Percy Fabián Arriaga Arredondo. Hoover Mamani Sucari.

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1 NOMBRE DE LA PROPUESTA : Criterios para la implementación de un sistema de medición inteligente. EMPRESA : Electro Puno S.A.A. GERENCIA : Gerencia Comercial. ÁREA : Facturación, Perdidas y TIC NOMBRE DEL AUTOR : Percy Fabián Arriaga Arredondo. Hoover Mamani Sucari. 1

2 I. GLOSARIO DE TÉRMINOS 3G: Tercera Generación de transmisión de voz y datos móvil AMI: infraestructura de medición avanzada. G3-PLC: Protocolo de Baja Capa para PLC GPRS: Servicio General de Paquetes Vía Radio HSPDA: Alta velocidad de Acceso para Descarga de paquetes IoT: Internet de las Cosas. LPWAN: Red de Área Amplia con Baja Potencia. LoRaWAN: Red de Área Amplia para Datos Minimos. LTE: Estandar de comunicaion para la evolución a Largo Plazo M2M: Conexión Maquina con Maquina M2P: Conexión Maquina con Personas. MDA: Adquisicion de Datos del Medidor. MDC: Colector de Datos del Medidor. MDM: Administrador de Datos del Medidor. PLC: Comunicación por la Red de Electricidad. PRIME: Evolución de Medición inteligente por Red Eléctrica. RF-MESH: Red de Malla Inalambrica. RPMA: Acceso Múltiple en Fase Aleatoria. UMTS: Sistema universal de telecomunicaciones móviles UNB: Banda Ultra-Baja. WIFI: Fidelidad inalámbrica WLAN: Red de Area Local Inalambrica WPAN: Red de Area Personal Inalambrica Zigbee: Red inalambrica en malla de baja potencia. DLMS/COSEM: Transferencia de Información para los Procesos de Asociación de Aplicación e Intercambio de Mensajes. II. RESUMEN La misión de Electro Puno tiene como precepto innovar en el campo de la tecnología, por ello apuesta por el desarrollo de la medición inteligente, para lograr este desarrollo; la empresa ha evaluado diversos medios de comunicación y sistemas de gestión de información para su posterior análisis, evaluación de viabilidad y administración; actividades que ayudan a mejorar el criterio de implementación para un piloto de medición inteligente. A la fecha, Electro Puno cuenta con pilotos en medición inteligente implementados a nivel de pruebas de concepto; como el caso del mercado Plaza Internacional Virgen de la Mercedes en la ciudad de Juliaca, el cual ahorra gastos operativos con resultados favorables hasta la fecha, y poseen la opción de ser mejorados usando un medio de comunicación diferente o cambiando la arquitectura del piloto. GPRS-3G se está usando en la conexión con medidores inteligentes 2

3 la cual usa SIMCARD para su conexión; También está en propuesta la implementación del proyecto piloto con la comunicación SigFox, contactando con sus soportes para la implementación de medidores inteligentes y sistemas de gestión. Además, se está explorando la información del medio de transmisión RF-MESH, por lo cual hay una prueba de concepto implementada alrededor de la empresa, en la sede Juliaca; sobre la base de la experiencia desarrollada y los conocimientos adquiridos, Electro Puno tiene programado desarrollar un piloto de medición inteligente AMI que integre un área urbana y dos áreas rurales dispersas toda vez que el contexto de Electro Puno está marcado por esa diversidad y obtener datos que permitan coleccionar, administrar, analizar y gestionar información a partir de un sistema basado en medidores con comunicación, sistemas de comunicaciones, sistema de gestión de información y servicios de soporte y mantenimiento a nivel del software. III. INTRODUCCIÓN Mostrado el desarrollo tecnológico que ha incrementado las herramientas para el monitoreo y gestión de los consumos de los usuarios de la empresa, se ha decidido evaluar las diferentes tecnologías para implementar una infraestructura de medición inteligente, con lo cual se pretende evitar gastos en cuanto a acciones operativas. Con la recolección de datos ya se tendría una administración de la información más oportuna, con mayor disponibilidad y con alta confiabilidad. La información recolectada sería enviada por un medio de transmisión hacia un sistema de almacenamiento la cual después sería administrada y de esta manera realizar los análisis de la información de los clientes para beneficio de la empresa. La empresa tiene el conocimiento de que no solo son los medidores inteligentes para implementar una infraestructura AMI, si no están involucrados medios de comunicación y sistemas de gestión de información; por lo cual se tomaron las propuestas de los medios de comunicación como: SigFox, PLC y RF-MESH y LTE / HSPDA / UMTS; de igual manera en el futuro se pretende realizar pruebas de concepto con más tecnologías LPWAN, como: LoRa y RPMA; también sistemas de gestión de información de las empresas PrimeStone y Ikusy. Estas propuestas muestran las acciones tomadas para el desarrollo de las mediciones inteligentes, en las cuales se explican pilotos y pruebas de concepto, para la conexión de los equipos y sistemas de gestión, análisis y administración de datos. IV. 3 TEXTO 1. DETERMINACION DE NECESIDAD. En la actualidad los medidores de energía se leen manualmente o mediante teléfonos móviles una vez al mes; dependiendo de la extensión geográfica esta genera más gastos operativos y un riesgo alto por error res humano, toda vez que esta actividad es realizada por personas. De la misma forma, por el perfil de consumo de los clientes que incumplen pago y las distancias existentes (180,000 km2) los gastos operativos para las labores de corte y reconexión muchas veces significan más frente a la deuda del cliente; en este entender es necesidad mejorar la gestión de cortes y reconexiones que son realizadas por cuadrillas de técnicos a demanda (cada vez que se presentan reconexiones o se programan campañas de cortes). Sobre la base de lo expresado en el párrafo anterior, establecimos como objetivo el gestionar estas dos actividades operativas repetitivas con el uso de tecnología con la

4 finalidad de minimizar tiempos de ejecución y reducir el riesgo de errores en la toma de información o ejecución de labores. Adicionalmente, debido a las condiciones climatológicas del departamento de Puno, se presentan apagones o cortes debido a los vientos y truenos en áreas urbanas y rurales. Las alarmas recibidas ayudan en la reconexión del corte, de la misma forma solucionar los problemas generados. 2. EXPERIENCIAS DESARROLLADA. Como Electro Puno iniciamos la investigación de tecnología en el mercado para obtener las soluciones de comunicaciones viables técnica y económicamente y que se adapten al contexto de la geografía y perfil de consumo de nuestros clientes. Es así, que establecimos que el sistema de medición inteligente AMI, debe estar integrado por los siguientes componentes: Medidor con sistema de comunicación que permita obtener parámetros eléctricos a demanda desde el medidor, así como sensar o sensorizar alarmas basadas en umbrales programados. Sistemas de comunicación con la debida seguridad para la información que transporte los datos adquiridos mediante el uso de medios protocolos de comunicación dentro de una infraestructura AMI, también es importante establecer que pueden ser usados uno o más medios de transmisión de datos; cada uno de ellos conectando ciertas áreas, ya sea desde el medidor hacia un colector (Gateway) o desde el colector hasta llegar al sistema de gestión para la información. Finalmente los sistemas de gestión de datos son encargados de recolectar, analizar y administrar, los datos generados por los medidores y estos recibidos mediante los colectores. Estos datos generados tienen que ser monitoreadas en tiempo real o en intervalos no extensos de tiempo, ya que la actualización del sistema no sería óptima. Las experiencias desarrolladas por la empresa Electro Puno para la infraestructura AMI, son: a) PILOTO PLC-PRIME Comunicación por la Red de Electricidad, de banda ancha puede transmitir datos a través de la red de suministro eléctrico. El principio de PLC consiste en superponer una señal de alta frecuencia en niveles bajos de energía a través de una señal eléctrica de 60 Hz, caracterizado por su uso polar en AMI. La instalación de los medidores fue en los meses del año 2017 en el mercado Plaza Internacional Virgen de la Mercedes de la ciudad de Juliaca; con concentradores están instalados en las 2 Subestaciones, que alimenta el mercado. La cantidad de instalaciones comenzó con un estimado de 725 medidores, actualmente en el software registra 745 medidores en los dos concentradores. El Proyecto con medición lleva el nombre de: Instalación de Sistemas de Medición a Distancia Plaza Internacional Virgen de las Mercedes. PRUEBAS 1: Medición en Tiempo real La medición en tiempo real del concentrador 1 se hizo pruebas un jueves, al promediar las 4 de la tarde y el tiempo estimado en hacer la medición fue 29 minutos. 4

5 También se hizo pruebas el día viernes al promediar las 10 de la mañana con el mismo concentrador y se obtuvo la información en 34 min, teniendo en cuenta que el concentrador 1 tiene 417 medidores. Ver imagen 1 e imagen 2. Imagen 1 Imagen 2 PRUEBA 2: Corte y Reconexión Se hizo pruebas al cortar un medidor y el tiempo estimado es entre 30 seg. a 1.30 min y la reconexión tarda entre 20 seg. a 40 seg. La prueba realizada se adjunta en el anexo 3 5

6 Imagen 3 b) PRUEBA DE CONCEPTO LTE / HSPDA / UMTS. Esta tecnología es para la transmisión de voz y datos a través de telefonía móvil mediante UMTS (servicio universal de telecomunicaciones móviles). Esta tecnología estaba orientada a la telefonía móvil, pero desde hace unos años las operadoras de telefonía móvil ofrecen servicios exclusivos de conexión a Internet mediante módem. En todos los casos requieren una tarjeta SIM para su conexión, el cual es asociado al número de la tarjeta para conectarse con la red. Algunos de los medidores inteligentes integran esta comunicación, utilizando solo la conexión a internet para él envió de datos hacia la nube. Esta prueba de concepto en medidores residenciales ser realizó con una proveedor que suministro medidores, SIMCRAD y Sistema de gestión en la nube; adicionalmente de mencionar que las empresas de distribución utilizan medidores con modem GSM/GPRS para realizar la lectura remota y mediante un MDA administrar esta información. c) PRUEBA DE CONCEPTO RF-MESH. Conocida también como redes inalámbricas malladas o redes acopladas, son aquellas redes en las que se mezclan las dos topologías de las redes inalámbricas, la topología Ad-hoc y la topología infraestructura. Permiten que los dispositivos que actúan como tarjeta de red pueden no mandar directamente sus paquetes al punto de acceso, sino que pueden pasárselos a otras tarjetas de red para que lleguen a su destino. Para que esto sea posible es necesario el contar con un protocolo de enrutamiento. Para esta forma de comunicación está basada en estándares WIFI o Zigbee, dependiendo del área a abarcar sea un WLAN (WiFi) o WPAN (Zigbee), especialmente desarrollado para ambientes industriales e intemperie, con características de alto ancho de banda, alta disponibilidad y baja latencia. Para esta prueba de concepto utilizamos 02 6

7 medidores, 1 concentrador y un MDA (HeadEnd) que permite monitoreas los equipos en tiempo real, administrar alarmas, adquirir datos y realizar cortes y reconexiones. d) PRUEBA DE CONCEPTO IoT. La arquitectura de internet de las cosas permite realizar M2M para posteriormente realizar M2P, de esta manera monitorear y gestionar objetos; en caso de la empresa se considera como objeto a los medidores. SigFox es una tecnología IoT, que permite conectar dispositivos a bajo costo, con un largo alcance y un bajo consumo de potencia. Utiliza una señal de gran alcance que pasa libremente a través de objetos sólidos, llamada Banda Ultra-Baja (UNB) y requiere poca energía, denominándose Red de Área Amplia con Baja Potencia (LPWAN). Esta tecnología es encargada de recolectar los datos desde el medidor hasta el colector y posteriormente enviada al sistema de gestión mediante una conexión WAN, ya sea por cable o inalámbrica. De esta forma enviar los datos a un proveedor de servicios de colección, análisis y administración de datos. Para la gestión de información recolectada por SigFox se puede construir web services de consumo, log de monitoreo o utilizar plataformas existentes en el mercado como IKUSI, TELIT, TheThingIO, PRIMESTONE, ISKRAEMECO, herramientas de administración que permita hacer un control de los dispositivos desplegados y contar con una funcionalidad básica MDC que permita al usuario evaluar y hacer uso de la información transportada. Para esta prueba de concepto necesitamos desplegar 200 puntos en zonas urbanas y rurales; actualmente venimos definiendo la utilización del equipo de medición con modem IoT embebido o modem con contactores externos. e) PRUEBAS DE CONCEPTO SIGUIENTES LoRaWAN Medio de transmisión para redes de área amplia con baja potencia, con características como la comunicación segura bidireccional, la movilidad y los servicios de localización. Proporciona una interoperabilidad entre equipos (cosas) inteligentes sin la necesidad de instalaciones locales complejas en sistemas M2M y M2P, existen empresas que permiten el despliegue de IoT. Las velocidades de datos van desde 0.3 kbps hasta 50 kbps. RPMA Random Phase Multiple Access ( Acceso Múltiple en Fase Aleatoria en español) perteneciente a Ingenu, es un medio inalámbrico de LPWAN (al igual que SigFox), utilizando la banda ISM de 2.4GHz. La cobertura es de 518 kilómetros cuadrados en entornos urbanos, y 1036 kilómetros cuadrados en zonas urbanas. Este medio de transmisión también está involucrado para la recolección de datos en la arquitectura IoT. V. CONCLUSIONES 1. El sistema de medición inteligente a implementar en Electro Puno es el siguiente: 7

8 a. EQUIPAMIENTO: medidores inteligentes, colectores y dispositivos. b. COMUNICACIÓN: Sistema de comunicación aceptado: c. LICENCIA DE LA PLATAFORMA DE LECTURA Y GESTION AMI d. LICENCIA DE SOPORTE Y MANTENIMIENTO 2. Los equipos de medición a utilizar deberán de integrar internamente el módulo de comunicación; los medidores actuales en el mercado cuentan con procesadores que registran la totalidad e parámetros eléctricos requeridos para los procesos operativos y comerciales de las EDEs y cuenten con respaldo de energía para que asegure el registro de parámetros. 3. Las formas de comunicación consideradas viables en Electro Puno son los siguientes: Medidor inteligente con comunicación PLC + colector + HEAD END Medidor inteligente con comunicación RF + colector + HEAD END Medidor inteligente con comunicación IoT + HEAD END Medidor inteligente con comunicación LTE / HSPDA / UMTS + HEAD END La tecnología de comunicación debe adaptativa en el tiempo y tener soporte de desarrollo en la vida útil del sistema AMI. 4. El sistema de gestión de información (software) debe garantizar una comunicación bidireccional, segura, robusta que mantenga la integridad de datos, disponibilidad y confidencialidad de la información; desde el centro de operación hasta todas las terminales conectadas (medidor). A través de la interfaz del Software, los usuarios pueden administrar y monitorear de forma remota las terminales de la red desde el WAN hasta él HAN para: Realizar de forma inalámbrica las actualizaciones de los equipos Actualizar de forma inalámbrica horarios de Tiempo de Uso (TOU) Realizar prueba de ping a medidores o revisar la ruta tomada para la comunicación. Gestión de conexiones y desconexiones remotas. Alarmas en caso de acceso no autorizado a las cajas de medidores. 8

9 Definir programas de facturación Mostrar las notificaciones de acceso realizado por los usuarios. Coleccionar los datos 5. Como sistema AMI, este debe de ser escalable, tener facilidad para la integración e interoperabilidad, tener características de inteligencia distribuida y permitir cambios en los medidos de transmisión de datos de forma transparente. Asimismo, para la última milla deben de soportar medios tradicionales de transmisión de datos (FO, Ethernet, WiFi, RF, entre otros) 6. Adicionalmente, es necesario que los sistemas AMI deban de contar con servicios de licenciamiento que permitan gestionar el mantenimiento y soporte enmarcados en SLA 27x7x Desde la experiencia adquirida, por la cantidad de puntos de suministro existentes en nuestra empresa (350,000) consideramos que para menos de 30,000 puntos un HeadEnd es suficiente para gestionar los datos y consumirlos a partir de web services hacia los sistemas de información empresariales. Para gestionar más de 30,000 puntos consideramos necesario el adquirir un MDA que administre la información en repositorios y BD intermedias. La utilización de un MDM no resulta adecuada por los costos que significa y el nivel de utilización de la información generada. VI. ANEXOS O APÉNDICES Anexo 1: puntos a implementar en la localidad de Asillo. 9

10 Anexo 2: puntos a implementar en la localidad de Tirapata Anexo 3: puntos a implementar en la Urb. Rinconada Anexo 3: las investigación realizadas de parte de Electro Puno y al igual las pruebas realizadas se adjuntan en el siguiente link: WqSC?usp=sharing 10

11 VII. BIBLIOGRAFÍA Ikusi.com. (2018). Ikusi Engineering and technological development. [online] Available at: [Accessed 23 Mar. 2018]. New.abb.com. (2018). TropOS Technology Unified Network Management - Wireless Mesh Network Communication Solutions ABB Wireless (Communication Networks). [online] Available at: [Accessed 23 Mar. 2018]. Primestone.com. (2018). PrimeStone. [online] Available at: [Accessed 23 Mar. 2018]. Sigfox.com. (2018). Sigfox - The Global Communications Service Provider for the Internet of Things (IoT). [online] Available at: [Accessed 23 Mar. 2018]. Tecnicaindustrial.es. (2018). Comunicaciones a través de la red eléctrica PLC - Víctor Hugo Serna San Miguel - tecnicaindustrial.es. [online] Available at: [Accessed 23 Mar. 2018]. Ayudas memoria de tecnologías de comunicación: IoT SisFox, THINXTRA, ISKRAEMECO, M2M Sierra Wireless, THETHINGIO. 11