Universidad de OrienteNcleo de MonagasDepartamento de Ingeniera de SistemasCursos Especiales de Gradorea: Automatizacin y Control de Procesos IndustrialesEstrategias de Automatizacin Industrial

Supervisin (Parte II)Unidad III: Control, Comunicacin, Supervisin y Monitoreo

Equipo SCMCarlos Augusto Natera Abreu C.I.: 16.940.453Manuel Andrs Meneses Meneses C.I.: 17.707.901

Tutor: Ing. Judith Devia

Maturn, Abril 2015

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ndice

INTRODUCCIN1MARCO TERICO2Supervicin2Sistema de supervisor - diagnosticador3Herramientas de programacin en automatizacin 3SCADA4DISCUSIN7CONCLUSIONES9REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS10 2

INTRODUCCIN

La supervisin de procesos se entiende, como el soporte a la sistematizacin en el seguimiento de los mismos, automatizando en la medida que sea posible tareas como son el anlisis de datos, deteccin de fallos, diagnstico de los mismos, toma de decisiones o proponer acciones concretas haciendo uso de toda informacin disponible.La principal funcin de la supervisin es la centralizacin del control de procesos fuera del rea de control o fuera de maquina a controlar. En la supervisin actan tanto las personas como las mquinas. De esta separacin del control hombre-mquina podemos ver las dos diferencias claras de la supervisin, la supervisin activa o control manual donde el hombre a travs de una pantalla simulador controla los procesos en mayor o menor grado de se estn realizando, tambin est la supervisin pasiva o automtica, es decir, el computador o PC a travs de su aplicacin controla las variables del sistema y solo avisa a la persona cuando encuentra un error.Tan importante como la supervisin son las jerarquas de control que se establecen en una red industrial de procesos, tambin existen en el mercado diferente sistemas para el control. Estos sistemas destacamos los sistemas SCADA que explicaremos ms adelante justo despus de una breve introduccin a la supervisin.

MARCO TEORICO

SupervisinLa industria posee cada vez procesos productivos ms automatizados, complejos y en los que convive una gran variedad de elementos: autmatas, ordenadores, accionamientos neumticos, robots, etc. Adems los sistemas de produccin fuertemente centralizados y poco flexibles que se utilizaban hace varias dcadas ya no son admisibles.Esto dio lugar hace unos aos a la aparicin de los sistemas de produccin flexibles que facilitan respuestas rpidas al mercado fuertemente cambiante en el que estn inmersas las empresas. A medida que aumenta la flexibilidad de los sistemas de produccin, aumenta la complejidad del sistema de control necesario para gobernarle.Esto ha dado lugar a la aparicin de los sistemas de control "inteligentes" basados en conceptos de: descentralizacin, autonoma, monitorizacin, cooperacin y colaboracin.Todo este aumento de complejidad lleva a que el personal de control cada vez se encuentra con ms dificultades a la hora de intervenir, necesitando un personal cada vez ms preparado tcnicamente y sobre todo en un proceso de formacin continuo, debido a los cambios frecuentes que sufren los procesos productivos. Adems, debido a la modificacin constante del proceso productivo, en periodos muy cortos, se hace necesario un sistema que garantice la fiabilidad, idoneidad y normalizacin de esas modificaciones, de acuerdo a unas normas ajustadas.Con esta lnea de investigacin se pretende desarrollar e implantar herramientas dirigidas a los responsables de controlar las empresas, de tal forma que se pueda intervenir rpidamente en caso de avera y con una mnima formacin del personal.Del mismo modo, pretende potenciar el campo del control y supervisin de sistemas complejos basados en Redes y Buses de Campo. Interesndose de forma especial por aquellas configuraciones que "mezclan" distintas tecnologas y que requieren que el dilogo entre todos los participantes sea lo ms transparente posible para explotar al mximo las posibilidades de todo el conjunto, tanto desde el punto de vista de fabricacin como de Supervisin, ayuda al Mantenimiento y Gestin.Tenemos en la industria actual sistemas productivos muy complejos controlados por autmatas. Estos procesos continuamente son modificados, y por consiguiente los programas de los autmatas. Esto da lugar a que en situaciones de avera el personal de mantenimiento sea capaz de identificar correctamente la situacin del puesto de produccin y trasladrsela correctamente al autmata, siendo una tarea compleja y que ocasiona paradas de importancia. [1]Sistema Supervisor - DiagnosticadorElementos que lo componen:Mdulo de carga del programa. Ser el encargado de interpretar el programa del autmata. Construir el rbol de decisin que ser con el que trabaje la herramienta. Dependiente del autmata.Mdulo de comunicaciones, ser el encargado de extraer la informacin del estado en el que se encuentra el autmata.Mdulo-Herramienta Supervisor-Diagnosticador basado en PC. Genrica, independiente del autmata. Es el que implementa todas las reglas de decisin y diagnstico, adems de incluir una "interface" amigable e intuitiva para el operario de mantenimiento. [1]

Herramientas de programacin en automatizacinExiste una tradicin consolidada en el desarrollo de herramientas de programacin en automatizacin y supervisin de procesos industriales. Veamos algunos ejemplos significativos:

- Grficos de funcin secunciales (SFC): Esta herramienta permite la representacin del control secuencial y hoy en da es utilizada para procesos discretos y procesos batch. Una de las versiones ms populares en Europa se conoce con el nombre de GRAFCET y es muy utilizada actualmente en automatizacin.

- Grficos de funcin continuos (CFC): Esta herramienta permite la representacin de la regulacin continua de variables. Es caracterstica la construccin de bloques modulares que pueden conectarse mediante la lgica bsica (funciones AND. OR. NAND). Los bloques estn elaborados para ser utilizados rpidamente. Por ejemplo utilizando un bloque PID predefino, aunque mediante una sintaxis derivada de los lenguajes estructurados como PASCAL permite crear bloques propios al usuario.

- Lenguajes de programacin de controladores. En el caso de autmatas programables los ms usados hoy en da son el esquema de contactos o LADDER y el lenguaje mnemnico derivado del lenguaje ensamblador. En el caso de los reguladores industriales. La programacin se realiza mediante la seleccin y configuracin de un listado de instrucciones propias que permiten identificar la consigna SP, o el valor de los parmetros del PID, aunque hoy en da estn ganando terreno los lenguajes basados en bloques funcionales, en alusin a la herramienta de la casa Addlink denominada SIMULINK.

- SCADA. En este caso las siglas hacen referencia a la parte de software del sistema SCADA que permite la generacin del aplicativo y la configuracin de controladores comerciales, entre otras tareas. Existe gran diversidad de productos en el mercado y la mayora estn orientados al uso en la industria de procesos, aunque poco a poco van apareciendo libreras de objetos adecuadas para la industria manufacturera (es el caso de Lookout de Nacional Instruments, que incorpora objetos como robots, mquinas herramienta o sistemas de transporte).- Lenguaje de programacin estructurado. Ante las exigencias presentes en la norma internacional IEC 1131-3. Referido a los lenguajes de programacin en automatizacin, la necesidad de incorporar un lenguaje de programacin de alto nivel para la programacin de autmatas programables. Dicho lenguaje pretende ser una mejora de los lenguajes convencionales de autmatas; en todo caso, el usuario puede escoger hoy en da el tipo de programacin bsico o avanzado.

- Configurador de dispositivos de campo. Ante la implantacin de sistemas de control distribuido mediante la utilizacin de buses de campo (MODBUS para la industria de procesos. PROFIBUS o DEVICE NET para la industria manufacturera, por ejemplo). Es necesaria la conexin fsica de controladores y su posterior configuracin mediante una herramienta de software que permita rpidamente el acceso al nodo de la red y el acceso a la informacin de cualquiera de los controladores de la red.Observando el abanico de herramientas y tras los comentarios realizados en los apartados anteriores sera interesante desarrollar herramientas para la deteccin y el diagnstico de fallos y la reconfiguracin de controladores. Para ello. Hay que facilitar la transicin entre supervisin y automatizacin y saber discernir en todo momento cul es el mejor nivel de toma de decisiones ante problemas en el funcionamiento del proceso. Una vez dentro del nivel de automatizacin hay que facilitar el cambio de control automtico a control manual, en aquellas situaciones en las que el operario de planta puede reconducir el funcionamiento a una situacin estable. [2]

SCADAsSCADA es un acrnimo por Supervisory Control And Data Acquisition (control y adquisicin de datos de supervisin). Los sistemas SCADA utilizan el computador y las tecnologas de comunicacin para automatizar el monitoreo y control de procesos industriales. Estos sistemas son partes integrales de la mayora de los ambientes industriales complejos o muy geogrficamente dispersos ya que pueden recoger la informacin de una gran cantidad de fuentes muy rpidamente, y la presentan a un operador en una forma amigable. Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control proporcionando la informacin oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas. Un sistema industrial de mediciones y control que consiste en una computadora principal o master (generalmente llamada Estacin Principal, Master Terminal Unit o MTU); una o ms unidades control obteniendo datos de campo (generalmente llamadas estaciones remotas, Remote Terminal Units, o RTU's); y una coleccin de software estndar y/o a medida usado para monitorear y controlar remotamente dispositivos de campo. Los sistemas SCADA contemporneos exhiben predominantemente caractersticas de control a lazo abierto y utilizan comunicaciones generalmente interurbanas, aunque algunos elementos de control a lazo cerrado y/o de comunicaciones de corta distancia pueden tambin estar presentes.Entonces, qu es SCADA? Se utiliza para vigilar y para controlar la planta industrial o el equipamiento. El control puede ser automtico, o iniciado por comandos de operador. La adquisicin de datos es lograda en primer lugar por los RTU's que exploran las entradas de informacin de campo conectadas con ellos (pueden tambin ser usados PLC's - Programmable Logic Controllers). Esto se hace generalmente a intervalos muy cortos. La MTU entonces explorar los RTU's generalmente con una frecuencia menor. Los datos se procesarn para detectar condiciones de alarma, y si una alarma estuviera presente, sera catalogada y visualizada en listas especiales de alarmas.Los datos pueden ser de tres tipos principales:Datos analgicos (por ejemplo nmeros reales) que quizs sean presentados en grficos.Datos digitales (on/off) que pueden tener alarmas asociadas a un estado o al otro.Datos de pulsos (por ejemplo conteo de revoluciones de un medidor) que sern normalmente contabilizados o acumulados.La interfaz primaria al operador es un display que muestra una representacin de la planta o del equipamiento en forma grfica. Los datos vivos (dispositivos) se muestran como dibujos o esquemas en primer plano (foreground) sobre un fondo esttico (background).Mientras los datos cambian en campo, el foreground es actualizado (una vlvula se puede mostrar como abierta o cerrada, etc.). Los datos analgicos se pueden mostrar como nmeros, o grficamente (esquema de un tanque con su nivel de lquido almacenado). El sistema puede tener muchos de tales displays, y el operador puede seleccionar los ms relevantes en cualquier momento.

Un paquete SCADA debe estar en disposicin de ofrecer las siguientes prestaciones:Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situacin de alarma, con registro de incidencias. Generacin de histricos de seal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de clculo.Ejecucin de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autmata, bajo ciertas condiciones. Posibilidad de programacin numrica, que permite realizar clculos aritmticos de elevada resolucin sobre la CPU del ordenador. Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones para ordenadores (tipo PC, por ejemplo), con captura de datos, anlisis de seales, presentaciones en pantalla, envo de resultados a disco e impresora, etc. [1]

Fig. 1. Presentacin de pantalla de sistema SCADA.

DISCUSIN

Los sistemas de automatizacin industrial utilizados en la actualidad, son cada vez ms complejos, as como, las exigencias nacionales e internacionales de los parmetros de calidad y de los productos finales.Esta situacin conlleva a utilizar sistemas de control cada vez ms sofisticados que puedan ser aplicados, y que permitan disponer de informacin til del estado dinmico de la confiabilidad de los equipos y sistemas, facilitando con ello la toma de decisin asociada a mejorar los niveles de productividad con la mejor relacin costo, beneficio y efectividad.El desarrollo de la Ingeniera de detalle del Sistema de Deteccin y Diagnstico en automatizacin. Esta ingeniera de detalles contendr las especificaciones de supervisin, as como de aplicaciones necesarias para confeccionar un producto final adaptable a los estndares industriales.Una parte importante de la supervisin se centra en la deteccin y aislamiento de los fallos y en dar informacin sobre su origen y magnitud. La deteccin y el diagnstico constituyen una parte fundamental de la supervisin.La supervisin de un proceso, se pretende su automatizacin con el fin de generar herramientas de ayuda a la decisin. En este sentido, ahora existen mltiples posibilidades como las arquitecturas en las que la supervisin es humana, es decir llevada a cabo por un supervisor, o bien las arquitecturas automatizadas, llevadas a cabo por un supervisor experto artificial. En ambos tipos de arquitecturas, no se puede olvidar que el gran objetivo es evitar prdidas econmicas debidas al malfuncionamiento de la planta, y evitar el dao fsico tanto para operarios como para las mquinas que intervienen. Por tal efecto, la automatizacin y la supervisin se complementan con otras reas del conocimiento como el mantenimiento y la seguridad industrial. Los sistemas de automatizacin industrial son aplicaciones que se caracterizan por requerimientos bien especficos de productividad y de seguridad operacional. Por lo que, la automatizacin industrial debe satisfacer requerimientos de seguridad, confiabilidad, eficiencia y calidad. Por otro lado, para la automatizacin de procesos se usan sistemas de software y hardwares de gran escala, complejos, distribuidos y persistentes. Los cuales son definidos en funcin de las caractersticas de los procesos tcnicos a ser controlados y supervisados. El rpido desarrollo de componentes de hardware de alta capacidad y de tecnologas de informacin y comunicacin, lideresan una fuerte necesidad de integracin en sistemas automticos, donde se requieren tareas de supervisin y control altamente complejas. Esto ha obligado a pensar en nuevos paradigmas basados en la teora de inteligencia artificial distribuida para el diseo de herramientas que implementen control y supervisin inteligente. De esa teora, el paradigma de desarrollo de software orientado a agentes permite disear sistemas sofisticados y complejos.Un sistema SCADA se define como una aplicacin software diseada especialmente para funcionar sobre ordenadores de control de produccin. Comunicada con la planta mediante interconexin digital con los reguladores locales bsicos y con el usuario mediante interfaces graficas de alto nivel como pantallas tctiles, lpices pticos, ratones, entre otros. Desde la pantalla del ordenador, que es configurada por el usuario y es fcilmente modificable, el sistema permite la comunicacin con los dispositivos de campo (controladores autnomos. autmatas programables, sistemas de dosificacin, mquinas de control numrico, entre otros), para controlar el proceso de forma automtica. Adems, de toda la informacin generada en el proceso productivo, se enva a cada usuario de la empresa (supervisin, ingeniera, control de calidad, mantenimiento, etc.) la que necesita. A n de que la instalacin de un sistema SCADA sea perfectamente aprovechada debe cumplir ciertas condiciones: Ha de ser un sistema de arquitectura abierta, capaz de ampliarse y acomodarse a necesidades cambiantes. Asimismo, permitir una fcil comunicacin y de forma transparente para el operado, tanto con el equipo de planta, como con el resto de la empresa, adems de utilizar programas fciles de instalar, con no demasiadas exigencias de hardware, sencillos de utilizar y disponiendo de interfaces afines al usuario. En la actualidad se estudian metodologas de diseo de sistemas de control en los cuales la supervisin forma parte de la arquitectura propuesta. A escala industrial, los llamados sistemas SCADA incluyen en este momento las fases de adquisicin, monitorizacin y control supervisor, y uno de los grandes retos para los prximos aos es potenciar en el diseo del aplicativo de supervisin, las funciones de deteccin, diagnstico y reconfiguracin con la finalidad de garantizar la seguridad en el manejo de los procesos industriales.

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CONCLUSIN

La supervisin es el hecho de controlar a distancia los procesos industriales, de forma remota y computarizada, donde un usuario o una mquina controla los diferentes procesos que se dan en una fbrica.Su principal funcin es la centralizacin del control de procesos fuera del rea o fuera de maquina a controlar. Tan importante como la supervisin son las jerarquas de control que se establecen en una red industrial de procesos, tambin existen en el mercado diferentes sistemas para el control. Estos sistemas destacamos los sistemas SCADA.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] David Chacn, Oscar Dijort, Jacinto Castrillo. SUPERVISIN Y CONTROL DE PROCESOS [Documento en lnea]. Disponible: http://ocw.upc.edu/sites/default/files/materials/15012628/40194-3452.pdf [Consultado: 2015, abril 14]

[2] Pere Ponsa Asensio, Ramn Vilanova Arbs. Automatizacin de procesos mediante la gua GEMMA. [Documento en lnea]. Disponible: http://books.google.co.ve/books?id=7B2OuLPnQwcC&printsec=frontcover&hl=es&source#v=onepage&q&f=false [Consultado: 2015, abril 14]