Los sistemas de generación eléctrica modernos rara vez se utilizan como unidades independientes. La mayoría de las veces, necesitan interactuar con dispositivos periféricos, otros sistemas de generación, sistemas de gestión de edificios o monitores remotos. En consecuencia, se han desarrollado diversas tecnologías para facilitar la comunicación entre estos sistemas y otros equipos. Para los ingenieros encargados de especificar, instalar o mantener estos sistemas, es imperativo comprender estas tecnologías de comunicación para cumplir con los requisitos operativos y de construcción de manera efectiva.
- ¿Qué sistemas existentes necesitan comunicarse con el sistema de generación eléctrica?
- ¿Qué datos o indicaciones de estado se requieren del sistema de generación eléctrica?
- ¿Qué información específica se necesita? ¿A dónde deben enviarse estos datos?
- ¿Cuál es la distancia entre el sistema generador de electricidad y el dispositivo final?
- ¿Cuál es el hardware y el protocolo de comunicación empleados por los dispositivos del sistema de gestión del edificio (u otros sistemas) que se conectarán al sistema de generación eléctrica?
- ¿Qué hardware y protocolo se deben especificar para operar con los sistemas existentes?
Esta publicación proporciona información sobre los sistemas de comunicación digital utilizados en los sistemas de generación eléctrica y enfatiza por qué es fundamental responder estas preguntas. Con este conocimiento, las partes interesadas pueden desarrollar especificaciones integrales y bien pensadas para el sistema de generación eléctrica, evitando problemas durante la instalación y el uso.
Componentes de un sistema de comunicación en sistemas de generación eléctrica.
Un sistema de comunicación dentro de un sistema de generación eléctrica consta de dos componentes fundamentales: hardware y protocolo. Piense en el hardware como dispositivos tangibles, mientras que el protocolo funciona como el software que facilita el flujo de datos entre los componentes del hardware.
En un modelo humano, el hardware representa a las personas y el protocolo es el lenguaje utilizado para la comunicación. Consulte la Figura 1 para obtener una representación visual. En la comunicación humana, las diferencias lingüísticas pueden presentar desafíos, similares a los que enfrentan las redes de comunicación debido a las variaciones en los protocolos. Además, factores como la velocidad pueden afectar la eficacia: si alguien habla demasiado rápido o demasiado lento, la comprensión puede resultar difícil. De manera similar, las redes de comunicación pueden experimentar problemas como conversaciones interrumpidas o discusiones que se desvían del tema. Además, si existe una distancia sustancial entre las entidades, se hace necesario hardware adicional, similar al uso de un teléfono para comunicaciones de larga distancia.
La comunicación entre dispositivos electrónicos es paralela a la comunicación humana, llena de complejidades y problemas.
En los sistemas de comunicación electrónica, el hardware comprende circuitos digitales que cumplen con los estándares precisos de sincronización y potencia establecidos por comités internacionales. Debido a esta estandarización, los componentes de hardware son relativamente sencillos. Un ejemplo común de hardware de comunicación es un cable USB y conectores utilizados entre una PC y una impresora. El protocolo o lenguaje utilizado por los dispositivos electrónicos para comunicarse a través del hardware puede variar ampliamente. Múltiples protocolos pueden comunicarse a través de un único tipo de hardware y algunos protocolos se definen como estándares de la industria mientras que otros son propietarios. Los protocolos estándar, como los que se utilizan con las memorias USB, permiten la interoperabilidad entre diferentes sistemas. Por el contrario, los protocolos propietarios están restringidos y permiten la comunicación sólo dentro de sistemas diseñados por el mismo desarrollador. Por ejemplo, los sistemas de comunicación en vehículos para las computadoras de diagnóstico de los mecánicos utilizan protocolos propietarios exclusivos de cada fabricante de automóviles.
Al preparar una especificación del sistema de generación eléctrica, es esencial recopilar información de protocolo y hardware de comunicación para cada dispositivo o sistema que necesita interactuar con el nuevo sistema. Esta recopilación de datos garantiza la funcionalidad adecuada del sistema e identifica los adaptadores necesarios para convertir entre diferentes tipos de hardware y protocolos.
Hardware/redes y protocolos de comunicación comunes en sistemas de generación eléctrica
Redes serie RS-485 (hardware)
El estándar RS-485 define la conexión física para redes serie y no debe confundirse con el estándar RS-232, ahora menos común, que se usaba principalmente en computadoras. Desarrollado a principios de la década de 1970, RS-485 sigue siendo ampliamente utilizado en productos de comunicación industrial. RS-485 especifica una conexión física de par trenzado con configuraciones específicas para la transmisión de datos en cada punto de conexión. Kohler Power Systems recomienda cables Belden para conexiones RS-485. Sin embargo, RS-485 no especifica las características físicas de los puntos de conexión, y a menudo utiliza conectores Euroblock en los sistemas Kohler. Estos conectores, que emplean terminales de tornillo, ofrecen un método conveniente para conectar y desconectar dispositivos.
Un aspecto crucial de RS-485 es la necesidad de una resistencia terminal para evitar la interferencia de mensajes, asegurando la integridad de los datos al garantizar que los mensajes comunicados se detengan en el último dispositivo en lugar de reflejarse, lo que podría interferir con los mensajes posteriores. Las especificaciones para el sistema de generación deben incluir detalles sobre cómo garantizar el funcionamiento adecuado cuando se utiliza una red serie RS-485.
EJEMPLOS DE HARDWARE, PROTOCOLO, CONECTOR Y CABLE, RS-485 :
Protocolo: Modbus RTU, Rbus, J1939
Conector: Eurobloque
Cable: Par trenzado (Belden)
Aplicaciones: Controlador de sistema de generación a sistemas externos.
PODER
Protocolo: ADEC/MDEC, SmartCraft, NMEA 2000, IP
Conector: D-subminiatura de 9 pines
Cable: Cable con conector en el extremo
Aplicaciones: Controlador de motor a generador, generador a dispositivos externos (medidores, E/S, etc.)
Ethernet
Protocolo: Modbus TCP, SNMP, BACnet, LonWorks
Conector: receptáculo RJ-45
Cable: Cable con conector RJ-45 y cable Cat 5
Aplicaciones: Sistemas de gestión de edificios
USB
Protocolo: modo dispositivo, modo host
Conector: receptáculo tipo B (modo dispositivo), receptáculo tipo A (modo host)
Cable: Cable con enchufe tipo B (modo dispositivo), cable con enchufe tipo A (modo host)
Aplicaciones: Generador a PC para configuración o descarga de datos (Modo Dispositivo), Generador a unidad flash para transferencia de datos (Modo Host)
Consideraciones sobre RS-485
RS-485 puede ser una opción rentable para distancias cortas, aunque los cables de par trenzado pueden resultar costosos en distancias más largas, especialmente si están encerrados en conductos.
RS-485 puede funcionar a distancias de hasta 1200 metros (4000 pies).
RS-485 funciona bien en entornos eléctricamente ruidosos.
RS-485 ofrece velocidades de comunicación relativamente más bajas, lo que puede notarse si se transfieren grandes cantidades de datos, aunque esto no suele ser un problema.
Modbus RTU (Protocolo)
Modbus RTU es un protocolo de comunicación en serie desarrollado a finales de la década de 1970, utilizado de forma destacada en la capa de hardware RS-485. Se implementa comúnmente en sistemas de gestión de edificios como SCADA y otros sistemas que admiten el protocolo. Modbus RTU requiere un dispositivo primario (maestro) para iniciar la comunicación, mientras que los dispositivos secundarios (esclavos) responden a estas comunicaciones.
Rbus (Protocolo)
Rbus es un protocolo patentado de Kohler diseñado principalmente para productos residenciales y comerciales ligeros. Se comunica a través de la capa de hardware RS-485 e integra múltiples dispositivos Kohler, como generadores, interruptores de transferencia, módulos de interfaz programables y módulos de control de carga. Al ser propietario, no se comunica con sistemas que no sean de Kohler.
Redes CAN (Hardware)
CAN, abreviatura de Controller Area Network, se originó en la industria automotriz y se ha adoptado en la generación de energía mediante su uso en motores. Define las características físicas de la conexión como voltaje, corriente y número de conectores, pero no especifica las características mecánicas de los puntos de conexión. Los conectores comúnmente utilizados incluyen conectores subminiatura D de 9 pines, aunque también se pueden emplear conectores RJ45 en implementaciones Kohler. CAN, al igual que RS-485, requiere una resistencia terminal para garantizar que los mensajes no se reflejen ni interfieran con las comunicaciones posteriores. Las redes CAN en los sistemas de generación se utilizan a menudo para comunicarse con el motor, las placas de E/S remotas y los medidores externos. Kohler normalmente utiliza redes CAN separadas para el ECM y otras comunicaciones para reducir la “charla” de la red.
Consideraciones CAN
- CAN es una opción de hardware rentable debido a sus componentes comunes y distancias de cable cortas.
- CAN funciona eficazmente en distancias más cortas (hasta 40 metros/120 pies).
- CAN proporciona una excelente inmunidad a entornos eléctricamente ruidosos.
- CAN presenta una arquitectura multinodo, lo que permite que los dispositivos se comuniquen sin un único punto de falla y ofrece buenas velocidades de comunicación.
Redes Ethernet (Hardware)
Ethernet, conocido por muchos como medio de acceso a Internet, también se utiliza para la comunicación en sistemas de generación. Puede conectarse por cable mediante un conector RJ-45 al final de un cable Cat 5 o de forma inalámbrica mediante Wi-Fi. Las redes Ethernet requieren que cada dispositivo tenga una dirección MAC única, lo que genera problemas de seguridad que requieren medidas adicionales, como firewalls. Ethernet es altamente escalable, admite redes extensas y largas distancias y se integra bien con la infraestructura de TI existente. Protocolos como IP, Modbus TCP, SNMP, BACnet y LonWorks suelen operar a través de redes Ethernet.
Consideraciones sobre Ethernet
- Ethernet puede resultar más costosa debido al equipo adicional necesario, como enrutadores.
- A menudo es necesaria la participación de expertos en TI para configurar los dispositivos.
- Ethernet soporta grandes redes y largas distancias.
- Se integra perfectamente con la infraestructura de red, proporcionando una excelente escalabilidad.
- Ethernet presenta altas velocidades de comunicación y resistencia contra puntos únicos de falla.
Protocolo de Internet (Protocolo)
El protocolo Ethernet más común es el Protocolo de Internet (IP), asignando a cada dispositivo una dirección IP. A diferencia de las direcciones MAC, que son fijas, las direcciones IP pueden cambiar según el segmento de la red. Los dispositivos pueden tener direcciones IP estáticas o direcciones IP dinámicas asignadas a través de DHCP. Especificar si las direcciones IP serán estáticas o dinámicas es importante para la estabilidad del sistema, ya que cambiar las direcciones IP puede interrumpir la comunicación con los sistemas de monitoreo remoto.
Modbus TCP (Protocolo)
Modbus TCP permite la comunicación Modbus basada en Ethernet, a menudo utilizando convertidores Modbus a Ethernet para ampliar las distancias de la red y facilitar la comunicación de múltiples dispositivos maestros con dispositivos secundarios.
SNMP (Protocolo)
SNMP (Protocolo simple de administración de red) es un protocolo Ethernet utilizado por los sistemas de administración de edificios para monitorear los mensajes de los dispositivos. En los sistemas de generación, SNMP monitorea eventos como fallas del generador y envía estos eventos a los sistemas de administración para la generación de alertas.
BACnet (Protocolo)
BACnet (Redes de control y automatización de edificios) es un protocolo comúnmente utilizado por los sistemas de gestión de edificios para monitorear los mensajes de los dispositivos. Comparte similitudes con SNMP en el sentido de que admite múltiples capas de hardware, incluida Ethernet.
LonWorks (Protocolo)
LonWorks (Local Operation Network) es otro protocolo de gestión de edificios, diseñado específicamente para aplicaciones de control. Aunque es menos común que BACnet, está surgiendo como una opción viable para la automatización de edificios.
El USB se ha vuelto común en las computadoras personales y ahora se usa en sistemas de generación eléctrica para el acceso a las computadoras y la transferencia de datos. Admite dos modos de comunicación: modo de dispositivo para interactuar con PC y modo de host para transferencia de datos a través de unidades flash.
Comunicación USB (hardware)
Consideraciones sobre USB
El USB se utiliza ampliamente y ofrece velocidades de comunicación muy rápidas.
Opera en distancias más cortas y admite la comunicación entre solo dos dispositivos a la vez.
En el modo de dispositivo USB, los controladores del generador se comunican con las PC mediante software como KOHLER® SiteTech, que requiere un conector tipo B. Esta configuración está disponible para los técnicos certificados de Kohler para su configuración y descarga de datos.
En el modo de host USB, los controladores del generador se pueden reprogramar o registrar datos utilizando una unidad flash, lo que requiere un conector tipo A. Este modo también se utiliza en varios controladores de generadores Kohler.
La variedad de hardware y protocolos disponibles para sistemas de generación y construcción requiere una preparación y colaboración cuidadosas entre todas las partes interesadas. Los ingenieros que especifican sistemas de generación eléctrica deben involucrar a las partes interesadas clave para identificar los dispositivos y sistemas existentes que necesitan comunicación con el nuevo sistema. Utilizando este documento como guía, las partes interesadas pueden catalogar el hardware y el protocolo de los sistemas actuales, determinar las necesidades de comunicación y mapear las ubicaciones de los dispositivos. La planificación integral y la respuesta a preguntas clave sobre hardware y protocolos conducirán a soluciones de sistemas de generadores bien diseñadas, lo que dará como resultado una mejor funcionalidad y clientes satisfechos.
Consultar con el equipo de soporte de generadores de Brags & Hayes puede garantizar aún más que las especificaciones y la compra de su sistema de generación eléctrica cumplan con todas las funcionalidades requeridas.
