Universidad de Oriente

Núcleo de Monagas

Departamento de Ingeniería de Sistemas

Cursos Especiales de Grado

Área: Automatización y Control de Procesos Industriales

SISTEMAS DE SUPERVISÓN. (2) (CAP. 1)

Equipo CAM

Profesora: Integrantes:

Judith Devia. Guevara A., Bernardo J. C.I.: 20.172.680.

Velásquez M., Yanires Y. C.I.: 19.008.895.

Maturín, marzo de 2014

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................1

MARCO TEÓRICO...................................................................................................2

Supervisión...........................................................................................................2

Tareas de Supervision......................................................................................2

Supervisión y Monitoreo.......................................................................................3

Etapas en la supervisión...................................................................................3

Supervisión Experta..............................................................................................4

Supervisión con Sistemas SCADAs.....................................................................4

Funcionalidades básicas de un sistema SCADA..............................................4

Terminología.........................................................................................................5

Relativo al estado del proceso..........................................................................5

Relativo a señales.............................................................................................6

Relativo a la tareas de supervisión...................................................................6

DISCUSIÓN.............................................................................................................7

CONCLUSIONES.....................................................................................................8

BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................9

INTRODUCCIÓN

El hombre no se detiene en sus esfuerzos por continuar desarrollando e innovando la forma en que realiza las actividades productivas. La competitividad creciente, es un impulso para las industrias de mantenerse actualizadas en la aplicación de las técnicas que aporten mayor eficiencia y eficacia a los procesos de producción.

Ya no es suficiente con conocer el proceso y obtener la data durante su desarrollo, es determinante cómo se maneja dicha data y con qué fin, para la automatización y control de procesos es de gran importancia la supervisión y monitoreo constante de estos procesos y los datos generados durante su ejecución. Estas actividades pueden ser llevadas a cabo por una asociación entre hombre-máquina, que controlan los diferentes procesos que se dan en una fábrica. Tan importante como la supervisión son las jerarquías de control que se establecen en una red industrial de procesos, también existen en el mercado diferentes sistemas para el control. Estos sistemas destacamos los sistemas SCADA, que se mencionarán de manera general en las páginas subsiguientes.

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MARCO TEÓRICO

Supervisión

La supervisión es una actividad técnica y especializada que tiene como fin fundamental utilizar racionalmente los factores que le hacen posible la realización de los procesos de trabajo: el hombre, la materia prima, los equipos, maquinarias, herramientas, dinero, entre otros elementos que en forma directa o indirecta intervienen en la consecución de bienes, servicios y productos destinados a la satisfacción de necesidades de un mercado de consumidores. [1]

La principal función de la supervisión es la centralización del control de procesos fuera del real de control o fuera de maquina a controlar. En la supervisión actúan tanto las personas como las máquinas [2]. En el contexto industrial la supervisión de procesos se entiende como el conjunto de acciones desempeñadas con el propósito de asegurar el correcto funcionamiento del proceso incluso en situaciones anómalas. De hecho, podemos afirmar que la supervisión está presente en cualquier proceso productivo y que se realiza a través de encargados y operarios especializados, que detectan a presencia de comportamientos anómalos y actúan en consecuencia (ajustando parámetros, cambiando consignas y activando accionamientos para prevenir un mal superior o conservar la capacidad operativa del proceso). [3]

Tareas de Supervisión

Las tareas son los diferentes tipos de operaciones que se deben realizarse con el fin de supervisar un sistema dado. Hay seis tipos principales de funciones:

1. Detección de fallos: La determinación de la presencia de fallos en un sistema y el tiempo de detección.

2. Aislamiento de fallos: Identificación de atributos relevantes de los fallos presentes: tipo, la ubicación y la hora de la detección de un fallo. Sigue la detección de fallos.

3. Identificación de fallos: Determinación de otros atributos relevantes de fallos: el tamaño y el comportamiento variable en el tiempo de un fallo. Sigue el aislamiento de fallos.

4. Diagnóstico de fallos: Determinación de la especie, el tamaño, la ubicación y la hora de la detección de un fallo. Sigue la detección de fallos.

5. Monitoreo: Una tarea continua en tiempo real de la determinación de las condiciones de un sistema físico, mediante el registro de información reconociendo e indicando las anomalías del comportamiento del mismo.

6. Supervisión: monitoreo de un sistema físico y tomar las acciones apropiadas para mantener la operación en el caso de fallos. [4]

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Supervisión y Monitoreo

La implementación de un sistema de supervisión supone recorrer tres etapas fundamentales: la detección de fallos, el diagnóstico de éstos y finalmente la reconfiguración del sistema, que debe permitir continuar operando de acuerdo con las especificaciones fijadas. En caso de no realizarse las tres etapas anteriores, se considera el sistema de supervisión como sistema de vigilancia y asistencia al operario y se concibe como sistema de monitorización. Se trata de sistemas que alertan al operario y éste decide sobre la existencia de fallos en el proceso, así como su origen y las acciones a realizar. En este caso el sistema de supervisión lo constituyen el entorno de monitorización junto con el operario a su cargo y por tanto es habitual designar también, como entornos de supervisión, a tales sistemas. Con el propósito de diferenciar dichos sistemas de otros, más avanzados. [3]

Etapas en la supervisión

Como se ha enunciado en el párrafo anterior, un proyecto de supervisión, debe acometer tres etapas básicas (ver Figura 1). Para llevarlas a cabo, es imprescindible disponer de registros de las señales de proceso de forma centralizada en un ordenador de control y por tanto ser parte de procesos monitorizados. Las etapas son:

Figura 1. Etapas básicas en supervisión.

1. Detección de fallos: el objetivo de esta etapa es el de obtener indicios de situaciones anómalas que puedan llevar al proceso a una situación de fallo y clasificarlas como tales. Esta tarea consiste básicamente en la obtención de indicadores de fallo y su evaluación continuada, seguido de un proceso de decisión. Se fundamenta, por tanto, en el conocimiento sobre el funcionamiento del proceso (modelo) y la utilización de éste de forma automática y sistemática para decidir sobre el correcto (o incorrecto) funcionamiento del proceso de forma continua.

2. El diagnóstico de fallos, o simplemente diagnosis: sigue a la detección de fallos con el propósito de averiguar las causas primeras de esta situación anómala. El diagnóstico consiste en un procedimiento deductivo que lleva al origen del fallo, con basamento en conocimientos y experiencias adquiridas que den la puta para el diagnóstico.

3. Reconfiguración o propuesta de acciones consistirá en las acciones a realizar para mantener el proceso operativo. Puede ser realizando cambios a ajuste en el sistema para garantizar la operatividad, incluso mientras persiste el fallo. [3]

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Supervisión Experta

La industria actual goza de un elevado nivel de automatización pero, a pesar de ello son necesarios la vigilancia y el seguimiento por parte de ojos expertos desde la sala de control. La experiencia y el know how sobre el proceso son los que en muchas ocasiones permiten detectar situaciones indeseadas (fallos) y diagnosticar su origen. Por descontado, en presencia de tales situaciones siempre se recurre a la experiencia y conocimiento para obrar en consecuencia.

Este conjunto de tareas, que pueden parecen rutinarias a los ojos del operario son los que confieren al supervisor su categoría de experto y son consecuencia de su aprendizaje y capacidad de razonamiento y deducción. El objetivo, por tanto, es lograr un sistema informático dotado de experiencia y conocimiento suficiente como para relajar la atención del operario y que sirva a éste de soporte y consulta. [3].

Supervisión con Sistemas SCADAs

SCADA es un acrónimo por Supervisory Control And Data Acquisition (control y adquisición de datos de supervisión). Los sistemas SCADA utilizan el computador y las tecnologías de comunicación para automatizar el monitoreo y control de procesos industriales. Estos sistemas son partes integrales de la mayoría de los ambientes industriales complejos o muy geográficamente dispersos ya que pueden recoger la información de una gran cantidad de fuentes muy rápidamente, y la presentan a un operador en una forma amigable. Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas [2]. Como su nombre indica dichos sistemas se atribuyen las funcionalidades de centralización o adquisición de datos, control y supervisión. Podemos decir, por tanto, que representan el estado actual de esta disciplina en los entornos industriales.

Un SCADA es una aplicación o conjunto de aplicaciones software con acceso a planta, mediante comunicación digital con los instrumentos y actuadores, e interface gráfica de alto nivel con el usuario. De todas formas, las siglas SCADA se utilizan tanto para designar estas aplicaciones como los entornos utilizados para su desarrollo, asociando a ellos las marcas comerciales. [3]

Funcionalidades básicas de un sistema SCADA

• Adquisición y almacenado de datos.• Representación gráfica y animada de variables de proceso y monitorización

de éstas por medio de alarmas.• Control, actuando sobre autómatas y reguladores autónomos (consignas,

alarmas, menús, etc.) o bien directamente sobre proceso a través de E/S remotas.• Arquitectura abierta y flexible con capacidad de ampliación y adaptación.

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• Conectividad con otras aplicaciones y bases de datos, locales o distribuidas en redes de comunicación. [3]

Una revisión detenida de la diversidad de productos SCADA que se encuentran en el mercado permite afirmar de la mayoría de ellos, que aunque cumplan perfectamente con las tareas de adquisición de datos y control (compartiendo responsabilidad con los dispositivos de campo, tipo PLC), distan de ser entornos de supervisión expertos. Es decir, la integración de conocimiento experto y su utilización en tareas de decisión queda reducida a su característica de sistema abierto. De hecho, el rol supervisor de los SCADA actuales queda relegado básicamente a la activación y registro de alarmas asociadas al traspaso de umbrales por parte de variables analógicas. Aunque las alarmas pueden considerase una forma simple de detección de fallos, quedan por cubrir otras tareas de supervisión como son el diagnóstico y la propuesta de acciones para la reconfiguración del sistema, en caso de ser necesario. Por tanto, bajo esta perspectiva, los actuales sistemas SCADA distan de ser entornos de supervisión expertos y sus funcionalidades básicas deben completarse con otras aplicaciones.

En ese caso, será tarea de la ingeniería, o del equipo de desarrollo, la selección e integración de las herramientas más adecuadas (sistemas expertos, herramientas de decisión, simuladores, bases de datos, planificadores, herramientas de gestión u otras aplicaciones) para configurar el entorno global de supervisión. El SCADA establece el puente entre el proceso y otras aplicaciones. [3].

Terminología

A continuación se apunta un breve listado relativo a los términos más comunes en supervisión. Los términos marcados con asterisco (*) corresponden a los aceptados por el Comité Técnico de SAFEPROCESS de 1996 y recogidos por Isermann y Ballé. Se han añadido otros debido a su uso frecuente en el dominio de la supervisión.

Relativo al estado del proceso

Falta (*Fault) o fallo: Desviación, no permitida de una variable o característica del sistema.

Malfuncionamiento (*Malfunction): Irregularidad intermitente en el comportamiento normal de un sistema.

Fallo (*Failure): Interrupción permanente, total o parcial, en el comportamiento normal del sistema.

Estado o régimen transitorio (Transient State): Situación provocada por un cambio en las constantes del proceso (cambios de consignas o parámetros o aparición de perturbaciones) que resulta en una variación de una o varias de sus variables respecto del que adopta en estado permanente.

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Estado o régimen permanente (Steady State): Situación caracterizada por un valor constante o repetitivo (periódico) en el valor de todas las variables del proceso. Sigue a un régimen transitorio en los sistemas estables.

Relativo a señales

Alarma (Alarm): Alerta de falta provocada por la superación de un umbral asociado a una variable.

Evento (Event): Sucesos característicos que identifican un cambio significativo en una característica asociada a una variable. La aparición o desaparición de una alarma es un evento en sí misma.

Error (*Error): Desviación entre una medida o cálculo de una variable y su valor verdadero (o teóricamente correcto).

Residuo (*Residual): Diferencia entre la salida de un sistema predicha por un modelo y la medida. Se utiliza como forma de generación de alarma en la detección de fallos.

Síntoma (Symptom): Desviación de una magnitud observable respecto a su comportamiento normal en ausencia de modelo.

Aunque los conceptos de alarma y evento están asociados a las señales mientras que las Faltas (o comúnmente fallos) se asocian al funcionamiento del proceso, unos son consecuencias de los otros. Es decir, una alarma se activará al producirse un evento y será indicativo de falta en el proceso.

Relativo a la tareas de supervisión

Detección de fallos (*Fault Detection): Determinación de la presencia de fallos.

Diagnóstico de fallos (*Fault Diagnosis): Determinación del origen de los fallos (que componente, en qué lugar,...).

Monitorización (*Monitoring): Determinación y representación gráfica de las condiciones de funcionamiento de un sistema real en tiempo real. Sinónimo de seguimiento o vigilancia.

Supervisión (*Supervision): Monitorización de un sistema, para detectar los posibles fallos y actuar en consecuencia. Proponer acciones correctoras frente a situaciones detectadas y diagnosticadas.

Supervisión Experta (Expert Supervision): Supervisión que utiliza para sus propósitos mecanismos de abstracción de información y procesado automático de conocimiento y/o experiencia.

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DISCUSIÓN

A medida que el hombre continúa su evolución, es capaz de configurar procesos aún más complejos, aunado a esto sigue mejorando continuamente las técnicas y herramientas para controlar el desarrollo de estos procesos, es así como surge la necesidad de conocer y estudiar el comportamiento de los elementos que intervienen directamente en la ejecución de las actividades productivas, con el fin de obtener la información necesaria que soporte la toma de decisiones. Esta es la tarea de la supervisión y monitoreo de procesos industriales.

La monitorización consiste en la determinación, continua, en tiempo real de las condiciones del sistema y sus variables, a su vez la supervisión de procesos se entiende como el conjunto de acciones desempeñadas con el propósito de asegurar el correcto funcionamiento del proceso incluso en situaciones anómalas (en presencia de un fallo/falla). La supervisión experta utiliza para sus propósitos, de seguimiento y control, mecanismos de abstracción de información y procesado automático de conocimiento y/o experiencia, que permite un diagnóstico de fallo confiable y con mayor rapidez.

Un sistema de supervisión supone recorrer tres etapas fundamentales: la detección de fallos (determinación de una alteración en alguna variable en el sistema), el diagnóstico de éstos (consiste en un procedimiento deductivo, averiguar las causas primeras de esta situación anómala) y finalmente la reconfiguración del sistema, que debe permitir continuar operando de acuerdo con las especificaciones fijadas. Los sistemas SCADA utilizan el computador y las tecnologías de comunicación para automatizar el monitoreo y control de procesos industriales.

Ejemplo de aplicación SCADA

La arquitectura de software de una aplicación desarrollada se basa en una aplicación SCADA que se ejecuta sobre un computador personal que hace las funciones de monitorización de variables, gestión de alarmas, elaboración de históricos e informes.

El computador personal con el SCADA sigue el flujograma que se muestra en la Figura 2. Donde se puede apreciar el inicio, establecer comunicación PLCs y BBDD, demultiplexación de datos a cada equipo, monitorización, control y almacenamiento de datos, fin de la secuencia y por último visualizar históricos, fin.

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Figura 2. Flujograma de la aplicación SCADA

Cada PLC sigue el flujograma de la Figura 3 y efectúan el control de las tareas y toman variables de consigna del computador personal y/o de los terminales táctiles.

Con todo, se obtiene una aplicación distribuida que es capaz de funcionar independientemente en cada terminal de control y que es capaz de integrarse en un terminal remoto que actúa como sistema de monitorización ofreciendo la posibilidad de modificar puntos de consigna de funcionamiento del sistema. Ver figura 4.

Desde la pantalla inicial de la aplicación es posible acceder a los distintos dispositivos de control: leer su estado y modificar parámetros de funcionamiento a través de una identificación de usuario autorizado. Ver figura 5. [5]

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Figura 3.Flujograma de funcionamiento del PLC

Figura 4. Vista principal de la aplicación

Figura 5. Control remoto de variadores

Figura 3. Monitorización de niveles.

CONCLUSIONES

La supervisión de procesos técnicos es objeto del continuo desarrollo de métodos y técnicas, debido a creciente demanda en la confiabilidad y seguridad, el uso de computadoras en la supervisión y monitoreo de procesos permite la aplicación de métodos, los cuales resulta en una temprana detección de fallas, de lo que sería posible con las limitaciones convencionales y chequeos de rutina. Con el apoyo de los modelos de proceso, estimación y decisión es posibles también monitorear variables no cuantificables como estados de proceso, parámetros de proceso y características.

El monitoreo de procesos se limita determinación de las condiciones de un sistema físico, mediante el registro de información reconociendo e indicando las anomalías del comportamiento del mismo, es decir nos ofrece una descripción actual de las condiciones del sistema, dando paso a la supervisión, que tomando como base esta información obtenida en el monitoreo, toma las acciones pertinentes para mantener en operación el sistema. La herramienta tecnológica que apoya esta supervisión se conoce como SCADA, de los cuales existen varias versiones comerciales, y pueden ser adaptadas de acuerdo a los procesos realizados por cada industria.

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BIBLIOGRAFÍA

[1] (2010). La supervisión y la organización. [Documento en línea]. Disponible: http://produccinyseguridadindustrial.blogspot.com/2010/11/la-supervision-y-la-organizacion.html [Consultado: 2014, marzo 23]

[2] David Chacon, Oscar Dijort, Jacinto Castrillo (2011). Supervisión y control de procesos. [Documento en línea]. Disponible: https://www.google.co.ve/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0CC8QFjAB&url=http%3A%2F%2Focw.upc.edu%2Fdownload.php%3Ffile%3D15012628%2F40194-3452.pdf&ei=IhMxU4ujHomQkAfIiYDgCw&usg=AFQjCNFwuloXjwozuHyK673aKazgt4jKrQ&bvm=bv.63587204,d.eW0 [Recuperado: 2014, marzo 24]

[3]Joan Colomer Llinás, Joaquim Meléndez, Jordi Ayza (2000). Sistemas de supervisión. Introducción a la monitorización y supervisión experta de procesos: métodos y herramientas. [Documento en línea]. Disponible: http://www.ceautomatica.es/sites/default/files/upload/10/files/sistemas%20de%20supervision.pdf [Consultado: 2014, marzo 23]

[4] Silvia Suárez, Beatriz López, Joaquim Melendez (2003).Towards holonic multiagent systems: Ontology for supervision tool boxes [Documento en línea]. Disponible: http://eia.udg.es/~sasuarez/papers/towards_holonic_WORKSHOP_AGENTS_CAEPIA2003.pdf [Consultado: 2014, marzo 23]

[5] Ricardo Pizá, Josep Tornero, Raquel Moreno, Isalin Baeta. Supervisión, monitorización y control distribuidos. Aplicados al sector agroalimentario. [Documento en línea]. Disponible: http://www.ceautomatica.es/old/actividades/jornadas/XXI/documentos/ja00_070/ja00_070.pdf [Consultado: 2014, marzo 24]

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