Caso de estudio · Red eléctrica · M-Duino 19R+
Tensión y corriente, en directo. Una alarma al pasar el límite.
Un analizador, un PLC M-Duino y un Panel PC vigilan el alumbrado público.
La información es poder. Primero hay que verla.
Tres preguntas para cada alimentación: qué consume ahora, si pasa del límite, quién lo tiene que saber.
Este caso describe cómo analizar el consumo de una red eléctrica con equipos de Industrial Shields. El ejemplo es la alimentación de unas farolas. El caso no cita la instalación. Los valores de los paneles son ejemplos, no datos de la instalación.
El reto
El consumo en tiempo real, no un total a final de mes.
El alumbrado público consume energía cada noche. Saber en tiempo real lo que consume ayuda a conocer lo que cuesta la instalación ahora. El sistema tiene que leer tensión y corriente, dar una alarma cuando la corriente pasa de un límite fijado, actuar sobre los circuitos si hace falta, y mostrarlo todo en directo, también desde lejos.
Leer el analizador
Un analizador de corriente mide la tensión y la corriente de la alimentación. Los analizadores suelen comunicar por RS-485, y Modbus RTU es un buen protocolo para hacerlo.
Un límite para la corriente
Cuando la corriente pasa de un límite fijado, el PLC da una alarma. El límite es un valor del programa del PLC.
Actuar sobre los circuitos
Unos contactores en las salidas de relé del PLC pueden cortar el paso de corriente cuando hay una alarma. Esta parte es opcional.
Verlo desde cualquier sitio
Un panel de control en el Panel PC muestra los datos en directo. Una VPN da acceso desde un PC o un móvil.
Cuando el analizador da contactos
Los contactos de alarma pueden ir a las entradas digitales del PLC, y esas alarmas llegan al servidor por su puerto Ethernet. RS-232 y SPI son otras opciones para hablar con un analizador.
Cómo funciona
Tres fases: leer, decidir, mostrar.
Cada fase muestra una parte del sistema. Pulsa los botones y mueve los controles. Los paneles son simulaciones ilustrativas: farolas, potencias, límites y tiempos son ejemplos, no datos de la instalación.
El PLC pregunta. El analizador responde.
El analizador mide la tensión y la corriente de la alimentación. El PLC es el maestro Modbus RTU en la línea RS-485: pide al analizador sus valores, una lectura tras otra. Cambia el número de farolas, pasa a modo día y después desconecta el cable.
- Tensión y corriente desde el analizador
- Línea RS-485, Modbus RTU, el PLC es el maestro
- Una forma habitual de hacerlo: una alarma de comunicación cuando el analizador deja de responder
Lecturas Modbus RTU (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Ejemplo: 90 W por farola, 230 V, factor de potencia 0,95, una lectura por segundo, energía mostrada 60 veces más rápido. Una alarma de comunicación tras 3 lecturas sin respuesta es una opción habitual, no un dato del caso.
Lee valores de 32 bits por Modbus RTU con un M-Duino: consulta el ejemplo de contador Modbus de 32 bits.
Por encima del límite: alarma, y el relé puede actuar.
El PLC compara la corriente con el límite fijado en su programa. Por encima del límite, da una alarma y la envía por Ethernet. Si usas la opción, una salida de relé abre un contactor y corta el paso de corriente. Un contacto de alarma del analizador también puede llegar a una entrada digital. Añade una carga de fallo y después pruébalo sin la acción del contactor.
- Límite fijado en el programa del PLC
- Alarma enviada por el puerto Ethernet
- Opcional: contactores en las salidas de relé
- Contactos de alarma del analizador en entradas digitales
Alarmas (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Ejemplo: 30 farolas, una carga de fallo de 8 A y un retardo de 3 s antes de la alarma, para que un pico corto no la dispare. El límite y el retardo reales de la instalación no se publican.
Guarda el historial de cada alarma: registro de alarmas en MySQL con Node-RED.
Un panel en la instalación. Acceso desde cualquier sitio.
Los datos van al Panel PC. En él funcionan un broker MQTT (Mosquitto) y Node-RED. Una forma habitual de hacerlo: el PLC publica cada valor en un tema MQTT, y el panel de Node-RED lo muestra en directo y avisa cuando hay una alarma. Una VPN da acceso al Panel PC desde un PC o un móvil, y VNC muestra su pantalla. Abre la vista remota y después corta la conexión a internet.
- Broker MQTT y Node-RED en el Panel PC
- Panel de control en directo y avisos de alarma
- Acceso remoto por VPN, pantalla por VNC
- Hora de un reloj con pila de botón de litio de 3,3 V
Mensajes MQTT (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Temas y valores de ejemplo. El caso no publica sus temas, su panel de control ni la configuración de su VPN.
Monta la pantalla: estado por MQTT en un panel táctil de Node-RED. Prueba kWh, picos de demanda y alarmas en varios contadores: simulador Energy Meter.
Arquitectura del sistema
¿Cómo se analiza una red eléctrica con un PLC?
El analizador de corriente mide la tensión y la corriente de la alimentación del alumbrado. El PLC M-Duino lo lee por RS-485 con Modbus RTU, comprueba el límite, puede mover contactores con sus salidas de relé y lee contactos de alarma en sus entradas digitales. Envía los datos por Ethernet al Panel PC. Allí, un broker MQTT comparte los datos con Node-RED, que muestra el panel de control y las alarmas. Una VPN da acceso desde un PC o un móvil.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Tensión | EntreAlimentación → analizador | TipoMedida | FunciónTensión de la alimentación del alumbrado |
| Corriente | EntreAlimentación → analizador | TipoMedida | FunciónCorriente de la alimentación del alumbrado |
| Lecturas | EntreAnalizador ↔ M-Duino | TipoRS-485, Modbus RTU | FunciónDatos de tensión y corriente. El PLC es el maestro |
| Contactos de alarma (opción) | EntreAnalizador → M-Duino | TipoEntrada digital | FunciónAlarmas que llegan al servidor por el puerto Ethernet |
| Acción en el circuito (opción) | EntreM-Duino → contactores | TipoSalida de relé | FunciónActúa sobre el paso de corriente cuando hay una alarma |
| Datos y alarmas | EntreM-Duino → Panel PC | TipoEthernet | FunciónAl broker MQTT del Panel PC |
| Panel de control | EntreBroker ↔ Node-RED | TipoMQTT | FunciónDatos en directo y avisos de alarma en pantalla |
| Acceso remoto | EntrePanel PC ↔ PC o móvil | TipoVPN, VNC | FunciónAcceso a los datos desde cualquier otro punto |
| Hora | EntreReloj interno | TipoPila de botón de 3,3 V | FunciónMantiene la hora sincronizada para las lecturas y las alarmas |
Por qué funciona
Leer en campo. Decidir en el PLC. Mostrar en la instalación.
El bus que ya usan los analizadores
Los analizadores de corriente suelen tener un puerto RS-485, y Modbus RTU es un protocolo habitual para él. El M-Duino lleva RS-485 integrado, así que el analizador se conecta directamente al PLC.
El PLC guarda el límite
La comprobación del límite y la acción del relé se ejecutan en el programa del PLC. El panel de control muestra la alarma. El PLC actúa sin él.
Herramientas abiertas en el Panel PC
Mosquitto es un broker MQTT y Node-RED monta el panel de control como un flujo. Los dos funcionan en la Raspberry Pi del Panel PC.
Acceso remoto con una VPN
La VPN pone el PC o el móvil en la misma red privada que el Panel PC. Desde allí abres el panel de control, o la pantalla con VNC.
Cada valor con su hora
Un reloj interno con una pila de botón de litio de 3,3 V mantiene la hora, también durante un corte de alimentación. Cada lectura y cada alarma llevan una hora correcta.
Margen para crecer
El PLC tiene 6 entradas y 8 relés. Una forma habitual de crecer: más analizadores en la misma línea RS-485, cada uno con su propia dirección Modbus.
Hardware utilizado
Un PLC que lee y actúa. Un Panel PC que muestra.
M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 19R
El M-Duino 19R+ que cita el caso. Un PLC industrial construido sobre un Arduino Mega 2560 original, con 8 salidas de relé, Ethernet y RS-485. Aquí lee el analizador, comprueba el límite, mueve los contactores y envía los datos al Panel PC. Se programa con el Arduino IDE.
- Función
- Maestro Modbus RTU, límite de corriente, acción de relé, datos al Panel PC
- Entradas
- 6: 4 analógicas o digitales (0-10 Vdc), 2 digitales optoaisladas con interrupción (5-24 Vdc)
- Salidas
- 11: 8 relés (230 Vac 4 A / 24 Vdc 2 A, carga resistiva), 3 analógicas, digitales o PWM (0-10 V)
- Comunicaciones
- Ethernet, RS-485, RS-232, I2C, SPI, serie TTL
- Integrado
- Reloj de tiempo real, ranura µSD
- Programación
- Arduino IDE
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc
- Montaje
- Carril DIN, IP20
Referencia IS.MDuino.19R+, el producto actual. La bobina de un contactor es una carga inductiva: la hoja de datos recomienda un filtro RC (snubber) calculado para la bobina. El PLC no tiene aislamiento galvánico entre las masas de sistemas distintos: revisa la masa del analizador antes de conectar la línea RS-485.
TouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX
La pantalla y el servidor local del sistema. Un Panel PC industrial con una Raspberry Pi 4, conectado al PLC por Ethernet. En este caso ejecuta el broker MQTT y Node-RED, muestra el panel de control y las alarmas, y abre la VPN.
- Función
- Broker MQTT, panel de Node-RED y alarmas, acceso por VPN
- Pantalla
- 10,1"
- Ordenador
- Raspberry Pi 4
- Enlace con el PLC
- Ethernet
El caso usó el TouchBerry Pi de 10,1" con una Raspberry Pi 4B. La imagen y el enlace muestran su versión actual, el TouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX. La familia también tiene modelos de 7" y de 18,5". Para que el panel arranque solo al encender, consulta el modo quiosco para un panel de Node-RED.
Preguntas sobre este caso
¿Cómo se lee un analizador de red con un PLC?
Por RS-485 con Modbus RTU, el puerto y el protocolo habituales de los analizadores de corriente. El PLC es el maestro: pide al analizador los registros de sus valores a un ritmo fijo. El mapa de registros está en el manual del analizador. Muchos valores, como los contadores de energía, ocupan dos registros de 16 bits: consulta el ejemplo de contador Modbus de 32 bits en un M-Duino.
¿Qué valores usa el caso?
Tensión y corriente. Muchos analizadores también dan potencia, factor de potencia y contadores de energía. Revisa el mapa de registros de tu modelo antes de diseñar el panel de control.
¿Cómo funciona la alarma cuando la corriente es demasiado alta?
El PLC compara la corriente con un límite fijado en su programa. Por encima del límite, da una alarma, la envía por Ethernet y, como opción, abre un contactor con una salida de relé. Los relés admiten 230 Vac 4 A con carga resistiva. Para la bobina de un contactor, añade un filtro RC (snubber) como recomienda la hoja de datos.
¿Puedo ver los datos desde fuera de la instalación?
Sí. El Panel PC tiene una conexión VPN, así que un PC o un móvil dentro de la red privada virtual puede abrir el panel de Node-RED, o la pantalla con VNC. Mira cómo montar la pantalla en el ejemplo de panel táctil con Node-RED.
¿Y si mi analizador no tiene puerto RS-485?
El M-Duino también tiene RS-232 y SPI, entre otros. Si el analizador solo da contactos de alarma, cabléalos a las entradas digitales del PLC. Esas alarmas llegan después al servidor por el puerto Ethernet.
¿Es lo mismo que un controlador de alumbrado público?
No. Este caso trata del análisis de una alimentación: leer el analizador, comprobar un límite, actuar y mostrar los datos en un panel local. Para encender y apagar circuitos de alumbrado con un horario astronómico e informar a una plataforma web por GPRS, consulta el caso del controlador de alumbrado público.
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