Siemens: evaluación de datos de medición en el suministro eléctrico de tracción con el software FlexPro
Cliente:
Siemens
Sector:
Transporte ferroviario
Proyecto:
Evaluación de datos de medición en el suministro eléctrico de tracción
FlexPro domina las simulaciones complejas en operaciones ferroviarias
Las simulaciones generan grandes cantidades de datos. Para diseñar los suministros eléctricos de tracción, deben determinarse los parámetros correctos a partir de multitud de datos. El uso de software estándar para la evaluación de las mediciones permite cumplir estos requisitos y que los desarrolladores del software de simulación puedan concentrarse en su tarea principal.
El diseño de los sistemas de suministro eléctrico de tracción es muy difícil de realizar mediante cálculos normales. La interacción de los numerosos componentes es muy compleja. Las simulaciones se utilizan para evitar un alto grado de sobredimensionamiento. En la simulación, los trenes circulan siguiendo un horario. Para ello necesitan energía eléctrica de accionamiento o la devuelven al frenar. Las corrientes necesarias circulan por la red de alimentación.
Se necesitan muchas definiciones para realizar simulaciones realistas:
Topografía:
localización de paradas, pendientes, curvas, túneles, puentes, límites de velocidad...Topología:
interconexión de los componentes eléctricos de la red de suministro eléctrico de tracciónDatos del vehículo:
pesos, masas rotativas, resistencias al avance, parámetros eléctricos, eficienciasHorarios (Fig. 1)
Variantes
Fig. 1: Presentación gráfica de un horario como recorrido en el tiempo (escala izquierda: recorrido; escala derecha: paradas. Cada línea es un tren, las secciones horizontales son paradas).
Suministro eléctrico de tracción Siemens AG
Se calcula el comportamiento sin fallos y con fallos de cada una de las hasta 30 subestaciones.
El cálculo se realiza en pasos de tiempo. En todo momento se calcula la red eléctrica, que depende de la ubicación de los vehículos. Todas las tensiones y corrientes se calculan para esta red en función de las necesidades energéticas de los vehículos. Los resultados de los cálculos son archivos de datos similares a los archivos de medición. Se dispone de varios centenares de "magnitudes medidas" a lo largo del tiempo: corrientes, tensiones, potenciales, potencias, ubicaciones... Para estas magnitudes se requieren valores medios, valores efectivos, máximos y mínimos. Además, se requieren magnitudes derivadas, como potencias, energías, cargas asimétricas en la red de alimentación trifásica, pérdidas y ángulos de fase.
Las magnitudes de salida no solo deben estar relacionadas con el tiempo, sino también en parte con la ubicación, por ejemplo, el potencial más alto y más bajo a lo largo del recorrido, la tensión más alta y más baja a lo largo del recorrido, o las corrientes medias y efectivas en la catenaria y los carriles. Los parámetros de entrada también deben emitirse: pendientes a lo largo del recorrido, altura a lo largo del recorrido, límites de corriente de los vehículos a lo largo de la tensión en función del estado de funcionamiento, resistencias al avance a lo largo de la velocidad y horarios como ubicación de los trenes a lo largo del tiempo. Una vez finalizados los cálculos, se hará una comparación de variantes. Lo deseable es la creación automatizada de documentación HTML con los resultados de la simulación calculados, que se entrega al cliente. La documentación HTML consta de tablas y gráficos. Para reducir el trabajo de desarrollo a la hora de analizar y presentar los resultados de la simulación, debe utilizarse un software estándar.
FlexPro impresiona con su base de datos de objetos, FPScript y diagramas y tablas libremente parametrizables
El software de evaluación FlexPro de Weisang se eligió principalmente por las siguientes razones:
La base de datos de objetos, organizada jerárquicamente y cuyo tamaño solo está limitado por el tamaño del disco duro, permite estructurar de forma óptima los resultados de la simulación.
FlexPro dispone de un potente lenguaje de scripts (FPScript) que puede utilizarse para calcular directamente señales de tiempo reales y complejas.
Los diagramas y tablas libremente parametrizables también permiten visualizaciones específicas, como diagramas de horarios.
En una primera aproximación se realizó un filtro de importación especial para FlexPro 5, para los archivos de resultados de texto generados por el software de simulación, que almacena los resultados de cálculo jerárquicamente en un subárbol de una base de datos de objetos FlexPro tras una importación activada manualmente. La documentación se creó de forma semiautomática sin salida HTML. Ya se ha logrado un alto nivel de automatización mediante el uso extensivo del lenguaje de formulación FPScript.
Automatización completa de la evaluación de la simulación
Con la disponibilidad de FlexPro 6 Professional, nada se interponía en el camino hacia una amplia automatización de la evaluación de la simulación. Esta versión permite acceder a todos los elementos del programa a través de interfaces de automatización (modelo de objetos), de modo que los pasos que antes se realizaban manualmente ahora pueden automatizarse utilizando el VBA (Microsoft Visual Basic for Applications) integrado.
La nueva función de exportación HTML también permite elegir el formato de salida deseado. La implantación de las rutinas de automatización fue llevada a cabo por Weisang en estrecha colaboración con Siemens, que se encargó del mantenimiento del proyecto acabado y lo garantizó proporcionando formación de los empleados. En la solución final, las variantes se calculan en paralelo en varios ordenadores, al igual que antes. Los ordenadores de simulación ya no escriben archivos de resultados, sino que transfieren mediante automatización (DCOM) los resultados de la simulación como clientes directamente a una base de datos que se ejecuta en un servidor predeterminado (véase la fig. 2).
Una vez transferidos los datos de simulación, el ordenador de simulación correspondiente activa la evaluación de la variante en el ordenador servidor. Una vez calculadas todas las variantes, el último cliente activa el cálculo de la comparación de variantes. Este cálculo va seguido de la exportación de toda la evaluación en forma de web HTML navegable en una carpeta definida para el proyecto. Los datos de salida ya están definidos en los archivos de entrada para el cálculo de la simulación. El programa de simulación controla las funciones y macros de FlexPro necesarias a través de la interfaz DCOM. La base de datos contiene todos los datos relevantes, independientemente de la salida. También es posible ver varias evaluaciones al mismo tiempo, lo que facilita mucho la visión de conjunto y la comparación de los cálculos.
Fig. 2: Interacción de los componentes del programa: los datos de entrada determinan la salida HTML a través del programa de simulación y la interfaz DCOM en FlexPro.
Suministro eléctrico de tracción Siemens AG
Implementación de Flexpro y datos clave
Los diagramas y tablas utilizados se guardan en una carpeta de plantillas. Las plantillas se copian y solo se modifican por automatización cuando es absolutamente necesario, para conservar la mayor flexibilidad posible. El tamaño de la base de datos de plantillas es de 5 MB.
Entretanto, se pueden seleccionar dos idiomas para la salida. La base de datos de plantillas contiene las funciones de evaluación, planillas, tablas y diagramas predefinidos. No obstante, es posible realizar evaluaciones especiales en cualquier momento, por ejemplo, para localizar problemas o responder a preguntas especiales. Todas las macros pueden ejecutarse también manualmente.
La cantidad de datos generados, incluidos los valores calculados, es de hasta 600 MB. Los siguientes tiempos de ejecución del ordenador muestran la complejidad de la simulación de un juego de conducción: dependiendo de la complejidad del sistema de vías subyacente y del horario, la simulación del horario tarda desde unos minutos hasta 12 horas por variante (PC de 2 GHz). La evaluación de cada variante puede tardar hasta cuatro horas, y la comparación de variantes, hasta seis horas de ordenador. La programación de VBA del software se realiza según el mismo modelo de objetos que el programa de simulación.
En detalle, el proyecto VBA correspondiente tiene:
27 módulos de clase
34 módulos
4 formularios
El resultado gráfico es muy amplio:
500 gráficos con un total de 3000 tamaños por variante.
22 tablas por variante más 10 tablas para la comparación de variantes. Las tablas tienen varios cientos de filas cada una.
Fig. 3: Salida típica de una subestación. Arriba: potencia aparente absorbida, potencia CC entregada, pérdida; abajo: tensión y corriente
Suministro eléctrico de tracción Siemens AG
Conclusión: FlexPro aumenta la eficiencia y minimiza el trabajo de desarrollo
Al optar por el software estándar FlexPro, el trabajo de desarrollo para evaluar los datos de simulación se ha reducido considerablemente. En concreto, la combinación de los puntos fuertes de VBA y el lenguaje de formulación FPScript ha permitido reducir al mínimo el trabajo de programación.
El uso de plantillas para documentos, tablas y diagramas permite realizar cambios sencillos sin grandes esfuerzos de programación (por ejemplo, para traducirlos a otro idioma de salida). El alto grado de automatización ofrece al ingeniero la posibilidad de centrarse más en la optimización del suministro eléctrico de tracción.
Artículo de MessTec & Automation 9/2003
