Un analizador de redes que mejora la eficiencia energética de los edificios

Un analizador de redes que mejora la eficiencia energética de los edificios

Los edificios representan el 30 % del consumo final de energía a nivel mundial y el 29 % de las emisiones de CO2 de todo el mundo. Pero los dispositivos conectados, como los nuevos analizadores de red M4M de ABB, ayudan a reducir este impacto facilitando una supervisión precisa de los datos energéticos en tiempo real y permitiendo a los clientes mejorar el rendimiento de los edificios.

Jerzy Wąsacz, Jakub Kozak ABB Corporate ­Technology Krakow, Poland, jerzy.wasacz@pl.abb.com, jakub.kozak@pl.abb.com; Alessandro Grieco, Luciano Di Maio, Tamara Duricic ABB S.p.A. Vittuone, Italy, alessandro.grieco@it.abb.com, luciano.di_maio@it.abb.com, tamara.duricic@it.abb.com

Según el Informe del Estado Global del Medio Ambiente 2017 de la ONU, los edificios representan el 30 % del consumo final de energía a nivel mundial y el 29 % de las emisiones de CO2 de todo el mundo [1]. A pesar de estas desalentadoras cifras, el informe señala, no obstante, que «la intensidad energética del sector de la construcción (en  términos de consumo de energía por m2) sigue mejorando a una tasa promedia anual de aproximadamente  el 1,5 %».

De hecho, los edificios más inteligentes de hoy en día, en los que se interconectan dispositivos digitales de supervisión y control de la energía, han alcanzado niveles de eficiencia impensables antes de la aparición del Internet de las Cosas (IoT) y la tecnología escalable. Así, los dispositivos conectados, como los nuevos analizadores de red M4M de ABB, facilitan un control preciso de los datos de energía en tiempo real y permiten a los clientes mejorar el rendimiento de los edificios reduciendo al mismo tiempo el impacto en el medio ambiente.

Sólida supervisión en tiempo real

La primera gama de analizadores de red equipados con Bluetooth y nativos de ABB Ability™ de ABB, la familia M4M, permite un análisis completo de la calidad de la electricidad y una supervisión precisa de la eficiencia energética para edificios comerciales e industriales, así como centros de datos →01.

01. La familia M4M permite un análisis completo de la calidad de la electricidad y una supervisión precisa de
la eficiencia energética en edificios comerciales e industriales, así como en centros de datos.
01. La familia M4M permite un análisis completo de la calidad de la electricidad y una supervisión precisa de la eficiencia energética en edificios comerciales e industriales, así como en centros de datos.
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En los edificios comerciales, la integración en la cartera escalable de soluciones digitales de gestión de recursos y energía de ABB permite un uso eficiente y racional del consumo de energía en tiempo real y la supervisión de la electricidad, para evitar tarifas punta de suministros y penalizaciones. En edificios industriales, M4M proporciona una supervisión y un control sencillos de la red eléctrica para evitar cortes, daños en los equipos e interrupciones de las operaciones críticas. Las alertas definidas por el usuario mejoran la reactividad ante posibles eventos en el sistema  eléctrico, mejorando las operaciones y permitiendo un mantenimiento más rápido.

También aptos para su uso en centros de datos, los analizadores de red M4M permiten una cadena eléctrica y un control de la calidad de la electricidad sólidos, evitando daños en los equipos instalados e impidiendo disparos o sobrecargas que pueden traducirse en tiempo de inactividad. Los analizadores de red M4M cubren así toda la experiencia del cliente, desde el diseño y las especificaciones hasta la instalación y puesta en servicio, así como el funcionamiento y mantenimiento →02.


02 .Los analizadores de red M4M cubren así toda la experiencia del cliente, desde el diseño
y las especificaciones hasta la instalación y puesta en servicio, así como el funcionamiento
y mantenimiento.
02 .Los analizadores de red M4M cubren así toda la experiencia del cliente, desde el diseño y las especificaciones hasta la instalación y puesta en servicio, así como el funcionamiento y mantenimiento.
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Sensación de familia

Los analizadores M4M están disponibles en dos versiones →03, el M4M 20, que cuenta con una pantalla gráfica a color y un teclado de 5 botones, y el M4M 30, que dispone de una pantalla táctil a color que permite presentar fácilmente la información de seguimiento de la electricidad, desde análisis básicos hasta análisis completos de la calidad de la electricidad, así como evaluaciones de la eficiencia energética. Gracias a la familia de características resultante, se reducen las demandas de aprendizaje del cliente.

03. La HMI del M4M 20 se divide en 3 secciones, mientras que en el M4M 30 se divide en
4 secciones.
03. La HMI del M4M 20 se divide en 3 secciones, mientras que en el M4M 30 se divide en 4 secciones.
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Estas características incluyen un conjunto completo de protocolos de comunicación integrados y opciones de E/S para ambas versiones en códigos de producto específicos, el mismo alojamiento, el mismo proceso de instalación y cableado y la misma interfaz hombre- máquina (HMI), con segmentación del producto en términos de acceso al dispositivo y características de medición. Las HMI de ambos modelos siguen las directrices UX de ABB para interfaces intuitivas, que cubren contenidos y el nombre y el orden de los elementos del menú, lo que facilita el uso de cualquier tipo de producto en la gama M4M. La única diferencia es que la HMI está dividida en 4 secciones en la M4M 30 y en 3 secciones en la M4M 20.

Navegar por un mundo de datos

Obviamente, la lectura de datos es una parte esencial de la HMI en cualquier dispositivo de medición, ya que permite a los usuarios leer instantáneamente los valores mínimos, máximos y promedios de parámetros en tiempo real, tales como tensión, intensidad y potencia, así como KPIs de la calidad de la electricidad tales como la distorsión de armónicos total (THD) y los desequilibrios de tensión e intensidad, todos los cuales deben cumplir los estándares IEC.

Los datos de medición también incluyen valores energéticos, que pueden dividirse por tarifas por medición del tiempo de uso (TOU) o representarse en 4 cuadrantes no solo como consumo energético sino también como generación de energía local. Navegar y acceder a la información necesaria requiere solo unos pocos pasos en el menú, que ofrece listas y submenús claros, con títulos y subtítulos →04.


04. Para acceder a datos clave solo es preciso unos pocos pasos.
04. Para acceder a datos clave solo es preciso unos pocos pasos.
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La segunda sección de la HMI se denomina «Gráficos». Aquí pueden verse gráficos de barras de los principales parámetros y formas de onda en tiempo real →05 al almacenar muestras de señales durante ciclos de 2 líneas. Además, los analizadores de red M4M ofrecen la visualización de armónicos con vistas a identificar, por ejemplo, si las cargas  no lineales están afectando a un sistema eléctrico. Los armónicos de tensión e intensidad se muestran  hasta el número 15 en la HMI, mientras que los armónicos hasta el número 40 están disponibles mediante comunicación. Además, la relación entre tensión e intensidad se presenta mediante un diagrama de fasores y datos de fasores como valores numéricos →06.

05 .La HMI permite visualizar gráficos de barras de los principales parámetros y formas de onda en
tiempo real.
05 .La HMI permite visualizar gráficos de barras de los principales parámetros y formas de onda en tiempo real.
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El M4M 30 presenta una vista histórica de los datos de medición clave, soportada por una memoria flash de 7 MB. Esta función permite almacenar los valores promedios de las principales cantidades medidas en tiempo real a lo largo de un intervalo de tiempo específico, así como tres valores de demanda máxima y tres de demanda mínima, denominados intervalos de tiempo específicos, para hasta 25 canales de memoria definidos por el usuario →07.

06 .La relación entre tensión e intensidad se presenta mediante un diagrama de fasores y datos de fasores como
valores numéricos.
06 .La relación entre tensión e intensidad se presenta mediante un diagrama de fasores y datos de fasores como valores numéricos.
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Las instantáneas energéticas y las tendencias energéticas permiten visualizar las curvas de consumo energético de 20 parámetros energéticos durante un período determinado, respectivamente. Cada gráfico contiene los últimos 12 valores de energía almacenados.

07. El M4M 30 presenta una vista histórica de los datos de medición clave, soportada por una memoria flash
de 7 MB.
07. El M4M 30 presenta una vista histórica de los datos de medición clave, soportada por una memoria flash de 7 MB.
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La configuración de los analizadores de red es fácil y rápida gracias a una lista de valores predeterminados, un proceso intuitivo de entrada de datos y ventanas emergentes que informan al usuario. La seguridad está garantizada por contraseñas definidas por el usuario diseñadas para evitar cualquier modificación por personal no autorizado →08. Un registro de auditoría dentro del medidor almacena los datos de configuración del medidor y crea un registro horario cada vez que se realiza una modificación importante.

08. En el primer encendido o después de un reinicio de fábrica, hay un «asistente de primera puesta en marcha» disponible  que guía al usuario a través de la configuración básica del dispositivo. La seguridad está garantizada por contraseñas  definidas por el usuario diseñadas para evitar cualquier modificación por personal no autorizado.
08. En el primer encendido o después de un reinicio de fábrica, hay un «asistente de primera puesta en marcha» disponible que guía al usuario a través de la configuración básica del dispositivo. La seguridad está garantizada por contraseñas definidas por el usuario diseñadas para evitar cualquier modificación por personal no autorizado.
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Además, se dispone de un asistente de puesta en servicio para guiar al usuario durante la primera configuración  básica del dispositivo, como cuando se enciende por primera vez el analizador de red o tras un reinicio de fábrica.

Existen notificaciones que pueden dividirse en alarmas, avisos y errores. Las alarmas representan violaciones de umbrales y pueden almacenarse en registros, además de vincularse a E/S. El M4M 30 puede procesar alarmas complejas. Esto permite combinar alarmas sencillas en una única entidad. Las advertencias se refieren a las condiciones de instalación, mientras que los errores se dirigen al autodiagnóstico del dispositivo.

Datos que son fáciles de consultar

El software de HMI del M4M utiliza avanzadas bibliotecas gráficas integradas provistas de sofisticadas primitivas gráficas que combinan a la perfección con la pantalla nativa en color de 320 x 240 píxeles (QVGA) de 3,5 pulgadas, que admite hasta colores de 65K. El resultado es una excelente visibilidad de los valores en tiempo real, tendencias, iconos y gráficos en 2D independientemente de las condiciones de iluminación.

La gestión de pantallas M4M está soportada por una unidad interna microcontrolador (MCU) optimizada para soportar conjuntos de caracteres UNICODE latinos, europeos, cirílicos y simplificados. Esto da a los menús de  la HMI la flexibilidad de mostrarse en los idiomas locales, incluyendo caracteres chinos simplificados. 

Supervisión de la electricidad totalmente conectada

Los analizadores M4M están equipados con protocolos industriales Modbus, BACnet/IP y Profibus DP-V0 de última generación. Estos cubren las principales aplicaciones objetivo para el análisis de la calidad de la electricidad.

La interfaz de comunicación de los dispositivos permite acceder a distancia a sus datos y así integrarlos en sistemas DMS, BMS, SCADA o servicios en la nube.

Un protocolo diseñado específicamente para la automatización de edificios, BACnet garantiza la plena interoperabilidad de los analizadores M4M con dispositivos compatibles con BACnet utilizando reglas claras e inequívocas para la comunicación entre dispositivos. Esta solución, que cumple plenamente con BACnet Testing Laboratories (BTL), está diseñada para poner la inversión del cliente a prueba de futuro.

Y cuando se trata de dominar los procesos de automatización industrial, la interfaz Profibus de los analizadores M4M es ideal, ya que permite la integración con redes de comunicación multimaestro en tiempo real.

Todos los analizadores M4M están equipados con la versión 4.2 del módulo Bluetooth Low Energy. La comunicación inalámbrica conecta el M4M con la aplicación móvil EPiC (disponible para sistemas IOS y Android). La aplicación EPiC permite la puesta en servicio eficiente de M4M cuando se instala un gran número de unidades. Esto permite una configuración rápida al replicar los ajustes del medidor en varios dispositivos. La comunicación entre M4M y EPiC

móvil utiliza algoritmos de cifrado para proteger los datos a medida que se transfieren y para autenticar los

dispositivos conectados, al tiempo que se cumplen estrictos requisitos de ciberseguridad para evitar ataques de intermediarios.

Servicios escalables

ABB se centra en ofrecer soluciones completas, desde analizadores M4M individuales hasta la integración  completa en la plataforma de computación en la nube ABB Ability™ Electrical Distribution Control  System (EDCS).

Cuando M4M tiene permisos para acceder automáticamente a ABB Ability™ EDCS, reconoce las versiones de  productos instaladas y lee los registros necesarios, lo que se traduce en un proceso de integración perfecto. Con M4M conectado a ABB Ability™ EDCS, los clientes no solo disponen de una visión completa de su demanda de energía, sino que además pueden optimizarla →09.

09. Ventajas clave de los analizadores M4M.
09. Ventajas clave de los analizadores M4M.
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Los clientes tienen la opción de configurar a distancia sus analizadores M4M mediante el software de escritorio Ekip Connect. Esto les permite actualizar el firmware de un analizador accediendo a los servidores de la biblioteca de ABB utilizando imágenes cifradas, lo que garantiza que solo se está instalando firmware original de ABB en el dispositivo.

Arquitectura del hardware

La familia de analizadores M4M ofrece una gama de periféricos. Las diferentes opciones de E/S y alternativas  de comunicación, junto con dos opciones de visualización, ofrecen un total de 13 posibles configuraciones, un nivel de flexibilidad respaldado por el enfoque modular del analizador en cuanto a diseño de hardware y software.

Las placas de circuito impreso ensambladas (PCBA) se apilan juntas →10. Los periféricos pueden configurarse  utilizando PCBA dedicadas, que permiten funciones de entrada/salida y comunicación. Esto permite intercambiar  entradas/salidas digitales, salidas analógicas, comunicaciones en serie, comunicaciones Ethernet o Ethernet con una cadena en serie.

10. Los periféricos pueden configurarse utilizando PCBA dedicadas, que permiten funciones de entrada/
salida y comunicación.
10. Los periféricos pueden configurarse utilizando PCBA dedicadas, que permiten funciones de entrada/ salida y comunicación.
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La placa inferior es responsable del suministro y las mediciones de electricidad. Permite a los usuarios elegir entre soporte regular y bobina Rogowski. La placa superior alberga el microcontrolador principal, Bluetooth, soporte HMI, memoria, RTC, LED y parte del circuito analógico. Dos variantes de esta PCBA permiten elegir entre una pantalla táctil y una HMI de teclas.

La aplicación principal del analizador funciona con un microcontrolador con núcleo ARM M4 Cortex, que proporciona un soporte ideal para su sistema operativo en tiempo real ya que gestiona el procesamiento de señales analógicas, los algoritmos matemáticos para el análisis de la calidad de la energía, la visualización y el control de las comunicaciones.

La comunicación inalámbrica está soportada por un coprocesador dedicado encargado de la comunicación de RF con el host.

Automatización de la producción de M4M

Los analizadores M4M se montan y prueban en una línea de producción automatizada de alta capacidad que garantiza la prefecta trazabilidad de todos los componentes, así como de los resultados de las pruebas desde la primera estación de ensamblaje hasta el envasado y almacenamiento final. Los robots de manipulación controlados por un  ordenador central van desplazando suavemente los analizadores de una estación de prueba a otra hasta  que todas las verificaciones se superan con éxito.

Un generador de intensidad y tensión especialmente preciso aporta a las estaciones de prueba más importantes señales precisas de intensidad y tensión, garantizando así la máxima calidad de la señal durante el proceso de calibración en el 100 % de los analizadores fabricados. Los estrictos criterios de aceptación garantizan que los clientes de ABB solo obtengan productos perfectamente calibrados.

Referencias
[1] Ver página 14 de: https://www.worldgbc.org/sites/default/files/UNEP%20188_GABC_en%20%28web%29.pdf

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