Diseño e implementación de un sistema de control, supervisión y adquisición de datos (SCADA) mediante ordenadores empotrables SBC y lenguaje Python de los dispositivos electrónicos de potencia inteligentes conectados a una SmartGrid

Abstract

[ES] Las SmartGrids aprovechan las posibilidades de comunicación y procesado de datos que ofrecen las tecnologías de la información para mejorar las prestaciones de las redes eléctricas de transmisión de energía tradicionales. Algunas de esas ventajas son la monitorización y el control remoto de los equipos conectados a la smartgrid, la recopilación de datos, la gestión de sistemas de generación y almacenamiento de energía distribuidos, etc.

En este TFM se pretende implementar un sistema para la visualización y el control básico de los dispositivos mediante instrumentación virtual y la recopilación de datos históricos de los valores más relevantes de cada dispositivo. En cada punto de conexión de la smartgrid se dispondrá de un ordenador tipo Single Board Computer (SBC) con procesador de la familia ARM y un sistema operativo Linux al que se le podrán conectar varios dispositivos de potencia empleando un protocolo MODBUS sobre RS-485 (TIA-485). Cada dispositivo de potencia tendrá una dirección única para poder acceder individualmente. La visualización y el control se realizarán mediante instrumentación virtual en un ordenador de escritorio equipado con monitor, teclado y ratón. Todos los ordenadores estarán conectados entre sí por ethernet.

Para todos los programas que se desarrollen en este TFM se empleará el lenguaje Pyhton. Durante el desarrollo de los programas se utilizarán máquinas virtuales con sistema operativo Linux corriendo en un hipervisor VMware ESXi y conectadas a hardware real mediante USB. Finalmente, el programa se portará a las SBCs para su implementación final.

[CA] Les SmartGrids aprofiten les possibilitats de comunicació i processament de dades que ofereixen les tecnologies de la informació per a millorar les prestacions de les xarxes elèctriques de transmissió d'energia tradicionals. Algunes d'aqueixos avantatges són el monitoratge i el control remot dels equips connectats a la smartgrid, la recopilació de dades, la gestió de sistemes de generació i emmagatzematge d'energia distribuïts, etc. En aquest TFM es pretén implementar un sistema per a la visualització i el control bàsic dels dispositius mitjançant instrumentació virtual i la recopilació de dades històriques dels valors més rellevants de cada dispositiu. En cada punt de connexió de la smartgrid es disposarà d'un ordenador tipus “Single Board Computer” (SBC) amb processador de la família ARM i un sistema operatiu Linux al qual se li podran connectar diversos dispositius de potència emprant un protocol MODBUS sobre RS-485 (TIA-485). Cada dispositiu de potència tindrà una direcció única per a poder accedir individualment. La visualització i el control es realitzaran mitjançant instrumentació virtual en un ordinador d'escriptori equipat amb monitor, teclat i ratolí. Tots els ordinadors estaran connectats entre si per ethernet. Per a tots els programes que es desenvolupen en aquest TFM s'emprarà el llenguatge Python. Durant el desenvolupament dels programes s'utilitzaran màquines virtuals amb sistema operatiu Linux corrent en un hipervisor VMware ESXi i connectades a maquinari real mitjançant USB. Finalment, el programa es portarà a les SBCs per a la seua implementació final.

[EN] SmartGrids take advantage of the communication and data processing capabilities offered by information technologies to improve the performance of traditional power transmission networks. Some of these advantages include the monitoring and remote control of the equipment connected to the smart grid, data collection, distributed energy generation and storage systems management, etc.

In this master s Thesis, the goal is to implement a system for visualization and basic control of devices through virtual instrumentation and the collection of historical data of the most relevant values from each device. At each smart grid connection point, there will be a "Single Board Computer" (SBC) with an ARM-family processor and a Linux operating system, to which several power devices can be connected using the MODBUS protocol over RS-485 (TIA-485). Each power device will have a unique address for individual access. The visualization and control will be carried out via virtual instrumentation on a desktop computer equipped with a monitor, keyboard, and mouse. All computers will be connected via Ethernet.

All the programs developed for this master s Thesis will use the Python programming language. During the development process, virtual machines with a Linux operating system running on a VMware ESXi hypervisor will be used and connected to real hardware via USB. Finally, the program will be ported to the SBCs for its final implementation.