Microsoft Word - tarjetas.docDISEÑO, ESPECIFICICACIÓN Y SIMULACIÓN
DEL SISTEMA DE CONTROL DE
INGRESO Y SALIDA DE PERSONAS Y MATERIALES A TRAVES DE LA
BARRERA DE BIOSEGURIDAD DE UN LABORATORIO DE MICROBIOLOGIA
IGOR ANDREI HERNÁNDEZ ROJAS
Ingeniero Electrónico
2004
3
AGRADECIMIENTOS
Fernando Jiménez, Profesor de Planta de la Universidad de los
Andes
Ronald Valencia, Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad de
los Andes
Andrés Orlando Luna, Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad
de los
Andes
Juan Eduardo Vivas, Estudiante de Pregrado de Ingeniería
Electrónica de la
Universidad de los Andes
Diego Enrique Díaz, Estudiante de Pregrado de Ingeniería
Electrónica de la
Universidad de los Andes
Daniel Sáenz, Estudiante de Pregrado de Ingeniería Electrónica de
la
Universidad de los Andes
Paul Hans Kobold, Estudiante de Pregrado de Ingeniería Electrónica
de la
Universidad de los Andes
Electrónica de la Universidad de Los Andes.
Luisa Fernanda Romero, Auxiliar del Laboratorio de Ingeniería
Eléctrica y
Electrónica.
4.1 CIRCULACIÓN DE PERSONAL Y MATERIALES
........................................16
4.2 SISTEMA DE
IDENTICACION........................................................................17
4.5 ESCLUSAS
.......................................................................................................20
4.6 AUTOCLAVES
.................................................................................................20
5.1.1. Area
uno..........................................................................................................23
8.6.2. Programación del Area
dos.............................................................................45
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8.6.4. Programación de los temporizadores
...............................................................54
8.7. CONTROL DE
EMERGENCIAS.........................................................................56
10. COSTOS DEL
PROYECTO......................................................................................70
Figura 3. Área uno
.................................................................................................24
Figura 4. Área dos..
...............................................................................................26
Figura 6 PLC Siemens S7 300 CPU 314
IFM.......................................................31
Figura 7. Arquitectura física
...................................................................................33
Figura 9. Programación con
Grafcet......................................................................35
Figura 10. Variables de
entrada.............................................................................36
Figura 14.
Temporizadores....................................................................................39
Figura 16. Programación del área
uno...................................................................41
Figura 17. Inhabilitación del área
uno....................................................................42
Figura 18. Bloques de programación del area uno.
...............................................43
Figura 19. Ingreso y registro de hombres
..............................................................44
Figura 20. Ingreso y registro de mujeres
...............................................................45
Figura 21. Programación
duchas...........................................................................46
Figura 22. Programación proceso de
duchado......................................................47
Figura 23. Programación del ingreso a la zona interna del
laboratorio. Gráfica 1..48
Figura 24. Programación del ingreso a la zona interna del
laboratorio. Gráfica 2 .49
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7
Figura 25. Ingreso a la zona interna del laboratorio por la zona de
mujeres .........50
Figura 26. Salida a la zona interna del laboratorio por la zona de
mujeres ...........51
Figura 27. Ingreso de materiales
...........................................................................53
Figura 28. Salida de materiales
.............................................................................54
Figura 29. Programación del
temporizador............................................................55
Figura 30. Porgramación del
vaporizador..............................................................56
Figura 32. Guía GEMMA (Grafcet)
.......................................................................59
Figura 33. Continuación de la Guía GEMMA (Grafcet)
.........................................60
Figura 34. Programación de variables en el
Wincc................................................61
Figura 35. Interfaz Gráfica 1.
................................................................................62
Figura 36. Interfaz Gráfica 2
.................................................................................63
Figura 37. Interfaz Gráfica 3
.................................................................................64
Figura 38. Interfaz Gráfica 4
.................................................................................65
Figura 39. Interfaz Gráfica 5
.................................................................................65
Figura 40. Interfaz Gráfica 6.
................................................................................66
Figura 41. Interfaz Gráfica 7
.................................................................................67
Figura 42. Interfaz Gráfica 8
.................................................................................67
Figura 43. Interfaz Gráfica 9.
................................................................................68
Figura 44. Interfaz Gráfica 10
...............................................................................69
Figura 45. PLCSIM
...............................................................................................69
ANEXO 2. PROGRAMA EN STEP 7 (S7Graph) (en cd-rom)
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RESUMEN
En Colombia existen instituciones que se han enfocado en la
investigación,
producción y manipulación de microorganismos, cuyos procesos deben
contar
con todas las medidas de bioseguridad pertinentes, para que no se
presente
mayor riesgo de contagio de las personas que realizan dichos
experimentos o
para el entorno en que se desarrollan tales investigaciones,
evitando de esta
manera la propagación de los microorganismos tratados, fuera del
entorno de
experimentación.
Por medio del siguiente proyecto, se pretende suplir las crecientes
necesidades de
seguridad biológica de las áreas de trabajo, debido al alto riesgo
que se presentan
en ellas. Con el ánimo de corregir esas fallas y gracias a la
asesoría brindada, por
parte de laboratorios que trabajan en el área de biotecnología, se
hizo necesario
implementar un sistema que garantizara un buen manejo de
microorganismos
mejorando las condiciones físicas y técnicas de las barreras
sanitarias en áreas de
riesgo.
El problema presentado fue básicamente 4 áreas o puntos críticos de
frontera que
tiene todo laboratorio microbiológico, en las cuales era necesario
diseñar un
sistema que fiscalizara y monitoreara cada una de ellas, para
evitar que en
cualquiera de estas se filtrara o contaminara los materiales ó las
personas que se
encuentran trabajando en lugar. Una primera área era el acceso al
laboratorio, en
el cual era necesario hacer una identificación del personal
autorizado para el
ingreso a aquellas áreas de investigación. Este se dividía en dos
etapas, en la de
identificación y en la de registro de acceso. La segunda consistía
en una serie de
duchas en las cuales los empleados del laboratorio debían realizar
las labores de
aseo y de descontaminación corporal antes salir del área. Las dos
últimas áreas
consistían en el ingreso y salida de materiales de trabajo los
cuales para ingresar
IEL2 - 03 - II - 16
10
debían pasar por una serie de esclusas y para salir, pasarían
obligatoriamente por
un proceso de descontaminación. Por tal motivo era pertinente
buscar un
mecanismo de control que realizara las tareas anteriormente
mencionadas.
Al fortalecer el sistema de contención o de barrera de bioseguridad
con la ayuda
de las tecnologías de automatización se pudo llegar a modelo válido
y seguro de
control y fiscalización de los procesos de investigación,
producción y manipulación
de los productos, mejorando las condiciones de bioseguridad.
IEL2 - 03 - II - 16
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INTRODUCCIÓN
Las barreras de bioseguridad son mecanismos de control de los
riesgos e
impactos, que puedan generar la transferencia, manejo, uso y
liberación de
microorganismos, sobre el medio ambiente, la biodiversidad, la
salud humana y
los aspectos socioeconómicos. El principal propósito de establecer
el nivel de
contención a nivel de los laboratorios manipuladores de
microorganismos, es
prevenir el escape de estos, desde los laboratorios a través de
materiales y
personal que labora en el área, hacia el medio ambiente.
Para evitar la liberación accidental de cualquier tipo de
microorganismo de los
laboratorios, se establecen medidas específicas bajo las cuales los
laboratorios
deben manejar los determinados patógenos. Por consiguiente era
necesario la
creación y diseño de un sistema de contención o barrera que impida
el escape y
dispersión de los distintos patógenos, de los laboratorios que
manipularan con
ellos.
Para realizar el proceso de automatización del sistema de
contención se realizo
por intermedio de un PLC. El PLC es el autómata programable más
utilizado en la
industria. Su función consiste en realizar la parte inteligente del
control automático.
El PLC realiza el control del proceso pero no permite la
visualización del mismo en
pantallas ni la gestión de datos correspondiente. Para lograr estos
objetivos era
necesario la creación de una interfaz gráfica con el usuario, lo
que se denomina la
Interfaz Hombre-Máquina (HMI). Lo anterior se hizo a través de una
herramienta
SCADA la cual permitía la comunicación de usuario con el PLC.
La razón por la que se realizó el proyecto es por el amplio campo
que ofrecen los
sistemas SCADA, y por lo tanto la gran demanda que en el mercado
informático y
IEL2 - 03 - II - 16
12
no informático están tomando. Además el estudio del sistema a
monitorizar y/o
controlar abre grandes puertas al conocimiento no sólo de
informática, sino de
otros campos. Cuando se quiere supervisar un sistema no sólo deben
tenerse
conocimientos de informática, sino que además es necesario saber
como actúa,
funciona y reacciona dicho sistema, por lo tanto es necesario el
estudio del
sistema en sí.
2. OBJETIVOS
• Diseñar una barrera de contención, la cual fuese capaz de separar
dos áreas
definidas (área libre y área contaminada).
• Crear un sistema automático de acceso y salida de personas y
materiales de las
instalaciones, por medio de las alternativas tecnológicas que
existen en la
actualidad.
• Diseñar y simular un sistema de vigilancia, que cumpliera con los
requerimientos
específicos de los laboratorios manipuladores de microorganismos, y
la
regulación de bioseguridad vigente en el país.
• Investigar acerca de las herramientas de software y hardware que
permitieran el
desarrollo del problema planteado.
IEL2 - 03 - II - 16
3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
El principal propósito era establecer y diseñar un sistema de
contención de
bioseguridad a nivel de los laboratorios microbiológicos, a fin de
prevenir el
escape del patógeno desde el laboratorio, a través de personas,
equipos y
herramientas, hacia la población animal susceptible.
Para tal fin, se debía diseñar e implementar una plataforma de
monitoreo, la cual
permitiera el control de toda el área de contención, y cualquier
falla o rompimiento
de la barrera seria reportada al operador por medio de una
indicación visual con la
descripción de la falla en la consola de operación.
Una de las grandes potencialidades de la plataforma ha desarrollar,
era mostrarle
al usuario (operador), toda la información del área dinámicamente
en tiempo real,
con esta información el operador tendría una visión global del área
del monitoreo
desde un solo punto (la sala de control). Esto permitiría mayor
seguridad y
operación del sistema y reducción en los tiempos de ejecución de
determinadas
maniobras.
.
La plataforma debería tener por función, restringir el acceso a
determinadas
funcionalidades del sistema solamente al personal autorizado,
debido a que
determinadas tareas, solamente deberían ser maniobradas o
modificadas por un
jefe de bioseguridad, como es la del proceso de descontaminación de
materiales o
de equipos que salen del área.
El sistema debería cumplir con las siguientes
funcionalidades:
• Permitir la circulación de personal autorizado a áreas
restringidas.
• Autorizar posibles visitas al área.
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• Crear el registro de entrada y salida del personal.
• Controlar los procesos de descontaminación para el personal y los
materiales,
cada vez que abandonen el área.
• El proceso de duchado, debe ser no menor a 3 minutos y debe
contar con un
sistema de emergencia que inhabilite el proceso.
• Controlar los tiempos de desinfección de materiales salientes del
área, fijados
previamente por el jefe de bioseguridad de la planta.
• Elaborar un registro de la persona que autoriza las entradas de
material.
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4. CARACTERÍSTICAS DE LA BARRERA DE BIOSEGURIDAD
Una vez se han estudiado los requerimientos necesarios que debe
tener la
plataforma de monitoreo para el sistema de contención, es necesario
establecer
cuales deben ser los componentes que se deben implementar en esta
barrera de
bioseguridad con el fin de poder cumplir las funciones para las que
la plataforma
fue diseñada.
4.1 CIRCULACIÓN DE PERSONAL Y MATERIALES
El ingreso del personal a las áreas de contaminación con
microorganismos, se
hace a través de un vestier en el cual se realiza el cambio
completo de ropa y
calzado. La salida del personal se realiza también a través de un
vestier, el
uniforme se deposita en bolsas plásticas para su descontaminación
en autoclave
antes de llevarlos a la lavandería. Si una persona lleva zapatos,
estos los debe
dejar en el área. Asimismo, si usa anteojos, estos se deben lavar y
desinfectar.
Toda persona que desee salir debe pasar previamente, por una ducha,
para ir a la
zona de vestier.
El ingreso de visitantes debe ser autorizado por el supervisor de
bioseguridad. Los
laboratorios microbiológicos, en la actualidad en nuestro país, no
son mixtos, lo
que no permite ahorro de espacio y de desplazamientos. Como veremos
a
continuación, la entrada a la área interna del laboratorio se
divide en dos zonas, la
de hombres y la de mujeres, por ende se deberá hacer un diseño para
cada zona,
sobre todo en la parte de registro y de duchado.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 1. Plano del laboratorio
Se debe evitar en cuanto sea posible el ingreso de equipos y
materiales ajenos al
área. De ser necesario, se debe hacer a través de una esclusa. La
salida de los
equipos se debe hacer por la misma esclusa previa desinfección o
esterilización
dependiendo del material o del equipo.
4.2 SISTEMA DE IDENTICACION
Un parámetro fundamental de un sistema de control de acceso es el
entorno en el
cual va ser implantado. Si el proyecto cubre la implantación del
sistema en un
entorno de gran tamaño, con gran número de dependencias que
controlar y con
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un elevado número de usuarios. Este tipo de instalaciones eliminan
cualquier
posibilidad de un control de acceso con manejo descentralizado
puesto que seria
problemático su mantenimiento (habilitar usuarios en cada una de
las
dependencias a las que vaya a tener acceso puede resultar
inviable).
Para esta parte se opto por la utilización de un teclado para
realizar el
reconocimiento de usuario, donde primero se ingresa el número de
identificación y
posteriormente se ingresa la clave del usuario. Se descarto el uso
de tarjetas
identificativas, debido a que como todo material que entra para
poder salir debe
pasar por un proceso de descontaminación, lo que conllevaría la
eliminación de la
propuesta, debido a su alto grado de contaminación.
Para cada puerta de acceso, es decir, toda puerta que sea un punto
de frontera,
para este laboratorio son dos, una de hombres y la otra para la
zona de mujeres,
cada una constara de dos teclados, el primero estará ubicado en la
parte externa,
el cual servirá para el acceso, y el segundo estará la zona
interna, el cual servirá
para realizar la salida. Si una mujer quisiera salir o entrar por
la zona de hombres
no lo podrá hacer porque el sistema lo rechazara, lo mismo sucederá
para los
hombres que cometan la misma infracción. El ingreso e
identificación para
visitantes, no es tan complicado como se puede pensar. Como el jefe
de
bioseguridad debe autorizar el ingreso de toda persona ajena al
área restringida
por lo menos 3 días antes de su visita, el administrador del
sistema podrá ingresar
el nuevo usuario para que cuando llega este ya tenga una
identificación y clave de
acceso.
El mecanismo pensado para realizar el barrido y lectura del los
datos enviados por
el teclado, se pensó a través, de un microcontrolador programable
(PIC), el cual
enviara los datos codificados de los usuarios una vez estos sean
digitados a
través del teclado. Este también barrerá el teclado, para que los
datos digitados
puedan ser leídos.
4.3 DUCHAS
En las duchas, el piso esta en desnivel o con un dique de
contención, y un área
interna, que se considera contaminada. Las puertas de las duchas
están
enclavadas. Las puertas cuentan con un sistema de apertura,
monitoreado
electrónicamente con un alto grado de cierre por junta pasiva. Para
la salida de las
duchas, el accionamiento será controlado por el flujo de agua en
las duchas y un
temporizador con un mínimo de tres minutos para la apertura
automática de la
puerta externa. El sistema de ducha garantiza el baño completo de
la persona.
En la actualidad los laboratorios cuentan para la zona de hombres
con cuatro
duchas, por consiguiente para obligar al personal para que se
duche, se opto en
restringir la entrada tan solo por una ducha, es decir, se elimino
una ducha, donde
por este nuevo lugar se realizará el ingreso a la zona interna al
laboratorio. Las
otras tres, servirán para salir del área interna, y únicamente
podrán ser utilizadas
por el usuario, únicamente cuando estas estén vacías o
habilitadas.
Para la zona de mujeres, en la mayoría de los casos, solo existe
una ducha, por
tal motivo, solamente por este lugar se hará el ingreso y salida
del personal
femenino. Si la ducha esta ocupada, no podrá ser utilizada. El
proceso de ingreso
al área interna o área contaminada, es mucho más rápido debido a
que no hay
duchado.
4.4 PUERTAS DE INGRESO AL LABORATORIO
Todas las puertas que tienen conexión con el exterior de área
restringida cuentan
con un cierre estanque de 100% a través de junta activa. Presentan
visores,
condición de control electrónico y registro de acceso. Para el
ingreso la persona
previamente habrá pasado por un proceso de identificación. Las
puertas contaran
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20
con unos seguros, para este fin se pensó en la utilización de un
electroimán de
fuerza electromotriz de 500 libras.
4.5 ESCLUSAS
Consiste en una cámara con dos puertas con cierre estanque 100% a
través de
junta activa, enclavadas, con temporizador electrónico, extractor
conectado al
sistema de extracción de aire, con presión negativa en su interior.
Esta será
monitoreada y tendrá un registro electrónico de operación. Para
este punto, se
pensó, en el diseño del temporizador a través del sistema de
control ha
implementar, en vez de uno externo, para evitar la compra de un
dispositivo lo que
conllevaría al aumento de los costos del proyecto. A su vez las
esclusas serian
controladas por intermedio de la plataforma.
4.5 AUTOCLAVES
El equipo cuenta con todas las puertas enclavadas. Este sistema
control que se
diseñó, permitirá el monitoreo y registro electrónico de operación
desde el interior
del área restringida. Esta autoclave es necesaria para la
descontaminación de
residuos sólidos, materiales de desechos eventualmente para la
introducción de
materiales de uso interno. La autoclave se encuentra ubicada entre
dos esclusas,
y su operación y funcionamiento, se realizará a través de la
plataforma.
Adicionalmente, cualquier operario tendrá la capacidad de parar un
proceso de
descontaminación gracias a una serie de interruptores que se
encuentran cerca de
la zona.
5. MÉTODO DE DISEÑO
Para realizar el sistema de control, con el fin de automatizar y
controlar los
componentes de la plataforma de monitoreo era necesario buscar un
dispositivo
que tuviera los componentes hardware y software necesarios, para
que realizara
las funciones pertinentes del área de contención. Para tal fin se
opto por la
utilización de un controlador lógico programable, debido a su gran
capacidad de
respuesta en tiempo real y las propiedades de seguridad que se le
atribuyen.
El algoritmo de control del sistema de monitoreo será programado en
la memoria
central del autómata. De esta forma la función del autómata será
recibir las
señales enviadas por las entradas del sistema, las cuales son las
provenientes de
los sensores, interruptores y los teclados de acceso y registro del
área. Con base
al algoritmo de control, el autómata programable, generará las
señales de salida
que se podrán visualizar por medio de la interfaz gráfica. Las
salidas están dadas
por las salidas digitales del PLC, como son la apertura de puertas
y esclusas, la
de energización de la autoclave y la apertura de regaderas. A su
vez el PLC,
realizara la gestión de datos, como son los registros de acceso y
salida de
personal autorizado del área. La parte de visualización, se puede
hacer con
distintos dispositivos, pero para este punto toca tener en cuenta,
el prepuesto que
se tiene. Un computador puede realizar esta tarea, a un bajo costo,
por tal motivo
el PLC debe estar conectado en todo momento al computador. Las
señales de
salida del autómata programable son enviadas al computador por
medio de la
interfaz PG/PC que trae el autómata, el computador recibe las
señales y las
incorpora en la interfaz gráfica.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 2. Sistema de control
Una vez escogida la tecnología, se procedió en la etapa de diseño,
en esta etapa
inicial, se realizo la definición de necesidades a partir de los
requerimientos, se
analizaron y se convirtieron en necesidades técnicas. La siguiente
etapa fue la de
conceptualización, en este punto se plantearon posibles ideas y
dificultades que
podían repercutir en la programación, como por ejemplo que procesos
se debían
controlar y cuales no, para que de esta manera ahorrar costos tanto
tecnológicos
como económicos.
Posteriormente se inició el proceso de desarrollo en software. El
algoritmo de
control fue trabajado con el estándar internacional IEC-848 a
través de programa
S7-Graph. Éste, es un programa que corre bajo una plataforma
especial para
PLC’s Siemens llamado Step7 Professional y es usado exclusivamente
para
programar en GRAFCET. En este punto se contó con la colaboración de
la
Universidad de los Andes, debido a los altos costos de adquisición
de este tipo de
programa.
23
La siguiente etapa de diseño es la de definición de las variables
de entrada y de
salida del sistema, por intermedio del programa se procedió a
asignarles una
dirección específica para el PLC. Este punto hay que tenerlo mucho
en cuenta,
debido a las limitantes tecnológicas, ya que los dispositivos
autómatas tienen
cierta cantidad de módulos de entrada como de salida, y si uno se
excede, es
necesario comprar un modulo adicional. A continuación, se
enumeraran la
secuencia de pasos que resultan del proceso.
5.1 DEFINICIÓN DE LA SECUENCIA DE PASOS
Se dividió el problema en dos bloques:
• Circulación e higiene del personal:
Área Uno: Identificación, ingreso, salida y registro del personal
por medio
de teclado. Habrá una entrada para hombres y otra para
mujeres.
Área Dos: Entrada a la zona interna, y salida a través de las
duchas de
descontaminación.
• Circulación y desinfección de los materiales:
Área Tres: Ingreso y salida (previa desinfección) de materiales
grandes a
través de esclusas.
pequeños a través de esclusas.
5.1.1 Área uno
El área uno es la zona de ingreso, salida y registro del personal
autorizado al
laboratorio, donde ambas acciones (entrar y salir) se realizan por
la misma puerta.
A continuación se muestra la secuencia de pasos que se debe
realizar para
acceder o salir del área uno:
IEL2 - 03 - II - 16
24
• Ingresar a todos los empleados a la base de datos, dándoles un
login y un
password de acceso.
• El empleado que desee ingresar deberá digitar su login y password
en el
teclado que se encuentra ubicado cerca a la puerta de entrada. En
el momento
que su acceso sea aceptado, la puerta se desenergizara
permitiéndole
ingresar a la zona.
• Una vez realizado el paso anterior se deberá hacer un registro
respectivo
de la hora de entrada de la persona.
• El empleado que desee salir deberá digitar su login y password en
el
teclado que se encuentra ubicado cerca a la puerta de salida. En el
momento
que su identificación sea verificada la puerta se desenergizara
permitiéndole
evacuar la zona.
• Una vez realizado el paso anterior se deberá hacer un registro
respectivo
de la hora de salida de la persona.
Figura 3. Área uno.
IEL2 - 03 - II - 16
5.1.2 Área dos
El área dos o también llamada como área de duchado, la cual se
divide en dos, la
de ingreso a la zona interna y la duchado. Esta área consta de los
siguientes
pasos de ejecución:
• Se abre la puerta.
• La puerta se cierra después de un periodo de tiempo.
• El usuario permanece entre la puerta por un determinado
tiempo.
• Se abre la segunda puerta del área interna.
• Se cierra la puerta del área interna después de un determinado
tiempo.
Salida o duchado:
• La persona escoge que ducha quiere ducharse y si esta desocupada,
y
procede a oprimir el botón respectivo de la ducha.
• Se abre la puerta de la ducha del área interna.
• Se cierra la puerta por un determinado tiempo.
• Se oprime el botón de la regadera.
• Se abre la regadera por treinta segundos para el proceso de
mojado.
• Después de ese tiempo se procede a cerrar la regadera y se
procede a
enjabonarse por un período de 30 segundos.
• Después de lo anterior el usuario tiene 2 minutos para terminar
con el
proceso de higiene y de descontaminación es decir se vuelve a abrir
la
regadera.
26
• Se cierra la ducha y se abre la segunda puerta automáticamente y
tiene 10
segundos para desalojar la ducha
• Durante todo el proceso el usuario tiene la posibilidad de
interrumpirlo en el
momento en que ocurra cualquier eventualidad o si se siente débil o
mareado.
Por lo tanto si oprime el botón de emergencia, el proceso se
interrumpe y se abre
únicamente la puerta de la ducha del área interna, debido a que el
proceso de
descontaminación debe darse correctamente. Después de cierto tiempo
se cerrar
esa la puerta del área interna. Una vez superado los inconvenientes
el usuario
podrá volver a realizar el procedimiento de duchado.
Figura 4. Área dos.
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5.1.3 Área tres
El área tres o también llamada área de ingreso o salida de
materiales grandes y
equipos, la cual se divide en dos, la de ingreso a la zona y la de
salida donde pasa
por un proceso de descontaminación. Enseguida se muestran los
procedimientos
respectivos:
Ingreso:
• Llega el proveedor y pide autorización para dejar material en el
área.
• El administrador procede a la apertura del a esclusa del área
libre.
• El proveedor deja el material.
• Se registra la hora del ingreso.
• Se cierra la esclusa del área libre.
• Se procede a abrir la esclusa interna.
• Se retira el material.
Salida:
• El operador procede a dejar el material en la cámara, por ende
abre la
cámara siempre y cuando esta se encuentra desocupada.
• Se abre la esclusa interna.
• Se deja el material.
• Se cierra la esclusa.
• Se oprime el botón de inicio del proceso de descontaminación, el
cual es un
proceso químico o gaseoso. El tiempo de descontaminación es
fijado
anteriormente por el jefe de bioseguridad y solamente él puede
cambiarlo.
• El proceso de descontaminación es finalizado.
IEL2 - 03 - II - 16
28
• Cuando llega el proveedor, se le autoriza el retiro del
material.
• Se abre la esclusa del área libre.
• Se retira el material.
• Una vez hecho lo anterior se cierra la esclusa del área
libre.
Figura 5. Área tres y cuatro.
5.1.4 Área cuatro
El área tres o también llamada área de ingreso o salida de
materiales pequeños,
la cual se divide en dos, la de ingreso a la zona y la de salida
donde pasa por un
proceso de descontaminación. En seguida se muestran los
procedimientos
respectivos:
29
Ingreso
• Llega el proveedor y pide autorización para dejar material en el
área.
• El administrador procede a la apertura del a esclusa del área
libre.
• El proveedor deja el material.
• Se registra la hora del ingreso.
• Se cierra la esclusa del área libre.
• Se procede a abrir la esclusa interna.
• Se retira el material.
Salida
• El operador procede a dejar el material en la cámara, por ende
abre la
cámara siempre y cuando esta se encuentra desocupada.
• Se abre la esclusa interna.
• Se deja el material.
• Se cierra la esclusa.
• Se oprime el botón de inicio del proceso de descontaminación, el
cual es un
proceso químico o gaseoso.
• El tiempo de descontaminación es fijado anteriormente por el jefe
de
bioseguridad y solamente él puede cambiarlo.
• El proceso de descontaminación es finalizado.
• Cuando llega el proveedor, se le autoriza el retiro del
material.
• Se abre la esclusa del área libre.
• Se retira el material.
• Una vez hecho lo anterior se cierra la esclusa del área
libre.
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30
A lo largo toda el área se encontrara botones de emergencia, para
el caso de
cualquier eventualidad por ejemplo un incendio, en este punto se
abren las
puertas de las duchas y la puertas de salida para que la evacuación
del personal
se realice de una manera rápida y ágil sin obstáculos, porque la
prioridad es
salvaguardar la vida humana. En las áreas de los materiales si
ocurre una
emergencia, las esclusas del área interna se abrirán para proceder
con la
evacuación de los materiales que se encuentren en esas cámaras
de
descontaminación
6. SOLUCION TECNOLOGICA
Para la adquisición de datos y para el desarrollo del automatismo,
se trabajo con
el controlador lógico programable PLC. Es el autómata programable
más utilizado
en la industria. Su función consiste en realizar la parte
inteligente del control
automático. En su concepción normal el PLC realiza el control del
proceso pero no
permite la visualización del mismo en pantallas ni la gestión de
datos
correspondiente. Para lograr estos objetivos el PLC se debe
complementar con
terminales gráficas y comunicar con una computadora. En este punto
se contó con
la colaboración de la Universidad, para la realización de las
pruebas respectivas,
porque se contó con la prestación del PLC SIMATIC serie 300 marca
Siemens. A
continuación podemos observar el PLC utilizado:
Figura 6. PLC Siemens S7 300 CPU 314 IFM.
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8. ARQUITECTURA FÍSICA
A continuación se mostrara la arquitectura física del sistema, en
la parte de arriba
se podrá apreciar las variables de entrada del sistema dividida en
sus cuatro
áreas. El sistema se controlara a través de un dispositivo autómata
programable,
el cual dependiendo de las variables de entrada, este
automáticamente percibirá
y responderá y controlara el área a tratar a través de las
variables de salida del
sistema. Estas variables se pueden apreciar en la parte de de abajo
de la figura 7.
También el dispositivo nos permitirá la creación de una interfaz
grafica con el
usuario del sistema, la Interfaz Hombre-Maquina (HMI), la cual
reportará cualquier
anomalía en el área a controlar, donde el usuario tendrá una visión
global del área
de virus del departamento de aftosa, donde este podrá realizar
acciones a través
de la interfaz grafica para monitorear o corregir cualquier falla
que se presente en
el sistema.
El sistema solo maneja entradas y salidas digitales, pero también
existen áreas de
memoria llamadas marcas, las cuales se les denomina variables
internas. Éstas
son ideales para implementar contadores, temporizadores y hacer
habilitaciones
para cambios de etapa (transiciones válidas) o simplemente para
economizar
memoria en un PC.
IEL2 - 03 - II - 16
8.1 PROGRAMACIÓN
Gracias a la prestación del SCADA Simatic de la compañía Siemens y
de las
licencias respectivas por parte de la Universidad de los Andes, se
pudo diseñar y
desarrollar una herramienta que pudiera superar los problemas
propuestos. Para
la adquisición de datos se trabajo con el controlador lógico
programable S7-314
también de marca Siemens. El algoritmo de programación fue
realizado con el
programa S7-GRAPH del SCADA. Este lenguaje de programación consiste
en una
sucesión de etapas. Cada etapa tiene sus acciones asociadas de
forma que
cuando aquella etapa está activa se realizan las correspondientes
acciones; pero
estas acciones no podrán ejecutarse nunca si la etapa no está
activa.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 8. Programa SCADA SIMATIC
Para la programación del autómata se realizo con este tipo de
lenguaje donde
podemos apreciar a continuación como el token para que pueda pasar
de una
etapa a otra debe a verse cumplido una condición, para este caso si
no se activa
la parada de emergencia, y adicionalmente el sensor1 es activado,
el token pasará
de la etapa S6, a la etapa S91, donde las acciones se ejecutan, por
ejemplo la
acción de la etapa S6 DUCHAOPEN1 esta en estado de Set (S), es
decir que
durante esa etapa , la variable de salida estará en un valor lógico
de uno. Pero por
ejemplo la acción PUERTA_INI esta en estado de Reset (R), quiere
decir que
durante esa etapa, la variable de salida estará en un valor lógico
de cero.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 9. Programación con Grafcet.
En cuanto a la programación de las transiciones de las etapas,
estas debieron ser
programadas en lenguaje ladder1.
8.2 VARIABLES DE ENTRADA
Para la programación del autómata programable las variables de
entrada se
programan desde la dirección E-124 en adelante. Las variables de
entrada que se
pudieron deducir del sistema son las siguientes:
1 Lenguaje gráfico de nivel más bajo, el cual se puede ejecutar de
modo secuencial. En alemán se conoce como lenguaje KOP
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8.3 VARIABLES DE SALIDA
Para la programación del autómata programable las variables de
salida se
programan desde la dirección A-124 en adelante. Las variables de
salida que se
pudieron deducir del sistema son las siguientes:
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 11. Variables de salida.
8.4 VARIABLES INTERNAS Las variables internas, o también llamadas
marcas, son ideales para implementar
contadores, temporizadores y hacer habilitaciones para cambios de
etapa
(transiciones válidas) o simplemente para economizar memoria en un
PC. Por otro
lado sirven para asociar variables, desde el STEP 7 con las
variables del WINCC,
para crear pulsadores o interruptores de comando, que funcionen a
partir de la
interfaz Hombre-Máquina. Las variables de arranque del sistema se
definen y se
declaran este instante, donde se les asigna una dirección
específica, la cual pude
ir desde M 0.1, en adelante. En este punto se opto por la
implementación de un
pulsador virtual, el cual permitiera la apertura de las puertas de
ingreso desde la
plataforma, en el caso que exista una avería en el sistema de
ingreso al área.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 12. Variables internas. Grafica 1.
En este punto, se necesitaban la implementación de lámparas de
visualización
dentro de la plataforma, por tal motivo, debido a que este tipo de
variables, son
internas, se debió crear un asocio de estas con las variables
internas que se
programaron en el Wincc. Figura 13. Variables internas. Grafica
2.
IEL2 - 03 - II - 16
8.5 TEMPORIZADORES
A la señal de datos tipo “TIME”, son marcas dobles, que almacenan
el tiempo que
dura activa determinada actividad, como por ejemplo, el periodo de
activación del
vaporizador o descontaminante. A continuaron se presenta los
distintos
temporizadores utilizados.
8.6 ALGORITMO DE CONTROL
Como se había mencionado anteriormente, el proceso se divide en
cuatro áreas
independientes, cada una de las cuales puede ser habilitada o
inhabilitada sin
afectar la operación o el funcionamiento de las demás. El sistema
posee una
variable de arranque la cual se denomino “ON”, en el momento que se
active esta
variable, el sistema se encontrará habilitado. Para activar cada
área, se debe
IEL2 - 03 - II - 16
40
habilitarlas primero, a través de los arrancadores de área, como
son “ON1” “ON2”
“ON3” “ON4”. A continuación se pude observar de una manera general
la
programación de las respectivas áreas.
Figura 15. Programación general del proceso.
IEL2 - 03 - II - 16
41
En la etapa de estado inicial, todas las áreas se encuentran
inhabilitadas, para
que el token pase de la etapa de inicio hacia las etapas S2, S6,
S10 y S14, se
debe activar la variable de entrada “ON”. Abajo podemos ver el
ejemplo de la
programación del área uno. Para que el token pase de la etapa S2 a
S3, se debe
activar la variable de entrada “ON1”. Cuando esto sucede, el área
uno queda
activada, pero si recordamos, el área uno estaba dividida en dos
zonas, en la de
hombre y la de mujeres. Por ende ambas zonas también quedaran
habilitadas,
para que las distintas personas puedan ingresar o salir de los
laboratorios.
Figura 16. Programación área uno.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 17. Inhabilitación del área uno.
Si por alguna razón, ya sea por avería, o daño del sistema de
registro, el área
podrá ser inhabilitada, en la grafica anterior podemos observar si
se inhabilita el
área uno (NOT(ON1)), el token pasara de inmediato a la etapa S4,
pero el sistema
queda en espera hasta que el inconveniente sea solucionado. Si por
alguna razón
todo el proceso es parado, el token ira inmediatamente a la etapa
S5, para que
desde este punto, se vuelva a la etapa inicial del proceso, pero no
sin antes debe
desactivar todas las áreas del proceso. De una manera similar se
hace la
programación de las distintas áreas.
8.6.1 Programación del Área uno
El área número uno, tiene que ver con el acceso, salida y registro
del personal
autorizado. En la grafica se puede observar que la conforman dos
zonas, la de
hombres y la de mujeres.
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Figura 18. Bloques programación del área uno.
Para la programación del teclado, este se hará por intermedio de la
interfaz
gráfica, que se explicara mas adelante. En las dos siguientes
graficas, se podrá
observar, que el administrador podrá abrir o cerrar las puertas de
acceso cuando
él lo desee, por intermedio de los interruptores ENTRADA_PERSONA
y
ENTRADA _MUJER.
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8.6.2 Programación del Área dos
El área dos la conforman, las duchas de los hombres, el ingreso a
la zona interna
al laboratorio y la zona de duchas de mujeres.
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Figura 21. Programación duchas.
En la gráfica de la parte de arriba, podemos apreciar como se hizo
la
programación de la duchas, para este caso es para la ducha 1, pero
la
programación para las demás se hace de una manera similar. La etapa
S3, la
ducha se encuentra apagada, al igual que las puertas, encuentran
cerradas. Al
momento en que un determinado usuario oprima el interruptor de la
ducha
(interruptor1), la puerta que da cara al lado interno se abrirá.
Posteriormente esta
automáticamente se cerrará, en el momento en que se oprima el
interruptor de la
ducha para iniciar el proceso de duchado (sensor1). La puerta se
cerrará, y se
inicia el proceso de duchado, el cual dura alrededor de 30
segundos.
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Figura 22. Programación proceso de duchado.
Si no se oprime el botón de emergencia, el proceso continuará su
curso. La
siguiente etapa (S91), la ducha se cerrará por un periodo de 30
segundos (donde
ocurre la etapa de enjabonado), al cabo de los cuales, se pasará a
la siguiente
etapa (S92), donde ocurre el enjuague, el cual dura dos minutos
exactos, donde
una vez finalizado este periodo, la puerta que esta en la parte del
vestier se abrirá
para permitir la salida. Una vez la persona haya salido del área,
la puerta se
cerrará automáticamente. La ducha en este instante quedará
habilitada para que
otro empleado tenga la oportunidad de realizar el proceso de
duchado. De la
IEL2 - 03 - II - 16
48
etapa S7 salta de nuevo a S3. En cualquier momento, el empleado
podrá oprimir
un botón de emergencia, para cancelar el proceso.
Figura 23. Programación del ingreso a la zona interna del
laboratorio. Gráfica 1.
Para el proceso de ingreso a la parte interna del laboratorio, por
parte de los
hombres, primero se debe haber accionado el interruptor que realiza
la apertura
de la puerta (abrir1), esto lo podemos observar en la gráfica
interior. La siguiente
etapa (S51), la puerta se cerrará después de un periodo de 5
segundos, para que
el empleado tenga la oportunidad de ingresar a la zona. Se cierra
la puerta, y
cuando esto ocurra, se pasará a la siguiente etapa (S52). Si por
alguna razón
ocurre alguna eventualidad, y se oprime el botón de emergencia por
parte del
administrador de la plataforma creada, las dos puertas de ingreso a
la zona de
interna del laboratorio, se abrirán para permitir una rápida
evacuación del área.
IEL2 - 03 - II - 16
49
Figura 24. Programación del ingreso a la zona interna del
laboratorio. Gráfica 2.
El empleado durara 5 segundos dentro de la zona, al cabo de los
cuales, se abrirá
automáticamente, la puerta queda cara al lado interno, Esta etapa
es la S53. Se
cierra la puerta y se finaliza el proceso de ingreso al área.
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50
Figura 25. Ingreso a la zona interna del laboratorio por la zona de
las mujeres.
Para la programación de la ducha de la mujer se hace de una manera
muy similar
a la programación de la ducha de los hombres, la única diferencia,
es que por la
misma ducha se hace el ingreso al área de interna de los
laboratorios. Por ende,
se acciona el botón de ingreso, se abrirá la puerta de la zona de
los vestier, pero
si se oprime el otro, el de la salida, se abrirá la otra puerta, la
de la zona interna.
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51
Figura 26. Salida de la zona interna del laboratorio por la zona de
las mujeres.
Al momento en que un determinado usuario oprima el interruptor de
la ducha
(interruptormujer), la puerta que da cara al lado interno se
abrirá. Posteriormente
esta automáticamente se cerrará, en el momento en que se oprima el
interruptor
de la ducha para iniciar el proceso de duchado (sensormujer). La
puerta se
cerrará, y se inicia el proceso de duchado, el cual dura alrededor
de 30 segundos.
La siguiente etapa (S97), la ducha se cerrará por un periodo de 30
segundos,
donde ocurre el periodo de enjabonado, al cabo de los cuales, se
pasará a la
siguiente etapa (S98), donde ocurre el enjuague, el cual dura dos
minutos
exactos, al finalizar este periodo, la puerta que esta en la parte
del vestier se
abrirá para permitir la salida.
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8.6.3 Programación del Área tres y cuatro
Como el área numero tres y cuatros, constan de dos instancias, una
de ingreso y
otra de salida de material, entonces es necesario la programación
de dos
cadenas, la del lado derecho realiza la función de ingreso y la de
la derecha
realiza el de salida y de evaporización, pero las dos cadenas solo
poseen un token
para ellas, es decir si una esta activa la otra no lo estará. En la
figura se puede
apreciar el proceso de ingreso de un material. Primero, se acciona
el interruptor
que da el acceso al área (ON_MATPEQ_IN), inmediatamente la esclusa
que está
en el área libre se abrirá. En la siguiente etapa (S24), se cierra
la esclusa, se debe
acciona de nuevo el interruptor de acceso. Posteriormente dentro de
la cámara, el
material se queda dentro de ella, hasta que se vuelva a oprimir el
botón de acceso
para que se abra la ultima esclusa, para el operario pueda tomar el
material.
Para la zona de salida de materiales, se oprime el botón
(ON_MATPEQ_OUT),
para que se pueda abrir la esclusa del área interna. Se deposita el
material, y se
vuelve a oprimir el botón, para que se cierre la esclusa. La
siguiente etapa (S71),
ocurre el proceso de vaporización, por tal motivo para iniciar el
proceso, se debe
iniciar el sistema, por intermedio del botón de arranque
(PLAY-PEQ). El período
de descontaminación ya es previamente fijado por el jefe de
bioseguridad. Cuando
este ha finalizado, se acciona el botón de salida, y se abrirá la
última esclusa. Se
vuelve a oprimir el interruptor de salida, para cerrar la
esclusa.
IEL2 - 03 - II - 16
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 28. Salida de materiales.
8.6.4 Programación de los temporizadores
Para la parte de los temporizadores, la programación no fue tan
compleja, debido
a la versatilidad del programa. Estos tienen una serie de
comparadores, el tiempo
de duración de la etapa, es decir, mientras está activa, el tiempo
se guarda en una
variable interna. En la grafica podemos observar el comparador, el
cual tiene tres
entradas. La primera indica que la condición se cumple mientras el
interruptor de
emergencia se encuentre inactivo, la segunda es la variable interna
donde se esta
guardando el periodo de activación de la etapa, y la tercera, es el
tiempo
IEL2 - 03 - II - 16
55
preestablecido por el programador, para este cado es de 30
segundos. Cuando el
periodo de activación supere los 30 segundos, se habrá cumplido la
condición y el
token pasará a la siguiente etapa.
Figura 29. Programación del temporizador
Para el temporizador del vaporizador el procedimiento es muy
parecido, porque el
jefe de bioseguridad impone un periodo de ejecución, pero el lo
ingresa a través
de teclado del computador, por ende, a penas él ingresa el periodo,
este se
guarda en una variable interna.
El periodo de activación de la etapa se guarda en otra variable
interna, y por
intermedio del comparador, y si están son iguales, el token pasará
a la siguiente
etapa. En la grafica siguiente podemos observar que el comprador se
encuentra
en paralelo con otra condición, por ende la primera condición que
sea cumplida
será la que lleve el token a la siguiente etapa.
IEL2 - 03 - II - 16
8.7 CONTROL DE EMERGENCIAS
En un proceso automatizado, siempre existen problemas y
aparecen
contingencias que hacen parar el proceso, como por ejemplo averías,
material
defectuoso, falta de piezas, mantenimiento. En los automatismos
modernos, estas
contingencias son previsibles, para fijar una forma universal de
denominar y definir
los diferentes estados que puede tener un sistema, la ADEPA (Agence
nationale
pour le DÉveloppement de la Productique Appliquée à l'industrie,
Agencia nacional
francesa para el desarrollo de la prodúctica aplicada a la
industria)2 ha preparado
la guía GEMMA (Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêts, Guía
de
estudio de los modos de marchas y paradas). La GEMMA es una guía
gráfica que
permite presentar, de una forma sencilla y comprensible, los
diferentes modos de
marcha de una instalación de producción así como las formas y
condiciones para
2 Modos de marcha y parada. La Guia Gemma.
http://www.eupm.upc.es/~esaii/assign/ai/tema_4.pdf
IEL2 - 03 - II - 16
57
pasar de un modo a otro. En este proyecto en particular, la Guía
GEMMA se utilizó
para definir los procedimientos que se deben seguir en el momento
que se
presente una emergencia en el área de los laboratorios, como en
caso de un
incendio. Los interruptores de emergencia se encuentran localizados
a lo largo del
área de los laboratorios, para que en el momento que se presente
cualquier
eventualidad, cualquier empleado, que perciba alguna situación de
peligro, tenga
la posibilidad de activar el proceso de emergencia. A su vez en la
plataforma
diseñada, el administrador del sistema, también tendrá la opción de
activar el
proceso de emergencia a través de la interfaz Hombre-Maquina.
A continuación se muestra el diagrama de bloques de la guía GEMMA
para el
problema propuesto.
IEL2 - 03 - II - 16
Partición del grafo:
A1 - Paradas en el estado inicial. Este punto el sistema se
encuentra en estado
de reposo hasta que el operario enciendo el proceso. Para este
punto todas las
puertas de acceso al área se encuentran inhabilitadas y cerradas,
las esclusas
están cerradas, así como su autoclave se encuentra apagada. Las
duchas
tampoco se podrán utilizar porque las puertas quedan acceso a ellas
estaran
cerradas.
F1 - Producción normal. El proceso opera normalmente siempre y
cuando no
ocurra una falla en el sistema. El administrador del sistema, tiene
la posibilidad de
.
D1 - Parada de emergencia. Rutina que se leva a cabo o tareas que
se realizan
luego de que ocurre una emergencia. Para nuestro caso, todas las
puertas se
abren para que exista una rápida evacuación del personal.
A5 – Preparación para la puesta en marcha después de un defecto.
Estado en
que se realiza el mantenimiento a los equipos para el bien de un
proceso después
de un defecto. Para este punto, el desenclavamiento del estado de
emergencia, se
da en el momento en que se supera esta emergencia y se vuelve a
oprimir el
interruptor por el personal autorizada para que ejecute esta
acción, y
sucesivamente se hayan cerrados todas las puertas de acceso a las
áreas de
contención.
A6 – Puesta del sistema en el estado inicial. Estado predecesor del
inicial. Se
deben inhabilitar todas las áreas que conforman el proceso, para
que pueda volver
al estado inicial. En este punto todas las alarmas ya se han
apagado.
IEL2 - 03 - II - 16
59
La GEMMA y el GRAFCET se complementan, una al otro, permitiendo
una
descripción progresiva del automatismo de producción. Para nuestro
caso
podemos ver en la grafica el proceso de parada de emergencia cuando
ocurre una
eventualidad, donde la primera etapa el proceso se desarrolla
normalmente hasta
que se oprima el botón de parada.
Figura 32. Guía GEMMA (Grafcet)
Una vez ocurrido lo anterior el proceso se detiene hasta que se
pueda corregir el
error o desaparezca la emergencia que activo el proceso, en este
punto se activan
IEL2 - 03 - II - 16
60
las alarmas para avisarle al usuario que el proceso no se esta
desarrollando
adecuadamente. Adicionalmente, las puertas que están en el área,
como las
puertas de las duchas o la misma de registro se abren, para que
exista una rápida
evacuación del personal
Una vez superado lo anterior el proceso pasará a un estado de
prearranque
durante unos segundos, para que en este punto se puedan desactivar
las alarmas
respectivas. Para superar este estado, el administrador del
sistema, primero debe
haber desactivado todas las áreas que conforman la barrera
(NOT(ON),
NOT(ON1), NOT(ON2), NOT(ON3), NOT(ON4)).
Figura 33. Continuación de la Guía GEMMA (Grafcet)
Una vez finalizado el estado de prearranque, este volverá al estado
inicial
(Gemma inicial), donde en este punto el administrador deberá
arrancar el sistema
de nuevo (ON), y las áreas que él crea que están listas para
operar.
IEL2 - 03 - II - 16
9. SUPERVISIÓN DEL PROCESO Y DESPLIEGUES GRÁFICOS EN WINCC
Para la Interfase Hombre-Maquina (HMI), se realizo con la
herramienta Wincc
versión 5.1 que se encuentra actualmente en la universidad, donde
se diseño un
programa el cual permitía el monitoreo del área a controlar. La
forma en al que se
trabaja en Wincc es similar a la de Step7, se realiza una tabla de
símbolos con las
direcciones de las variables que se va a supervisar.
Figura 34. Programación de variables en el Wincc.
Se diseñaron varias ventanas, donde la principal consistía de un
panel de control,
donde estaban visualizadas todas las variables de entrada y de
salida del sistema
de control donde si se presentaba cualquier anomalía esta podría
ser vista a
través del interfaz. En las gráficas que se ven a continuación, se
podrá apreciar
parte del interfaz grafico propuesto a la empresa.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 35. Interfaz Gráfica 1.
En este menú se puede observar que existen varias opciones para el
usuario,
primero le permite ir a otra ventana donde se encuentra el registro
de entrada y
salida de hombres y de mujeres. Otro le permite ir a cambio de
clave, es decir, si
por algún momento alguien olvido su clave, únicamente el
administrador podrá
hacer el cambio de clave del determinado usuario, también le
permitirá el ingreso
de nuevos usuarios.
Figura 36. Interfaz Gráfica 2.
Aquí podemos observar el menú de registro, para este caso el de
hombres.
Podemos ver que cada usuario tiene su identificación (I.D), su
nombre, el cargo
que actualmente ocupa, sexo, y su edad. Cada vez que haga un
ingreso la hora y
la fecha serán registradas al igual que la hora de salida. Todo
esto será guardado
enana de datos, para llevar un registro del sistema.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 37. Interfaz Gráfica 3.
Este menú permite el cambio del temporizador de la autoclave, es
decir, el periodo
de descontaminación del material. Este menú esta restringido, y
solamente tendrá
acceso el jefe de bioseguridad.
Para el control global del sistema se diseño un sistema de panel de
control, el cual
estaba dividido en las distintas áreas que conformaban el proceso.
A continuación
podemos ver el control master, el se encontraba los interruptores
de inicio general,
es decir, para encender el sistema, primero toca oprimir el botón
de inicio, una vez
hecho esto, este cambiará de color, de rojo a verde. Posteriormente
debe habilitar
cada área, por ende si algún área, esta fuera de servicio, podrá
dejarla
inhabilitada. También se encuentra un botón de emergencia, en caso
de que
exista alguna eventualidad, el operario podrá ejecutarlo, e
inhabilitara todas las
áreas, pero abriendo todas las puertas para que exista una rápida
evacuación del
personal que trabaja en el área.
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Figura 38. Interfaz Gráfica 4.
Para el ingreso de los hombres al área interna del laboratorio, el
operario también
podrá controlar o monitorear esta área, para evitar que ocurra
cualquier anomalía.
Existirá un visualizador que le indicara si el área se encuentra
habilitada, el
también tendrá la posibilidad de inhabilitarla manualmente. Como
esta área la
conforman dos puertas, estas cada vez que sean abiertas, existirá
un visualizador
para cada una de ellas indicando el estado en que se encuentra. En
el caso de
una emergencia, por ejemplo una puerta mal cerrada, inmediatamente
se activara
una alarma indicando el percance. Figura 39. Interfaz Gráfica
5.
IEL2 - 03 - II - 16
66
Así mismo, cada ducha también podrá ser controlada. El operario
tiene la
posibilidad de inhabilitar la ducha si esta se encuentra en mal
estado. También
estará el visualizador del interruptor queda inicio al sistema, así
como también el
temporizador respectivo del proceso de duchado. Este menú también
posee un
sistema de alarma.
Figura 40. Interfaz Gráfica 6.
El sistema de duchas también estará dentro del menú del panel de
control. El
operario tiene la posibilidad de inhabilitar la ducha si esta se
encuentra en mal
estado. También estará el visualizador del interruptor queda inicio
al sistema, así
como también el temporizador respectivo del proceso de duchado.
Este menú
también posee un sistema de alarma. La única diferencia, es que por
la ducha se
hace el ingreso y salida del área internas del laboratorio, por
ende el operario
pude conocer con claridad que proceso se esta ejecutando.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 41. Interfaz Gráfica 7.
En la siguiente figura se puede apreciar en su plenitud toda el
área numero dos, la
entrada al área interna del laboratorio por parte de los hombres,
las duchas de
hombres como también, la ducha de mujeres.
Figura 42. Interfaz Gráfica 8.
IEL2 - 03 - II - 16
68
Para el monitoreo del área numero tres, el operario tendrá la
posibilidad de
observar el temporizador del vaporizador, donde arriba encuentra el
tiempo
establecido y abajo se encuentra el temporizador. También se
encuentra un
visualizador que indicada en que estado se encuentra la cámara
de
descontaminación, es decir, si está trabajando estará en verde,
sino estará en
rojo. Igualmente tendrá la posibilidad de inhabilitar el
área.
Figura 43. Interfaz Gráfica 9.
Para el caso del área numero tres, de una manera muy similar, pero
solo hay que
recordar que este es el área de ingreso y salida de materiales y
equipos
pequeños, el operario tendrá la posibilidad de observar el
temporizador del
vaporizador. Igualmente se encuentra un visualizador que indicada
en que estado
se encuentra la cámara de descontaminación, es decir, si está
trabajando estará
en verde, sino estará en rojo. Igualmente tendrá la posibilidad de
inhabilitar el
área.
Figura 44. Interfaz Gráfica 10.
Para revisar el comportamiento del programa se realizaron pruebas
con el
software presente en el paquete del administrador Siemens para
simulación S7-
PLCSIM 3 , realizándose pruebas en el orden de simulación de la
rutina de
automatización. El simulador permite imitar a la perfección el
funcionamiento del
autómata programable.
Figura 45. PLCSIM
3 Siemens S7-PLCSIM- Test de Programme avec CPU S7 simulee -
Manual
IEL2 - 03 - II - 16
10. COSTOS DEL PROYECTO
Durante la etapa de diseño de la barrera de contención o barrera de
bioseguridad,
se contó con la colaboración de la Universidad de los Andes, quien
me facilito
todas las herramientas software y hardware necesarias para
implementación de la
plataforma. . El laboratorio de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
de la Universidad
de Los Andes cuenta con un conjunto de autómatas programables, en
este caso
se utilizó el PLC S7-314 IFM de Siemens para realizar las pruebas
respectivas.
Como era necesario realizar un estudio de costos de implementación
de la
barrera, se procedió a la búsqueda de los dispositivos necesarios
en el mercado
que cumplieran con los requerimientos.
Como primera medida se busco un autómata programable que se
acomodara de
una mejor manera a la programación de nuestro proceso, debido a que
el PLC S7-
314 IFM, presenta algunos inconvenientes cuando se realiza la
programación con
el S7-GRAPH. En el mercado hay una gran variedad de autómatas
programables
los cuales varían en precio, tamaño y capacidades en función del
tipo de
aplicación en el que se van a utilizar. Por tal motivo se escogió
el PLC de Siemens
S7300 con CPU 3131C. Pero debido a gran cantidad de entradas y
salidas
digitales que resultaron del diseño, los cuales excedían los
módulos de este PLC,
se hizo necesario incluir dentro de los costos, la adquisición de
un módulo de
entrada digital y un módulo de salida digital.
Adicionalmente para la visualización, se pensó en la adquisición de
pantallas
Touch scream, pantallas sensibles al tacto, pero debido a sus altos
cotos, se
decidió por realizar la visualización de la plataforma a través de
un computador.
En la actualidad existen distintas marcas y distintas capacidades
de
computadores, pero se eligió un computador marca DELL, reconocida
por su gran
capacidad y calidad de sus equipos, y esencialmente por su bajo
costo.
IEL2 - 03 - II - 16
71
Adicionalmente el PLC, necesita una serie de cables de conexión
para
comunicarse con los periféricos, como son teclados, interruptores,
puertas, etc.
Por otro lado, si el PLC está ubicado en una zona de alta humedad,
o en una zona
de alto transito de personas, este necesita estar protegido, por
consiguiente se
hizo la cotización de un armario que lo soportara, para este punto
se eligió una
caja mural metálica cuyo costo es de doscientos ochenta y ocho mil,
setecientos
treinta y seis pesos ($288.736).
Los aparatos de mando y señalización, como son los pulsadores y
lámparas de
señalización, que son necesarios para el control del proceso, deben
ser de una
lata calidad, debido al gran uso que se hace por parte de ellos. Se
seleccionó
marca SIEMENS, y un pulsador puede costar alrededor de setenta y
nueve mil,
setecientos pesos ($79.700), y una lámpara de visualización
alrededor de sesenta
siete mil, cuatrocientos pesos ($67.400). Para el seguro de las
puertas, sobretodo
para la puerta de registro, es necesario comprar un electroimán, se
hizo un
estudio al respecto en empresas de seguridad, se comprobó que el
electroimán
necesario debe tener una fuerza electromotriz de 500 libras
aproximadamente, el
cual puede tener un costo de trescientos cincuenta mil pesos
($350.000).
Para la fase de teclado, como se explicó, en el numeral 4.2, se
hace necesario
primero en la compra de un microcontrolador, para que realice la
parte de control
del teclado. Segundo, la adquisición de un teclado matricial, de
buena calidad.
Tercero, será necesario el diseño de una plaqueta donde este tanto
el
microcontrolador y todo lo necesario para que se realice el proceso
de control
(resistencias, displays, condensadores, etc.). Este enviara las
señales al PLC a
través del cable de conexión mencionado anteriormente, el cual
tiene un alcance
de 60 metros, el cual se conectara a los módulos de entrada del
PLC.
En el Anexo se puede apreciar la descripción de costos de la
implementación de
la barrera de bioseguridad, donde se hace especial énfasis, que la
adquisición del
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72
software es opcional, primero, por altos costos de adquisición de
las licencias, el
cual es de treinta dos millones, setecientos noventa y seis mil,
trescientos pesos
($32.796.300). Pero en la actualidad existen empresas que realizan
la parte de
programación del autómata, así como su interfaz grafica, donde
ellas adquieran
las licencias, y solo cobran por la realización de la plataforma,
lo que conllevaría a
la disminución de los costos de implementación.
Como se puede ver el costo total de la implementación del proyecto
es de trece
millones, cuatrocientos setenta y un mil, ochocientos treinta y
seis pesos
($13.471.836); esta cantidad como se menciono anteriormente no
incluye el
software de programación lo que incrementaría el costo final.
Para terminar, se puede sacar como conclusión, que los costos
de
implementación para este tipo de procesos con este clase de
tecnologías son
altos, pero en la actualidad se están implementando barreras de
bioseguridad con
estas tecnologías de automatización en los laboratorios que
manipulan con
microorganismos a nivel mundial, como es el caso de un laboratorio
de Brasil
llamado Merial Saúde Animal Ltda, que opto por la utilización de
autómatas
programables, debido a la funcionalidad, a su capacidad de
respuesta y la
seguridad que ofrece este tipo de dispositivo.
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Se ha podido experimentar las ventajas de utilizar herramientas
diseñadas
especialmente para la creación de sistemas SCADA, en particular,
la
herramienta Simatic.
Esta herramienta está diseñada específicamente para la creación de
estos
sistemas, esto supone un gran ahorro en tiempo y trabajo realizado.
Es cierto que
el aplicativo que se ha desarrollado también se hubiera podido
hacer con
lenguajes o con otros mecanismos de control y adquisición de datos,
pero si se
intenta comparar estos se ve claramente que dichas herramientas
ofrecen una
facilidad inmejorable para la creación y manejo de sistemas de
supervisión, en
cuanto a la disponibilidad de librerías/drives para la adquisición
de datos, la
creación de interfaz con el usuario, gestión de datos en tiempo
real, gestión de
datos históricos, conectividad vía red, módulos de simulación y
cálculos. Es
obvio, pues, entender estas herramientas como un acercamiento fácil
y rápido a
la supervisión de sistemas que pueden llegar a ser muy complicados.
Se han
logrado de la mejor manera los objetivos propuestos en el proyecto
y en el
aplicativo.
Las conclusiones a las que se ha llegado en este proyecto son las
siguientes:
• Se ha podido experimentar las ventajas del uso del SCADA, ya que
supone
ahorro de recursos físicos a través de elementos de software.
• Esta herramienta ayuda a un acercamiento fácil y rápido de la
supervisión
de sistemas que pueden llegar a ser complicados.
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74
• Se puede decir que el PLC es un dispositivo versátil ya que puede
cumplir
con tareas completamente diversas.
• En cuanto al acceso, se recomienda el uso de teclados
porque:
• Es una solución fácil de implementar a bajo costo.
• Se debe descartar el uso de tarjetas, ya que son una fuente
de
contaminación.
• Las medidas biométricas tales como huellas digitales y retina
requieren
de más recursos de hardware y software.
• También se recomienda utilizar una cámara de seguridad integrada
al
SCADA con el fin de realizar una confirmación visual de las
identidades.
• Asimismo sería bueno incluir el uso de un actuador manual o
automático
que realice un paro total del sistema en caso de presentarse
una
emergencia general en el área.
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[1] Colciencias, http://www.colciencias.gov.co
[2] Estudio sobre implementación de lectura de código de barras en
cajas
registradoras de supermercados. Santiago Moreno Cely. Tesis
Publicación
Uniandes, 1994.
[3] Fernando Jiménez, notas de clase de Diseño de sistemas de
control en
Tiempo Real, cap. 2, Universidad de Los Andes, 2003.
[4]
Geocities,http://www.geocities.com/gcataneo/tarjetas/conclusiones.htm
[5] Implementación de control integrado de obra utilizando códigos
de barra.
Cesar Ricardo Muñoz Arias. Tesis Publicación Uniandes, 1997.
[6] Instituto Colombiano Agropecuario, “Colombia siete meses libre
de aftosa”,
boletín de mayo de 2003.
[7] John Soto, Iván Castillo, “Metodología para el desarrollo de
diseños de
Ingeniería”, Departamento de Ing. Eléctrica y Electrónica,
Universidad de Los
Andes, 2002
[8] Miguel López Aplicación de una metodología de diseño de
ingeniería para
la automatización de un proceso de demostración de tanques, bombas
y
válvulas, usando GRAFCET (S7 graph), Universidad de los Andes,
Enero de
2003.
[10] MARTINEZ, Camilo, Metodología para la realización de un
control
automático de tanques, banda, válvulas utilizando Grafcet en
tareas
coordinadas. Santa fe de Bogotá, 2003. Trabajo de grado
(ingeniero
electrónico) Universidad de los Andes.
[11] Siemens, Manual SIMATIC S7-GRAPH V5.1 para S7-300/400
Programación de Controles secuenciales, Mayo de 2001
[12] Siemens, Software estándar para S7-300 y S7-400
Funciones
estándar Parte 2, Manual de referencia SIMATIC, marzo de 2000, p.
6-12.
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[13] Siemens, SIMATIC S7-PLCSIM V5.0 Manual del usuario, junio
de
2001.
[14] Universitat Politècnica de Catalunya, “Utilización de la Guía
Gemma”,
documento electrónico en línea, 2003.
[15] Vecol, http://www.vecol.com.co
TIPOLOGIA (1) HARDWARE
PLC SIEMENS SIMATIC S7 300 CON CPU 313C 1 4813400 4.813.400$ 1.719$
MODULO DE ENTRADAS DIGITALES PARA PLC S7 300 1 1834300 1.834.300$
655$ MOULO DE SALIDAS DIGITALES PARA PLC S7 300 1 1024400
1.024.400$ 366$
SUBTOTAL PLCs 7.672.100$ 2.740$
SUBTOTAL SISTEMA DE SUPERVISION 1.619.000$ 578$
-$ -$
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PERFERICOS FUERZA ELECTROMOTRIZ DE 500 LIBRAS 1 350000 350.000$
125$ TECLADO MATRICIAL 4 70000 280.000$ 100$
SUBTOTAL PERFERICOS 630.000$ 225$
TIPOLOGIA (3) MONTAJE
CAJAS Y ARMARIOS
CAJA MURAL METALICA 600mm x 600mm x 300mm 1 288736 288.736$ 103$
GRADO DE PROTECCION IP 55
SUBTOTAL CAJAS Y ARMARIOS 288.736$ 103$ BASTIDORES
BASTIDOR METALICO SOPORTE MODULOS 530mm 1 200900 200.900$ 72$
SUBTOTAL BASTIDORES 200.900$ 72$
APARATOS DE MANDO Y SEÑALIZACION PULSADOR LUMINOSO VERDE CON LED 15
79700 1.195.500$ 427$ PULSADOR ROJO DE HONGO CON RETENCION 7 67400
471.800$ 169$ LAMPARA DE SEÑALIZACION AMARILLA CON LED 110AC 2
47600 95.200$ 34$
SUBTOTAL APARATOS DE MANDO Y SEÑALIZACION 1.762.500$ 629$
SUBTOTAL TIPOLOGIA (3) MONTAJE……..………………………………………… 288.736$
103$
SUBTOTAL TIPOLOGIAS 1 Y 3……………....……………………………………… 10.321.836$
3.686$
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TIPOLOGIA (2) SOFTWARE (OPCIONAL)*
SOFTWARE PARA PROGRAMACION DESDE PC SOFTWARE STEP 7 PARA
PROGRAMACION DE PLC S7 300/400 1 10.609.000$ 10.609.000$ 3.789$
CABLE INTERFASE MPI PARA 1 1.860.300$ 1.860.300$ 664$ PROGRAMACION
DE S7 300/400 DESDE PC
SUBTOTAL SOFTWARE PARA PROGRAMACION DESDE PC 12.469.300$
4.453$
SOFTWARE DE VISUALIZACION Y SISTEMAS SCADA SOFTWARE WinCC V. 6,0
PAQ. COMPLETO DE 128 POWER TAGS 1 20.327.000$ 20.327.000$
7.260$
SUBTOTAL SOFTWARE DE VISUALIZACION Y SISTEMAS SCADA 20.327.000$
7.260$
SUBTOTAL TIPOLOGIA (2) SOFTWARE………………………………………………… 32.796.300$ $
11.713