armario de control del edificio de la central eléctrica. El sistema de control Vipa que actúa como maestro Profibus-DP registra todas las señales que se producen en centros de producción. Este está conectado a través del módem SHDSL a una pasarela de enlace Profibus (esclavo Profibus). La pasarela de enlace Profibus montada en la caja de distribución de la torre de control utiliza su interfaz RS232 para la comunicación con el módulo inalámbrico maestro de la línea de productos RAD-Line Serial.

El módulo inalámbrico maestro establece la conexión a los cuatro equipos inalámbricos repetidor/esclavo remotos, para lo cual el sistema puede ampliarse a un máximo de diez módulos inalámbricos. Con la tecnología Trusted-Wireless, en un espacio abierto pueden llegar a puentearse distancias de normalmente dos kilómetros entre dos equipos. Cada módulo inalámbrico repetidor/esclavo puede registrar señales a través de los componentes de ampliación de E/S alineables y simultáneamente transferir datos a otros participantes inalámbricos. La función de repetidor permite superar grandes distancias así como evitar obstáculos.

Los módems SHDSL permiten una comunicación por cable fiable

Puesto que en la central hidroeléctrica de Niederhausen se ha previsto una reconstrucción de la tecnología de control, el sistema inalámbrico ya se preparó para el registro de señales adicionales, según comenta Bernhard Beicher de RWE Power AG en Bernkastel-Kues. Esto incluye la transmisión de corrientes del motor de las bombas. Como ya se ha indicado, las señales se registran en la torre de control y se transforman a través de la pasarela de enlace Profibus directamente en el protocolo Profibus. Sin embargo, el sistema de control está instalado aprox. a 800 metros de distancia del edificio de la central eléctrica. Para la conexión del sistema de control central y la pasarela de enlace Profibus, los responsables recurrieron a una conexión por cables disponible para ahorrar costes. Puesto que se trata de una línea de cobre sencilla, la señal Profibus puede cambiarse sin más mediante el cable. Y es que según la velocidad de transmisión, la longitud del segmento está limitada a hasta 100 metros.

La velocidad de transmisión se ajusta automáticamente

La solución inalámbrica RAD-Line Serial-IO funciona en la banda de frecuencia de 2,4 GHz que no precisa licencia. Los módulos inalámbricos se configuran con un software gratuito. Un asistente guía al usuario por los pasos de trabajo necesarios. Asimismo, la pasarela de enlace puede integrarse con poco esfuerzo mediante su archivo de descripción del equipo GSD como participante esclavo en la red Profibus-DP del sistema de control. Para ello, pueden integrarse fácilmente en el sistema inalámbrico estaciones inalámbricas predefinidas en el campo, ampliadas con módulos de entrada y salida analógicos o digitales alineables. La velocidad de transmisión Profibus hasta 12 MBit/s se ajusta automáticamente, es decir, sin configuración. La selección de la dirección Profibus de la pasarela de enlace se realiza mediante el conmutador DIP.

Bernd Gumm, jefe de área de la subestación eléctrica y gerente de la presa en Niederhausen

Bernd Gumm, jefe de área de la subestación eléctrica y gerente de la presa en Niederhausen

"La configuración y la puesta en servicio de los módulos inalámbricos RAD-Line, de la pasarela de enlace Profibus así como del módem SHDSL se realizó fácilmente", explica Bernhard Beicher, responsable de la puesta en servicio. "La comunicación inalámbrica seguirá siendo para nosotros en el futuro una verdadera alternativa a la solución por cables en otras partes de la instalación de la centra hidroeléctrica", añade Bernd Gumm, jefe de área en Niederhausen.

Sistema inalámbrico fiable para datos de E/S y serie

La tecnología inalámbrica robusta y fiable Trusted Wireless de Phoenix Contact resulta adecuada en instalaciones industriales para transferir pequeñas cantidades de datos cíclicamente a lo largo de grandes distancias normalmente de hasta tres kilómetros. Para ello, las señales de conexión digitales y las señales de sensores analógicas son registradas y transferidas por los módulos de E/S RAD-Line. La línea de productos se suministra como sistema unidireccional y bidireccional. Además de la conexión punto a punto y punto a multipunto, los repetidores permiten superar obstáculos o trayectos largos.

Conclusión

La línea de productos serie RAD-Line permite la transmisión de datos serie mediante las interfaces RS232, RS422 o RS485 así como de señales analógicas y digitales en una red enmallada. En la red inalámbrica, que consta de un maestro y hasta 254 esclavos, todos los módulos esclavo pueden funcionar como repetidores. Los componentes de sistema de sencillo manejo están certificados según las directivas 94/9/CE (ATEX) e IECEx, de modo que se pueden emplear internacionalmente en zonas con riesgo de explosión (zona 2).

PHOENIX CONTACT S. A.

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