POWER LINE - RADIOFRECUENCIA

Transcripción

1 CASO DE ESTUDIO POWER LINE - RADIOFRECUENCIA Solución mixta de telegestión de Alumbrado publico E n el presente documento se muestra la solución de ISDE para el control y supervisión de alumbrado público para aquellas instalaciones cuyas luminarias se agrupen en pequeños grupos (entre 15 y 30) con transformadores propios y sin conexión física entre ellos, este tipo de arquitectura es muy frecuente en Latinoamérica donde las redes de alumbrado público están compartidas con los comercios y viviendas. En España, estas distribuciones pequeñas surgen de la normativa actual (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión) que establece que no es necesaria la realización de un proyecto técnico específico para instalaciones cuya potencia sea inferior a 5 KW/h, con objeto de no realizar dicho proyecto el técnico de diseño divide la instalación (por ejemplo farola) en varios grupos de farolas con diferentes cabeceras. Este hecho complica la implementación un sistema de telegestión, por ello ISDE facilita la vida al integrador presentando su solución mixta, que emplea lo mejor de las dos medios físicos empleados habitualmente: Power Line (PLC) y radio, sobre las que se emplea el protocolo estándar, interoperable y multifabricante LonTalk (ISO/IEC 14908). A modo de ejemplo se presenta una instalación real que presenta la distribución descrita: P ara poder realizar un sistema de supervisión punto a punto que requiere el cliente, es necesario el uso de equipos de control (nodo) de alumbrado público en cada farola, conectados entre sí a través de la propia red eléctrica (PLC), radiofrecuencia o cualquier otro medio físico empleado a tal efecto.

2 P ara la gestión de estos nodos (que controlan las farolas) se necesitarían equipos controladores por cada uno de los tableros o cuadros debido a la distribución física del alumbrado que agrupa las farolas en cuadros independientes, es decir se necesitarían 7 controladores (uno por cada grupo), esto sería así si existe una necesidad imperiosa de controlar el consumo de cada grupo. ISDE da un paso más y propone un solo controlador para toda la instalación (el análisis de consumos sería para toda la instalación). Si la instalación no cuenta con la infraestructura necesaria para tener acceso a Internet es importante recalcar que para realizar la gestión remota de estos equipos puede requerir una tarjeta de comunicación o modem con contrato con alguna compañía telefónica, no obstante el coste de estos contratos ha disminuido con el tiempo siendo una solución muy competitiva (uno por instalación, no uno por farola). L a solución alternativa que ISDE plantea permite la reducción de los costes en el mantenimiento del servicio, además de la disminución de equipos en la instalación. Esta solución se basa en el estándar Lonworks ISO/IEC 14908, asegurando la compatibilidad e interoperabilidad de productos desarrollados por distintos fabricantes. A continuación se muestra el diagrama de la solución propuesta: Topología del sistema

3 Topología del sistema C ada farola cuenta con un nodo de control de alumbrado público punto a punto, estos nodos se comunican entre sí empleando el mismo cable eléctrico de alimentación (Power Line Communications o PLC) siempre que tengan conexión física directa, en caso de que no la tengan para poder comunicar con el resto de equipos se emplean antenas de radiofrecuencia (una antena por cada grupo. Estas antenas tienen un alcance de 85 m. E l sistema de control punto a punto permite la configuración de cada farola, además de poder conocer información relativa a la misma, como sus variables eléctricas, su estado o el tiempo de funcionamiento. Además se incluye un equipo analizador de redes en la cabecera de la línea principal para medición del consumo y obtener los principales parámetros eléctricos de la red para este tablero. L a comunicación entre los distintos grupos a través de las antenas se realiza con radiofrecuencia y entre el controlador y el puesto de supervisión y control con 3G, 4G, etc, dentro de una red segura VPN, lo que impide el acceso a persona ajena al mantenimiento o supervisión de la instalación. P ara un análisis técnico más detallado se explica el camino que siguen las farolas para comunicarse con el sistema: La comunicación con la farola 11, ubicada en el lazo A6 se realiza del siguiente modo:

4 L a comunicación con la farola 24, ubicada en el lazo A4 se realiza a través del salto por la antena 4 L os nodos de control de alumbrado público de ISDE tienen de base la función repeating, es una función intrínseca del protocolo empleado que emplea a los propios nodos como repetidores si la circunstancia lo precisa, esto facilita la comunicación del sistema sin tener que incluir ningún equipo adicional para lograr comunicar con los equipos más distantes. E sta solución además ofrece una serie de ventajas con respecto a las instalaciones tradicionales: Establecimiento de horarios y eventos por zonas o en cada punto de iluminación Detección alarmas relativas al suministro eléctrico o al estado de las luminarias. Monitorización de los tiempos de encendido. Posibilidad de integración en un SCADA con múltiples fabricantes, para la supervisión y control del sistema. Al estar basado en el estándar Lonworks ISO/IEC 14908, permite integrar otros sistemas controlados de otros fabricantes o la realización de instalaciones sin depender del fabricante. Esta solución facilita las labores de mantenimiento, reduciendo los costes y el personal necesario para llevarlo a cabo, como así la posibilidad de realizar un mantenimiento predictivo, es decir, se pueden solucionar problemas en la instalación antes de que estos ocurran. Al reducir el número de equipos en las cabeceras se reducen los costes de la instalación y los gastos de operación y mantenimiento. Solamente es necesaria una de tarjetas de comunicaciones 3G por instalación. D e este modo se reduce el periodo de amortización sustancialmente.

5 Qué ventajas tiene esta solución frente a una basada ZigBee? Por lo general, las soluciones Zigbee existentes para alumbrado público están integradas en sistemas propietarios, lo que dificulta la escalabilidad del sistema, y las labores de mantenimiento, al depender exclusivamente del fabricante para realizar las reparaciones o sustituciones de equipos averiados. Los equipos de ISDE cuentan con el certificado LonMark, lo que garantiza la interoperabilidad y el empleo por parte del integrador de sistemas abiertos. La versatilidad del sistema propuesto le hace menos vulnerable a obstáculos, como edificios o muros, que una solución puramente inalámbrica ya que gran parte de la información fluye a través del cableado eléctrico. Depender exclusivamente de un sistema radio puede suponer un problema, al ser muy sensible al ruido e interferencias, pudiendo perder la comunicación de un gran número de equipos durante largos periodos de tiempo. No hay que olvidar que el medio de transmisión es compartido y por tanto son muchos los servicios en bandas libres que pueden interferir fácilmente sobre los equipos RF. ZigBee tiene problemas conocidos de colisiones en la comunicación: efecto de nodo oculto o nodo expuesto que se agudiza mucho más cuando el número de equipos se eleva, lo que puede suponer una caída considerable de velocidad e incluso pérdida de información. Para evitar estos problemas es necesario el uso de mecanismos de comunicaciones (CSMA/CA y DFW-MAC), que ocasionan que los equipos deban estar siempre escuchando el canal, impidiendo entrar en modo de bajo consumo. Por ello es necesario realizar un estudio previo con absoluto rigor, para evitar esta clase de problemas en la instalación. Además una cantidad grande de dispositivos distribuidos o en distribuciones lineales, como una carretera, requiere un elevado número de saltos entre equipos, lo que genera una pérdida de latencia en las comunicaciones. En el caso de existir zonas aisladas a distancias superiores a 100 metros, es necesario el uso de repetidores o amplificadores de señal, ya que supera la distancia máxima de comunicación entre dispositivos. En general, las redes de comunicaciones inalámbricas son susceptibles de ataque, por lo que los datos pueden ser interceptados, si no se protege la instalación adecuadamente. Al existir menos puntos con comunicación inalámbrica, menor es la posibilidad de ataque. Si bien se vende que las comunicaciones inalámbricas sin infraestructura específica permiten el despliegue de redes a muy bajo coste, Los problemas que presenta esta tecnología en cuanto a colisiones y pérdidas de comunicaciones por los problemas de nodo oculto y nodo expuesto requieren soluciones que, en muchas ocasiones, anulan las ventajas que se habían obtenido con el despliegue de una WSN, por lo que es necesario hacer un estudio previo con absoluto rigor, sabiendo los requisitos que son imprescindibles y aquellos que se podrían sacrificar en aras de una mejor fiabilidad, robustez o latencia. F inalmente, algunas de las características más representativas de los sistemas RF como es la fácil instalación o incluso la ausencia de cableado, también es conseguido con la solución que se plantea por medio de PLC con saltos de RF para unir las redes o lazos, siendo esta arquitectura mucha más robusta y fiable por todo lo expuesto anteriormente que una solución pura en radio frecuencia.