FASE 4 - SUSTENTAR EL SISTEMA DE TELECONTROL QUE DA SOLUCIÓN AL PROYECTO DAIRO JOSE SÁNCHEZ RICARDO Cód. 9.020.707 VERO
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FASE 4 - SUSTENTAR EL SISTEMA DE TELECONTROL QUE DA SOLUCIÓN AL PROYECTO
DAIRO JOSE SÁNCHEZ RICARDO Cód. 9.020.707 VERONICA HERAZO Cód.
Tutor: ERIK MIGUEL BARRIOS
Curso: TELECONTROL
Grupo: 203052_14
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTRÓNICA BARRANQUILLA 2019
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INTRODUCCIÓN En este trabajo, se sustentará el proyecto de telecontrol de una planta de tratamiento de agua potable y se analizará la temática correspondiente a controles centralizados en un sistema SCADA, a través de una interfaz HMI, GUI y de funcionamiento de la unida maestra MTU, en donde se buscará comprender los elementos de control de estos sistemas como también la compresión en la adquisición de datos y control supervisorio. Además, se analizará en detalle los elementos, que componen la interfaz de usuario diseñada para la operación y supervisión de todos los sistemas operativos de la planta de tratamiento de agua potable, también se explicará el funcionamiento del proyecto realizado a través de una interfaz grafica diseñada en el software Labview.
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Análisis de los artículos científicos investigados, explicando los aportes significativos que permitió el desarrollo del proyecto.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Se trata de una aplicación formado por diferentes Software, diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control y supervisión de la producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (Controladores, PLC…) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa. Normalmente existe uno o varios ordenadores, que efectúa las tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. Un sistema SCADA (Figura 1.1) incluye un Hardware de señal de entrada y salida, controladores, HMI, comunicaciones, redes, base de datos y software.
Fig.1.1. Esquema sistema SCADA (http://www.uhu.es)
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Estación Maestra: Recibe datos del estado de los equipos en campo que es enviada por las estaciones remotas (RTU). Procesa la información y envía comandos a las estaciones remotas para mantener las variables de los procesos dentro de los parámetros establecidos [4]. Dependiendo del tipo de sistema SCADA la estación maestra, (Figura 1.2) puede ser un ordenador con un software de supervisión y control o un PLC con capacidad de comunicación que realizará la tarea de leer la información de las unidades remotas.
Fig.1.2.Estación Maestra (https://repositorio.espe.edu.ec)
Unidades Remotas (RTU): Controlan las señales de entrada y salida del campo, además monitorean las condiciones de los dispositivos de campo y almacenan los estados de las alarmas. Envían los estados y las alarmas de los equipos de campo y reciben los comandos de la estación maestra. Una consideración de RTU (Figura 1.3) puede ser dependiendo del número de señales de entrada y salida que manejen. Hasta 100 señales se las denomina como pequeñas, entre 100-500 señales I/O como medianas y si el número de señales es mayor, se las consideran grandes.
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Fig.1.3.Unidades Remotas (RTU) (http://www.fanox.com)
Red de Telemetría: Permiten establecer el intercambio de información entre la Estación Maestra y las Unidades Remotas (Figura 1.4). Topología usada: Corresponde al arreglo geométrico de los nodos. Entre los principales se tiene el punto a punto, punto a multipunto, etc. Modo de transmisión: Es la forma como viaja la información entre los distintos nodos de la red. Medio utilizado: Corresponde al tipo de medio utilizado para enviar y recibir la información. Componentes de la Red de Telemetría:
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Fig.1.4. Red de Telemetría (http://www.telemetria.com)
Estación de Supervisión: Permite la visualización gráfica del estado del proceso (Figura 1.5), es decir, proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta.
Fig.1.5. Estación de Supervisión (http://www.telemetria.com)
Los módulos o bloques de software que permiten las actividades de control, supervisión y adquisición de datos son [5], [6]:
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Configuración: Permite al operador definir el entorno de trabajo del sistema SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar (Figura 1.6).
Fig.1.6. Paleta entorno de trabajo LabVIEW (Elaboración propia)
Interfaz gráfica del operador: Proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos de fácil interpretación, con representación de los parámetros más importantes del proceso. Estos parámetros estarán centrados en las presiones, temperaturas de las turbinas y caudal de aire que circula por la caldera. Con objeto de que sea más clara su interpretación y el estado de cada parte de la central, se emplearán imágenes animadas que aclararán el estado en todo momento.
Módulo de proceso: Ejecuta las acciones de mando predefinidas por el operario al iniciar el proceso o leídas en el caso de que el proceso esté iniciado. El sistema SCADA se encargará de que se cumplan unos objetivos concretados, de no ser así, impondrá las acciones necesarias. La programación se realiza por medio del lenguaje de programación en LabVIEW descrito en el siguiente capítulo.
Gestión y archivo de datos: Se encarga del almacenamiento procesado ordenado de los datos (solo se guardarán datos sobre anomalías de funcionamiento), tanto en una tabla en el propio SCADA, como en un archivo aparte con extensión Excel. Además, con el fin de agilizar el tiempo de respuesta y que el operario se entere de si hay alguna anomalía, se enviará un correo en el caso de que se produzca esta, pudiendo facilitar esa información al operario sin necesidad de estar en la situación del proceso industrial, disminuyendo notablemente el tiempo de respuesta del operario, lo cual puede ser importante debido a las causas que pueden tener lugar en el caso de que no se responda inmediatamente ante el fallo en el proceso industrial. Pág. 7
Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de los elementos informáticos de gestión.
HMI Interfaz hombre-máquina (HMI) Es una interfaz de usuario o panel de control que conecta a una persona con una máquina, sistema o dispositivo. Si bien el término se puede aplicar técnicamente a cualquier pantalla que permita a un usuario interactuar con un dispositivo, HMI se usa más comúnmente en el contexto de un proceso industrial. Aunque HMI es el término más común para esta tecnología, a veces se le conoce como Interfaz hombre-máquina (MMI), Terminal de interfaz del operador (OIT), Interfaz de operador local (LOI) o Terminal del operador (OT). La HMI y la Interfaz gráfica de usuario (GUI) son similares, pero no son sinónimos: las GUI a menudo se aprovechan dentro de las HMI para capacidades de visualización. En entornos industriales, los HMI pueden utilizarse para:
Mostrar visualmente los datos Seguimiento del tiempo de producción, tendencias y etiquetas Supervisar KPIs Monitorear las entradas y salidas de la máquina.
De manera similar a como interactuaría con su sistema de aire acondicionado para verificar y controlar la temperatura en su casa, un operador de la planta podría usar un HMI para verificar y controlar la temperatura de un tanque de agua industrial, o para ver si una bomba determinada En la instalación se está ejecutando actualmente. Los HMI vienen en una variedad de formas, desde pantallas integradas en máquinas, monitores de computadora, tabletas, pero independientemente de su formato o del término que use para referirse a ellos, su propósito es proporcionar información sobre el desempeño y el progreso mecánico. La tecnología HMI es utilizada por casi todas las organizaciones industriales, así como por una amplia gama de otras compañías, para interactuar con sus máquinas y optimizar sus procesos industriales.
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Principales servicios realizados por la interfaz de máquina humana (HMI) se detalla a continuación:
Proporcionar interfaz para la comunicación SCADA entre hardware y software Mostrar toda la información operativa de SCADA, como Control y seguimiento y comunicación. estado entre la unidad terminal maestra (MTU) y Unidades terminales remotas (RTU) y / y remotas Unidades terminales (RTU) y unidad terminal principal (MTU) en la forma de texto o gráfico y / y otros texto legible por humanos También proporciona la conversión entre varios tipos de datos tales como analógico a digital, digital a analógico, Texto legible digital / analógico a humano y texto a digital / analógico Algunos de los usos típicos del software por el sistema SCADA.(Stouffer y Kent, 2006) son los siguientes a continuación: Se basa el “nodo operativo de la estación maestra (computadora)” en la plataforma UNIX y usos para el control maestro hardware de la estación “Nodo de operación de la estación terminal” se usa para Controlando el hardware de la estación terminal y por lo general, La funcionalidad del nodo operativo de la estación maestra es la misma como nodo de operación de la estación terminal “Software de estación maestra (Aplicación)”; proporciona usuario interfaz o interfaz gráfica de usuario y operar / control “Comunicación entre la unidad terminal maestra (MTU) y unidades terminales remotas (RTU) y / y remotas Unidades terminales (RTU) y unidad terminal principal (MTU) ”. En el otro lado, el software de la estación terminal. (Aplicación) ", es básicamente parte de la estación maestra software y se utiliza para acceder a la información / datos, es decir, disponible en el software de la estación maestra (Aplicación)
Los "controladores de protocolo" se encuentran generalmente en ambos maestros estación y comunicación de la estación terminal y se utiliza para control de traducción e interpretación de datos “entre Unidad de terminal principal (MTU) y terminal remota Unidades (RTU) y / y Unidades terminales remotas (RTU) y unidad terminal principal (MTU)
Se utiliza “Herramienta para la gestión de redes” para Control de comunicación de la red SCADA y propósitos de monitoreo tales como verificar la red resultados de rendimiento. En el otro lado, “Automatización. herramientas para la estación terminal remota ”es utilizada por Operadores SCADA para realizar la configuración y mantener aplicaciones de estación terminal remota
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GUI Interfaz gráfica de usuario (GUI): Permiten comunicarse con el ordenador de forma rápida e intuitiva representando gráficamente los elementos de control y medida. La interfaz gráfica de usuario (Graphical User Interfaz) es la interfaz más utilizada en la mayoría de las aplicaciones de software modernas. Se refiere a la ventana que contiene todos los elementos del software. La interacción del usuario se produce a través del ratón y el teclado. También se pueden utilizar botones y menús en la ventana del software. Esta ventana es la interfaz entre el usuario y el software. Los elementos típicos, como las barras de herramientas, también son comunes. Tales elementos también permiten un proceso algo similar a través de diferentes sistemas operativos para interacciones comunes. El diseño de una interfaz gráfica de usuario puede determinarse con la ayuda de un diseño de una pantalla. MTU Unidad Terminal Principal (MTU) El controlador central o la unidad terminal maestra en forma de un servidor (computadora) y / o grupo de subservidores. Conectado directa o indirectamente con el servidor principal, a través de un enlace de comunicación como “Área Local Red (LAN) y / y Red de área amplia (WAN) ”. La interfaz de máquina humana (HMI) se instala normalmente en Unidad Terminal Principal (MTU) o centro de control y Proporcionar facilidad para visualizar la información que viene. desde unidades terminales remotas. Se muestra la información. En forma comprensible, como en forma de texto. y gráfica, que será fácilmente comprensible para Usuarios / operadores de SCADA durante la comunicación.
Así, cada terminal de usuario o sub-terminales visualizarán información asociada en la pantalla de visualización por conectado con servidor principal a través de medios de comunicación. Pocos años antes, el sistema SCADA tiene muchos incompatibilidades en los términos de software / hardware. conectividad y visualización de información / datos, pero con gran revolución en DCS (control distribuido. sistema), ahora SCADA proporciona pantalla de alta resolución (pantalla). Por lo tanto, los operadores de SCADA pueden ver fácilmente el mapa del sitio o la vista operativa de la estación remota en alto resolución y también resolvió con éxito la Problemas de compatibilidad durante el hardware / software. Configuración e instalación. Entonces, cualquier SCADA El software / hardware se instalará y operará fácilmente, mientras que Conexión con servidor simple (computadora) incluido computadora de la casa o computadora de la oficina que tiene Microsoft Ventanas (XP, ventana 7 u 8). Con las Pág. 10
compatibilidades de software avanzadas de SCADA. y conectividad, abrir nuevas formas de instalar SCADA Las aplicaciones del sistema incluyen modelado SCADA y aplicación de simulación, modelado hidráulico, sistema de información geográfica, dibujo. Aplicaciones y bases de datos dentro de una sola computadora. como computadora de la casa o la oficina (Stouffer y Kent, 2006; Musa et al., 2013b). Principales servicios realizados por la Unidad Terminal Principal (MTU) se detalla a continuación: Monitorear y controlar toda la comunicación SCADA. a través de enlace de comunicación como LAN / WAN (señales de radio, línea telefónica, conexión por cable, medios satelitales y de microondas). Uso de software de máquina humana; visualizado el Datos / información relacionados con SCADA. Comunicación en forma de texto y gráfica. Enviar datos / mensajes de solicitud a RTUs incluidos actuales estado de las RTU, recopilación de información de las RTU, Compruebe el enlace de comunicación y al recibir información / datos de RTUs, realizar adquisición
Análisis de la entrevista realizada al profesional en la fase1 explicando las operaciones unitarias que se desarrollan al interior de una planta e identificando cuales fueron los otros requerimientos necesarios que tuvieron en cuenta para la solución del proyecto.
Reconocer el objetivo del uso del agua potable, ya sea industrial, municipal, o uso de embotellado.
Realizar una caracterización o análisis físico químico para implementar la planta de tratamiento de agua.
Se plantea un diseño para iniciar un sistema de tratamiento de agua. Tanque de captación con sistema de bombeo. Tanque de inyección de productos químicos de acuerdo a la caracterización del agua. Tanque de oxidación para tener tiempo de retención. Tanque de clarificación. Pág. 11
Tanque de filtración Tanque de contacto con dosificación de cloro para eliminación de microbiología.
Conocer el tipo de agua o calidad de agua, que se tratará para conocer qué tipo de tratamiento realizar.
Se requiere un pretratamiento del agua.
Establecer los parámetros según la normativa vigente resolución 2115 de 2007, Calidad del agua potable.
Análisis floculación, ph, dureza, alcalinidad.
Floculación y coagulación.
Sistema de bombeo de agua en el sistema.
Filtros de arena o antracita verde
Filtros de arena.
Filtros de carbón.
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Análisis de los requerimientos del proyecto y explicación de la interfaz HMI propuesta. La planta de tratamiento de agua cuenta con un tanque de almacenamiento de químicos (tanque 1) que permite mezclar los químicos con el agua, de manera que se pueda suministrar a un segundo tanque de almacenamiento de 10.000 L conocido como tanque de oxidación(tanque 2); en este tanque se realiza el proceso de oxidación el cual permite la reducción de olores, sabores desagradables y la eliminación de metales presentes en el agua. La salida del agua de este tanque debe ingresar a otro de la misma capacidad conocido como tanque de clarificación (Tanque 3) donde se realiza el proceso de clarificación del agua. En este tanque hay un agitador con un motor y se realiza la remoción del 98% de los sólidos suspendidos en el agua, posteriormente la salida de agua pasa en paralelo a 4 tanques de filtrado (tanques A, B, C y D) de 2.500 L que tienen la misma altura de los tanques de oxidación y clarificación para mantener el nivel del agua. En estos tanques de filtrado se realiza el proceso de filtración y se eliminan hasta el 99% de los sólidos suspendidos en el agua y la contaminación microbiológica. La salida de estos tanques ingresa al tanque de contacto (Tanque 4) de capacidad de 20.000 L donde se realiza la dosificación adecuada de cloro para tener un proceso de desinfección en el agua eliminando el 99% de los patógenos causantes de los problemas de salud, finalmente el agua puede ser enviada para el consumo. Es importante mencionar que el suministro del líquido para la planta de tratamiento de agua es tomada de unos acuíferos que están a un kilómetro de la planta y se hace necesario tener control de los elementos de manera remota.
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Interfaz HMI en Labview.
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CONCLUSIONES Las funciones y características de los sistemas SCADA, nos muestra la importancia que estos sistemas de visualización tienen en la industria y otros ámbitos cotidianos, en los cuales podemos comandar y controlar procesos a través de interfaces graficas de usuario, lo que nos permite poder diseñar y analizar el funcionamiento lógico de cualquier tipo de proceso industrial o tecnológico; también se ha comprendido el uso de estos sistemas a lo largo de su aparición en la industria, conociendo los elementos de control que se pueden implementarse en los diferentes proyectos según sea la necesidad.
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Referencias Diseño de pantalla. (s.f.). Obtenido de https://es.ryte.com/wiki/Dise%C3%B1o_de_Pantalla DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SCADA PARALA MONITORIZACIÓN DE UNA CENTRAL TÉRMICA. (s.f.). Obtenido de https://uvadoc.uva.es/bitstream/10324/26701/1/TFG-P-711.pdf Inductive automation. (s.f.). Obtenido de https://inductiveautomation.com/resources/article/whatis-hmi Miniproyecto automatización industrial. (s.f.). Obtenido de https://ocw.upc.edu/sites/all/modules/ocw/estadistiques/download.php?file=14589/2011/1 /54326/40201-3452.pdf National Instruments. (s.f.). Recuperado el 15 de marzo de 2017, de http://www.ni.com/gettingstarted/labview-basics/esa/environment Rodríguez, P. A. (2007). Sistemas scada (2a. ed.). Pp. 19-33. (s.f.). Obtenido de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=36&docID=3175 459&tm=1541026896964 SCADA System ́s & Telemetry. (s.f.). Obtenido de https://www.aiu.edu/applications/DocumentLibraryManager/upload/SCADA%20System %C2%B4s%20&%20Telemetry.pdf
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