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“Control asistido por computadora”
PRESENTA
120I0297 Andrade González Cesar Erubiel
ASIGNATURA
Interfaces y redes
LICENCIATURA
Ingeniería Mecatrónica
Grado: 8°, Grupo: A
CATEDRATICO
Ing. Maicon Pérez Hams
Martínez de la Torre, Ver., a 10 de Junio del 2016
INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE
MARTINEZ DE LA TORRE
Interfaces y redes
pág. 1
Contenido Introducción ...................................................................................................................................2
Tópicos de control asistido por computadora .......................................................................3
¿Cómo se adquieren los datos? ............................................................................................5
1. Sistema de control distribuido ...........................................................................................8
1.1 Niveles de control en un DCS .....................................................................................9
2. Sistema de control supervisorio (SCADA) ....................................................................10
2.1 Hardware y software ...................................................................................................11
2.2 Adquisición de datos .......................................................................................................12
3. DIGITAL DIRECTO (DDC)...................................................................................................13
Conclusión ....................................................................................................................................14
Bibliografia....................................................................................................................................15
pág. 2
Introducción
En este trabajo se pueden encontrar aspectos generales acerca de los sistemas de
control supervisor y de adquisición de datos (SCADA), entre los que se pueden citar
su definición general y el equipo necesario para estos sistemas de control.
Todo sistema de instrumentación consta de instrumentos, un sistema de
interconexión de los mismos y un controlador inteligente que gestiona el
funcionamiento de todo el sistema y da las órdenes para que una medición se
realice correctamente.
El concepto de instrumentación virtual implica, adquisición de señales, e
procesamiento, analisis, almacenamiento, distribución y despliegue de los datos e
información relacionados con la medición de una o varias señales, interfase grafica
hombre-máquina, visualización, monitoreo y supervisión remota del proceso, la
comunicación con otros equipos.
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Tópicos de control asistido por computadora
El propósito de adquisición de datos es medir un fenómeno eléctrico y físico como
voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. La adquisición de datos basada en
PC utiliza una combinación de hardware modular, software de aplicación y una PC
para realizar medidas.
La adquisición de datos o adquisición de señales, consiste en la toma de muestras
del mundo real (sistema analógico) para generar datos que puedan ser manipulados
por un ordenador u otras electrónicas (sistema digital).
Se requiere una etapa de condicionamiento, que adecua la señal a niveles
compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento
que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de adquisición
de datos (DAQ).
Estructura de un sistema de control.
Tenemos 2 tipos de estructura diferente de lazo de control:
Sistemas de control en LAZO ABIERTO.
Es aquel en el que ni la salida ni otras variables del sistema tienen efecto sobre el
control.
NO TIENE REALIMENTACION.
Control en lazo abierto
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Sistemas de control en LAZO CERRADO.
Es aquel que su salida del sistema y otras variables, afectan el control del sistema.
TIENE REALIMENTACION.
A continuación se presentan 3 tipos de tipos de tópicos:
1.- DISTRIBUIDO. Podríamos decir que los sistemas de control distribuidos fueron
desarrollados para proporcionar las ventajas del control por ordenador pero con más
seguridad y flexibilidad.
Control en lazo cerrado
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¿Cómo se adquieren los datos?
La adquisición de datos se inicia con el fenómeno físico o la propiedad física de un
objeto (objeto de la investigación) que se desea medir. Esta propiedad física o
fenómeno podría ser el cambio de temperatura o la temperatura de una habitación,
la intensidad o intensidad del cambio de una fuente de luz, la presión dentro de una
cámara, la fuerza aplicada a un objeto, o muchas otras cosas. Un eficaz sistema de
adquisición de datos puede medir todas estas diferentes propiedades o fenómenos.
Un sensor es un dispositivo que convierte una propiedad física o fenómeno en una
señal eléctrica correspondiente medible, tal como tensión, corriente, el cambio en
los valores de resistencia o condensador, etc. La capacidad de un sistema de
adquisición de datos para medir los distintos fenómenos depende de los
transductores para convertir las señales de los fenómenos físicos mensurables en
la adquisición de datos por hardware. Transductores son sinónimo de sensores en
sistemas de DAQ. Hay transductores específicos para diferentes aplicaciones,
como la medición de la temperatura, la presión, o flujo de fluidos. DAQ también
despliega diversas técnicas de acondicionamiento de Señales para modificar
adecuadamente diferentes señales eléctricas en tensión, que luego pueden ser
digitalizados usando CED.
Las señales pueden ser digitales (también llamada señales de la lógica) o
analógicas en función del transductor utilizado.
El acondicionamiento de señales suele ser necesario si la señal desde el transductor
no es adecuado para la DAQ hardware que se utiliza. La señal puede ser
amplificada o desamplificada, o puede requerir de filtrado, o un cierre patronal, en
el amplificador se incluye para realizar demodulación.
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2.- DIGITAL DIRECTO (DDC). Es el control automático de una condición o
proceso por un dispositivo digital o un microprocesador.
Control directo (DDC)
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3.- SUPERVISORIO (SCADA). Es una aplicación o conjunto de aplicaciones
software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de
producción, con acceso a la planta mediante la comunicación digital con los
instrumentos y actuadores, e interfaz gráfica de alto nivel con el usuario.
Control supervisorio (SCADA)
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1. Sistema de control distribuido
Un Sistema de Control Distribuido o SCD, más conocido por sus siglas en
inglés DCS (Distributed Control System), es un sistema de control aplicado a
procesos industriales complejos en las grandes industrias como petroquímicas,
papeleras, metalúrgicas, centrales de generación, plantas de tratamiento de aguas,
incineradoras o la industria farmacéutica. Los primeros DCS datan de 1975 y
controlaban procesos de hasta 5000 señales. Las capacidades actuales de un DCS
pueden llegar hasta las 250.000 señales.
Los DCS trabajan con una sola Base de Datos integrada para todas las señales,
variables, objetos gráficos, alarmas y eventos del sistema. En los DCS la
herramienta de ingeniería para programar el sistema es sólo una y opera de forma
centralizada para desarrollar la lógica de sus controladores o los objetos gráficos de
la monitorización. Desde este puesto de ingeniería se cargan los programas de
forma transparente a los equipos del sistema.
La plataforma de programación es multi-usuario de forma que varios programadores
pueden trabajar simultáneamente sobre el sistema de forma segura sin conflictos
de versiones. Todos los equipos del sistema (ordenadores, servidores,
controladores) están sincronizados contra un mismo reloj patrón, de forma que
todas las medidas, alarmas y eventos tienen una misma marca de tiempo. El
software de control DCS dispone de herramientas para la gestión de la información
de planta, integrándola verticalmente hacia la cadena de toma de decisiones y otros
sistemas ubicados más arriba en la jerarquía de la producción.
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1.1 Niveles de control en un DCS
Un DCS aborda la complejidad de los procesos industriales dividiendo en cuatro
niveles funcionales su alcance.
Nivel de Operación. Este nivel es el de interacción del sistema con los operadores
de la planta y es donde se encuentran los sistemas informáticos para la
monitorización del proceso y adquisición de la información en tiempo real, que se
almacena en la base de datos transformándola en datos históricos para análisis
posteriores. Este nivel gestiona además el intercambio de información con otros
sistemas de mantenimiento y planificación de la producción.
Nivel de control. En un DCS la responsabilidad del control de las diferentes partes
funcionales del proceso, se asignan a varios controladores locales distribuidos por
la instalación, en lugar de centralizar estas funciones en un solo punto. Los
controladores están conectados entre sí y con las estaciones de operación mediante
redes de comunicación.
Nivel módulos de Entrada/Salida. Los módulos de entradas/salidas para señales
cableadas, se distribuyen por la instalación, es lo que se denomina "periferia
descentralizada", esto ahorra tiradas de cables de señal aproximando la electrónica
del control hasta los elementos de campo. Estos módulos de entrada/salida se
comunican con los controladores mediante protocolos específicos o de bus de
campo (en inglés "fieldbus") para garantizar los tiempos de comunicación entre
controlador y periferia en unos tiempos mínimos, del orden de milisegundos,
adecuados a las necesidades del proceso. El bus de campo más extendido en
Europa es el Profibus (tanto en sus variantes DP como PA) y en los países de
influencia americana es el Fieldbus Foundation o FF.
Nivel de elementos de campo. Desde el año 2000, ha ido creciendo la necesidad
de integrar directamente los instrumentos y los actuadores en los buses de campo
del SCD, de forma que estos equipos son en realidad una extensión natural del nivel
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anterior. Estos equipos permiten funcionalidades adicionales como gestionar su
mantenimiento o configurar sus parámetros de comportamiento de forma remota
desde el nivel de operación. Los instrumentos de este nivel deben ser compatibles
con el bus de campo elegido, ya sea Profibus, Fieldbus Foundation u otro. También
existe la posibilidad de integrar instrumentos con protocolo HART como alternativa
al bus de campo.
2. Sistema de control supervisorio (SCADA)
SCADA (supervisory control and data acquisition) es un sistema industrial de
mediciones y control que consiste en una computadora principal o “master”
(generalmente llamada Estación Maestra, “Master Terminal Unit” o MTU); una o más
unidades control obteniendo datos de campo (generalmente llamadas estaciones
remotas, “Remote Terminal Units,” o RTU); y una colección de software estándar
y/o a la medida usado para monitorear y controlar remotamente dispositivos de
campo. Los sistemas SCADA contemporáneos exhiben predominantemente
características de control a lazo abierto y utilizan comunicaciones generalmente
interurbanas, aunque algunos elementos de control a lazo cerrado y/o de
comunicaciones de corta distancia pueden también estar presentes.
Sistemas similares a un sistema SCADA son vistos rutinariamente en fábricas,
plantas de tratamiento, etc. Éstos son llamados a menudo como Sistemas de
Control Distribuidos (DCS – “Distributed Control Systems”.) Tienen funciones
similares a los sistemas SCADA, pero las unidades de colección o de control de
datos de campo se establecen generalmente dentro de un área confinada. Las
comunicaciones pueden ser vía una red de área local (LAN), y serán normalmente
confiables y de alta velocidad. Un sistema DCS emplea generalmente cantidades
significativas de control a lazo cerrado.
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2.1 Hardware y software
Las MTU de sistemas SCADA se pueden implementar en la mayoría de las
plataformas existentes. Los primeros sistemas existentes tendieron a ser
propietarios y muy especializados, y donde fueron utilizados sistemas operativos de
fines generales, tendieron a ser modificados ampliamente. Esto debido a que los
requisitos de SCADA superaban los límites de la tecnología disponible en el
momento y por razones de desempeño ya que tendieron a proporcionar sistemas
gráficos por encargo, a usar bases de datos en tiempo real (con gran parte de la
base de datos en memoria), y a menudo el hardware debió ser modificado para
estos requisitos particulares. La serie Digital Equipment Corporation PDP11 y el
sistema operativo RSX11M eran quizás la plataforma más común en los SCADA del
siglo pasado. Posteriormente, Unix comenzó a ser el sistema operativo de más
frecuente elección. Mientras la potencia de la PC aumentaba, los sistemas Intel
llegaron a ser muy comunes, aunque las plataformas DEC Alfa, y otras estaciones
de trabajo de fines elevados estén aún en uso. En épocas recientes Windows NT
ha alcanzado
Alta aceptación dentro de la comunidad SCADA, aunque los sistemas muy grandes
siguen siendo en la mayor parte de los casos estaciones de trabajo Unix (QNX o
Solaris), las cuales son más veloces en sus respuestas. Actualmente la industria se
está desarrollando claramente hacia estándares abiertos: ODBC, INTEL PC,
sistemas estándares de gráficos, e interconectividad a sistemas de computación
corrientes. En años recientes ha aparecido en el mercado un importante número de
sistemas SCADA sobre plataformas INTEL PC, ya que éstas están aumentando
rápidamente su capacidad y desempeño. Ejemplos de ellos son Citect, FIX de
Intellution, KEPware y Wonderware.
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Los sistemas SCADA están constituidos por el Hardware, que generalmente es una
red de controladores y estaciones remotas de adquisición de datos. El corazón de
un sistema SCADA está en el "Software SCADA", que es el encargado de
supervisar y controlar el Proceso a través del Hardware de control, generalmente el
software SCADA trabaja conjuntamente con un PLC o una red de PLC. Este
software permite supervisar el proceso desde un microcomputador, así como
realizar las acciones de control a través del PLC, controlador o sistema de control.
En el mercado existen varios programas que realizan esta función.
2.2 Adquisición de datos
La función de adquisición de datos de un sistema SCADA es obviamente una
función preponderante. Hay un número de características asociadas a la adquisición
de datos.
Los primeros sistemas SCADA tenían RTU tontos y el sistema central debía utilizar
un sistema de interrogación (“polling”) para tener acceso a sus datos. La unidad
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maestra controlaba todas las comunicaciones, y una RTU nunca hablaba a menos
que fuera interrogada. La unidad maestra preguntaba así a cada RTU
alternadamente, pidiendo que le envíen sus datos. Al ser controladas las
comunicaciones por la unidad maestra, éste registraba los datos con la hora de
recepción, muchas veces muy distinta a la hora en que fueron generados.
Cuando se están midiendo parámetros altamente volátiles puede aumentar
drásticamente el tráfico. En este caso una solución es poner estos parámetros
volátiles en una encuesta rutinaria, sacrificando una cierta exactitud en la hora de
registro en pos de la reducción del tráfico. El acercamiento más sofisticado es
permitir que la RTU reporte por excepción sin la encuesta previa por parte de la
unidad maestra.
3. DIGITAL DIRECTO (DDC).
En el control digital que apareció hacia los años 1960, el computador llevaba a cabo
todos los cálculos que realizaban individualmente los controladores P, P+I,
P+I+D generando directamente las señales que van a las válvulas. Este tipo de
control se denomina (control digital directo), el computador esta enlazado con el
proceso.
El DDC permite una transferencia automático-manual sin perturbaciones y admite
una fácil modificación de las acciones y de las configuraciones de los sistemas de
control lo cual es muy importante en la puesta en marcha de la planta. El DDC tiene
la ventaja sobre los controladores convencionales de estar provisto de un calibrado
automático que corresponde a las acondiciones de operación instantánea. Es decir,
el computador ajusta la calibración de sus algoritmos de acuerdo con una función
predeterminada de la variable medida o de una combinación de variables en lugar
de requerir periódicamente la calibración individual de cada instrumento por un
instrumentista o especialista tal como acurre en los instrumentos convencionales.
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Conclusión
Estos tipos de sistemas de suma importancia ya que son gestionados o en otras
palabras controlados por computadoras se llaman como asistido por ordenador de
control o control asistido por ordenador. Mediante el uso de diversas herramientas
podemos obtener datos electrónicos, estos datos electrónicos se usa el equipo para
controlar el proceso del sistema. Para controlar el proceso significa dos cosas: Ya
sea para mantener el sistema en su estado actual significa que no debe haber
ninguna variación en el estado. O para cambiar el estado según los requisitos.
A lo largo del curso se ha observado que existen dos tipos de control, el analógico
y el digital, si bien es cierto que el primero es el más usado en países del tercer
mundo como el nuestro; el segundo es hasta hoy, el más ventajoso a emplear en
los procesos industriales. Debido a lo cómodo que resulta tratar exclusivamente con
números puros y ser ideal para la resolución de problemas numéricos. Asimismo la
alta velocidad conseguida en las señales de mando a los diversos instrumentos de
control, permite mantener el set point casi constante y monitoreado en todo
momento.
Sin embargo este tipo de control frente al analógico, tiene la desventaja de que al
muestrear el proceso pierde parte de la información. Lo anterior puede ser corregido
con complejos algoritmos matemáticos (al comparar este y el analógico en cuestión
de costos, el control digital pierde gravemente) que le asignan versatilidad e
interacción amigable en la modificación de parámetros y variables que operan en el
proceso.
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Bibliografia
Ronald Cohn, Distributed Control System, (en inglés), Editorial Bookvika, ISBN-
10:5510714433
Richard L.Shell & Enrnest L.Hall, Handbook of Industrial Automation, (en inglés), ISBN-10:
0824703731.
