299013_GrupoNo_12

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIASPROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA

MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIALTRABAJO COLABORATIVO III

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

TRABAJO COLABORATIVO III

PRESENTADO POR:PEDRO ELIAS MUÑOZ SOLARTEFERNAN DAVID GRACIA TORRES

ORLANDO TORRES BOTIAHUMBERTO 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



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.



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.

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.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.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.



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.)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.

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.

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 ingenieroHugo 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.



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.



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.



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:



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.



Veamos este proceso gráficamente:



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.

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