A integração de meteologgers do CompactRIO a um SCADA eólico

A integração de meteologgers do CompactRIO a um SCADA eólico
"O LabVIEW e seus módulos de software,
juntamente com o hardware da National
Instruments, forneceram uma plataforma eficiente
para projetos com as características descritas
acima, com a execução de tarefas complicadas e a
distribuição, comunicação e gerenciamento dos
dados adquiridos."
- Çenk Seren, Cosinor S.A. (http://www.cosinor.es/en/)
O desafio:
Desenvolver uma aplicação multimódulos sincronizada, integrada ao sistema de supervisão e aquisição de dados (SCADA) de uma usina eólica,
que possa ser acessada através de uma interface web para a aquisição de dados meteorológicos em altas frequências (20 Hz).
A solução:
Programar e integrar uma aplicação formada pelo hardware NI CompactRIO e o software NI LabVIEW para adquirir, transmitir e armazenar sinais de
alta frequência.
Autor(es):
Çenk Seren - Cosinor S.A. (http://www.cosinor.es/en/)
Pedro Pacho - Cosinor S.A.
Desde seu início de operações, em 2007, nossa agência nacional de energias renováveis já executou vários projetos de diferentes áreas relacionadas à
energia verde.
Esse equipamento, usado no desenvolvimento de uma aplicação multimódulos sincronizada, recebe informações gravadas por diversos sensores
meteorológicos. Esses sensores estão instalados em torres que tipicamente são usadas na calibração de possíveis locais para a instalação de plantas de
energias renováveis. Precisávamos adquirir sinais analógicos de 4 a 20 mA, digitais e de frequência de todos esses sensores. Em seguida, precisávamos
formatar e armazenar os sinais em arquivos texto e datá-los deterministicamente em frequências de 20 Hz.
Além disso, precisávamos de um arquivo intermediário altamente configurável, que pudesse ser adaptado às diversas posições, offsets, ganhos e tipos
de cada sensor. Também seria necessário que as controladoras do CompactRIO (http://www.ni.com/compactrio/) instaladas em cada torre fossem
sincronizadas para receber os dados simultaneamente com as controladoras das torres adjacentes.
Os arquivos gerados em cada data logger precisavam ser transmitidos e conectados diretamente ao sistema SCADA, para a visualização dos valores em
tempo real. Tivemos de criar uma interface web para visualizar o status de cada data logger individualmente, em vez de visualizar o sistema como um
todo.
Os requisitos da aplicação eram:
Receber três tipos diferentes de sinais: analógicos, digitais e de frequência (trens de pulsos)
Configurar e programar os sinais e suas características (offset, ganhos)
Adquirir sinais em frequências altas
Sincronizar a aquisição de todos os sinais
Transmitir dados por uma rede Ethernet com o uso de FTP
Comunicar-se com o sistema SCADA por OPC
Usar hardware intercambiável
Escolhemos o LabVIEW (http://www.ni.com/labview/) pelo seu ambiente de desenvolvimento de software amigável, e a controladora de tempo real
embarcada NI cRIO-9014 (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/203500) por sua capacidade de se adaptar às nossas necessidades. A aquisição
dos sinais de frequência era um desafio muito maior do que a de sinais analógicos e digitais, mas o CompactRIO ofereceu a capacidade e a frequência
necessárias para essa aquisição e permitiu que ajustássemos as capturas de sinais diretamente pela programação do módulo LabVIEW FPGA (
http://www.ni.com/fpga/).
Executando cálculos por intervalos de tempo no FPGA ( field-programmable gate array), conseguimos um sinal de frequência limpo, que podia ser
enviado diretamente à aplicação de controladora de tempo real implementada no CompactRIO. A possibilidade de distribuir os cálculos entre o FPGA e a
aplicação da controladora de tempo real no CompactRIO era um de nossos requisitos mais importantes, que foi plenamente atendido pelo hardware da
National Instruments.
O módulo de E/Ss bidirecionais NI 9403 (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/208811) e o módulo de entrada analógica NI 9203 (
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/208805) série C formaram a solução de hardware ideal para chegarmos ao futuro data logger, mas ainda
não tínhamos o componente de sincronização. Nesse ponto crítico de desenvolvimento e seleção do hardware, consideramos o uso de um time server
para os módulos CompactRIO, mas rejeitamos essa ideia, porque precisávamos de uma rede local (LAN) que ainda não havia sido instalada, além de
componentes externos para futuras calibrações da instalação. Nós queríamos integrar a sincronização no dispositivo CompactRIO para torná-lo
autônomo pelo menos com relação à sincronização e produção dos dados capturados.
Usamos o cRIO Gxxx S.E.A. Datentechnik (módulo GSM/GPRS) para realizar a sincronização. Esse módulo usa a opção de GPS para fazer a
sincronização com a aplicação em tempo real no CompactRIO. A durabilidade do CompactRIO e a sua capacidade de se ajustar ao tempo de partida do
GPS nos deu a solução para a sincronização. Nós escolhemos o módulo LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module (
http://www.ni.com/labview/labviewdsc/) para realizar a comunicação com o sistema central via OPC, porque isso nos permitiu criar os nossos próprios
servidores OPC.
Para monitorar as variáveis meteorológicas em tempo real e aplicar toda a capacidade das ferramentas do sistema para criarmos gráficos e diagramas
históricos, precisávamos que o client OPC de nossos sistema SCADA se comunicasse com o servidor OPC.
O último requisito do sistema era a coleta dos arquivos produzidos a partir dos dados capturados pelas unidades CompactRIO. Queríamos reunir esses
arquivos via FTP por toda rede do parque, por meio de tarefas agendadas, e armazená-los em um servidor para acesso futuro.
Conclusão
De acordo com a COSINOR, o LabVIEW e os seus módulos de software, juntamente com o hardware da National Instruments, forneceram uma
plataforma eficiente para projetos das características desejadas, com a execução de tarefas complexas e a distribuição, comunicação e gerenciamento
dos dados adquiridos. O sistema também demonstrou a capacidade multifuncional do cRIO-9014 e do módulo LabVIEW FPGA, muito útil na aquisição de
sinais de frequência. O hardware e o software da National Instruments assumiram toda a responsabilidade pela computação, liberando dessa
responsabilidade o microcontrolador de tempo real.
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www.ni.com
Informações do autor:
Çenk Seren
Cosinor S.A. (http://www.cosinor.es/en/)
Ribera de Elorrieta, 8
Bilbao
Espanha
Esse equipamento, usado no desenvolvimento de uma aplicação multimódulos sincronizada, recebe informações gravadas por diversos sensores meteorológicos.
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Nós usamos o cRIO Gxxx S.E.A. Datentechnik (módulo GSM/GPRS) para realizar a sincronização.
Informações legais
Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO
ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA
NOS TERMOS DE USO DA NI.COM (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/ (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/)).
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