Solución integral y disponibilidad de servicio
Schneider Electric aporta una solución global junto con URARES del control y potencia del Túnel de Pallejà pertenciente a los FCG

Solución Schneider Electric:

La solución Schneider Electric, especialista global en gestión de la energía, se presenta en el siguiente esquema, el cual consta de una arquitectura en anillo redundante mediante la plataforma Premium a través de Ethernet.

Puntos clave:

Sistemas de Control redundante Premium Hot Standby

El control de esta instalación se hace mediante un sistema redundante de Premium Hot Standby ubicado en la sala de control. La Plataforma de Automatización Premium mediante el Sistema Hot Standby o redundancia, y compatible con el software Unity Pro, está pensado para las aplicaciones exigentes en cuanto a disponibilidad de servicio.

Los dos PLC Hot Standby están configurados con hardware y software idénticos. Uno de los procesadores Hot Standby TSX H57 24M o TSX H57 44M actúa como el controlador “Primario” y el otro como el controlador “Standby”.

óptica multimodo y a través de switches gestionables Ethernet, permitiendo así realizar la arquitectura en anillo.

Aguas abajo de los switches nos encontramos las islas Advantys STB (I/O remotas) repartidas en campo a lo largo de los dos tramos del túnel para complementar la seguridad y disponibilidad del sistema captando datos mediante sensores de tipo:

• Opacímetros (analizadores de gases), a su vez comunicados con una pasarela ETG100 de Modbus TCP/IP a Modbus.
• Detectores CO
• Vibrómetros de ventiladores
• Alarmas de temperatura en los ventiladores (sondas PTC).

También encontramos otro conjunto de Advantys STB que enlazan en grupos de dos y mediante bus CANopen con los variadores de frecuencia. Desde el sistema de control el mapa de memoria de las islas y los variadores es transparente, con lo que el acceso a cualquier parámetro de los mismos es inmediato.

Cabe destacar que estos switches (en concreto la ref. 499NES18100) son elementos “plug & play”que permiten aumentar los límites de las arquitecturas estableciendo la comunicación entre 2 o varios campos de colisión. La comunicación de los niveles de enlace no se propagan (filtrado). Por tanto mejoran el rendimiento mediante una mejor asignación de la pasabanda debida a la reducción de las colisiones y de la carga de la red. 

¿Cuál es la diferencia entonces entre un sistema Premium Hot Standby y un Quantum Hot Standby?
Las diferencias son diversas pero las más importantes son que en un sistema Quantum Hot Standby permite distancias de sincronismos entre los dos controladores más elevadas, a través de fibra óptica en Ethernet de hasta 2km de distancia.

Asimismo, la plataforma Quantum Hot Standby tiene tiempos de respuesta de conmutación más altas y, por lo tanto, utilizaremos la plataforma Quantum para aquellos procesos donde es absolutamente crítica la continuidad del servicio.

Distancia entre motores de los ventiladores y los variadores

Hay 32 ventiladores repartidos entre los dos tramos a razón de 16 por tramo y equidistantes entre sí longitudinalmente. Los variadores son ATV 61 de 18,5 kW equipados con filtros senoidales para poder llegar a las distancias a las que están los motores (a partir de 200m) de la sala técnica.

Hasta ahora la realización de este tipo de arquitectura resultaba imposible debido a que se hubiesen tenido que habilitar salas técnicas o cubículos apropiados próximos a los motores para cubrir estas distancias.

La reducción de costes de instalación y tiempo han sido factores importantes en la elección de este tipo de sistema.

Figura 1: Efectos del cable producido por la distancia variador-motor
Figura 2: Tabla de selección de inductancias y filtros
Figura 3: Efecto del filtro senoidal

El variador utilizado en la aplicación de ventilación es el Altivar 61, un convertidor de frecuencia para motores asíncronos trifásicos de 0,37 kW a 800 kW. Está dedicado a las aplicaciones más habituales de la gestión de fluidos en infraestructuras e industria (bombeo y ventilación).

Concebido para disminuir las molestias sonoras ocasionadas por el funcionamiento de los ventiladores con frecuencias ocultas mediante leyes de ahorro energético y ajustes de frecuencias de corte.

En esta aplicación se pone a prueba la respuesta de los variadores para largas distancias existentes entre éstos y los ventiladores que en algunos casos llega hasta prácticamente 1 km. Los variadores están controlados mediante el bus CANopen a través de la isla de entradas salidas remotas STB.

El principal problema que ocasionan las largas distancias son las sobretensiones. Éstas son generadas por las ondas reflejadas debido a los picos de tensión y a la mala adaptación de la impedancia entre cable y motor.

La amplitud y la pendiente están en función de la longitud y del tipo del cable, así como de la técnica de modulación. La situación que se produce la podemos ver en la Figura 1. Los pulsos de salida del convertido llegan deformados al motor.

Los problemas que ocasionas las sobretensiones y los picos pueden degradar el aislamiento de los bobinados del motor y de los cables, siendo mayor para tensiones superiores a 400 V y para los motores que no disponen de un aislamiento compatible con los variadores de velocidad (p.e. clase F).

Además son sobretensiones destructivas a partir de 20m de cable ya que pueden sobrepasar 2 V CC en el caso de PWM con tiempo de ciclo corto (p.e. 2 µS para 200 m 4 kW). En este caso, para disminuir las sobretensiones se utilizan dos tipos de filtros de salida:

• Inductancias de motor
• Filtros senoidales

Las inductancias de motor se dimensionan mediante tablas facilitadas según calibre del variador y del tipo de cable del motor. Estas inductancias, en combinación con la capacidad natural del cable motor, constituyen un filtro LC que reduce los picos de tensión. Estas inductancias, tal y como vemos en el gráfico de la Figura 2, tan solo alarga la distancia hasta 300 m, necesitando añadir un filtro senoidal para alcanzar los casi 1.000 m que nos encontramos en esta aplicación.

Los filtros senoidales hacen la función de filtros LC diferenciales, de modo común donde la tensión de salida es parecida a una senoide como se ve en la Figura 3. Es por esto que se utilizan los filtros senoidales, los cuales eliminan prácticamente las corrientes de fuga HF (alta frecuencia) a tierra y responden favorablemente a las CEM (compatibilidad electromagnética) radiadas.

Ventajas observadas:

Las ventajas son múltiples, pero el ahorro de costes en cableado e instalación es evidente, junto a la facilidad y seguridad del diagnóstico de la instalación, debido tanto al anillo redundante como a la transparencia de la comunicación a través de protocolo Modbus TCP/IP.