Caso de estudio · Sector: fotovoltaica
Cada seguidor informa. El SCADA ve todo el campo.
Un controlador por fila, una pasarela por bloque y un mapa para el SCADA.
Un seguidor que hace su trabajo no se ve. Un seguidor parado es energía perdida que nadie ve.
Por eso cada fila informa de su ángulo, su motor y sus alarmas, y la pasarela del bloque lo lleva todo al SCADA de la planta.
Basado en instalaciones reales de clientes del sector; datos y nombres no publicados. Fabricantes de seguidores solares e integradores de plantas fotovoltaicas compran controladores de Industrial Shields para las filas de seguidores y los armarios de bloque. Esta página muestra la arquitectura, las señales y el camino de los datos de ese tipo de planta. Los ángulos, límites de viento, recuentos y mensajes son ejemplos de una forma habitual de hacerlo, no los ajustes de una planta real.
El reto
Miles de piezas que se mueven, una sola sala de control.
En una planta con seguidores, cada fila tiene su motor, su sensor de ángulo y su controlador. El SCADA de la planta necesita saber qué filas siguen el sol, cuáles están bloqueadas y cuáles están en defensa, sin recorrer el campo. Y cuando sube el viento, todo un bloque debe ir a la vez a su posición segura. El fabricante o el integrador necesita un camino de datos igual en cada bloque, que siga funcionando cuando falla un enlace.
Ver cada fila
Ángulo, consigna, corriente del motor y alarmas de cada fila, con las mismas variables, bloque tras bloque.
Defensa por viento
Una racha por encima del límite del fabricante del seguidor lleva todas las filas del bloque a su posición segura.
Un mapa para el SCADA
El SCADA lee un mapa de registros por bloque, tenga las filas que tenga detrás.
Un histórico sin huecos
Si cae el enlace con la sala de control, el bloque guarda los datos y los envía después.
Una fila que no responde también es una avería
El silencio en el bus de campo es una alarma. La pasarela marca la fila, y la fila se pone en defensa por sí sola si pierde la pasarela.
Cómo funciona
Tres niveles del camino de los datos: fila, bloque, planta.
Cada panel muestra un nivel. Pulsa los botones. Son simulaciones ilustrativas: ángulos, límites, recuentos y mensajes son ejemplos, no datos de una planta real.
El controlador de fila sigue el sol y vigila su motor.
Un ESP32 PLC 21 FLEX con placa CAN gobierna una fila. Calcula el ángulo del sol, lee el inclinómetro, mueve el motor y compara la consigna con el ángulo real. Un error grande con una corriente alta quiere decir que la fila está bloqueada. Prueba un día normal, un motor bloqueado, la posición de noche y una pasarela que no responde.
- Consigna a partir de la posición del sol
- Ángulo real con un inclinómetro CANopen
- Error y corriente vigilados a la vez
- Defensa por sí sola si la pasarela calla
Controlador de fila (ejemplo)
- Fila 07, bloque B: siguiendo.
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta real. Valores de ejemplo: alarma con 2° de error y corriente alta, ángulo seguro de +60°. Los límites, ángulos y retardos reales los da el fabricante del seguidor.
La pasarela oye el viento y pone el bloque en defensa.
La pasarela del bloque lee la estación meteorológica y consulta todas las filas. Cuando la racha supera el límite, envía la orden de defensa a todas las filas y comprueba que cada una llega. Solo las libera cuando el viento se mantiene bajo durante un tiempo fijado. Prueba una racha, la liberación y una fila que no responde.
- Viento leído de la estación meteorológica
- Una orden de defensa para todo el bloque
- Liberación solo tras un periodo de calma
- Una fila muda se avisa como alarma
Pasarela del bloque (ejemplo)
- Bloque B: 24 filas siguiendo.
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta real. Valores de ejemplo: defensa por encima de 18 m/s, liberación tras 10 min por debajo de 14 m/s. Los límites de viento y los tiempos reales los dan el fabricante del seguidor y la estructura.
Un mapa de registros para el SCADA, y nada perdido por el camino.
La pasarela publica cada fila en un mapa de registros fijo por Modbus TCP para el SCADA, y por MQTT para el servidor de O&M. Si cae la red de planta, guarda los registros en su disco y los envía cuando vuelve el enlace. Una fila nueva es un bloque de registros nuevo, no un programa nuevo. Corta el enlace y recupéralo.
- Servidor Modbus TCP con un mapa fijo
- MQTT para el histórico y el trabajo remoto
- Registros guardados en disco sin conexión
- El mismo mapa en cada bloque
Datos a la planta (ejemplo)
- El SCADA consulta el bloque B.
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta real. Valores de ejemplo: 24 filas, una consulta del SCADA por segundo. El mapa de registros, el periodo y la retención son decisiones de diseño de la planta.
Vive un día en una planta con seguidores, con viento, averías y alarmas: simulador de campo solar
Arquitectura del sistema
¿Cómo llegan los datos de los seguidores del campo al SCADA de la planta?
Cada fila de seguidores tiene un ESP32 PLC 21 FLEX con placa CAN para su inclinómetro y su accionamiento. Las filas de un bloque comparten un bus de campo hasta un RASPBERRY PLC 21 FLEX en el armario del bloque, que también lee la estación meteorológica. La pasarela envía la orden de defensa a las filas, mantiene la hora y los ajustes, y publica cada fila al SCADA de la planta por Modbus TCP y al servidor de O&M por MQTT.
| Dato | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Ángulo real | EntreInclinómetro → controlador de fila | TipoCANopen | FunciónCerrar el lazo de la fila |
| Orden y estado del motor | EntreControlador de fila ↔ accionamiento | TipoCANopen o salidas (habitual) | FunciónMover la fila, leer corriente y fallos |
| Datos de la fila | EntreControladores de fila → pasarela | TipoRS-485 Modbus RTU o CAN (habitual) | FunciónÁngulo, consigna, modo, alarmas |
| Viento e irradiancia | EntreEstación meteorológica → pasarela | TipoModbus RTU | FunciónDecisión de defensa, rendimiento |
| Orden de defensa | EntrePasarela → todas las filas del bloque | TipoBus de campo | FunciónPosición segura con viento |
| Latido | EntrePasarela ↔ filas | TipoBus de campo | FunciónUn enlace mudo pone la fila en defensa |
| Hora y ajustes | EntrePasarela → filas | TipoBus de campo | FunciónLa misma hora y los mismos límites en todas partes |
| Mapa de registros del bloque | EntrePasarela → SCADA de planta | TipoModbus TCP | FunciónVista en directo y alarmas en la sala de control |
| Histórico y trabajo remoto | EntrePasarela → servidor de O&M | TipoMQTT | FunciónTendencias, informes, servicio |
Por qué funciona
Cada nivel hace un trabajo, y se pone en seguro por sí solo.
El control se queda en la fila
Cada fila sigue el sol con su propio controlador. La pasarela añade órdenes y datos, no mueve los motores.
La defensa no espera a la red
El bloque decide con el viento en local, y cada fila se pone en defensa por sí sola si pierde la pasarela.
Un mapa, cualquier tamaño
El integrador del SCADA trabaja con un mapa de registros por bloque. Añadir filas amplía el mapa, no lo cambia.
Linux donde están los datos
La pasarela funciona con Debian: Python, Node-RED, una base de datos local y un broker, junto al bus de campo.
Histórico sin huecos
Los registros esperan en el disco de la pasarela mientras la red de planta está caída, y llegan en orden cuando vuelve.
Dos controladores, una familia de herramientas
Fila y pasarela son PLC de Industrial Shields que se programan con herramientas abiertas, así un mismo equipo mantiene los dos.
Hardware
Un PLC ESP32 en cada fila. Un Raspberry PLC en cada bloque.
Fila de seguidoresESP32 PLC 21 FLEX
Un controlador industrial basado en el ESP32 de doble núcleo, para carril DIN, que se programa con el Arduino IDE. La versión FLEX admite una placa de comunicación: aquí, CAN, para el inclinómetro y el accionamiento de la fila.
- Función
- Sigue el sol, cierra el lazo de ángulo, se pone en defensa por orden o por sí solo
- Procesador
- ESP32 de doble núcleo, hasta 240 MHz
- Entradas
- 13: 6 analógicas o digitales (0-10 V, 11 bits), 7 digitales optoaisladas (de 5 a 24 Vdc), 2 de ellas con interrupción
- Salidas
- 8: 3 analógicas, digitales o PWM (0-10 V, 12 bits), 5 digitales optoaisladas (de 5 a 24 Vdc)
- Placa opcional
- CAN en este diseño; también 4G (M1)-NB1 IoT LTE (u-blox) o LoRa
- Con cables
- Ethernet, RS-485, RS-232
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc
- Montaje
- Carril DIN TS35, IP20, dentro de un armario
Los armarios de fila están a la intemperie: necesitan el grado de protección, el rango de temperatura y la protección contra sobretensiones del emplazamiento. Comprueba el rango de funcionamiento del PLC con el clima de la planta.
Pasarela de bloqueRASPBERRY PLC 21 FLEX
Un controlador industrial basado en una Raspberry Pi 4 con Debian. Consulta las filas y la estación meteorológica, decide la defensa del bloque, mantiene una memoria local y sirve al SCADA de la planta y al servidor de O&M.
- Función
- Pasarela de bloque: consultas, defensa, memoria, servidor Modbus TCP, cliente MQTT
- Entradas
- 13: 6 analógicas o digitales (0-10 V, 12 bits), 7 digitales optoaisladas (de 5 a 24 Vdc), 2 con interrupción
- Salidas
- 8: 3 analógicas, digitales o PWM (0-10 V, 12 bits), 5 digitales optoaisladas (de 5 a 24 Vdc)
- Ampliación
- Una placa: CAN para un bus de campo CAN (también LoRa, 4G o maestro M-Bus)
- Comunicaciones
- Ethernet 1 Gigabit + 1 10/100, 2 x RS-485, wifi, Bluetooth LE
- Ordenador
- Raspberry Pi 4, Debian de 64 bits
- Fiabilidad
- SAI con supercondensadores, reloj de tiempo real con batería
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc
- Montaje
- Carril DIN TS35, IP20
Los dos puertos RS-485 pueden atender dos tramos de filas, o las filas y la estación meteorológica. Dimensiona cada tramo según el número de filas y el tiempo de consulta que necesitas.
Preguntas sobre este caso
¿Cómo se llevan los datos de los seguidores solares al SCADA de la planta?
Con una pasarela en cada bloque. Consulta los controladores de sus filas por el bus de campo, añade la estación meteorológica y sirve un mapa de registros fijo por Modbus TCP al SCADA. Para el histórico y el trabajo remoto también publica por MQTT. Consulta un mapa de registros Modbus TCP para una planta y un broker MQTT central para una flota de seguidores.
¿Quién decide la posición de defensa por viento: el SCADA, la pasarela o el seguidor?
En este diseño decide la pasarela del bloque a partir de la estación meteorológica, porque está cerca del campo y no depende de la red de planta. Cada fila también va sola a su ángulo seguro si pierde la pasarela. Los límites de viento, el ángulo de defensa y el tiempo de liberación los da el fabricante del seguidor.
¿Cómo sabe un controlador de seguidor su ángulo real?
Con un inclinómetro en el tubo de torsión, que en este diseño se lee por CANopen. El controlador lo compara con la consigna calculada a partir de la posición del sol y mueve el motor hasta que el error es pequeño. Consulta la lectura de un inclinómetro CANopen en un Raspberry PLC y la posición del sol con PyEphem.
¿Qué pasa con los datos cuando cae la red de planta?
Las filas siguen el sol y el bloque mantiene su lógica de defensa. La pasarela guarda los registros en su disco y los envía en orden cuando vuelve el enlace, así el histórico no tiene huecos. Una forma habitual se explica en registro de datos MQTT con memoria sin conexión.
¿Es lo mismo que el caso de los paneles solares autónomos?
No. El caso de los paneles solares autónomos trata del seguimiento solar de paneles de dos ejes por grupos, enlazados por LoRa con un PLC maestro y baterías. Esta página trata del camino de los datos de una planta con seguidores: filas, pasarelas de bloque y SCADA de planta.
¿Puedo probar una planta con seguidores antes de diseñarla?
Sí. El paquete de proyecto de seguidor solar de dos ejes trae el código de la posición del sol, un accionamiento CANopen e inclinómetros, y el simulador de campo solar muestra un día de una planta con seguidores, con viento, averías y alarmas.
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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- Controladores de fila, pasarelas de bloque y mapas para el SCADA
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