DIVISION DE ELECTRONICA Y COMPUTACION

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1 SERVIDOR DE ACCESO REMOTO AUXILIAR EN LA SUPERVISION DE UNA SUBESTACION ELECTRICA. Oscar Vázquez del Mercado Blanco, Jesús Alfonso Reynaga González RESUMEN Al presentarse una falla en una línea de transmisión se hace necesario atenderla en forma inmediata, ya que el sistema eléctrico nacional puede afectarse seriamente, lo primero que se requiere conocer son los parámetros de operación de la línea con falla, para determinar el origen del problema y su localización física. Ante esta situación se hace patente la necesidad de evitar los traslados a las subestaciones involucradas y accesar en forma remota los equipos registradores de eventos y fallas, para lo cual se propone diseñar y construir un sistema que permita seleccionar en forma remota cualquier Registrador de Eventos de una subestación y establecer un enlace dedicado virtual para obtener de ellos la información requerida. OBJETIVO Obtener con el menor tiempo y costo, y sin riesgos, los parámetros de operación de las líneas de transmisión, accesando remotamente los registradores de eventos instalados en las subestaciones eléctricas de potencia de C.F.E. para atender los disturbios del sistema eléctrico nacional. ETAPAS v Diseño y construcción del servidor de acceso remoto (tarjeta madre y periféricos) v Diseño y construcción del transceiver rs-485/rs-232 v Selección e implementación del enlace de comunicaciones módem - canal - módem v Desarrollo del software de selección de registradores v Desarrollo de la interfase para el refa-02 (aplicación) ANTECEDENTES El desarrollo económico y social de un país está fuertemente vinculado a su patrón de consumo energético. En México, el desarrollo económico se refleja en los grandes avances de las industrias del Petróleo y la Electricidad, conducidos por las dos empresas públicas más importantes del país, Petróleos Mexicanos (PEMEX) y la Comisión Federal de Electricidad (CFE). Objetivos de CFE La organización ha sido creada y opera buscando satisfacer siete Objetivos Estratégicos: 1. Satisfacer la demanda de energía eléctrica. 2. Desarrollar un sistema eléctrico altamente confiable y seguro. 3. Conformar una organización eficaz y productiva, administrada con modernos criterios empresariales. 4. Crear y proyectar una imagen corporativa de eficiencia y calidad en el suministro del servicio.

2 1. Asegurar la disponibilidad de recursos humanos calificados y promover su desarrollo profesional y personal. 2. Operar con criterios de rentabilidad económica y financiera 3. Proteger el ambiente y promover el bienestar social En el ámbito del Sistema Eléctrico Nacional la mayor incidencia de fallas en líneas de transmisión se debe a la quema de caña y maleza, la cual es una práctica común de los agricultores en la época de zafra y después de la cosecha, y a las descargas eléctricas en épocas de tormentas. Se tienen implementados convenios con los ingenios, para que las parcelas que se encuentran debajo de las líneas no se quemen antes de cortar, sino que se corte la caña en verde para evitar que la combustión de la caña ocasione fallas en las líneas, de igual manera para evitar quema de maleza, se realizan trabajos de limpieza de brecha a todo lo largo del derecho de vía de cada línea para así evitar en lo posible salida de línea que puedan provocar interrupciones en el suministro de energía. Esto parece simple pero representa serios inconvenientes: v Al presentarse fallas en las líneas de transmisión se hace necesario acudir a las subestaciones involucradas para accesar a los Registradores de Eventos y Fallas con el fin de obtener información detallada de todos los eventos que se sucedieron antes y después y con ello poder determinar el origen de la falla, así como su localización física v Es muy común que se presenten las fallas de las líneas de transmisión por la noche y en medio de tormentas, esto significa un alto riesgo para el personal que tiene que trasladarse a la subestaciones en esas condiciones. v Las subestaciones más alejadas de la zona metropolitana representan un costo alto por el uso de los vehículos, gastos de viaje y viáticos. v El tiempo de traslado es un factor que retrasa la determinación de la falla, por lo que la solución al problema no es tan oportuna cuando la subestación está alejada de la ciudad. v El tiempo de traslado representa a la vez un costo en la productividad del personal, dado que el acceso a los datos lleva por lo más 30 minutos y los traslados pueden llegar a representar más de 6 horas. Para optimizar los tiempos de respuesta ante fallas en las L.T. s se propone diseñar y construir un sistema que permita seleccionar en forma remota cualquier Registrador de Eventos de una subestación y establecer un enlace dedicado virtual para obtener de ellos la información requerida. Para el diseño de este sistema se han de considerar los siguientes aspectos: v Se debe tener disponibilidad de acceso por puerto serial RS-232 a todos y cada uno de los Registradores de Eventos. v Se debe construir una red local entre los Registradores de tal manera que todos estén disponibles y en línea esperando una solicitud de conexión.

3 v Se debe tener capacidad de ampliación, para futuras inclusiones de equipos en la red local. v Se debe tener capacidad de accesar a Registradores de las diferentes marcas actualmente en uso. v Se debe permitir utilizar el software propietario del fabricante. v Se deben de utilizar modem s compatibles con Hayes y con RS-232. v Se debe tener capacidad de autodiagnóstico y autorecuperación, dado que permanecerán desatendidos los módulos que se incluyan. v Será conveniente utilizar los canales de comunicación actualmente en operación, basados en microondas y en OPLAT (Ondas portadoras por líneas de alta tensión). v Será conveniente tener una consola de administración de la red local para el mantenimiento y configuración de fácil uso y acceso. MODELO CONCEPTUAL El desarrollo de este sistema se sustenta en la implementación de un sistema digital basado en el microcontrolador (80C32) con capacidad de comunicaciones por diferentes medios y estándares, todos ellos soportados en el modelo OSI de 7 capas. REQUISITOS DEL MEDIO FISICO ü Transmisión/Recepción Full-duplex ü Velocidad de comunicación mínima 57,600 baudios. ü Comunicación en modo diferencial para minimizar interferencias. ü Capacidad superior a 10 nodos ü Cableado en par trenzado ü Modo de trabajo multimaestro. ü Distancia mínima extremo a extremo 200 mts. ü Transceiver RS-485 (SN75176) TRANSCEIVERS RS-485 El transceiver SN75ALS176 presenta una carga equivalente a 0.7 unidades de carga, y por tanto pueden conectarse hasta 45 pares transmisor-receptor. Tiene un tiempo de transición máximo de 10 ns para la carga especificada en la norma, por lo que pueden utilizarse velocidades de hasta 30 Mbaud (0.3/10 ns). El mismo chip con la carga RS-422 presenta

4 tiempos de transición máximos de 7 ns, permitiendo velocidades máximas de hasta 14 Mbaud (0.1/7 ns). PUERTO SERIAL DEL MICROCONTROLADOR 80C32 El puerto serial de los microcontroladores 8052/8051 trabaja en el modo full-duplex, lo que significa que puede recibir y transmitir simultáneamente. Como receptor tiene un buffer que le permite recibir un segundo byte, antes de que el byte previamente recibido haya sido leído por el registro receptor, sin embargo, si el primer byte no ha sido leído en el tiempo en el que el segundo byte se completa, uno de los dos bytes se pierde. A los registros receptor y transmisor se accede por un único registro llamado SBUF, estando situado en la posmem 99H del SFR (Special function register). Escribiendo en el SBUF carga el byte a transmitir y leyendo del SBUF se accede al byte recibido. El puerto serial puede operar en cuatro modos, para el caso se utiliza el modo 3. Transmite a través de TXD y recibe por RXD como en el caso anterior. Utiliza 11 bits distribuidos de la siguiente forma: b10 b9 b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 stop adrr D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 start stop adrr D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 start BIT start D0-D7 adrr stop NOMBRE Y COMENTARIO Bit de inicio de transmisión Datos (LSB=primero) Bit configurable, para uso de redes Bit de fin de transmisión En estos modos se reciben 9 bits de datos, siendo capturado el noveno para el bit flag RB8 del registro SCON y finaliza con el bit stop. El puerto puede ser programado de tal manera

5 que cuando el bit de stop se recibe, la interrupción del puerto serial se activará sólo si RB8 = 1. Esta opción es permitida activando el bit SM2 en el registro SCON. Cuando el procesador maestro quiere transmitir un bloque de datos a uno de los esclavos, primero envía un byte de dirección que identifica el esclavo. Un byte de dirección difiere de un byte de datos en que el noveno bit es «1» en el byte de dirección y «0» en el byte de datos. Con SM2=1, ningún esclavo será interrumpido por el byte de datos. Un byte de dirección, sin embargo, puede interrumpir a todos los esclavos, de manera que cada uno pueda examinar el byte recibido y ver si se refiere a su dirección para entrar en comunicación con el maestro. El esclavo direccionado borrará el bit SM2 y se preparará para recibir el byte de datos que le será enviado. Los procesadores esclavos que no han sido direccionados dejan activo su bit SM2 y continúan sus procesos ignorando el byte de datos que es enviado al maestro. EL TIMER 1 COMO GENERADOR DE BAUDIOS Cuando el timer 1 es utilizado como generador de baudios, éstos son obtenidos en modo 1 y 3 por el valor de carga y sobrepasamiento del registro contador del timer y el valor de SMOD. El timer 1 puede ser configurado bien como temporizador o como contador y en cualquiera de sus tres modos. Se aconseja utilizarlo como temporizador en modo autorrecarga (TMOD=20H). En este caso los baudios vienen dados por la fórmula: PUERTO SERIAL DEL MICROCONTROLADOR PIC12C508 Los microcontroladores PIC generalmente no tienen implementado por hardware el puerto serial, sólo lo permiten a través de software, utilizando el contador/temporizador, o manejando interrupciones, para lo cual es necesario fijar la frecuencia de oscilación en un valor conveniente. Hay versiones que solo alcanzan, utilizando interrupciones, hasta 4800 baudios, esto es porque sólo pueden utilizar osciladores a 4 MHZ. Pero si en ellos se implementa el puerto serial sobre la base de retardos por software se pueden alcanzar velocidades muy altas pero el costo de esto es que el microcontrolador quedará dedicado al puerto serial prácticamente.

6 El Timer0 se configura para utilizar su interrupción por sobreflujo, para esto se requiere conocer previamente la frecuencia de oscilación y los baudios que se quieren manejar, ya que con base en ellos obtendremos el valor de recarga del Timer0. La transmisión resulta más simple que la recepción, ya que en ésta sólo hay que cargar un registro de transmisión y por cada ciclo de contaje (tiempo-baudio) habrá que mover ordenadamente cada bit del registro al pin TX, pero en la recepción tendremos que muestrear por lo menos cada tiempo-baudio*2 el pin RX y checar si se trata de un bit start o no; si resulta un bit start enseguida se prepara el microcontrolador para leer el bit RX en ciclo de tiempobaudio * 1.25, ya que de esta forma nos aseguramos que se lea el bit correctamente. EL TIMER TRM0 El Timer0 tiene las características siguientes: 8-bit cronómetro/ registro del contador, TMR0 8-bit software [prescaler] programable Reloj interno o externo, selección de borde El modo del cronómetro es seleccionado al poner en 0 el bit T0CS (OPCION<5>). En el modo de cronómetro, el Timer0 se incrementa en cada ciclo de la instrucción (sin [prescaler]). Si se escribe en el registro TMR0, se inhibe el incremento por los siguientes dos ciclos. El usuario puede solucionar este problema ajustando el valor del registro TMR0. El modo contador es seleccionado al poner en 1 el bit T0CS (OPCION<5>). En este modo, el Timer0 incrementará en cada subida o bajada del pin T0CKI. El bit T0SE (OPCION<4>) determina la fuente del flanco. Al poner en 0 el bit T0SE selecciona el flanco de subida. Se puede usar el preescaler por el Timer0 o por el Cronómetro del watch dog, pero no ambos. El preescaler no puede ser modificado por el usuario, sólo se pueden seleccionar una de varias alternativas, tales como: 1:2, 1:4,... 1:256. Para obtener una velocidad de transmisión de 57,600 en modo full-duplex se requiere utilizar el timer 0 y 2 registros de conteo / retardo. Éstos quedarán configurados como sigue: Valor de Recarga del Timer0 200d Valor del 1er. registro de retardo 48d Valor del 2do. registro de retardo 12d 6d Retardo total microsegundos 57,600 microsegundos Lo cual representa el doble de los baudios que necesitamos (57,600), ya que se requiere muestrear el bit de inicio en la recepción y para ello lo haremos 2 veces por cada tiempo de bit.

7 DIRECCIONAMIENTO La dirección de una terminal estará formada por un byte de 8 bits, el cual será dividido en 2 partes, la primera se refiere a la dirección en la subred local de la terminal, y éstos serán los primeros 5 bits del byte de dirección, por lo que podemos direccionar hasta 30 terminales. La segunda parte se refiere a la red a la que la terminal pertenece, la cual será formada por 3 bits, por lo que podemos direccionar hasta 8 subredes. Este esquema nos permitirá manejar hasta 8 x 30 = 240 terminales. RED SUBRED b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 No utilizamos las 32 direcciones posibles en una subred porque 2 de ellas quedarán reservadas para los siguientes servicios: DIRECCION BROADCAST (MULTIDIFUSION) X X X DIRECCION GATEWAY (RUTEADOR) X X X CONCLUSIONES El Servidor de Acceso Remoto reducirá considerablemente el tiempo de atención de las fallas en las líneas de transmisión, a la vez que reducirá los índices de frecuencia y gravedad de accidentes. Al utilizar tecnología digital se garantiza que la información se adquiera sin errores y en el menor tiempo posible al más bajo costo. Este desarrollo ofrece amplias posibilidades de aplicación, tales como la configuración remota de equipo electrónico, o el telecontrol. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] José Adolfo González Vázquez, Introducción a los microcontroladores 8X52, 8X51, Serie Electricidad y Electrónica, MC GRAW HILL. [2] Andrew S. Tanenbaum, COMPUTER NETWORKS, 2da Edición, Prentice Hall [3] Página web de MICROCHIP,