Diseño e implementación de un banco de pruebas para un sistema de control embebido de helióstatos

Abstract

Tesis de maestría en ciencias de la ingeniería. Un campo de helióstatos está conformado por una torre central, donde se transforma la energía solar en eléctrica mediante un proceso termo-eléctrico, y un número finito de seguidores, llamados helióstatos, cuyo objetivo es el redireccionamiento del rayo solar hacia el blanco en la torre. El desempeño del sistema de control de helióstatos está sujeto a diversas condiciones de operación y a factores de perturbación que pueden afectar la gestión de las operaciones del seguidor y ocasionar daños graves al equipo. Estos factores son: temperatura, viento, vibración, características mecánicas, sistema de control, entre otros. El objetivo de este trabajo, es desarrollar un sistema que apoye a la realización de un banco de pruebas de helióstatos, donde se evalúen los seguidores en base a factores de perturbación y estados de operación. El banco de pruebas está diseñado para implementarse en la Plataforma Solar de Hermosillo (PSH), con el fin de realizar mejoras para futuros diseños de sistemas de control. Este documento muestra las pruebas que se incluyeron en el banco, las cuales son: pruebas térmicas, que simulan las condiciones estresantes de calor a las que se encuentra el campo; prueba del error del sistema de control, evaluando diferentes intensidades del viento a la estructura, la vibración por efectos de viento o mecánicos del seguidor; y el error del controlador, calculando el error que existe en la posición del seguidor durante las operaciones de seguimiento. Los resultados mostrados por los experimentos anteriores revelan que, las condiciones térmicas son un factor importante para el correcto funcionamiento del sistema; además que el entorno Arduino puede ser un candidato prometedor a futuras mejoras en los seguidores por su capacidad de soportar altas temperaturas de operación (hasta 80 grados Celsius) y desempeñar tareas importantes, en lugar del cRIO; por lo que hace falta realizar más pruebas para corroborar lo anterior. En relación a los resultados de la prueba del error de control, se reveló información importante del sistema SCADA, el cual tiene varias fallas en su programación, resultando en un sistema asincrónico, por lo que el error aumenta a lo largo del tiempo. Con lo que respecta a la evaluación de viento y vibración, esta muestra correlación con el error de control, siendo que a mayor velocidad en las cargas de viento se obtiene como resultado un incremento del error y de la frecuencia de vibración de la estructura del helióstato.