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Todos los casos

Caso de éxito · Gañar Group · Raspberry PLC

Un PLC para el HVAC del centro comercial. Vigilado a distancia.

Un Raspberry PLC controla, registra y reporta el equipo HVAC.

5.000 m²de centro comercial en Pretoria
1Raspberry PLC para control y monitorización
4pasos: dimensionar, probar, fabricar, poner en marcha
2enlaces con el SCADA: GPRS y wifi

Menos cajas en el cuadro. Más datos del equipo.

Tres preguntas para cada equipo HVAC: cuántas horas funciona, cómo está, y quién lo puede ver a distancia.

Gañar Group, junto con su integrador Square One Project Group, integró un Raspberry PLC de Industrial Shields para automatizar, controlar y monitorizar a distancia 5.000 m² de un centro comercial en Pretoria, Sudáfrica. El caso de éxito se publicó en 2021. Los valores de los paneles son ejemplos, no datos de la instalación.

Del proyecto

El equipo, el cuadro y el PLC.

Fotos reales del caso de éxito original. Muestran los equipos HVAC que fabricó Gañar y el cuadro de control con el Raspberry PLC.

Equipo HVAC para un centro comercial con su cuadro de control, con el Raspberry PLC marcado con círculos rojos
Equipo HVAC de acero inoxidable y su cuadro de control. Los círculos rojos marcan el Raspberry PLC de Industrial Shields.
Equipo HVAC de acero inoxidable con paneles de rejilla en obra en Pretoria
Uno de los equipos HVAC en obra, con el logotipo de Gañar Automation.
Lateral del equipo HVAC con la puerta del cuadro de control y un pulsador rojo
Un equipo en obra, con la puerta del cuadro de control y un pulsador rojo.
Cuadro de control abierto del equipo HVAC con aparatos en carril DIN
El cuadro de control abierto, en el bastidor del equipo.

El reto

Controlar mejor el HVAC del centro comercial. Menos energía. Menos piezas.

Los centros comerciales necesitan HVAC para el confort de los visitantes y para la eficiencia energética. Gañar Group pidió mejorar el diseño de un sistema HVAC para la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado de un centro comercial. El cliente quería más control y más información de la monitorización, para anticipar la mejor configuración, mantener el confort de los visitantes y evitar un consumo de energía alto.

01

Simplificar el hardware

Reducir el número de elementos que controlan y monitorizan el HVAC.

02

Control a distancia

Controlar la instalación HVAC sin una persona en el equipo.

03

Mejor monitorización

Estado, consumos, avisos y alertas del HVAC, en un solo lugar.

04

Rendimiento óptimo

Las mejores condiciones ambientales en el centro comercial, sin un consumo de energía alto.

Demasiadas cajas antes

Los equipos instalados no podían hacerlo sin hardware adicional, módulos externos y varias interfaces de software y protocolos. El objetivo: un solo PLC, tecnología de código abierto, y las horas de funcionamiento y los parámetros de climatización registrados en el mismo controlador.

Cómo funciona

Tres trabajos para un PLC: registrar, vigilar, reportar.

Cada panel muestra un trabajo del PLC. Pulsa los botones y mueve el control. Los paneles son simulaciones ilustrativas: modos, temperaturas, límites y tiempos son ejemplos, no datos de la instalación.

Trabajo 1 · Registrar

Cada hora de cada etapa, contada por el PLC.

Gañar Group quería un solo PLC que conociera y registrara las horas de funcionamiento y los parámetros de climatización. Una forma habitual de hacerlo: el PLC cuenta las horas de los ventiladores, del compresor y de la resistencia a partir de sus señales de marcha, y los arranques del compresor. Cambia el modo y mira los contadores.

  • Horas de funcionamiento de cada etapa, registradas en el PLC
  • Parámetros de climatización junto a las horas
  • Una forma habitual de hacerlo: contar con la confirmación de marcha, no con la orden
Equipo HVACVentiladoresCompresorResistencia
Horas de ventiladores0
Horas de compresor0
Horas de resistencia0
Arranques del compresor0
VENTILADORES EN MARCHACOMPRESOR EN MARCHARESISTENCIA EN MARCHA

Registro de marcha (ejemplo)

    Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Ejemplo: el reloj avanza 5 minutos cada 0,2 s. El caso pide registrar las horas de funcionamiento y los parámetros de climatización, pero no los publica.

    Activa una salida del PLC desde un flujo de Node-RED: controlar una salida digital de un Raspberry PLC desde Node-RED.

    Trabajo 2 · Vigilar

    Estado, avisos y alarmas antes de que lo noten los visitantes.

    El cliente quería monitorizar mejor el estado, los consumos, los avisos y las alertas del HVAC. Una forma habitual de hacerlo: el PLC lee las temperaturas del aire, la pérdida de carga del filtro y la corriente del compresor, y compara cada valor con un límite. Ensucia el filtro y después dispara el compresor.

    • Avisos antes de la avería, alarmas en la avería
    • Un retardo corto, para que un pico no dé una alarma
    • Contactos de disparo del equipo leídos por el PLC
    RetornoImpulsiónFiltroBatería
    Aire de retorno0
    Aire de impulsión0
    Pérdida de carga del filtro0
    Corriente del compresor0
    NORMALAVISOALARMA

    Avisos y alarmas (ejemplo)

      Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Límites de ejemplo: aviso a 250 Pa de pérdida de carga del filtro, alarma a 300 Pa tras 3 s, alarma inmediata con un disparo del compresor. Los límites reales de la instalación no se publican.

      Guarda cada aviso y cada alarma con su hora: registro de alarmas en MySQL con Node-RED.

      Trabajo 3 · Reportar

      El SCADA ve el equipo. El equipo recibe órdenes del SCADA.

      En el caso, el GPRS y el wifi del Raspberry PLC envían los datos al SCADA para la monitorización a distancia, y la instalación se puede controlar a distancia. Hoy el RASPBERRY PLC 21 FLEX hace el mismo trabajo con una placa 4G. Corta el enlace, cambia la consigna y después restablece el enlace.

      • Monitorización a distancia en el SCADA
      • Control a distancia de la instalación
      • Una forma habitual de hacerlo: guardar los registros en el PLC mientras no hay enlace
      PLC4GSCADA
      23
      Enlace0
      Registros en espera en el PLC0
      Consigna en el equipo0
      Último envío0
      EN LÍNEASIN ENLACE: DATOS GUARDADOS EN EL PLC

      Registro del SCADA (ejemplo)

        Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. Una forma habitual de hacerlo. El caso usaba GPRS y wifi hacia el SCADA, pero no publica el protocolo, la frecuencia de envío ni cómo se guardan los datos si se pierde el enlace.

        Envía los datos del PLC a una base de datos por MQTT: puente de MQTT a SQL Server en un Raspberry PLC. El mismo patrón de alarmas a distancia por un enlace móvil funciona en la red de agua de un pueblo en el simulador de telemetría de instalaciones remotas.

        Arquitectura del sistema

        ¿Cómo controla y monitoriza un solo PLC el equipo HVAC de un centro comercial?

        El Raspberry PLC está en el cuadro de control del equipo HVAC. Pone en marcha los ventiladores, el compresor y la resistencia con relés, lee los contactos de marcha y de disparo, y lee los sensores de aire. Registra las horas y los parámetros, y los envía al SCADA por la red móvil, con wifi en la instalación. El caso no publica su lista de señales: el esquema y la tabla muestran una disposición habitual.

        Sensores de airetemperaturas, filtro, corrienteContactos del equipomarcha, disparos, paroContador de energíaopcional, RS-485 Modbus RTURaspberry PLC 21control, horas, alarmasEntrada analógicaEntrada digitalRS-485Ventiladores, compresor, resistenciacon relés y contactoresSalida digitalSCADAmonitorización y control a distancia4G hoy (GPRS en el caso)Wifi en la instalaciónacceso local y red del SCADAWifiEsquema dibujado a partir del texto del caso. La lista de señales, los sensores y las consignas no se publican.Sensores de airetemperaturas, filtro, corrienteEntrada analógicaContactos del equipomarcha, disparos, paroEntrada digitalContador de energíaopcional, RS-485 Modbus RTURS-485Raspberry PLC 21control, horas, alarmasVentiladores, compresor, resistenciacon relés y contactoresSalida digital4G hoy(GPRS en el caso)SCADAmonitorización y control a distanciaWifi en la instalaciónacceso local y red del SCADAWifiEsquema dibujado a partir del texto del caso.La lista de señales, los sensores y las consignasno se publican.
        Señales analógicas y digitales4G hoy (GPRS en el caso) y wifiSalidas digitales a relésOpcional
        Señales y datos (disposición habitual)
        SeñalEntreTipoFunción
        Temperatura del aire de retorno y de impulsiónEntreSensores → PLCTipo2 entradas analógicas, 0-10 VFunciónConfort en el centro comercial, control de la batería
        Pérdida de carga del filtroEntreTransmisor de presión → PLCTipoEntrada analógica, 0-10 VFunciónAviso de filtro sucio
        Corriente del compresorEntreTransductor de corriente → PLCTipoEntrada analógica, 0-10 VFunciónCarga y comprobación de marcha
        Marcha de ventiladores, disparo del compresor, pulsador de paroEntreContactos del equipo → PLCTipo3 entradas digitalesFunciónEstado, alarmas, horas de funcionamiento
        Ventiladores, compresor, resistenciaEntrePLC → relés y contactoresTipo3 salidas digitalesFunciónArrancar y parar cada etapa
        Velocidad de los ventiladores (opción)EntrePLC → variador del ventiladorTipoSalida analógica, 0-10 VFunciónCaudal de aire
        Energía (opción)EntreContador de energía → PLCTipoRS-485, Modbus RTUFunciónConsumo del equipo
        Datos y órdenesEntrePLC ↔ SCADATipo4G hoy (GPRS en el caso), wifiFunciónMonitorización y control a distancia

        Por qué funciona

        Un controlador, un programa, una vista a distancia.

        Menos piezas

        Un PLC con suficientes entradas, salidas y comunicaciones industriales sustituyó el hardware adicional, los módulos externos y las interfaces de software separadas.

        Horas y parámetros juntos

        Las horas de funcionamiento y los parámetros de climatización se registran en el mismo controlador que gobierna el equipo.

        Control y monitorización a distancia

        El GPRS y el wifi del PLC envían los datos al SCADA, así que la instalación se gestiona sin desplazarse.

        Primero, pruebas de laboratorio

        Gañar dimensionó el equipo e hizo las pruebas de laboratorio. Después lo fabricó, lo programó y lo envió para ponerlo en marcha en obra.

        Software propiedad del cliente

        El software de código abierto acortó la programación. El cliente es el propietario del programa y puede añadir, modificar o ajustar la solución.

        Margen para crecer

        Una variedad de entradas y salidas integra el PLC en el sistema existente, y el sistema se puede ampliar más adelante.

        Hardware utilizado

        Un Raspberry PLC en el cuadro del equipo.

        RASPBERRY PLC 21 FLEX, PLC industrial basado en Raspberry Pi para carril DIN

        RASPBERRY PLC 21 FLEX

        Un PLC industrial construido sobre una Raspberry Pi 4, para carril DIN. Aquí pone en marcha las etapas del equipo HVAC, lee sus sensores y contactos, registra las horas de funcionamiento y los parámetros, y se comunica con el SCADA.

        Función
        Control del equipo, horas de marcha, alarmas, enlace con el SCADA
        Entradas
        13: 6 analógicas/digitales (0-10 V, 12 bits), 7 digitales optoaisladas (5-24 Vdc), 2 con interrupción
        Salidas
        8: 3 analógicas/digitales/PWM (0-10 V, 12 bits), 5 digitales optoaisladas (5-24 Vdc)
        Expansión
        Una placa: 4G, para el trabajo que hacía el GPRS en este caso (también LoRa, CAN o maestro M-Bus)
        Comunicaciones
        Ethernet 1 Gigabit + 1 10/100, 2 x RS-485, wifi, Bluetooth LE
        Ordenador
        Raspberry Pi 4, Debian 64 bits
        Fiabilidad
        SAI con supercondensadores, reloj de tiempo real con pila
        Alimentación
        12 a 24 Vdc
        Montaje
        Carril DIN TS35, IP20

        El caso usaba un Raspberry PLC & GPRS 21 I/Os Analog/Digital PLUS, que ya no está en el catálogo. Su equivalente actual es el RASPBERRY PLC 21 FLEX: la versión FLEX admite una placa de comunicaciones, y una placa 4G ocupa el lugar del módem GPRS. Las salidas son de transistor, así que los ventiladores, el compresor y la resistencia se conectan con relés o contactores; en la foto del proyecto, hay una fila de módulos de relé bajo el PLC. La disposición habitual de arriba usa 4 de las 6 entradas analógicas, 3 de las 7 entradas digitales, 3 de las 5 salidas digitales y 1 de las 3 salidas analógicas.

        Preguntas sobre este caso de éxito

        ¿Qué construyó Gañar Group para el centro comercial?

        Un sistema HVAC para la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado de 5.000 m² de un centro comercial en Pretoria, Sudáfrica, junto con su integrador Square One Project Group. Gañar dimensionó el equipo HVAC, lo fabricó y lo programó tras las pruebas de laboratorio, y lo envió para ponerlo en marcha en obra. Un Raspberry PLC de Industrial Shields lo controla y lo monitoriza.

        ¿Por qué registrar las horas de funcionamiento de un equipo HVAC?

        Gañar Group quería las horas de funcionamiento y los parámetros de climatización registrados en el PLC. En general, las horas de los ventiladores, del compresor y de la resistencia muestran cuánto trabaja cada etapa, y ayudan a planificar el mantenimiento, como el cambio de filtros, según el uso real y no según el calendario.

        ¿Puede un Raspberry PLC enviar los datos del HVAC a un SCADA por la red móvil?

        Sí. En este caso, el GPRS y el wifi del Raspberry PLC enviaban los datos al SCADA para la monitorización a distancia. Hoy el RASPBERRY PLC 21 FLEX admite una placa 4G para el mismo trabajo. Una forma habitual de hacerlo es MQTT o Modbus TCP por el enlace móvil, con los registros guardados en el PLC mientras no hay enlace.

        ¿Por qué un solo PLC en lugar de varios módulos?

        Los equipos instalados necesitaban hardware adicional, módulos externos y varias interfaces de software y protocolos para dar la monitorización que quería el cliente. Un PLC con suficientes entradas, salidas y comunicaciones industriales hace el control y la monitorización, con un solo programa que mantener.

        ¿Quién es el propietario del programa del equipo HVAC?

        El cliente. El caso usaba software de código abierto: la programación llevó menos tiempo, la integración de los elementos fue fácil, y el cliente es el propietario del software y puede añadir, modificar o ajustar la solución.

        ¿Es lo mismo que el caso de HVAC para refrigeración por inmersión?

        No. Este caso de éxito es el equipo HVAC de un centro comercial: horas de marcha, estado, alarmas y monitorización a distancia por la red móvil. Para controlar con un PLC la temperatura del aceite de un tanque de inmersión de servidores, el clima de la sala y la ventilación, consulta el caso de HVAC para refrigeración por inmersión en aceite.

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        PDF de 4 páginas con el reto, la lógica, la arquitectura y el hardware. Sin formularios.

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