Caso de estudio · Medición de corriente · M-Duino 19R+
Lee la corriente con una pinza. Córtala en el límite.
Un sensor de corriente, un PLC basado en Arduino y un Panel PC.
La medida se hace sola.
Un sensor en el cable y un PLC: medir, guardar el historial y cortar cuando se pasa.
Este caso describe cómo una empresa mide su consumo de corriente con equipos de Industrial Shields. El caso no cita a la empresa. El sensor, el PLC, el corte por relé, el enlace MQTT, la base de datos, Node-RED y la VPN son los del caso. Los valores de los paneles son ejemplos, no datos de la instalación.
El reto
Conocer el consumo, guardar el historial y frenar el exceso.
La empresa quiere medir la corriente que consume con un sensor de corriente en un punto estratégico del flujo de corriente. Quiere estadísticas del consumo para hacer un seguimiento a medio y largo plazo, y quiere cortar la corriente cuando pasa del límite permitido.
Precisa y sin personas
Precisión en la medida. Ninguna persona toma las lecturas, lo que evita los errores de lectura.
Un historial, no una foto
Los datos se guardan, de modo que el consumo se sigue durante semanas y meses, no solo ahora.
Precorte y corte
Medir y controlar el precorte y el corte de la energía eléctrica desde el centro de control, de forma totalmente automática.
El centro lo sabe primero
Un registro de eventos con la falta de tensión y la falta de corriente. El sistema avisa al centro al momento, así que nadie tiene que llamar para quejarse.
Acceso remoto, con permiso
El cliente también quería ver los datos desde fuera. El sistema está conectado a una VPN, de modo que un cliente web puede llegar al servidor, siempre que tenga permiso.
Cómo funciona
Tres tareas: medir, decidir y guardar el registro.
Cada panel muestra una tarea. Pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: el sensor, el corte por relé, MQTT, la base de datos y la VPN son los del caso, pero las cargas, los límites, los rangos y las frecuencias son ejemplos, no datos de la instalación.
Una pinza en el cable, una tensión en la entrada.
El YHDC SCT010T-D es un sensor de corriente de núcleo partido: se abre como una pinza y se cierra alrededor de un conductor, sin tener que cortarlo. Da una tensión que sigue a la corriente, y el PLC la lee en una entrada analógica, una y otra vez. Cambia la carga y después pierde el suministro.
- Sensor en un punto estratégico del flujo de corriente
- Entrada analógica del PLC, leída periódicamente
- Sin personas en la lectura, sin errores de lectura manual
Lecturas analógicas (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la instalación. El caso lee el YHDC SCT010T-D en una entrada analógica y no publica su rango. En este ejemplo: la versión de 50 A con salida de 0 a 5 Vdc, como la describe nuestro blog, en una entrada de 0 a 10 V con resolución de 10 bits (1023 a 10 V), y una lectura por segundo.
Primero el precorte. El corte, si sigue.
El PLC compara la corriente con el límite permitido. El caso pide precorte y corte, totalmente automáticos y controlados desde el centro de control. Ante una anomalía, una salida de relé del PLC corta la corriente. Añade una sobrecarga y después reconecta desde el centro.
- Límite guardado en el programa del PLC
- La salida de relé corta la corriente
- Eventos de falta de tensión y de corriente
Registro de eventos (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la instalación. El caso cita el precorte y el corte, y registra la falta de tensión y de corriente. No publica la lógica. En este ejemplo: un aviso de precorte al 90 % del límite, el corte tras 3 s por encima del límite y un contacto de presencia de tensión en una entrada digital para ver la falta de tensión, porque el sensor de corriente solo ve la corriente.
Cada lectura en una base de datos. Gráficos para el largo plazo.
El PLC envía los datos por Ethernet con MQTT. En el Panel PC, el broker MQTT (Mosquitto) los recibe, los datos van a una base de datos SQL en la memoria SD y Node-RED los muestra en gráficos a medio y largo plazo. Una VPN permite a un cliente web con permiso verlos desde fuera. Cambia el periodo y prueba los dos clientes remotos.
- Broker MQTT y base de datos en el Panel PC
- Gráficos de Node-RED: día, semana y mes
- Acceso remoto por VPN, solo con permiso
MQTT y base de datos (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de la instalación. El caso envía los datos por Ethernet con MQTT al Panel PC, los guarda en una base de datos en la SD y muestra gráficos con Node-RED. No publica sus topics, sus tablas ni sus gráficos. El topic, las medias por hora y la regla de acceso son ejemplos.
Pruébalo con más contadores
¿Varios circuitos? Practica con contadores de energía.
Este caso lee un sensor de corriente. Cuando necesitas kWh por máquina y por turno, el siguiente paso son los contadores de energía en Modbus. El simulador los hace funcionar.
Arquitectura del sistema
¿Cómo se mide la corriente de una empresa con un PLC?
Un sensor de corriente YHDC SCT010T-D va en el cable, en un punto estratégico del flujo de corriente, y se conecta a una entrada analógica del PLC Ethernet. El PLC lo lee periódicamente, comprueba el límite y, ante una anomalía, corta la corriente con una salida de relé. Envía los datos por Ethernet con MQTT a un Panel PC basado en Raspberry Pi. Allí, el broker Mosquitto pasa los datos a Node-RED, los datos se guardan en una base de datos SQL en la memoria SD y Node-RED muestra los gráficos. Una VPN da acceso remoto a los clientes web con permiso.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Corriente | EntreCable → SCT010T-D | TipoSensor de núcleo partido, sin cortar | FunciónMide la corriente en un punto estratégico del flujo |
| Salida del sensor | EntreSCT010T-D → PLC | TipoEntrada analógica | FunciónUna tensión que sigue a la corriente, leída periódicamente |
| Corte | EntrePLC → interruptor de relé | TipoSalida de relé, ON/OFF | FunciónCorta la corriente ante una anomalía o por encima del límite |
| Lecturas y eventos | EntrePLC → Panel PC | TipoEthernet, MQTT | FunciónHacia el broker Mosquitto del Panel PC |
| Almacenamiento | EntreNode-RED → base de datos | TipoSQL en la memoria SD | FunciónHistorial a medio y largo plazo, registro de eventos |
| Gráficos | EntreNode-RED → pantalla | TipoDashboard | FunciónEl consumo en forma gráfica |
| Acceso remoto | EntreCliente web ↔ Panel PC | TipoVPN, VNC | FunciónSolo para clientes con permiso |
Por qué funciona
Medir en el cable. Decidir en el PLC. Guardarlo en el Panel PC.
Sin cortar el cable
Un sensor de núcleo partido se cierra alrededor del conductor. Añades la medida a una instalación en marcha sin abrir el circuito para poner el sensor.
El PLC actúa solo
El límite y el corte por relé están en el programa del PLC. El corte no espera al Panel PC, a la red ni a una persona.
Lecturas fiables
Ninguna persona interviene en la medida, y el caso lo ve como la respuesta a los errores de lectura. Cada valor sale del mismo sensor y con la misma frecuencia.
Un historial que responde
Cada lectura va a una base de datos. Node-RED la muestra por día, semana o mes, así que ves tendencias, no solo el valor de ahora.
Los eventos llegan al centro
Una falta de tensión o de corriente se registra y se envía al momento. El centro lo sabe antes de que el consumidor tenga que quejarse.
Sitio para más circuitos
El M-Duino 19R+ tiene 4 entradas analógicas/digitales de 0 a 10 V. Una forma habitual de crecer: un sensor por circuito o por fase, cada uno en su entrada.
Del caso original
El esquema y el sensor del caso.
El caso no publica fotos de la instalación.
Hardware
Un PLC que mide y corta. Un Panel PC que guarda y muestra.
Equivalente actualM-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 19R
El caso cita un PLC Ethernet basado en Arduino y muestra un M-Duino 19R. Esta es su versión actual, el M-Duino 19R+. Aquí lee el sensor de corriente, comprueba el límite, corta con una salida de relé y envía los datos al Panel PC. Se programa con el Arduino IDE.
- Función en este diseño
- Lee el sensor, lógica de precorte y corte, corte por relé, MQTT al Panel PC
- Entradas
- 6: 4 analógicas/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/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+. Para cortar un circuito de potencia, la salida de relé acciona un contactor dimensionado para la carga. La bobina de un contactor es una carga inductiva: la hoja de datos recomienda un snubber RC, dimensionado para la bobina.
Equivalente actualTouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX
La pantalla y el servidor local del sistema. En este caso ejecuta el broker MQTT, la base de datos SQL en la memoria SD y Node-RED, muestra los gráficos y abre la VPN.
- Función en este diseño
- Broker MQTT Mosquitto, base de datos SQL, gráficos de Node-RED, acceso por VPN
- Pantalla
- 10.1"
- Ordenador
- Raspberry Pi 4
- Enlace con el PLC
- Ethernet
El caso usó un Panel PC basado en Raspberry Pi 3. La imagen y el enlace muestran el modelo actual, el TouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX, con una Raspberry Pi 4. Para que el dashboard arranque solo al encender, mira el modo kiosco para un dashboard de Node-RED.
Preguntas sobre este caso
¿Cómo se mide la corriente con un PLC?
Con un sensor de corriente y una entrada analógica. Un sensor de núcleo partido, como el YHDC SCT010T-D de este caso, se cierra alrededor de un conductor y da una tensión que sigue a la corriente. El PLC lee esa tensión y la pasa a amperios. Nuestro blog muestra el cableado del SCT010T-D a un M-Duino y un sketch que lo lee.
¿Qué le da el YHDC SCT010T-D al PLC?
Una tensión continua que sigue a la corriente alterna. La versión de 50 A que describe nuestro blog da de 0 a 5 Vdc, con un tiempo de respuesta de 300 ms, para 50 a 60 Hz. El caso no publica el rango que usó. Las entradas analógicas del M-Duino 19R+ admiten de 0 a 10 V, así que un sensor de 0 a 5 V usa la mitad de la escala. Algunas versiones del SCT010 dan una corriente en lugar de una tensión: mira la etiqueta antes de cablearlo.
¿Un sensor de corriente da la energía en kWh?
Por sí solo, no. La energía necesita la tensión y el factor de potencia además de la corriente. Solo con la corriente, un valor en kWh es una estimación. Cuando necesitas la energía real de cada circuito, usa un contador de energía o un analizador de corriente en Modbus, como en el caso de análisis de una red eléctrica.
¿Cómo corta la corriente el PLC?
Con una salida de relé. En este caso, ante una anomalía el PLC corta la corriente con el interruptor de relé. Los relés del M-Duino 19R+ admiten 230 Vac 4 A con carga resistiva, así que un circuito de potencia se corta con un contactor accionado por el relé. El caso pide también un paso de precorte; una forma habitual de hacerlo es un aviso al centro antes del corte.
¿Dónde se guardan los datos y cómo se ven?
En el Panel PC. El PLC envía cada lectura por Ethernet con MQTT. El broker Mosquitto del Panel PC la recibe, los datos van a una base de datos SQL en la memoria SD y Node-RED los muestra en gráficos. Para registrar eventos en una base de datos, mira el registro de alarmas en MySQL con Node-RED. Para hacer la pantalla, mira el ejemplo de dashboard táctil de Node-RED.
¿Puedo ver el consumo desde fuera de la empresa?
Sí, con permiso. En este caso el sistema está conectado a una VPN, de modo que un cliente web puede llegar al servidor del Panel PC siempre que tenga permiso. El esquema del caso también muestra VNC para el acceso remoto a la pantalla.
Descarga el caso de estudio
PDF de 4 páginas con el reto, la lógica, la arquitectura y el hardware. Sin formularios.
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