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8/17/2019 Trabajo Final Automatizacion Industrial
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ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
TRABAJO COLABORATIVO III
AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
TRABAJO COLABORATIVO III
PRESENTADO POR:
PEDRO ELIAS MUÑOZ SOLARTE FERNAN DAVID GRACIA TORRES
ORLANDO TORRES BOTIA HUMBERTO MARTIN
PRESENTADO AL TUTOR: INGENIERO. HUGO ORLANDO PEREZ NAVARRO.
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA
UNIVERSIDAD NACIONAL
ABIERTA
Y A
DISTANCIA
CEAD POPAYAN (ZONA CENTRO SUR)
30 DE MAYO DE 2012
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ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
TRABAJO COLABORATIVO III
1. INTRODUCCION
A través de la carrera nos hemos encontrado con una serie de asignaturas que nos han
permitido tener bases sólidas en lo que se refiere la ingeniería electrónica, sus
aplicaciones, campos de acción y acciones de mejora. En este semestre abordamos el
curso de Automatización Industrial, donde tuvimos la oportunidad para profundizar sobre un tema tan importante como lo es la automatización, ya que está siendo utilizada
en muchos campos de la sociedad y cuyas aplicaciones laborales, comprenden
aplicaciones en las industrias, las comunicaciones, la medicina moderna, los centros de
monitoreo de condiciones ambientales, la música, TV y teléfonos convencionales,
celulares etc.
Para nosotros como futuros profesionales en ingeniería electrónica será muy común
encontramos con sistemas donde la automatización sea un componente fundamental.
Para cualquier campo donde nos estemos desarrollando profesionalmente, tener una idea
clara de cómo se asocia la electrónica con la automatización nos va ser de gran ayuda en
el momento de analizar y diseñar los proyectos que nos tracemos en el presente y futuro.
Con el desarrollo de este trabajo logramos identificar como está organizado un sistema
Scada lo que nos permitió visualizar los parámetros necesarios para poder plantear
diseños en Automatización Industrial. Gracias al manejo de los distintos software
aplicados para el desarrollo de sistemas Scada donde se involucra igualmente el manejo
de PLCs
se
pueden
realizar
operaciones
de
control
y supervisión
sobre
distintos
componentes del sistema, con el objetivo de identificar funciones y realizar los
mantenimientos adecuados sobre la planta de acuerdo a los inconvenientes o fallas que
pueden ser observadas en la pantalla de un PC. Con este sistema se pueden activar y
desactivar remotamente dispositivos desde la sala de operaciones o cuarto principal de
operaciones gracias a la gran comunicación de los componentes con el profibus.
Para el desarrollo del presente trabajo tuvimos en cuenta la elaboración de dos diseños
elaborados por dos compañeros diferentes, los cuales consideramos nos serán de gran
utilidad para el correcto desarrollo del proyecto final del módulo. Estos proyectos fueron
el control
automático
y manual
del
nivel
de
un
tanque
, y el
control
de
vaciado
y llenado
de dos tanques.
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TRABAJO COLABORATIVO III
2. METODOLOGIA A IMPLEMENTAR EN EL DESARROLLO DEL TRABAJO
El trabajo está enfocado a investigar sobre el software utilizado para realizar las interfaces
graficas de un SCADA. El trabajo deberá llevar tres objetivos y una introducción al tema
propuesto con sus respectivas conclusiones.
1. Realizar una investigación de mínimo 2 páginas sobre los software
utilizados en sistemas SCADA, indicando por lo menos una característica
que los haga diferente a otros.
2. El grupo deberá descargar un software libre o de evaluación compartirlo con todo
el grupo y ponerse de acuerdo cual van a utilizar para el trabajo e instalarlos.
3. Con sus compañeros pensaran en un diseño de libre elección y escogerán un
software para realizar solo la Interfaz gráfico del operador esta que ofrece y
proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. Esto
será un proceso que pueda ser desarrollarlo con el software que escogieron,
descargaran el tutorial del software escogido y lo publicaran para todos.
4. El diseño escogido (por aprobación de todo el grupo) debe verse
desarrollado y no se valorará los DEMOS que traen los Simuladores., aquí les
dejo varios posibles procesos que pueden desarrollar:
a. Control de nivel
b. Semáforo
c. Contador digital.
d. Control de llenado de botellas
e. Escalera Mecánicas.
f. Control de giros de motores.
g. Control de Temperatura.
h. Mezclador de productos.
i. Bandas transportadores de alimentos.
DESARROLLO DEL TRABAJO.
1. Realizar una investigación de mínimo 2 páginas sobre los software utilizados en sistemas SCADA, indicado por lo menos una característica que los haga diferente a otros.
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TRABAJO COLABORATIVO III
INVESTIGACION APLICATIVOS SOFTWARE PARA IMPLEMENTAR PROYECTOS SCADA.
Lookout (National
Instruments)
Lookout es una potente herramienta de software (HMI y SCADA) fácil de usar para la
automatización industrial. Se ejecuta bajo Windows y se comunica con E/S ubicadas en
el campo, como los PLCs, RTUs y otros dispositivos. Un proyecto típico realizado con
Lookout, incluye el control, monitoreo y supervisión continúa del proceso, fabricación
discreta, aplicaciones batch, y los sistemas remotos de telemetría. Con Lookout, usted
puede crear representaciones gráficas en la pantalla de un ordenador de dispositivos
reales, tales como interruptores (switches), escalas gráficas, grabadoras de eventos,
botones (pulsadores), mandos (botones, etc.). y vincular las representaciones graficas
a los instrumentos existentes en la planta como los PLCs, RTUs, sistemas de
adquisición de datos, u otros dispositivos de E/S.
En la figura anterior se muestra la estructura de un objeto en la planta, un objeto
encapsula datos, parámetros y funcionalidades en un solo paquete. Un objeto es una
unidad de programación que es autónomo, y que tiene una base de datos predefinida, un
grupo de parámetros, e instrucciones incorporadas. Se piensa en un objeto como un
modelo de
programación
de
un
objeto
físico.
Por
ejemplo,
un
interruptor
de
encendido
es
un objeto físico. Usted lo puede encender y apagar. En Lookout un objeto Switch representa un interruptor físico. Usted también lo puede prender o apagar. Los
parámetros definen los límites de la funcionalidad del objeto. Por ejemplo, en el objeto Switch el parámetro Security Level determina quien tiene los permisos necesarios para poderlo activar o desactivar, y luego una base de datos puede almacenar la información que indica la posición actual del interruptor.
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TRABAJO COLABORATIVO III
LabView (National Instruments)
LabVIEW es
una
herramienta
diseñada
específicamente
para
monitorear,
controlar,
automatizar y realizar cálculos complejos de señales analógicas y digitales capturadas a
través de tarjetas de adquisición de datos, puertos serie y GPIBs (Buses de intercambio
de propósito general). Es un lenguaje de propósito general como C o Basic, pero con la característica que es totalmente gráfico, facilitando así la comprensión y el manejo para el diseñador y desarrollador de aplicaciones tipo SCADA.
Incluye bibliotecas para la adquisición, análisis, presentación y almacenamiento de
datos, GPIB y puertos serie. Entre otros beneficios, tales como la conectividad con
otros programas, por ejemplo de cálculo, en particular Matlab.
Se basa en la programación modular, lo que le permite crear tareas muy complicadas a
partir de módulos o submódulos mucho más fáciles. Además, estos módulos se
pueden utilizar en otras tareas, ósea que su código es reutilizable, lo que hace que la
programación sea mucho más rápida y más rentable.
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TRABAJO COLABORATIVO III
PcVue ‐ versátil HMI / SCADA
PcVue es
un
producto
con
todas
las
funciones
que
representa
los
últimos
avances
en
software SCADA para multi‐estación de monitoreo y control. Su Smart Generator crea
aplicaciones PcVue de fuentes como AutoCad, CoDeSys y ISaGRAF. Su WebVue solución de cliente liviano funciona en un navegador web, ya sea en una intranet o a través de Internet. Su seguridad está garantizada a través de normas basadas en la tecnología de Microsoft IIS. Hay características, complementos y herramientas para
manejar las comunicaciones, redes y gestión de base de datos.
La aplicación PcVue se ha diseñado siguiendo las recomendaciones de los integradores,
fabricantes de equipos originales y usuarios finales, y en base a una experiencia
considerable de ARC Informática en el sector de la automatización industrial. PcVue
cuenta con una ergonomía moderna y herramientas basadas en la tecnología de
objetos, con el fin de minimizar el tiempo de desarrollo de aplicaciones, incluyendo las
últimas herramientas de Microsoft, la interfaz de usuario las normas y las
características de seguridad de Windows XP y Windows 7.
PcVue proporciona una solución flexible para la supervisión de procesos industriales,
servicios públicos e infraestructura. Cumple con los estándares industriales de
confiabilidad y rendimiento, manteniendo la facilidad de uso de una aplicación de
oficina. Se extiende desde las necesidades de un solo usuario a aplicaciones complejas
cliente‐servidor con redundancia.
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CSWorks (Aplicación Freeware)
CSWorks es una aplicación libre, y es un programa de desfragmentación para crear soluciones web utilizando Microsoft.NET HMI/SCADA/M2M y Microsoft Silverlight. El software es compatible con la adquisición de datos en tiempo real, registro histórico
de datos, gestión de alarmas y el seguimiento de los datos históricos en tiempo real.
CSWorks es un sistema abierto, con capacidades ilimitadas para la personalización,
gráficos contemporáneos de gran alcance, este software funciona dentro de los límites
del sitio y el servidor de seguridad.
El framework para el servidor CSWorks es un conjunto de elementos altamente
personalizable en el servidor, que proporcionan acceso a las fuentes de datos
arbitrarios a través de un modelo sencillo pero potente que se puede conectar con
proveedores (OPC, PLC, bases de datos) realiza la adquisición de datos de
procesamiento en tiempo real, además de las alarmas y los datos históricos. Los
desarrolladores pueden crear componentes personalizados para el procesamiento de
datos.
La funcionalidad del framework para el servidor se puede usar para personalizar los
componentes para el procesamiento de los datos a través de servicios web y también
utilizando WCF (Windows Communication Foundation). Todos los parámetros de
configuración se guardan en archivos (config) y se pueden manejar fácilmente en
aplicaciones
o
scripts.
El
entorno
de
servidor
tiene
componentes
que
realizan
flujo
multiplexado de datos, que ofrece muchas posibilidades para la redundancia y la
partición. El framework cliente de la aplicación CSWorks es un conjunto de
componentes basado en Microsoft Silverlight que realiza el intercambio de datos con
los componentes del servidor utilizando servicios web. Implementan también algunos
controles gráficos muy útiles (depósitos, pantallas numéricas, resumen de alarmas,
monitoreo de tendencias, etc.)
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SIMATIC WinCC
WinCC se
ha
diseñado
sobre
una
base
no
tecnológica
y la
industria
específica
de
base,
es
modular y se puede extender de una manera flexible, es un estándar que se adapta, hace
posible tanto exigentes aplicaciones monopuesto en ingeniería mecánica, así como
complejas soluciones multi‐usuario o incluso sistemas distribuidos, incluyendo varios
servidores y clientes conectados a internet que pueden realizar visualización de la planta.
WinCC combina la producción y la automatización de procesos, numerosas referencias a
través de cualquier número de aplicaciones y ramas de la industria lo demuestran.
WinCC se ha establecido como un estándar de la industria en el campo de visualización de
procesos, sin importar si usted lo mira como un ser autónomo SCADA‐System (Sistema de
Control y Adquisición de Datos) o el componente HMI de SIMATIC PCS 7. Un gran número
de opciones de WinCC y add‐ons permite a la industria una solución específica, por
ejemplo, en
aplicaciones
de
tratamiento
de
la
industria
farmacéutica
o el
agua.
Con WinCC usted puede configurar sistemas Cliente‐Servidor, y de esta manera distribuir
el manejo y observación de su instalación a varios clientes y servidores. En grandes
instalaciones usted puede entonces aliviar cada uno de los ordenadores y distribuir las
tareas mejorando el rendimiento de los terminales.
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Wonderware InTouch HMI
El software
InTouch
ofrece
funciones
de
visualización
gráfica
con
capacidad
de
gestión
de
operaciones, control y optimización a un nivel completamente nuevo. Lo que ahora se
conoce en la industria como HMI (Human Machine Interface) comenzó hace más de veinte
años con el software InTouch. No hay otro HMI en el mercado que pueda igualar el
software InTouch en términos de innovación, integridad, arquitectura, conectividad,
combinación de dispositivos, fácil migración de versiones de software sin interrupciones
y por supuesto su facilidad de uso.
Esto se traduce en sistemas basados en estándares que permiten maximizar la
productividad, optimizar la eficacia de los usuarios, mejorar la calidad y reducir los costos
de operación, desarrollo y mantenimiento. La facilidad de uso permite a los
desarrolladores y operadores ser más productivos de manera sencilla y rápida,
aprovechando sus características de mayor integración de dispositivos con una excelente
conectividad entre los sistemas.
Sus capacidades gráficas permiten la interacción con las operaciones para entregar la
información correcta a las personas adecuadas en el momento adecuado.
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2. El grupo deberá descargar un software libre o de evaluación, compartirlo entre todos y ponerse de acuerdo con cual van a utilizar para el trabajo e instalarlo.
El software escogido por el grupo fue el recomendado por nuestro profesor el ingeniero
Hugo Orlando Pérez, quien de una manera muy atenta nos recomendó el LABVIEW, cuyas características lo hacen ideal para nuestros primeros desarrollos de sistemas SCADA.
LabVIEW. Es un lenguaje totalmente gráfico, y el resultado es que puede ser visto como un instrumento, de igual manera todas las instrucciones creadas con módulos de LabVIEW
se llaman VI (Virtual Instrument). También ofrece la ventaja de "depuración" en cualquier
punto de la aplicación, permitiendo la posibilidad de poner "puntos de quiebre", correr la
aplicación paso a paso, correr hasta cierto punto y se observar los diferentes valores que
toman las variables al ejecutar la aplicación.
LabVIEW tiene la característica de descomposición modular. Cualquier VI que ha sido
diseñado puede convertirse fácilmente en un módulo que puede ser utilizado como un
sub‐unidad en otro VI. Esta peculiaridad podría ser comparada con la característica del
Case en lenguajes de programación estructurados. Es posible programar módulos para
LabVIEW en lenguajes como C y C + +, estos módulos son conocidos como sub‐VIs y no son
diferentes de los creados con LabVIEW excepto en la interfaz del lenguaje en la que se
han programado. Además, estos sub‐VIs son muy útiles por ejemplo en el campo de
complejos cálculos numéricos que no están incluidos en las bibliotecas de LabVIEW.
Hay dos conceptos básicos en LabVIEW: El panel frontal y el diagrama de bloques.
PANEL FRONTAL. Es la interfaz que el usuario está viendo y puede ser completamente similar a la del instrumento en el cual los datos están siendo recogidos, sirve para que el
usuario sepa con precisión cuál es el estado actual del instrumento y los valores de las
señales que se miden. El panel frontal es la cara que el usuario del sistema está viendo
cuando se va a supervisar o controlar el sistema, es decir, la interfaz de usuario. Este
contiene los controles e indicadores que incluso pueden ser controles e indicadores
personalizados.
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Un control puede adoptar muchas formas, y muchas de ellas representan el dibujo real
que se utiliza en los instrumentos reales, estos controles son estrictamente digitales o
analógicos. Sin
embargo,
todos
los
controles
tienen
una
forma
visual
para
indicar
al
usuario cuál es el estado de dicho control en el instrumento real. Es muy importante que
el diseño del sistema SCADA el usuario u operario no tenga que interpretar nada, que
todo sea supremamente claro y conciso sin dar lugar a interpretaciones equivocas, que
puedan llevar a acciones falsas y, por tanto, a errores lamentables.
DIAGRAMA DE BLOQUES. Es la conexión de todos los controles y variables, que tienen cierta semejanza con el diagrama eléctrico o esquemático del instrumento, es el otro lado
del panel frontal, una cara que el usuario u operario del sistema no puede ver. Aquí están
todos los controles e indicadores interconectados, de aspecto muy parecido a un
diagrama esquemático eléctrico. Este lado es mucho más conceptual que el panel frontal y
para el usuario u operario convencional no sería muy fácil de entender.
En esta imagen podemos observar un diagrama de bloques donde se advertimos que
todos los módulos están interconectados por líneas de conexión, por donde circulan las
diferentes señales, datos o valores de un VI. Podemos ver así a un VI como un conjunto de
elementos, módulos y submódulos interconectados entre sí.
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3. Con sus compañeros pensaran en un diseño de libre elección y escogerán un software para realizar solo la Interfaz gráfico del operador, esta que ofrece y proporciona al
operador las
funciones
de
control
y supervisión
de
la
planta.
Esto
será
un
proceso
que
pueda ser desarrollarlo con el software que escogieron, descargaran el tutorial del software escogido y lo publicaran para todos.
Para este trabajo escogimos dos diseños que consideramos serán de gran ayuda para el desarrollo del trabajo final. El primero de ellos consiste en el Control de Nivel de un tanque en forma automática y manual a través de un interruptor de CARGA/DESCARGA, y de dos sendas válvulas manuales. El segundo diseño trata del control del llenado y vaciado de dos tanques.
CONTROL DE NIVEL DE UN TANQUE, MEDIANTE UN INTERRUPTOR DE CARGA Y DESCARGA Y EL CONTROL DEL PASO DE FLUIDO HACIA Y DESDE EL TANQUE MEDIANTE EL ACCIONAMIENTO DE DOS VALVULAS DE PASO.
Es un sistema sencillo que nos permite empezar a conocer las bondades que posee el
software LabView, para el diseño, desarrollo e implementación de sistemas SCADA. Se trata del control del nivel de un tanque de forma manual, gobernado mediante un
interruptor de carga y descarga y dos sendas válvulas de paso, una válvula que permitirá el
ingreso o entrada de flujo hacia el tanque y otra válvula que permitirá la salida de flujo
hacia la planta u otros sistemas a alimentar, que por lo general será un segundo tanque de
almacenamiento.
Para probar nuestra pequeña aplicación, vamos a considerar primero que el tanque se
encuentra completamente descargado, y que las válvulas de paso están cerradas,
condición para la cual el indicador de nivel de estado bajo estará encendido, este
corresponde a un led de color rojo. También el interruptor de carga y descarga estará en
la posición de DESCARGA.
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CONDICION INICIAL:
Procedemos a activar la opción CARGA del interruptor de carga/descarga , dando click en
botón azul, pero el sistema no permitirá el paso del flujo hacia el tanque hasta que la
válvula de entrada este abierta, esta válvula indica su estado de acuerdo a dos colores, si la válvula está cerrada se mostrara en rojo, y si la válvula está abierta se mostrara en
verde, estas válvulas se abren dando click sobre ellas, cambiando su estado de color rojo a
verde o viceversa, indicando de esta manera que la válvula está cerrada o abierta
respectivamente. Para el caso anterior la válvula deberá quedar en verde lo que nos
indicara que
la
válvula
está
abierta
y ya
que
el
interruptor
azul
está
en
CARGA
entonces
comenzara el proceso de carga del tanque.
CONDICION DE CARGA:
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Podemos observar como el tanque empieza a cargarse pasando de un estado de nivel
BAJO a un estado de nivel medio donde se enciende un led de color AZUL, que nos indica
que el
tanque
está
en
un
nivel
medio.
Finalmente el tanque alcanza un nivel alto que hemos programado de 100 Litros, razón
por la cual se detiene la carga del tanque y se enciende un led verde que nos indica que el
tanque se encuentra en un nivel alto. (El cual hemos considerado como de 100 Litros).
CONDICION DE DESCARGA:
Para empezar el proceso de DESCARGA del tanque, la válvula de entrada deberá estar
cerrada y la válvula de salida abierta para que esta se empiece el proceso de descarga, que
como indica el led verde, se encuentra en NIVEL ALTO, posteriormente pasara a un NIVEL
MEDIO, donde se enciende el led azul y terminara en un NIVEL BAJO donde finalmente se
encenderá el led rojo.
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Veamos este proceso gráficamente:
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Podemos observar como el tanque retorna a su condición inicial. También es posible
manipular la CARGA y DESCARGA del tanque solamente desde el interruptor AZUL de
carga/descarga del
tanque
dejando
las
válvulas
de
paso
abiertas,
con
lo
cual
es
posible
manejar el proceso de descarga exclusivamente desde este interruptor.
Sin embargo el tanque nunca se cargara más de 100 litros porque esa es la condición que
le hemos impuesto al diseño del control del tanque. Podríamos colocar una condición
inferior superior a CERO, pero quisimos ilustrar la completa descarga del tanque.
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A continuación adjunto el D IAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA:
DISEÑO DEL CONTROL DE LLENADO Y VACIADO DE DOS TANQUES.
Se realizó el siguiente ejercicio de llenado y vaciado de dos tanques, el cual tiene un
mando general de válvulas.
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El interruptor del mando general de válvulas, activa también el interruptor que activa la
válvula que llena el tanque 2. En el momento en que el interruptor de la válvula general
está abierto,
llena
el
tanque
1,
el
interruptor
de
la
válvula
del
tanque
2 está
cerrado.
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Cuando se cierra el interruptor del mando general de válvulas, empieza a vaciar el tanque
1, y abre el interruptor de la válvula del tanque 2.
El tanque 2, solo se empieza a llenar, cuando el nivel del tanque 1 es mínimo, activa un
sensor, el cual abre la válvula que llena el tanque 2.
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Al abrir el interruptor del mando general de válvulas, cierra el interruptor del tanque 2 y
empieza a vaciar este tanque. El tanque 1 solo se empieza a llenar cuando el tanque 2 este
en un nivel mínimo y activa el sensor que abre la válvula del tanque 1.
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De nuevo se inicia el ciclo que se requiere. En el momento que se esté llenando o vaciando
cualquier tanque y se cierra o abre el interruptor del mando general, el nivel del tanque
sube o baja según el proceso que se esté desarrollando.
Finalmente incluimos el diagrama de bloques respectivo.
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3. CONCLUSIONES
Gracias a la
elaboración
del
presente
trabajo
se
obtuvieron
los
siguientes
resultados:
Al desarrollar esta actividad la unidad 3 , verificando las correspondientes lecturas y
realizando una presentación con la socialización del proyecto de la empresa donde laboro
para tener una mejor integración y trabajo en grupos y a la vez nos encontramos con la
realización de esta asignatura indica que nos hacía falta conocer más sobre
automatización industrial ya que con ella cada día la tecnologías han sobre pasado limites
que el hombre no hubiese alcanzado gracias a todos estos dispositivos.
El recorrido a través del módulo sus unidades, capítulos y contenidos fue fundamental
para el desarrollo del presente trabajo porque gracias los conceptos derivados de su
estudio aclaramos significativamente los tópicos que tuvimos que tratar como estudiantes
a lo largo del desarrollo del presente modulo.
Al realizar esta actividad propuesta por el tutor ampliamos nuestra visión sobre un tema
tan fundamental para nuestras carreras como lo es la automatización industrial y cuyos
objetivos iniciales esperamos haber cumplido muy satisfactoriamente gracias a la ayuda
de nuestro tutor encargado Ing. Hugo Orlando Pérez.
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4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. Navarro, Pérez, H.O. (2011), MODULO AUTOMATIZACION INDUSTRIAL/ UNAD.
2. Navarro, Pérez, H.O. (2012), FORO TRABAJO COLABORATIVO UNIDAD 3/ UNAD.