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DISEO DE APLICACIONES SCADA

CON LABVIEW

Memoria del proyecto De Ingeniera Tcnica en Informtica de Sistemas

presentada por Enric Figueras Sol

i dirigida por Juan Jos Ramos Gonzlez

Escola Universitria d'Informtica Sabadell, 25 de Enero de 1999

El abajo firmante, Juan Jos Ramos Gonzlez, profesor de l'Escola Universitria d'Informtica de la U.A.B,

CERTIFICA:

Que el trabajo al que corresponde la presente memoria se ha realizado bajo su direccin por en Enric Figueras Sol

Y para que as conste firma la presente. Sabadell, 25 de Enero de 1999

------------------------------ Firmado: Juan Jos Ramos Gonzlez

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView Resumen de la Memoria - 3 -

RESUMEN DE LA MEMORIA

SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Acquisition", es

decir: adquisicin de datos y control de supervisin . Se trata de una aplicacin software

especialmente diseada para funcionar sobre ordenadores en el control de produccin,

proporcionando comunicacin con los dispositivos de campo (controladores autnomos,

autmatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automtica desde la

pantalla del ordenador. Adems, provee de toda la informacin que se genera en el

proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros

supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisin, mantenimiento, etc.

Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se

denomina en general sistema SCADA.

Los principales motivos por los cuales se realiza este proyecto son los

siguientes:

Estudio de los sistemas SCADA, en particular, LabVIEW de National Instruments.

Facilitar al alumno que cursa asignaturas dentro del campo de Control y Automatizacin de procesos una herramienta que le ayude a entender de

manera sencilla las ventajas de dichos sistemas SCADA. Por ello se

estudiarn en este proyecto dos sistemas en particular: Sistema de Depsitos

y Sistema Servomotor, pertenecientes al laboratorio de Automtica de la

E.U.I.S.

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView ndice - 4 -

NDICE

CAPTULO I: INTRODUCCIN............................................................................................................6

1. SISTEMAS SCADA.............................................................................................................................6 1.1 Prestaciones. ..................................................................................................................................7 1.2 Requisitos. ......................................................................................................................................8 1.3 Mdulos de un SCADA. ..................................................................................................................8

2. CONCEPTOS ASOCIADOS A SISTEMAS SCADA.......................................................................10 2.1 Tiempo real...................................................................................................................................10 2.2 Hardware en sistemas de supervisin: PLC y PC. .......................................................................11 2.3 Tarjetas de expansin...................................................................................................................12 2.4 La estructura abierta. ...................................................................................................................12

3. APLICATIVO PARA EL LABORATORIO DE AUTOMTICA ....................................................13 3.1 Motivacin....................................................................................................................................13 3.2 Software y Hardware utilizado.....................................................................................................14 3.3 Objetivos del proyecto ..................................................................................................................14

CAPTULO II: LABVIEW .....................................................................................................................16

1. INTRODUCCIN..............................................................................................................................16 2. FILOSOFA DE LABVIEW...............................................................................................................17 3. EL PANEL FRONTAL Y EL DIAGRAMA DE BLOQUES .............................................................18

CAPTULO III: COMUNICACIN APLICACIN SCADA CON EL ENTORNO .......................21

1. TARJETAS DE ADQUISICIN DE DATOS....................................................................................21 1.1 Sampling (Muestreo) ....................................................................................................................22 1.2 Convertidores Analgico/Digitales (ADC )..................................................................................23

1.2.1 Resolucin del ADC .............................................................................................................................. 23 1.2.2 ADC No lineales .................................................................................................................................... 24 1.2.3 ADC Settling Time (Tiempo de fijacin de la seal). ............................................................................ 25

1.3 Transferencia de Datos al Ordenador..........................................................................................25 1.4 Convertidores Digital/Analgicos (DAC) ....................................................................................27 1.5 Esquema tpico de una Tarjeta de Adquisicin de Datos .............................................................28 1.6 Tarjeta PCL-812PG .....................................................................................................................29

1.6.1 Caractersticas Tcnicas......................................................................................................................... 29 1.6.2 Especificaciones del Producto................................................................................................................ 30

2. REDES LAN Y PROTOCOLO TCP/IP ..............................................................................................32 2.1 Conceptos bsicos de Redes y protocolo TCP/IP.........................................................................32 2.2 Adquisicin de Datos Locales y Comunicacin Remota. .............................................................34

CAPTULO IV: APLICATIVO PARA EL LABORATORIO DE AUTOMTICA........................36

1. DESCRIPCIN DE LOS SISTEMAS. .........................................................................................................36 2. OBJETIVOS DEL APLICATIVO ..............................................................................................................38 3. DESCRIPCIN FUNCIONAL ...................................................................................................................39 4. ESTRUCTURA DEL APLICATIVO ...........................................................................................................42 5. EL APLICATIVO...............................................................................................................................44

5.1 Men Principal.............................................................................................................................44 5.2 Configuracin del Aplicativo........................................................................................................45 5.3 Simulacin del Sistema de Depsitos ...........................................................................................46 5.4 Descripcin del Sistema Servomotor............................................................................................47 5.5 Monitorizacin de seales ............................................................................................................48 5.6 Control de seales ........................................................................................................................49 5.7 Servidor/Cliente TCP/IP...............................................................................................................51 5.6 Requisitos del Sistema, Instalacin y Ejecucin...........................................................................53

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView ndice - 5 -

CAPTULO V: CONCLUSIONES.........................................................................................................54

1. PRUEBAS REALIZADAS.........................................................................................................................54 2. DIFICULTADES INICIALES ....................................................................................................................55 3. CONCLUSIONES ...................................................................................................................................55 4. POSIBLES MEJORAS..............................................................................................................................58

BIBLIOGRAFA......................................................................................................................................59

NDICE BIBLIOGRFICO...................................................................................................................59

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView Introduccin - 6 -

CAPTULO I: INTRODUCCIN

1. SISTEMAS SCADA

SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Acquisition", es

decir: adquisicin de datos y control de supervisin. Se trata de una aplicacin software

especialmente diseada para funcionar sobre ordenadores en el control de produccin,

proporcionando comunicacin con los dispositivos de campo (controladores autnomos,

autmatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automtica desde la

pantalla del ordenador. Adems, provee de toda la informacin que se genera en el

proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros

supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisin, mantenimiento, etc.

En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efecta tareas de

supervisin y gestin de alarmas, as como tratamiento de datos y control de procesos.

La comunicacin se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se

ejecuta normalmente en tiempo real, y estn diseados para dar al operador de planta la

posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se

denomina en general sistema SCADA.


1.1 Prestaciones.

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.

Adems, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de funciones

que incluye zonas de programacin en un lenguaje de uso general (como C, Pascal, o

Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad. Algunos

SCADA ofrecen libreras de funciones para lenguajes de uso general que permiten

personalizar de manera muy amplia la aplicacin que desee realizarse con dicho

SCADA.


1.2 Requisitos.

Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalacin sea perfectamente

aprovechada:

Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse segn las necesidades cambiantes de la empresa.

Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestin).

Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.

1.3 Mdulos de un SCADA.

Los mdulos o bloques software que permiten las actividades de adquisicin,

supervisin y control son los siguientes:

Configuracin: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptndolo a la aplicacin particular que se desea desarrollar.

Interfaz grfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisin de la planta. El proceso se representa mediante sinpticos grficos

almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado

en el SCADA o importados desde otra aplicacin durante la configuracin del

paquete.

Mdulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuales de variables ledas.


Gestin y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicacin o dispositivo pueda tener acceso a

ellos.

Comunicaciones: se encarga de la transferencia de informacin entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre sta y el resto de

elementos informticos de gestin.


2. CONCEPTOS ASOCIADOS A SISTEMAS SCADA

En casa y en la oficina, el ordenador personal contina con su progreso. El PC se ha

establecido en un gran nmero de campos. Los componentes hardware y software estn

siendo cada vez ms potentes y ms rentables. Es lgico, por tanto, que la industria

quiera tomar provecho de este hecho, para reducir costes y/o incrementar la

productividad.

Ciertas tareas industriales estn actualmente en manos de los ordenadores desde

hace tiempo: desde emplear la tecnologa Windows cuando se manejan pedidos y/o se

ajustan parmetros de maquinaria hasta preparar o visualizar datos prcticamente de

cualquier tipo.

No hay que sorprenderse entonces, que los especialistas en automatizacin y los

usuarios estn pensando ahora en qu forma se pueden transferir al PC otras

tareas, para poder llegar a un mayor ahorro. Ms recientemente un gran nmero de

simuladores de PLC (controladores lgicos programables) por software ha aparecido en

el mercado, que estn ayudando a transferir el control de tareas al disco duro y

presentan una automatizacin ms efectiva en costes en una simple pieza de hardware

(el PC).

2.1 Tiempo real.

La capacidad en tiempo real se refiere a la capacidad del ordenador en programas

de procesamiento de datos para que siempre est listo para procesar y proporcionar los

resultados dentro de un tiempo especificado. En este contexto "estrictamente en tiempo

real" significa que un sistema reacciona a los eventos externos dentro de un tiempo

especificado en un 100% de los casos. Adems si se habla de tiempo real el sistema

debe responder en tiempos concretos tambin en un 100% de los casos. Si, de otra

forma, los tiempos concretos de reaccin pueden superarse en ciertos casos, como en

sistemas no crticos, hablamos de "tiempo real suave".


2.2 Hardware en sistemas de supervisin: PLC y PC.

El hecho es que las tareas automatizadas de control, visualizacin y computacin

pueden ser efectuadas por PLCs (conectados en red mediante los mdulos adecuados)

mejor que con sistemas exclusivos de control basados en PC. Lo que finalmente es

prctico, no obstante, depende de un gran nmero de factores y la mayora deben ser

considerados individualmente para cada proyecto de automatizacin.

As, por ejemplo, los actuales conocimientos y preferencias del usuario pueden

jugar un mayor papel que la pura potencia del ordenador. Los factores cruciales, no

obstante, son los atributos de capacidad en tiempo real y las propiedades de seguridad

que hasta ahora han sido fuertemente asociadas con el PLC, aunque el PC tambin

puede disponer de la caracterstica de capacidad en tiempo real. Un sistema de control

es inconcebible sin capacidad en tiempo real. Es comn en sistemas de control por

ordenador tener que elegir, segn las caractersticas del sistema a supervisar, entre el

PLC o el PC. Se debe elegir aquel hardware que mejor se adapte a las necesidades del

sistema a supervisar.

Los controladores lgicos programables, en la mayora de los casos, estn

diseados especficamente para ser empleados en ambientes industriales exigentes y han

sido continuamente desarrollados de forma que sus sistemas operativos en tiempo real

representan su mayor virtud. Ellos son y seguirn siendo, no obstante, la primera

eleccin para todo control de tareas crticas o extremas por su rendimiento y

simpleza, en los que un PC podra estar simplemente "sobrecargado" debido al trabajo

que le pueden suponer otras tareas de mbito comn, como la gestin y visualizacin de

datos, accesos a perifricos, bases de datos, etc...

Si, adems del control de tareas, se necesita un procesamiento de datos, trabajo en

red o visualizacin (una aplicacin SCADA), un sistema basado en PC debe ser tomado

en consideracin.

En cuanto a sistemas operativos, Windows NT, por ejemplo, no es

estrictamente un sistema operativo en tiempo real como el de un PLC, pero puede actuar

de forma suficientemente rpida para aplicaciones "suaves" en tiempo real, gracias a su

arquitectura de micro-kernel.


2.3 Tarjetas de expansin.

Como el sistema operativo slo puede proporcionar respuestas suaves en tiempo

real lo ms simple es emplear extensiones hardware para las tareas crticas (placas de

expansin PC) y soluciones software para el resto de tareas. Esto nos lleva a una

compatibilidad con futuros sistemas operativos y una solucin totalmente factible

actualmente. Estas tarjetas de expansin asumen las tareas crticas en tiempo real que el

ordenador (PC) no puede atender, se est hablando de tarjetas que incorporan DSPs

(Procesadores de Seales Digitales) o microcontroladores y que aportan una ayuda a la

anterior sobrecarga mencionada para los ordenadores (PC).

2.4 La estructura abierta.

An no se ha establecido un estndar para poseer extensiones compatibles en

tiempo real de sistemas operativos. De una forma estrictamente determinante, los

sistemas estndar actuales deben ser modificados de forma general, as que la principal

ventaja de un sistema basado en PC - su estructura abierta pude llegar a ser

un inconveniente. No obstante, la estructura abierta, permite a la empresa o el

desarrollador ms libertad en la eleccin de la herramienta adecuada para el anlisis,

diseo y programacin del sistema SCADA. La solucin comienza a ser propietaria

nuevamente (cada empresa ofrece su solucin) y la conversin a futuras generaciones de

sistemas operativos lo hace ms difcil.


3. APLICATIVO PARA EL LABORATORIO DE

AUTOMTICA Una vez descritos todos los conceptos principales de sistemas SCADA , en este

punto se presentan las motivaciones por las cuales se ha realizado este proyecto, las

herramientas hardware y software que se han usado y los objetivos que se han marcado

para el proyecto.

3.1 Motivacin

Cada vez ms, las empresas se plantean la automatizacin de una serie de

procesos en su entorno industrial. Con ello se pretende mejorar la productividad,

aumentar la calidad del producto final, adems de aumentar la seguridad en el trabajo.

Para conseguir estos objetivos, las empresas deben utilizar ordenadores y un software

especializado en monitorizacin, control y adquisicin de datos, sistemas SCADA.

La razn por la que se realiz el proyecto es por el amplio campo que ofrecen

los sistemas SCADA, y por lo tanto la gran demanda que en el mercado informtico y

no informtico estn tomando. Adems el estudio del sistema a monitorizar y/o

controlar abre grandes puertas al conocimiento no slo de informtica, sino de otros

campos. Cuando se quiere supervisar un sistema no slo deben tenerse conocimientos

de informtica, sino que adems es necesario saber como acta, funciona y reacciona

dicho sistema, por lo tanto es necesario el estudio del sistema en s. Es la puerta de

entrada al conocimiento de otros campos, al trabajo en grupo que puede estar formado

por Qumicos, Fsicos, Ingenieros en Telecomunicacin, Ingenieros Industriales donde

cada individuo aporta sus conocimientos y adquiere de otros.


3.2 Software y Hardware utilizado

El software principal utilizado es LabVIEW, una herramienta para la creacin de

sistemas SCADA. Tambin se han utilizado paquetes grficos para la creacin y retoque

de imgenes, y drivers y software relacionado con el protocolo TCP/IP.

El entorno de desarrollo y de ejecucin es bajo Microsoft Windows 95, pero

podra ser trasladado a Microsoft Windows NT sin ningn problema segn

especificaciones de LabVIEW.

El hardware utilizado es bsicamente dos ordenadores PC-PENTIUM, una

Tarjeta de Adquisicin de Datos: PCL812PG y los dispositivos/elementos de los dos

sistemas que el SCADA monitoriza y controla.

3.3 Objetivos del proyecto Desarrolar un SCADA con LabVIEW que permita supervisar y controlar dos

sistemas que se encuentran en el Laboratorio de Automtica. Para ello deben resolverse

los siguientes puntos:

Interface con los sistemas: resolver la adquisicin de datos de los sistemas. Cuales son las seales que se quieren capturar y que se utilizar para dicha

adquisicin de datos.

Herramienta usada: eleccin de la herramienta en que se desarrollar la aplicacin SCADA. Estudio de dicha herramienta, posibilidades que ofrece,

limitaciones, funcionamiento.


Desarrollo de la aplicacin: creacin de una aplicacin para la supervisin, monitorizacin y control de dos sistemas que se encuentran en el Laboratorio

de Automtica de la E.U.I.S.

Conectividad por la red: transferencia de informacin a travs de la red de la U.A.B. para la monitorizacin remota de los sistemas anteriormente citados.

Creacin de un cliente/servidor TCP/IP para dicha tarea.

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView LabView - 16 -

CAPTULO II: LABVIEW

1. INTRODUCCIN

LabVIEW es una herramienta diseada especialmente para monitorizar,

controlar, automatizar y realizar clculos complejos de seales analgicas y digitales

capturadas a travs de tarjetas de adquisicin de datos, puertos serie y GPIBs (Buses de

Intercambio de Propsito General).

Es un lenguaje de programacin de propsito general, como es el Lenguaje C o

Basic, pero con la caracterstica que es totalmente grfico, facilitando de esta manera el

entendimiento y manejo de dicho lenguaje para el diseador y programador de

aplicaciones tipo SCADA.

Incluye libreras para la adquisicin, anlisis, presentacin y almacenamiento de

datos, GPIB y puertos serie. Adems de otras prestaciones, como la conectividad con

otros programas, por ejemplo de clculo, y en especial MatLAB.

Est basado en la programacin modular, lo que permite crear tareas muy

complicadas a partir de mdulos o sub-mdulos mucho ms sencillos. Adems estos

mdulos pueden ser usados en otras tareas, con lo cual permite una programacin ms

rpida y provechosa.

Tambin ofrece la ventaja de debugging en cualquier punto de la aplicacin.

Permite la posibilidad de poner break points, ejecucin paso a paso, ejecucin hasta

un punto determinado y se puede observar como los datos van tomando valores a

medida que se va ejecutando la aplicacin. Adems tambin lleva incorporado

generadores de seales para poder hacer un simulador.


2. FILOSOFA DE LABVIEW. LabVIEW es un lenguaje completamente grfico, y el resultado de ello es que es

totalmente parecido a un instrumento, por ello a todos los mdulos creados con

LabVIEW se les llama VI (Instrumento Virtual).

Existen dos conceptos bsicos en LabVIEW: el Front Panel (Panel Frontal) y el

Block diagram (Diagrama de Bloque).El Panel Frontal es el interfaz que el usuario esta

viendo y puede ser totalmente parecido al instrumento del cual se estn recogiendo los

datos, de esta manera el usuario sabe de manera precisa cual es el estado actual de dicho

instrumento y los valores de las seales que se estn midiendo, El diagrama de bloques

es el conexionado de todos los controles y variables, que tendra cierto parecido al

diagrama del esquema elctrico del instrumento.

LabVIEW tiene la caracterstica de descomposicin modular ya que cualquier

VI que se ha diseado puede convertirse fcilmente en un mdulo que puede ser usado

como una sub-unidad dentro de otro VI. Esta peculiaridad podra compararse a la

caracterstica de procedimiento en los lenguajes de programacin estructurada.

Es un sistema abierto, en cuanto a que cualquier fabricante de tarjetas de

adquisicin de datos o instrumentos en general puede proporcionar el driver de su

producto en forma de VI dentro del entorno de LabVIEW. Tambin es posible

programar mdulos para LabVIEW en lenguajes como C y C++, estos mdulos son

conocidos como Sub-VIs y no se difieren a los VI creados con LabVIEW salvo por el

interfaz del lenguaje en el que han sido programados. Adems estos Sub-VIs son muy

tiles por ejemplo en el campo de clculos numricos complejos que no se encuentran

incluidos en las libreras de LabVIEW.

3. EL PANEL FRONTAL Y EL DIAGRAMA DE BLOQUES

Se podra decir que en cualquier VI existen dos caras bien diferenciadas: El

Panel Frontal y el Diagrama de Bloques.

El Panel Frontal es la cara que el usuario del sistema est viendo cuando se est

monitorizando o controlando el sistema, o sea, el interfaz del usuario. Este contiene

controles e indicadores y existe una gran variedad de ellos, pero adems incluso se

pueden disear controles e indicadores personalizados, lo cual permite tener una amplia

gama de dichos controles e indicadores. La Figura 3.1-II. es una pequea demostracin

de algunos de los controles e indicadores.

Figura 3.1-II. Demostracin de un sistema de control de Temperatura



Un control puede tomar muchas formas, y muchas de estas formas el dibujo real

usado en instrumentos reales. Otros son estrictamente conceptos digitales o analgicos.

Pero todos los controles tienen una forma visual que indican al usuario cual es el estado

de dicho control en el instrumento real. Es muy importante en un sistema SCADA que

el usuario no tenga que interpretar nada, sino que todo le sea claro y conciso, las

interpretaciones pueden dar lugar a falsas actuaciones y, por consiguiente, podran

existir lamentables errores. Adems, dos usuarios podran interpretar de manera

diferente cualquier evento.

El Diagrama de Bloques del VI sera la cara oculta del Panel Frontal, una cara

que el usuario del sistema no puede ver. En ella estn todos los controles e indicadores

interconectados, parecindose mucho a un diagrama de esquema elctrico. Esta cara es

mucho menos conceptual que el Panel Frontal y para el usuario sera muy difcil

entenderla. La siguiente Figura 3.2-II. es el diagrama de bloques de la Figura 3.1-II

mostrada anteriormente.

Figura 3.2-II. Diagrama de bloques de un sistema de control de temperatura

Se puede observar como todos los mdulos estn interconectados, mediante lneas de conexin, por donde circulan los diferentes datos o valores del VI., de esta manera se logra que el VI funcione como un conjunto de elementos, mdulos y sub-mdulos.


CAPTULO III: COMUNICACIN APLICACIN

SCADA CON EL ENTORNO En este captulo se explicarn los conceptos bsicos de la comunicacin de un

sistema SCADA con todo su entorno, para ello se estudiarn los siguientes temas:

Adquisicin de Datos para ordenadores, y en especial como funcionan las tarjetas de adquisicin de datos.

Redes LAN y el protocolo TCP/IP, aplicaciones servidor/cliente.

1. TARJETAS DE ADQUISICIN DE DATOS

Otra forma de medir las seales y transferir los datos al ordenador es usando

Tarjetas de Adquisicin de Datos, llamadas comercialmente tarjetas DAQ. Estas tarjetas

poseen Convertidores Analgico/Digitales (ADC) y Convertidores Digital/Analgicos

(DAC) que permiten la entrada/salida de seales analgicas y digitales. Como se

muestra en la Figura 1.1-III.

Figura 1.1-III Adquisicin de Datos mediante Tarjetas ADQ-

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView Comunicacin Aplicacin SCADA con el entorno - 21 -

1.1 Sampling (Muestreo) Los datos son capturados mediante un ADC usando un proceso de muestreo.

Muestrear una seal analgica requiere la toma de muestras de dicha seal en tiempos

determinados, tiempos discretos. La frecuencia en que la seal es muestreada es

conocida como Frecuencia de Muestreo. El proceso de muestreo genera valores de la

seal a intervalos de tiempo conocidos, como se muestra en la figura 1.1.1-III.

Figura 1.1.1-III Proceso de Muestreo- La frecuencia de Muestreo determina la calidad de la seal analgica que se

convierte. Cuanto ms alta sea la Frecuencia de muestreo mejor ser la conversin de la

seal analgica, tendr mayor parecido con la seal real. La frecuencia mnima de

muestreo requerida para representar la seal adecuadamente debe ser como mnimo dos

veces la frecuencia mxima de la seal analgica que se desea convertir (Principio de

Nyquist). En la siguiente figura 1.1.2-III. se muestra un ejemplo de cmo se ve alterada

la seal convertida en funcin de la Frecuencia de Muestreo. Puede observarse tambin

que si la seal es muestreada a una Frecuencia de Muestreo menor que dos veces la

frecuencia mxima de la seal, se produce el efecto de Aliasing.

Figura 1.1.2-III. Sampling y aliasing debido a una baja Frecuencia de muestreo


1.2 Convertidores Analgico/Digitales (ADC ) Una vez la seal ha sido muestreada, sus muestras necesitan ser convertidas a

cdigo digital. Este proceso se llama conversin Analgico/Digital. En la

Figura 1.2.1-III. se muestra un ejemplo de conversin:

Figura 1.2.1-III. Conversin Analgico/Digital.

La mayora de tarjetas tambin poseen un multiplexor que acta como un switch

para los diferentes canales del ADC. Esto hace posible capturar diferentes seales

analgicas en paralelo, el inconveniente es que la Frecuencia de Muestreo debe ser

dividida por el nmero de canales en paralelo que posee la tarjeta.

1.2.1 Resolucin del ADC

La precisin de la seal analgica de entrada convertida en formato digital

depende del nmero de bits que el ADC usa. La resolucin de la seal convertida esta

en funcin del nmero de bits que el ADC usa para representar el dato digital. El rango

de voltaje entre voltaje mximo y voltaje mnimo con el que la seal real puede ser

representada analgicamente se subdivide en funcin del numero de bits de resolucin

digital. Por ejemplo un ADC de 8 bits puede dar hasta 256 niveles de representacin

digital (2^8 = 256). Esto quiere decir que el rango de voltaje de la seal real se dividir

en 256 niveles, en el que cada uno de ellos tomar un valor digital determinado.


Dependiendo de la precisin del ADC, puede ocurrir que los cambios ms

pequeos de voltaje de la seal analgica no puedan ser representados digitalmente. Por

ello la resolucin es una caracterstica muy importante en las tarjetas ADQ.

La figura 1.2.1.1-III muestra la resolucin para un ADC de 3 bits:

Figura 1.2.1.1-III ADC de 3 Bits.

1.2.2 ADC No lineales Idealmente si el voltaje aplicado a la entrada de un ADC se incrementa

linealmente, se espera que el resultado al convertir la seal a informacin digital

tambin se incremente linealmente como se muestra en la Figura 1.2.2.1-III.:

Figura 1.2.2.1-III Caractersticas de transferencia de un ADC ideal.


No siempre ocurre de esta manera. Slo las tarjetas DAQ perfectas son as, estas

tarjetas, aunque existen, tienen un elevado costo, y normalmente se encuentran en el

mercado tarjetas que tienen una pequea variacin lineal, como se muestra en la

Figura 1.2.2.2-III.

Figura 1.2.2.2-III Caractersticas de transferencia de un ADC no ideal.

1.2.3 ADC Settling Time (Tiempo de fijacin de la seal). En una tarjeta tpica, la seal analgica primero es seleccionada por un

multiplexor, y luego amplificada antes de ser convertida por el ADC. El amplificador

usado entre el multiplexor y el ADC debe ser capaz tambin de rastrear, retener y fijar

la seal que se desea convertir, si no el ADC convertir una seal que an est en

transicin. Un tiempo de fijacin errneo puede llegar a ser un gran problema. Para

determinar un Tiempo de Fijacin correcto debe tenerse en cuenta la Frecuencia de

muestreo y la ganancia de la tarjeta DAQ.

1.3 Transferencia de Datos al Ordenador

Normalmente, las tarjetas DAQ se instalan en los buses de alta velocidad del PC

como los buses PCI. En funcin de la velocidad de la placa base del PC, la velocidad de

transferencia de datos mxima entre componentes de dicha placa base suele estar entre

el microprocesador y la memoria con valores que van desde los 20Mhz hasta los

40Mhz. Para mejorar la transferencia de datos, se implementa el Bus Mastering, que


permite a las tarjetas DAQ transferir datos directamente a la memoria, y con ello se

logra acelerar el proceso de adquisicin de datos. Ver los ejemplos siguientes de tarjetas

sin y con Bus Mastering implementado.

Figura 1.3.1-III Transferencia de datos sin Bus Mastering (convencional)

Figura 1.3.1-III Transferencia de datos con Bus Mastering Como se puede observar en la Figura 1.3.1-III el microprocesador est

participando en la transferencia de datos, empleando en ello un tiempo en que podra

estar haciendo otras tareas. Por otro lado se observa que en la Figura 1.3.2-III la

transferencia de datos es directa a la memoria, con lo cual el microprocesador est libre

para ser utilizado por otras tareas, esto se logra mediante la tecnologa Bus Mastering. Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView Comunicacin Aplicacin SCADA con el entorno - 26 -

1.4 Convertidores Digital/Analgicos (DAC)

Las tarjetas multifuncin tambin tienen integrado, normalmente, un convertidor

Digital/Analgico (DAC). Un DAC puede generar una seal analgica en funcin de un

dato digital.

Esto permite a las tarjetas de este tipo generar una seal analgica de salida, con

voltajes en corriente continua (DC) o corriente alterna (AC). Al igual que el ADC, los

DAC se encuentran limitados por el nmero de muestras que pueden procesar y el

nmero de bits que usan para convertir el dato digital en seal analgica.

Figura 1.4.1-III Generacin de una onda sinusoidal con resolucin de 3 bits. La Figura 1.4.1-III muestra cmo una onda sinusoidal es convertida por un DAC

de 3 bits.

Es tambin importante en un DAC un tiempo de fijado (Settling Time) pequeo,

ya que as podr generar seales de frecuencia alta, debido a que el tiempo usado en

fijar la seal de salida para un nuevo nivel de voltaje ser bajo.


1.5 Esquema tpico de una Tarjeta de Adquisicin de Datos

En la siguiente Figura 1.5.1-III se puede observar todos los componentes ms

importantes de una tarjeta de Adquisicin de Datos.

Figura 1.5.1-III Tarjeta real de Adquisicin de Datos-



1.6 Tarjeta PCL-812PG La tarjeta PCL-812PG es la tarjeta que se ha usado en el proyecto para la

adquisicin de datos y control de seales para la monitorizacin y control del

Laboratorio de Automtica. Es una tarjeta para PC/XT/AT y compatibles. Es de alta

velocidad y rendimiento, adems de ser multifuncin.

1.6.1 Caractersticas Tcnicas

Las caracterstica tcnicas de la tarjeta son las siguientes:

16 canales de entradas analgicas (single-ended). Un convertidor standard industrial de 12-bit convirtiendo las seales de

entradas analgicas por aproximaciones sucesivas. La mxima frecuencia de

muestreo es de 30Mhz en Modo DMA.

Rangos de entradas analgicas programables por software. Bipolar : 5V, 2.5V, 12.5V, 0.625V, 0.3125V.

Tres entradas analgicas con los siguientes modos Trigger: - Software Trigger.

- Trigger de Nivel (programable).

- Trigger de Pulso (programable).

Posibilidad de transferencia de datos A/D convertidos por interrupcin o DMA.

Un Temporizador/Contador INTEL 8253-5. Dos canales de salida D/A con resolucin de 12 bits. Con rango de salida de

0 a +5V o 0 a +10V.

16 entradas digitales compatibles TTL/DTL. 16 salidas digitales compatibles TTL/DTL.


1.6.2 Especificaciones del Producto.

Las especificaciones del producto son las siguientes:

Entradas Analgicas (A/D Convertidor) - Canales : 16 single-ended

- Resolucin : 12 bits

- Rango de entrada : Bipolar : 5V, 2.5V, 12.5V, 0.625V, 0.3125V. - Sobre Voltaje: Continuo 30V max. - Convertidor : HADC574Z.

- Velocidad de Conversin : 30 Mhz. max.

- Precisin : 0.015 % leyendo 1 bit - Lineal en : 1 bit - Modos en Trigger : por software, por placa o externo.

- Transferencia de datos : Control por programa, por

interrupcin o DMA.

Salidas Analgicas (D/A Convertidor) - Canales : 2 canales

- Resolucin : 12 bits

- Rango de salida : 0 a +5V o 0 a +10V.

- Dispositivos Analgicos : AD7541AKN o equivalentes.

- Lineal en : bit - Settling Time : 30 microsegundos.

Entradas Digitales - Canal : 16 bits

- Nivel : TTL compatible

- Voltaje de entrada : Bajo 0.8V max. Alto 2.0V min.


Salidas Digitales - Canal : 16 bits.

- Nivel : TTL compatible.

- Voltaje de salida: Bajo 8mA a 0.5V max.

Alto 0.05mA a 2.7V max.

Temporizador/Contador programable - Dispositivo : INTEL 8253

- Contadores : 3 canales de 16 bits.

- Entrada, puerta : TTL/DTL/CMOS

- Base de Tiempo : 2MHz.

Canal de Interrupcin - Nivel : IRQ 2 a 7, seleccionable por jumpers en placa.

- Permitido : Va S0, S1 y S2 del registro de CONTROL.

Canal DMA - Nivel : 1 o 3, seleccionable por jumpers en placa

- Permitido : Va S0, S1 y S2 del registro de CONTROL.


2. REDES LAN Y PROTOCOLO TCP/IP

Existen diferentes medios para que los datos puedan ser intercambiados entre los

instrumentos de campo y el ordenador. Muchos de los instrumentos poseen un puerto

serie, mediante el cual la informacin es enviada al ordenador o a otros instrumentos. El

uso de GPIB (Buses de Intercambio de Propsito General) permiten transferir datos a

travs de puertos paralelos, puertos series y redes de instrumentos o ordenadores.

2.1 Conceptos bsicos de Redes y protocolo TCP/IP

Una de las principales evoluciones de la informtica ha sido el paso del modo

centralizado al modo distribuido o repartido. Uno de los efectos de los progresos

realizados en el plano de los componentes fsicos est, en muchos casos, en el abandono

de la mquina central encargada de la ejecucin de las diferentes tareas en beneficio de

varias mquinas. En dicho entorno, rpidamente se hace sentir la necesidad de

intercambio de informacin entre diferentes mquinas. Puede tratarse de intercambio de

datos entre programas o de archivos o informaciones entre usuarios. El concepto de red

corresponde a esta interconexin entre diferentes mquinas.

Las funcionalidades de las redes estn en constante evolucin y se pueden

caracterizar por el paso del modo repartido al modo distribuido. En el primero, los

recursos necesarios para una actividad deben localizarse explcitamente. Por tanto, un

usuario tiene que tener una cierta idea de la topografa de la red. Con el concepto de

distribucin, los diferentes recursos de un mismo tipo constituyen un recurso

virtualmente nico. Por ejemplo, los discos de las diferentes unidades constituyen un

disco virtual nico al cual pueden acceder los diferentes sistemas de una manera

totalmente transparente.

Un primer criterio de clasificacin de redes es el alejamiento de sus diferentes

componentes. En el caso de una red local, la distancia que separa los huspedes no

excede de varios kilmetros permitiendo una interconexin fsica que se realiza


mediante diferentes soportes. En una red a larga distancia para la unin entre dos

huspedes puede utilizarse como soporte la lnea telefnica o satlites.

La multiplicacin de redes locales que ofrecen servicios a un grupo restringido

de usuarios, ha mostrado rpidamente sus lmites y se ha dejado sentir la necesidad de

superar el cuadro local de sus intercambios. El satisfacer estas necesidades ha chocado

con la heterogeneidad de las redes. Por iniciativa del DARPA (Desfense Advanced

Research Project Agency), se han realizado investigaciones para obtener una red lgica

que, a priori, permita la interconexin de todas las redes, cualquiera que sea la

tecnologa. Estas investigaciones convergen en la definicin de una serie de protocolos

a los que generalmente se hace referencia nombrando los dos protocolos principales, es

decir TPC/IP.

Los interfaces IP aseguran la gestin de los protocolos especficos a cada tipo de

red fsica. Uno de los papeles que les incumbe es la fragmentacin de los mensajes que

se van a emitir: se trata de dividir los mensajes para enviarlos mediante un trama fsica.

El protocolo IP se utiliza para el intercambio de paquetes de informacin en modo no

conectado: por tanto no garantiza la llegada correcta de los mensajes. Esta funcionalidad

se introducir mediante el protocolo TCP. TCP es un protocolo orientado a conexin,

que ofrece un servicio seguro de transporte de informacin (octetos), los octetos que se

emiten desde un lado de la conexin se liberan en el mismo orden al otro lado de la

conexin. Este grupo de octetos no tiene ninguna estructura. La conexin se realiza en

modo duplex: por tanto, soporta una comunicacin simultnea en los dos sentidos.

El modelo de servidor/cliente es el modo de interaccin ms corriente entre

aplicaciones en una red. Un servidor es un programa que ofrece un servicio en la red, es

decir, que realiza una funcin especfica. En ciertas circunstancias, este trmino

designar a una mquina. Este ser el caso si dicha mquina est dedicada a un servicio

particular (por ejemplo, servidor de datos adquiridos). Un cliente es un programa que

dirige a un servidor una peticin especfica que corresponde a una demanda de servicio.

De este modo, en el caso de aplicaciones que se comuniquen utilizando estos

protocolos, se enviar una peticin de un cliente a un servidor por mediacin de un

paquete que contiene, en particular, un nmero de puerto que corresponde al servicio y

el nmero del puerto donde el cliente espera la respuesta.

2.2 Adquisicin de Datos Locales y Comunicacin Remota.

Muchos de los sistemas SCADA empleados necesitan comunicarse va red,

puertos GPIB, telefnica o satlite. Mientras existen unos ordenadores que estn

capturando datos en campo, normalmente llamados Estaciones Remotas, hay otros que

se encargan de recoger la informacin y gestionarla, Centros de Control.

En este proyecto se ha realizado una similitud con los sistemas SCADA de gran

tamao o que gestionan una gran informacin en cuanto a que existe un ordenador

PC-PENTIUM que esta capturando los datos del Laboratorio de Automtica y otros

ordenadores que pueden encontrarse en cualquier punto de la red de la U.A.B. que estn

recibiendo la informacin que el ordenador del Laboratorio est capturando. Esto se ha

realizado gracias a la red de la U.A.B el protocolo TCPI/IP y la implementacin de un

sistema cliente/servidor para LabVIEW. Este cliente/servidor de TCP/IP ha sido

diseado a partir de unos ejemplos demostrativos del funcionamiento de LabVIEW con

TCP/IP, mejorado y adaptado para este proyecto. Ver la siguiente Figura 2.2.1-III. en la

que queda representada dicha comunicacin.

Figura 2.2.1-III Comunicacin utilizada por el SCADA.



De esta manera se consigue que los datos que se estn capturando en el

ordenador del Laboratorio de Automtica, pueden ser vistos por ejemplo desde el

campus de Bellaterra o desde la Facultad de Informtica E.U.I.S. Permitir un apoyo y

supervisin constante por parte del personal encargado del Laboratorio de Automtica,

que puede encontrarse en Bellaterra o en cualquier punto de la red de la U.A.B.

Al igual que en muchos grandes sistemas SCADA el control de los sistemas que

se supervisan, o el envo de rdenes a esos sistemas a travs de la red no se ha

implementado ya que los sistemas que se supervisan son crticos, y podran provocar

consecuencias graves al no estar presentes en el Laboratorio.

Todos los ordenadores del Aplicativo tienen las mismas ventanas de supervisin.

Lo que diferencia el servidor de los clientes, es que el primero tiene que ejecutar una

ventana que ser el servidor de datos para TCP/IP.

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView Aplicativo para el Laboratorio de Automtica - 36 -

CAPTULO IV: APLICATIVO PARA EL

LABORATORIO DE AUTOMTICA

Este captulo se centrar en el Aplicativo para el Laboratorio de Automtica que

se ha creado como resultado del estudio de los sistemas SCADA y su entorno. Se

describen los sistemas a supervisar, as como los objetivos, la descripcin funcional,

estructura y manejo del aplicativo.

1. DESCRIPCIN DE LOS SISTEMAS.

El aplicativo supervisa dos sistemas que se encuentran en el Laboratorio de

Automtica que se describen a continuacin:

Sistema Servomotor, en el Laboratorio de Automtica hay un motor de corriente continua. Una fuente de alimentacin proporciona la corriente

necesaria para el funcionamiento de todos los elementos del sistema. El

motor se alimenta con una seal que procede de un amplificador, el cual

tiene la misin de multiplicar la seal de entrada por una ganancia elevada,

para que a la salida se tenga la energa suficiente para hacer girar el motor. El

motor est conectado a un dial de salida, que indica la posicin (ngulo) en

grados. Adems, un tacmetro, incorporado al motor, genera una seal en

Voltios proporcional a la velocidad de giro. La constante que determina la

conversin de grados a voltaje se obtiene experimentalmente. De igual

manera, el dial de salida da una seal elctrica proporcional al ngulo, el

valor de la constante que se encarga de hacer esta conversin tambin se

obtendr empricamente.

Un bloque preamplificador recibe dos seales en la entrada, que se suman, el

resultado se multiplica por una cierta constante (de amplificacin). La seal

elctrica resultante est conectada a la entrada del servoamplificador. Las

entradas al preamplificador (en el montaje de lazo abierto que se encuentra


implementado) son, por una parte, la seal del tacmetro, que se multiplica

por una ganancia de mediante un atenuador (realimentacin tacomtrica) y

la seal de salida de un bloque PID. El bloque PID entra la seal de error,

que es la diferencia entre la seal de referencia y la seal de salida (dial de

salida). La seal de entrada al sistema es proporcionado por otro dial (de

entrada), similar al de salida, el cual genera una seal elctrica proporcional

al ngulo, con el mismo factor de conversin que el de salida. Las seales

procedentes de los dos diales se restan mediante un bloque amplificador

operacional, la salida del cual se enva al PID.

Las seales que son supervisadas por el aplicativo son la Posicin de Salida

y la Velocidad, la seal que es controlada o a la que se le puede enviar una

orden es la Posicin de Entrada.

Sistema Depsitos, en este tipo de sistemas se suelen encontrar depsitos conectados entre s mediante tuberas y vlvulas. El estudio de este sistema

se realizar para un depsito o dos depsitos conectados por una tubera y

una vlvula. Adicionalmente se ha incorporado un modelo, que calcula la

apertura de la vlvula del tanque para que el caudal de entrada y el de salida

sean iguales en funcin de un nivel de referencia. Esta simulacin permitir

al alumno realizar pruebas tericas y observar las diferentes reacciones del

sistema.

Las seales que son supervisadas por el aplicativo son los niveles de agua en

los dos tanques, y las seales que se controlan o a las que se les pueden

enviar rdenes son las potencias en que las dos bombas de agua actan,

obteniendo ms o menos caudal de entrada.


2. OBJETIVOS DEL APLICATIVO

Los objetivos del aplicativo son los siguientes:

Adquisicin de datos por ordenador a travs de la tarjeta de adquisicin de datos PCL812-PG.

Aplicativo totalmente configurable.

Monitorizacin y control de la adquisicin de datos mediante LabVIEW.

Presentacin y descripcin del sistema Servomotor.

Simulacin de un modelo para el sistema de Depsitos.

Supervisin, monitorizacin y control del Sistema Servomotor del Laboratorio de Automtica de la E.U.I.S.

Supervisin, monitorizacin y control del Sistema de Depsitos del Laboratorio de Automtica de la E.U.I.S.

Telecomunicacin a travs de la red de la U.A.B y protocolo TCPI/IP, para poder presentar los datos adquiridos en cualquier punto de dicha red.

Herramienta til y de manejo sencillo para aquellos alumnos que cursan asignaturas dentro del campo de Control y Automatica.

Se dejar preparado el aplicativo para actualizaciones posteriores.


3. DESCRIPCIN FUNCIONAL

Por tanto el aplicativo en funcin de los objetivos que se han marcado en el

apartado anterior, deber realizar las siguientes funciones:

Adquisicin de datos en tiempo real mediante una tarjeta de adquisicin de datos para ordenadores PC/XT/AT o compatibles. La adquisicin de datos debe estar

controlada desde LabVIEW, pudindose configurar los canales de entradas y

salidas de las seales a adquirir o controlar. Exigir que los datos presentados en el

aplicativo y su correspondiente valor real sea el mismo, no exista diferencia alguna.

Aplicativo totalmente configurable. Se parametrize a travs de una ventana de configuracin todas las variables necesarias para el correcto funcionamiento del

aplicativo, esto implica la configuracin de los canales de salida y entrada de las

seales, y las direcciones y puertos TCP/IP. Esta ventana deber ser ejecutada por el

usuario al iniciar el aplicativo para que el sistema SCADA quede totalmente

configurado.

Se monitorizarn y controlarn las siguientes seales de los sistemas: Sistema de Servomotor : Monitorizar la seal de Posicin de Salida y la seal de

velocidad del motor. Se controlar la seal de Posicin de Entrada del motor y el

error de ajuste del PID (de momento queda configurado y representado pero no se

utiliza).

Sistema de Depsitos : Monitorizar las seales de nivel de agua en los tanques, para

el Tanque 1 y el Tanque 2. Se controlar las dos seales de potencia de las Bombas

de Agua que repercuten en el caudal de entrada para el Tanque 1 y el Tanque 2.

Creacin de una pantalla para el Sistema de Depsitos, que permitir al usuario realizar el siguiente clculo: en funcin de un nivel de referencia, se calcular la

abertura de la vlvula para que el caudal de salida y el caudal de entrada sea el

mismo, ecuacin diferencial que nos representar un transitorio y su posterior valor

estable. Para el Sistema Servomotor se crear una ventana donde se encuentra un


grfico detallado de los elementos y conexiones que configuran dicho sistema, esta

herramienta ser de gran utilidad para que el alumno pueda identificar cada

elemento del sistema, adems se incorporar una descripcin del sistema y de cada

uno de sus elementos.

Creacin de dos ventanas para el Sistema de Servomotor donde se visualizarn grficamente los valores reales del sistema mediante elementos grficos que tienen

parecido con el modelo real, campos con los valores exactos de las seales y

grficas de evolucin donde se podr observar la tendencia del sistema. En una de

las dos ventanas, la ventana de control, adems se incorporar elementos grficos y

campos con el valor exacto de la seales a controlar, permitiendo al usuario que

pueda cambiar los valores de dichos controles. En estas ventanas adems se podr

configurar el tiempo de muestreo.

Creacin de dos ventanas para el Sistema de Depsitos donde se visualizarn grficamente los valores reales del sistema mediante elementos grficos que tienen

parecido con el modelo real, campos con los valores exactos de las seales grficas

de evolucin donde se podr observar la tendencia del sistema. En una de las dos

ventanas, la ventana de control, adems se incorporar elementos grficos y campos

con el valor exacto de la seales a controlar, permitiendo al usuario que pueda

cambiar los valores de dichos controles. En estas ventanas adems se podr

configurar el tiempo de muestreo.

Telecomunicacin a travs de la red de la U.A.B y protocolo TCPI/IP, para poder presentar los datos adquiridos en cualquier punto de dicha red. Esto implica crear

una ventana que ser el servidor remoto. Esta ventana deber ejecutarse en el

ordenador donde se estn adquiriendo los datos, para que otros ordenadores

conectados a la red pueden visualizar dichos datos. Esto no implica tener un

ordenador solo como servidor de red para TCP/IP, sino que este ordenador a la vez

podr presentar los datos localmente. Tambin implica crear dos ventanas, una para

cada sistema, que sern los clientes remotos, donde se visualizarn los datos a travs

de la red. En estas dos ventanas no se permitirn ni configurar el tiempo de

muestreo, ya que podra provocar sobrecarga en la red, ni tampoco el control de las


seales de salida, ya que son crticas y podran provocar actuaciones no deseadas

sobre los sistemas al no estar presentes en el Laboratorio. Por ello en estas ventanas

slo se presentarn datos del estado actual del sistema.

El manejo del servidor/cliente de TCP/IP es sencillo en cuanto a requisitos

necesarios para el intercambio de informacin. El cliente deber especificar al

servidor que datos quiere - esto lo har mediante el nombre de las variables- y de

que VI - mediante el nombre del VI -, con esta simple operacin, el servidor es

capaz de enviar los datos que se han solicitado al cliente correspondiente. No es

necesario hacer nada ms.

Herramienta til y de manejo sencillo para aquellos alumnos que cursan asignaturas dentro del campo de Control y Automtica. El aplicativo ser totalmente grfico e

intuitivo, para que el alumno no se preste a malas interpretaciones y caiga en

posibles errores.

El aplicativo queda totalmente abierto para posteriores actualizaciones, de manera que podrn generarse nuevas ventanas, o modificar las ventanas existentes,

incorporar dichas ventanas al men o incluso incorporar nuevas seales.

4. ESTRUCTURA DEL APLICATIVO

Existen dos mdulos de adquisicin y control de datos, uno para cada sistema

que estn continuamente capturando y/o dando rdenes al sistema. Una ventana de

configuracin, que debe ejecutarse al iniciar el aplicativo para que el SCADA quede

totalmente configurado. Una ventana que es el servidor remoto, que deber ejecutarse

cuando se quiera intercambiar informacin a travs de la red. Y por ltimo un men

donde se presentan todas las opciones del aplicativo. Esta estructura se ve reflejada en la

siguiente Figura 4.1-IV.

Figura 4.1-IV Estructura del aplicativo

La figura 4.1-IV se interpreta de la siguiente manera: al iniciar el aplicativo lo

primero que se hace es configurar todos los parmetros del mismo, se ve reflejado en la

tarea Configura Aplicativo. A partir de aqu el aplicativo queda preparado para la



adquisicin de datos y transferencia de informacin va red LAN. El aplicativo entra en

un bucle de adquisicin y control de datos para los dos sistemas supervisados, se

muestra mediante la flecha curvada que se encuentra en los procesos de

Adquisicin/control de datos de ambos sistemas. Mientras se est haciendo la

adquisicin/control de datos el aplicativo puede ejecutar el servidor TCP/IP si hay la

necesidad de transferir informacin por la red LAN, esto se refleja con la tarea

Servidor Remoto. Por ltimo, al mismo tiempo, el aplicativo muestra un men Men

Principal , donde se encuentran todas las opciones de monitorizacin, control y cliente

TCP/IP de los sistemas que se supervisan. Adems en este men principal, aunque no se

muestra en la figura, tambin hay las opciones de Simulacin para el sistema de

Depsitos y descripcin del sistema para el sistema Servomotor.

5. EL APLICATIVO El aplicativo para el Laboratorio de Automtica es un conjunto de elementos

diseados especficamente para la adquisicin y supervisin de datos de los sistemas de

Depsitos y Servomotor que se encuentran en dicho Laboratorio. Estos elementos son:

un programa software, realizado con LabVIEW que acta como SCADA, y una tarjeta

de Adquisicin de Datos para PC/XT/AT o compatibles, la tarjeta PCL812-PG de PC-

LabCard.

5.1 Men Principal

En el men principal estn todas las opciones posibles del aplicativo, desde

configurarlo hasta ejecutar un cliente remoto. Es totalmente intuitivo, est construido

mediante botones, los cuales llaman a la ventana correspondiente.

Figura 5.1.1-IV Men Principal

Las ventanas del aplicativo deben llamarse siempre desde este men principal, si se

intenta ejecutar una ventana (un VI) directamente, dar un error al cerrarse, ya que la


ventana no se habr llamado desde el men principal. La diferencia radica en que

cuando se llama una ventana desde el men principal, primero se carga en memoria y

posteriormente se ejecuta, de esta manera se logra que al estar la ventana o el VI en

memoria su ejecucin es ms rpida. Si se ejecuta directamente lo que ocurre es que

simplemente no se carga en memoria. Posteriormente al cerrar la ventana se descarga de

memoria, por lo tanto si no est cargada dar el error de que no se encuentra dicha

ventana.

5.2 Configuracin del Aplicativo

En esta ventana se configura el aplicativo. Los posibles parmetros

configurables son los canales de E/S para la adquisicin de datos, el puerto de conexin

para el Servidor Remoto en el caso que dicha mquina se utilice como tal, y las

direcciones IP y puertos de las mquinas servidores para que las mquinas cliente

puedan comunicarse va red con protocolo TCP/IP. Esta ventana debe ejecutarse al

iniciar el SCADA para que ste quede totalmente configurado.

Figura 5.2.1-IV Inicia y configura el aplicativo


5.3 Simulacin del Sistema de Depsitos En esta ventana se simula el siguiente modelo para un tanque: se calcula la

apertura de la vlvula del tanque para que el caudal de entrada y el de salida sea el

mismo en funcin de un nivel de referencia (ecuacin diferencial). El alumno podr

observar como el sistema entra en un transitorio para posteriormente estabilizarse

cuando se varia el nivel de referencia o el caudal de entrada. Esta ventana muestra las

grficas siguientes adems de todos los valores de las variables que participan en el

clculo: grfica de caudal de entrada/caudal de salida, grfica de altura del

depsito/nivel de referencia y grfica de apertura de la vlvula.

Figura 5.3.1-IV Simulacin del modelo para un tanque en el sistema de depsitos.


5.4 Descripcin del Sistema Servomotor En esta ventana se muestra el grfico correspondiente al sistema servomotor, se

muestran todos sus elementos y las conexiones de estos elementos. La implementacin

de esta ventana se ha realizado para que el alumno pueda identificar rpidamente cuales

son los elementos del sistema y tenga una descripcin de dichos elementos y del sistema

en general.

Figura 5.4.1-IV Esquema del sistema servomotor.


5.5 Monitorizacin de seales

Hay dos ventanas dedicadas a la monitorizacin de las seales, una para cada

sistema. En estas ventanas se podr observar los valores de las seales mediante campos

de valor, elementos grficos que se asemejan a los del instrumento real de medicin y

grficas que nos mostrarn la evolucin del sistema. En estas ventanas se podr

modificar el tiempo de muestreo de las seales.

Figura 5.5.1-IV Ventana de monitorizacin del sistema de depsitos.


5.6 Control de seales Hay dos ventanas dedicadas al control de las seales, una para cada sistema. En

estas ventanas se podr observar los valores de las seales mediante campos de valor,

elementos grficos que se asemejan a los del instrumento real de medicin y grficas

que nos mostrarn la evolucin del sistema. Adems existen elementos grficos y

campos de valor modificables para que el usuario pueda enviar el control o la orden que

desee al sistema. En estas ventanas se podr modificar el tiempo de muestreo de las

seales.

Figura 5.6.1-IV Ventana de visualizacin y control manual para el sistema de depsitos


Figura 5.6.2-IV Ventana de visualizacin y control manual para el sistema servomotor

Se puede observar en las dos figuras anteriores que los controles manuales para

el sistema de depsitos son objetos grficos (tipo Gauge), y en cambio para el sistema

servomotor los controles son campos donde se pondr el valor deseado. Esto es as

debido a que el sistema servomotor es un sistema donde la precisin del dato a

actualizar debe ser la mxima posible. Cuando se manejan objetos grficos (tipo Gauge)

el valor no se puede precisar al mximo.


5.7 Servidor/Cliente TCP/IP

La ventana del Servidor TCP/IP muestra el puerto por el cual se comunica con

los clientes, el nmero de conexiones de clientes que se encuentran actualmente

conectados (dos para cada cliente, lectura y escritura), el estado actual del servidor y

una informacin adicional donde se muestra el VI y las seales de ste que se estn

transfiriendo. Esta ltima informacin ha sido utilizada sobretodo en tiempo de

desarrollo del Servidor, pero en tiempo de ejecucin esta informacin no es muy til, ya

que es imposible ver cuando se estn transmitiendo datos debido a su velocidad, de

todas maneras queda disponible en la ventana para que el usuario pueda ver en que

consiste el servidor TCP/IP.

Figura 5.7.1-IV Servidor Remoto


Hay dos ventanas de Cliente Remoto, una para cada sistema. Estas ventanas son

exactamente iguales a las ventanas de Monitorizacin, salvo que no se puede cambiar el

tiempo de muestreo, ya que podra provocar sobrecarga en la red. Tampoco se pueden

controlar los sistemas remotamente, debido a que las seales son crticas, y podra ser

peligroso para el sistema enviar un control o orden sin estar presente en el Laboratorio.

En estas ventanas, adems, se puede observar la direccin IP y el puerto de la

mquina donde se encuentra el Servidor.

Figura 5.7.2-IV Cliente TCP/IP del sistema servomotor.



5.6 Requisitos del Sistema, Instalacin y Ejecucin Requisitos Software : para utilizar el aplicativo se necesita ejecutar Windows 95 o

superior (Windows 98 o Windows NT segn especificaciones de LabView) y

LabView ver 4.1 o superior.

Requisitos Hardware: PC/AT o PENTIUM. Una vez instalado LabView se requieren 10Mb de espacio libre en disco duro para el aplicativo.

Para instalar el aplicativo se deben realizar los siguientes pasos:

- Abrir una sesin de Windows 95 o superior

- Insertar el disquete de instalacin en la disquetera

- Ejecutar el programa setup.exe. Es posible que dicho

programa muestre un mensaje de aviso o error al iniciarlo,

esto es debido a que el instalador usa una DLL de versin

muy reciente. Pulsar continuar y el Aplicativo se instalar de

todas manera.

Para ejecutar el programa, pulsar el icono con el nombre Aplicativo que se ha creado

en el grupo Aplicativo Laboratorio Automtica.

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView Conclusiones - 54 -

CAPTULO V: CONCLUSIONES

1. PRUEBAS REALIZADAS

Las pruebas realizadas han sido las siguientes, dando todas ellas un correcto

funcionamiento:

Adquisicin de datos por ordenador a travs de la tarjeta de adquisicin de datos PCL812-PG.

Monitorizacin y control de la adquisicin de datos mediante LabVIEW.

Simulacin del modelo para el sistema de Depsitos.

Configuracin del SCADA.

Supervisin, monitorizacin y control del Sistema Servomotor del Laboratorio de Automtica de la E.U.I.S.

Supervisin, monitorizacin y control del Sistema de Depsitos del Laboratorio de Automtica de la E.U.I.S.

Telecomunicacin a travs de la red de la U.A.B y protocolo TCPI/IP.

Telecontrol a travs de la red de la U.A.B y protocolo TCPI/IP. Aunque no se ha dejado implementado por los motivos anteriormente citados.

Se han probado todas las opciones posibles a partir de la descripcin funcional.

Todas ellas han resultado satisfactorias.


2. DIFICULTADES INICIALES

Los problemas encontrados han sido pocos pero de gran envergadura, son los

siguientes:

Desconocimiento de las caractersticas y funcionamiento de la tarjeta de adquisicin de datos PCL812-PG. Problema resuelto a travs del estudio del

mismo, mediante el manual del producto y pruebas empricas.

Desconocimiento de las posibilidades y programacin de LabView. Problema resuelto a travs del estudio del mismo, mediante los manuales del

producto y los ejemplos que incorpora el producto.

Desconocimiento del funcionamiento de los sistemas. Problema resuelto mediante la explicacin del Director de Proyecto.

Desconocimiento de LabView en cuanto a sus posibilidades en el trato de trasferencia de datos va TCP/IP.

3. CONCLUSIONES

Las conclusiones a las que se ha llegado en este proyecto son las siguientes :

Se ha podido experimentar las ventajas de utilizar herramientas diseadas especialmente para la creacin de sistemas SCADA, en particular, la

herramienta LabView. Esta herramienta est diseada especficamente para

la creacin de estos sistemas, esto supone un gran ahorro en tiempo y trabajo

realizado. Es cierto que el aplicativo que se ha desarrollado tambin se

hubiera podido hacer con lenguajes de propsito general, de programacin

estructurada u Orientados a Objetos, pero si se intenta comparar este tipo de

lenguajes con las herramientas diseadas especficamente para este tipo de


aplicaciones se ve claramente que dichas herramientas ofrecen una facilidad

inmejorable para la creacin y manejo de sistemas de supervisin, en cuanto

a la disponibilidad de libreras/drives para la adquisicin de datos, la

creacin de interfaz con el usuario, gestin de datos en tiempo real, gestin

de datos histricos, conectividad va red, mdulos de simulacin y clculos.

Es obvio, pues, entender estas herramientas como un acercamiento fcil y

rpido a la supervisin de sistemas que pueden llegar a ser muy complicados.

Por otro lado, la herramienta LabView, permite construir mdulos en

lenguaje C, para aquellas aplicaciones que supervisan sistemas que

necesitan de soluciones realmente particulares.

Otra de las grandes ventajas encontradas en este proyecto ha sido la utilizacin de tarjetas de adquisicin de datos. Tarjetas especialmente

diseadas para la captura de datos analgicos y digitales. Es evidente

tambin que estos datos pueden ser capturados de muy diversas formas,

mediante simples convertidores Analgicos/Digitales y circuitera especial y

dedicada para la comunicacin con el ordenador, va puertos paralelo o serie

en el caso de seales digitales, DSPs o microcontroladores que incorporan

DACs, etc... Pero al comparar, se ve claramente que la captura de datos con

tarjetas de adquisicin de datos es muy simple y eficaz, puesto que para ello

han sido diseadas, logrando de esta forma una fcil interactividad entre el

ordenador y el sistema supervisado.

Una de las aportaciones ms importantes encontradas en el proyecto ha sido la capacidad que tiene LabView para el intercambio de informacin va red.

A partir de unos modelos y mediante las libreras propias de LabView se ha

desarrollado un cliente/servidor TCP/IP que ofrece un alto rendimiento, en

cuanto a versatilidad en el intercambio de informacin y funcionamiento

autctono a la aplicacin. No es necesario dedicar en uso exclusivo una

mquina para el funcionamiento del servidor TCP/IP y adems no influye en

las restantes tareas que el ordenador pueda estar realizando, de esta manera

el ordenador puede estar intercambiando informacin y monitorizando o

controlando el sistema al mismo tiempo.


Se han logrado de la mejor manera los objetivos propuestos en el proyecto y en el aplicativo. Inicialmente se tenan algunas dudas sobre las posibilidades

del sistema SCADA a desarrollar en general, las caractersticas de la tarjeta

PCL-812PG seran suficientes para garantizar los datos en tiempo real, sobre

todo en el sistema de servomotor?, LabView sera capaz de comunicarse de

forma eficiente va red, podra realizar los clculos del modelo del sistema

servomotor (ecuaciones diferenciales) y a su vez poder generar un entorno

grfico suficientemente intuitivo?, podra comunicarse va red, presentar y

controlar el sistema, y realizar clculos complejos, todo a la vez, sin que se

pierda informacin?. Los interrogantes a estas preguntas se han resulto de

forma efectiva, sin la necesidad de crear soluciones particulares a estos

problemas, usando las posibilidades de LabView y la tarjeta PCL-812PG ha

sido suficiente.

Por ltimo, queda uno de los grandes objetivos del proyecto, el intentar crear una herramienta til y de manejo sencillo e intuitivo para el alumno que

cursa asignaturas relacionadas en el campo de Automtica. Obviamente, mi

opinin en este punto no es muy objetiva, ya que como desarrollador del

aplicativo conozco en exactitud dicho aplicativo, y no tengo la necesidad de

que sea intuitivo, pero, por supuesto, creo que lo es en un 100%, ya que el

aplicativo utiliza un interfaz con elementos y objetos grficos semejantes al

instrumento real de los sistemas supervisados. En cuanto a su utilidad para el

alumno, aun siendo totalmente subjetivo y positivo, es evidente que s, ya

que con esta aplicacin el alumno podr: desde estudiar el modelo simulado

para el sistema de depsitos hasta monitorizar y controlar dos sistemas

diferentes, adems de poder ser guiado por el profesor del Laboratorio de

forma local o remota.


4. POSIBLES MEJORAS

Como se ha mencionado anteriormente el proyecto queda totalmente abierto

para nuevas actualizaciones, y, por ello se exponen las siguientes posibles mejoras:

Seguridad: implementar claves de accesos para envo de controles y opciones de men. Permitir slo a usuarios privilegiados que puedan hacer

segn qu operaciones. Clave de acceso para usuarios remotos. Mediante el

estudio que se ha realizado del producto LabView ver 5.0, una versin

superior a la utilizada en el aplicativo, este punto no sera difcil de realizar.

Historia: almacenar datos histricos de la evolucin de los sistemas. Este punto no se ha implementado ya que el inters del proyecto se centra en la

adquisicin de datos y monitorizacin en tiempo real.

DDE: gestin de la informacin que se ha adquirido a travs de paquetes de ofimtica.

Transportar el aplicativo a Internet. Mediante el estudio que se ha realizado del producto LabView ver 5.0, una versin superior a la utilizada en el

aplicativo, este punto no sera difcil de realizar.

Monitorizar y controlar un tercer sistema del Laboratorio que funciona con un PLC. Este punto no se ha podido realizar debido al desconocimiento de

las tramas del protocolo usado por el PLC.

Diseo de Aplicaciones SCADA con LabView Bibliografa - 59 -

BIBLIOGRAFA

NDICE BIBLIOGRFICO [1] USERS MANUAL PCL812-PG

PC-LabCard Products

[2] CONJUNTO DE MANUALES DE LABVIEW

NATIONAL INSTRUMENTS

[3] COMPUTER SYSTEMS FOR AUTOMATION AND CONTROL

Gustaff Olsson

Gianguido Piani

Ed. M. J. GRIMBLE

[4] AUTOMATAS PROGRAMABLES Josep Balcells

Jos Luis Romeral

SERIE MUNDO ELECTRONICO, MARCOMBO EDITORES.

[5] SISTEMAS OPERATIVOS: CONCEPTOS FUNDAMENTALES

James L. Peterson

Abraham Silberschatz

Ed. REVERT

[6] INTERNETWORKING with TCP/IP

Douglas E. Comer

PRENTICE HALL

CAPTULO I: INTRODUCCIN1. SISTEMAS SCADA1.1 Prestaciones.1.2 Requisitos.1.3 Mdulos de un SCADA.

2. CONCEPTOS ASOCIADOS A SISTEMAS SCADA 2.1 Tiempo real.2.2 Hardware en sistemas de supervisin: PLC y PC.2.3 Tarjetas de expansin.2.4 La estructura abierta.

3. APLICATIVO PARA EL LABORATORIO DE AUTOMTICA 3.1 Motivacin3.2 Software y Hardware utilizado3.3 Objetivos del proyecto

CAPTULO II: LABVIEW1. INTRODUCCIN2. FILOSOFA DE LABVIEW.3. EL PANEL FRONTAL Y EL DIAGRAMA DE BLOQUES

CAPTULO III: COMUNICACIN APLICACIN SCADA CON EL ENTORNO1. TARJETAS DE ADQUISICIN DE DATOS1.1 Sampling (Muestreo)1.2 Convertidores Analgico/Digitales (ADC )1.2.1 Resolucin del ADC1.2.2 ADC No lineales1.2.3 ADC Settling Time (Tiempo de fijacin de la seal).

1.3 Transferencia de Datos al Ordenador1.4 Convertidores Digital/Analgicos (DAC)1.5 Esquema tpico de una Tarjeta de Adquisicin de Datos1.6 Tarjeta PCL-812PG 1.6.1 Caractersticas Tcnicas1.6.2 Especificaciones del Producto.

2. REDES LAN Y PROTOCOLO TCP/IP2.1 Conceptos bsicos de Redes y protocolo TCP/IP 2.2 Adquisicin de Datos Locales y Comunicacin Remota.

CAPTULO IV: APLICATIVO PARA EL LABORATORIO DE AUTOMTICA 1. DESCRIPCIN DE LOS SISTEMAS.2. OBJETIVOS DEL APLICATIVO3. DESCRIPCIN FUNCIONAL4. ESTRUCTURA DEL APLICATIVO5. EL APLICATIVO5.1 Men Principal5.2 Configuracin del Aplicativo5.3 Simulacin del Sistema de Depsitos5.4 Descripcin del Sistema Servomotor5.5 Monitorizacin de seales5.6 Control de seales5.7 Servidor/Cliente TCP/IP 5.6 Requisitos del Sistema, Instalacin y Ejecucin

CAPTULO V: CONCLUSIONES1. PRUEBAS REALIZADAS2. DIFICULTADES INICIALES3. CONCLUSIONES4. POSIBLES MEJORAS

BIBLIOGRAFANDICE BIBLIOGRFICO

56591116 curso scada automatizacion labview

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