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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA FASE DE RECONOCIMIENTO

TELECONTROL FASE DOS REQUERIMIENTOS DE DISEÑO DEPROYECTO

PRESENTADO POR: IVAN DAVID ARCOS REYES

TUTOR: ERIK MIGUEL BARRIOS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD FACULTAD DE INGENIERIA CEAD PASTO 2019 1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA FASE DE RECONOCIMIENTO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD OBJETIVOS GENERALES 

Realizar una identificación de los diferentes sistemas de interfaz gráfica utilizados para sistemas de automatización industrial, en conjunto a sus principales características y sus principales aplicaciones.

ESPECIFICOS  Identificar las principales características de la interfaz hombre máquina HMI  Identificar las principales características de la interfaz gráfica de usuario GUI  Identificar las principales características de la unidad máxima de transferencia MTU

INTRODUCCION

Actividad Individual 1. Definir las funciones, características e importancia de los siguientes elementos en un Sistema SCADA.  HMI  GUI  MTU Presentar dos ejemplos de sistemas SCADA

aplicado en la industria donde se

identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento HMI

El interfaz hombre máquina (HMI ) es la interfaz entre el proceso y los operarios; se trata básicamente de un panel de instrumentos del operario. Es la principal herramienta utilizada por operarios y supervisores de línea para coordinar y controlar procesos industriales y de fabricación. El HMI traduce variables de procesos complejos en información útil y procesable. Una interfaz de usuario asistida por ordenador, actualmente una interfaz de uso, también conocida como interfaz hombre máquina (IHM), forma parte del programa informático que se comunica con el usuario. En ISO 9241-110, el término interfaz de usuario se define como” todas las partes de un sistema interactivo (software o hardware) que proporciona la información y el control necesarios para que el usuario lleve a cabo una tarea con el sistema interactivo” La función de los HMI consiste en mostrar información operativa en tiempo real y casi en tiempo real. Proporcionando gráficos de procesos visuales que aportan significado y contexto al estado del motor y de la válvula, niveles de depósitos y otros parámetros del proceso. Suministrar información operativa al proceso, y permiten el controlar y la optimización al regular los objetivos de producción y de proceso.

Se ha generado una sobrecarga de información de forma involuntaria y esto se acentúa debido a la escazes de mano de obra cualificada para comprender toda está información. Además la responsabilidad de los operarios a menudo es enorme; los turnos son demasiados largos y el cansancio de los operarios está generalizado. Debido a que este problema aumenta año tras año, nunca ha sido tan necesaria la facilidad del uso. En primer lugar, los HMI modernos deben centrar de manera automática la atención del operario sobre los problemas. Debe seguir procedimientos operativos estándar y asegurar la identificación putual y sencilla de las condiciones normales. Un diseño avanzado y con conocimiento de la situación debe ayudar al operario a ver lo que ocurre, centrarse en el problema y proporcionar de inmediato las pantallas pertinentes. En segundo lugar, los HMI modernos deben perseguir algo más que la visualización de procesos. Debe conectar personas, aplicaciones y máquinas para lograr un nívle superior de colaboración, eficiencia y economía. El HMI debe exponer la información pertinente a las personas apropiadas y en el momento adecuado; permitirles tomar mejores decisiones en función de la información más cuantificable y precisa posible. El interfaz HMI consiste en mostrar información operativa en tiempo real y casi en tiempo real. Proporcionan gráficos de procesos visuales que aportan significado y contexto al estado del motor y de la válvula, niveles de depósito y otros parámetros del proceso. Para productos con un ciclo de vida largo, la interfaz hombre-máquina (HMI) se ha ido optimizando con los años. Hay dos botones que ya no están en los dispositivos de reproducción de audio y vídeo, y que eran comunes en los ochenta: La función del interruptor para pasar a la toma anterior o a la siguiente toma estaba integrada en los botones de adelantar y rebobinar. Para ello, la interfaz de usuario se volvió más compleja, ya que cada uno de los dos botones tenía dos funciones. Para los desarrolladores de interfaces de usuario, una reducción así desempeña un papel principal: La reducción del acceso a una máquina compleja con unos pocos controles puede facilitar el manejo básico pero normalmente no es adecuado para la complejidad. Con los sistemas operativos tan complejos de los equipos modernos, este objetivo en cuestión se soluciona por medio de dos categorías de interfaz de usuario / interfaz

hombre-máquina (HMI): Una muestra al usuario los iconos habituales, la papelera de reciclaje, la carpeta, etc., los cuales comprende y puede manejar inmediatamente sin tener que emplear tiempo en aprenderlos: por ejemplo, si hace clic en un vínculo se abre el sitio web pretendido. La otra les permite utilizar una interfaz de línea de comandos para acceder al sistema del equipo a bajo nivel, sin embargo esta requiere una gran cantidad de aprendizaje. Por ejemplo taskkill /F /IM iexplore.exe finaliza todos los procesos relacionados con Internet Explorer en un sistema Windows. GUI

La Interfaz gráfica de usuario, también conocida como GUI (Graphical User Interface), es un programa que hace las veces de intermediario entre usuario y máquina. Un software que muestra de forma visual todas las acciones posibles en una plataforma, así como la información disponible, para que los usuarios puedan interactuar con mayor facilidad y sin necesidad de disponer de profundos conocimientos de informática. Existen de varios tipos, como pueden ser GUI o ZUI, además de las interfaces de pantallas táctiles o las naturales, NUI. Todas ellas aparecen con mayor o menor frecuencia en diferentes tipos de dispositivos, además de contar con ciertas peculiaridades que las diferencian entre ellas. Por ejemplo, las NUI, gozan de la particularidad de no necesitar ningún dispositivo de entrada, véase un ratón, un teclado o un lápiz. Recurren a la interacción directa del usuario con sus dedos o sus propias manos, algo parecido a lo que ocurre actualmente con cada app o web que visitamos en nuestros smartphones. La interfaz gráfica de usuario sirve para simplificar y hacer mucho más cómoda la interacción entre una persona y un dispositivo. Permite a las empresas ofrecer soluciones personalizadas e imprimar su estilo en todo aquello que implique al consumidor o lead informarse sobre ellas. Del mismo modo,

también permite que la comunicación entre ambas partes sea más sencilla. La finalidad principal de esta solución no es otra más que la accesibilidad, permitir que el aprovechamiento de la tecnología sea algo al alcance de cualquiera. Los principales sistemas operativos actuales proporcionan una interfaz gráfica usuario. Las aplicaciones suelen utilizar los elementos de la interfaz gráfica de usuario, que vienen con el sistema operativo, y añadir sus propios elementos e ideas gráficas en la interfaz de usuario. A veces una GUI usa una o más metáforas para objetos familiares en la vida real, como el escritorio, la vista a través de una ventana, el diseño físico en un edificio. Los elementos de una GUI incluyen cosas como: ventanas, menús desplegables, botones, barras de desplazamiento imágenes icónicas, asistentes, el ratón, y sin duda muchas cosas que aún no se han inventado. Con el creciente uso de la multimedia como parte de la interfaz gráfica, las interfaces de sonido, voz, movimiento de video e interfaces de realidad virtual parecen convertirse en parte de la GUI para muchas aplicaciones. La interfaz gráfica de usuario de un sistema, junto con sus dispositivos de entrada, a veces se denomina "look-and-feel". La GUI familiar a la mayoría de nosotros hoy, en cualquiera de los sistemas operativos Mac o Windows y sus aplicaciones, se originó en el Laboratorio de Investigación de Xerox Palo Alto, a finales de 1970. Apple lo utilizó en sus primeras computadoras Macintosh. Posteriormente, Microsoft utilizó muchas de las mismas ideas en su primera versión del sistema operativo Windows para PCs compatibles con IBM. Al crear una aplicación, existen muchas herramientas orientadas a objetos que facilitan la escritura de una interfaz gráfica de usuario. Cada elemento GUI se define como un widget de clase, desde el que puede crear instancias de objetos para su aplicación. Puede codificar o modificar los métodos pre-empaquetados que utilizará un objeto para responder a los estímulos del usuario. MTU

La unidad máxima de transferencia (Maximum Transmission Unit - MTU) es un término de redes de computadoras que expresa el tamaño en bytes de la unidad de datos más grande que puede enviarse usando un protocolo de comunicaciones. Ejemplos de MTU para distintos protocolos usados en Internet: 

Ethernet: 1500 bytes



PPPoE: 1492 bytes



ATM (AAL5): 9180 bytes



FDDI: 4470 bytes



PPP: 576 bytes

Para el caso de IP, el máximo valor de la MTU es 64 Kilobytes (2 16 - 1). Sin embargo, ése es un valor máximo teórico, pues, en la práctica, la entidad IP determinará el máximo tamaño de los datagramas IP en función de la tecnología de red por la que vaya a ser enviado el datagrama. Por defecto, el tamaño de datagrama IP es de 576 bytes. Sólo pueden enviarse datagramas más grandes si se tiene conocimiento fehaciente de que la red destinataria del datagrama puede aceptar ese tamaño. En la práctica, dado que la mayoría de máquinas están conectadas a redes Ethernet o derivados, el tamaño de datagrama que se envía es con frecuencia de 1500 bytes. Los datagramas pueden pasar por varios tipos de redes con diferentes tamaños aceptables antes de llegar a su destino. Por tanto, para que un datagrama llegue sin fragmentación al destino, ha de ser menor o igual que el menor MTU de todos los de las redes por las que pase. En el caso de TCP/UDP, el valor máximo está dado por el MSS (Maximum Segment Size), y toma su valor en función de tamaño máximo de datagrama, dado que el MTU = MSS + cabeceras IP + cabeceras TCP/UDP. En concreto, el máximo tamaño de segmento es igual

al máximo tamaño de datagrama menos 40 (que es número mínimo de bytes que ocuparán las cabeceras IP y TCP/UDP en el datagrama). Lamentablemente, cada vez más redes bloquean todo el tráfico ICMP (p.ej. para evitar ataques de denegación de Servicio - DoS (Denial of Service), lo que impide que funcione el descubrimiento del MTU del camino. A menudo podemos detectar estos bloqueos cuando la conexión funciona para un bajo tráfico de datos, pero se bloquea tan pronto como un host envía un bloque grande de datos de una vez. También, en una red IP el camino desde el origen al destino a menudo se modifica dinámicamente, como respuesta a sucesos variados (balanceo de carga, congestión, etc.); esto puede hacer que el MTU del camino cambie (a veces repetidamente) durante una transmisión, lo que puede introducir que los paquetes siguientes sean desechados antes de que el host encuentre un nuevo MTU fiable para el camino. La mayoría de las redes de área local Ethernet usan una MTU de 1500 bytes. 2. Presentar dos ejemplos de sistemas SCADA

aplicado en la industria donde se

identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento Diseño e implantación de un sistema SCADA para una planta de producción y envasado de líquidos Esta planta piloto está compuesta por tres etapas de proceso: evaporación, mezcla y embotellado. Dispone de dos evaporadores de tamaño y características distintas, dos tanques mezcladores iguales y dos tanques de embotellado, también iguales. La topología de elementos de la planta y su conexionado permite simultáneamente la producción y el envasado de cantidades (volumen de producción: primer requisito de producción) prefijadas de uno o dos tipos (calidad de producto: segundo requisito de producción) de líquidos. Para obtener una descripción detallada de los aspectos generales de funcionamiento de la planta puede consultarse el capítulo 3. Como consecuencia de dicha funcionalidad, en el capítulo 5 se recogen los aspectos de detalle de la implementación del control necesario para cada una de las etapas. Más allá de los detalles concretos de funcionalidad de la planta, resulta evidente que para cumplir con los objetivos de producción del proceso será necesario implementar determinadas acciones de control sobre las distintas etapas de la planta, lo que implica disponer de la

instrumentación de control necesaria. En este sentido, comentar que la planta, al inicio del proyecto, se encontraba completamente instrumentalizada a nivel de: Sensores de las distintas variables de proceso: o Continuas: caudal, nivel. o Discretas: interruptores de fin de carrera. Actuadores: bombas, electroválvulas y sistemas de calentamiento de líquidos. Unidades locales de control: PLC (Siemens) y reguladores industriales (TROVIS). Ordenador personal (PC). Sistemas subsidiarios: o Acondicionamiento de señales de control (amplificadores de señal). o Sistema de comunicaciones industriales entre los distintos elementos del sistema de control (tarjetas de comunicaciones, cables normalizados, etc.). Así como el software necesario para la configuración de los distintos elementos del sistema de control. Antes del inicio del proyecto, el sistema de control existente constaba de los siguientes elementos: Unidades locales de control: 

7 o Micro-P (Izumi): Tenía implementadas funciones de lógica secuencial programada



Reguladores TROVIS (2 unidades): En ellos se implementaba el control PID de caudales del proceso (etapa de mezcla)

Ordenador de proceso: contenía una aplicación sencilla, en la que coexistían funciones de 

Regulación de variables de proceso (niveles), mediante control PID, con el consiguiente envío de señales de control desde el propio PC.



Cálculo y envío de valores de set-point a los reguladores industriales TROVIS. o



Funciones de supervisión sencillas. Básicamente, monitorización de algunas variables de proceso.

Así pues, el objetivo general del presente proyecto consiste en sustituir este sistema de control primitivo por un sistema de control de características más habituales a nivel industrial que, adicionalmente, incremente la funcionalidad del primero, principalmente respecto a las funciones de supervisión del sistema. Por tanto, la motivación en cuanto al diseño de este sistema de control es doble: Por un lado, separar completamente las

funciones de control y de supervisión en elementos diferentes, como es habitual a nivel industrial, incrementando así la fiabilidad del sistema de control en su conjunto. Por otro lado, incrementar la funcionalidad del primer sistema de control, especialmente en lo que se refiere a la funcionalidad de supervisión. La planta a automatizar en este proyecto está diseñada para elaborar y envasar un tipo de líquido a partir de un proceso dividido en tres etapas:

1. Etapa de evaporación. 2. Etapa de mezcla. 3. Etapa de embotellado.



En la etapa de evaporación se dispone de dos evaporadores más dos tanques de almacenamiento intermedio.



En la etapa de mezcla se dispone de dos tanques de mezcla.



En la etapa de embotellado se dispone de dos tanques de embotellado.

Esta topología de elementos, en función de las distintas combinaciones (abierta/cerrada) de las cuatro electroválvulas que conectan las etapas de evaporación y mezcla, permite diferentes configuraciones de trabajo: 

Dos líneas de producción totalmente independientes.



Una sola línea de producción alimentada desde los dos evaporadores.



Dos líneas de producción alimentadas desde un solo evaporador

El concepto de línea de producción se asocia a la pareja tanque de mezcla – tanque de embotellado, cuya unión es inalterable. A continuación veremos una descripción funcional de la planta resumida, seguida de una breve presentación de los requisitos de producción que ha de cumplir la planta y, para acabar, se expondrá la estructura general del sistema SCADA implementado que pretende dar respuesta a esta funcionalidad. En la primera etapa, se lleva a cabo un proceso batch: 

Se cargan los evaporadores con cierto volumen de materia prima. Para ello se utilizarán dos bombas.



Se realiza el evaporado: se calienta la materia prima y se mantiene el tiempo indicado.



Se espera cierto tiempo antes de vaciar.



Se vacían los evaporadores por medio de las electroválvulas. El lote de materia creada se deposita en unos tanques de almacenamiento temporal.

En este punto, la materia creada puede tomar distintos caminos por medio del conexionado en cruce que forman las electroválvulas que conectan las etapas de evaporación y mezcla. La segunda etapa responde a un proceso continuo, y tiene por objetivo mezclar el componente creado en la etapa de evaporación con otro de mezcla, ubicado en un tanque aparte, tal y como se ve en la figura 11. Los dos componentes de mezcla deben mantener una determinada proporción de caudales, que caracteriza el producto final deseado. Para ello se realizarán dos tipos de controles:



Control ratio: Servirá para obtener la mezcla en la proporción de caudales deseada.



Control de nivel: Servirá para que en los tanques de mezcla, el producto ya mezclado no sobrepase un valor de set point (parámetro que constituye una variable de decisión a nivel de planificación de la producción)

ESTRUCTURA DEL SISTEMA SCADA Para dar respuesta a la funcionalidad requerida, que acabamos de comentar, se ha diseñado un sistema SCADA cuya estructura general se expone en este apartado. La implantación de un sistema SCADA requiere trabajar a tres niveles dentro del entorno piramidal de automatización integrada, permitiendo el intercambio de información entre los elementos de la propia capa o de niveles inmediatamente superior o inferior. Éstos, tal y como se ha comentado en el apartado 2.1, son 

Nivel de Supervisión.



Nivel de Control.



Nivel de Campo o de Proceso.

y están compuestos por ciertos elementos, que dan la funcionalidad deseada a la capa, y por una configuración de la comunicación con el nivel superior y/o inferior. En nuestro proyecto, los elementos son: Nivel de supervisión 

PC de supervisión: se utilizará un ordenador convencional dotado de hardware adicional (lo veremos en el apartado 4.3.2.1.3) y de software industrial.

Nivel de control o PLC: 

se utilizará como unidad de control local y realizará tareas de secuencialización de operaciones y de regulación industrial. Este component



o Dos Reguladores Industriales (TROVIS 1 Y 2): realizarán tareas de regulación PID de variables continuas.

Nivel de Proceso



Cuatro actuadores inteligentes (VLT2800): Se trata de variadores de frecuencia, que actúan sobre las bombas 1, 2, 3 y 4. En el apartado 4.1.1 se explican sus características más significativas, entre las que destaca la posibilidad de comunicación PROFIBUS que poseen los VLT2800 3 y 4.



Conjunto de sensores y actuadores: Situados a nivel de campo, interactuarán directamente con el proceso productivo.

En cuanto a las necesidades de comunicación, se ha implementado un bus de campo según la tecnología PROFIBUS-DP. Dicho bus comunica el nivel de supervisión (PC) con el de control (PLC) tal y como muestra la figura 12. A su vez, el PLC utiliza el mismo bus para comunicarse con los actuadores inteligentes VLT2800. La configuración de los elementos que intervienen en estos dos niveles de comunicación (supervisión y campo) Paralelamente, el PLC interactuará mediante señales de control analógicas sobre los reguladores industriales y el conjunto de sensores y actuadores (incluidos los variadores de frecuencia que no poseen PROFIBUS). Estas señales de control están representadas mediante líneas rojas en la figura 12.

. OBJETIVOS DEL SISTEMA La aplicación software que se implementará en este proyecto, tendrá que ser capaz de visualizar todas las variables del proceso de producción y de controlar ciertos aspectos sobre el funcionamiento de los actuadores y de la planta. Por otro

lado, es muy probable que en un futuro se produzcan modificaciones en la planta (i.e. adición de un nuevo lazo de control) o, simplemente, interesen distintos aspectos a visualizar (i.e. la creación de un gráfico histórico que permita visualizar el comportamiento de una variable a lo largo del tiempo). Así pues, el sistema deberá responder a una arquitectura abierta, con posibilidad de adaptación ante futuros cambios. La sencillez de la aplicación es otro punto importante a tener en cuenta. Habrá que realizar un interface amigable con el usuario y fácil de utilizar, tratando de realizarlo de manera que el operario que lo maneje no necesite tener conocimientos avanzados de software industrial. Particularmente, la aplicación cumplirá los siguientes requerimientos funcionales propios de la planta del proyecto: 

Mostrar una visión general (sinóptica) de la planta.



Permitir dos modos de funcionamiento: manual / automático.



Visualización clara del estado de funcionamiento de los actuadores.



Visualización de las variables de proceso: niveles de los tanques y caudales.



Envío de consignas de producción proporcionadas por el nivel de planificación de la producción.



Gestión de los lazos de control implementados en el PLC. Visualización y reconocimiento de alarmas.

ESTRUCTURA DEL SISTEMA La estructura de la aplicación creada está formada por cuatro ventanas principales, de las cuales dependerán otras secundarias: 

Ventana general: se mostrará el esquema completo de la planta.



Ventana de producción: servirá para introducir valores de producción.



Ventana de alarmas: gestionará las alarmas.



Ventana de consignas: gestionará valores de set-point y parámetros de sintonía de los lazos de control.

Las ventanas secundarias serán de error o de soporte a la principal. Se explicarán junto a las ventanas principales de que dependan, en los subapartados que prosiguen. Cabe destacar que cada elemento, dibujado en cualquier ventana, tiene asociado una variable que, en InTouch, recibe el nombre de Tag. Dicho tag puede ser un tipo de dato real, de punto flotante, entero, discreto, etc., y estar asociado a una variable de Entrada/Salida (mediante el servidor OPC) o, simplemente, ser un registro de memoria útil para programar determinadas rutinas. No existirá elemento dibujado sin un tag asociado. Existe una ventana que estará presente en todo momento: la ventana de Barra de Navegación, mediante la cual se podrá navegar por las cuatro pantallas principales mediante los botones dispuestos

VENTANA GENERAL La idea gráfica de esta ventana es poder ver la planta al completo, siendo una extensión del esquema general de la planta (figura 11), en el que los elementos, en lugar de estar dibujados 97 de manera estandarizada, están dibujados recalcando las características propias de cada uno. Por ejemplo, las bombas peristálticas en la realidad son de color naranja, mientras que las Flojet son negras, y así se ha reflejado en esta pantalla. Otro aspecto a destacar es el sistema de cinta transportadora de botellas, el cual simula el sistema de noria implementado en realidad. Funcionalmente, esta ventana dará la posibilidad de que la planta trabaje en dos modos distintos: manual o automático. Cada modo tendrá asociadas sus características que se expondrán en el apartado 6.2.1.1. La figura siguiente muestra la ventana general de la aplicación:

CARACTERISTICAS FUNCIONALES Mediante esta ventana se podrá poner a funcionar la planta en dos modos distintos: manual o automático. La selección se hará mediante el selector dispuesto en la parte alta de la pantalla bajo el nombre de proceso.  En modo automático, la planta responderá tal y como se ha expuesto en el capítulo 5 de esta memoria, distinguiendo las tres etapas de cada línea, y respondiendo al proceso 

asociado a cada una de ella En modo manual, la planta no responde a ningún tipo de control. Será el operador quien, bajo su responsabilidad, intervendrá sobre los actuadores a fin de lograr sus propósitos. Éstos pueden ser: llevar el proceso productivo a un estado inicial conocido, solucionar un problema de alarmas, etc… La manipulación de las señales de control se tratará en el apartado 6.2.1.2, puesto que dependerá de las características del interface

creado Cada cambio en el modo de funcionamiento llevará consigo cierta lógica programada en InTouch. Esta lógica está pensada para cumplir con las características funcionales de cada modo  En la transición de automático a manual, se tendrán que parar todos y cada uno de los actuadores en funcionamiento, llevando el proceso a un estado de paro total. Esto se ha conseguido mediante una rutina que se ejecuta solamente una vez, cuando se produce el cambio de automático a manual, que envía las señales de control de las etapas en funcionamiento a 0, al igual que las señales de los actuadores de toda la planta. Anulando las señales de control de las etapas, se consigue que el PLC no haga ninguna llamada a las funciones que cada etapa tiene asociada. Anulando las señales de los actuadores, se consigue que todos ellos se paren, asegurando que la planta no quede en

un estado desconocido. Una vez ha terminado la ejecución de dicha rutina, ya se tendrá 

la planta funcionando en modo manual. En la transición de manual a automático, el proceso consistirá en ejecutar una rutina que, como en el caso anterior, se ejecute una vez cuando la variable del selector cambie de manual a automático, en la que se compruebe si desde la ventana de producción hay algún camino16 activo (cada camino tendrá asociado una variable –tagde InTouch). En caso afirmativo, se activan las señales de control de las etapas y de la electroválvula que conforman el camino. En el caso que no hubiera ningún camino activo, la planta estaría funcionando también en modo automático puesto que no se podría actuar directamente sobre los elementos actuadores de la planta y, por lo tanto, se tendría que esperar a que el operario validara un camino.

Por otro lado, se ha dispuesto de unos contadores de botellas envasadas, uno para cada etapa de embotellado, que servirán para tener un control de las botellas que cada línea produce. Cada contador podrá ser reseteado mediante el botón de reset. Este dato podrá ser útil a efectos de la planificación de la producción. Por último, cuando la planta esté funcionando en modo automático, se podrá gestionar la información asociada a los controladores PID de los lazos de control de nivel. Mediante un clic

CARACTERISTICAS DE INTERFAZ A nivel de actuadores distinguiremos entre dos tipos de elementos  Con la señal de control discreta.  Con la señal de control numérica Los primeros serán todas las electroválvulas, la cinta transportadora (simulación de la noria), las bombas Flojet B7, B8 y B9 (de color negro) y los botones de reset de los contadores. En el segundo grupo se encontrarán las bombas peristálticas Watson Marlow (naranjas). Una vez expuesto el tipo de señal de control de cada actuador, se distinguirá entre los dos modos de funcionamiento para explicar las características de visualización de estos instrumentos y, por lo tanto, la manera de interactuar en la planta mediante el interface creado. Cuando el sistema funcione en modo automático la capacidad de actuación manual sobre actuadores y elementos de la planta por parte del operador de planta queda restringida a lo siguiente:  Las bombas 1 y 2, que determinan el caudal de salida de los tanques de mezcla (requisito de volumen de producción). Mediante un clic encima de su dibujo se abrirá un 

pequeño cuadro numérico, en el que se introducirá un valor en porcentaje (0 a 100). Las bombas 3 y 4, que son los actuadores de los lazos de control de nivel de los tanques de mezcla. Haciendo un clic encima de estas bombas se abrirá una ventana secundaria, que nos permite modificar los parámetros que determinan las características de



funcionamiento de los controladores PID de estos lazos. El botón de reset podrá ser manipulado en cualquier momento. Mediante un clic, el contador que dicho botón tiene asociado se pondrá a cero.

En modo manual el operador podrá manipular todos los elementos mostrados en la ventana, de la siguiente manera:  Los elementos controlados por señales discretas se activan haciendo un clic encima de ellos. Se desactivarán de la misma manera las electroválvulas y las bombas Flojet, 

mientras que las norias y los botones de reset funcionan a pulsos. En los elementos cuya señal de control sea numérica, se tendrá que clicar encima para que aparezca el cuadro numérico. En él se introducirá un porcentaje de funcionamiento (0-100). Observar que en las bombas 3 y 4 no aparecerá la ventana secundaria, puesto que en modo manual se desactivan los PID de los lazos de control de nivel. Sí se ejecutará el control ratio si las bombas 3 y 4 se ponen en funcionamiento. Esta decisión ha sido 100 adoptada por nosotros ya que las bombas 5 y 6 no se pueden manipular ni en manual ni en automático, puesto que su

funcionamiento lo controlan los reguladores Trovis. Por último, un aspecto de visualización que no se ha tratado es que la mayoría de los elementos actuadores poseen un piloto indicador. Éste estará de color verde siempre que el instrumento en cuestión esté activo o funcionando. En caso contrario se pondrá de color rojo. Las norias no disponen del piloto indicador. Está simbolizado su funcionamiento mediante una cinta transportadora y una serie de botellas dispuestas encima de ésta, creando un efecto de movimiento al activarse la noria. VENTANAS SECUNDARIAS Tal y como se ha comentado en apartados anteriores, las bombas 3 y 4 funcionando en modo automático tendrán asociada una ventana secundaria como la que se muestra a continuación:

En ella se podrán gestionar todos los parámetros referentes al lazo de control de nivel de los tanques de mezcla, como el set point y los valores correspondientes a las acciones PID, y se podrá visualizar el error existente y la acción sobre la bomba que el algoritmo produce. Por último, mediante el botón A/M, se podrá cambiar el modo de funcionamiento del lazo. En manual aparece el cuadro numérico Uman, en el que se

introducirá un porcentaje de funcionamiento para la bomba 3. Para el lazo de control de la otra línea existe una ventana idéntica a la anterior. En el apartado 6.2.4.1 se analizarán con más detenimiento los campos de estas pantallas desde un punto de vista funcional. VENTANA DE PRODUCCION Gráficamente, la ventana tiene dos zonas diferenciadas. En la superior se ha dividido el proceso de la planta en cuatro partes interconectadas por las electroválvulas de conexión entre las etapas de evaporación y mezcla:  Celda de evaporado de la línea 1 y 2, formada por la etapa de evaporación.  Celda de llenado de la línea 1 y 2, formada por las etapas de mezcla y embotellado.

En la zona inferior estarán dispuestos una serie de cuadros de texto que marcarán aspectos productivos de cada línea. Funcionalmente, la ventana se utilizará para poder transmitir al nivel de control (al PLC) valores de producción que definan el comportamiento de la planta en base a unas restricciones que se expondrán a continuación. CARACTERISTICAS DE INTERFACE El hecho más importante a nivel de visualización serán las “equis” en rojo, encima de cada celda y electroválvula. Servirán para que el operario sepa qué camino productivo seguirá la materia y tendrán repercusión a nivel lógico, es decir, la selección de los elementos que tenían equis producirán caminos lógicos y la activación de éstos. Si se está trabajando en modo automático, servirán para poner en funcionamiento las etapas implicadas. Por otro lado, los elementos que salen en esta pantalla poseen las mismas características de visualización VENTANAS SECUNDARIAS

Esta pantalla tiene asociada una ventana secundaria de error, que aparece siempre que se haya seleccionado un camino y que exista algún valor de producción incoherente asociado a dicho camino. La ventana es la siguiente y sólo dispone de un mensaje de texto:

VENTANA DE ALARMAS A nivel gráfico, el software InTouch ya proporciona un objeto de alarmas como el mostrado en la ventana siguiente. En él se distinguirán dos niveles de alarmas y todos los eventos que se produzcan mediante colores en el texto. Además, se ha añadido un botón de reconocimiento de alarmas en la parte derecha. A nivel funcional, esta ventana servirá para visualizar todas las alarmas de nivel sin reconocer, así como los eventos que se produzcan. Hasta que los valores que han hecho saltar las alarmas no vuelvan a la normalidad, no desaparecerán de la tabla.

VENTANA DE CONSIGNAS   

Superior: encontramos las consignas de las etapas de embotellado. Central: encontramos las consignas de las etapas de mezcla. Inferior: encontramos las consignas de las etapas de evaporación que, en este caso,

vendrán impuestas por el volumen cargado indicado en la ventana de producción. Funcionalmente, esta ventana servirá para introducir las consignas de las etapas de embotellado, gestionar los lazos de control de la etapa de mezcla, visualizar la relación de caudal que se produce, y visualizar el tiempo que las bombas 7 y 8 estarán activas para cargar el volumen indicado.

EJEMPLO DOS DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA SCADA PARA UNA ESTACIÓN MULTIVARIABLE DIDÁCTICA Este proyecto busca monitorear y controlar mediante un sistema SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) llamado Intouch perteneciente a la compañía Invensys de Wonderware, una Estación Multivariable Didáctica la cual maneja de forma independiente o conjunta las cuatro variables base de cualquier sistema industrial como son: caudal, temperatura, nivel y presión, que permitirá realizar de forma segura un análisis y estudio de los diferentes procesos para un control optimo y eficiente antes de ir a un proceso real en la industria. Como valor agregado se plantea la necesidad de poder monitorear este sistema de forma local y remota, es allí donde se decide diseñar e implementar un sistema de supervisión y control para todo el proceso o solo una variable del proceso utilizando un software SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) de uso industrial como lo es Intouch de Wonderware, recomendado por representantes del ingenio Risaralda ya que ellos cuentan con este software para monitorear y controlar todos sus procesos comprobando así que es el más usado, eficiente y seguro del mercado DESCRIPCIÓN DEL PROCESO La estación didáctica Multivariable (Ver Figura 3) cuenta con un diseño y unas características muy importantes que la convierten en un proyecto muy interesante, donde se puede aplicar todas las tecnologías vistas dentro de la carrera de Ingeniería Mecatrónica, cabe resaltar que cuenta con instrumentos de uso industrial y marcas reconocidas por su alto grado de confiabilidad que a la ves hacen que estos equipos sean muy costosos. Además de contar con la

posibilidad de trabajar de forma conjunta o independiente las cuatro variables como temperatura, nivel, caudal y presión mediante un Controlador Lógico Programable (PLC) o un controlador industrial Foxboro T640, con la necesidad de ser configurados de tal manera que se pueda realizar prácticas de los diferentes lazos control desde cualquiera de estos dispositivos.

También se encontró montado sobre la estación dos variadores de frecuencia SIEMENS y ALLEN BRADLEY, (Ver Figura 4) que requerían ser configurados para controlar las dos motobombas una para agua fría y otra para agua caliente que se encuentran en la estación.

Se cuenta también con una red neumática y electroneumática para accionar dos válvulas proporcionales (Ver Figura 5) y válvulas marca FESTO que permitirán direccionar el flujo del agua en la dirección indicada de acuerdo a la estrategia de control que se utilice

La red eléctrica requiere ser revisada pues hay señales de los elementos que no llegan a su destino que son las terminales digitales y análogas del PLC UNITRONICS VISION 280 y del controlador Foxboro T640. Como interfaz gráfica para establecer la comunicación entre el operario y el proceso, se cuenta solamente con un PLC UNITRONICS Vision 280 el cual trae incorporado una HMI monocromática de 3 pulgadas (Ver Figura 6) que permite interactuar mediante los símbolos básicos y entornos reducidos con las variables del proceso.

También es necesario actualizar el diagrama P&ID (Ver Figura 7) ya que según el reordenamiento de la estación se modificaran la ubicación de algunos elementos de acuerdo a los requerimientos y normas establecidas.

SCADA EN LA ESTACIÓN MULTIVARIABLE DIDÁCTICA El sistema SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) utilizado para la estación didáctica Multivariable es lo que la industria hoy en día conoce como Human Machine Interface (HMI) se inició en 1987 con el software InTouch de Wonderware (Ver Figura 70) se empleó este tipo de software ya que ningún otro HMI puede equipararse a InTouch para abanderar la innovación en la industria, así como en la seguridad, integridad y robustez de su arquitectura, la inigualable

integración y conectividad de dispositivos, las actualizaciones regulares de versiones y su facilidad de uso INTERFACES GRÁFICAS

Gracias a las librerías de objetos es posible relacionar variables de sistema a objetos ya creados de forma muy sencilla. Por ejemplo, podemos visualizar el estado de una variable analógica mediante un visualizador en forma de barra, arrastrándolo desde la librería hasta la ventana que estamos diseñando. Una vez en la pantalla, será posible editarlo y asignarle la variable a observar. TENDENCIAS Gracias a las librerías de objetos es posible relacionar variables de sistema a objetos ya creados de forma muy sencilla. Por ejemplo, podemos visualizar el estado de una variable analógica mediante un visualizador en forma de barra, arrastrándolo desde la librería hasta la ventana que estamos diseñando. Una vez en la pantalla, será posible editarlo y asignarle la variable a observar.  Representación en tiempo casi real de variables (Real-time trending) o recuperación de   

variables almacenadas (Historical Trending). Visualización de valores. Desplazamiento a lo largo de todo el registro histórico (scroll). Ampliación y reducción de zonas concretas de una gráfica.

ALARMAS Y EVENTOS Las alarmas se basan en la vigilancia de los parámetros de las variables del sistema. Son los sucesos no deseables, porque su aparición puede dar lugar a problemas de funcionamiento. Este tipo de sucesos requiere la atención de un operario para su solución antes de que se llegue a una situación crítica que detenga el proceso (nivel bajo de aceite en un equipo hidráulico) o para poder seguir trabajando (cargador de piezas vacío El resto de situaciones, las llamaremos normales, tales como puesta en marcha, paro, cambios de consignas de funcionamiento, consultas de datos, etc. serán los denominados eventos del sistema o sucesos. Los eventos no requieren de la atención del operador del sistema, registran de forma automática todo lo que ocurre en el sistema. También será posible guardar estos datos para su consulta posterior.

REGISTRO Y ARCHIVO

Por registro (logging) se entiende el archivo temporal de valores, generalmente basándose en un patrón cíclico y limitado en tamaño. Por ejemplo, podemos definir un archivo histórico de alarmas de manera que almacene en disco duro hasta mil alarmas de forma consecutiva. En el momento en el cual se produzca la siguiente alarma se escribirá sobre la primera que se guardó (registro de tipo rotativo). Los datos de alarmas y eventos que ocurren en el sistema suelen ir acompañados de más identificadores, tales como el momento en el cual ocurrieron (Time Stamp) o el usuario activo en ese momento

GENERACIÓN DE INFORME Es cada vez más común la tendencia a complementar las funcionalidades de adquisición, registro de datos y generación de alarmas con la capacidad de generar información capaz de ayudar en la toma de decisiones. Por ejemplo, será interesante disponer de información referente a:  Situación de la planta (estado. incidencias).  Producción en tiempo real.  Generación y registro de alarmas.  Adquisición de datos para análisis históricos, control de calidad, cálculo de costes, mantenimiento preventivo.  Gestión de almacén.  Gestión de producción.  Gestión de mantenimiento. 95 Mediante las herramientas SQL es posible realizar extractos de los archivos, los registros o las bases de datos del sistema, realizar operaciones de clasificación o valoración sin afectar a los datos originales

CONCLUSIONES En los sistemas SCADA usualmente existe una computadora que efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de proceso La comunicación en los sistemas SCADA se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y control dichos procesos Los sistemas de control distribuido se caracterizan por realizar las acciones de control en forma automática e independiente Los DCS llevan a cabo las funciones de control a través de una serie de módulos de control autónomos, distribuidos físicamente si se desea y enlazados por un camino de comunicaciones.

BIBLIOGRAFIA PORRAS CRIADO A. et. al "Autómatas Programables, Fundamentos, Manejos, Instalación y Prácticas", Edición Revolucionaria, 1999, p. 211. Cuba 2. HUGOT E., "Manual para Ingenieros Azucareros". Ed. Edición Revolucionaria 1987, p. 803. La Habana. Cuba. 3. MINAZ, "Manual de operaciones para la producción de azúcar crudo de caña". Dirección tecnológica del Ministerio de Azúcar. La Habana. Cuba 4. OGATA, Katsuhiko. "Ingeniería de Control Moderna". Edición Revolucionaria, 1997. Cuba 5. SHINSKEY, F. G., "Aplicación, diseño y Sintonización. Sistemas de Control de Procesos". McGraw Hill. México, 1996 6. ULRICH, D., "Diseño y economía de los procesos de la ingeniería química", Nueva Editorial Interamericana S.A. de C. Méjico, 1988. 7. LORENZO LLADÓ G., "Automatización de una Planta Industrial". Universidad de Alicante. España. 2010, p. 242