UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE QUITO


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1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE QUITO CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA Trabajo de titulación previo a la obtención del título de: INGENIEROS ELECTRÓNICOS TEMA: DESARROLLO DE UN SISTEMA SCADA PARA EL CONTROL DE VARIABLES DE TEMPERATURA Y NIVEL DE LA PLATAFORMA DE ENTRENAMIENTO PARA EL CONTROL DE PROCESOS CONTINUOS. AUTORES: MIGUEL EDUARDO CHILIGUANO ESPÍN DAVID ISMAEL GODOY SEGURA DIRECTOR: WILLIAM MANUEL MONTALVO LÓPEZ Quito, mayo de 2015

2 DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD Y AUTORIZACIÓN DE USO DEL TRABAJO DE GRADO Nosotros, autorizamos a la Universidad Politécnica Salesiana la publicación total o parcial de este trabajo de titulación y su reproducción sin fines de lucro. Además, declaramos que los conceptos, análisis desarrollados y las conclusiones del presente trabajo son de exclusiva responsabilidad de los autores. Quito, mayo de Miguel Eduardo Chiliguano Espín David Ismael Godoy Segura CC: CC:

3 DEDICATORIA Inicialmente deseo dedicar este proyecto a Dios por ser siempre ese sentimiento de alegría, tranquilidad y serenidad en cada momento de esta etapa de mi vida que está próxima a culminar. A mi madre Silvia, no hay un día en el que no le agradezca a Dios por tenerla junto a mí, la fortuna más grande es tenerla conmigo y el tesoro más valioso son todos y cada uno de los valores que me inculco. Expreso también un agradecimiento fraterno a mis segundos padres: Daniel y Laura, que gracias a su paciencia me guiaron inculcándome valores para ser una persona de bien. A mi hermano Alexander, por acompañarme siempre y sobre todo por ser un amigo más. A Diana, una persona muy importante en mi vida, gracias por tu cariño, amor y apoyo factores fundamentales que me brindan felicidad, y en especial a todas las personas que siempre creyeron en mi capacidad, es grato saber que la fuerza y determinación que poseemos siempre juega un papel muy importante cuando queremos alcanzar algo, a todos ustedes por siempre mi agradecimiento sincero. Miguel Eduardo Chiliguano Espín Dedico este proyecto culminado con mucho esfuerzo y amor: A mi padre David Godoy esa gran persona que desde arriba me ha iluminado para seguir en pie de lucha, a mi madre Mariana Segura por ese apoyo y amor incondicional que me ha brindado para continuar y cumplir con mis sueños, a mis hermanos por ese constante apoyo de fortaleza y confianza para seguir adelante, a mis tíos, primos en especial a mi prima Anita Suquitana junto a su familia por abrirme las puertas de su hogar para continuar con esta meta propuesta, a Erika Aparicio una persona muy importante en mi vida por estar allí a mi lado en todo momento dándome su apoyo y a todas esas personas que hicieron todo en esta vida para que yo pudiera cumplir con mi meta, gracias por brindarme la mano cuando sentía que el camino se terminaba, a todos ustedes por siempre mi agradecimiento. David Ismael Godoy Segura

4 AGRADECIMIENTO Expresamos nuestro sincero agradecimiento a los docentes de la Universidad Politécnica Salesiana, que con gran carisma y empeño impartieron valores y conocimiento en nosotros, para llegar a ser excelentes personas y profesionales de calidad, en especial agradecemos al Ing. William Montalvo por orientarnos, apoyarnos y corregirnos el trabajo de titulación con gran interés y entrega, sobrepasando así todas las expectativas puestas en una persona.

5 ÍNDICE INTRODUCCIÓN... 1 CAPÍTULO ANTECEDENTES Tema Justificación Delimitación Delimitación temporal Delimitación espacial Delimitación académica Planteamiento del problema Objetivos Objetivo general Objetivos específicos Beneficiarios del proyecto Documento resultante del proyecto... 6 CAPÍTULO MARCO TEÓRICO Fundamentos Automatización Integrada Modelos Jerárquicos Modelos Heterárquicos Unidades locales de control Controlador Lógico Programable (PLC) Funciones Campos de aplicación Ventajas e inconvenientes Reguladores Industriales - PID Supervisión de procesos industriales Sistemas SCADA Características Prestaciones Requisitos... 16

6 Componentes de hardware Implantación de un sistema SCADA Estructura y componentes Ethernet industrial Razones de uso del Ethernet Industrial Soluciones basadas en Ethernet IEC Profinet Ventajas de Ethernet industrial Procesos Continuos Temperatura Nivel Softwares de control de Procesos Continuos TIA Portal Apariencia homogénea Inteligencia integrada Máxima transparencia de los datos Soluciones reutilizables Wonderware InTouch OPC Bases de datos a utilizarse en un sistema SCADA Access Excel CAPÍTULO DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA SCADA TIA Portal Vistas del TIA Portal Vista del portal Vista del proyecto Creación del proyecto Adición de módulos Configuración de Entradas y Salidas del Módulo Analógico SM Diseño y parametrización del Bloque de Control PID Desarrollo del Programa de Control PID para el Proceso de Nivel... 44

7 Desarrollo del Programa de Control PID para el Proceso de Temperatura Puesta en servicio del PID_Compact Comunicación Online entre el PLC S y el TIA Portal Configuración del KEPServerEX Creación de tags en KEPServerEX Desarrollo del Sistema SCADA en InTouch Descripción del entorno de trabajo Creación de ventanas Implementación de la carátula y el acceso Implementación del proceso Implementación de Históricos Implementación de la gráfica en tiempo real Implementación de Alarmas Bases de datos Visualización de la base de datos de Excel Visualización de la base de datos en Access Publicación de la base de datos de Excel en la WEB CAPÍTULO PRUEBAS Y RESULTADOS Pruebas de Funcionamiento del Sistema SCADA Pruebas en el Proceso de Nivel Pruebas en el Proceso de Temperatura Pruebas de comunicación del KEPServerEX Pruebas para el Proceso de Nivel Pruebas para el Proceso de Temperatura Pruebas de funcionamiento de las bases de datos Pruebas en el Proceso de Nivel Pruebas en el Proceso de Temperatura Pruebas de funcionamiento de la publicación en la web Pruebas en el Proceso de Nivel Pruebas en el Proceso de Temperatura CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

8 LISTA DE REFERENCIAS ANEXOS

9 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Ubicación geográfica de la Universidad Politécnica Salesiana... 3 Figura 2. Esquema funcional de un regulador PID industrial Figura 3. Estructura de un SCADA Figura 4. Ejemplo de un proceso contínuo Figura 5. Herramientas del software TIA Portal Figura 6. Esquema para una ingeniería más eficiente Figura 7. Ventana principal del TIA Portal Figura 8. Clientes y servidores OPC Figura 9. Vista del portal Figura 10. Vista del proyecto Figura 11. Crear proyecto nuevo Figura 12. Información del proyecto Figura 13. Configurar un dispositivo Figura 14. Seleccionar CPU Figura 15. Adición de módulos Figura 16. Configuración de entradas análogas del PLC Figura 17. Configuración de salidas análogas Figura 18. Crear bloque de interrupción cíclica Figura 19. Bloque de instancia cíclica Figura 20. Añadir bloque PID_Compact_ Figura 21. Añadir objeto tecnológico PID_Compact_ Figura 22. Vista de configuración de parámetros del PID_Compact_ Figura 23. Tabla de variables para el proceso de nivel Figura 24. Ajustes básicos del regulador PID_Compact para el proceso de nivel Figura 25. Ajustes de valores reales del PID_Compact para proceso de nivel Figura 26. Ajustes avanzados del PID_Compact Figura 27.Adición de bloque PID_Compact al proyecto de programación Figura 28. Segmento para el funcionamiento de la bomba Figura 29. Conversión de datos y lectura del valor de consigna Figura 30. Segmentos para el escalamiento de la Variable del Proceso (Transmisor de nivel)... 49

10 Figura 31. Segmentos para el escalamiento de la Variable Manipulada (Servo válvula) Figura 32. Tabla de variables para el proceso de temperatura Figura 33. Ajustes básicos del regulador PID_Compact para el proceso de temperatura Figura 34. Ajustes de valores reales del PID_Compact para proceso de temperatura Figura 35. Ajustes avanzados del PID_Compact para el proceso de temperatura Figura 36. Adición de bloque PID_Compact al proyecto de programación con las variables de entrada y salida Figura 37. Bloque para lectura de dato seteado desde Intouch a Regulador PID Figura 38. Escalamiento de valores de salida del PID para control de niquelina Figura 39. Segmentos para el escalamiento de la Variable del Proceso RTD Figura 40. Segmentos para el escalamiento de la Variable Manipulada Figura 41. Escalamiento y visualización de llenado del tanque Figura 42. Control de llenado automático de nivel mínimo de agua en tanque Figura 43. Ventana de puesta en servicio y selección de tiempo de muestreo Figura 44. Selección del modo de optimización Figura 45. Inicio del estado de optimización Figura 46. Sistema optimizado correctamente Figura 47. Establecer conexión online Figura 48. Configuración de Interfaz Figura 49. Comunicación online PC - PLC Figura 50. Habilitar Enable FastDDE/SuiteLink connections to the server Figura 51. Añadir un canal en KEPServerEX Figura 52. Selección del driver de comunicación y tarjeta de red Figura 53. Configuración por defecto en la creación del canal Figura 54. Añadir un nuevo dispositivo en KEPServerEX Figura 55. Asignar el ID del dispositivo Figura 56. Configuración de puertos Figura 57. Elección de la opción Big Endian Figura 58. Creación de tags en KEPServerEX Figura 59. Lista de tags en KEPServerEX Figura 60. OPC client en KEPServerEX... 68

11 Figura 61. Software para el desarrollo del sistema SCADA Figura 62. Vista de la ventana de trabajo Figura 63. Creación de ventanas Figura 64. Propiedades de la ventana Figura 65. Ventana de trabajo Figura 66. Ventana de la caratula Figura 67. Ventana del control de acceso Figura 68. Diagrama de flujo del control de acceso Figura 69. Usuario y contraseña Figura 70. Ventana del proceso Figura 71. Crear usuarios y contraseñas Figura 72. Ventana del Symbol factory Figura 73. Ventana del control de temperatura Figura 74. Ventana del control de nivel Figura 75. Definir tagname Figura 76. Tipos de Tagnames Figura 77. Tagname Dictionary Figura 78. Ubicación del Access Name Figura 79. Añadir un Access Name Figura 80. Configuración del Access Name Figura 81. Elegir tagname Figura 82. Elegir Access Name y variable de proceso Figura 83. Tagnames configurados en InTouch Figura 84. Asignar variables analógicas en InTouch Figura 85. Ejecutar el RUNTIME Figura 86. Seleccionar wizards Figura 87. Ventana de Históricos Figura 88. Configuración del Hist trend Figura 89. Configuración del Trend zoom/pan panel Figura 90. Configuración del Trend pen legend Figura 91. Configuración del HistData Figura 92. Seleccionar 16-Pen Trend para la gráfica en tiempo real Figura 93. Designar tags en la gráfica de tiempo real Figura 94. Seleccionar Distributed Alarm Display... 91

12 Figura 95. Campos para activar alarmas en InTouch Figura 96. Configuración general de las alarmas Figura 97. Ventana de alarmas Figura 98. Creación de un botón en InTouch Figura 99. Configuración de direcciones para abrir la base de datos en Excel Figura 100. Crear base de datos en blanco Figura 101. Seleccionar base de datos a exportar a Access Figura 102. Utilizar delimitador Figura 103. Delimitador para separar campos Figura 104. Configuraciones por defecto Figura 105. Nombre de la base vinculada Figura 106. Base de datos en Excel vinculada en Access Figura 107. Archivo HISTDATA donde se guardan datos Figura 108. Guardar el archivo como Pagina WEB Figura 109. Menú de configuración de la página web Figura 110. Menú de configuración de la página web Figura 111. Prueba de ingreso del proceso de nivel Figura 112. Ventana de ingreso erróneo en el proceso de nivel Figura 113. Gráfica en InTouch con consigna en 21 cm Figura 114. Gráfica en TIA Portal con consigna en 21 cm Figura 115. Gráfica en InTouch con consigna en 30 cm Figura 116. Gráfica en TIA Portal con consigna en 30 cm Figura 117. Gráfica en InTouch con consigna en 51 cm Figura 118. Gráfica en TIA Portal con consigna en 51 cm Figura 119. Prueba de ingreso del proceso de temperatura Figura 120. Ventana de ingreso erróneo en el proceso de temperatura Figura 121. Gráfica en InTouch con consigna en 35 C Figura 122. Gráfica en TIA Portal con consigna en 35 C Figura 123. Gráfica en InTouch con consigna en 45 C Figura 124. Gráfica en TIA Portal con consigna en 45 C Figura 125. Gráfica en InTouch con consigna en 55 C Figura 126. Gráfica en TIA Portal con consigna en 55 C Figura 127. Comunicación entre InTouch y KEPServerEX para el proceso de nivel

13 Figura 128. Comunicación entre InTouch y KEPServerEX para el proceso de temperatura Figura 129. Base de datos en Excel del proceso de nivel Figura 130. Base de datos en Access del proceso de nivel Figura 131. Base de datos en Excel del proceso de temperatura Figura 132. Base de datos en Access del proceso de temperatura Figura 133. Base de datos del proceso de temperatura publicada en la Web Figura 134. Base de datos del proceso de temperatura publicada en la Web

14 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Detalle de los ítems marcados en la ventana del portal Tabla 2. Detalle de los ítems de la vista del proyecto.. 33 Tabla 3. Detalle de los ítems del bloque de instancia cíclica...39 Tabla 4. Límites del valor de salida Tabla 5. Significados de variables Tabla 6. Detalle de los ítems de la ventana de trabajo 70 Tabla 7. Detalle del control de acceso Tabla 8. Detalle del contenido de la ventana de proceso... 77

15 ÍNDICE DE ECUACIONES Ecuación 3.1. Función para el algoritmo del PID.. 44

16 ANEXOS Anexo 1. Guía de Laboratorio

17 RESUMEN Con el objetivo de cubrir las etapas en el diseño e implementación de la programación en proyectos de automatización basados fundamentalmente en controladores del tipo autómatas programables y sistemas de supervisión y control, se desarrolló un sistema de Supervisión, Control y Adquisición de Datos - SCADA para controlar variables de temperatura y nivel en la Plataforma de Entrenamiento para el Control de Procesos Continuos. Este trabajo tiene como finalidad consolidar en los estudiantes de la carrera de Ingeniería Electrónica, el control de procesos de Nivel y Temperatura por medio del sistema SCADA, que es muy utilizado actualmente para la automatización industrial. El proyecto está enfocado al desarrollo de la capacidad inventiva y a la solución de problemas reales presentes en la industria aplicando los conocimientos y experiencias adquiridas a lo largo de la especialización, con un primordial enfoque en el aprendizaje y desarrollo de nuevas tecnologías, manteniendo una constante tendencia tecnológica. El manejo y programación de sistemas SCADA y autómatas programables con equipos y dispositivos reales utilizados en la industria, crean un impacto de competencia profesional en el medio industrial. Al publicar en la WEB la base de datos generada en InTouch, ayuda a los usuarios a tener acceso al sistema de monitoreo de datos. Para mejor entendimiento del sistema SCADA se elabora una guía de laboratorio a utilizarse por los estudiantes, mejorando así su comprensión sobre el funcionamiento en la plataforma de entrenamiento para el control de procesos continuos.

18 ABSTRACT In order to cover the stages in the design and implementation of programming projects based mainly on PLC type controllers and monitoring systems and control automation systems Supervisory Control and Data Acquisition developed - SCADA to control temperature and level variables in the Platform Training for Continuous Process Control. This paper aims to consolidate students of the career of Electronic Engineering, process control level and temperature through the SCADA system, which is currently widely used for industrial automation. The project focuses on the development of inventiveness and solving real problems present in the industry by applying the knowledge and experience acquired through specialization, with a primary focus on learning and development of new technologies, while maintaining a consistent trend technology. The operation and programming of SCADA systems and PLCs with real equipment and devices used in industry, create an impact of professional competence in the industrial environment. When publishing on the web database created in InTouch, it helps users to access the system data monitoring. For better understanding of the system SCADA lab guide is made by the students used, improving their understanding of the operation in the training platform for continuous process control.

19 INTRODUCCIÓN El diseño e implementación del proyecto busca mejorar los conocimientos adquiridos durante la especialización y potencializar la Plataforma de Entrenamiento para el Control de Procesos Continuos, logrando simular procesos industriales de una forma más real. La distribución de este trabajo se realizó de la siguiente forma: El capítulo uno, contiene temas relacionados con la estructura del proyecto, en el cual se indica el título del proyecto, justificación, planteamiento del problema, objetivos planteados, métodos y técnicas de investigación que se utilizaron en el desarrollo del proyecto. El capítulo dos, se aborda los temas que permitirán una fácil comprensión del proyecto desarrollado como es la base teórica, principios, conceptos generales, características, diferencias, ventajas, desventajas y comportamientos de los diferentes software y hardware utilizados, respaldados en literatura especializada. El capítulo tres, describe el Diseño e Implementación del sistema SCADA, donde se muestra el detalle de la interfaz de comunicación del Controlador Lógico Programable con el Software InTouch, el diseño de la interfaz Gráfica, el programa de control en el TIA Portal, las bases de datos utilizadas y su publicación en la Web. El capítulo cuatro, detalla todas las pruebas respectivas de software con las que se trabajó en la Plataforma de Entrenamiento para el Control de Procesos Continuos. Se detectan y corrigen las posibles fallas que puedan existir al momento de implementar el sistema, se detalla las respectivas Conclusiones y Recomendaciones del proyecto y para finalizar en los Anexos se muestra una guía de laboratorio a utilizarse por los estudiantes para la mejor comprensión del funcionamiento de la plataforma. 1

20 CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES 1.1. Tema Desarrollo de un sistema SCADA para el control de variables de temperatura y nivel de la Plataforma de Entrenamiento para el Control de Procesos Continuos Justificación En la actualidad el sistema SCADA (Supervisory, Control And Data Acquisition - Supervisión, Control y Adquisición de Datos) es una herramienta indispensable en la industria, ya que es un sistema basado en computadores que permiten supervisar y controlar variables de proceso a distancia, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo y controlando el proceso de forma automática por medio de un software especializado, este provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros usuarios superiores dentro de la empresa. El sistema SCADA desarrollado sobre una planta que maneje variables de nivel y temperatura permitirá a los estudiantes de la carrera de Ingeniería Electrónica integrar los conocimientos adquiridos durante la especialización y potencializar la plataforma de entrenamiento para el control de procesos continuos, logrando simular procesos de una forma más real ya que actualmente la enseñanza de estos procesos se desarrolla de forma teórica limitando así el aprendizaje práctico del estudiante. Frente a lo mencionado anteriormente el presente proyecto familiarizará a los estudiantes con estos tipos de procesos (Nivel y Temperatura), permitiendo obtener mayores competencias en industrias nacionales e internacionales, afianzando así su crecimiento profesional. 2

21 1.3. Delimitación Delimitación temporal El desarrollo del proyecto tendrá una duración de 12 meses a partir de la aprobación del plan incluyendo la evaluación del mismo Delimitación espacial Este proyecto se llevará a cabo en la ciudad de Quito, en la Universidad Politécnica Salesiana - Campus Sur (Figura 1), laboratorio de Teoría de Control de la carrera de Ingeniería Electrónica. Ubicación de la Universidad Politécnica Salesiana Figura 1. Ubicación geográfica de la Universidad Politécnica Salesiana Delimitación académica Se desarrollará un sistema SCADA para el control de variables de temperatura y nivel en la Plataforma de Entrenamiento para el Control de Procesos Continuos 1 utilizando el software InTouch el cual supervisará y manejará el proceso mediante un controlador lógico programable SIMATIC S7-1200; este a su vez enviará la información a través de un protocolo Ethernet con una comunicación OPC Server hacia un sistema central de procesamiento de datos, donde se logrará visualizar el proceso. 1 Plataforma desarrollada por: Danilo Stalin Amaya Hernández, Diego Lizandro Vallejos Cango. 3

22 El sistema SCADA contará con seguridades para el acceso y señales de advertencia, además de registros del proceso los cuales ayudarán a monitorear, recopilar y verificar datos y eventos en tiempo real. Se analizarán también las pruebas de software y hardware existentes en el proyecto con la finalidad de obtener una amplia información para verificar su fiabilidad y detectar causas más habituales de error y mejorar el proceso. Se elaborará también un manual técnico de prácticas para el desarrollo de sistemas SCADA de los procesos de nivel y temperatura Planteamiento del problema En la actualidad la Universidad Politécnica Salesiana Sede Quito-Campus Sur cuenta con insuficiente equipo para entrenamiento de sistemas SCADA aplicados en el control y monitoreo de variables como temperatura y nivel. El limitado uso de dispositivos industriales y de módulos didácticos provocan que los estudiantes tengan una gran desventaja frente a un ámbito de competencia laboral profesional, ya que al ejecutarse el aprendizaje de manera teórica se requiere robustecer el aprendizaje práctico integrando de mejor manera los conocimientos requeridos por el mercado profesional. Ante esta realidad, este proyecto contribuirá a que los estudiantes adquieran competencias en el manejo y programación de sistemas SCADA con equipos y elementos reales utilizados en la industria Objetivos Objetivo general Desarrollar un sistema SCADA para el control de variables de temperatura y nivel en la Plataforma de Entrenamiento para el Control de Procesos Continuos. 4

23 1.5.2 Objetivos específicos Diseñar e implementar el programa de control PID en el PLC SIMATIC S por medio del software TIA-Portal, para el control de los procesos de temperatura y nivel en la plataforma de entrenamiento. Diseñar e implementar la programación en el software InTouch para la supervisión y generación de bases de datos del sistema SCADA Configurar la interfaz de comunicación entre el PLC SIMATIC S y el software InTouch vía Ethernet en tiempo real. Exportar las bases de datos generadas por InTouch hacia diferentes softwares administradores de datos, por ejemplo: MySQL, SQL Server, Access, Excel, para obtener tablas de consulta de los eventos generados en el proceso y publicarlas en la WEB. Diseñar e implementar un manual técnico de prácticas para el desarrollo de sistemas SCADA de los procesos de nivel y temperatura en la plataforma de entrenamiento Beneficiarios del proyecto Este proyecto, beneficiará a los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Electrónica, Sede Quito-Campus Sur, ya que tendrá como propósito general la participación y manejo de variables continuas de un sistema SCADA para el control de dos procesos industriales (nivel y temperatura), ayudando así al desarrollo profesional del estudiante. El equipo será utilizado para cursos de formación y actualización académica capacitando a los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Electrónica y ampliando los conocimientos del personal docente en diferentes materias como: Teoría del diseño, 5

24 Instrumentación, Sensores y Transductores, Automatización Industrial, Teoría de Control, Electiva III (Sistemas SCADA), etc. El equipo quedará como inventario de la Universidad Politécnica Salesiana Sede Quito Campus-Sur, existiendo la posibilidad de que se puedan ofertar cursos y seminarios tanto a empresas públicas y privadas como a personas particulares y estudiantes de otras universidades Documento resultante del proyecto Propuesta de un paper del "Desarrollo de un sistema SCADA para el control de variables de temperatura y nivel de la Plataforma de Entrenamiento para el Control de Procesos Continuos" para la revista INGENIUS de la Universidad Politécnica Salesiana. 6

25 CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO Este capítulo aborda la fundamentación teórica científica que permitirá la comprensión y desarrollo del proyecto, describiendo los elementos a utilizarse, conceptos generales, clasificación, características y comportamiento de los diferentes dispositivos electrónicos que forman parte del proyecto Fundamentos Cada vez está más presente la necesidad de las empresas por apostar en tecnologías para automatizar su producción, el fin es obtener una alta competitividad en el mercado, ya que se reducen tiempos, se aumenta la flexibilidad, así como la calidad del producto y la seguridad en la fabricación. Con el objetivo de llevar a cabo un sistema SCADA que controle procesos en la planta, se necesita conocer cuestiones tales como: la tecnología que se utilizará, el modelo de automatización que se seguirá, el tipo de procesos que se tratará o la red de comunicación que se realizará. Así pues, en este capítulo se introducirán los aspectos teóricos necesarios para fundamentar las tareas a realizar durante el proyecto Automatización integrada Un modelo de automatización consiste en una manera genérica de organizar e integrar componentes de sistemas a fin de lograr un eficiente proceso productivo. La mayoría responden a estructuras jerárquicas estáticas con tareas separadas y funciones especializadas o a estructuras heterárquicas. 7

26 Modelos jerárquicos Los modelos jerárquicos responden a la necesidad de organizar de manera sistemática las características tanto de los sistemas de fabricación como de los de comunicación. En estos modelos se suele distinguir entre las relaciones de dependencia vertical y las de dependencia horizontal (Oliva, 2013, págs ). En las relaciones de dependencia vertical se analizan y se definen las interfaces entre niveles adyacentes, mientras que en la dependencia horizontal se contemplan las aplicaciones y sus interacciones entre extremos. Estos sistemas se utilizan principalmente en industrias de proceso donde el sistema de control usa señales analógicas y mecanismos de realimentación. Pueden controlar varios bucles de control, multiplexores de señales, sistemas operativos de propósito general (Unix, Windows, etc.) y a menudo disponen de una interfaz humanomáquina (HMI-Human Machine Interface) integral y otras prestaciones, consolas gráficas, paquetes integrados de análisis y control, bases de datos e históricos, y con mecanismos de enlace con el proceso de altas prestaciones de velocidad de respuesta Modelos heterárquicos Los modelos heterárquicos tienen un buen rendimiento ante cambios y pueden adaptarse continuamente a su entorno, se basan en la fragmentación del sistema en unidades pequeñas y completamente autónomas (Redondo, 2008, pág. 14). Las arquitecturas heterárquicas se fundamentan en una total autonomía local (control distribuido), resultando en un entorno en el cual los componentes cooperan para alcanzar objetivos globales gracias a la toma de decisiones locales. El punto principal en estos modelos es la coordinación para prevenir la existencia de anarquías en la arquitectura y aprovechar las ventajas de distribución, modularidad, mantenimiento y reconfiguración. 8

27 2.2. Unidades locales de control En un proceso industrial, generalmente se producen muchos ruidos que pueden interferir en la transmisión y recepción de las señales, en los elementos de control, etc. Por eso, dichos elementos y protocolos de comunicación tienen que ser robustos para soportar las duras condiciones del entorno. Así pues, se podría definir a las unidades locales de control mediante las siguientes características básicas: Deben ser capaces de controlar un proceso, subproceso y una variable a nivel secuencial o de regulación. Deben soportar condiciones de trabajo extremas. Su localización en la planta debe ser cercana al proceso, evitando interferencias en las señales de control. Deben ser programables y/o configurables. Los tres elementos básicos capaces de cumplir estas características son el autómata programable (PLC), el ordenador industrial y los reguladores industriales (Redondo, 2008, pág. 15) Controlador lógico programable (PLC) Según lo define la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos de los Estados Unidos un PLC Programable Logic Controller (Controlador Lógico Programable) es un dispositivo digital electrónico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones, permitiendo la implementación de funciones específicas tales como: lógicas, secuenciales, temporizadas, de conteo y aritméticas; con el objeto de controlar máquinas y procesos. También se puede definir como un equipo electrónico, el cual realiza le ejecución de un programa de forma cíclica. Estos controladores son utilizados en ambientes industriales donde la decisión y la acción deben ser tomadas en forma muy rápida, para responder en tiempo real (MICRO, s.f., pág. 8). 9

28 Funciones Las funciones son todas aquellas que han permitido que el PLC haya sido tan bien aceptado por la industria en la actualidad (Redondo, 2008, págs ). A continuación se presenta algunas de ellas: Detección: lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación. Mando: elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los Accionadores. Diálogo hombre-máquina: mantener una interacción con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso. Programación: para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. Redes de comunicación: permiten establecer comunicación con otras zonas de control, permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas en tiempo real. Sistemas de supervisión: permiten la comunicación con ordenadores provistos de software de supervisión industrial. Control de procesos continuos: los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Entradas-Salidas distribuidas: en algunos casos, los módulos de E/S no tienen por qué estar ubicados físicamente en el armario del autómata, sino que pueden estar distribuidos por la instalación y comunicarse con la unidad central del autómata mediante cable de red. Buses de campo: mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus sensores y actuadores, reemplazando el cableado tradicional Campos de aplicación En la página web de microautomocion menciona que el PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante 10

29 evolución del hardware y software amplía este campo, para poder satisfacer las necesidades que pueden aparecer en la industria. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control y señalización. Por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, o control de instalaciones, etc. A continuación se puede mencionar algunas aplicaciones de un PLC: Maniobra de máquinas. Maquinaria industrial de plástico. Máquinas transfer. Maquinaria de embalajes. Maniobra de instalaciones: aire acondicionado, calefacción. Instalaciones de seguridad. Señalización y control Ventajas e inconvenientes Gómez, mencionan algunas ventajas del PLC y estas son: Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Entre los inconvenientes se puede mencionar: Adiestramiento de técnicos. Costo. 11

30 Estos inconvenientes se han minimizado, ya que en todas las carreras de ingeniería se incluye la automatización como una de asignatura y en cuanto al costo, tampoco hay mucho problema, pues hay autómatas para todas las necesidades y a precios ajustados (Gómez, Reyes, & Guzmán, 2008, pág. 83) Reguladores industriales - PID Redondo, presenta que los reguladores industriales son dispositivos generados de forma clara para la regulación continua de variables. Crean la señal de control del proceso mediante la diferencia existente entre la consigna entrante y el valor real de la variable a controlar (señal de error). A esta señal se le pueden aplicar tres acciones distintas: Acción proporcional (P). Acción integral (I). Acción derivativa (D) Antiguamente los reguladores (PID) eran analógicos, pero a partir de la aparición de los microprocesadores, ha sido posible implementar reguladores industriales digitales mucho más simples y dotados de mejores (Redondo, 2008, pág. 19). Los reguladores industriales digitales son los que se utilizan actualmente en la industria a igual que en este proyecto, a continuación se presenta el esquema funcional de un regulador PID industrial y se analiza su funcionamiento (Figura. 2). Esquema funcional Figura 2. Esquema funcional de un regulador PID industrial. Fuente: (Ogata, 2010) 12

31 El funcionamiento de un PID es el siguiente: La magnitud regulada es leída y cuantificada en intervalos de tiempo discretos. La operación PID es realizada por un algoritmo que está disponible en un procesador, y en cada punto de lectura se calcula una igualdad diferencial. Las partes P, I, D pueden ser ajustadas de forma independiente. Por último el valor calculado es conectado al tramo de regulación después de pasar por un convertidor digital-analógico y mantenido hasta la llegada del siguiente valor. Como información adicional se menciona en la revista INGENIUS que el control PID permite optimizar el control sobre un actuador para lograr estabilizar al sistema con un error cercano a cero y, por ello se aconseja utilizarlo en todo tipo de sistemas de precisión (Vergara, Molina, & Machado, 2011, pág. 11) Supervisión de procesos industriales La labor de un supervisor representa una tarea delicada y esencial desde el punto de vista normativo y operativo; de ésta acción depende en gran medida garantizar la calidad y eficiencia del proceso que se desarrolla. En el supervisor descansa la responsabilidad de orientar o corregir las acciones que se desarrollan (Redondo, 2008, pág. 20). De esta manera, existen softwares industriales que permiten la implementación de sistemas de supervisión (sistemas SCADA), mediante los cuales un operario podrá controlar el proceso productivo a través de la visualización de variables en tiempo real. En caso de que se produzca alguna falla en la planta (variables fuera de rango), el software permitirá al operario actuar sobre el proceso para lograr corregirla. 13

32 Sistemas SCADA Un sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition o Control, Supervisión y Adquisición de datos), es conjunto de aplicaciones software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de producción, con acceso a la planta mediante la comunicación digital con los instrumentos y actuadores, e interfaz gráfica de alto nivel con el usuario (Gómez, Reyes, & Guzmán, 2008, pág. 129). El sistema permite comunicarse con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, sistemas de dosificación, etc.), para controlar el proceso en forma automática desde la pantalla del ordenador, que es configurada por el usuario y puede ser modificada con facilidad. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios Características Los sistemas de control ofrecen soluciones óptimas en entornos industriales, lo que hace de los sistemas SCADA una herramienta diferenciativa que es la característica del control supervisado (Gómez, Reyes, & Guzmán, 2008, págs ). La parte de control viene definida por el proceso a controlar, y en última instancia, por el hardware e instrumental de control (PLC s, controladores lógicos, armarios de control, etc.) o los algoritmos lógicos de control aplicados sobre la planta los cuales pueden existir previamente a la implantación del sistema SCADA, el cual se instalará sobre y en función de estos sistemas de control. En consecuencia, se supervisa el control de la planta y no solamente se monitorea las variables que en un momento determinado están actuando sobre la planta; esto es, poder modificar las variables de control en tiempo real, algo que pocos sistemas permiten con la facilidad intuitiva que dan los sistemas SCADA. A continuación los autores ya mencionados citan las siguientes características: 14

33 Adquisición y almacenado de datos para recoger, procesar y almacenar la información recibida, en forma continua y confiable. Representación gráfica y animada de variables de proceso y monitorización de éstas por medio de alarmas. Ejecutar acciones de control, para modificar la evolución del proceso, actuando bien sobre los reguladores autónomos básicos (consignas, alarmas, menús, etc.) o directamente sobre el proceso mediante las salidas conectadas. Arquitectura abierta y flexible con capacidad de ampliación y adaptación. Conectividad con otras aplicaciones y bases de datos, locales o distribuidas en redes de comunicación. Supervisión para observar desde un monitor la evolución de las variables de control. Transmisión de información con dispositivos de campo y otros PC. Gestión de bases de datos con bajos tiempos de acceso. Suele utilizar ODBC (Open Database Connectivity). Representación gráfica de los datos. Interfaz del Operador o HMI (Human Machine Interface). Explotación de los datos adquiridos para gestión de calidad, control estadístico, gestión de la producción, gestión administrativa y financiera. Alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no se consideren normales, como cambios que se produzcan en la operación diaria de la planta Prestaciones A nivel personal se pueden mencionar brevemente algunas prestaciones y estas pueden ser: La monitorización: da a conocer a los operadores los datos obtenidos en tiempo real de la planta. La supervisión: tiene la capacidad de ejecutar programas que puedan supervisar y modificar el control establecido y bajo ciertas condiciones, anular o modificar tareas asociadas a los autómatas. Evita una continua supervisión humana. 15

34 La adquisición de datos de los procesos en observación. La visualización de los estados de las señales del sistema (alarmas y eventos): reconocimiento de eventos generados en la planta y su inmediata puesta en conocimiento a los operarios para efectuar las acciones correctoras pertinentes. El mando: posibilidad de que los operadores puedan cambiar consignas u otros datos claves del proceso directamente desde el ordenador. Garantizar la seguridad de los datos: tanto el envío como la recepción de datos deben estar suficientemente protegidos de influencias no deseadas. Garantizar la seguridad en los accesos: restringiendo zonas de programa comprometidas a usuarios no autorizados, registrando todos los accesos y acciones llevadas a cabo por cualquier operador Requisitos Algunos de los requisitos que debe cumplir un sistema SCADA para sacarle el máximo provecho son los siguientes: Deben ser sistemas de arquitecturas abiertas, capaces de crecer o adaptarse según las necesidades cambiantes de la empresa. Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente para el usuario con el equipo de planta ( drivers ) y con el resto de la empresa (acceso a redes locales y de gestión). Los programas deberán ser sencillos de instalar, sin excesivas exigencias, y fáciles de utilizar, con interfaces amables con el usuario Componentes de hardware Los primeros desarrolladores de sistemas SCADA aplicaron una estructura similar a la expuesta en la Figura 3, en donde la aplicación de software industrial necesita ciertos componentes inherentes de hardware en su sistema, para poder tratar y gestionar la información captada (Gómez, Reyes, & Guzmán, 2008, págs ). 16

35 Estructura básica de un sistema SCADA a nivel hardware Figura 3. Estructura de un SCADA. Fuente: (Gómez, Reyes, & Guzmán, 2008, pág. 133) De la Figura 3 se aclara que: Ordenador central o MTU (Master Terminal Unit): se trata del ordenador principal del sistema el cual supervisa y recoge la información del resto de las subestaciones, bien sean otros ordenadores conectados (en sistemas complejos) a los instrumentos de campo o directamente sobre dichos instrumentos. Este ordenador suele ser un PC, el cual soporta el HMI. Ordenadores remotos o RTU s (Remote Terminal Unit): estos ordenadores están situados en los nodos estratégicos del sistema gestionando y controlando las subestaciones del sistema, reciben las señales de los sensores de campo, y comandan los elementos finales de control ejecutando el software de la aplicación SCADA. Se encuentran en el nivel intermedio o de automatización, a un nivel superior está el MTU y a un nivel inferior los distintos instrumentos de campo. Red de comunicación: éste es el nivel que gestiona la información que los instrumentos de campo envían a la red de ordenadores desde el sistema. El tipo de BUS utilizado en las comunicaciones puede ser muy variado según las necesidades del sistema y del software escogido para implementar el sistema SCADA, ya que no todos los softwares (así como los instrumentos de campo como PLC s) pueden trabajar con todos los tipos de BUS. 17

36 Instrumentos de campo: son todos aquellos que permiten tanto realizar la automatización o control del sistema (PLC s, controladores de procesos industriales, y actuadores en general) como los que se encargan de la captación de información del sistema (sensores y alarmas) Implantación de un sistema SCADA Cuando una empresa decide implementar un sistema SCADA sobre su instalación hay cinco fases básicas a tener en cuenta para llevar a cabo el proceso Fase 1: el diseño de la arquitectura del sistema. Esto incluye todas las consideraciones importantes sobre el sistema de comunicaciones (Tipo de BUS de campo, distancias, número de E/S, Protocolo del sistema y Drivers). También se verán involucrados los tipos de dispositivos que no están presentes en la planta pero que serán necesarios para supervisar los parámetros deseados. Fase 2: tener el equipo necesario, comunicaciones, Equipos HMI y Hardware en general. Adquisición de un paquete software SCADA adecuado a la arquitectura y sistemas de la planta. Fase 3: la instalación del equipo de comunicación y el sistema PC. Fase 4: programación, tanto del equipamiento de comunicaciones como de los equipos HMI y software SCADA. Fase 5: testeo del sistema o puesta a punto, durante el cual los problemas de programación en comunicaciones como en el software SCADA son solucionados Estructura y componentes Los módulos o bloques de software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y control son los siguientes: Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar. Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. 18

37 Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando pre programado a partir de los valores actuales de variables leídas. Gestión de archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. Comunicación: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA 2.4. Ethernet industrial Los requisitos que deben cumplir las redes de comunicación industrial, sobre todo en cuanto a los sistemas de bus modernos, son enormes y siguen creciendo de forma continua. Se requieren redes de comunicación que incluso sobre grandes distancias, destaquen por sus prestaciones y permitan aprovechar las múltiples posibilidades del mundo digital. Industrial Ethernet se ha establecido desde hace tiempo como la tecnología básica para este fin (CATEDU, s.f., pág. 2) Razones de uso del ethernet industrial El uso de los PC s, las LAN s e Internet provee una gran cantidad de servicios y productos de los cuales la industria puede sacar beneficio, como por ejemplo: el uso de la infraestructura existente de cableado Ethernet en una empresa, que reduce significativamente costes de instalación. El fácil acceso que se tiene a la red utilizando un PC conectado directamente a Internet. Actualmente Industrial Ethernet es una buena solución a tener en cuenta en nuevas instalaciones industriales por su compatibilidad e interconexión con las tecnologías de bus de campo ya existentes, aportando menores tiempos de latencia, flexibilidad y redundancia en sus topologías y un mayor ancho de banda para la transmisión (Oliva, 2013, pág. 392). 19

38 Los fabricantes son conscientes de esta evolución, y cada vez más, sus instrumentos son capaces de comunicarse a nivel de campo con esta nueva tecnología. Además, Industrial Ethernet puede ser usado en zonas peligrosas/conflictivas gracias a perfiles de funcionamiento seguros, capaces de detectar y notificar un mal funcionamiento Soluciones basadas en ethernet IEC No se pone en duda que hoy en día Ethernet y la pila de protocolos TCP/IP van recibiendo más y más aceptación en el sector de la automatización industrial. Avances tecnológicos como Fast Ethernet y la comunicación Full Duplex han convertido el viejo Ethernet en una poderosa herramienta de comunicación con una mágica atracción de usuarios y fabricantes. Los sueños de llegar a conseguir un protocolo estándar en la comunicación industrial han desaparecido. Actualmente existen unos 14 estándares diferentes en lo relativo a protocolos basados en Industrial Ethernet, todos ellos con sus características propias. A continuación se va a repasar el funcionamiento del que se utilizará en el proyecto Profinet Los objetivos de PROFINET son crear un estándar Ethernet abierto para la automatización basada en Industrial Ethernet, conseguir una automatización con Ethernet en tiempo real y por último, poder realizar una integración directa de sistemas con bus de campo (Oliva, 2013, págs ) Gracias a su estructura PROFINET puede ampliarse fácilmente y proporcionar ventajas de un bus de campo avalado por muchas empresas de control industrial encabezadas por SIEMENS. Estas ventajas se basan en la flexibilidad gracias al empleo de Ethernet y de los acreditados estándares IT, el ahorro de ingeniería y puesta en marcha gracias a la modularización, la protección de la inversión para equipos y aplicaciones PROFINET. La comunicación que se establece normalmente mediante canales TCP/IP o UDP/IP conlleva utilizar cierto grado de información para el direccionamiento y el control de flujo, esto retarda el tráfico de datos. Para cumplir el requisito de transmisión Real 20

39 Time RT para un intercambio cíclico, PROFINET abandona parcialmente el direccionamiento IP y el control de flujo sobre TCP y UDP por comunicaciones RT. El mecanismo de comunicación se basa en la capa 2 del modelo OSI y puede convivir con comunicaciones que no sean RT. Estas comunicaciones RT se dividen en tres: Comunicaciones RT sin red: esta comunicación no necesita la dirección destino del equipo. La información administrativa de TCP/IP se elimina. Las tramas RT quedan identificadas utilizando en la trama el Ethertype (0x8892). Con este tipo, es posible realizar una comunicación en un rango de milisegundos. Comunicación RT entre redes: durante el intercambio de datos, algunas ocasiones puede pasar que se tenga que atravesar tipos de redes diferentes, para ello es necesario información sobre el direccionamiento del destino. RT sobre UDP se encuentra disponible para estos casos. Multicast RT: para transmisión cíclica entre múltiples equipos, también se utiliza RT sobre UDP Ventajas de ethernet industrial En la industria se pueden encontrar una infinidad de ventajas del uso de ethernet industrial pero las más importantes se detallan a continuación: Red de fábrica de gran potencia para el nivel de célula, con altas prestaciones aún en el caso de existir muchos participantes y grandes distancias. Amplia superficie de cobertura y alcanza grandes distancias, mediante la combinación de las técnicas eléctrica y óptica. Transferencia de datos segura, aún en el caso de la existencia de perturbaciones electromagnéticas mediante componentes idóneos para la industria. Ahorro de costes, mediante una disminución de los costes de montaje y cableado. Líder universal dentro de las redes industriales, Ethernet Industrial ha mostrado su eficacia en miles de instalaciones. 21

40 2.5. Procesos continuos Un proceso continuo se caracteriza porque las materias primas están constantemente entrando por un extremo del sistema, mientras que en el otro extremo se obtiene de forma continua un producto terminado (Laporte, 2011, pág. 3). Un ejemplo típico de proceso continuo puede ser un sistema de calefacción para mantener una temperatura constante en una determinada instalación industrial (Figura 4). La materia prima de entrada es la temperatura que se quiere alcanzar en la instalación; la salida será la temperatura que realmente existe. El sistema de control consta de un comparador que proporciona la señal una señal de error igual a la diferencia entre la temperatura deseada y la temperatura que realmente existe; la señal de control se aplica al regulador que adaptará y amplificará la señal que ha de controlar la electroválvulas que permite el paso de gas hacia el quemador de la caldera. El regulador en función de la señal de error y de las pérdidas de calor existentes en la instalación mantendrá la temperatura deseada en la instalación, controlando la cantidad de gas que pasa por la electroválvula. El actuador está constituido por la electroválvula; se utilizan dos sensores; la temperatura real existente en la sala y la temperatura programada por el operario. Proceso continuo Figura 4. Ejemplo de un proceso contínuo. Fuente: (Laporte, 2011) 22

41 Temperatura La temperatura se le define como la cantidad de calor en grados que contiene un cuerpo. Es decir, la temperatura mide o da la idea del grado de calor de un cuerpo, siendo el calor una de las formas de presentarse la energía. La temperatura es una de las variables de mayor importancia en los procesos industriales, ya que por medio de ella se dan procesos químicos en los que predomina la energía calorífica como agente catalizador, o simplemente como agente modificador de algunas propiedades físicas de gases y líquidos Nivel El nivel a igual que la temperatura es una variable importante para algunas industrias y en otras es indispensable, tales como la del papel y la del petróleo. La medida del nivel de los líquidos es una de las mediciones fundamentales que se encuentran con más frecuencia en las industrias químicas. El conocimiento del nivel de un líquido dentro de un recipiente puede necesitarse simplemente para comprobar la cantidad de material en existencia, para determinar la cantidad de líquido que se suministra a un proceso, o bien puede ser la medición primaria en un sistema de regulación destinado a mantener el nivel en un recipiente que forma parte de un proceso continuo Softwares de control de procesos continuos A continuación se describirá los softwares de control utilizados para manejar Procesos Continuos, Bases de datos y publicación en la WEB. 23

42 TIA Portal TIA Portal 2 es un nuevo sistema de ingeniería de última generación que se ha desarrollado para que los usuarios puedan llevar a cabo la ingeniería, puesta en marcha, operación y monitorización de todos los componentes de automatización y accionamientos a través de una única plataforma de control (Figura 5) (SIEMENS, 2009). Herramientas del software Figura 5. Herramientas del software TIA Portal. Fuente: (SIEMENS, 2009) Apariencia homogénea En la Figura 6, se muestra que el esquema de ingeniería común en el que están integrados los productos de Software unifica todas las funciones comunes, incluso en lo relativo a su representación en la pantalla. La unificación del manejo de distintos editores facilita la tarea de aprendizaje y permite al usuario concentrarse en lo esencial de su trabajo (SIEMENS, 2009). 2 TIA Portal: (Totally Integrated Automation Portal) Integración Total para la Automatización, plataforma de control para el desarrollo de Ingeniería. 24

43 Esquema para una ingeniería Figura 6. Esquema para una ingeniería más eficiente. Fuente: (SIEMENS, 2009) Inteligencia integrada Editores inteligentes de SIEMENS, muestran de modo contextualizado justo lo que el usuario necesita en el momento para la tarea que esté realizando: funciones, propiedades, librerías, etc. El método de la pantalla partida permite tener abiertos varios editores a la vez e intercambiar datos entre ellos. Este intercambio de datos se ejecuta con facilidad mediante la función "Arrastrar y colocar". En la Figura 7, se visualiza la ventana principal del TIA Portal (SIEMENS, 2009). 25

44 Ventana principal Figura 7. Ventana principal del TIA Portal Máxima transparencia de los datos Gracias a la gestión de datos centralizada y orientada al objeto que ofrece el TIA Portal, los datos de aplicación modificados se actualizan automáticamente para todos los equipos (PLC y HMI) implicados en el proyecto. La base de datos compartida garantiza una consistencia absoluta en todo el proyecto de automatización. Así se reduce la probabilidad de que aparezcan errores y se crean proyectos transparentes y compactos (SIEMENS, 2009) Soluciones reutilizables En las librerías se administran bloques de programa y faceplates, incluidos en el suministro o creados por el propio usuario, así como equipos y módulos ya configurados. Estos datos se pueden reutilizar en todo momento, ya sea dentro de un proyecto, en librerías locales o en librerías globales para todos los proyectos. 26

45 En el TIA Portal también se pueden reutilizar bloques o proyectos enteros, creados con versiones anteriores de los productos de software integrados. La reutilización reduce el trabajo de ingeniería y al mismo tiempo incrementa la calidad del sistema de automatización (SIEMENS, 2009) Wonderware InTouch Wonderware ofrece mediante InTouch la posibilidad de generar aplicaciones SCADA al más alto nivel, utilizando las herramientas de programación orientadas a objetos, para usuarios no informáticos (Redondo, 2008, págs ) A continuación se analizarán las características más significativas, así como sus prestaciones, que hacen de esta marca un software puntero en la informática industrial. Gráficos orientados a objetos: las aplicaciones son fáciles de editar y configurar, por lo que representan un menor tiempo de desarrollo. Se puede mover, redimensionar y animar objetos o grupos de ellos como si fueran imágenes estáticas. SuitLink / OPC: es un protocolo de comunicaciones elaborado por Wonderware de muy altas prestaciones para enlace de aplicaciones bajo TCP/IP o PROFIBUS, en el que se pueden configurar clientes OPC. Gráfico de tendencia histórico y a tiempo real: cada gráfico puede presentar hasta 16 plumas con referencias a variables y ficheros históricos independientes. Cada uno de los gráficos dispone, en tiempo de ejecución, de selección de variables, visualización del valor en la posición del cursor, ampliación, desplazamiento o centrado. Alarmas: permite configurar y establecer prioridades de alarmas rápidamente. Hasta 999 prioridades diferentes, cambios de color de acuerdo con el estado de la alarma y hasta 8 niveles de jerarquía entre grupos de alarma con posibilidad de hasta 16 subgrupos para cada uno de ellos. Programación: posee un lenguaje de programación sencillo y extenso para la realización de cálculos en segundo plano, simulaciones, etc. 27

46 Lecturas y escrituras optimizadas: el uso de técnicas de excepción en lecturas/escrituras de variables enlazadas a segundas aplicaciones facilita la transferencia de datos de la forma más rápida OPC El OPC 3 corresponde a un conjunto de especificaciones basadas en los estándares de Microsoft (COM, DCOM, OLE Automation, y Active X) que cubren los requerimientos de comunicación industrial entre aplicaciones y dispositivos, especialmente en lo que se refiere a tiempo real (Colomer, Meléndez, & Ayza, s.f, pág. 32). Estas especificaciones se mantienen a través de la OPC Foundation, y pretenden ser un conjunto de especificaciones técnicas no-propietario que define un conjunto de interfaces. Así, un servidor OPC en una aplicación de software que sirve datos a diferentes clientes OPC. Un servidor OPC puede proporcionar datos a cualquier cliente OPC ya que trabajan con los mismos estándares. Clientes y servidores OPC Figura 8. Clientes y servidores OPC. Fuente: (Colomer, Meléndez, & Ayza, s.f, pág. 32) En la Figura 8, se observa un conjunto de cuatro aplicaciones que disponen de interface de comunicaciones según el estándar OPC. Cada una de las aplicaciones 1 y 2 pueden intercambiar datos con las aplicaciones 11 y OPC (OLE. Object Linking and Embedding for Process Control) es un estándar de comunicación en el campo del control y supervisión de procesos 28

47 Bases de datos a utilizarse en un sistema SCADA En una publicación electrónica en ehow 4 se describe que los programas de bases de datos organizan y almacenan los datos de manera tal que las tablas están indexadas. Estas herramientas están disponibles en un número de configuraciones diferentes y escalables para ser usadas por un individuo o una corporación global. Algunos son fáciles de usar, con bases de datos a manera de interfaz visual, mientras que otras, al final del espectro empresarial, requieren entrenamiento y herramientas especializadas para ser útiles, a continuación se presentará las bases de datos a utilizarse Access Access es un sistema de base de datos personal de Microsoft. Se trata de un producto de software orientado hacia lo visual, lo que hace que quienes no sean programadores puedan crear bases de datos útiles con facilidad (Rachele, s.f, pág. 1) Si bien la estructura de base de datos Access puede ampliarse para satisfacer las necesidades empresariales, el uso más común de esta base de datos es para pequeñas bases de datos individuales o en programas multiusuario de uso limitado. Access integra el lenguaje Visual Basic para aplicaciones, por lo que es un entorno de desarrollo completo Excel Excel puede ser una forma conveniente para almacenar información como una base de datos, siempre y cuando la información no sea demasiado compleja para ser contenida en un formato de hoja de cálculo (Rachele, s.f, pág. 2). 4 ehow en español es una revista virtual que se encuentra editada por profesionales que trabajan tiempo completo produciendo y manteniendo los contenidos, lo que garantiza respuestas de fiar. 29

48 CAPÍTULO 3 DISEÑO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA SCADA Este capítulo describe el diseño e implementación del Sistema SCADA en la Plataforma de Entrenamiento para Procesos Continuos, donde se muestran la configuración y programación implementada en el software, con una clara explicación sobre los diferentes entornos de la programación desarrollada en TIA Portal e InTouch TIA Portal Siemens considera que la principal utilidad del TIA Portal radica en su viabilidad, puesto que permite integrar distintas aplicaciones de software industrial para procesos de producción en una misma interfáz, facilitando en gran medida el aprendizaje, la interconexión y la operación, sin una variedad amplia de sistemas de diferentes orígenes. Por tales motivos nuestro proyecto se desarrollará en dicho software, a través de este medio se programará el PLC S y se hará la configuración de red Vistas del TIA Portal A continuación se presentará una breve descripción de que vistas existen en el TIA Portal y que contiene cada una de ellas: Vista del portal La vista del portal (Figura 9), ofrece una vista de las herramientas orientada a las tareas. El objetivo de la vista del portal es facilitar en lo posible la navegación por las tareas y los datos del proyecto. Para ello, es posible acceder a las funciones de la aplicación desde distintos portales, según las principales tareas que deban realizarse. (SIEMENS, 2009). 30

49 Vista del portal Adaptado de: (SIEMENS, 2009) 4 5 Figura 9. Vista del portal De la figura 9, se aclara en la Tabla 1 que: Tabla 1. Detalle de los ítems marcados en la ventana del portal Nº Ítem Detalle 1 Portales Sitios para la configuración de las distintas tareas Acciones del Portal seleccionado Ventana de la acción seleccionada Cambiar a vista del Proyecto Indicación del proyecto abierto actualmente Aquí aparecerán las acciones que se pueden ejecutar en el portal y que pueden variar. La ventana de selección está disponible en todos los portales. El contenido se adapta a la selección actual. Opción para visualizar la configuración del proyecto. Ruta de ubicación del proyecto. Nota. Detalle de los ítems marcados en la ventana del portal 31

50 Vista del proyecto La vista del proyecto (Figura 10), ofrece una vista estructurada de todos los componentes de un proyecto. En la vista del proyecto hay distintos editores disponibles que ayudan a crear y editar los respectivos componentes del proyecto. (SIEMENS, 2009). Vista del proyecto Figura 10. Vista del proyecto De la figura 10, se aclara en la Tabla 2 que: 32

51 Tabla 2. Detalle de los ítems de la vista del proyecto Nº Ítem Detalle 1 Barra de menús Se encuentran todos los comandos necesarios para trabajar con el software. 2 Barra de Contiene botones que ofrecen acceso directo a los herramientas comandos más frecuentes. 3 Árbol del proyecto Es posible acceder a todos los componentes y datos del proyecto. 4 Área de Trabajo Se visualizan los objetos que se abren para editarlos Task Cards Vista detallada Ventana de Inspección Cambiar a la vista del portal Se encuentran en una barra en el borde derecho de la pantalla. Se pueden expandir y contraer. Se visualizan determinados contenidos del objeto seleccionado. Se visualiza información adicional sobre el objeto seleccionado o sobre las acciones realizadas. Se puede cambiar a otra vista en el proyecto Nota. Detalle de los ítems marcados en la ventana del proyecto Creación del proyecto Para crear un nuevo proyecto y poder programar en el TIA Portal se procede de la siguiente manera: Paso 1: abrir aplicación, se ejecuta la aplicación TIA Portal. Paso 2: crear proyecto nuevo, en la pantalla de inicio aparecerá seleccionado por defecto la opción de Abrir proyecto existente, ahí se puede visualizar los proyectos que se tienen guardados o abiertos anteriormente. En este caso se empezará un proyecto desde cero, por lo que se selecciona Crear proyecto (Figura 11). 33

52 Crear proyecto nuevo Figura 11. Crear proyecto nuevo Paso 3: información del proyecto, una vez echo la instrucción del paso 2 aparecerán opciones como la de escribir el nombre al proyecto, ruta, el autor y un comentario, se completa lo solicitado y se presiona el botón crear (Figura 12). Información del proyecto 1 2 Figura 12. Información del proyecto Paso 4: configurar un dispositivo, después de presionar el botón crear y esperar unos minutos, aparecerá la ventana de la Figura 13, allí se visualiza el árbol de 34

53 proyecto en donde existe las opciones de configurar el dispositivo a utilizarse, escribir el programa en el PLC, configurar una HMI y abrir la vista del proyecto, para este proyecto se empezará escogiendo la opción configurar dispositivo. Configurar un dispositivo Figura 13. Configurar un dispositivo Paso 5: seleccionar CPU, una vez echo lo solicitado en el paso 4 se procede a seleccionar la opción Agregar dispositivo en donde se puede elegir el CPU a utilizarse en el proyecto, luego se selecciona la opción agregar o se puede realizar un doble clic en el CPU que se requiera (Figura 14). Seleccionar CPU 1 2 Figura 14. Seleccionar CPU 35

54 Adición de módulos Luego de haber seleccionado el CPU e ingresar a la vista del proyecto se procede a seleccionar del catálogo de hardware los módulos que se van a utilizar en el presente proyecto (Figura 15), es un módulo de entradas analógicas SM1234 el mismo que se lo usará para adquirir las señales analógicas de los sensores de temperatura y nivel respectivamente. Adición de módulos SM Figura 15. Adición de módulos Configuración de entradas y salidas del módulo analógico SM1234 Una vez insertado el módulo analógico en el rack del S7-1200, se procede a configurar las entradas y salidas al tipo de medición que se va a realizar en el proyecto, se utilizarán dos de las cuatro entradas análogas que posee el modulo para la toma de datos del proceso de nivel y temperatura, en donde realizarán una medición de corriente en un rango de intensidad de cuatro a veinte miliamperios 4-20 ma (Figura 16). 36

55 Configuración de entradas análogas Figura 16. Configuración de entradas análogas del PLC De esta misma forma se utilizan las dos salidas análogas del módulo para controlar los actuadores que realizarán el control de los procesos mencionados y que trabajarán con una medición de voltaje en un rango de configuración de más menos 10 voltios continuos +/- 10Volt como salida (Figura 17). Configuración de salidas análogas Figura 17. Configuración de salidas análogas 37

56 Diseño y parametrización del bloque de control PID Para el proceso de diseño y parametrización de un lazo de control PID en el TIA Portal para el PLC S conlleva los siguientes pasos: Paso 1: creación del OB cíclico, una vez creado y configurado el proyecto en el TIA Portal se busca en el árbol del proyecto la carpeta donde se encuentra la CPU del PLC utilizado y se selecciona Boques de programa, se hace un doble clic en Agregar nuevo Bloque y se abrirá una nueva ventana donde se seleccionará Bloque de Organización / Cyclic interrupt y se pondrá en Aceptar (Figura 18). Crear bloque de interrupción cíclica Figura 18. Crear bloque de interrupción cíclica Paso 2: vista del bloque Cyclic Interrupt [OB30], una vez creado y añadido el OB cíclico en el árbol del proyecto con nombre (Cyclic Interrupt), la dirección de memoria [OB30] pasará a ser el bloque principal para la configuración y programación del proceso físico a controlar utilizando un objeto tecnológico para realizar un control PID (Figura. 19). 38

57 Bloque de instancia cíclica Figura 19. Bloque de instancia cíclica De la figura 19, se aclara en la Tabla 3 que: Tabla 3. Detalle de los ítems del bloque de instancia cíclica Nº Ítem Detalle 1 Área de trabajo Se visualizan los objetos que se abren para editarlos Área de Instrucciones Ventana de inspección Interfaz para agregar variables Barra para edición y visualización Se puede expandir y contraer en todo momento en donde encontramos todos los comandos y bloques de programación. Se visualiza información adicional sobre el objeto seleccionado o sobre las acciones realizadas. Interfaz o bloque para agregar variables al proyecto Edición y visualización online del proyecto. Nota. Detalle de los ítems del bloque de instancia cíclica 39

58 Paso 3: añadir bloque PID_Compact en el bloque de instancia cíclica para el lazo de control PID, dentro del bloque de interrupción cíclica en el lado derecho de la pantalla se selecciona Instrucciones / Tecnología / CompactPID y se realiza doble clic en PID_Compact, en ese momento se abrirá una nueva ventana en donde se seleccionará el bloque PID_Compact_1, para finalizar se pondrá en Aceptar (Figura 20). Añadir bloque PID_Compact_ Figura 20. Añadir bloque PID_Compact_1 Paso 4: agregar objeto tecnológico, ya creado el Bloque de Instancia Individual PID_Compact_1, se buscará el Árbol del proyecto / Objetos Tecnológicos y se hará doble clic en Agregar Objeto, se abrirá una nueva ventana donde se seleccionará PID Control, allí se tendrá que desplegar la carpeta Compact PID y se dará clic en PID_Compact, por defecto se añadirá en la casilla el nombre del bloque PID_Compact_1 que se creó en el paso anterior, para finalizar se dará clic en Aceptar (Figura 21). 40

59 Añadir objeto tecnológico PID_Compact_ Figura 21. Añadir objeto tecnológico PID_Compact_1 Paso 5: vista de parámetros a configurar en el PID_Compact_1 para un proceso de control, una vez creado el PID_Compact_1, nuevamente se buscará en el Árbol del proyecto / Objetos tecnológicos / PID_Compact_1 [DB1] y se hará doble clic en Configuración en ese momento se abrirá una nueva ventana donde se mostrarán los parámetros de configuración que ofrece el Regulador PID_Compact_1 (Figura 22). Vista de configuración de parámetros del PID_Compact_1 1 2 Figura 22. Vista de configuración de parámetros del PID_Compact_1 41

60 De la figura 22, se detalla que la configuración del PID_Compact_1 consta de tres Ajustes y son los siguientes: 1. Ajustes Básicos. 2. Ajustes del valor real. 3. Ajustes avanzados. Ajustes Básicos Tipo de Regulación: se seleccione la magnitud física y la unidad de la consigna. La consigna se muestra en la unidad seleccionada. Parámetros de entrada: en parámetros de entrada seleccione el valor de: Setpoint: si es una consigna fija seleccione "DB de instancia" y si es una consigna variable indique el nombre de la variable REAL en la que está almacenada la consigna. Entrada: si el valor de la entrada es directamente conectado a la entrada del regulador seleccione en la lista desplegable Input_PER" e introduzca el nombre de la variable y si es un valor real acondicionado en el formato de coma flotante, en la lista desplegable "Input", seleccione la entrada "Input" e indique el nombre de la variable en la que está almacenado el valor real acondicionado. Salida: PID_Compact ofrece tres valores de salida. El valor de salida que se utilice dependerá del actuador. Output_PER: el actuador se activa a través de una salida analógica y se controla con una señal continua, como puede ser 0 a 10 V, 4 a 20 ma. Output: el valor de salida debe acondicionarse mediante el programa de usuario, por ejemplo: el actuador muestra un comportamiento no lineal. Output_PWM: el actuador se controla a través de una salida digital. Una modulación de ancho de impulsos permite formar tiempos de conexión y desconexión variables. 42

61 Ajustes del valor real Configure la normalización del valor real en la ventana de configuración Ajustes del valor real y fije los límites absolutos del valor real. Si en los ajustes básicos se ha elegido el uso de Input_PER, el valor de la entrada analógica debe convertirse en el tamaño físico del valor real. En el cuadro de visualización Input_PER se muestra la configuración actual. Ajustes Avanzados Monitorización del valor real: configure un límite de advertencia inferior y uno superior para el valor real en la ventana de configuración Monitorización del valor real. Si durante el funcionamiento se rebasa uno de los límites de advertencia por defecto o por exceso, se muestra una advertencia en la instrucción PID_Compact. En el parámetro de salida InputWarning_H, si se ha rebasado por exceso el límite superior de advertencia. En el parámetro de salida InputWarning_L, si se ha rebasado por defecto el límite inferior de advertencia. Limitaciones PWM: una modulación de ancho de impulsos transforma el valor del parámetro de salida Output en una secuencia de impulsos que se emite en el parámetro de salida Output_PWM. Output se calcula en el tiempo de muestreo del algoritmo PID y emite en el tiempo de muestreo PID_Compact. Límites del valor de salida: los valores válidos para los límites del valor de salida dependen del Output utilizado, esto se visualiza en la Tabla 4. Tabla 4. Límites del valor de salida Output -100,0 a 100,0 Output_PER -100,0 a 100,0 Output_PWM 0,0 a 100,0 Nota. Límites máximos del valor de salida en el módulo PID 43

62 Parámetros PID: el algoritmo PID funciona de acuerdo con la siguiente fórmula: y = K p [(b w x) + 1 T D s (w x) + (c w w)] T I s a T D s + 1 Ecuación 3.1. Función para el algoritmo del PID Tabla 5. Significados de variables Símbolo y Kp s b w x TI a Descripción Valor de salida del algoritmo PID Ganancia proporcional Operador laplaciano Ponderación de la acción P Consigna Valor real Tiempo de integración Coeficiente para el retardo de la acción derivada (retardo de la acción derivada T1 = a TD) Nota. Significados de las variables de la ecuación Desarrollo del programa de control PID para el proceso de nivel En este apartado se desarrolla la programación para el Control del Proceso de Nivel de la plataforma de entrenamiento de procesos continuos. Planteamiento del Proceso Se desea mantener el Nivel de un depósito de agua en un punto de consigna que es posible cambiar desde un sistema SCADA Intouch mediante el PLC S con CPU 1212C AC/DC/RLY y un Módulo Análogo SM1234 con AI4 x 13bits / AQ2 x 14bits. 44

63 Se empleará para ello un transmisor de nivel (señal de control) con salida de corriente 4-20 ma, con una margen de medición regulada de 0 a 60cm, una servoválvula (Variable Manipulada) con una entrada de alimentación y rango de funcionamiento de 1 a 5 VDC quien regulará el caudal de paso de agua en función a la señal de control para mantener el valor de consigna y una bomba para la suministración de flujo de agua. Para lograr lo mencionado anteriormente se procede a realizar la programación en el PLC de la siguiente manera: Paso 1: se define las variables a utilizarse en la programación del PLC para el control de Nivel (Figura 23). Tabla de variables Figura 23. Tabla de variables para el proceso de nivel Paso 2: se desarrolla el programa de control añadiendo un bloque PID y configurándolo según se lo requiera (Figura 24). 45

64 Ajustes básicos del regulador PID_Compact para el proceso de nivel Figura 24. Ajustes básicos del regulador PID_Compact para el proceso de nivel Paso 3: en bloque PID se procede a ajustar todos los valores reales con los que se va a trabajar en el proyecto (Figura 25). Ajustes de valores reales del PID_Compact para proceso de nivel Figura 25. Ajustes de valores reales del PID_Compact para proceso de nivel 46

65 Paso 4: se realiza ajustes avanzados en el bloque PID (Figura 26). Ajustes avanzados del PID_Compact Figura 26. Ajustes avanzados del PID_Compact Paso 5: una vez ya configurado el bloque PID se procederá a realizar la programación para el Proceso de Nivel en el TIA Portal (Figuras 27-31). 47

66 Adición de bloque PID_Compact al proyecto de programación con las variables de entrada y salida Figura 27.Adición de bloque PID_Compact al proyecto de programación Segmento para el funcionamiento de la bomba Figura 28. Segmento para el funcionamiento de la bomba 48

67 Segmentos para la conversión de los datos de la variable controlada y adición del bloque para la lectura del valor de consigna transferido desde Intouch. Figura 29. Conversión de datos y lectura del valor de consigna Segmentos para el escalamiento de la Variable del Proceso Transmisor de Nivel Figura 30. Segmentos para el escalamiento de la Variable del Proceso (Transmisor de nivel) 49

68 Segmentos para el escalamiento de la Variable Manipulada Servo válvula Figura 31. Segmentos para el escalamiento de la Variable Manipulada (Servo válvula) Desarrollo del programa de control PID para el proceso de temperatura En este apartado se desarrolla la programación para el Control del Proceso de Temperatura de la plataforma de entrenamiento de procesos continuos. Planteamiento del Proceso Se desea mantener estable la Temperatura de un depósito de agua en un punto de consigna que es posible cambiar desde un sistema SCADA Intouch mediante el PLC S con CPU 1212C AC/DC/RLY y un Módulo Análogo SM1234 con AI4 x 13bits / AQ2 x 14bits. Se empleará para ello una RTD PT-100 (Señal de control) con salida de corriente 4-20 ma, con una margen de medición regulada de 0 a 60 C, una Niquelina de 1500 Watts on/off manipulada desde el Intouch, una niquelina de 750 Watts controlada con una tarjeta de potencia por ancho de pulso (Variable Manipulada) con una entrada de alimentación y rango de funcionamiento de 1 a 5 VDC quien regulará el 50

69 nivel de tensión de salida para calentamiento del agua en función a la señal de control para mantener el valor de consigna, un mesclador para mantener el calentamiento del agua igual en todo el tanque y una electroválvula para el desfogue de agua caliente. Para lograr lo mencionado anteriormente se procede a realizar la programación en el PLC de la siguiente manera: Paso 1: se define las variables a utilizarse en la programación del PLC para el control de temperatura (Figura 32). Tabla de variables Figura 32. Tabla de variables para el proceso de temperatura Paso 2: se desarrolla el programa de Control añadiendo un bloque PID y configurándolo según se lo requiera (Figura 33). 51

70 Ajustes básicos del regulador PID_Compact para el proceso de temperatura Figura 33. Ajustes básicos del regulador PID_Compact para el proceso de temperatura. Paso 3: en bloque PID se procede a ajustar todos los valores reales con los que se va a trabajar en el proyecto (Figura 34). Ajustes de valores reales del PID_Compact para proceso de temperatura Figura 34. Ajustes de valores reales del PID_Compact para proceso de temperatura 52

71 Paso 4: se realiza a justes avanzados en el bloque PID (Figura 35). Ajustes avanzados del PID_Compact para el proceso de temperatura Figura 35. Ajustes avanzados del PID_Compact para el proceso de temperatura Paso 5: una vez ya configurado el bloque PID se procederá a realizar la programación para el Proceso de Temperatura en el TIA Portal (Figuras 36-42). 53

72 Adición de bloque PID_Compact al proyecto de programación con las variables de entrada y salida Figura 36. Adición de bloque PID_Compact al proyecto de programación con las variables de entrada y salida Bloque para lectura de dato seteado desde Intouch a Regulador PID Figura 37. Bloque para lectura de dato seteado desde Intouch a Regulador PID 54

73 Escalamiento de los valores de salida del PID para control de niquelina Figura 38. Escalamiento de valores de salida del PID para control de niquelina Segmentos para el escalamiento de la Variable del Proceso RTD Figura 39. Segmentos para el escalamiento de la Variable del Proceso RTD 55

74 Segmentos para el escalamiento de la Variable Manipulada Tarjeta para niquelina Figura 40. Segmentos para el escalamiento de la Variable Manipulada. Bloques para escalamiento y visualización de llenado del tanque Figura 41. Escalamiento y visualización de llenado del tanque 56

75 Control de llenado automático del nivel mínimo de agua en tanque. Figura 42. Control de llenado automático de nivel mínimo de agua en tanque Puesta en servicio del PID_Compact En la ventana de puesta en servicio se soportan las siguientes funciones: Optimización inicial del regulador Optimización fina del regulador Usualmente se utiliza la optimización fina para realizar un ajuste preciso de los parámetros PID, para poder realizar dicha optimización, se procede de la siguiente manera: Paso 1: haga doble clic en la navegación del proyecto en la entrada PID_Compact / Puesta en servicio. Elija el tiempo de muestreo y seleccione Start, una vez hecho este paso se puede seleccionar el Modo de Optimización. (Figura 43). 57

76 Ventana de puesta en servicio y selección de tiempo de muestreo. 2 1 Figura 43. Ventana de puesta en servicio y selección de tiempo de muestreo. Paso 2: en la lista desplegable Modo de optimización seleccione la entrada Optimización Fina (Figura 44). Selección del modo de optimización fina e Inicio del estado de optimización. Figura 44. Selección del modo de optimización 58

77 Paso 3: al realizar clic en el botón Start, se habrá logrado lo siguiente: Establecer una conexión online. Iniciar el registro de los valores. Iniciar la optimización fina. En el campo Estado se muestran los pasos actuales y, de haberlos, los fallos ocurridos. La barra de progreso muestra el progreso de la optimización (Figura 45). Inicio del estado de optimización. Figura 45. Inicio del estado de optimización. Paso 4: sistema optimizado, si la optimización fina se ha completado sin ningún aviso de error, significa que los parámetros PID se han optimizado de forma correcta como se muestra en la Figura 46. Sistema optimizado Figura 46. Sistema optimizado correctamente Elaborado por: Miguel Chiliguano e Ismael Godoy 59

78 Comunicación online entre el PLC S y el TIA Portal Para obtener una comunicación satisfactoria entre el PLC S y el TIA Portal hay que realizar las siguientes configuraciones: Paso 1: para establecer una conexión online y comunicación en una CPU configurada, haga clic en la CPU en el árbol de navegación del proyecto y presionar en la opción "Establecer conexión online" en la vista de proyectos (Figura 47). Establecer conexión online 1 2 Figura 47. Establecer conexión online Paso 2: si es la primera vez que se realiza una conexión online con la CPU seleccionada, hay que seleccionar el tipo de interfaz PG/PC, una vez seleccionado se procederá a utilizar la tarjeta de red propia de la PC con la que se va a trabajar, ya escogidos los dos ítems se presiona actualizar y la conexión entre la PC y el PLC se pondrá en un color verde y significa que ya existe una conexión segura y confiable (Figura 48). 60

79 Configuración de Interfaz Figura 48. Configuración de Interfaz Paso 3: una vez realizado el paso anterior se da clic en conectar, al momento de realizar ese evento se desplegara una ventana solicitando agregar una dirección IP a la interfaz. Automáticamente la interfaz Profinet nos agregará una dirección IP que por lo general es con una máscara de subred , ya obtenido estos datos se da clic en aceptar y se obtendrá una comunicación online y una configuración satisfactoria entre el software TIA Portal y el PLC S (Figura 49). Comunicación online PC - PLC Figura 49. Comunicación online PC - PLC 61

80 3.2. Configuración del KEPServerEX 5 Para poder comunicar un PLC de la marca siemens con InTouch se procede a utilizar el OPC KEPServerEX, a continuación se presentarán los pasos necesarios para lograrlo: Paso 1: al abrir el software KEPServerEX, se buscará la opción File en la barra de herramientas y se elegirá Project Properties, una vez ya abierta dicha ventana se escogerá la opción FastDDE/SuiteLink y se habilitará Enable FastDDE/SuiteLink connections to the server como se indica en la Figura 50. Habilitar Enable FastDDE/SuiteLink Figura 50. Habilitar Enable FastDDE/SuiteLink connections to the server Paso 2: se da clic en Añadir un canal, en la opción nombre del canal se colocará el nombre a utilizarse en el proyecto como se muestra en la Figura 51 5 KEPServerEX: OPC utilizado para la comunicación entre el PLC S e InTouch 62

81 Añadir un canal en KEPServerEX 1 2 Figura 51. Añadir un canal en KEPServerEX Paso 3: lo próximo que se debe hacer es seleccionar el driver para el tipo de PLC que se vaya a utilizar, en el proyecto se utilizará Siemens TCP/IP Ethernet, se habilita los diagnósticos y se le asigna una tarjeta de red por defecto (Figura 52). Selección del driver de comunicación y tarjeta de red Figura 52. Selección del driver de comunicación y tarjeta de red 63

82 Paso 4: para terminar de configurar el canal, se deja por defecto todas las ventanas siguientes y se puede finalizar el asistente de creación del canal (Figura 53). Configuración por defecto en la creación del canal Figura 53. Configuración por defecto en la creación del canal Paso 5: lo próximo que se hará es configurar un nuevo dispositivo, esto se lo hace dando clic en añadir un dispositivo, en nombre del dispositivo se le asignará el nombre que se utilizará en el proyecto y se seleccionará el modelo del dispositivo, en la versión del KEPServerEX utilizada ya cuenta con librerías para el PLC S (Figura 54). Añadir un nuevo dispositivo Figura 54. Añadir un nuevo dispositivo en KEPServerEX 64

83 Paso 6: al configurar un dispositivo por ethernet, el ID del dispositivo es la dirección IP que se le haya asignado al PLC y debe ser única en toda la red, los próximos valores se pueden dejar por defecto o asignar según las necesidades, en el presente proyecto se elegirá la configuración por defecto (Figura 55). Asignar el ID del dispositivo Figura 55. Asignar el ID del dispositivo Paso 7: en las siguientes ventanas que aparecerán también se las dejará en la configuración por defecto, a continuación se configurarán los puertos de comunicación, hay que recordar que el puerto para comunicaciones TCP/IP es el 102 esto viene por defecto, la siguiente ventana también será por defecto ya que los datos observados en la Figura 56 están correctos para una buena comunicación. 65

84 Configuración de puertos 1 2 Figura 56. Configuración de puertos Paso 8: el último paso antes de finalizar la configuración del dispositivo es colocar el orden del byte de mayor peso dentro de una palabra o doble palabra, lo que viene siendo 16 y 32 bits, la opción Big Endian viene seleccionada por defecto y si no es así se procederá a seleccionarla, una vez echo este paso se habrá concluido la configuración del canal y el dispositivo en KEPServerEX (Figura 57). Elección de la opción Big Endian 1 2 Figura 57. Elección de la opción Big Endian 66

85 Creación de tags en KEPServerEX Una tag representa direcciones en el PLC con los cuales el servidor pueda comunicarse con el cliente mediante un OPC, a continuación se creará tags necesarios para la comunicación entre el PLC S e InTouch mediante el KEPServerEx. Una vez configurado el proyecto en el KEPServerEx se procederá a dar clic en crear una tag estática, se abrirá la ventana de propiedades de los tags y se llenará los campos solicitados dependiendo de los tags creados en la programación del PLC, este proceso se lo realizará para todos los tags que se quieran leer y escribir en el proyecto entre el PLC e InTouch, se da clic en Aceptar y se creará ya el tag en KEPServerEX (Figura 58). Creación de tags en KEPServerEX Figura 58. Creación de tags en KEPServerEX En la figura 59 se puede observar detalladamente la tabla de tags creadas en KEPServerEX para el proyecto de temperatura. 67

86 Lista de tags en KEPServerEX Figura 59. Lista de tags en KEPServerEX Para que se pueda ver la comunicación en tiempo real de los tags se procede a abrir el OPC client, allí se puede observar que la configuración es correcta y la calidad es buena, con lo cual se da por correcta la configuración realizada y se podrá acceder a los tags desde InTouch (Figura 60). OPC client en KEPServerEX Figura 60. OPC client en KEPServerEX 68

87 3.3. Desarrollo del sistema SCADA en InTouch InTouch (Figura 61), utilizado para el monitoreo y control de procesos industriales ofrece una facilidad de uso, creación y configuración de gráficos, permite a los usuarios crear y lograr poner en marcha aplicaciones en las cuales puedan obtener información en tiempo real. Software para el desarrollo del sistema SCADA Figura 61. Software para el desarrollo del sistema SCADA Descripción del entorno de trabajo La pantalla de trabajo de Window Maker de InTouch tiene barras de herramientas que son el entorno de trabajo del proyecto, se las puede visualizar más claramente en la Figura

88 Vista de la ventana de trabajo Figura 62. Vista de la ventana de trabajo De la Figura 62, se aclara en la Tabla 6 que: Tabla 6. Detalle de los ítems de la ventana de trabajo Nº Ítem Detalle 1 General Toolbar Se visualiza la barra de herramientas general Wizardz Format Toolbar Draw Toolbar Windows, Scripts and Tools View Toolbar Arrange Toolbar Pen and zoom Toolbar Barra de herramientas de elementos reales de campo industrial Barra de herramienta de Formato Barra de herramienta de dibujo Pantallas, y herramientas de programación Vista de la barra de herramientas Barra organizadora de herramientas Barra de escritura y zoom Nota. Detalle de los ítems de la ventana de trabajo 70

89 Creación de ventanas En InTouch se crean ventanas que permitirán la supervisión y el mando remoto del proceso, dichas ventanas deben estar configuradas en tamaño, tipo, color de fondo, tipo de trabajo, etc. En el proyecto se tiene varias ventanas pero se configurará solo una de ellas ya que para las demás el procedimiento es el mismo. Para crear la primera ventana, del menú principal elija: File / New Window (Figura 63). Creación de ventanas Figura 63. Creación de ventanas En la ventana que aparecerá (Figura 64), se definirá las siguientes propiedades: Name: nombre de la nueva ventana Comment: comentario de la ventana Window color: color de fondo para la ventana Window Type: se puede colocar cualquiera de las siguientes opciones según sea necesario. Replace: la ventana aparecerá sobre la ventana activa solamente cuando se hace clic sobre su botón de activación. Overlay: la ventana permanece sobre cualquier ventana activa. Popup: aparece solamente cuando se hace clic sobre su botón de activación. 71

90 Propiedades de la ventana Figura 64. Propiedades de la ventana Luego de haber definido todas las propiedades se da clic en OK y está creada la ventana que se encuentra lista para definir los objetos y los Tagnames a utilizarse en el proyecto (Figura 65). Ventana de trabajo Figura 65. Ventana de trabajo Implementación de la carátula y el acceso Al iniciar el proyecto primero se visualizará la pantalla de la caratula identificando los datos principales del proyecto y la empresa para la que fue desarrollada, en este 72

91 caso se muestra información de la tesis y la Universidad en la que se está creando (Figura 66). Ventana de la caratula Figura 66. Ventana de la caratula Allí se colocó un botón de Ingreso que al presionarlo lleva automáticamente a otra ventana donde se encuentra configurado el control de acceso (Figura 67). Ventana de control de acceso Figura 67. Ventana del control de acceso En la ventana de la Figura 67 se tiene tres botones los cuales se detallan en la Tabla 7 73

92 Tabla 7. Detalle del control de acceso Ítem Botón Detalle 1 Al presionarlo, automáticamente aparecerá la ventana para ingresar el usuario y la contraseña. 2 Permite salir hacia la carátula 3 Al haber colocado de manera correcta el usuario y contraseña aparecerá el botón INGRESAR, el cual al presionarlo abre automáticamente la ventana del proceso a controlar. Nota. Detalle de los botones en la ventana del control de acceso El funcionamiento de la ventana del control de acceso se explica de una manera clara en el diagrama de flujo de la Figura

93 Diagrama de flujo del control de acceso INICIO Ingreso del usuario y contraseña Usuario y contraseña correctos SI NO Usuario y contraseña incorrectos Ingreso al control del proceso FIN Figura 68. Diagrama de flujo del control de acceso Al hacer clic en el botón INGRESAR en la caratula aparecerá la ventana que se muestra en la Figura 69, para este proyecto se ha configurado como nombre de usuario la palabra INGENIERO y para la contraseña la palabra Titular, al no ingresar los datos correctos el sistema dará una advertencia de que el usuario o la contraseña son incorrectos. Usuario y contraseña Figura 69. Usuario y contraseña 75

94 Al colocar correctamente el usuario y la contraseña aparecerá otro botón de INGRESAR el cual permitirá abrir la ventana donde se encuentra el proceso, esta contendrá lo que son los históricos, alarmas y grafica en tiempo real (Figura 70). Ventana del proceso Figura 70. Ventana del proceso En la Tabla 8, se describe brevemente lo que contiene la ventana de proceso 76

95 Tabla 8. Detalle del contenido de la ventana de proceso Ítem Elementos Detalle 1 Control Se utiliza para encender y apagar el control de un proceso Variables Se puede visualizar las variables PV, MV e ingresar el valor de la CONSIGNA. Indicadores Se visualizan leds indicadores de encendido y apagado de los sensores y actuadores. Activaciones manuales Bases de datos Alarmas Gráfica en tiempo real Se puede activar manualmente los actuadores necesarios para el proceso. Se puede abrir desde el InTouch las bases de datos en Excel, Access y directamente en la WEB. Se visualiza alarmas ya sea del correcto e incorrecto funcionamiento del proceso. Se visualiza la gráfica en tiempo real de PV, MV y CONSIGNA. 8 9 Históricos Control del Proceso Se visualiza la gráfica en intervalos de tiempo y los datos generados por el proceso se guardan automáticamente después de presionar save to file. Se visualiza el funcionamiento del proceso mediante animaciones, esto en tiempo real. Nota. Detalle de los elementos existentes en la ventana de proceso (Sistema SCADA) 77

96 Para crear un nuevo usuario y contraseña se buscará en Special la opción security y se dará clic en Log On, allí aparecerá una ventana para ingresar un usuario y contraseña, InTouch envía por defecto el nombre de Administrator con contraseña Wonderware, una vez colocado esto automáticamente se podrá cambiar usuarios y contraseñas en InTouch (Figura 71) Crear usuarios y contraseñas Figura 71. Crear usuarios y contraseñas Implementación del proceso Para colocar objetos en la ventana de trabajo se procede a utilizar las opciones: Wizards y Symbol Factory, donde se encuentran objetos especializados para el diseño de proyectos a nivel de ingeniería (Figura 72). Ventana del Symbol factory Figura 72. Ventana del Symbol factory 78

97 El acabado y la vista del proyecto dependen mucho de la creatividad que tenga el estudiante en la realización del proyecto, en la Figura 73 y la Figura 74 se visualizan los diseños finales de los procesos de temperatura y nivel respectivamente. Ventana del control de temperatura Figura 73. Ventana del control de temperatura Ventana del control de nivel Figura 74. Ventana del control de nivel Una vez creado el diseño final de los procesos se procede a asignar los Tagnames de identificación necesarios para lograr una correcta comunicación entre el PLC e InTouch, a continuación se muestra como se los asigna: 79

98 Paso 1: para asignar tags se hace doble clic en cualquier indicador, slider, botón, etc. Aparecerá una ventana donde se pedirá ingresar el tagname, se colocará un nombre acorde a lo que se esté realizando en el proyecto y aparecerá otra ventana donde se confirmará la creación del tag (Figura 75). Definir tagname 1 Figura 75. Definir tagname 2 Paso 2: al presionar el botón aceptar automáticamente aparecerá el tagname dictionary, donde se podrá configurar el tipo del tagname haciendo clic en Type (Figura 76), allí se podrá elegir con qué tipo de tagname se trabajará, en este caso será I/O Integer ya que el dato es analógico. Tipos de Tagnames Figura 76. Tipos de Tagnames 80

99 Paso 3: al dar clic en OK se habilitará más opciones en el tagname dictionary, una de ellas es el ACCESS NAME que es muy importante para lograr la comunicación entre el PLC e InTouch mediante el OPC KEPServerEx (Figura 77) Tagname dictionary Figura 77. Tagname Dictionary Una vez hechos los pasos anteriores, ahora se procederá a crear el Access Name de la siguiente manera: Paso 1: para la configuración de un Access Name, se puede acceder por el menú Special / Access Name o bien por el entorno gráfico Tools / Configure / Access Name, como se muestra en la figura 78. Ubicación del Access Name Figura 78. Ubicación del Access Name 81

100 Paso 2: al seleccionarlo aparecerá la pantalla de la Figura 79, el nombre Galaxy hace referencia como que si se trabajara con Application Server, pero este no es el caso así que se pulsará Add para añadir un Access Name nuevo. Añadir un Access Name Figura 79. Añadir un Access Name Paso 3: se procede a llenar los campos solicitados: El primer dato que se tiene que introducir es el nombre con el que se va a utilizar el Access Name, para este proyecto se le colocará con el nombre de PRO_TEMPERATURA, el segundo dato es el Node Name: allí se pondrá siempre Localhost o se dejará vacío, el tercer dato es el Application Name: si se desconoce este dato se puede buscar el archivo.exe que ejecuta la aplicación y por último el cuarto dato Topic Name: depende de la aplicación, en este caso como se está trabajando con el KEPServerEX, se buscará en la opción Edit/Alias Map. Una vez ya configurado quedará como la Figura

101 Configuración del Access Name Figura 80. Configuración del Access Name Una vez configurado el Access Name se procederá a configurar los tags en InTouch dependiendo de los que se hayan creado en el KEPServerEX, para realizar lo mencionado se realiza los siguientes pasos: Paso 1: en Tools se elegirá tagname dictionary, en dicha ventana se muestra los tags ya creados en Intouch pero sin la comunicación necesaria con KEPServerEX, se eligen los tags según sea el proceso y en tipo se coloca I/O Discrete o I/O Integer según sea el caso (Figura 81). 83

102 Elegir tagname Figura 81. Elegir tagname Paso 2: ya elegido el tagname se desplegará automáticamente una ventana en la parte inferior, allí se procederá a configurar el Access Name ya creado anteriormente y la variable o tagname utilizado en el TIA Portal y KEPServerEX (Figura 82). Elegir Access Name y variable de proceso Figura 82. Elegir Access Name y variable de proceso A continuación se puede visualizar en la Figura 83, los Tagnames configurados para crear una comunicación perfecta entre el TIA Portal e InTouch mediante el KEPServerEX 84

103 Tagnames configurados Figura 83. Tagnames configurados en InTouch Paso 3: para comprobar el funcionamiento en el proyecto se asignará las variables analógicas PV, SV, y MV utilizadas para lectura de datos analógicos en los espacios asignados para la lectura de estas variable en Intouch (Figura 84). Variables analógicas Figura 84. Asignar variables analógicas en InTouch Paso 4: para finalizar se ejecuta el RUNTIME en InTouch y se puede observar que la comunicación y el funcionamiento están perfectos (Figura 85). 85

104 Ejecutar el RUNTIME Figura 85. Ejecutar el RUNTIME Implementación de históricos Las gráficas de históricos, permiten visualizar en tiempo real y registrar en una base de datos de cualquier evento que cambie de valor, para lograr lo mencionado se realiza el siguiente procedimiento: Paso 1: se hace clic en wizard, allí se busca la opción Trends y se procede a seleccionar los elementos a utilizarse que en este caso son: Hist trend, Trend zoom/pan panel, Trend pen legend y HistData (Figura 86). Seleccionar wizards Figura 86. Seleccionar wizards 86

105 Paso 2: una vez seleccionados los trends quedará una ventana similar a la Figura 87, ahí se tendrá que configurar cada uno de ellos. Ventana de Históricos Figura 87. Ventana de Históricos Paso 3: para la configuración de los trends seleccionados se realiza doble clic sobre el gráfico Hist Trend, en la ventana que aparece se pulsará la opción SUGGEST y automáticamente el programa crea la configuración necesaria para que funcione la gráfica de históricos, lo mismo se lo realiza para la opción Pens este se utiliza para seleccionar los tagnames y colores correspondientes a cada lápiz a graficarse en la ventana de históricos (Figura 88). Configuración del Hist trend Figura 88. Configuración del Hist trend 87

106 Paso 4: a continuación se configurará mediante un doble clic la opción Trend zoom/pan panel, en la ventana que emerge se pulsa SUGGEST para que el propio programa enlace los nuevos botones de control con el histórico (Figura 89). Configuración del Trend zoom/pan panel Figura 89. Configuración del Trend zoom/pan panel Paso 5: ahora se procederá a configurar las opciones Trend pen legend, se hace un doble clic y en la nueva ventana se pulsa SUGGEST y se va colocando en orden ascendente el número de lápices y el color del lápiz, al hacer esto el programa reconoce automáticamente los Tagnames configurados en la gráfica (Figura 90). Configuración del Trend pen legend Figura 90. Configuración del Trend pen legend 88

107 Paso 6: el HistData es utilizado para guardar los datos en tiempo real generados por la plataforma, mediante la creación de un archivo llamado HISTDATA.csv ubicado en la misma carpeta de origen del proyecto, para configurarlo se hace doble clic en HistData se pulsa SUGGEST y automáticamente quedará enlazado con los demás trends, para colocar el número de datos a guardarse en el ya mencionado archivo se procede a cambiar según lo necesitado en la opción Number of records to write per CSV file (Figura 91). Configuración del HistData Figura 91. Configuración del HistData Implementación de la gráfica en tiempo real La gráfica de tiempo real, como su nombre lo indica permite visualizar en tiempo real cualquier evento que cambie de valor, para configurarla se realiza el siguiente procedimiento: Paso 1: se hace clic en wizard, allí se busca la opción Trends y se procede a seleccionar el elemento 16-Pen Trend (Figura 92). 89

108 Seleccionar 16-Pen Trend Figura 92. Seleccionar 16-Pen Trend para la gráfica en tiempo real Paso 2: una vez ya elegido el elemento se procede hacer doble clic en la gráfica y saldrá una ventana similar a la de la Figura 93, donde se elegirá los tagnames o variables a visualizarse en la gráfica y en tiempo real Designar tags Figura 93. Designar tags en la gráfica de tiempo real Implementación de alarmas En la pantalla de alarmas, se colocará un Wizard de sumario de alarmas, una vez hecho eso se procederá hacer lo siguiente: 90

109 Paso 1: se hace clic en wizard, allí se busca la opción Alarm Displays y se procede a seleccionar el elemento Distributed Alarm Display (Figura 94). Seleccionar Distributed Alarm Display Figura 94. Seleccionar Distributed Alarm Display Paso 2: se procede abrir el tagname dictionary, allí se cambiará de la opción details a details & Alarms de los tagnames que se deseen obtener una alarma, automáticamente se desplegará otra ventana en la parte inferior, donde se llenará los campos según la necesidad de activar alarmas (Figura 95) Campos para activar alarmas 1 2 Figura 95. Campos para activar alarmas en InTouch 91

110 Paso 3: una vez llenado los campos solicitados en el paso dos se hace doble clic en el display de alarmas, se visualiza una ventana donde se puede realizar la configuración general de las alarmas (Figura 96) Configuración general Figura 96. Configuración general de las alarmas Paso 4: a continuación se muestra en la Figura 97 las alarmas configuradas y en funcionamiento. Ventana de Alarmas Figura 97. Ventana de alarmas 92

111 3.4. Bases de datos En este apartado se realizará la configuración de las bases de datos en Excel y Access para obtener tablas de consulta del funcionamiento de los procesos de nivel y temperatura Visualización de la base de datos de Excel Para el presente proyecto se ha realizado en el InTouch un botón para que se pueda visualizar la tabla en Excel con todos los datos generados por el proceso en la planta, para lo mencionado anteriormente se ha procedido hacer lo siguiente: Paso 1: se crea un botón en InTouch, al cual se le dará un doble clic para ingresar al modo Action (Figura 98). Creación de un botón en InTouch para abrir el Excel 2 1 Figura 98. Creación de un botón en InTouch Paso 2: una vez elegido Action, se tendrá que colocar en primer lugar el comando StartApp seguido de la dirección de la aplicación que se utilizará para ejecutar el sistema de la base de datos, se deja un espacio y se coloca la dirección exacta donde se ha generado la base de datos por InTouch (Figura 99). 93

112 Configuración de direcciones para abrir la base de datos en Excel Figura 99. Configuración de direcciones para abrir la base de datos en Excel No es necesario demasiada configuración en Excel, ya que por defecto InTouch envía los datos generados por la plataforma hacia el mencionado software, dando así una ventaja al momento de tener tablas de consulta del proceso Visualización de la base de datos en Access A continuación se presentará la creación de una base de datos en Access, para esto se realiza lo siguiente: Paso 1: se ejecuta la aplicación Microsoft Access para comenzar con la creación de la base de datos. Nota: En este caso el Microsoft Office que se ha utilizado es la versión 2010 por lo tanto se ejecuta la aplicación Microsoft Access

113 Paso 2: crear base de datos en blanco, dentro de la pantalla de inicio aparecerá seleccionado por defecto la opción de Base de datos en Blanco, antes de seleccionar dicha opción se debe crear el nombre del archivo y en la dirección que se desea almacenar (Figura 100). Crear base de datos en blanco Figura 100. Crear base de datos en blanco Paso 3: selección del archivo a exportar en Access, una vez creado el proyecto en Access dar clic en Datos externos ubicado en la barra de herramientas y seleccionar el tipo de archivo que se va a Exportar, en este caso seleccionar Archivo de texto ya que Intouch genera un archivo de texto en formato Excel. Al seleccionar Archivo de Texto se abrirá una nueva ventana donde se especificará la dirección de origen del archivo a exportar y que acción se tomará para la exportación, para este caso se selecciona Vincular el origen de Datos creando una tabla vinculada, luego clic en aceptar. (Figura 101). 95

114 Seleccionar base de datos a exportar a Access Figura 101. Seleccionar base de datos a exportar a Access Paso 3: configuración del Asistente para vinculación de texto, en este apartado se abrirá una nueva ventana con el nombre de Asistente para vinculación de texto al cumplir con lo redactado en el Paso 2. En el asistente se realiza lo siguiente: En la primera ventana que aparece se deja por defecto los parámetros que aparecen seleccionados y dar clic en siguiente (Figura 102). Utilizar delimitador Figura 102. Utilizar delimitador 96

115 En la segunda ventana se selecciona el delimitador que separa los campos, se coloca Punto y coma y seleccionar la casilla que dice Primera fila contiene nombres de campo luego dar clic en siguiente (Figura 103). Delimitador para separar campos 1 2 Figura 103. Delimitador para separar campos En la tercera ventana dejar por defecto opciones de campo y seleccionar siguiente (Figura 104). Configuraciones por defecto Figura 104. Configuraciones por defecto 97

116 En la cuarta ventana el asistente mostrara el nombre de la base vinculada y dar clic en finalizar (Figura 105). Nombre de la base vinculada Figura 105. Nombre de la base vinculada Una vez finalizada la exportación se mostrará la base de datos añadida en la plataforma Access (Figura 106). Base de datos de Excel vinculada en Access Figura 106. Base de datos en Excel vinculada en Access Nota: Los datos exportados a Access se actualizarán automáticamente una vez que se guarden los datos en Excel. 98

117 Paso 4: una vez ya exportada la base de datos se procederá a crear un botón en InTouch para la visualización de datos en Access, el procedimiento para realizarlo es similar al del apartado 3.4.1, con la única diferencia que ahora se lo hará con la base de datos en Access, por este motivo no se detallará dicho paso Publicación de la base de datos de excel en la WEB A continuación se presentará los pasos necesarios para cargar y actualizar datos en la WEB de un archivo Excel. Paso 1: abrir el archivo.csv donde se están guardando los datos desde la plataforma (Figura 107). Archivo HISTDATA donde se guardan datos Figura 107. Archivo HISTDATA donde se guardan datos Paso 2: una vez abierto el archivo Excel se selecciona en la barra de Herramientas Archivo / Guardar como, en el tipo de archivo seleccionar Pagina web como se indica en la Figura

118 Guardar el archivo como Pagina WEB 1 2 Figura 108. Guardar el archivo como Pagina WEB Paso 3: al seleccionar la opción Página WEB se desplegará un pequeño menú donde se selecciona la opción Selección: Hoja y en Titulo de página se podrá añadir un nombre dando clic en el botón Cambiar título, para después pulsar en Guardar (Figura 109). Menú de configuración 1 2 Figura 109. Menú de configuración de la página web 3 Paso 4: una vez guardado el archivo como página web se abrirá una nueva ventana donde se elige la hoja del libro de la base de datos a publicar y se selecciona en la opción Publicar automáticamente cada vez que se guarde el libro, luego dar clic en 100

119 publicar y finalmente la base de datos queda automáticamente publicada en la WEB (Figura 110). Configuración para publicación Figura 110. Menú de configuración de la página web 101

120 CAPÍTULO 4 PRUEBAS Y RESULTADOS 4.1. Pruebas de funcionamiento del sistema SCADA En este apartado se presentará las pruebas y resultados del funcionamiento de todo el Sistema SCADA (InTouch y TIA Portal) para los Procesos de Nivel y Temperatura Pruebas en el proceso de nivel Se empezará con la prueba del ingreso al Proceso de Nivel, para ingresar al Sistema SCADA se procederá a ingresar un usuario y una contraseña como se muestra en la Figura 111, para este proyecto los datos a ingresar son los siguientes: Name: Ingeniero / Password: Titular Prueba de ingreso Figura 111. Prueba de ingreso del proceso de nivel En caso de ingresar erróneamente el usuario y contraseña aparecerá la ventana de la Figura 112. Ventana de ingreso erróneo Figura 112. Ventana de ingreso erróneo en el proceso de nivel 102

121 A continuación se presentan las pruebas del proceso de nivel en InTouch y TIA Portal tomadas en diferentes escalas para obtener mejores resultados. Valor 1: el primer valor colocado en la consigna del InTouch es de 21 cm, obteniendo como resultado las gráficas de la Figura 113. Gráfica en InTouch con consigna en 21 cm Figura 113. Gráfica en InTouch con consigna en 21 cm A continuación se presenta la gráfica resultante en el TIA Portal con la consiga de 21 cm (Figura 114). 103

122 Gráfica en TIA Portal con consigna en 21 cm Figura 114. Gráfica en TIA Portal con consigna en 21 cm Valor 2: el segundo valor colocado en la consigna del InTouch es de 30 cm, obteniendo como resultado la gráfica de la Figura 115. Gráfica en InTouch con consigna en 30 cm Figura 115. Gráfica en InTouch con consigna en 30 cm 104

123 A continuación se presenta la gráfica resultante en el TIA Portal con la consiga de 30 cm (Figura 116). Gráfica en TIA Portal con consigna en 30 cm Figura 116. Gráfica en TIA Portal con consigna en 30 cm Valor 3: el tercer valor colocado en la consigna del InTouch es de 51 cm, obteniendo como resultado la gráfica de la Figura 117. Gráfica en InTouch con consigna en 51 cm Figura 117. Gráfica en InTouch con consigna en 51 cm 105

124 A continuación se presenta la gráfica resultante en el TIA Portal con la consiga de 51 cm (Figura 118). Gráfica en TIA Portal con consigna en 51 cm Figura 118. Gráfica en TIA Portal con consigna en 51 cm Pruebas en el proceso de temperatura En este apartado así como en el anterior se empezará con la prueba del ingreso al Proceso de Temperatura, para ingresar al Sistema SCADA se procederá a ingresar un usuario y una contraseña como se muestra en la Figura 119, para este proyecto los datos a ingresar son los siguientes: Name: Ingeniero / Password: Titular Prueba de ingreso Figura 119. Prueba de ingreso del proceso de temperatura 106

125 En caso de ingresar erróneamente el usuario y contraseña aparecerá la ventana de la Figura 120. Ventana de ingreso erróneo Figura 120. Ventana de ingreso erróneo en el proceso de temperatura A continuación se presentan las pruebas del proceso de Temperatura en InTouch y TIA Portal tomadas en diferentes escalas para obtener mejores resultados. Valor 1: el primer valor colocado en la consigna del InTouch es de 35 C, obteniendo como resultado las gráficas de la Figura 121. Gráfica en InTouch con consigna en 35 C Figura 121. Gráfica en InTouch con consigna en 35 C 107

126 A continuación se presenta la gráfica resultante en el TIA Portal con la consiga de 35 C (Figura 122). Gráfica en TIA Portal con consigna en 35 C Figura 122. Gráfica en TIA Portal con consigna en 35 C Valor 2: el segundo valor colocado en la consigna del InTouch es de 45 C, obteniendo como resultado la gráfica de la Figura 123. Gráfica en InTouch con consigna en 45 C Figura 123. Gráfica en InTouch con consigna en 45 C 108

127 A continuación se presenta la gráfica resultante en el TIA Portal con la consiga de 45 C (Figura 124). Gráfica en TIA Portal con consigna en 45 C Figura 124. Gráfica en TIA Portal con consigna en 45 C Valor 3: el tercer valor colocado en la consigna del InTouch es de 55 C, obteniendo como resultado la gráfica de la Figura 125. Gráfica en InTouch con consigna en 55 C Figura 125. Gráfica en InTouch con consigna en 55 C 109

128 A continuación se presenta la gráfica resultante en el TIA Portal con la consiga de 55 C (Figura 126). Gráfica en TIA Portal con consigna en 55 C Figura 126. Gráfica en TIA Portal con consigna en 55 C 4.2. Pruebas de comunicación del KEPServerEX En este apartado se presentará las pruebas de comunicación entre el KEPServerEX y el InTouch para la lectura y escritura de datos en los Procesos de Nivel y Temperatura Pruebas para el proceso de nivel A continuación se presenta las respectivas pruebas de comunicación entre el KEPServerEX y el InTouch para la lectura y escritura de las variables utilizadas en el Proceso de Nivel (Figura 127). 110

129 Comunicación entre InTouch y KEPServerEX Figura 127. Comunicación entre InTouch y KEPServerEX para el proceso de nivel Pruebas para el proceso de temperatura A continuación se presenta las respectivas pruebas de comunicación entre el KEPServerEX y el InTouch para la lectura y escritura de las variables utilizadas en el Proceso de Nivel (Figura 128). Comunicación entre InTouch y KEPServerEX para el proceso de temperatura Figura 128. Comunicación entre InTouch y KEPServerEX para el proceso de temperatura 111

130 4.3. Pruebas de funcionamiento de las bases de datos En este apartado se presentan las pruebas de funcionamiento de las bases de datos tanto en Excel como en Access para la visualización de tablas de consulta de datos generados en los Procesos de Nivel y Temperatura Pruebas en el proceso de nivel Después de presionar el botón Excel en InTouch aparecerá la tabla de consulta de los datos generados por el Proceso de Nivel en tiempo real, a continuación se presenta en la Figura 129 los datos obtenidos. Base de datos en Excel Figura 129. Base de datos en Excel del proceso de nivel Después de presionar el botón Access en InTouch aparecerá la tabla de consulta de los datos importados del Excel en el Proceso de Nivel en tiempo real, a continuación se presenta en la Figura 130 los datos Importados por Access. 112

131 Base de datos en Access Figura 130. Base de datos en Access del proceso de nivel Pruebas en el proceso de temperatura Después de presionar el botón Excel en InTouch aparecerá la tabla de consulta de los datos generados por el Proceso de Temperatura en tiempo real, a continuación se presenta en la Figura 131 los datos obtenidos. Base de datos en Excel Figura 131. Base de datos en Excel del proceso de temperatura 113

132 Después de presionar el botón Access en InTouch aparecerá la tabla de consulta de los datos importados del Excel en el Proceso de Temperatura en tiempo real, a continuación se presenta en la Figura 132 los datos Importados por Access. Base de datos en Access Figura 132. Base de datos en Access del proceso de temperatura 4.4. Pruebas de funcionamiento de la publicación en la WEB En este apartado se presentan las pruebas de funcionamiento de las bases de datos publicadas en la WEB, los datos generados necesitan de que exista internet para poder actualizarse de lo contrario los datos generados serán del anterior funcionamiento de la planta Pruebas en el proceso de nivel Después de presionar el botón WEB en InTouch aparecerá automáticamente publicada la tabla de consulta en la WEB de los datos generados por el Proceso de Nivel en tiempo real, a continuación se presenta en la Figura 133 los datos obtenidos. 114

133 Base de datos publicada en la Web Figura 133. Base de datos del proceso de temperatura publicada en la Web Pruebas en el proceso de temperatura Después de presionar el botón WEB en InTouch aparecerá automáticamente publicada la tabla de consulta en la WEB de los datos generados por el Proceso de Nivel en tiempo real, a continuación se presenta en la Figura 134 los datos obtenidos. Base de datos publicada en la Web Figura 134. Base de datos del proceso de temperatura publicada en la Web 115

134 CONCLUSIONES El proyecto realizado cumple con el principal objetivo propuesto que es el Desarrollar un sistema SCADA para el control de variables de temperatura y nivel en la Plataforma de Entrenamiento para el Control de Procesos Continuos, ya que se pudo visualizar el control de cada uno de los procesos mediante el software InTouch verificando así su buen funcionamiento. En el diseño e implementación de la programación para el control PID en el PLC S7-1200, tanto para el Proceso de Nivel y Temperatura el software TIA Portal brinda un bloque incluido en su librería para realizar una Control PID al tipo de Regulación que se necesita, esto permite concluir que se realizó de manera sencilla y entendible la configuración para un control de Regulación PID. Los Procesos de Nivel y Temperatura se diseñaron e implementaron de una manera satisfactoria en el software InTouch, logrando así obtener una fácil y entendible visualización del Sistema SCADA. Se logró una correcta comunicación entre el PLC S y el software InTouch, esto se lo realizó mediante el OPC KEPServerEX para la obtención correcta de datos en tiempo real vía Ethernet. La maniobrabilidad del Sistema SCADA es muy sencilla y fácil de entender, razón por la cual permite concluir que los estudiantes a futuro podrán realizar prácticas y entender de mejor manera el funcionamiento de un SCADA. La utilización del PLC S fue adecuada para la implementación del control de las variables de Nivel y Temperatura, debido a que su principal característica de ampliación modular permite la adquisición de señales de diferentes sensores en este caso del Transmisor de Nivel y el RTD. 116

135 Se realizó un manual técnico de prácticas o guías de laboratorio para el uso correcto del Sistema SCADA, con la finalidad de que cualquier persona entienda el manejo y funcionamiento de los Procesos industriales implementados. Al realizar una optimización fina en el Regulador PID_Compact para un proceso en este caso Nivel y Temperatura, se genera una oscilación constante y limitada del valor real, por lo tanto los parámetros PID se optimizan para el punto de operación a partir de la amplitud y la frecuencia, a partir de los resultados se vuelven a calcular todos los parámetros PID. La implementación de exportación y generación de base de datos en el proyecto permitió obtener acceso a información exacta y actualizada de los cambios o variaciones de valores que se dieron en determinado tiempo de funcionamiento de la planta ya sea para el Proceso de Nivel y Temperatura esto conlleva a concluir que se está realizando completamente un sistema SCADA de adquisición y monitoreo de datos. 117

136 RECOMENDACIONES Para el proceso de Nivel se debe tomar en cuenta que el Transmisor de Nivel es un dispositivo que recoge los datos del nivel del tanque haciendo una comparación entre la presión atmosférica y la presión del agua, esto conlleva que el Transmisor por variaciones ambientales tienda a descalibrarse cuando la planta permanece en reposo o estado inactivo de funcionamiento. Para evitar una incorrecta lectura de datos por el Transmisor de Nivel, es necesario no bajar el valor de agua a instancias mínimas, ya que de hacerlo el Transmisor tenderá a descalibrarse. En el proceso de Temperatura, tomar en cuenta que si se desea tomar lectura de los datos proporcionados por el sensor hay que mantener un nivel de agua por encima del RTD, ya que de no hacerlo se obtendrá una incorrecta lectura de datos. Es importante recordar que los actuadores de la planta tanto del Proceso de Nivel Servoválvula y del Proceso de Temperatura Niquelina, funcionan correctamente en un rango de medición de 1 a 5 VDC. No maniobrar de forma incorrecta y sin la debida precaución los instrumentos de medida, ya que puede provocar un funcionamiento inadecuado en el sistema de control. Se recomienda que cualquier cambio que se realice para el mejoramiento del proyecto, se lo documente o respalde debidamente, para evitar pérdidas importantes de información. La programación de la lógica de control en el PLC debe ser clara y ordenada, se recomienda utilizar comentarios acorde al proceso para su fácil comprensión en caso de futuras modificaciones. 118

137 La manipulación del Sistema SCADA debe ser por una persona calificada o preparada en el tema para evitar fallos innecesarios. En un Sistema SCADA se indica mediante pantallas visuales eventos del proceso controlado, por lo que se recomienda realizarlas de una manera sencilla y clara con el objetivo de que cualquier persona pueda entender y manejar el proceso. En la parte de programación del TIA Portal es muy importante tener en cuenta que para insertar un controlador PID al programa del PLC y lograr que entre en funcionamiento constantemente de regulación hay que crear un nuevo bloque organizacional de interrupción cíclica Cyclic interrupt OB ya que en el programa principal OB main no se puede realizar un lazo de control de interrupción cíclica. Para la puesta en servicio del controlador PID, realizar siempre la optimización fina con un tiempo de actualización de 0.3 milisegundo para realizar un ajuste de precisión de los parámetros PID_Compact. Si la optimización fina del controlador se ha completado sin ningún aviso de error, significa que los parámetros PID se han optimizado. PID_Compact cambia al modo automático y utiliza los parámetros optimizados. Los parámetros PID optimizados se conservan al desconectar y al re arrancar por completo la CPU. PID_Compact no funciona con ganancia proporcional negativa. Para reducir el valor real con un valor de salida inverso, active la casilla de verificación "Inversión sentido de regulación". 119

138 LISTA DE REFERENCIAS CATEDU. (s.f.). Recuperado el 24 de junio de 2014, de ONTAJE%20DEL%20SIMULADOR%20S pdf Colomer, J., Meléndez, J., & Ayza, J. (s.f). ceautomatica. Recuperado el 10 de julio de 2014, de %20supervision.pdf FileMaker. (2012). FileMaker, Inc. Recuperado el 21 de julio de 2014, de b_publish_es.pdf Gómez, J., Reyes, R., & Guzmán, D. (2008). Temas especiales de instrumentación y control. Cuba: Editorial Félix Varela. Laporte, J. (2011). AUTOYCONTROL. Recuperado el 21 de julio de 2014, de df MICRO. (s.f.). Recuperado el 22 de junio de 2014, de ProgramablePLC.pdf Ogata, K. (2010). Ingeniería de Control Moderna. Madrid: Editorial PEARSON. Oliva, N. (. (2013). Redes de Comunicaciones Industriales. España: UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. Rachele, W. (s.f). ehow en Español. Recuperado el 14 de julio de 2014, de Redondo, M. (16 de junio de 2008). RECERCAT. Recuperado el 23 de junio de 2014, de dondo%20sol.pdf?sequence=1 Rodríguez, A. (2007). Sistemas SCADA (Segunda ed.). España: MARCOMBO, S.A. Romagosa, J., Gallego, D., & Pacheco, R. (25 de mayo de 2004). UPC. Recuperado el 27 de junio de 2014, de 120

139 SIEMENS. (2009). Recuperado el 11 de julio de 2014, de software/tia_portal/pages/tiaportal.aspx SIEMENS. (2009). Recuperado el 14 de 08 de 2014, de &cad=rja&uact=8&ved=0ccsqfjad&url=http%3a%2f%2fwww.coevasa.com%2fws1%2fdescargar.php%3farchivo%3ddoc_area_tecnica%2fma nuales%2fplcs%2fgs_step7basic_v105.pdf&ei=0fvsu8kebkfnsasyh4 HgDQ&usg=A SIEMENS. (2011). Recuperado el 23 de junio de 2014, de Documents/S71200%20-%20Folleto0411.pdf Vergara, J., Molina, R., & Machado, C. (2011). Prototipo para contol automático de nivel y caudal de líquidos. INGENIUS. 121

140 ANEXOS Anexo 1. Guía de Laboratorio 1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CONTROL DE PROCESOS CONTINUOS PREPARADO POR: CHILIGUANO MIGUEL Y GODOY DAVID GUÍA DE LABORATORIO 1 DESARROLLO DE UN SISTEMA SCADA PARA EL CONTROL DE NIVEL DE LA PLATAFORMA DE ENTRENAMIENTO DE PROCESOS CONTINUOS. 1. Introducción La presente guía de laboratorio tiene como propósito presentar una metodología de construcción y diseño de un sistema SCADA para el control de Nivel de la Plataforma de Enteramiento de Procesos Continuos utilizando los siguientes parámetros fundamentales: (a) Programación en la Plataforma Tía Portal. (b) Diseño de un SCADA mediante Intouch (c) Comunicación entre PLC S y Tía Portal. (d) Enlace de datos mediante servidor OPC KEPServerEX 2. Pasos de la metodología Tarea 1. Descripción del proceso Tarea 2. Crear proyecto y configuración de dispositivos en TIA Portal Tarea 3. Definición de variables en tabla de variables del PLC Tarea 4. Agregar bloque de Programa para control PID Tarea 5. Ajustes del bloque PID para proceso de Nivel Tarea 6. Comunicación online entre PLC S y Tía Portal Tarea 7. Comunicación de datos mediante servidor OPC KEPServerEX Tarea 1. Descripción del proceso Mantener el Nivel de un depósito de agua en un punto de consigna que sea posible cambiar desde un sistema SCADA Intouch utilizando el PLC S con CPU 1212C AC/DC/RLY y un Módulo Análogo SM1234 con cuatro entradas AI4 x 13bits y dos salidas AQ2 x 14bits. 122

141 Se emplea para ello un Transmisor de Nivel (Señal de control) con salida de corriente de 4-20 ma, con una margen de medición regulada de 0 a 60cm que es la altura de llenado del tanque, una servoválvula (Variable Manipulada) con una entrada de alimentación y rango de funcionamiento de 1 a 5 VDC quien regulará el caudal de agua en función a la señal de control para mantener el valor de consigna estabilizado y una bomba para la suministración de flujo de agua. Tarea 2. Crear proyecto y configuración de dispositivos en TIA Portal Para crear un nuevo proyecto y poder programar en el TIA Portal se procede de la siguiente manera: Paso 1: Abrir Aplicación, se ejecuta la aplicación TIA Portal. Paso 2: Crear Proyecto Nuevo, en la pantalla de inicio aparecerá seleccionado por defecto la opción de Abrir proyecto existente, ahí se puede visualizar los proyectos que se tienen guardados o abiertos anteriormente. En este caso se empezará un proyecto desde cero, por lo que se selecciona Crear proyecto, una vez hecho la instrucción aparecerán opciones como la de escribir el nombre al proyecto, ruta, el autor y un comentario, se completa lo solicitado y se presiona el botón crear (Ver Figura 1). Información del proyecto 1 2 Figura 1. Información del proyecto Paso 3: Configurar un dispositivo, después de presionar el botón crear y esperar unos segundos, aparecerá la ventana de la Figura 2, allí se visualiza el árbol de proyecto en donde existen las opciones de configurar el dispositivo a utilizarse, escribir el programa en el PLC, configurar una HMI y abrir la vista del proyecto, para este proyecto se empezará escogiendo la opción configurar dispositivo. 123

142 Configurar un dispositivo Figura 2. Configurar un dispositivo Paso 4: Seleccionar CPU, seleccionar la opción Agregar dispositivo en donde se puede elegir el CPU a utilizarse en el proyecto en este caso SIMATIC S CPU 1212C AC/DC/RLY, luego se selecciona la opción agregar o se puede realizar un doble clic en el CPU que se requiera (Figura 3). Seleccionar CPU 1212C AC/DC/RLY 1 2 Figura 3. Seleccionar CPU Paso 5: Añadir Modulo, luego de haber seleccionado el CPU e ingresar a la vista del proyecto se procede a seleccionar del catálogo de hardware los módulos que se van a utilizar en el presente proyecto (Figura 4), es un módulo de entradas analógicas SM1234 el mismo que se lo usará para adquirir las señales analógicas de los sensores de temperatura y nivel respectivamente. 124

143 Adición de Modulo Análogo de 4 entradas y 2 salidas SM1234 SM Figura 4 Adición de módulos Paso 6: Configuración de entradas y salidas del Módulo Analógico, Una vez insertado el módulo analógico en el rack del S7-1200, se procede a configurar las entradas y salidas al tipo de medición que se va a realizar en el proyecto, se utilizarán dos de las cuatro entradas análogas que posee el modulo para la toma de datos del proceso de nivel y temperatura, en donde realizarán una medición de corriente en un rango de intensidad de cuatro a veinte miliamperios 4-20 ma (Figura 5) y las dos salidas análogas del módulo para controlar los actuadores que realizarán el control de los procesos mencionados y que trabajarán con una medición de voltaje en un rango de configuración de más menos 10 voltios continuos +/- 10Volt como salida (Figura 6). Configuración de entradas análogas Figura 5. Configuración de entradas análogas del PLC 125

144 Configuración de salidas análogas Figura 6. Configuración de salidas análogas Tarea 3. Definición de variables en tabla de variables del PLC En este apartado se definirán las variables principales que se obtienen de la planta para realizar el Control de un Proceso de Nivel, las variables secundarias añadidas dependerán de cada programador. Para la Implementación del control PID de nivel, se obtiene la señal de nivel del depósito desde un transmisor conectado a la entrada IW96 del Módulo Analógico (Variable del proceso PV) quien trabaja enviando datos haciendo una comparación diferencial entre la presión atmosférica y la presión del agua, incluye una servoválvula que se controlara desde la salida analógica QW96 (Variable manipulada MV) en tensión de 1-5Vcc del módulo de señal análogo SM1234 quien de esta forma variara el caudal de agua suministrado por la bomba de forma constante y por último declarar una variable tipo real para definir el valor de la consigna o Setpoint. Por lo tanto se declarara las siguientes variables principales: Dirección Simbolo Tipo de Dato Comentario %IW96 Sensor Int Entrada analógica del valor real de llenado %QW96 Servovalvula Int Salida analógica para control de proceso %MW2 Setpoint Int Variable interna para Setpoint seteado %Q0.0 Bomba Bool Salida digital control de bomba 126

145 %Q0.1 Electrovalvula Bool Salida digital control de Electrovalvula Ahora una vez definida las variables principales se proceden a declararlas en el PLC. Dirigirse una vez dentro del Tía portal al árbol del proyecto Variables PLC/ doble clic en Agregar tabla de variables y se agrega todas las variables a determinar en el proyecto. (Figura 7) Declaración de Variables Figura 7. Declaración de Variables Tarea 4. Agregar bloque de programa para control PID En esta tarea se creara primero el bloque de interrupción cíclica para poder realizar un programa de control PID y añadir el bloque PID_Compact poder llamar a los datos de un bloque tecnológico. Paso 1: Creación del OB cíclico, en el árbol del proyecto desplegar la carpeta donde se encuentra la CPU del PLC utilizado y se seleccionr Boques de programa, se hace un doble clic en Agregar nuevo Bloque y se abrirá una nueva ventana donde se seleccionará Bloque de Organización / Cyclic interrupt y se pondrá en Aceptar (Figura 8). 127

146 Crear bloque de Interrupción cíclica Figura 8. Crear Bloque de Interrupción cíclica Paso 2: Agregar Objeto Tecnológico, ya creado el Bloque de Instancia Individual PID_Compact_1, se buscará el Árbol del proyecto / Objetos Tecnológicos y se hará doble clic en Agregar Objeto, se abrirá una nueva ventana donde se seleccionará PID Control, allí se tendrá que desplegar la carpeta Compact PID y se dará click en PID_Compact, por defecto se añadirá en la casilla el nombre del bloque PID_Compact_1 que se creó en el paso anterior, para finalizar se dará clic en Aceptar (Figura 9) Añadir Objeto Tecnológico PID_Compact_ Figura 9. Añadir Objeto Tecnológico PID_Compact_1 128

147 Paso 3: Añadir Bloque PID_Compact en el Bloque de Instancia Cíclica para el lazo de Control PID, dentro del bloque de interrupción cíclica en el lado derecho de la pantalla se selecciona Instrucciones / Tecnología / CompactPID y se realiza doble clic en PID_Compact, en ese momento se abrirá una nueva ventana en donde se seleccionará el bloque PID_Compact_1, para finalizar se pondrá en Aceptar (Figura 10). Añadir Objeto Tecnológico PID_Compact_ Figura 10. Añadir Objeto Tecnológico PID_Compact_1 Tarea 5. Ajustes del bloque PID para proceso de nivel En este apartado se aprenderá a realizar los ajustes básicos, ajustes de los valores reales del sistema a controlar y ajustes avanzados que se debe incluir en el bloque de regulación PID. Paso 1: Ajustes Básicos, en esta parte hay que seleccionar el tipo de regulación que se va a realizar en este caso seleccionar Longitud con escala de medida en cm y el tipo de entrada y salida que se manejara en este caso de entrada Input_PER y de salida Ouput_PER ya que son variables analógicas y de esta forma es como el Bloque PID reconoce que se trata de una entrada o salida analógica. (Figura 11.) 129

148 Ajustes Básicos del Regulador PID_Compact para el Proceso de Nivel Figura 11. Ajustes Básicos del Regulador PID_Compact para el Proceso de Nivel Paso 2: Ajustes de Valores reales, se colocan los valores de Límite superior del valor real y Límite inferior del valor real de nivel que se controlará, en este caso los límites son de (0 a 60) cm que corresponden a la Altura mínima y máxima del tanque para realizar la regulación PID y los valores escalados que el transmisor de Nivel envía cuando el nivel de agua se encuentra en el límite inferior real y el límite superior real son de (960 y 28540)bits correspondientemente. (Figura 12.) Ajustes de Valores Reales del PID_Compact para Proceso de Nivel Figura 12. Ajustes de Valores Reales del PID_Compact para Proceso de Nivel 130

149 Paso 3: Ajustes Avanzados, este tipo de ajuste permite al programador colocar límites de advertencia inferior y superior para mantener en funcionamiento el proceso, de igual forma el establecer el rango de funcionamiento del valor de salida para un actuador por variaciones PWM ó valores análogos y la configuración de los valores del controlador PID por lo general estos valores ya son incluidos por defecto y calculados automáticamente al momento de optimizar el sistema (Figura 13.) Ajustes avanzados del PID_Compact Figura 13. Ajustes avanzados del PID_Compact Tarea 6. Comunicación online entre PLC S y TIA Portal Para obtener una comunicación satisfactoria entre el PLC S y el TIA Portal hay que realizar las siguientes configuraciones: Paso 1: para establecer una conexión online y comunicación en una CPU configurada, haga clic derecho en la CPU en el árbol de navegación del proyecto y 131

150 presionar en la opción "Establecer conexión online" en la vista de proyectos (Figura 14). 1 2 Figura 14. Establecer conexión online Paso 2: si es la primera vez que se realiza una conexión online con la CPU seleccionada, hay que seleccionar el tipo de interfaz PG/PC, una vez seleccionado se procederá a utilizar la tarjeta de red propia de la PC con la que se va a trabajar, ya escogidos los dos ítems se presiona actualizar y la conexión entre la PC y el PLC se pondrá en un color verde y significa que ya existe una conexión segura y confiable. (Figura 15) Figura 15. Configuración de Interfaz 132

151 Paso 3: una vez realizado el paso anterior se da clic en conectar, al momento de realizar ese evento se desplegara una ventana solicitando agregar una dirección IP a la interfaz. Automáticamente la interfaz Profinet nos agregará una dirección IP que por lo general es con una máscara de subred , ya obtenido estos datos se da clic en aceptar y se obtendrá una comunicación online y una configuración satisfactoria entre el software TIA Portal y el PLC S (Figura 16). Figura 16. Comunicación Online PC - PLC Tarea 7. Comunicación de datos mediante servidor OPC KepServerEx Para poder comunicar un PLC de la marca siemens con InTouch se procede a utilizar el OPC KEPServerEX, a continuación se presentarán los pasos necesarios para lograrlo: Paso 1: al abrir el software KEPServerEX, se buscará la opción File en la barra de herramientas y se elegirá Project Properties, una vez ya abierta dicha ventana se escogerá la opción FastDDE/SuiteLink y se habilitará Enable FastDDE/SuiteLink connections to the server como se indica en la Figura

152 Figura 17. Habilitar Enable FastDDE/SuiteLink connections to the server Paso 2: se da clic en Añadir un canal, en la opción nombre del canal se colocará el nombre a utilizarse en el proyecto como se muestra en la Figura Figura 18. Añadir un canal en KEPServerEX 134

153 Paso 3: lo próximo que se debe hacer es seleccionar el driver para el tipo de PLC que se vaya a utilizar, en el proyecto se utilizará Siemens TCP/IP Ethernet, se habilita los diagnósticos y se le asigna una tarjeta de red por defecto (Figura 19) Figura 19. Selección del driver de comunicación y tarjeta de red Paso 4: para terminar de configurar el canal, se deja por defecto todas las ventanas siguientes y se puede finalizar el asistente de creación del canal (Figura 20). Figura 20. Configuración por defecto en la creación del canal Paso5: a continuación configurar un nuevo dispositivo, esto se lo hace dando clic en añadir un dispositivo, en nombre del dispositivo se le asignará el nombre que se utilizará en el proyecto y se seleccionará el modelo del dispositivo, en la versión del KEPServerEX utilizada ya cuenta con librerías para el PLC S (Figura 21). 135

154 1 2 3 Figura 21. Añadir un nuevo dispositivo en KEPServerEX Paso 6: al configurar un dispositivo por ethernet, el ID del dispositivo es la dirección IP que se le haya asignado al PLC y debe ser única en toda la red, los próximos valores se pueden dejar por defecto o asignar según las necesidades, en el presente proyecto se elegirá la configuración por defecto (Figura 56) Figura 22. Asignar el ID del dispositivo 136