UNIVERSIDAD VERACRUZANA DISE˜NO DE SISTEMA DE MONITOREO PARA L´INEAS DE ...

77 Pages·2014·1.3 MB·Spanish

UNIVERSIDAD
VERACRUZANA
´
FACULTAD DE INSTRUMENTACION
´
ELECTRONICA
˜
DISENO DE SISTEMA DE
MONITOREO PARA
´
LINEAS DE ALTA
´ ´
TENSION, EN AREAS DE
´
DIFICIL ACCESO
TESIS
Que para obtener el t´ıtulo de
Maestro en Ingenier´ıa Electro´nica y
Computaci´on
Presenta
Edy Alfonso Ram´on Fern´andez
Director de la tesis:
Dr. Jesu´s Garc´ıa Guzm´an
Co-Director de la tesis:
´
Dr. Agust´ın Gallardo del Angel
Xalapa-Enr´ıquez, Ver. Enero, 2014
Dedicado a Dios: Por proporcionar, salud, perseverancia, sabidur´ıa y fortaleza.
ii
Agradecimientos
A mis padres: Sabiendo que jam´as existira´ una forma de agradecerles una vida
de lucha, sacrificio y esfuerzos constantes; solo deseo que comprendan que el logro
m´ıo es suyo, que mi esfuerzo es inspirado en ustedes y que son mi u´nico ideal. Con
respeto y admiraci´on ...
A mis hermanos: En reconocimiento a todo el apoyo brindado a trav´es de mis
estudios y con la promesa de seguir siempre adelante...
A t´ı: Esa persona especial que es parte de esta historia: con la fe en m´ı; la
adversidad no podra´ quitarme el triunfo, ni mi Gloria...
Agradecimiento especial
Quiero agradecer a aquellas personas que compartieron sus conocimientos y tiem-
po para hacer posible la conclusi´on de esta tesis. Especialmente agradezco al Dr.
Jesu´sGarc´ıaGuzm´anporsuasesor´ıa siempre dispuesta. Graciasa losDrs. Agust´ın
Gallardo del A´ngel y Roberto Castan˜eda Sheissa por sus ideas y recomendacio-
nes...
A mis maestros que en este andar por la vida, influyeron con sus lecciones y
experiencias en formarmecomo una persona de bien ypreparada para losretos que
pone la vida, a todos y cada uno de ellos les dedico cada una de est´as paginas...
A la Direccio´n de Extensio´n de Servicios Tecnolo´gicos (DEST) y al Departa-
mento Operativo de Telefon´ıa (DOT) de la Universidad Veracruzana por su apoyo
y comprensio´n...
A la Facultad de Instrumentacio´n Electr´onica y Universidad Veracruzana por
la oportunidad brindada...
iii
ivAGRADECIMIENTOS
Resumen
La nueva generacio´n de sistemas de potencia el´ectrica, conocida como Redes
Inteligentes, est´a siendo estudiada intensamente como la soluci´on ma´s viable para
el manejo de la demanda energ´etica actual. Una de las caracter´ısticas de estos
sistemas es la integracio´n de redes de comunicacio´n con alta velocidad de trans-
ferencia de informaci´on, fiables y seguras para la compleja administracio´n de los
mismos, y que adema´s les proporcione inteligencia y efectividad, en caso de fallas.
En paralelo con el desarrollo de las nuevas tecnolog´ıas de comunicaciones, las re-
des inala´mbricas de sensores han venido evolucionando para venir a complementar
estos requerimientos de procesamiento inteligente de la informaci´on.
En el presente trabajo se presenta la propuesta e implementacio´n de una red
inala´mbrica de sensores orientada al monitoreo de l´ıneas de transmisio´n en siste-
mas el´ectricos de alta tensi´on. Se parte del an´alisis del medio en que la red se ha
de implementar, se proyecta la infraestructura requerida, se realiza la configura-
ci´on adecuada y se desarrolla el software para el sistema propuesto. Por u´ltimo, se
presenta un an´alisis y observaciones de los resultados experimentales del modelo
implementado para la red inala´mbrica de sensores.
v
viRESUMEN
Abstract
The new generation of electrical power systems, known as Smart Grid, is being
intensively studied as the most viable solution for the management of the current
energetic demand. One of the features of these systems is the integration of com-
munication networks capable of transferring information at high-speed, reliable
and secure, for their complex administration and, also, providing intelligence and
effectiveness incasesoffailures.Inparallelwiththedevelopment oftherecent com-
munication technologies, wireless sensor networks have been evolving to match the
requirements for smart processing of information.
In this work, the proposal and implementation of a wireless sensor network for
the monitoring of transmission lines in high-voltage electrical systems is presented.
Starting from the analysis of the environment in which the network is going to be
implemented the required infrastructure is projected; the proper configuration is
setup and the software for the proposed system is developed. Finally, an analysis
and remarks about the experimental results of the implemented model for the wi-
reless sensor network is presented.
vii
viiiABSTRACT
´
Indice general
Agradecimientos III
Resumen V
Abstract VII
1. Introducci´on 1
1.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3. Alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4. Metodolog´ıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5. Contribucio´n a la investigaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.6. Estructura de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Bases te´oricas 7
2.1. Redes inala´mbricas de sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2. El est´andar IEEE 802.15.4 y ZigBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2.1. Tipos de dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2. Definici´on de nodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3. Redes Inal´ambricas de sensores en sistemas lineales . . . . . . . . . 11
2.4. Mecanismo de direccionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.1. Direccionamiento ZigBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3. Descripcio´n general del sistema 15
3.1. Presentacio´n del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1.1. Propo´sito del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2. Interfaz de adquisici´on de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3. Red Inal´ambrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3.1. Conexi´on inala´mbrica entre los nodos . . . . . . . . . . . . . 16
3.4. Interfaz de presentacio´n de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
ix
x ´INDICE GENERAL
4. Plataforma y herramientas de desarrollo 19
4.1. Hardware y subsistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.1.1. Dispositivos de monitoreo remoto . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.1.2. Comunicacio´n inala´mbrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1.3. Estacio´n base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2. Software del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.1. Dispositivos de monitoreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.2. Comunicacio´n inala´mbrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2.3. Estacio´n base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5. Arquitectura e implementaci´on 27
5.1. Escenario de disen˜o sobre el c´alculo de la red . . . . . . . . . . . . . 27
5.1.1. Disen˜o de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.2. Propuesta de la WSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.3. Programaci´on principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.3.1. Env´ıo-recepci´on de informaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.4. Programaci´on de nodos remotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.4.1. Programaci´on de env´ıo de informaci´on API . . . . . . . . . . 32
5.4.2. Transferencia de informaci´on de nodos remotos . . . . . . . 32
5.4.3. Env´ıo de informaci´on de los puertos digitales . . . . . . . . . 33
5.5. Estacio´n base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6. Pruebas y conclusiones 37
6.1. Pruebas de funcionalidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.1.1. Distancia entre nodos e intensidad de la sen˜al . . . . . . . . 37
6.1.2. Solicitud de variables de estado . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.1.3. Variables digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.2. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
6.2.1. Propuestas para trabajo futuro . . . . . . . . . . . . . . . . 41
A. Co´digo de desarrollo 43
A.1. Env´ıo de dato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
A.2. Lectura de puertos digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
A.3. C´odigo en estaci´on base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
B. Im´agenes de pruebas 49
B.1. Enlace sin l´ınea de vista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
B.2. Enlace con l´ınea de vista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
C. Visualizaci´on de informacio´n 55
C.1. Visualizacio´n web en la Estacio´n Base . . . . . . . . . . . . . . . . . 56