Recogida de datos operativos de subestaciones térmicas por niveles y envío a la administración en empresas de calefacción

Durante la operación de una instalación de calefacción, la sala de control necesita conocer la presión, la temperatura, el caudal y el estado de las válvulas de las subestaciones térmicas de distintos niveles. Al mismo tiempo, la plataforma de supervisión de la administración debe recibir los datos operativos conforme a sus requisitos. Cuando la información está repartida entre cuadros de control de las subestaciones, instrumentos y distintos sistemas, el personal de turno tiene que comprobar la operación y preparar los datos que debe enviar, a menudo procesando varias veces la misma información.

Tomemos como ejemplo una empresa de calefacción con intercambio térmico por niveles. Cada subestación transfiere calor desde la red del nivel superior a la red de su propio nivel, que realiza el transporte de calor correspondiente. El artículo utiliza las siguientes relaciones. Se trata de un escenario ilustrativo, no de resultados de una implantación real en un cliente.

Nivel de la subestación térmica	Lado de la red del nivel superior	Lado de la red del propio nivel	Relación de intercambio
Subestación de nivel 1	Red 1	Red 2	Transferencia de calor de la red 1 a la red 2
Subestación de nivel 2	Red 2	Red 3	Transferencia de calor de la red 2 a la red 3
Subestación de nivel 3	Red 3	Red 4	Transferencia de calor de la red 3 a la red 4

Estas relaciones corresponden a subestaciones distintas de cada nivel; no significa que las redes 1, 2 y 3 estén todas dentro de una misma subestación. En cada una se recogen por separado los datos del lado de la red superior y del lado de la red de su propio nivel. Los dos lados del intercambiador transfieren calor sin mezclar directamente el agua. Deben identificarse conjuntamente el nivel, el emplazamiento y la red a la que pertenece cada punto.

Recoger los datos operativos de ambos lados de cada subestación

Al preparar la conexión, los datos se organizan por «nivel de la subestación, emplazamiento, lado de la red superior o del propio nivel, equipo y punto de medida», en lugar de mezclar todas las variables de presión y temperatura. Por ejemplo, «subestación A de nivel 2, lado de la red superior (red 2), presión de entrada» y «subestación A de nivel 2, lado de la red del propio nivel (red 3), presión de salida» son puntos distintos. Las etiquetas «presión de la red 2» o «presión de la red 3» no sustituyen la identificación del emplazamiento y de la posición.

Objeto de la recogida	Puntos que se definen por separado para ambos lados de cada subestación	Aspectos que deben distinguirse al utilizar los datos
Presión	Presión del agua a la entrada y a la salida	Ubicación del punto, unidad y uso de presión manométrica o absoluta
Temperatura	Temperatura del agua a la entrada y a la salida	Ubicación del sensor y definición de entrada y salida
Caudal	Caudal en las posiciones acordadas del lado de la red superior y del lado de la red del propio nivel	Definir por separado el caudal instantáneo y el volumen acumulado, sin sustituir uno por otro
Válvulas	Variables accesibles, como estado abierto/cerrado, realimentación de apertura y estado de fallo	Distinguir la realimentación real de la consigna de control y recoger los datos según las capacidades del equipo
Otros indicadores operativos	Estado de las bombas de circulación, frecuencia de funcionamiento o fallos de equipos, según las necesidades de la instalación	Utilizar únicamente los datos que el equipo proporciona realmente

La pasarela industrial inteligente Woody lee estos datos a través de las interfaces de comunicación que los equipos tienen habilitadas. Por ejemplo, si un PLC ya concentra las señales de presión, temperatura y caudal, la pasarela puede leer sus variables mediante un protocolo de PLC compatible. Si los instrumentos disponen de Modbus RTU o Modbus TCP, la recogida se configura según el mapa de direcciones de cada instrumento.

Los sensores que solo tienen salida analógica y carecen de interfaz de comunicación deben conectarse primero a un PLC o a un módulo de adquisición adecuado. Los puertos serie y Ethernet de la pasarela no son entradas analógicas. En emplazamientos distintos o en redes de equipos que no pueden comunicarse directamente entre sí, las pasarelas de adquisición deben distribuirse de acuerdo con los límites reales de la red. No se debe suponer que una sola pasarela cubre toda la instalación.

Una vez recogidos los datos, se unifican los nombres de los campos, las unidades, las conversiones de escala y las marcas de tiempo según lo acordado en el proyecto. También se conservan el estado de comunicación, la validez de los datos y la hora de la última actualización. Las desconexiones y los datos que han superado su tiempo de validez deben tratarse explícitamente en la lógica de visualización y envío. Un valor antiguo no debe presentarse como actual, ni debe utilizarse un cero para simular una lectura normal.

La sala de control consulta la operación; la plataforma de la administración recibe los mensajes

La clave de esta solución no es limitarse a conectar los datos a una red, sino llevar la información recogida a dos ámbitos de uso claramente definidos.

Visualización centralizada por nivel, emplazamiento y redes de ambos lados

Si ya existe un software de supervisión configurable o un sistema de monitorización de calefacción, los datos recogidos por la pasarela pueden integrarse en él mediante protocolos o interfaces compatibles en ambos extremos. Ese sistema se encarga de las pantallas, las tendencias y la presentación de la información operativa, sin necesidad de crear otra interfaz completa solo para añadir nuevos puntos de recogida.

Si no hay una interfaz adecuada, también se puede utilizar el entorno de aplicaciones locales de la pasarela para desarrollar paneles operativos y páginas de tendencias según las necesidades del proyecto. Estos se consultan desde el navegador de un terminal de la sala de control con acceso autorizado y conectividad hacia la aplicación. Las pantallas concretas, el registro histórico y los avisos de anomalías requieren configuración o desarrollo: conectar los equipos no proporciona automáticamente un sistema completo de gestión operativa de calefacción. El alcance de la conservación de datos históricos también debe planificarse en función de los recursos de almacenamiento.

Por ejemplo, al configurar una aplicación local para una sola unidad de una subestación de nivel 1, las temperaturas y presiones de ida y retorno del lado de la red superior (red 1) y del lado de la red del propio nivel (red 2), el caudal, la apertura de la válvula de regulación, el estado de las bombas de circulación y los puntos del sistema de reposición pueden situarse junto a los equipos correspondientes. Así, el personal de turno puede consultar los datos siguiendo las tuberías. «Primario» y «secundario» designan los lados relativos de esta unidad de intercambio, no son nombres fijos de las redes de toda la empresa: en una subestación de nivel 2 corresponden a las redes 2 y 3; en una de nivel 3, a las redes 3 y 4. Los valores calculados, como las diferencias de temperatura y presión, deben distinguirse de los valores adquiridos de los instrumentos, y deben mostrarse también la validez de los datos y la hora de la última actualización.

Abrir el SVG original y ampliar los puntos de medida y las tuberías

Todos los valores, estados y horas de la figura son datos de demostración. La pantalla es un diseño ilustrativo de solo lectura que requiere desarrollo a medida y vinculación con los puntos de medida reales, no una interfaz operativa conectada a la instalación. Solo representa un conjunto de intercambio entre las redes 1 y 2 de una subestación de nivel 1; no incluye los circuitos de las redes 2 y 3 de una subestación de nivel 2 ni los de las redes 3 y 4 de una de nivel 3. Para los demás niveles deben crearse páginas propias del emplazamiento y la unidad correspondientes, sin reutilizar directamente las etiquetas de red de esta figura. Las condiciones de escritura en las válvulas y los permisos de control se explican más adelante.

Por ejemplo, si el personal de turno detecta un cambio en la temperatura de salida del lado de la red del propio nivel (red 3) de una subestación de nivel 2, puede contrastar en la página de esa subestación la temperatura, la presión, el caudal y la realimentación de las válvulas del lado de la red superior (red 2). A continuación comprueba las bombas de circulación y la ida y el retorno del lado de la red del propio nivel. Después de comprobar la hora de actualización y el estado de comunicación, decide si debe solicitar una revisión en la instalación. La interfaz concentra la información, pero no debe atribuir automáticamente la causa de un fallo a partir de un único cambio.

Envío de datos según las especificaciones de la plataforma de supervisión

La función de publicación de datos de la pasarela permite integrarse con plataformas mediante MQTT, HTTP/HTTPS y otros métodos. También se puede programar en Lua la conversión de campos y la lógica de envío. Sin embargo, el protocolo y el formato de los mensajes exigidos por la plataforma de la administración deben ajustarse a las especificaciones de conexión que proporcione el organismo correspondiente. La compatibilidad con MQTT o HTTP no significa que sea posible conectarse a cualquier plataforma de supervisión sin adaptación.

Durante la integración, los códigos de empresa, nivel de la subestación, emplazamiento, red de pertenencia, lado del intercambio y punto de medida se relacionan con los campos exigidos por la plataforma. A continuación, se forman los mensajes con las unidades, el formato de fecha y hora, la periodicidad de envío y el método de autenticación establecidos. Incluso para los puntos de la misma red 2, hay que distinguir si están en el lado de la red del propio nivel de una subestación de nivel 1 o en el lado de la red superior de una subestación de nivel 2; no deben fusionarse entre subestaciones ni sustituirse unos por otros. Los valores actuales, las estadísticas por periodo y los acumulados requeridos para la supervisión deben tratarse por separado. Una muestra instantánea no debe utilizarse directamente como resultado estadístico.

La frecuencia de actualización de las pantallas de la sala de control y la periodicidad de envío a la administración pueden ser diferentes y se configuran según cada uso. Tras el envío, también deben procesarse las respuestas o los acuses de recibo conforme a las reglas de la interfaz de la plataforma. Así, el personal de operación y mantenimiento puede distinguir entre «datos recogidos», «solicitud enviada» y «datos recibidos por la plataforma», en lugar de comprobar únicamente si la pasarela está conectada a la red.

Si se interrumpe la conexión de salida, puede diseñarse el envío posterior de los datos pendientes aprovechando la caché sin conexión y la capacidad de reanudar transmisiones interrumpidas de la pasarela. Deben confirmarse de antemano la capacidad de la caché, el tiempo de conservación y el ritmo de envío tras la recuperación, así como si la plataforma admite datos históricos pendientes y cómo elimina los duplicados. Estos envíos conservan la hora original de adquisición: no se deben convertir registros históricos en datos actuales. Tampoco se promete una caché ilimitada ni la ausencia absoluta de pérdidas de datos.

El diagrama anterior de la arquitectura de recogida y envío de datos muestra como ejemplo una conexión 4G mediante el modelo WD2EC. El cliente puede elegir acceso a Internet por WiFi, 4G o cable según las condiciones de la instalación y seleccionar el modelo correspondiente. Si la plataforma de supervisión exige una red privada o un canal de acceso dedicado, debe implantarse conforme a sus requisitos; una conexión ordinaria a Internet no puede sustituirlo.

Consultar la realimentación de las válvulas sin perder el control de los permisos

Recoger el estado de una válvula y modificar su apertura son operaciones distintas. Si solo se necesita monitorización, basta con recoger los estados y la realimentación de apertura que estén disponibles, sin habilitar la escritura por el mero hecho de disponer de comunicación.

Para atender la necesidad de control de válvulas planteada por la empresa, la sala de control puede ajustarlas mediante una interfaz de control adaptada y el canal de escritura de la pasarela. La operación exige cuatro condiciones: que el equipo la admita, que exista autorización de acceso, que se haya realizado la confirmación en la instalación y que los enclavamientos de seguridad estén activos. Primero se comprueban el emplazamiento de destino, la válvula y el valor de consigna cuya escritura está permitida; después se envía la orden y se lee la realimentación de la apertura real o del estado. «Orden enviada» no significa «válvula en la posición solicitada». El PLC o controlador de campo sigue siendo responsable del control local y de la protección de seguridad. La pasarela no sustituye los enclavamientos, y el comportamiento de las válvulas ante una interrupción de las comunicaciones también debe quedar definido en el diseño del control de la instalación.

En esta solución, la interfaz de envío a la plataforma de la administración solo recibe datos para la supervisión; no obtiene por ello permisos para controlar las válvulas. El control de válvulas desde la sala de control y el envío de datos a la administración tienen permisos y flujos de procesamiento configurados por separado. Antes de la implantación deben confirmarse las variables que admiten escritura, el modo de control y las condiciones de enclavamiento. El canal de envío de datos no se convierte automáticamente en un canal de control.

Antes de la conexión, conciliar dos listas

La primera es la lista de puntos de medida de la instalación. Debe precisar las relaciones entre las redes 1 y 2 en las subestaciones de nivel 1, las redes 2 y 3 en las de nivel 2 y las redes 3 y 4 en las de nivel 3. En cada subestación deben confirmarse las posiciones de los puntos de entrada y salida de ambos lados, los modelos de PLC o instrumentos, los protocolos, las direcciones de las variables, los permisos de lectura y escritura, las unidades y las reglas de validez de los datos.

La segunda es la lista de requisitos de integración con las plataformas. Debe definir las interfaces y necesidades de visualización del sistema de la sala de control, así como las reglas de codificación, la estructura de los mensajes, la periodicidad de envío, la autenticación, el canal de red, los acuses de recibo y los requisitos de envío de datos pendientes de la plataforma de supervisión. Solo se envían al exterior los campos autorizados, y las credenciales y los permisos de acceso se gestionan según los requisitos del proyecto.

Una vez relacionadas ambas listas, la pasarela se encarga de recoger y organizar los datos de campo y enviarlos según lo acordado. El sistema de la sala de control o una aplicación local desarrollada a medida se encarga de mostrarlos. La plataforma de la administración recibe los datos de supervisión y realiza sus propios procesos. Así, la empresa de calefacción puede consultar la operación y preparar los envíos a la administración a partir de los mismos puntos de origen, reduciendo la transcripción y la reorganización repetidas, sin perder la trazabilidad del origen, las reglas de tratamiento ni los límites del control.