Caso de estudio · Energía geotérmica · M-Duino 58
Vigila la bomba de calor. Protege la planta.
Sensores, bombas, válvulas, alarmas y datos en un solo M-Duino 58.
Los sensores ven la presión y la temperatura.
El PLC mantiene el sistema dentro de sus límites.
Esta página es un diseño de referencia, no el informe de un proyecto. La fuente explica cómo un PLC puede controlar y monitorizar las bombas de calor de una instalación geotérmica. No cita ninguna planta ni ningún cliente, y no publica resultados medidos. Úsala como un patrón que puedes adaptar.
El reto
Calor del subsuelo, dentro de límites seguros.
La energía geotérmica es el calor almacenado bajo la superficie de la tierra. Es renovable, pero dos cosas son clave para que sea viable y eficiente: el control de la temperatura y una monitorización eficaz. Además, la alta presión y la alta temperatura desgastan rápido las piezas mecánicas. La fuente trata las dos cosas: la planta que extrae el calor del subsuelo y las bombas de calor que lo usan. El objetivo: un PLC que controle y monitorice las bombas de calor, proteja los equipos y guarde los datos.
Agua o vapor
Las primeras variables son la temperatura y el caudal del agua o del vapor.
Un yacimiento que dure
Gestiona el yacimiento de forma sostenible, para que su capacidad no se degrade con el tiempo.
Bomba de calor y planta
Detecta las condiciones anómalas o peligrosas antes de que dañen la bomba de calor o la planta.
Desgaste bajo presión
La alta temperatura y la alta presión desgastan rápido las piezas mecánicas. El mantenimiento tiene que ser preventivo y predictivo.
Demanda de la red y normativa
La energía que entra en la red tiene que seguir una demanda que cambia. Las políticas y normativas energéticas también piden controlar el consumo de energía y otros factores.
Cómo funciona
Tres lazos: regular, proteger, y luego registrar y conectar.
Cada lazo muestra una parte del patrón. Mueve los controles y pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: temperaturas, presiones, caudales, niveles y registros son ejemplos, no datos de una planta.
Sensores en los colectores. Bombas y válvulas en las salidas.
El PLC lee los sensores de los colectores de las bombas de calor y de otras partes críticas del sistema: presión, temperatura y otras condiciones anómalas. También gobierna los actuadores que regulan las bombas, las válvulas y otros equipos mecánicos, y los ajusta cuando hace falta. Su programa de control decide cómo responder a cada señal, para mantener el sistema dentro de los parámetros fijados. Una forma habitual de hacerlo: un lazo PI que fija la velocidad de la bomba de circulación para mantener la diferencia de temperatura (ΔT) en el colector. Cambia la demanda de calor y mira cómo responde el PLC.
- Sensores de presión y temperatura en los colectores de las bombas de calor
- Bombas, válvulas y otros equipos mecánicos en las salidas
- Un programa de control que mantiene los parámetros fijados
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta. Ejemplo: consigna de ΔT de 5 K. La velocidad de la bomba de circulación sale de una salida analógica (0-10 V).
Primero una alarma. Después, si hace falta, una parada de emergencia.
La seguridad forma parte del programa. Cuando un valor sale de sus límites, el PLC puede activar una alarma. Cuando la condición es peligrosa, puede iniciar un procedimiento de parada de emergencia, para evitar daños en los equipos o riesgos para la seguridad. Una forma habitual de hacerlo: dos niveles para cada valor, uno de alarma y otro de disparo, una comprobación de cable de sensor roto y un rearme manual después de un disparo. Sube la presión o corta el cable del sensor.
- Alarmas para condiciones anómalas o peligrosas
- Procedimiento de parada de emergencia desde el PLC
- Un registro de cada evento
Registro de eventos (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta. Niveles de ejemplo: alarma a 6 bar, disparo a 8 bar. Después de un disparo, un operario rearma el sistema cuando la presión vuelve a ser normal.
Datos para el mantenimiento. Una red para muchas plantas.
El PLC recoge y guarda los datos de operación para el análisis histórico, la optimización del rendimiento y las decisiones estratégicas. En la fuente, los datos van a la nube, donde las previsiones ayudan a planificar el mantenimiento preventivo y predictivo. Con el mismo modelo, varias plantas geotérmicas pueden unirse en una red centralizada y automatizada. La fuente no publica el enlace. Una forma habitual de hacerlo: guardar cada registro en la tarjeta microSD, enviarlo cuando hay enlace y enviar los pendientes después de un corte. Elige un enlace y luego córtalo.
- Datos de operación guardados con fecha y hora
- Previsiones en la nube para el mantenimiento preventivo y predictivo
- Varias plantas en una red centralizada
Registros enviados (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta. Registros de ejemplo. La fuente no publica el enlace, el protocolo ni el formato de los datos.
Arquitectura del sistema
¿Cómo controla un PLC un sistema geotérmico con bombas de calor?
En esta disposición, los sensores de presión, temperatura y caudal de los colectores de las bombas de calor van a las entradas analógicas del M-Duino 58. Sus salidas gobiernan las bombas y las válvulas, la alarma y la parada de emergencia. El RS-485 puede leer contadores y otros equipos locales. Ethernet o wifi llevan los datos a la red de la planta y al servidor en la nube, y LoRa puede unir emplazamientos remotos. La fuente cita estos enlaces, pero no publica cuál lleva cada dato.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Presión | EntreSensores de los colectores de las bombas de calor → M-Duino 58 | TipoEntrada analógica (ejemplo) | FunciónCondiciones anómalas o peligrosas. Rango no publicado |
| Temperatura | EntreSensores de los colectores y de las partes críticas → M-Duino 58 | TipoEntrada analógica (ejemplo) | FunciónControl de la temperatura. Rango no publicado |
| Caudal de agua o vapor | EntreSensor de caudal → M-Duino 58 | TipoNo publicado | FunciónUna de las variables del proceso de extracción |
| Bombas y válvulas | EntreM-Duino 58 → bombas, válvulas, otros equipos mecánicos | TipoSalidas | FunciónRegular el funcionamiento y ajustarlo cuando hace falta. Tipos de señal no publicados |
| Alarma y parada | EntreM-Duino 58 → alarma, procedimiento de parada de emergencia | TipoSalidas | FunciónEvitar daños en los equipos y riesgos para la seguridad |
| Datos de operación | EntreM-Duino 58 → servidor en la nube | TipoNo publicado | FunciónAnálisis histórico, optimización, previsiones para el mantenimiento |
| Varias plantas | EntreCada planta ↔ sistema central | TipoNo publicado | FunciónUna red centralizada y automatizada (siguiente paso en la fuente) |
Por qué funciona
Un controlador para el control, la protección y los datos.
Muchas señales en un PLC
El M-Duino 58 tiene 36 entradas, 16 de ellas analógicas (0-10 V), y 22 salidas, 8 de ellas analógicas o PWM. Los sensores, las bombas, las válvulas y las alarmas de una instalación pueden caber en un controlador.
Protección en el programa
Los niveles de alarma, los niveles de disparo y la secuencia de parada están en el mismo programa de control que regula el sistema.
Datos que se quedan
Un reloj de tiempo real y una ranura microSD permiten al PLC poner fecha y hora a los eventos y guardar los datos en local, antes de enviarlos a la nube.
El enlace que encaja con el sitio
Ethernet y RS-485 vienen integrados. Las fichas técnicas de la familia M-Duino describen versiones con Wi-Fi & BLE, GPRS/GSM y LoRa.
Código abierto y tuyo
Se programa con el Arduino IDE. La aplicación es tuya, porque conoces el código.
Modular
Las especificaciones pueden crecer más adelante. Añade E/S u otro PLC en la misma red cuando crezca la instalación.
Hardware utilizado
En este diseño: un M-Duino 58.
M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 58
Un PLC industrial con un Arduino Mega 2560 original, 58 E/S, Ethernet y RS-485, para carril DIN. En este diseño lee los sensores de los colectores, gobierna las bombas y las válvulas, activa las alarmas y registra los datos.
- Función
- Sensores de los colectores, bombas y válvulas, alarmas, registro de datos
- Entradas
- 36: 16 analógicas/
digitales (0-10 V), 20 digitales optoaisladas, 6 con interrupción - Salidas
- 22: 8 analógicas/
digitales/ PWM (0-10 V), 14 digitales optoaisladas - Comunicaciones
- Ethernet (W5500), RS-485, RS-232, TTL, I2C, SPI
- Extras
- Reloj de tiempo real, ranura microSD
- Alimentación y entorno
- De 12 a 24 Vdc, de 0 a 60 °C, carril DIN TS35, IP20
La fuente muestra un M-Duino con antena LoRa y cita PLC basados en Arduino con hasta 58 E/S y Ethernet, RS-232, RS-485, LoRa, NB-IoT y wifi. No publica un modelo exacto. La ficha muestra el M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 58. Sus versiones LoRa y Wi-Fi & BLE se describen en las fichas técnicas de la familia.
Preguntas sobre este caso
¿Cómo puede un PLC controlar y monitorizar un sistema geotérmico con bombas de calor?
Pon sensores de presión y temperatura en los colectores de las bombas de calor y en las demás partes críticas, y cabléalos a las entradas del PLC. Cablea las bombas, las válvulas y los demás equipos mecánicos a sus salidas. El programa de control decide cómo responder a cada señal y mantiene el sistema dentro de los parámetros fijados. También activa alarmas, inicia una parada de emergencia cuando hace falta y guarda los datos de operación para analizarlos.
¿Qué valores tiene que vigilar una instalación geotérmica?
La fuente cita tres: la temperatura y el caudal del agua o del vapor, el yacimiento (para que su capacidad no se degrade con el tiempo) y las condiciones que pueden dañar la bomba de calor o la planta, como la presión. Muchos transmisores dan 4-20 mA. Las entradas analógicas del M-Duino 58 leen 0-10 V, así que un lazo de 4-20 mA necesita una resistencia shunt de precisión (500 Ω convierten 20 mA en 10 V). Otra opción son transmisores con Modbus RTU en RS-485.
¿Puede el PLC hacer la parada de emergencia?
La fuente dice que el PLC puede activar alarmas o procedimientos de parada de emergencia, para evitar daños en los equipos o riesgos para la seguridad. En la práctica, las funciones que protegen a las personas necesitan un circuito de seguridad (por ejemplo, un relé de seguridad) diseñado según la norma que aplica a tu instalación. El PLC inicia la parada controlada, la notifica y guarda el registro. Las protecciones mecánicas, como las válvulas de alivio de presión, se mantienen.
Ethernet, wifi, RS-485 o LoRa: ¿qué enlace envía los datos?
La fuente no publica el enlace. Una elección habitual: Ethernet donde hay cable, wifi donde no lo hay, y RS-485 con Modbus RTU para contadores y equipos locales (consulta Modbus RTU con PLC basados en Arduino y ESP32). LoRa llega a emplazamientos remotos con poco consumo, pero envía paquetes pequeños con poca velocidad de datos, así que envía registros compactos y alarmas. Consulta cómo trabajar con LoRaWAN y un controlador PLC. Para una máquina térmica por Modbus RTU con código, consulta el control de un enfriador por Modbus RTU con un PLC M-Duino.
¿Cómo ayudan los datos al mantenimiento predictivo?
El PLC recoge y guarda los datos de operación. En la fuente, van a la nube, donde las previsiones ayudan a planificar el mantenimiento preventivo y predictivo. Una forma habitual de hacerlo: registrar la presión, la temperatura, las horas de funcionamiento y las alarmas con fecha y hora, guardar una copia en la tarjeta microSD y buscar tendencias que muestren el desgaste antes de una avería.
¿Qué partes de esta página son hechos y cuáles son ejemplos?
Hechos de la fuente: control y monitorización de bombas de calor con un PLC; sensores en los colectores de las bombas de calor y en otras partes críticas para la presión, la temperatura y las condiciones anómalas o peligrosas; actuadores para bombas, válvulas y otros equipos mecánicos; programas de control que mantienen los parámetros fijados; alarmas y procedimientos de parada de emergencia; datos de operación para el análisis y las decisiones; previsiones en la nube para el mantenimiento; la idea de una red centralizada para varias plantas; y PLC basados en Arduino con hasta 58 E/S y opciones de Ethernet, RS-485, LoRa y wifi. Ejemplos: todos los valores, consignas, niveles de alarma, niveles de disparo, registros, la elección del enlace y las plantas de los paneles.
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