Renewable energy systems and smart grids: platform to develop final year projects on automation and supervision

[Abstract] Studying Renewable Energy Systems (RES) in engineering degrees is acquiring an increasing importance given the current energetic scenario as well as the expected deployment of intelligent networks for power generation and distribution, the so-called smart grids. In the industrial engineering context, automation and supervision play a vital role, especially for intensifications in Electronics and Automation. Developing a Final Year Project (FYP) constitutes a final stage and a great opportunity for students to achieve skills and knowledge about complementary disciplines. This paper highlights the convenience of applying automation and supervision to renewable energy systems in FYPs of engineering degrees. To this aim, various FYPs successfully completed at the Electrical Engineering, Electronics and Automation Department of the University of Extremadura are presented.Junta de Extremadura; GR1815

Using the open source library Libnodave for monitoring tasks in the Smart Grid scenario

[Abstract] Monitoring in the future intelligent power grids, called Smart Grids, is a critical task for the proper operation and surveillance of the infrastructure. On the other hand, open source systems are being progressively applied in R&D activities. This paper presents the utilization of the open source library Libnodave to communicate a programmable logic controller with a monitoring system through a TCP/IP network. The obtained results prove the feasibility of the proposal to be applied in the Smart Grids scenario.Junta de Extremadura; IB1804

A Survey on Systems Integration in the Energy Automation Domain through OPC Interface

[Abstract] The Object Linking and Embedding for Process Control (OPC) interface provides an effective means to exchange data between automation-related entities, both hardware and software. Since its creation, it has been profusely used not only for industrial scenarios but also for other spheres, among which energy automation is an important scope. In order to portray the relevance of such protocol, this paper presents a survey of applications of OPC communication to manage systems integration in the context of energy automationJunta de Extremadura; GR1815

Integration of sensor and actuator networks and the SCADA System to promote the migration of the legacy flexible manufacturing system towards the industry 4.0 concept

Se implementan redes de sensores y actuadores en los procesos de fabricación automatizados utilizando buses de campo industriales, donde las unidades de automatización y los sistemas de supervisión también están conectados a intercambiar información operacional. En el contexto de la cuarta revolución industrial entrante, llamada Industria 4.0, la gestión de las instalaciones de legado es una cuestión primordial a tratar. Este documento presenta una solución para mejorar la conectividad de un sistema de fabricación flexible heredado, que constituye el primer paso en la adopción del concepto de Industria 4.0. Tal sistema incluye el PROCESO de bus de campo FIELD BUS (PROFIBUS) alrededor del cual se interconectan los sensores, actuadores y controladores. En orden para establecer una comunicación efectiva entre la red de sensores y actuadores y una red de supervision se implementa un enfoque de hardware y software que incluye la conectividad Ethernet. Este se prevé que la labor contribuya a la migración de los sistemas heredados hacia la desafiante industria 4.0 marco. Los resultados experimentales prueban el correcto funcionamiento del FMS y la viabilidad de la propuesta.Networks of sensors and actuators in automated manufacturing processes are implemented using industrial fieldbuses, where automation units and supervisory systems are also connected to exchange operational information. In the context of the incoming fourth industrial revolution, called Industry 4.0, the management of legacy facilities is a paramount issue to deal with. This paper presents a solution to enhance the connectivity of a legacy Flexible Manufacturing System, which constitutes the first step in the adoption of the Industry 4.0 concept. Such a system includes the fieldbus PROcess FIeld BUS (PROFIBUS) around which sensors, actuators, and controllers are interconnected. In order to establish effective communication between the sensors and actuators network and a supervisory system, a hardware and software approach including Ethernet connectivity is implemented. This work is envisioned to contribute to the migration of legacy systems towards the challenging Industry 4.0 framework. The experimental results prove the proper operation of the FMS and the feasibility of the proposal.peerReviewe

Neural Networks-Based Models for Greenhouse Climate Control

[Abstract] Greenhouses are multivariable and nonlinear systems with high degree of complexity, so it is hard to build models that represent the whole dynamics of the system. This paper presents models of greenhouse climate based on neural networks. The models predict inside air temperature and relative humidity in the greenhouse as a function of the variables used as input for the network, as outside temperature, relative humidity, solar radiation, etc., and the actuators state signals, as window opening and others. Data sets used for modelling have been measured with real red pepper plants inside the greenhouse. The developed models are described and the achieved results are reported.[Resumen] Los invernaderos son sistemas multivariables y no lineales con un alto grado de complejidad, por lo que es difícil construir modelos que representen toda la dinámica del sistema. Este artículo presenta modelos de clima de invernadero basados en redes neuronales. Los modelos predicen la temperatura del aire interior y la humedad relativa en el invernadero en función de las variables utilizadas como entrada para la red, como la temperatura exterior, la humedad relativa, la radiación solar, etc., y las señales de estado de los actuadores, como la apertura de la ventana y otros. Los conjuntos de datos utilizados para el modelado se han medido con plantas reales de pimiento rojo dentro del invernadero. Se describen los modelos desarrollados y se reportan los resultados obtenidosJunta de Extremadura; GR1815

Estudio de viabilidad técnica de un desalinizador solar de agua marina

En este trabajo se presentan los resultados del estudio de viabilidad técnica de un equipo para la desalinización de agua de mar que utiliza un desalinizador convencional GEFICO AQ-1/2, de los empleados en la marina para producción de agua potable, alimentado mediante energía solar. Estos desalinizadores obtienen la energía térmica necesaria para la evaporación del agua a partir del calor residual de la refrigeración de los motores del barco. En nuestro caso, este tipo de energía se sustituye por la energía térmica suministrada por captadores solares de placa plana. Así mismo, la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del desalinizador se suministra mediante paneles fotovoltaicos. Para la realización del estudio se han utilizado datos de irradiancia global sobre plano inclinado y de temperatura ambiente obtenidos experimentalmente en el Laboratorio de Termodinámica Técnica de la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Extremadura, aunque la metodología utilizada es extrapolable a cualquier otra localización. Se ha llevado a cabo un análisis de sensibilidad de la instalación solar térmica para estudiar la influencia de distintos parámetros en la producción de agua desalinizada, comprobándose que el parámetro que más influye en dicha producción es el número de captadores térmicos en paralelo. Los resultados del estudio revelan que el sistema es viable técnicamente si se utilizan dos captadores en serie y un número variable en paralelo que depende del caudal de fluido caloportador a utilizar. El análisis de sensibilidad del sistema pone de manifiesto que la producción media de agua dulce es de 200 L/día cuando se utilizan 24 captadores solares térmicos CPD-ML2.0. Para cubrir la demanda de energía eléctrica se deben utilizar 18 paneles fotovoltaicos de 230 W de potencia pico.Los autores de este trabajo agradecen a D. Juan Cárdenas Soriano, Jefe de Máquinas en diversas flotas y buques, sus sugerencias para la realización de este trabajo

Modelado borroso mediante datos de entrada-salida obtenidos con Arduino. Aplicación a una pila de combustible

[Resumen] Los sistemas hardware de bajo coste se están convirtiendo en una alternativa real y práctica a los sistemas de control comerciales, especialmente por su versatilidad y facilidad de programación, unidas, por supuesto, al bajo precio y alta conectividad de dichos dispositivos. Evidentemente, un hardware de bajo coste tiene unas limitaciones respecto al hardware más comercial y costoso, y estas limitaciones deben conocerse y, sobre todo, tenerse en cuenta por su influencia en el sistema donde se vayan a implantar. En este trabajo se estudia la aplicación de un sistema de bajo coste para la obtención de datos para el modelado de un sistema complejo y no lineal como es una pila de combustible.https://doi.org/10.17979/spudc.978849749808

Improving SIEM for critical SCADA water infrastructures using machine learning

Network Control Systems (NAC) have been used in many industrial processes. They aim to reduce the human factor burden and efficiently handle the complex process and communication of those systems. Supervisory control and data acquisition (SCADA) systems are used in industrial, infrastructure and facility processes (e.g. manufacturing, fabrication, oil and water pipelines, building ventilation, etc.) Like other Internet of Things (IoT) implementations, SCADA systems are vulnerable to cyber-attacks, therefore, a robust anomaly detection is a major requirement. However, having an accurate anomaly detection system is not an easy task, due to the difficulty to differentiate between cyber-attacks and system internal failures (e.g. hardware failures). In this paper, we present a model that detects anomaly events in a water system controlled by SCADA. Six Machine Learning techniques have been used in building and evaluating the model. The model classifies different anomaly events including hardware failures (e.g. sensor failures), sabotage and cyber-attacks (e.g. DoS and Spoofing). Unlike other detection systems, our proposed work helps in accelerating the mitigation process by notifying the operator with additional information when an anomaly occurs. This additional information includes the probability and confidence level of event(s) occurring. The model is trained and tested using a real-world dataset

Desarrollo de un generador de gases automático controlado por PLC

[Resumen] Se propone en esta comunicación un sistema generador de gases de automático mediante el cual generar una concentración conocida de hasta cuatro gases o una mezcla de ellos con el objetivo de calibrar cualquier tipo de sensores o detectores de gases. El sistema consta de cuatro entradas controladas por cuatro caudalímetros y cuatro electroválvulas, un módulo de expansión de gases, medidas de seguridad para finalizar el proceso en caso de fallo y por último, un armario robusto que lo contiene. El sistema de control está basado en un autómata V-350 de Unitronics con sistema SCADA incluido mediante el cual controlar el proceso y dos módulos de expansión. Se han realizado una serie de pruebas con objeto de validar el sistema. Para ello se han generado diferentes gases en diferentes concentraciones, obteniendo resultados satisfactoriosEste trabajo ha sido realizado gracias al apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad a través del proyecto TEMINAIR (TEC2013-48147-C6-5)https://doi.org/10.17979/spudc.978849749808

Evaluación de proyectos en asignaturas de automatización y robótica

En este trabajo se presenta la implantación de un sistema de evaluación de proyectos en diversas asignaturas de nuestro departamento relacionadas con la automatización y la robótica. La propuesta docente presentada se basa en la realización por parte de los alumnos de un proyecto abierto de automatización en grupo, en el cual no sólo tienen que diseñar la solución, sino también el problema. La naturaleza abierta del proyecto y el gran número de alumnos, motivó el reparto de los diferentes grupos entre los diferentes profesores de la asignatura. Cada grupo de alumnos tiene al menos dos tutorías con su profesor para acordar el problema a resolver para poder adecuar la complejidad y alcance a los objetivos de la asignatura. La evaluación de los proyectos se realiza mediante una presentación oral el mismo día que el examen escrito de las convocatorias oficiales. La metodología propuesta ha sido implantada con éxitos en diversas asignaturas y han participado más de 600 alumnos durante los últimos años con una gran aceptación tanto por parte del profesorado como de los alumnos