SCADA para embarcaciones de recreo

Memoria Técnica “SCADA para embarcaciones de recreo” PFC presentado para optar al título de Ingeniero Técnico Industrial especialidad en Electrónica Industrial por Jose Antonio Quintana Ruiz Barcelona, 15 de Junio de 2011 Codirectores proyecto: Robert Piqué López y Carlos Ruiz Moya Departamento de Ingeniería Electrónica (EEL) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) SCADA para embarcaciones de recreo - 2 - Jose Antonio Quintana Ruiz - 3 - ÍNDICE MEMORIA TÉCNICA ÍNDICE MEMORIA TÉCNICA........................................................ 3 RESUMEN…………………………………………………………………………… 7 RESUM………………………………………………………………………………. 7 ABSTRACT…………………………………………………………………………. 9 AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………. 9 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN……………………………………………. 11 1.1. Objeto del proyecto………………………………………………………......... 11 1.2. Motivación…………………………………………………………………….......... 11 1.3. Alcance del proyecto…………………………………………………….......... 12 1.4. Interacción con otros proyectos…………………………………........... 12 1.4.1. Diseño de una nano-red eléctrica para embarcaciones de recreo................................................................................. 12 1.4.2. Sistema HVAC para embarcaciones de recreo…………............. 13 CAPÍTULO 2: INGENIERÍA DE CONCEPCIÓN............................. 15 2.1. Consideraciones iniciales……………………………………………........... 15 2.1.1. Definición de una embarcación de recreo………………............... 15 2.1.2. Características de dimensionado y de estructura………........... 15 2.1.3. Características funcionales…………………………………………............ 16 2.1.4. Necesidad red de comunicaciones……………………………............. 17 2.1.5. Necesidad red de potencia eléctrica…………………………............. 19 2.2. Estado del arte……………………………………………………………........... 20 SCADA para embarcaciones de recreo - 4 - 2.3. Alternativas posibles…………………………………………………............. 24 2.4. Introducción a los sistemas SCADA……...…………………............ 25 2.4.1. Definición…………………………………………………............................ 25 2.4.2. Procesar la información……………………………………………………....... 26 2.4.3. Funcionalidades……………………….......................................... 27 2.4.4. Niveles de supervisión……………………………………………………......… 28 2.4.5. SCADA hardware………………………………………………………………....... 29 2.4.6. SCADA software…………………………………………………………………...... 29 CAPÍTULO 3: INGENIERÍA DE DESARROLLO SOFTWARE........... 31 3.1. Comparativa software………………………………………………………...... 31 3.1.1. ClearSCADA................................................................... 31 3.1.2. CX-Supervisor................................................................ 33 3.1.3. LabVIEW........................................................................ 34 3.1.4. Comparativa................................................................... 35 3.1.5. Selección del software...................................................... 37 3.2. Funcionalidades con ClearSCADA...................................... 37 3.2.1. Arquitectura abierta y flexible de libre desarrollo.................. 37 3.2.2. Conectividad con los equipos............................................. 38 3.2.3. Supervisión remota de instalaciones y equipos..................... 38 3.2.4. Control remoto de instalaciones y equipos........................... 39 3.2.5. Procesamiento de datos.................................................... 39 3.2.6. Generación de alarmas..................................................... 40 3.2.7. Gestión de usuarios......................................................... 42 3.2.8. Almacenamiento de información histórica........................... 42 3.2.9. Generación de informes................................................... 42 3.2.10. Programación de eventos................................................. 43 3.2.11. Visualización gráfica dinámica........................................... 43 CAPÍTULO 4: INGENIERÍA DE DESARROLLO HARDWARE.......... 45 4.1. Sistemas a supervisar/controlar…………..………………………........ 45 4.1.1. Procesadores digitales……………………………………………………......... 45 4.1.2. Motores de propulsión……………………………………………………......... 46 4.1.3. Navegación automática…………………………………………………......... 47 4.1.4. Joystick…………………………………………………………………………........... 48 Jose Antonio Quintana Ruiz - 5 - 4.1.5. Depósitos……………………………………………………………………….......... 49 4.1.6. Generador de electricidad…………………………………………….......... 50 4.1.7. Tomas de corriente……………………………………………………….......... 51 4.1.8. Baterías………………………………………………………………………….......... 51 4.1.9. Cartas náuticas............................................................... 52 4.1.10. Radar............................................................................ 53 4.1.11. Sonda náutica................................................................. 54 4.1.12. Meteorología................................................................... 55 4.1.13. Radio VHF...................................................................... 55 4.1.14. Climatización.................................................................. 56 4.1.15. Iluminación.................................................................... 57 4.2. Red de comunicaciones……………………………………………………...... 58 4.2.1. Características................................................................ 58 4.2.2. Protocolos...................................................................... 59 4.2.3. Equipos informáticos........................................................ 63 4.2.4. Esquema de conexión...................................................... 64 4.3. Red de potencia eléctrica................................................. 65 4.3.1. Características................................................................ 65 4.3.2. Tensiones utilizadas......................................................... 66 4.3.3. Distribución.................................................................... 66 CAPÍTULO 5: EJEMPLO DE APLICACIÓN.................................... 67 5.1. Detalles sistemas desarrollados........................................ 67 5.1.1. Tomas de corriente…………………………………………………………........ 67 5.1.2. Iluminación.................................................................... 69 5.2. Diseño del entorno gráfico……………………………………………......... 70 5.2.1. Criterios de diseño........................................................... 70 5.2.2. Características de los sistemas a supervisar/controlar........... 70 5.2.3. Características generales del entorno gráfico....................... 72 5.2.4. Desarrollo del entorno gráfico............................................ 72 CAPÍTULO 6: CONSIDERACIONES FINALES............................... 75 6.1. Conclusiones y posibles mejoras……………………………………....... 75 6.2. Referencias consultadas…………………………………………………....... 76 SCADA para embarcaciones de recreo - 6 - Jose Antonio Quintana Ruiz - 7 - RESUMEN En la actualidad, la mayor parte de las embarcaciones de recreo no gestionan la información de sus sistemas electrónicos, ni realizan un control de estos. Solo algunos sistemas privados realizan estas tareas. Este proyecto desarrolla una primera versión de un sistema SCADA, solucionado la problemática actual, con tecnología estándar, para mejorar la seguridad y el confort de las embarcaciones de recreo. Para ello, se comparan los diferentes software de sistemas SCADA, seleccionando ClearSCADA. Se estudia como resuelve las funcionalidades propias de un sistema SCADA y se seleccionan los sistemas que se desean supervisar y/o controlar, para poder determinar sus necesidades y problemas, aumentando así la seguridad y el confort. Además, se determina la red de comunicaciones que conecta los diferentes sistemas. Y para concluir, se desarrolla un ejemplo de aplicación en un entorno gráfico. RESUM En l'actualitat, la major part de les embarcacions d’esbarjo no gestionen la informació dels seus sistemes electrònics, ni realitzen un control d'aquests. Només alguns sistemes privats realitzen aquestes tasques. Aquest projecte desenvolupa una primera versió d'un sistema SCADA, solucionat la problemàtica actual, amb tecnologia estàndard, per millorar la seguretat i el confort de les embarcacions d’esbarjo. Per tant, es comparen els diferents software de sistemes SCADA, seleccionant ClearSCADA. S'estudia com resol les funcionalitats pròpies d'un sistema SCADA i es seleccionen els sistemes que es desitgen supervisar i/o controlar, per poder determinar les seves necessitats i problemes, augmentant així la seguretat i el confort. També, es determina la xarxa de comunicacions que connecta els diferents sistemes. I per concloure, es desenvolupa un exemple d'aplicació en un entorn gràfic. SCADA para embarcaciones de recreo - 8 - Jose Antonio Quintana Ruiz - 9 - ABSTRACT Currently, the information from the electronic systems in the majority of the pleasure boats is not managed, nor are these systems controlled. Only a few private systems perform these tasks. This project develops an initial version of a SCADA system, using standard technology, in order to solve this problem, to enhanced the security and comfort of pleasure boats. A comparison is made between different SCADA systems software, finally selecting ClearSCADA. A study of its functionality is carried out and the systems that should be supervised and/or controlled are selected, specifying their functionality in order to increase the security and comfort. Furthermore, the communications network that interconnect the different systems is defined. And, finally, an example of a graphical application is developed. AGRADECIMIENTOS Primero, debo agradecer a mis codirectores de proyecto, Robert Piqué López y Carlos Ruiz Moya, por darme la oportunidad de realizar el proyecto que habían propuesto, que me ha permitido aprender conceptos nuevos complementando mis estudios adquiridos, así como el trato personal recibido, sus consejos y la libertad para su desarrollo. También agradecer a los compañeros de los proyectos con los que se ha colaborado, Eduard Joaquim Reig Viader, Juan Carlos Salvador Lucenilla y Carlos Cortés Quintana, por sus ideas expresadas, su colaboración y su tiempo a lo largo de estos meses, que me ha permitido realizar un estudio más profundo. Y por supuesto, a título personal, agradecer a todas las personas más cercanas a mí, que en los momentos más difíciles y con mayor cantidad de trabajo, me han transmitido apoyo para superarlos. SCADA para embarcaciones de recreo - 16 - donde se encuentran los motores de propulsión, los generadores, los depósitos de combustible, agua potable y aguas residuales. Todos estos espacios hacen que la estructura tenga que aprovecharse al máximo. Por esto, se hace necesario reducir y organizar el cableado de potencia, de datos y los equipos electrónicos. Figura 1 . Nombres de dimensionado y estructura de la embarcación. La cubierta principal también esta aprovechada, pero los espacios son más amplios, con zona para la navegación y comedor-cocina con salida directa a una pequeña terraza de popa. Además, se utiliza la proa como zona de descanso donde poder estar tumbado o sentado, pudiendo acceder a ella por unos pasillos laterales. Sobre la cubierta principal, se encuentra una estructura denominada flybridge, que eleva a otra planta la embarcación, proporcionando un espacio abierto con otra zona para la navegación y el descanso. 2.1.3. Características funcionales Las embarcaciones de recreo están pensadas para navegar durante pocos días, ya que sus recursos son limitados, necesitando ir a puerto para abastecerlas de forma regular. Dicho esto, se pueden distinguir tres situaciones muy distintas a las que se ven expuestas: navegando, ancladas y en puerto. Navegando, se tienen que gestionar todos los equipos electrónicos para su seguridad y confort, informando al capitán de los posibles riesgos que se puedan producir, también están conectadas las redes de potencia eléctrica, para ello es necesario un grupo electrógeno y baterías eléctricas. Las embarcaciones estarán sometidas a duras condiciones climatológicas y al continuo oleaje, por lo tanto, los equipos tienen que ser resistentes a golpes, a la corrosión salina y al agua. Ancladas fuera del puerto, necesitan los equipos electrónicos y las redes de potencia eléctrica, igual que en la navegación, pero en este caso se tienen parados los motores de propulsión sin crear consumo de combustible. En puerto, las embarcaciones para abastecerse están conectadas a las redes de energía eléctrica y agua del puerto, así que se podrán prescindir de los grupos Jose Antonio Quintana Ruiz - 17 - electrógenos y dispondrán de la oportunidad de llenar el depósito de combustible. Cuando están bien amarradas y con los motores parados, la mayoría de los equipos electrónicos no son necesarios, se puede prescindir de ellos, dejando de informar al capitán. 2.1.4. Necesidad red de comunicaciones Las embarcaciones de recreo necesitan disponer de equipos electrónicos que mejoren la seguridad y el confort de las personas a bordo. Crear embarcaciones seguras implica prestar especial atención a la información que proporcionan estos equipos, ya que si se conoce a tiempo puede prevenir riesgos, para evitar accidentes. Como son muchos los equipos electrónicos que se pueden instalar, se genera una gran cantidad de cableado para conectarlos, haciéndose necesaria una red de comunicaciones, para gestionar esta información y poder mostrarla al capitán a bordo en una pantalla. Para su clasificación, se definen varias consideraciones propias de las embarcaciones de recreo y se introducen los equipos electrónicos necesarios para solucionarlas. 1. Movilidad: Los barcos están hechos para navegar, por lo que necesitan motor de propulsión, este se considera la parte más importante de la embarcación. Por este motivo, las embarcaciones de más de 15 metros de eslora disponen de dos motores, en el caso de que un motor se estropease se podría seguir navegando con el otro, además tener dos motores facilita mucho las maniobras en distancias cortas. a) Es muy importante conocer los datos del los motores para que no se estropeen, evitando que se complique la navegación, o peor aun, no poder regresar a puerto. b) En este tipo de embarcaciones, es muy normal encontrar un piloto automático, que gobierne los motores siguiendo el trayecto marcado. Aunque por seguridad se suele utilizar solo en aguas tranquilas sin obstáculos próximos. c) También se puede instalar un Joystick para el control de los motores, permitiendo hacer pequeñas maniobras con la embarcación, muy útil para moverse por el puerto y poder atracar de forma más sencilla. 2. Recursos limitados navegando: Los depósitos tienen una capacidad limitada. Los barcos están hechos para navegar, esto crea un consumo de combustible que se debe conocer, para saber el disponible en todo momento. Necesitando ir a puerto de forma regular para abastecerse de combustible, energía eléctrica, agua e incluso alimentos. a) Los sensores de nivel, son muy importantes para conocer el estado del combustible, para evitar naufragar. También es interesante conocer los niveles de los depósitos de aguas limpias, grises y negras. b) Con un voltímetro se informa del estado de las baterías, calculando su carga y asegurando su funcionamiento. SCADA para embarcaciones de recreo - 18 - 3. Rutas no definidas: En el mar no se encuentran carreteras ni señalizaciones, teniendo que hacer el propio camino. Los sistemas que ayuden a crear las travesías son importantes para hacerlas más seguras y precisa. a) El GPS (Global Positioning System) es un sistema global de navegación por satélite que permite determinar la posición de la embarcación en todo el mundo, con unos pocos metros de error. b) Esta posición, se sitúa en las Cartas náuticas, que son una representación a escala de aguas navegables y regiones terrestres adjuntas. Indican las profundidades del agua y las alturas del terreno, naturaleza del fondo, detalles de la costa, incluyendo puertos, peligros para la navegación, localización de las luces de referencia y otras ayudas a la navegación. 4. Visibilidad limitada: Cuando se navega es difícil ver todo lo que hay alrededor, una embarcación cercana, una roca e incluso la costa, y más en condiciones extremas como niebla o lluvia. Por lo que es importante disponer de buenos sistemas electrónicos que guíen tanto para ver como para ser visto, incluyendo la comunicación por radio VHF. Los nombrados a continuación no son sustitutos unos de otros, sino que se complementan para incrementar la seguridad de la embarcación. a) El radar, permite detectar y medir grandes distancias por señales de radio, consiguiendo así hacerse una idea de los objetos que hay en los alrededores del barco. b) El Sistema de Identificación Automática (AIS) tiene como objetivo principal permitir a los barcos comunicar su posición y otras informaciones relevantes como rumbo o velocidad, y detectar a otros barcos que lo tengan instalado, para evitar colisiones. c) Además, la Radio VHF, proporciona la comunicación directa con las personas cercanas que también dispongan de ella. 5. Confort: Las personas pasarán cierto tiempo en la embarcación, por eso, esta les tiene que facilitar las necesidades básicas. Ya sea de alimentación, higiene o descanso. Disponiendo de equipos de refrigeración de alimentos, equipos para su preparación, baños completos con retrete, lavabo y ducha, incluso tiene que proporcionar espacios donde poder sentarse o tumbarse, pudiendo estar aclimatados. a) Estos electrodomésticos, crean unos grandes consumos eléctricos, que necesitan de una gestión energética para optimizarla. Priorizando unos ante otros, se pueden disminuir los consumos máximos instantáneos, consiguiendo así reducir la potencia que generan los grupos electrógenos y la sección de los cables de la red de potencia eléctrica. b) Poder regular de manera cómoda el control de las temperaturas de los habitáculos, puede mejorar la estancia de los ocupantes. c) También se puede tener un control de la iluminación permitiendo así asegurar su estado y no crear consumos innecesarios. Jose Antonio Quintana Ruiz - 19 - d) Incluso podría disponer de televisión satélite para entretener a los tripulantes. 6. Otros aspectos de recreo: Como se trata de una embarcación de recreo, puede interesar conocer aspectos deportivos. Muchos de los navegantes están interesados en conocer la fauna que hay, para pescar y bucear, o saber si pueden anclar su embarcación en un lugar que no conocen. a) El sensor de profundidad informa de la distancia que hay al objeto más cercano situado bajo la embarcación. b) La sonda náutica genera una continua medición, fijada perpendicular a la embarcación, proporcionando una imagen del fondo marino, pudiendo interpretar el terreno, e incluso peces. c) En embarcaciones con fines de pesca, se emplea el sonar, que a diferencia de la sonda náutica, se puede dirigir la medición, pudiendo así seguir bancos de peces. Este equipo se descarta por la definición de embarcación de recreo. También hay que tener en cuenta, las duras condiciones a las que se ven sometidos los equipos. El continuo movimiento del oleaje provoca constantes golpes en la embarcación y numerosas entradas de agua. Es muy importante que los equipos sean robustos y tengan un elevado grado de protección IP al agua. 2.1.5. Necesidad red de potencia eléctrica Todos los equipos nombrados en el apartado anterior necesitan alimentación eléctrica para poder funcionar, con tensión continua entre 10 y 35 voltios. Como están repartidos por toda la embarcación, es necesario disponer de una red eléctrica que distribuya esta tensión continua. Las baterías son las que proporcionaran la tensión continua en la embarcación. Por otro lado se encuentran otros aparatos eléctricos que necesitan alimentación eléctrica, destinados al ámbito del confort:  Alimentación: nevera, horno, cocina eléctrica o microondas.  Higiene: lavadora, lavaplatos, calentador de agua o secador.  Descanso y ocio: climatización, audio, TV u ordenador portátil. Y teniendo en cuenta otros aparatos eléctricos que necesitan ser alimentados, como pueden ser: la hélice de proa, el winch del ancla, la pasarela automática de acceso a la embarcación y cualquier equipo que quiera ser enchufado dentro de la embarcación. Así que necesita otra red eléctrica, pero en este caso de tensión alterna monofásica como en una vivienda, 230 V RMS a 50 Hz. Esta se tiene que generar con grupos electrógenos que proporcionan la energía eléctrica instantánea en la embarcación y acumulan energía en las baterías a través del cargador de baterías. Para una misma potencia consumida, cuanto mayor sea la tensión, menor serán las corrientes que circulan por los cables, por lo tanto se podrá reducir el grosor del cable y en consecuencia su peso. SCADA para embarcaciones de recreo - 20 - El mayor consumo de potencia eléctrica lo realiza el confort de la embarcación, que es muy importante para la comodidad de las personas, así que se deben gestionar los consumos energéticos para optimizar las instalaciones. Poder gestionar este confort de una manera sencilla y eficiente, desde la pantalla de un ordenador, lo hace aumentar mucho y aporta un gran valor añadido a la embarcación. 2.2. Estado del arte Este estudio del estado actual de las embarcaciones de recreo, se centra en la gestión de la información de los equipos electrónicos y en la gestión energética de la red de potencia eléctrica. En primer lugar, la mayoría de las embarcaciones de recreo solo disponen de equipos electrónicos aislados, que realizan una función concreta, desarrollados por muchas empresas. Cada equipo tiene sus propios cables, aunque estos tengan que cruzar de proa a popa, esto crea numerosos cables de potencia y datos que recorren toda la embarcación y no existe comunicación alguna entre los diferentes equipos. Figura 2 . Mucho cableado desorganizado, de www.fondear.org Además, apenas se contempla la gestión energética, que permita optimizar la instalación, se tiende a sobredimensionarla, utilizando grupos electrógenos que pueden dar mucha potencia, pero trabajan con muy poca. En las embarcaciones más costosas, desde hace pocos años, ya se pueden ver potentes monitores multifunción, donde visualizar la mayoría de los equipos electrónicos de la embarcación: radar, cartas de navegación, sonda náutica, sonar, AIS, meteorología y datos del motor. Como si fuesen ordenadores de a bordo pero sin ningún tipo de control, solo reciben la información de los equipos y la monitorizan en una pantalla. Están desarrollados por unas pocas empresas, Raymarine, Furuno, Garmin, Navico o Geonav, cada una permite conectar solo sus propios equipos y esta monitorización solo puede ser desarrollada por la misma empresa, teniendo el usuario que adaptarse a lo que la empresa decida desarrollar. Jose Antonio Quintana Ruiz - 21 - Estos son algunos ejemplos:  Raymarine tiene un software de monitorización para sus equipos de la serie G. Pudiendo visualizar en un mismo monitor el radar, sonda náutica, sonar, cartas de navegación, AIS, meteorología y datos del motor. Con un único entorno gráfico definido por ellos, sin posibilidad de adaptarse a la embarcación para controlarla. Figura 3 . Serie G de Raymarine.  Garmin también dispone de “BlueChart“, un software de monitoreo solo de sus equipos, que tampoco permite ser desarrollado con acciones de control. Figura 4 . BlueChart de Garmin. SCADA para embarcaciones de recreo - 22 -  Furumo por su parte tiene el software “NAVnet MaxSEA“, que como los anteriores permite monitorizar los equipos de la propia marca y no permite ser desarrollado. Figura 5 . NAVnet MaxSEA de Furuno. Estas empresas consiguen disminuir el número de cables de datos para comunicar los equipos entre si, pero apenas contemplan la reducción de los cables de potencia eléctrica. Primero, cada empresa empezó a diseñar sus propios protocolos de conexión entre equipos, pero se dieron cuenta de que era muy costoso. Así que, desde hace unos años, todas utilizan Ethernet como protocolo estándar para la red principal, aunque codifican los paquetes de sus datos privatizándola. Para las redes secundarias utilizan los protocolos privados NMEA2000 y NMEA0183, estos protocolos permiten la comunicación entre varios equipos de diferentes empresas, utilizando lo que se denomina plug&play, es decir, se puede conectar un aparato a la red y es reconocido de forma automática si utiliza alguno de estos protocolos de comunicación. Ethernet se utiliza para la red principal, conectando los equipos con gran transmisión de datos, como es el radar, sonar o sonda náutica, y NMEA se utiliza para las redes secundarias conectando los equipos con poca transmisión de datos y los aparatos de instrumentación. Todas utilizan cableado estándar tipo Ethernet y NMEA. Hay que remarcar que estos monitores multifunción no contemplan la gestión energética de la red de potencia eléctrica. Y por último, destacar, que se está empezando a implementar algún modelo de embarcación automatizada, como lo hace Maretron con el software “N2KView” y Palladum Technologies con “SIMON2”. Permitiendo la gestión energética: controlan la luminaria, las tomas de corriente, el encendido y apagado de los sistemas. Además, también monitorizan los datos de los motores, depósitos, baterías y algunos datos concretos de navegación. Todo esto con una buena generación de alarmas que ayuda a aumentar la seguridad de la embarcación. Por lo contrario, no están conectados a los equipos electrónicos como son el radar o la sonda náutica, ni incluyen cartas de navegación. Jose Antonio Quintana Ruiz - 23 -  Maretron ofrece el software libre “N2KBuilder” para el desarrollo a medida de la embarcación, permitiendo determinar los sistemas que se encuentran en la embarcación, y poder así visualizarlos en un monitor con el software “N2KView”. Pero esta limitado a la utilización de una red NMEA 2000 y ofrece un entorno gráfico muy cargado y oscuro, con menús de difícil acceso y sin poderlo modificar. Figura 6 . N2KView de Maretron  En cambio, Palladum Technologies tiene el software privado “SIMON2” diseñado para un entorno Apple, pudiendo ser desarrollo a medida solo por la propia empresa, pero ofreciendo un entorno gráfico muy atractivo, con un menú de fácil acceso y animaciones. Figura 7 . SIMON 2 de Palladum Technologies. SCADA para embarcaciones de recreo - 24 - Resumiendo la problemática principal:  Muchos equipos electrónicos aislados.  Mucho cableado de potencia y datos.  No hay comunicación entre los diferentes equipos.  Soluciones de monitorización de los equipos de navegación sin control de la embarcación.  Primeras soluciones de control sin equipos de navegación.  No se da la posibilidad de desarrollo a medida por terceros.  No se contempla la optimización energética. 2.3. Alternativas posibles La tendencia actual aportada por las principales empresas del sector náutico, plantea la primera alternativa. Comunicando los equipos aislados, por redes de comunicaciones, minimizando y organizando el cableado de datos, pero no contempla hacer lo mismo con el cableado de potencia, que también se debería unificar para reducirlo. Este estudio lo realizará uno de los proyectos con los que se esta trabajando (Diseño de una nano-red eléctrica para embarcaciones de recreo). Estas empresas están utilizando Ethernet como protocolo de la red principal, pero codifican sus datos para protegerlos y utilizan los protocolos privados NMEA2000 y NMEA0183 para conectar gran parte de los equipos a esta red. Estos protocolos privados suponen un gasto para las empresas que desarrollan los equipos, aunque ya hace años que se utilizan y se pueden encontrar en casi todas las empresas de diseño de equipos náuticos, pero se están empezando a utilizar protocolos libres tipo CANbus. Otra alternativa plantea los primeros modelos de embarcaciones automatizadas. Utilizando un control energético que controla el encendido y apagado de las luces de la embarcación, las tomas de corriente, los equipos, el estado del motor y de los depósitos. Pero no contempla la optimización energética, como podría ser el orden de prioridad de los electrodomésticos, para que no se conecten todos a la vez y poder así utilizar cableado con una sección más pequeña y grupos electrógenos de menor potencia. En la actualidad se están sobredimensionando las instalaciones y los grupos electrógenos suministran a cargas ligeras, pudiendo causarle daños al motor, lo que reduce su fiabilidad. Además, no se aprovecha la capacidad total de generación, se asume un coste excesivo de inversión, y un bajo rendimiento del combustible a quemar, encarece el kW de electricidad generado. Esto se puede conseguir con sensores de corriente que detecten los consumos de los aparatos, para determinar un orden de preferencia entre ellos, por ejemplo, si se esta utilizando la lavadora y se enciende el horno de inducción, se cortará el suministro eléctrico a la lavadora, para que solo este funcionando el horno. Hasta ahora se están planteando alternativas para la gestión de datos y la gestión energética por separado, con la última alternativa propuesta se intentan Jose Antonio Quintana Ruiz - 25 - unificar estas dos gestiones. Esto se puede conseguir con un sistema SCADA, capaz de integrar la información que proporcionan los diferentes equipos electrónicos para poder analizar los datos, y así valorar si hay que generar alarmas, informes o gráficos históricos, mejorando la seguridad de la embarcación, y a su vez, es capaz controlar los diferentes sistemas de climatización, electrodomésticos, iluminación u otros susceptibles de ser controlados. Un software de sistemas SCADA, permite desarrollar el sistema a medida de la embarcación donde se va a utilizar y se podrán realizar modificaciones, permitiendo así poder adaptarse a los futuros cambios que se puedan crear en la embarcación de recreo. Esto proporciona un sistema abierto a nuevas tecnologías y equipos, proporcionando una mayor durabilidad al sistema, con una fácil modificación de los mecanismos de control, o incluso mejoras en futuras implicaciones energéticas a las que se podría ver expuesta la embarcación, como pueden ser las energías renovables. Se pueden encontrar en el mercado numerosos recursos para este proyecto. Por un lado, el sector de la automatización, formado por empresas muy importantes como: Siemens, Omron, Nacional Instruments, GE Intelligent Platforms, Schneider Electric o ABB, todas ellas proporcionan una gran variedad de software SCADA y equipos de automatización. Por otra parte, el sector náutico, dispone de empresas que proporcionan una gran variedad de equipos electrónicos necesarios para una embarcación de recreo, las empresas más importantes son: Raymarine, Furuno, Garmin, Navico o Geonav, algunas proporcionan los cables de datos y los equipos de gestión informática, aunque también se pueden obtener del sector informático. En definitiva, hay que escoger de cada sector lo que más convenga para el sistema SCADA de la embarcación de recreo. 2.4. Introducción a los sistemas SCADA Se escoge como alternativa a desarrollar, crear un sistema SCADA que contemple tanto la gestión energética como la gestión de la información, ya que el objetivo principal del proyecto es mejorar la seguridad y el confort de la embarcación, con tecnologías estándar de libre desarrollo. 2.4.1. Definición Se trata de adquirir los datos de la embarcación y disponer de un control automatizado con la mínima supervisión humana, gracias a un programa adecuado para las necesidades del sistema a controlar. SCADA, acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (Control Supervisor y Adquisición de Datos), es una aplicación software diseñada para funcionar en ordenadores sobre una actividad de control de sistemas. Proporciona comunicación con los equipos, los supervisa y controla desde la pantalla del ordenador y representa la información de forma visual por pantalla, para tener informada a la persona supervisora, pudiendo incluso generar alarmas, informes o gráficos históricos. SCADA para embarcaciones de recreo - 32 - En el diagrama de la figura 9, se destacan los componentes internos del servidor ClearSCADA. Figura 9 . Componentes internos de ClearSCADA. La base de datos en tiempo real reside en la memoria del servidor, e incluye un completo conjunto de métodos como el sello de tiempo, la bandera de la calidad o el estado de alarma, que complementan la información del los datos. Los subsistema de alarma y registros históricos son atributos de la variable en el entorno de configuración. El registro histórico es un componente integrado en el servidor ClearSCADA, por lo que cada variable del SCADA puede ser guardado de forma sencilla si es necesario, es un formato propietario por razones de rendimiento, sin embargo accesible mediante una interfaz estándar como OPCHDA, ODBC y OLE DB. Jose Antonio Quintana Ruiz - 33 - Tabla 1. Análisis de ClearSCADA. Ventajas para el proyecto Inconvenientes para el proyecto Base de datos en tiempo real. Poca información para profundizar. Registro histórico integrado basado en eventos. Pocos ejemplos disponibles. Gráficos históricos de las señales. Se crean pocas librerías nuevas. Objetos con 7 límites de alarmas con prioridades. Software poco utilizado. Librerías con objetos modernos. Pocos drivers disponibles, hay que crearlos. Animación gráfica de objetos. Necesita Microsoft Windows. Gráficos basados en vectores. Estándares de arquitectura abierta y Autosol Enterprise Server (ADO, Oracle, MS Access, MS Exel, MS SQL Server, Ethernet, ModbusTCP, Serial y OPC) Posibilidad de añadir drivers. Opciones de redundancia. Manuales y menú ayuda bien explicados. Un servidor web integrado. 3.1.2. CX-Supervisor El software CX-Supervisor, de la empresa OMRON, desarrollado para construir y ejecutar aplicaciones SCADA. Trabaja en conjunto con la base de datos de CX- Server, para controlar y monitorizar el hardware. Y genera archivos de ejecución ‘Run Time’. Permite generar gráficos históricos con opción de zoom y desplazamiento con el ratón. Crear alarmas de manera sencilla con distintas prioridades, crear eventos e incluso simulaciones del PLC. Escoge la tendencia de las tecnologías estándares como OPC y ActiveX que permiten el intercambio de datos entre multitud de dispositivos hardware y aplicaciones existentes en el mercado. También tiene la posibilidad de utilizar CX-Comunication Control para el intercambio de datos por Profibus para redes de área local (LAN). SCADA para embarcaciones de recreo - 34 - Y por último, cabe indicar que en el entorno de programación, aparte del ya conocido sistema de scripts utilizado hasta ahora, se ha incorporado la posibilidad de utilizar Visual Basic Scripts y Java Scripts abriendo el espectro de posibilidades de programación de este paquete de supervisión. Tabla 2. Análisis de CX-Supervisor. Ventajas para el proyecto Inconvenientes para el proyecto Bases de datos relacionales. Librerías extensas pero anticuadas. Gráficos históricos de las señales. Se crean pocas librerías nuevas. Alarmas con prioridades. Apariencia poco moderna. Entornos gráficos basados en vectores. Objetos simples. Animaciones gráficas. Manuales densos, difíciles de entender. Estándar ActiveX Data Objects (ADO) para comunicarse con la base de datos. Menú ayuda pocas explicaciones y ejemplos. Estándar OPC para comunicarse con los dispositivos. Dificultad para añadir drivers. Comunicaciones por Profibus. Software poco utilizado. Visual Basic Scripts y Java Scripts Necesita Microsoft Windows 3.1.3. LabVIEW LabVIEW creado por la empresa National Instruments. Es un entorno de programación gráfica usado para desarrollar sistemas sofisticados de medición y control, usando íconos gráficos e intuitivos y diagramas de flujo, permitiendo controlar y adquirir datos desde cualquier equipo, ya que permite crear soluciones personalizadas. Ofrece una gran integración con miles de dispositivos de hardware y brinda cientos de bibliotecas integradas para análisis avanzado y visualización de datos, todo para crear instrumentación virtual (VI). La plataforma LabVIEW es escalable a través de múltiples objetivos y sistemas operativos, desde su introducción en 1986 se ha convertido líder en la industria. El entorno de desarrollo gráfico de LabVIEW es modular, facilitando configurar un paquete a medida. Cada usuario comienza con un sistema de desarrollo y después puede añadir herramientas de aplicación u objetos de despliegue dependiendo de los requerimientos. Este paquete flexible permite que mejore la funcionalidad de LabVIEW, según los usuarios se enfrentan a proyectos más complejos. Jose Antonio Quintana Ruiz - 35 - Esta formado por un Panel Frontal, para interactuar con el usuario cuando el programa se está ejecutando en modo ‘Run Time’ y por un Diagrama de Bloques donde se define la funcionalidad de cada objeto y sus conexiones. Tabla 3. Análisis de LabVIEW. Ventajas para el proyecto Inconvenientes para el proyecto Librerías con objetos muy modernos. Dificultad con los históricos. Se crean muchas librerías nuevas, como la entidad OpenG. Dificultad con las alarmas y eventos. Manuales y menú ayuda bien explicados. Muchos módulos a instalar. Muchos ejemplos disponibles. Estándares de arquitectura abierta como GPIB, Serial (RS232, RS485 y RS422), USB, VXI, PXI, Ethernet, IEEE 1394, VISA, Modbus y OPC Servers. Gráficos en tiempo real. Análisis avanzado de las señales. Diagramas de Flujo de Datos. Software muy utilizado. Muchas zonas web de ayuda. Muchos drivers ya creados. 3.1.4. Comparativa Para realizar la comparativa, se ha creado la tabla 4, donde se reflejan los principales aspectos a tener en cuenta. Tabla 4. Comparativa entre los diferentes software SCADA. ClearSCADA CX-Supervisor LabVIEW Entornos Gráficos Vectoriales Vectoriales Lenguaje G Librerías Completa y moderna Completa pero anticuada Muy completa y muy moderna SCADA para embarcaciones de recreo - 36 - Importar librerías Pocas disponibles Pocas disponibles Muchas con OpenG Objetos Con muchas propiedades Pocas propiedades Bastantes propiedades Animaciones Muchas, sencillas Bastantes, sencillas Difíciles de encontrar Apariencia Moderna Anticuada Muy moderna Históricos Bases de datos relacionales Bases de datos relacionales Exportando los datos Comunicación con la BD Autosol Enterprise Server (ADO, Oracle, MS Access, MS Exel y MS SQL Server) ActiveX Data Objects (ADO), MS Access, MS Exel, MS SQL Server, ODBC, dBase y CSV ActiveX, Oracle y MS SQL Server Alarmas Sencillas de crear con prioridades Simples, con prioridades Hay que crearlas una por una Historial de alarmas Sencillo de crear Sencillo de crear Hay que crearlo Gráficos Históricos Históricos Tiempo real Ejemplos Pocos Muy pocos Muchos Manuales Completos y bien explicados Completos y mal explicados Muy completos y muy bien explicados Menú Ayuda Muy completo, pocos ejemplos, aclaraciones con imágenes. Justo, pocos ejemplos, pocas aclaraciones con imágenes. Muy completo, muchos ejemplos, aclaraciones con imágenes. Diagramas de Flujo de Datos No No Si Análisis avanzado de las señales No No Si Estándares de arquitectura abierta para la comunicación Autosol Enterprise Server (Ethernet, ModbusTCP, Serial y OPC) COM, OLE, ADO, OPC y Profibus. GPIB, Serial (RS232, RS485 y RS422), USB, VXI, PXI, Ethernet, IEEE 1394, VISA, Modbus y OPC Servers Jose Antonio Quintana Ruiz - 37 - 3.1.5. Selección del software La primera conclusión que se obtiene de esta comparativa, es que CX-Supervisor no es el software adecuado, ya que no presenta demasiadas ventajas y ofrece un entorno un tanto anticuado, que no es el que se desea para una embarcación de lujo, por lo que queda descartado. LabVIEW permite desarrollar un entorno moderno en el que se puedan incorporar todo tipo de equipos, pudiendo hacer una análisis avanzado de sus datos con múltiples opciones, presentando gran ayuda en manuales, ejemplos, menú ayuda, foros y drivers, pero necesitaría una base de datos externa para poder guardar la información histórica (importante para las tareas de mantenimiento y prevención), y las gráficas solo a tiempo real no son muy útiles, ya que no se pueden comparar con datos anteriores. Además, presenta ciertas dificultades con las alarmas, ya que se tienen que hacer una por una, siendo difícil crear un listado de alarmas y más complicado seria darles prioridad entre ellas, siendo esto muy importante para la seguridad del barco. ClearSCADA permite desarrollar un entorno moderno en el que poder guardar información histórica, crear gráficas de históricos y todo tipo de alarmas con varios niveles de prioridad. Aunque, no permite el análisis avanzado de las señales, es algo que no es necesario en este proyecto, ya que los procesadores especializados realizan el análisis necesario para sus equipos. También puede presentar ciertas dificultades con los drivers, ya que incorpora pocos, pero pueden ser suficientes y se pueden desarrollar otros. Tampoco hay mucha información para poder profundizar o resolver problemas. Teniendo en cuenta el factor principal del proyecto, la seguridad, se determina que son más importantes las alarmas y los archivos históricos, puesto que la conectividad con los equipos puede hacerse de muchas maneras. Concluyendo, el software que mejor cubre estas necesidades es ClearSCADA. 3.2. Funcionalidades con ClearSCADA Una vez escogido ClearSCADA como software de desarrollo del sistema SCADA, se estudia como solventa las diferentes funcionalidades consideradas en el apartado ‘2.4.3. Funcionalidades’. 3.2.1. Arquitectura abierta y flexible de libre desarrollo ClearSCADA es un software que utiliza una arquitectura abierta con Autosol Enterprise Server, pudiendo compartir los datos con otras bases de datos y comunicar con protocolos estándares libres. Además, es capaz de adaptarse a cambios, futuras ampliaciones, embarcaciones muy diferentes e incluso a los diferentes gustos y preferencias de los posibles navegantes que lo quieran utilizar, ya que su desarrollador es sencillo de utilizar pero con herramientas muy complejas, pudiendo desde representar variables de forma animada con objetos gráficos, hasta ejecutar acciones complejas, programadas con diferentes lenguajes. Tiene librerías de objetos gráficos modernos y dispone de herramientas para desarrollarlos. SCADA para embarcaciones de recreo - 38 - 3.2.2. Conectividad con los equipos Este software tiene una programación para las aplicaciones, que comunica con los equipos de la red y permitir que compartan la información y recursos, en una estructura tipo cliente-servidor, donde los clientes envían peticiones de información o de uso de recursos al servidor, que controla datos y aplicaciones. Pero también dispone de programación para la red de comunicaciones estableciendo protocolos, o normas, para que los equipos se comuniquen entre sí, estos protocolos aplican su propia codificación y criterios, permitiendo enviar y recibir grupos de datos denominados paquetes. Con Autosol Enterprise Server se pueden compartir los datos con otras bases de datos (ADO, Oracle, MS Access, MS Exel y MS SQL Server) y comunica con protocolos estándares libres (Ethernet, ModbusTCP, Serial y OPC), pudiendo utilizar a la vez varios protocolos distintos. Además, también se puede configurar en una multitud de opciones de redundancia, es decir, en caso de fallo del servidor, un cliente asume de forma temporal el papel de servidor redundante. 3.2.3. Supervisión remota de instalaciones y equipos Permite conocer muy rápido de forma visual el estado de las variables, con herramientas como galgas de visualización, barras proporcionales o números, pudiendo añadirle muchos tipos de animaciones como cambio de color, letra, tamaño, ocultar objeto, parpadeo del texto y muchas más. Se puede conocer el estado de cada sistema, ojeando solo un poco el entorno gráfico, esto permite dirigir las tareas de supervisión de la embarcación de una manera rápida y cómoda. Figura 10 . Objetos gráficos animados: Barra proporcional (izquierda) – Galga de visualización (derecha). En la figura 10, se pueden observar algunas animaciones de estos objetos gráficos. En la izquierda una barra proporcional, que varía su tamaño en proporción al valor de la variable que se le ha asignado, dando una rápida visión de la altura a la que se encuentra el nivel, se le ha añadido un texto referente al valor exacto de la variable y también cambia de color para indicar los límites, creando estados de alarma. El objeto gráfico de la derecha, es una galga de visualización que indica con la aguja el valor de la variable, también tiene un texto referente al valor asociado y diferentes niveles de alarma, en este caso se ven los diferentes niveles. Jose Antonio Quintana Ruiz - 39 - 3.2.4. Control remoto de instalaciones y equipos También realiza acciones de control llamadas ‘Pick Action’, mediante las cuales se puede activar o desactivar los equipos de forma remota, como encender motores, activar luces, apagar electrodomésticos o controlar la temperatura, de manera manual y también automática. Todo de una forma cómoda desde el ordenador con objetos gráficos animados. Además es posible ajustar parámetros, valores de referencia y algoritmos de control. Figura 11 . Objetos gráficos animados con acciones de control. Los objetos gráficos utilizados en la supervisión, solo muestran información, en cambio, estos realizan acciones de control cuando se les selecciona. En la figura 11, se observa como cambian los objetos para indicar que se ha realizado una acción, estos en concreto realizan acciones de encendido y apagado, representándolo de diferentes maneras, como un termostato, interruptor, bombilla y botón, con sus respectivas animaciones, pero además el termostato, cuando esta encendido de color verde, visualiza la temperatura de control, con otra acción ‘Pick Action’, en este caso se despliega un menú con diferentes acciones, interesa la ‘Hand Control…’, que proporciona un control manual del valor de la variable, permitiendo cambiar la temperatura de control del termostato. 3.2.5. Procesamiento de datos La información que alimenta el sistema, adquirida por los procesadores digitales de la información, vuelve a procesarse con ClearSCADA, para clasificarla según los límites de las alarmas, compararla con datos anteriores o con datos de otros puntos de referencia, realizar acciones, filtrarla o transformarla, dando como resultado una información más fiable y segura. Los límites que se comentan se explican en el apartado ‘3.2.6. Generación de alarmas’. En cuanto a las comparaciones, acciones, filtrado, tratado o cualquier otra manipulación que se desee hacer, se consigue con programación en lenguaje Pascal, con diagramas de bloques o con diagramas Ladder. SCADA para embarcaciones de recreo - 40 - Figura 12 . Programación con: Lenguaje Pascal (izquierda) – Diagrama de bloques (centro) – Diagrama Ladder (derecha). La información se puede procesar de tres maneras diferentes como se muestra en la figura 12. La ventana de la izquierda tiene programación básica en lenguaje Pascal para procesar la información desde bajo nivel. En la ventana central, se programa mediante diagramas de bloques, para entender mejor el procesado de los datos, aunque limita sus posibilidades. Y en la ventana de la derecha, se programa con los diagramas Ladder, muy utilizados en el sector de automatización industrial, sobretodo para programar PLCs destinados a tareas de control, es un lenguaje sencillo, pero seguro, utilizado para evitar malas conexiones en esquemas eléctricos de contactos. 3.2.6. Generación de alarmas ClearSCADA permite establecer siete niveles de alarmas para clasificar los estados en los que se encuentra el valor de la variable. A través de los diferentes niveles de alarma y estableciendo cuatro prioridades diferentes, para definir su gravedad, se logra alertar al operador frente a un fallo, o en presencia de una situación no deseada o fuera de lo aceptable. Permitiendo informar de forma visual y acústica, o incluso también se pueden generar acciones. Ya que si se conocen a tiempo pueden prevenir riesgos, para evitar accidentes. Jose Antonio Quintana Ruiz - 41 - Figura 13 . Límites y prioridades de las alarmas de una variable. En la figura 13, se pueden observar los 7 niveles que se definen para las variables, entre el mínimo (Zero Scale) y el máximo (Full Scale), también si se determina alarma o no en cada nivel, y la gravedad con la que se clasifica. Las gravedades pueden ser Crítica, Alta, Media y Baja, y sirven para priorizar unas alarmas ante otras y establecer, según la gravedad de los casos, diferentes acciones para informar al capitán de la embarcación. Por ejemplo, en una alarma con gravedad baja es suficiente mostrarla en el apartado de alarmas de forma visual, pero en una alarma de gravedad crítica, además, es necesario un potente sonido acústico que informe de la situación, o incluso se podrían realizar acciones, como cambiar de trayectoria si se va a colisionar con otra embarcación o apagar los grupos electrógenos si los niveles de combustible son mínimos. Cuando la persona supervisora es conciente de la alarma, es muy importante reconocerla, para informar al sistema SCADA. Esto se puede comunicar en los elementos gráficos que comunican la alarma seleccionando ‘Acknowledge’ (si el idioma es inglés), también da la opción de reconocerla con un comentario para acordarse de los sucedido si se selecciona ‘Acknowledge With Comment...’. ClearSCADA muestra las alarmas con diferentes colores, para distinguir de forma visual el estado de la alarma, de manera rápida y cómoda, distinguiendo su gravedad, si ha sido reconocida, si ya se había reconocido o si ha sido solucionada. SCADA para embarcaciones de recreo - 48 - b) Conocer velocidad viento  Rango: 0 – 99 nudos  Sensibilidad: 0,1 nudo  Resolución entrada: 10 bits  Tiempo de muestro: 100 ms c) Control ON/OFF  Resolución salida: 1 bit 4.1.4. Joystick El Joystick es la última innovación en el control de los motores, permitiendo hacer pequeñas maniobras con la embarcación, esto es muy útil para moverse por el puerto y poder atracar de forma más sencilla. Figura 16 . Joystick (izquierda) – Maniobra (derecha), de Volvo Penta. Es un kit de instalación muy utilizado en los nuevos motores Volvo Penta IPS. Aunque este kit no contempla la cercanía que hay con los objetos. Tampoco el radar mide distancias próximas, por lo que se propone instalar unos sensores de proximidad alrededor de la embarcación, para ir informando durante la maniobra de la proximidad a la que se encuentran los objetos cercanos, creando alertas mediante el SCADA, que ayuden a realizar maniobras cortas sin golpear la embarcación. Este Joystick, se conecta de forma directa con las centralitas de los motores. Y los sensores de proximidad necesitan una entrada del PLC cada uno, conectados siempre con el más próximo. Datos importantes para el SCADA desde el PLC: a) Conocer distancia objetos cercanos  Rango: 0 – 6 metros  Sensibilidad: 0,1 metro  Resolución entrada: 6 bits  Tiempo de muestro: 300 ms Jose Antonio Quintana Ruiz - 49 - 4.1.5. Depósitos La embarcación dispone de depósitos para el combustible, el agua limpia sanitaria, las aguas grises recicladas y las aguas negras contaminadas con desechos orgánicos. Los depósitos de combustible son más grandes que los otros, para poder hacer trayectos largos, y suelen ser dos para repartir los pesos en la embarcación. Conocer los niveles de estos depósitos, permite saber la autonomía de la embarcación y así poder calcular las distancias que se pueden recorrer. No es necesaria una extremada precisión, ya que el barco esta en constante movimiento, por lo tanto los líquidos que transporta también. Para niveles bajos de combustible, es muy importante crear alarmas que eviten quedarse naufragando sin combustible. Los depósitos de aguas limpias, grises y negras, también necesitaran alarmas para informar su estado, pero en este caso la gravedad es menor. Fabricantes como Kobold o Tek-Tanks ofrecen depósitos y sensores de nivel para las diferentes soluciones. La salida típica del sensor es de 4-20 mA o 0-5 Vdc, para poder conectarlo directamente a la entrada del PLC. Datos importantes para el SCADA desde el PLC: a) Conocer nivel combustible  Rango: 0 – 1200 litros  Sensibilidad: 10 litros  Resolución entrada: 7 bits  Tiempo de muestro: 10 s b) Conocer nivel aguas limpias  Rango: 0 – 500 litros  Sensibilidad: 10 litros  Resolución entrada: 6 bits  Tiempo de muestro: 10 s c) Conocer nivel aguas grises  Rango: 0 – 150 litros  Sensibilidad: 10 litros  Resolución entrada: 4 bits  Tiempo de muestro: 10 s d) Conocer nivel aguas negras  Rango: 0 – 150 litros  Sensibilidad: 10 litros  Resolución entrada: 4 bits  Tiempo de muestro: 10 s SCADA para embarcaciones de recreo - 50 - 4.1.6. Generador de electricidad Hay varias maneras para poder disponer de suministro eléctrico, aunque la más utilizada es un grupo electrógeno que transforma la energía química del combustible en energía eléctrica. Es más fácil y rápido almacenar combustible que tener muchas baterías y la embarcación ya dispone de depósitos de combustible para el motor. Cada vez más, se están utilizando energías menos contaminantes, aunque de momento no acaban sustituyendo al grupo electrógeno, pero consiguen reducir su consumo. El grupo electrógeno esta compuesto por un motor de combustión interna, conectado en un mismo eje con un alternador, proporcionando una tensión alterna de 230 V a 50 Hz. En el motor de propulsión hay que conocer las revoluciones y la temperatura, para poder generar alarmas y evitar que se averíen. Además, hay que conocer la tensión, la frecuencia y la corriente que suministra, y tener un control de encendido y apagado. Todo esto conectando con la centralita del grupo electrógeno. Los fabricantes de motores de propulsión, también fabrican grupos electrógenos, y en este caso, se utilizan centralitas con un interfaz LAN, para protocolos CANbus o Modbus tipo buses de campo, para comunicar con una red de comunicaciones. Datos importantes para el SCADA desde la centralita del grupo electrógeno: a) Conocer revoluciones  Rango: 0 – 2500 rpm  Sensibilidad: 10 rpm  Resolución entrada: 8 bits  Tiempo de muestro: 300 ms b) Conocer temperatura líquido refrigerante  Rango: 20 – 120 ºC  Sensibilidad: 1 ºC  Resolución entrada: 7 bits  Tiempo de muestro: 1 s c) Conocer tensión  Rango: 0 - 300 V  Sensibilidad: 0,1 V  Resolución entrada: 12 bits  Tiempo de muestro: 1 s d) Conocer frecuencia  Rango: 30 – 70 Hz  Sensibilidad: 0,1 Hz  Resolución entrada: 9 bits Jose Antonio Quintana Ruiz - 51 -  Tiempo de muestro: 1 s e) Conocer corriente  Rango: 0 - 100 A  Sensibilidad: 0,1 A  Resolución entrada: 10 bits  Tiempo de muestro: 1 s f) Control ON/OFF  Resolución salida: 1 bit 4.1.7. Tomas de corriente Por toda la embarcación, se pueden encontrar tomas de corriente que proporcionan una tensión alterna de 230 V a 50 Hz, como los que se encuentran en las viviendas, pero con una tapa protectora para aumentar el grado de protección al agua. Puede ser interesante controlarlas de forma individual o por zonas, para limitar los consumos máximos, evitando que el grupo electrógeno se sobrecargue, y provoque continúas caídas de tensión o incluso llegue a desconectarse por seguridad. Esto también se puede solucionar creando prioridades entre las tomas de corriente, controlando si proporcionan tensión y conociendo el paso de corriente. Un PLC puede gestionar estas prioridades si se programa con diagramas Ladder, automatizandolas mediante contactos de una manera segura. Para realizar un diagrama Ladder, primero es necesario hacer un diagrama GRAFCET para garantizar el correcto funcionamiento de los contactos. El GRAFCET refleja una sucesión de etapas, donde cada etapa tiene sus acciones asociadas, de forma que se realizan cuando aquella etapa está activa, las etapas se van activando de forma secuencial según se van cumpliendo las condiciones que las preceden. Datos importantes para el SCADA desde el PLC: a) Control ON/OFF  Resolución salida: 1 bit b) Conocer paso corriente  Resolución entrada: 1 bit  Tiempo de muestro: 500 ms 4.1.8. Baterías La tensión continua de la embarcación la proporcionan un conjunto de baterías. Según se ha determinado en el proyecto ‘Diseño de una nano-red eléctrica para embarcaciones de recreo’, se utilizarán en paralelo baterías de 12 V conectadas de dos en dos en serie, para conseguir 24 V, como muestra la figura 17. SCADA para embarcaciones de recreo - 52 - Figura 17 . Conexión baterías de 12 V a 24 V. Conociendo los niveles de tensión se puede determinar la energía acumulada, para poder calcular el tiempo estimado de duración de los 24 V. Si hay poca energía acumulada, se tiene que conectar el grupo electrógeno para cargarlas. También es importante el control de su encendido y apagado, para dar tensión o no a la red, esto se consigue con un relé controlado por un PLC, como muestra la figura 17. Datos importantes para el SCADA desde el PLC: a) Conocer tensión  Rango: 0 - 40 V  Sensibilidad: 0,01 V  Resolución entrada: 12 bits  Tiempo de muestro: 1 s b) Control ON/OFF  Resolución salida: 1 bit 4.1.9. Cartas náuticas En el mar no se encuentran carreteras ni señalizaciones, por lo que se tiene que hacer el propio camino. Por esto, es muy importante métodos y equipos que ayuden a crear las travesías, haciéndolas más seguras y precisa, previniendo y evitando una colisión de la embarcación. Con el GPS se determina la posición de la embarcación en todo el mundo. Esta posición, se situará en las cartas náuticas que son una representación a escala de aguas navegables y regiones terrestres adjuntas, suelen indican las profundidades del agua y las alturas del terreno, naturaleza del fondo, detalles de la costa, incluyendo puertos, peligros a la navegación, localización de luces y otras ayudas a la navegación. La figura 5 de la pagina 22, muestra una carta náutica. Además, pueden incluir la información que proporciona el AIS, para detectar donde están situadas las embarcaciones cercanas que lo tienen instalado, hay que remarcar que en la actualidad muy pocas lo tienen instalado, las embarcaciones militares y de recreo no están obligadas a llevarlo, no se podrán detectar, por lo que serán necesarios otros sistemas como el radar o la radio VHF para poder detectar a quien no comunique su posición. Es necesario prevenir de los peligros que se puedan presentar durante el trayecto, como si se encuentra cerca de un objeto, si se acerca a la costa, si hay un obstáculo en la travesía o si se va a cruzar una embarcación, generando Jose Antonio Quintana Ruiz - 53 - alarmas para evitar accidentes y si es necesario realizar las maniobras oportunas. Hay empresas como Raymarine, Furuno, Garmin, Navico o Geonav, que desarrollan software de cartas náuticas, y también antenas GPS y equipos AIS. Este software no se puede utilizar en ClearSCADA, así que hay que crear con los objetos gráficos este entorno, esto supone un trabajo de diseño muy laborioso, ya que hay que desarrollar mapas a escala y situar la información del GPS y el AIS. Pero como alternativa circunstancial, se puede utilizar un software de las empresas ya nombradas conjuntamente con ClearSCADA e importar los datos para poder informar, generar alarmas, y realizar acciones. Datos importantes para el SCADA desde GPS y AIS: a) Conocer posición GPS  Interfaz LAN: CANbus  Tiempo de muestro: 300 ms b) Conocer información AIS  Interfaz LAN: Ethernet 100 BASE-TX o CANbus  Tiempo de muestro: 300 ms c) Control ON/OFF GPS  Resolución salida: 1 bit d) Control ON/OFF AIS  Resolución salida: 1 bit 4.1.10. Radar Como se acaba de nombrar, no es suficiente con la información de las cartas náuticas, ya que en alta mar se pueden encontrar objetos que no informan de su posición. El radar (término derivado del acrónimo inglés RAdio Detection And Ranging, “detección y medición de distancias por radio”) es un sistema que utiliza ondas electromagnéticas para medir distancias, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles como barcos, embarcaciones no motorizadas y el propio terreno. Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe rápidamente en la misma posición del emisor. A partir de este "eco" se puede extraer gran cantidad de información. El uso de ondas electromagnéticas, permite detectar objetos más allá del rango de otro tipo de emisiones, como son la luz visible o el sonido. No es un sustituto de las cartas náuticas, sino que se complementan para incrementar la seguridad de la embarcación, contemplando los mismos peligros y alarmas. En la figura 18 izquierda, se muestra como el radar necesita un cierto grado de interpretación, por lo que es muy interesante, poder comparar su imagen sobre la de las cartas náuticas, para facilitar esta interpretación, como muestra en la figura 18 derecha. SCADA para embarcaciones de recreo - 54 - Figura 18 . Solo radar (izquierda) – Radar sobre cartas náuticas (derecha), de Geonav. Las empresas mencionadas, Raymarine, Furuno, Garmin, Navico o Geonav, también desarrollan antenas radar con procesadores digitales, preparados para conectarse a una red local con interfaz Ethernet, pero están codificando sus datos para protegerlos, impidiendo poder utilizar sus antenas radar sin su software, este aspecto tendrá que resolverse para poder representar su información. Datos importantes para el SCADA desde la antena radar: a) Conocer datos radar  Interfaz LAN: Ethernet 100 BASE-TX  Tiempo de muestro: 0,06 - 0,8 µs b) Control ON/OFF antena  Resolución salida: 1 bit 4.1.11. Sonda náutica Por ser una embarcación de recreo, muchos de los navegantes están interesados en conocer la fauna que hay bajo su embarcación, para pescar y bucear, o saber si pueden anclar su embarcación en un lugar que no conocen. El sensor de profundidad solo informa de la distancia que hay al objeto más cercano situado bajo la embarcación. Pero en cambio, la sonda náutica genera una continua medición, fijada perpendicular a la embarcación, proporcionando una imagen de lo que hay situado debajo, como muestra la figura 19, pudiendo interpretar el fondo marino e incluso pequeños peces. Figura 19 . Imagen de la sonda náutica de Geonav. Jose Antonio Quintana Ruiz - 55 - Tener una imagen del fondo marino puede ayudar a decidir si es un buen sitio para amarrar la embarcación, o si se esta tan cerca del fondo que se puede quedar embarrancada. Por lo que será importante informar de estos peligros con sus respectivas alarmas. Las sondas náuticas están compuestas por un transductor que envía y recibe la señal, y un módulo procesador encargado de interpretarla y enviarla a la red local. Desarrollada por las empresas mencionadas en el radar y las cartas náuticas, que como ya se ha comentado codifican sus datos para protegerlos. Datos importantes para el SCADA desde el procesador de la sonda náutica: a) Conocer datos sonda náutica  Interfaz LAN: Ethernet 100 BASE-TX  Tiempo de muestro: 0,1 – 5 ms b) Control ON/OFF  Resolución salida: 1 bit 4.1.12. Meteorología Se pueden obtener datos meteorológicos como la temperatura, la presión o el viento, para así poder predecir variaciones meteorológicas y evitar que se complique la navegación por circunstancias climatológicas adversas, como tormenta, mucho viento o grandes olas. Esto se consigue con sensores específicos de temperatura, presión o viento, o con una estación meteorológica que incluye estos sensores y esta preparada para transmitir por buses de campo. Es necesario conocer las previsiones meteorológicas para crear alarmas cuando se detecten posibles complicaciones para la navegación, teniendo así la posibilidad de poder intentar ir a un lugar más seguro, como puede ser un puerto cercano. Datos importantes para el SCADA desde la estación meteorológica: a) Conocer datos meteorológicos  Interfaz LAN: CANbus  Tiempo de muestro: 1 s b) Control ON/OFF  Resolución salida: 1 bit 4.1.13. Radio VHF Un equipo de Radio VHF (Very high frequency) marino está formado por transmisor y receptor, que solo operan en las frecuencias de radio estándar internacional, conocidas como canales (entre 156 y 174 MHz), como el canal 16 (156.8 MHz) de llamadas internacionales y socorro. La radio se utiliza para una gran variedad de propósitos, incluyendo llamar a los servicios de rescate y SCADA para embarcaciones de recreo - 56 - comunicarse con los puertos, esclusas, puentes, puertos deportivos y es muy utilizado para comunicarse con otros barcos y evitar colisiones. Puede ser "sólo de voz" o puede incluir "Llamada Selectiva Digital (DSC)”. El DSC es un protocolo global que utiliza el canal 70 (156.525 MHz) para transmitir y recibir mensajes digitales entre barcos y a las estaciones de tierra. Estos mensajes incluyen la identificación del barco, la situación (si esta conectado a un GPS) y objeto de la llamada, si es de socorro, aviso u otros. El sistema debe alertar mediante alarmas cuando se recibe un mensaje digital DSC, por si hay que socorrer a otras embarcaciones que puedan necesitar ayuda o en caso de aviso, el peligro es para la propia embarcación. Datos importantes para el SCADA desde la radio VHF: a) Comunicar con la radio  Interfaz LAN: CANbus b) Control ON/OFF  Resolución salida: 1 bit 4.1.14. Climatización Se esta trabajando con el proyecto “Sistema HVAC para una embarcación de recreo” que se encarga de la climatización. Este proyecto, determina un circuito de tuberías con un líquido refrigerante, que une los diferentes equipos de climatización. El chiller enfría el refrigerante en verano y los boilers lo calientan en invierno, nunca trabajan juntos. Los fan-coils son los que generan el aire que enfría o calienta el ambiente y puede haber uno o varios por habitáculo. El funcionamiento es: el refrigerante que sale del chiller o de los boilers, se conduce por las tuberías hasta los fan-coils, que son unos serpentines con un ventilador acoplado, por donde circula el refrigerante y se impulsan el aire, que pasa a través del serpentín, calentándolo o enfriándolo, hacia al interior del habitáculo. Por otra parte, el agua de mar se utiliza solo en verano, y sirve para refrigerar el condensador del chiller. El control de temperatura se hace mediante el termostato, que controla el ventilador del fan-coil, el usuario fija una temperatura y el termostato se encarga de gestionar el sistema de climatización. Cuando el habitáculo llega a esa temperatura, se acciona una válvula en el fan-coil, que devuelve el refrigerante a la unidad de tratamiento. Se instala un termostato de control en cada uno de los habitáculos a climatizar. Estos termostatos tienen conexión de bus de campo, tipo CANbus, para conectarse con el servidor. Se desea conocer la temperatura del habitáculo, enviar la temperatura de control a la que se quiere llegar y un control de encendido y apagado, pudiendo realizar también las acciones desde el mismo termostato. Puede ser interesante alertar en las temperaturas extremas, para evitar que los habitáculos adquieran temperaturas inadecuadas para los tripulantes, pudiendo incluso activar de forma automática el sistema de climatización a partir de unos valores considerados. Jose Antonio Quintana Ruiz - 57 - Datos importantes para el SCADA desde los termostatos: a) Conocer temperatura habitáculo  Rango: -20 – 60 ºC  Sensibilidad: 0,1 ºC  Resolución entrada: 10 bits  Tiempo de muestro: 1 s b) Enviar temperatura control  Rango: -20 – 60 ºC  Sensibilidad: 0,1 ºC  Resolución salida: 10 bits c) Control ON/OFF termostato  Resolución salida: 1 bit 4.1.15. Iluminación La iluminación de la embarcación es el último sistema seleccionado, para así poderlas encender y apagar desde el ordenador, por comodidad y para garantizar el estado de la luminaria de una manera sencilla, y así evitar consumos innecesarios, pudiendo incluso programar encendidos y apagados, o simular la actividad en la embarcación, como si hubiesen personas a bordo. Unos PLC se encargan de su control, pudiendo gestionarlo incluso si no funciona la red de comunicaciones. Se crea un sistema en lazo cerrado, con sensores de corriente, que permiten conocer si cambia el estado de la salida cuando se le ordena, pudiendo así informar de las luminarias que estén estropeadas, de una manera cómoda desde la pantalla del ordenador. El control de las luminarias, también se realiza desde los interruptores manuales del habitáculo, teniendo que obtener la información que proporcionan. Para que no se queden fijados en una posición, es mejor utilizar pulsadores, que transmiten una acción de cambio, siendo el PLC el que determine si hay que encender o apagar, la acción de control se realiza mediante un relé. Datos importantes para el SCADA desde los PLC: a) Control ON/OFF  Resolución salida: 1 bit b) Conocer estado luminaria  Resolución entrada: 1 bit  Tiempo de muestro: 5 s c) Conocer estado pulsador  Resolución entrada: 1 bit  Tiempo de muestro: 300 ms SCADA para embarcaciones de recreo - 64 - PC servidor, puedan asumir de forma temporal sus privilegios como servidor redundante. Debido a las duras condiciones que se presentan en una embarcación, se utilizarán ordenadores industriales preparados para este tipo de ambientes, diseñados para los procesos de control y adquisición de datos, aunque también se pude conectar un ordenador portátil, como cliente adicional. ClearSCADA necesita que todos cumplan como mínimo los siguientes requisitos:  Processador CPU de 2GHz  Memoria RAM de 512MBytes  Espacio libre en el disco duro 500MB  Tarjeta gráfica de alto rendimiento  Tarjeta de red para enviar y recibir datos, siguiendo un estándar específico como es Ethernet. 2. Switch: Es un dispositivo lógico digital de interconexión de redes. Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes (bridges), pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino. Es capaz de aprender y almacenar muchas direcciones MAC de los dispositivos alcanzables por cada uno de los puertos, para mejorar las transmisiones futuras. Y permite que múltiples segmentos físicos de LAN se interconecten para formar una sola red de mayor tamaño. Pueden conectarse unos a los otros, pero siempre hay que hacerlo de forma que exista un único camino entre dos puntos de la red. En caso de no seguir esta regla, se forma un bucle en la red, que produce la transmisión infinita de tramas de un segmento al otro. Estos dispositivos utilizan el algoritmo de spanning tree para evitar bucles, haciendo la transmisión de datos de forma segura. 3. Gateway: Para poder unir redes con diferentes protocolos y arquitecturas, se utilizan pasarelas de enlace (del inglés Gateway), son dispositivos que permiten traducir la información de una red a otra. Se utilizarán para enlazar los diferentes niveles de protocolos que se encuentran en la red, principalmente los diferentes buses de campo con la red de datos. 4.2.4. Esquema de conexión Se determina un ejemplo de conexión de los diferentes equipos, corresponde al ‘plano 3’ del documento ‘Planos’. Donde se pueden distinguir los tres niveles de redes que se encuentran en la embarcación, y 5 recuadros, numerados del 1 al 5, correspondientes a los subcuadros eléctricos, encargados de distribuir la información, por los diferentes tramos de red, y proporcionar la energía eléctrica a todo el sistema. Jose Antonio Quintana Ruiz - 65 - Estos subcuadros, están conectados a las redes principales de datos y potencia eléctrica, y distribuyen a las redes secundarias de su zona, conectando siempre los sistemas al subcuadro más cercano, para reducir cableado. En este esquema, se distinguien cinco zonas, colocando un subcuadro en cada una. Aunque dependiendo de las necesidades concretas de la embarcación, se tendrán que instalar más o menos subcuadros. 1. Zona puesto de mando de la cubierta principal, donde se encuentra el ordenador principal, el radioteléfono, el AIS y los habitáculos de estribor. 2. Zona sala de máquinas, motores de propulsión y grupos electrógenos. 3. Zona salón-cocina, para los termostatos cercanos, el ordenador de rumbo y un posible control con el PLC de los electrodomésticos. 4. Zona habitáculos babor-proa, para cubrir los equipos de esta zona, como pueden ser los termostatos o la sonda náutica. 5. Zona flybridge, ordenador secundario, antena radar y estación meteorológica. Cada subcuadro, incorpora un switch, para unir los diferentes tramos que forman la red principal, un gateway, que comunica el protocolo de la red principal con el protocolo del bus de campo, y un PLC, como procesador de la información, de todos los sistemas de su zona que lo necesiten y no dispongan de uno, como son las tomas de corriente, las luminarias, las baterías, los niveles de los depósitos o los sensores de proximidad. 4.3. Red de potencia eléctrica La red de potencia eléctrica, es determinada por el proyecto “Diseño de una nano-red eléctrica para embarcaciones de recreo”, a continuación, se introducen un resumen con los aspectos considerados. 4.3.1. Características Se detalla, una red eléctrica principal, que alimenta los subcuadros que distribuyen la energía a la embarcación, estos subcuadros son los mismos para la red de datos. Figura 23 . Cables paralelos de la red de potencia eléctrica. Se escoge la topología conocida como cables paralelos, como muestra la figura 23, dividiendo la instalación en la zona de estribor y la de babor, proporcionando menor longitud de cable, una reducción de su sección, repartiendo las cargas y minimizando el número de cuadros afectados en una avería. SCADA para embarcaciones de recreo - 66 - 4.3.2. Tensiones utilizadas Cada una de las zonas suministra corriente continua y alterna. Se ha escogido para la línea de corriente continua, la tensión de 24 V, subministrada por baterías tipo AGM. Se distinguen tres tipos de grupos de baterías:  Baterías de los motores de combustión, para su encendido.  Baterías de emergencia, para suministrar corriente continua durante un mínimo de 3 horas.  Baterías de servicio, que son las que alimentan directamente los equipos. Y para la línea de corriente alterna monofásica, una tensión de 230 V a 50 Hz, proporcionada por inversores, grupos electrógenos o la conexión directa con el puerto. 4.3.3. Distribución Estudiando las diferentes funcionalidades que presenta una embarcación, se determina, que para embarcaciones provistas de aire acondicionado y calefacción se realizara una instalación con cuatro líneas de alimentación eléctrica, como se puede observar en el ‘plano 4’ del documento ‘Planos’:  Línea de emergencia GDMSS: Alimenta los equipos para la navegación y la luminaria de la embarcación, cuando se queda sin suministro.  Línea de corriente alterna: Proporciona tensión en la tomas de corriente.  Línea de corriente continua: Alimenta a todos los equipos electrónicos de la embarcación.  Línea de climatización: Alimenta directamente al circuito de aire acondicionado y calefacción, con un grupo electrógeno, por su elevado consumo. Las tomas de corriente tienen una doble alimentación, ya que siempre que la energía acumulada en las baterías lo permita, se alimentan a partir de ellas, pasando previamente por un inversor. En el caso contrario se activa el generador, que es el encargado de suministrar la tensión a las tomas de corriente, a la vez que carga las baterías. Jose Antonio Quintana Ruiz - 67 - CAPÍTULO 5: EJEMPLO DE APLICACIÓN 5.1. Detalles sistemas desarrollados Para concluir, se realiza un ejemplo de aplicación, para poder observar mejor las opciones que ofrece ClearSCADA en sistemas SCADA. Pero primero, es necesario detallar algunos sistemas, ya que muchos no disponen de un propio procesador digital de la información, sino que utilizan alguno de los PLC distribuidos por la embarcación, siendo necesario determinar las conexiones con sus entradas y salidas. Los niveles de los depósitos, los sensores de proximidad y las tensiones de las baterías, necesitan una entada analógica del PLC, conectando siempre con el PLC más cercano. Para la desconexión de las baterías, también se necesita una salida de PLC, para controlar un relé, como muestra la figura 17 de la pagina 52. Pero hay otros casos más complejos, como las tomas de corriente o las luminarias, que se especifican a continuación. 5.1.1. Tomas de corriente Las tomas de corriente se encuentran por toda la embarcación, es interesante controlarlas de forma individual o por zonas, para limitar los consumos máximos, evitando que el grupo electrógeno se sobrecargue. Se realiza un ejemplo, gestionando unas prioridades para los electrodomésticos, para reducir el consumo que se crea, cuando se conectan varios a la vez. Esto se puede conseguir con sensores de corriente que detecten los consumos, para determinar un orden de preferencia y realizar las acciones de control. Por ejemplo, si se esta utilizando la lavadora y se enciende el horno de inducción, se cortará el suministro eléctrico a la lavadora, para que solo este funcionando el horno. Así que, se controlan los electrodomésticos a partir del control de las tomas de corriente que los alimentan, según el esquema de conexión de la figura 24. Como se puede observar, un relé es el encargado final que permite que la toma de corriente tenga tensión. No se utilizan los contactos de salida del PLC, ya que los electrodomésticos pueden consumir más potencia que la soportada por el SCADA para embarcaciones de recreo - 68 - PLC. Un sensor de corriente determina si hay consumo de potencia eléctrica, esto quiere decir que ese electrodoméstico esta en funcionamiento. Este esquema es para el control de una única toma de corriente, tienen que haber tantos sensores y relees como tomas de corriente se quieran controlar. Figura 24 . Esquema conexión toma de corriente. Ahora ya se puede plantear su diagrama GRAFCET, escogiendo seis prioridades a controlar, donde 1 es máxima prioridad y 6 es mínima. Los relees (P1, P2,..., P6) indican si se permite tensión en la toma de corriente, los sensores de corriente (S1, S2,..., S6) determinan si hay consumo y una orden adicional “OFF” de ClearSCADA, para denegar los permisos. El diagrama GRAFCET resultante corresponde al ‘plano 1’ del documento ‘Planos’, donde se puede observar la secuencia de las etapas y se definen los diferentes electrodomésticos escogidos con sus prioridades. Primero se da permiso al de mayor prioridad (P1), si no presenta consumo se da permiso al siguiente, y así sucesivamente, en caso de que alguno este consumiendo potencia eléctrica, se denegará el permiso a los de inferior prioridad, si mientras, se crea un consumo de una prioridad superior, se interrumpe el de menor prioridad para dar paso al de mayor. Una vez finalizado el GRAFCET se puede plantear el diagrama Ladder resultante, correspondiente al ‘plano 2’ del documento ‘Planos’. Este Ladder se utiliza para poder programas las diferentes etapas en la memoria del PLC, ya que indica la secuencia y como se activan (S) y desactivan (R) las etapas. En la actualidad, los electrodomésticos no disponen de procesadores propios, pero podrían disponer de ellos, para no tener que controlarlos desde las tomas de corriente, pudiendo así gestionarlos a través de la red de comunicaciones. Jose Antonio Quintana Ruiz - 69 - 5.1.2. Iluminación En la iluminación, se controla el encendido y el apagado de las luminarias de la embarcación, conectándolas a los diferentes PLC que se distribuyen por ella. Como pasa con las tomas de corriente, en este caso también se utiliza un relé para permitir encender una o varias luminarias, y un sensor de corriente para comprobar su estado y verificar su correcto funcionamiento, creando así un control en lazo cerrado. Además, se le pueden añadir pulsadores que permitan el control manual desde el propio habitáculo, estos transmiten una acción de cambio, siendo el PLC el que determine si hay que encender o apagar, pudiendo conectar varios en paralelo en una única entrada, como muestra la figura 25, u ocupando varias entrada del PLC. Figura 25 . Esquema conexión luminarias. También se podrían conectar los pulsadores a otro PLC, ya que están conectados por la red de comunicaciones, pero de esta manera, en caso de fallo de red no se podrían utilizar, en cambio, si están conectados a un mismo PLC, si que seguirían funcionando, ya que el PLC se programa para que pueda asumir tareas de control lógico. En este caso no es necesario un diagrama GRAFCET, ya que el control es directo, cuando se activa un pulsador o una orden interna de ClearSCADA, se cambia el estado del relé, pero si que es necesario utilizar un temporizador interno del PLC, para eliminar los rebotes que se crean con un pulsador. El sensor se utiliza para verificar con el servidor el correcto funcionamiento de las luminarias, y poder informar de las luminarias que estén estropeadas. SCADA para embarcaciones de recreo - 70 - 5.2. Diseño del entorno gráfico Una vez se han definido los diferentes sistemas, ya se puede diseñar un entorno gráfico para este ejemplo de aplicación. 5.2.1. Criterios de diseño Un entorno gráfico, es el encargado de transmitir toda la información del sistema SCADA al capitán, y también tiene que proporcionar las acciones de control que pueda necesitar. Por lo que tiene que ser visualmente sencillo de interpretar y cómodo de utilizar por cualquier usuario, pero permitiendo realizar tareas complejas de una manera sencilla. El entorno gráfico establece el interfaz entre la persona y el sistema SCADA. Esto se consigue utilizando imágenes y objetos gráficos para representar la información y acciones disponibles, programados para realizar las tareas deseadas. Cada sistema esta representado por una palabra clave con un icono representativo. Un menú principal, situado en la parte inferior de la pantalla, proporciona un acceso rápido a los diferentes sistemas. Figura 26 . Menú principal. Las imágenes tienen que ser lo más grandes posibles, para facilitar su utilización, ya que la embarcación esta en un constante movimiento provocado por el oleaje y puede ser muy fácil equivocarse, además, no se puede garantizar una posición concreta del usuario que esta utilizando el entorno gráfico, pudiendo estar sentado, de pie, cerca o lejos. Hay que diferenciar si el usuario que esta utilizando el entorno es el capitán o una persona de la tripulación, creando diferentes privilegios para cada uno. 5.2.2. Características de los sistemas a supervisar/controlar Para determinar las características de los sistemas a controlar y/o supervisar, se ha creado la siguiente tabla en la que se definen diferentes pantallas, una por cada sistema, aunque algunas se agrupan en “Navegación” y “Electricidad” y se le añade con una pantalla adicional destinada a las “Alarmas”, para informar del estado de toda la embarcación. A estas pantallas se le asigna un nombre con un icono relacionado, las variables que se van a declarar en ella, con sus respectivas animaciones, y las alarmas que pueden generar. Como la finalidad de este diseño es mostrar las funcionalidades que ofrece ClearSCADA a este proyecto, se resume la tabla a unos pocos sistemas en modo de ejemplo. Jose Antonio Quintana Ruiz - 71 - Tabla 6. Características de algunos sistemas con ClearSCADA. Pantalla Icono Variables Animaciones Alarmas 2. Motores (datos de los motores) Revoluciones (analógica) 1x motor Temperatura (analógica) 1x motor ON/OFF motores (digital) 1x motor Depósitos Combustible (ver 4. Depósitos) Cuenta revoluciones. Termómetro. Interruptor ON/OFF Indicador de nivel Crítica, alta y media para proteger los motores. 3. Electricidad ON/OFF General (digital) ON/OFF AC (digital) ON/OFF DC (digital) Interruptor ON/OFF -- 3.1. Baterías Tensión (analógica) ON/OFF Baterías (digital) Indicador del voltaje. Interruptor ON/OFF Crítica, alta y media para la energía de las baterías. 4. Depósitos Nivel (analógica) 1x Aguas Limpias 1x Aguas Grises 1x Aguas Negras 1x Depósito Combustible Depósitos con nivel. Alta, media y baja para los niveles extremos. Y crítica para la falta de combustible. 6. Climatización Termostato ON/OFF (digital) 1x termostato Temperatura real (analógica) 1x termostato Temperatura control (analógica) 1x termostato Termostato ON(verde)/ OFF(rojo). Siempre visible. Se modifica con el “Hand Control...” Alta y media para temperaturas extremas. SCADA para embarcaciones de recreo - 72 - 5.2.3. Características generales del entorno gráfico Antes de comenzar a desarrollar el entorno gráfico, es necesario definir algunas características generales que ofrecerá este entorno. Se determinan los diferentes colores que se utilizan para distinguir de forma visual el estado de la alarma. Además también se le añade parpadeo para las alarmas no reconocidas.  Rojo, para prioridades críticas y altas que no han sido reconocidas.  Naranja, para prioridades medias y bajas que no han sido reconocidas.  Amarillo, para reconocidas pero no resueltas.  Verde, para alarmas resueltas por el sistema pero no reconocidas. También se establecen los siguientes usuarios, con diferentes privilegios. Transcurrido un tiempo de inactividad todos los usuarios pasan a ser Tripulación.  Desarrollador, con todos los privilegios.  Capitán, sin los privilegios de desarrollo, pero puede hacer acciones y reconocer alarmas.  Tripulación, solo puede moverse por el entorno gráfico, no pueden hacer acciones ni reconocer alarmas. El menú principal de la figura 26, situado en la parte inferior de la pantalla, está siempre visible en la misma posición, para proporcionar un acceso rápido y cómodo a los diferentes sistemas que forman el SCADA. También son necesarios botones para ir a la pantalla principal, a la pantalla anterior, para cambiar de usuario y contraseña y para salir, están representados con iconos visibles en todo momento situados en la parte superior de la pantalla. 5.2.4. Desarrollo del entorno gráfico Cumpliendo las características nombradas, se han desarrollado las pantallas que forman el entorno gráfico. En las figuras siguientes se observan algunas de ellas, que transmiten la sencillez visual de un entorno SCADA, pero proporcionando gran cantidad de información y permitiendo realizar acciones complejas. Para situar mejor algunos de los controles, como son los de la climatización o iluminación, se ha escogido una embarcación modelo de la gama Squadron 65 de Fireline, para utilizar sus planos. Como se puede observar en las figuras siguientes, ClearSCADA se adapta al tamaño de la pantalla del ordenador, permitiendo utilizar la barra principal de Windows, pudiendo así tener más ventanas abiertas, por si se quiere consultar algún manual, utilizar aplicaciones o incluso ejecutar programas. Aunque esto tiene un peligro, ya que puede limitar las características mínimas que necesita ClearSCADA, por lo que es necesario que en el ordenador principal se impida la instalación de programas sin contraseña. Jose Antonio Quintana Ruiz - 73 - La figura 27 muestra los datos del los dos motores, con galgas de visualización se muestran sus revoluciones y los niveles de combustible de los depósitos, representando en ellas los niveles de alarma, también hay unas barras proporcionales correspondientes a las temperaturas de los motores y unos interruptores que permiten generar la acción de encendido y apagado de estos. Figura 27 . Datos de los motores. Los niveles de todos los depósitos se muestran en la pantalla correspondiente a la figura 28, diferenciando claramente con colores sus diferentes estados. Figura 28 . Niveles de los depósitos.