integraciÓn vertical hacia arriba del control de un
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INTEGRACIÓN VERTICAL HACIA ARRIBA DEL CONTROL DE UN PROCESO INDUSTRIAL CON LOS NIVELES DE UNA EMPRESA:
MODULO DE TANQUES ACOPLADOS
PAUL HANS KOBOLD FRANKY DANIEL SÁENZ AYALA
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico.
Asesor: Ing. Fernando Jiménez. Ph.D.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICA
BOGOTA D.C. 2004
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ÍNDICE RESUMEN .....................................................................................................................6 1 INTRODUCCIÓN..........................................................................................................7 2 DIAGRAMA DE BLOQUES ........................................................................................9 2.1 Sistema tanques ..............................................................................................................9 2.2 Acondicionamiento de señales .....................................................................................10 2.2.1 Circuito de acondicionamiento señal de sensores ........................................................10 2.2.2 Circuito de acondicionamiento señal hacia la bomba ..................................................11 2.2.3 Circuito de acondicionamiento señal electroválvulas ..................................................12 3 PRESENTACIÓN TECNOLOGÍAS ...........................................................................13 3.1 PLC...............................................................................................................................13 3.2 Step7 .............................................................................................................................14 3.2.1 Requisitos .....................................................................................................................14 3.2.2 Instalación.....................................................................................................................14 3.2.3 Inicio de STEP7............................................................................................................15 3.2.4 Programación................................................................................................................20 3.2.5 Cargar el Programa en el PLC......................................................................................24 3.3 WinCC..........................................................................................................................26 3.3.1 Requisitos .....................................................................................................................27 3.3.2 Instalación.....................................................................¡Error! Marcador no definido. 3.3.3 Desarrollo de proyecto..................................................................................................28 3.3.3.1 Inicio WinCC................................................................................................................28 3.3.3.2 Declaración de variables internas .................................................................................30 3.3.3.3 Declaración variables externas .....................................................................................31 3.3.3.4 Diseño visualización proceso .......................................................................................34 3.3.3.5 Generación de ficheros .................................................................................................37 3.3.3.6 Diseño Gráficas ............................................................................................................39 3.3.3.7 Configuración mensajes ...............................................................................................41 3.3.3.8 Programación de acciones ............................................................................................46 3.3.3.9 Puesta en marcha ..........................................................................................................48 3.4 MIS-Light .....................................................................................................................53 3.4.1 Servidor MIS-Light ......................................................¡Error! Marcador no definido. 3.4.1.1 Requisitos .....................................................................................................................54 3.4.1.2 Instalación.....................................................................................................................54 3.4.1.3 Configuración ...............................................................................................................54 3.4.2 MIS-Light Viewer ........................................................¡Error! Marcador no definido. 3.4.2.1 Requisitos .....................................................................................................................58 3.4.2.2 Instalación.....................................................................................................................58 3.4.2.3 Configuración ...............................................................................................................58 3.4.3 MIS-Light WinCC Server ............................................¡Error! Marcador no definido. 3.4.3.1 Requisitos .....................................................................¡Error! Marcador no definido. 3.4.3.2 Instalación.....................................................................................................................64
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3.4.3.3 Configuración ...............................................................................................................64 4 Diseño del controlador .................................................................................................70 4.1 Regulador .....................................................................................................................70 4.1.1 Control Difuso Tanque I...............................................................................................71 4.1.2 Control Difuso Tanque II .............................................................................................74 4.2 Detección de fallas .......................................................................................................77 5 ANÁLISIS DE RESULTADOS...................................................................................78 5.1 Pruebas del controlador ................................................................................................78 5.2 Pruebas de detección de fallas ......................................¡Error! Marcador no definido. 6 COSTOS.......................................................................................................................84 7 PERSPECTIVAS .........................................................................................................85 8 RECOMENDACIONES ..............................................................................................86 9 CONCLUSIONES........................................................................................................87 10 REFERENCIAS ...........................................................................................................88 11 ANEXOS......................................................................................................................89 ANEXO 1: Algoritmo Regulación ..................................................................................................89 ANEXO 2: Algoritmo Detección de Fallas.....................................................................................91 ANEXO 3: Algoritmo Simulación de Fallas...................................................................................97
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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Niveles básicos de una empresa .....................................................................................7 Figura 2. Diagrama de Bloques......................................................................................................9 Figura 3. Esquema de sistema de dos tanques. Ref. [8]...............................................................10 Figura 4. Circuito de acondicionamiento señal de sensores. .......................................................11 Figura 5. Circuito de acondicionamiento señal hacia la bomba. .................................................12 Figura 6. Electroválvula. Ref. [11]. .............................................................................................12 Figura 7. PLC. Ref. [2]. ...............................................................................................................13 Figura 8. Ruta de Inicio STEP7. ..................................................................................................15 Figura 9. Inicio Asistente. ............................................................................................................16 Figura 10. Configuración CPU. .....................................................................................................17 Figura 11. Selección del Bloque y escogencia de Lenguaje de programación. .............................18 Figura 12. Ingreso del Nombre del Proyecto. ................................................................................19 Figura 13. Administrador SIMATIC. ............................................................................................20 Figura 14. Ventana KOP/AWL/FUP. ............................................................................................21 Figura 15. Función FC1. ................................................................................................................22 Figura 16. Función FC2. ................................................................................................................23 Figura 17. Ruta para cargar el programa al PLC. ..........................................................................25 Figura 18. Simulador PLC. ............................................................................................................26 Figura 19. WinCC Explorer. ..........................................................................................................28 Figura 20. Creación Proyecto Nuevo.............................................................................................29 Figura 21. Ambiente WinCC. ........................................................................................................30 Figura 22. Declaración Variable Internas. .....................................................................................31 Figura 23. Agregar enlaces con el PLC. ........................................................................................32 Figura 24. Interconexión con el PLC. ............................................................................................33 Figura 25. Creación variables externas. .........................................................................................34 Figura 26. Creación de Visualización. ...........................................................................................35 Figura 27. Graphics Designer. .......................................................................................................36 Figura 28. Parametrizacion de Variables .......................................................................................37 Figura 29. Creación de alarmas. ....................................................................................................38 Figura 30. Creación de Ficheros. ...................................................................................................39 Figura 31. Visualización de Ficheros.............................................................................................40 Figura 32. Parametrización de ficheros..........................................................................................41 Figura 33. Creación de Mensajes...................................................................................................42 Figura 34. Asistente de mensajes...................................................................................................43 Figura 35. Configuración de Mensajes. .........................................................................................44 Figura 36. Creación de Leyendas...................................................................................................45 Figura 37. Visualización de Mensajes. ..........................................................................................46 Figura 38. Creación de acciones. ...................................................................................................47 Figura 39. Creación de disparador. ................................................................................................48 Figura 40. Definición de características.........................................................................................49 Figura 41. Propiedades del equipo.................................................................................................50
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Figura 42. Runtime de gráficos......................................................................................................51 Figura 43. activación del proyecto.................................................................................................52 Figura 44. Visualización del proyecto. ..........................................................................................53 Figura 45. Ruta de Inicio ...............................................................................................................55 Figura 46. MIS-Controlpanel.........................................................................................................56 Figura 47. Configuración Servidor ................................................................................................57 Figura 48. Ruta MIS-Viewer. ........................................................................................................59 Figura 49. Creación del Nuevo proyecto. ......................................................................................60 Figura 50. Relación hacia la base de datos. ...................................................................................61 Figura 51. Generación de Gráficas. ...............................................................................................62 Figura 52. Gráficos. .......................................................................................................................63 Figura 53. MIS-EXPLOrer Wincc server ......................................................................................64 Figura 54. MIS-Batch Databf4 ......................................................................................................65 Figura 55. MIS-Message ExportCT...............................................................................................66 Figura 56. MIS-Message ExportCS. ..............................................................................................67 Figura 57. MIS-GroupExport.........................................................................................................68 Figura 58. MIS-EventLogExport. ..................................................................................................69 Figura 59. Modelos Regulación Tanques. .....................................................................................71 Figura 60. Diagrama de bloques control difuso Tanque I..............................................................71 Figura 61. Funciones de pertenencia entrada.................................................................................72 Figura 62. Funciones de pertenencia Voltaje Bomba. ...................................................................72 Figura 63. Reglas. ..........................................................................................................................73 Figura 64. Superficie......................................................................................................................74 Figura 65. Diagrama de bloques control difuso Tanque I..............................................................74 Figura 66. Funciones de pertenencia entrada.................................................................................75 Figura 67. Funciones de pertenencia Voltaje Válvula 1_2. ...........................................................75 Figura 68. Reglas. ..........................................................................................................................76 Figura 69. Superficie......................................................................................................................77 Figura 70. Regulación Tanque I (Azul: Nivel Agua, Rojo: Bomba). ............................................78 Figura 71. Regulación Tanque II (Azul: Nivel Agua, Rojo: Válvula 1_2)....................................79 Figura 72. Regulación Tanque I y Tanque II (Azul: Nivel Agua T1, Rojo: Nivel Agua T2, Morado: Bomba, Verde: Válvula 1_2). ........................................................................80 Figura 73. Detección fugas en Tanque I y Tanque II.....................................................................81 Figura 74. Detección fugas en Tanque I y Tanque II y Nivel Insuficiente de Tanque I para ..suplir Tanque II. .....................................................................................................................82 Figura 75. Detección fuga Tanque I, aclaración fuga Tanque II y aclaración de falla bomba. .....83
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RESUMEN En este proyecto de Grado se trabajó en la integración vertical hacia arriba de un proceso de control: Modulo de Tanques Acoplados de la Universidad de los Andes. Con el estudio y análisis de una nueva tecnología desarrollada por la Siemens, llamada MIS-Light, se busco facilitar la comunicación y funcionamiento de los niveles ERP (Enterprise Resource Planning), el intermedio MES (Manufacturing Execution System) y el nivel piso de planta de una empresa. El proceso se implementó en el nivel de piso de planta, donde la adquisición de los valores de este se hizo por medio del PLC (Controlador Lógico Programable). Todo el proceso utilizó parte del paquete de Software Industrial SIMATIC de la Siemens. Se empleó la herramienta computacional Step7 para programar el PLC. Tanto la visualización como el control del proceso se implementó en WinCC instalado en un PC, el cual sirvió como interfaz hombre máquina utilizando una conexión MPI para comunicarse con el PLC. Con la utilización de MIS-Light, instalado en otro PC aparte, se tomaron los valores del proceso desde el PC de WinCC generando una base de datos, en el PC MIS-Light, que esta ubicado en el nivel intermedio MES o en cualquier otro nivel. El MIS-Light Viewer, instalado en el PC de WinCC, permitió observar los datos almacenados en el PC de MIS-Light por medio de una interfaz gráfica y/o estadística según el usuario lo desee. Con este estudio y análisis se trabajó un proyecto de ingeniería enfocado al aprendizaje del desarrollo de procesos industriales, por medio de paquetes computacionales, lográndose una buena regulación del proceso, al igual que la integración de los distintos niveles básicos de una empresa. Índice de Términos OPC (OLE para procesos de control), MPI (Interfase de transferencia de mensajes), MES (Sistema de ejecución de manufactura), ERP (Planeación de recursos de la empresa), PLC (Controlador lógico programable), AWL (Lista de Instrucciones), KOP (Esquema de contactos), FUP (Diagrama de funciones), WinCC (Centro de Control de Windows), SQL (Lenguaje estructurado de consulta), LAN (Área de red local), MIS-Light (Sistema de Manejo de Información - Ligero), PC (Computador Personal), SAP/ORACLE (Aplicaciones de software para empresas Cliente/servidor).
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1 INTRODUCCIÓN La globalización ha generado un cambio en los negocios, forzándolos a ser más eficientes, inteligentes y competitivos en el mercado. Todo esto ha dado a la automatización de procesos industriales una gran importancia, impulsando así el desarrollo e implementación de nuevas tecnologías que permitan una mayor rentabilidad dentro del respectivo campo de acción. Al principio la automatización se hacia por medio de la implementación física de la lógica de contactos. Esto hacia que las empresas incurrieran en gastos de personal de supervisión y operación, ya que la interfaz hombre máquina se llevaba a cabo en el lugar donde estaba la calle de producción o proceso. Luego, gracias a la comercialización de los computadores, se introdujeron los controladores lógicos programables y otros elementos, desplazando los contactos físicos a un nivel de seguridad industrial. Esta también redujo el personal, centralizando a la supervisión en un cuarto de control, mejorando la interfaz hombre maquina, la seguridad de la planta y su eficiencia. Actualmente la estructura de una empresa de producción esta dividida en tres niveles básicos:
• ERP, donde se encuentra la alta gerencia de la empresa. • MES, donde se desarrolla la programación, el análisis y optimización de la
producción de la empresa. • Piso de planta, donde se encuentran todas las calles de producción con la
maquinaria necesaria para la elaboración del producto de la empresa.
Figura 1. Niveles básicos de una empresa
La búsqueda y manejo de la información en los procesos industriales se ha vuelto indispensable para cualquier empresa. Hoy en día, estas se están reestructurando dándose cuenta que el problema radica en la falta de comunicación entre los diferentes niveles, especialmente entre los dos extremos. Es por esto que se han desarrollado nuevas tecnologías, como MIS-Light, generando una solución factible a este problema.
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El objetivo de este proyecto es estudiar, analizar e implementar esta tecnología en un proceso pequeño de control y así poder integrar los distintos niveles básicos. También crear un puesto de trabajo en donde se aprenda las ventajas, bondades y desventajas de esta tecnología. En este proyecto se trabajaron algunos de los programas Industriales de la Familia SIMATIC, WinCC y Step7, y MIS-Light de la Siemens. Este último no ha sido estudiado a fondo por parte de los empresarios, técnicos y personal involucrado en el nivel MES aquí en Colombia. Por ser esta una nueva tecnología, no hay muchos antecedentes disponibles de la implementación en este nivel, a diferencia de los niveles ERP, con el SAP u ORACLE y el piso de planta con los PLCs, sensores, actuadores, etc. El alcance de este proyecto llega a la implementación de esta tecnología en un proceso de control, el cual es académico ya que brinda una base para el aprendizaje y desarrollo de la ingeniería de producción y automatización. Este documento está escrito en forma de manual para un mejor entendimiento del desarrollo de este proyecto así como los resultados alcanzados.
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2 DIAGRAMA DE BLOQUES En la siguiente figura se presenta el diagrama de bloques del proyecto, en donde se muestra la integración vertical hacia arriba de los niveles básicos de la empresa y la ubicación de cada elemento utilizado en este.
Figura 2. Diagrama de Bloques
2.1 Sistema tanques Este proyecto se basó en el proceso del trabajo de Tatiana Kempowsky que se puede ver en [8]. El objetivo principal de este proceso, es proveer a un consumidor un flujo de agua, por medio de un pequeño sistema de tanques de distribución de agua. Este sistema consta de dos tanques unidos por medio de una tubería. El tanque I es llenado, por una bomba, hasta una referencia ingresada por el usuario (no mayor de 60 cm.). La bomba es controlada por
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controlador de lógica difusa programado en un lenguaje en C. El flujo de agua, de tanque I hacia tanque II, es controlada por una electroválvula que utiliza un controlador On-Off, el cual mantiene un nivel constante de agua definido por una segunda referencia en el tanque II. Esta referencia también es ingresada por el usuario. Las válvulas de fuga son utilizadas para simular pequeños escapes en los tanques. La válvula de consumo, que esta ubicada en el tanque II la cual simula la salida de agua al consumidor. Cabe anotar que no es posible regular si el nivel de agua de cualquiera de los tanques está por encima de la referencia, ya que el nivel de cualquiera de ellos baja ya sea por fugas, consumo o flujo de agua de un tanque al otro. Por este motivo el controlador busca un comportamiento de primer orden, es decir sin sobrepaso ya que este sería un error.
Figura 3. Esquema de sistema de dos tanques. Ref. [8].
Las partes de este sistema de tanques de distribución de agua fueron tomadas del sistema modular de tanques acoplados. Estas partes fueron diseñadas y construidas por Julián Fabrizzio García Murcia y Julián Ayrle Pulgarín Carvajal. La descripción detallada del sistema de tanques acoplados se encuentra en su trabajo (Ref. [1]). 2.2 Acondicionamiento de señales Se implementaron tres circuitos eléctricos para el acondicionamiento de las distintas señales del proyecto ya que se presentaron problemas al integrar todas las partes del proyecto. 2.2.1 Circuito de acondicionamiento señal de sensores Para este circuito se emplearon los sensores de presión diferencial MPX2010GP. La caracterización se encuentra en Ref.[1], donde está indicado que para una altura máxima de h = 60cm se tiene una presión en el sensor de P = 5.886 Pa, lo cual corresponde a una salida máxima de 14.715mV. Este valor debe ser amplificado hasta 10V para obtener una mejor lectura del nivel de agua. Para este fin se utilizó el amplificador operacional de instrumentación AD620 con una ganancia de
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58.679715.1410
==mV
VG (1),
la cual se obtiene con una resistencia
Ω=−Ω
= 8.721
4.49G
kRG (2).
Entrada Análoga PLC
U1
AD620/AD
6
3
2 5
74
1
8 OUT
+
- REF
V+
V-
RG1
RG2
00
Sensor diferencialde presión
Vcc = 10Vdc
RG= 72.8
0
0
U2
MPX2010GP
4 1
3 2
-VO
GN
DVS
+VO
-Vcc = -10Vdc
Figura 4. Circuito de acondicionamiento señal de sensores.
2.2.2 Circuito de acondicionamiento señal hacia la bomba Este circuito alimenta una bomba cuya entrada máxima es de 12V DC y 2Amp. La salida análoga del PLC puede variar de 0V a 10V dependiendo de la señal del controlador, pero no entrega la corriente necesaria para que la bomba funcione correctamente, por lo tanto se implemento un seguidor de voltaje para evitar que se degenere la señal proveniente del PLC y un amplificador de corriente para alimentar la bomba.
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AlimentaciónIndependiente
U3A
LM358
3
2
84
1+
-
V+
V-
OUT
-Vcc = -10Vdc
0
SalidaAnáloga PLC
0
Vcc = 10Vdc
0
Vcc = 6Vdc
0
Q1
TIP122
Bomba
Figura 5. Circuito de acondicionamiento señal hacia la bomba.
2.2.3 Circuito de acondicionamiento señal electroválvulas Las electroválvulas utilizadas son de la empresa DANFOSS, Las especificaciones técnicas se pueden revisar en Ref.[9]. Estas electroválvulas normalmente cerradas, se abren al alimentarlas con 120VAC que se obtienen al activar un relé de estado sólido. Cada una de las electroválvulas tiene asociado un relé cuyas señales de control provienen de las salidas digitales del PLC.
Figura 6. Electroválvula. Ref. [11].
Para este proceso se necesitaron de cuatro electroválvulas, las cuales se distribuyeron de la siguiente manera:
• Una válvula que interconecta los dos tanques (Válvula 1_2). • Una válvula de consumo en el tanque dos. • Dos válvulas de fugas que están ubicadas una en cada tanque.
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3 PRESENTACIÓN TECNOLOGÍAS
Gracias a la colaboración de la Universidad de los Andes se adquirió una parte de la Tecnología de Automatización SIMATIC. SIMATIC es el sistema básico de automatización para la solución de problemas en cualquier sector, que abarca componentes estándares de Hardware y Software dejando abierta la opción de expandir según lo desee el usuario. En la familia SIMATIC se encuentran las siguientes categorías:
• Controladores (PLC) • Periferia descentralizada • Unidades de programación • Software Industrial SIMATIC • Micro Automation Sets • Component based Automation • Machine Vision (Sensores, sistemas de instrumentación y prueba)
De estas categorías, se usaron los PLCs y parte del Software Industrial SIMATIC (STEP7 y WinCC). Además se trabajo con una nueva herramienta, no implementada en Colombia, llamada MIS-Light, la cual fue proporcionada por la SIMENES. Si desea obtener más información de esta familia puede consultar el catálogo interactivo en Ref.[2]. 3.1 PLC El PLC o autómata programable que se trabajó fue el S7-300 proporcionado por la Universidad de los Andes. Este está diseñado de manera modular, es decir, se escogen los módulos necesarios para el desarrollo del proceso cuyas características técnicas no se tratarán pero se pueden consultar en Ref.[3].
Figura 7. PLC. Ref. [2].
Se utilizaron dos entradas análogas, cuatro salidas digitales y una análoga del PLC, el cual es el encargado de recibir y transmitir los datos del proceso. Cada una de estás entradas y
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salidas tienen una dirección única las cuales están especificadas en la programación de las herramientas computacionales utilizadas. Entrada:
• Análoga: o PEW 128 (Sensor Tanque I). o PEW 130 (Sensor Tanque II).
Salidas:
• Análoga: o PAW 128 (Bomba).
• Digital: o A 124.0 (Válvula Fuga I). o A 124.1 (Válvula Fuga II). o A 124.2 (Válvula 1_2). o A 124.3 (Válvula Consumo).
3.2 Step7 Esta herramienta es utilizada para la programación del los PLCs, la cual permite programar en tres lenguajes diferentes; AWL, KOP y FUP. Para poder instalar correctamente STEP7 se deben cumplir con unos requerimientos mínimos y seguir los pasos indicados a continuación. 3.2.1 Requisitos
CPU Procesador 355 MHZ ó mayor. RAM 128 ó mayor. Controlador Grafico XGA (8MB) ó mayor. Espacio libre 500MB ó mayor. Sistema Operativo Windows 2000/NT (Preferible).
3.2.2 Instalación Para este proceso se inserta el CD de Instalación de STEP7 en la unidad de CD-ROM del PC y se siguen las instrucciones que aparecen en pantalla. Durante el proceso de instalación aparecerá una ventana requiriendo la autorización, ahí indique que se hará más tarde. La instalación seguirá normalmente. Una vez finalizada la instalación podrá ingresar la autorización por medio del programa AuthorsW. Terminado el traspaso de la autorización podrá iniciar la utilización del programa.
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3.2.3 Inicio de STEP7
Figura 8. Ruta de Inicio STEP7.
Al iniciar STEP 7 se abre la ventana del Administrador SIMATIC. El Asistente de STEP 7 debe arrancar automáticamente, sino este se escoge en el menú “Archivo”.
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Figura 9. Inicio Asistente.
Este asistente ayudará a crear el proyecto de STEP 7. Al seleccionar el asistente se abrirá un cuadro de diálogo donde, con el botón “Preliminar” se muestra y oculta la estructura del proyecto que se está creando. Para continuar con la creación del proyecto se pulsa el botón “Siguiente” el cual hace que se abra el segundo cuadro de diálogo.
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Figura 10. Configuración CPU.
En este se elige la CPU a utilizar en el proyecto y la dirección MPI es ajustada por defecto en 2. Para guardar la configuración solo es necesario pulsar en botón “Siguiente”. Al hacer esto se abre otro cuadro de diálogo, donde se selecciona el bloque de organización OB1 (si aún no está seleccionado).
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Figura 11. Selección del Bloque y escogencia de Lenguaje de programación.
Aquí también puede elegir el lenguaje de programación KOP, FUP o AWL con el cual desea iniciar. Al pulsar el botón “Siguiente”se guardan los ajustes realizados y se abre otro cuadro de diálogo. En este cuadro seleccione con un doble clic el nombre que aparece en la casilla "Nombre del proyecto" y digite el nombre que desea darle al proyecto.
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Figura 12. Ingreso del Nombre del Proyecto.
El botón Finalizar crea el nuevo proyecto con las especificaciones seleccionadas durante el proceso preliminar. Al pulsar el botón de comando Finalizar se abre el Administrador SIMATIC mostrando la ventana del proyecto creado.
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Figura 13. Administrador SIMATIC.
En esta ventana se observa toda la estructura del proyecto creado. Aquí es donde se controla toda la programación de STEP7 3.2.4 Programación Listo con la configuración del proyecto, se prosigue con la elaboración del programa. En el cuadro del Administrador SIMATIC aparece la ventana del proyecto, desde la cual se accede a todas las funciones y ventanas de STEP 7. Seleccione el archivo de “Bloques”, donde a mano derecha de la ventana aparecerá el Bloque OB1. Pulsando con un doble Clic en el OB1, se abrirá la ventana KOP/AWL/FUP en donde se ingresara el algoritmo a programar.
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Figura 14. Ventana KOP/AWL/FUP.
Para este proyecto se utilizo el lenguaje AWL. El bloque OB1 ejecuta la lista de instrucciones de manera horizontal. El PLC utilizado son tiene un conversor AD por lo tanto al tener dos entradas análogas, se generaba un conflicto y los datos se recibían distorsionados. Para evitar esto la adquisición de los valores provenientes de los sensores tenían que hacerse a destiempo, es decir alternadamente. Por esta razón se creó en el bloque OB1 una función “FC1” y “FC2” ya que estas ejecutan la lista de instrucciones secuencialmente. Estas son llamadas por medio de comando “call FC1” y “call FC2”, como se ve en la figura anterior. En la Función “FC1” se llama primero a la función estándar “FC105”, la cual se parametriza para que adquiriera los datos del sensor del tanque I. Luego se vuelve a llamar la misma pero esta vez se parametriza para que adquiriera los datos del sensor del tanque II.
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En la Función “FC2” se llama la Función estándar “FC106” la cual entrega los valores provenientes de WinCC hacia la Bomba.
Figura 15. Función FC1.
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Figura 16. Función FC2.
El programa STEP7 contiene muchas funciones estándar pero solo se escogieron dos, “SCALE”y “UNSCALE”. Utilizando estás dos funciones se definen las direcciones de las entradas de los sensores en la función “SCALE” y la dirección de la salida en la función “UNSCALE”, así como los rangos de escalamiento y desescalamiento (0V – 10V para nuestro caso).
• SCALE o FC105: Esta función permite el escalamiento de los datos de entrada análogos por periferia en un rango especificado por el usuario. Los parámetros son:
o IN: Se ingresa la variable de Entrada (PEW128 o PEW130). o HI-LIM: Se ingresa el nivel máximo (10). o LO-LIM: Se ingresa el nivel mínimo (0). o BIPOLAR: Se escoge si quiere también el eje negativo (False). o RET_VAL: Se indica la variable para almacenar la detección de errores
durante la ejecución de la acción (Variable Cualquiera). o OUT: Se ingresa la variable de salida (MD12 ó MD22).
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• UNSCALE o FC106: Esta función permite desescalar los datos de salida análogos por periferia, en un rango especificado por el usuario, del PLC. Los parámetros son:
o IN: Se ingresa la variable de Entrada (MD55). o HI-LIM: Se ingresa el nivel máximo (10). o LO-LIM: Se ingresa el nivel mínimo (0). o BIPOLAR: Se escoge si quiere también el eje negativo (False). o RET_VAL: Se indica la variable para almacenar la detección de errores
durante la ejecución de la acción (Variable Cualquiera). o OUT: Se ingresa la variable de salida (PAW 128).
3.2.5 Cargar el Programa en el PLC Para esto se necesita el PLC ó el Simulador de PLC habilitado. Seleccione la carpeta “Bloques” en la ventana y cargue el programa en la CPU eligiendo el comando “Sistema de destino” y pulsando el botón “Cargar”. Confirme con “Aceptar”.
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Figura 17. Ruta para cargar el programa al PLC.
Si esta utilizando el PLC deberá girar el selector de modo hasta la posición RUN, después de haber obtenido la confirmación positiva de cargado de los bloques en el PLC. Entonces se encenderá el LED "RUN" (verde) y se apagará el LED "STOP" (rojo). Cuando el LED verde está encendido se puede realizar la prueba del programa. Si el LED rojo no cambia a verde, significa que se ha producido un error. Si esta utilizando el Simulador, deberá esperar la confirmación positiva del cargado de Bloques. Luego pulsar el botón “RUN” y el LED “RUN” deberá pasar a verde, de lo contrario se presento un problema en el programa y deberá revisar el algoritmo. Si desea ver los valores del proceso, deberá habilitar las distintas Salidas, Entradas, Marcas, Temporizadores, etc. que usted haya programado.
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Figura 18. Simulador PLC.
3.3 WinCC Este programa es la interfaz hombre maquina, el cual permite tener una visualización dinámica del proceso e interactuar con este. También permite la programación en lenguaje C para generar acciones y funciones dentro del proceso; para este caso, el controlador de la bomba y electroválvulas así como la detección de fallas. WinCC posee un ambiente muy amigable para el usuario, donde se presentan y acceden a los distintos subprogramas que permite el desarrollo del proceso. Estos crean, manejan y controlan variables internas, externas, mensajes del proceso y demás funciones. Windows Control Center es un sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Es un sistema que se basa en computadores, el cual permite supervisar y
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controlar a distancia un proceso de cualquier tipo, cuya función principal es la de ser el Interfaz Hombre-Máquina (HMI) en un sistema de control, es decir, supervisar y controlar por medio del operador aunque este permite realizar funciones automáticas de control. A continuación se explican los pasos que se siguieron para el desarrollo de este proyecto y los cuales están organizados de tal forma que permiten aprender esta herramienta rápidamente.
3.3.1 Requisitos En la referencia [9] se recomienda cumplir los siguientes Requisitos de hardware:
CPU INTEL Pentium II 400 MHz RAM 128 MB Controlador gráfico XGA (8 MB) Resolución 1024*768 Espacio libre Más de 500 MB libres Sistema Operativo Windows 2000/NT (Preferible).
Aún así, se trabajo con un PC cuyas características fueron:
CPU 500 MHz RAM 128 MB Controlador gráfico XGA (8 MB) Resolución 1024*768 Espacio libre Más de 1 GB libres Sistema Operativo Windows 2000/NT (Preferible).
Después de trabajar con este computador, nos dimos cuenta que no era suficiente, por lo cual nuestra recomendación es la siguiente:
CPU 1 GHz o más RAM 256 MB o más Controlador gráfico XGA (8 MB) o más Resolución 1024*768 Espacio libre Más de 1 GB libres Sistema Operativo Windows 2000/NT (Preferible).
WinCC se ejecuta solamente con Windows NT (Service Pack 5) o Windows 2000 (Service Pack 2).
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3.3.2 Instalación Para instalar WinCC se debe introducir el CD en la unidad de CD-ROM y seguir las instrucciones. Para más detalles consulte [9]. Es posible que al instalar por primera vez WinCC no funcione, esto se debe a posibles conflictos que se puedan presentar con otros programas instalados. Para resolver este problema se recomienda formatear el ordenador, instalar el sistema operativo (Windows 2000 en este caso), actualizarlo e instalar WinCC antes que cualquier otro programa. 3.3.3 Desarrollo de proyecto Para el desarrollo de este proyecto se siguieron los siguientes pasos generales:
• Inicio WinCC. • Declaración de variables internas. • Declaración de variables de proceso. • Diseño de visualización del proceso. • Generación de ficheros. • Diseño de Gráficas. • Configuración de mensajes. • Programación de acciones. • Puesta en marcha.
3.3.3.1 Inicio WinCC Para iniciar un nuevo proyecto se abre Windows Control Center. Si es la primera vez que abre WinCC, se le darán a escoger cuatro opciones. Sino aparecen, en el menú Archivo en la barra de herramientas escoja Nuevo.
Figura 19. WinCC Explorer.
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Se escogió la primera de las cuatro opciones para este proyecto ya que se utilizó WinCC en un solo computador. Después de confirmar la selección haciendo clic en aceptar aparecerá el siguiente cuadro de diálogo:
Figura 20. Creación Proyecto Nuevo.
Se introduce el nombre del proyecto y se escoge el directorio. Para este proyecto se escogió el nombre “Final Tanques”. Si vuelve a iniciar WinCC, este se abrirá con el último proyecto que se trabajo en el mismo estado (activado o desactivado). En la siguiente figura se observa el ambiente WinCC:
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Figura 21. Ambiente WinCC.
En la subventana izquierda se ve la organización interna del programa por medio de la cual se accesa a subprogramas que permiten dividir el proyecto en bloques individuales para facilitar el diseño. En la subventana derecha se visualiza el contenido del bloque seleccionado. 3.3.3.2 Declaración de variables internas Las variables internas tienen como fin crear estados y valores propios del sistema, es decir, son variables que maneja WinCC y no van a interactuar con otro componente como lo es el PLC. Para crear una nueva variable interna se hace doble clic en el icono “Administración de variables”, luego se hace clic con el botón derecho del ratón en el icono “Variables internas” y se escoge la opción “Variable nueva” como se muestra en la siguiente figura. En la subventana derecha se observan las variables internas que fueron creadas. A continuación se definen las propiedades de la variable. En la siguiente figura se muestran los cuadros de diálogos que se manejan para la declaración de variables internas.
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Figura 22. Declaración Variable Internas.
Para crear las demás variables internas que se necesiten se realiza el mismo procedimiento para cada una de ellas. 3.3.3.3 Declaración variables externas Las variables externas tienen como fin crear estados y valores de proceso, es decir, son las variables que se utilizan para comunicarse con el PLC y por tanto con el proceso. Lo primero que se debe hacer es definir el protocolo que se va a utilizar (SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE). Para esto se hace clic con el botón derecho del ratón en el icono “Administración de variables” y se escoge “Nuevo Driver”. Se busca el controlador “SIMATIC S7 Protocol Suite CHN”. En la siguiente figura se muestran los cuadros de diálogo que se emplean para la definición del protocolo.
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Figura 23. Agregar enlaces con el PLC.
Una vez definido el protocolo se debe crear una conexión. Para esto se hace doble clic en el icono “Simatic S7 PROTOCOL SUITE” que se encuentra en “Administración de variables”. Luego se hace clic con el botón derecho del ratón en MPI (Interfase de comunicación con el PLC) y se escoge “Nueva conexión” y se le da un nombre (“PLC” para este caso). En la siguiente figura se muestran los cuadros de diálogo usados para definir el protocolo y crear una nueva conexión con el PLC.
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Figura 24. Interconexión con el PLC.
Una vez creado este enlace se pueden crear las variables de proceso haciendo doble en el icono “MPI” que se encuentra en “Simatic S7 PROTOCOL SUITE” y luego clic con el botón derecho del ratón en “PLC”, el nombre del enlace, y se escoge “Variable nueva”. En
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Figura 25. Creación variables externas.
Para crear las demás variables externas que se necesiten se realiza el mismo procedimiento para cada una de ellas. 3.3.3.4 Diseño visualización proceso El diseño de la visualización del proceso se realiza en el subprograma Graphics Designer. Este permite crear imágenes de proceso y dinamizarlas utilizando las variables internas y externas ya creadas. Lo primero es crear los archivos de imágenes. Para esto se hace clic con el botón derecho del ratón en el icono “Graphics Designer” y se escoge “Nueva Imagen”. En la subventana derecha aparece el archivo de la imagen creada, a la cual se le puede cambiar el nombre haciendo clic con el botón derecho del ratón y escogiendo “Cambiar el nombre de la imagen”.
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Figura 26. Creación de Visualización.
Para editar una imagen se hace doble clic en ella, esto abrirá el subprograma Graphics Designer de WinCC. En la siguiente gráfica se muestra el ambiente de esta herramienta con la visualización de los tanques de este proyecto.
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Figura 27. Graphics Designer.
En la subventana derecha de Graphics Designer se encuentra la “Paleta de Objeto”, en la cual se encuentran elementos predeterminados para dinamizar la imagen. Ejemplos de estos son el campo de entrada/salida (Campo E/S) que sirve para visualizar y/o modificar una variable interna y el Botón, cuya función es cambiar de pantallas (archivos de imágenes) mediante un clic. Estos se pueden distinguir por las flechas azul y verde respectivamente. Al introducir cualquier elemento de esta subventana en la imagen, se abrirá un cuadro de diálogo en el que se configurará cada uno de ellos. También existe una biblioteca de imágenes en la que se encuentran imágenes hechas en Graphics Designer y que se pueden añadir a otras imágenes. Para este proyecto se utilizaron las imágenes predeterminadas. A esta herramienta se accede haciendo clic en su icono en la barra de herramientas como se ve en la figura. Para cambiar las propiedades de todo elemento que se agregue a la imagen desde esta ventana se debe hacer clic con el botón derecho del ratón sobre el elemento deseado y escoger propiedades. Se hace clic en la opción “Definido por el usuario” y en la subventana derecha se define la variable que se desea relacionar haciendo clic con el botón derecho del ratón en la propiedad que se desee dinamizar. Este proceso se muestra en la siguiente figura.
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Figura 28. Parametrizacion de Variables
Este es el mismo desarrollo para modificar las propiedades de cualquier elemento de la imagen. 3.3.3.5 Generación de ficheros Los ficheros son los elementos que permiten visualizar valores de proceso. Estos se crean para archivar los datos durante el tiempo de ejecución, los cuales se pueden observar en tablas o gráficas. Para este proyecto se visualizan los valores de proceso en gráficas solamente. Para crear archivos se debe abrir el editor “Tag Logging” haciendo clic con el botón derecho del ratón en el icono que lleva este nombre y escoger “Abrir”. Una vez abierto el editor, se hace clic con el botón derecho del ratón en “Ficheros” y se escoge “Asistente de fichero...” para abrir el asistente de archivos, el cual nos permite crear archivos automáticamente. En la primera ventana de este asistente, se le da el nombre al archivo, su tipo (se escoge valores de proceso) y se hace clic en siguiente. En la siguiente ventana se hace clic en seleccionar para escoger la variable cuyos valores se desean archivar, Por último se hace clic en “Aplicar” para generar el archivo. Este proceso se ve claramente en la siguiente figura.
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Figura 29. Creación de alarmas.
Una vez creado el archivo se deben parametrizar sus propiedades. Para esto, se hace clic en el nombre del archivo en la subventana superior derecha de Tag Logging; las características del fichero se visualizan en la subventana inferior. Para cambiar alguna característica se hace doble clic sobre la casilla deseada, teniendo en cuenta que no todas se pueden cambiar ya que algunas propiedades están definidas por la variable cuyos valores de proceso se quieren archivar. Esto se ve en la siguiente figura.
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Figura 30. Creación de Ficheros.
Lo más importante de las propiedades del fichero es el “Tipo de adquisición”, el “Ciclo de adquisición” y el “Factor para ciclo de fichero”. El tiempo de archivación es igual a la multiplicación de estos dos últimos. Para crear más ficheros se siguen los mismos pasos. Para cada variable que se desee visualizar en una gráfica se debe crear un fichero. 3.3.3.6 Diseño Gráficas Las Gráficas se generan en una imagen usando Graphics Designer. Para esto se crea una nueva imagen, llamándola Gráficas para distinguirla de las demás y se abre siguiendo los mismos pasos que se siguieron en el numeral 3.2.4. Una vez abierto el editor Graphics Designer, en la Paleta de Objeto se escoge la paleta de “Control” que se encuentra en la parte inferior de esta y se hace doble clic en el elemento “WinCC Online Trend Control”; esto hace que una gráfica aparezca en la imagen. Esto se ve en la siguiente figura.
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Figura 31. Visualización de Ficheros.
A continuación se hace clic con el botón derecho del ratón sobre esta gráfica y se escoge “Configuración” para definir sus parámetros. Aparecerá una ventana en la que se pueden cambiar las propiedades de la ventana de la gráfica como lo son el nombre y el origen de los datos entre otras. Ahora se debe hacer clic en la pestaña “Curvas” y en ese cuadro de diálogo se le dará el nombre a la curva que se mostrará. En este mismo se hace clic en “Selección”, lo cual nos permitirá escoger el fichero en donde se guardan los valores de proceso de la variable que se quiere visualizar. Hacer clic en el nombre del fichero en la subventana izquierda, hacer clic en el nombre de la variable en la subventana derecha y confirmar haciendo clic en aceptar. Esto se ve en la siguiente figura.
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Figura 32. Parametrización de ficheros.
Si se desea, se pueden agregar más curvas en la misma gráfica haciendo clic en el signo “+” o generar nuevas gráficas siguiendo los mismo pasos, teniendo en cuenta que para cada curva debe existir un fichero independientemente de la gráfica en que se encuentre. 3.3.3.7 Configuración mensajes En WinCC se pueden definir mensajes para informar sobre sucesos que pueden ocurrir en el proceso durante el tiempo de ejecución como lo son fallas y advertencias. Para configurar los mensajes se hace clic con el botón derecho del ratón en “Alarm Logging” en el explorador de WinCC y se escoge “Abrir”. Una vez abierto se hace clic en “Archivo” en el menú de herramientas y se escoge “Seleccionar asistente”. Esto abre un cuadro de diálogo en el que se dan varias opciones; se hace doble clic en asistente de sistema. Esto se muestra en la siguiente figura.
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Figura 33. Creación de Mensajes.
A continuación se hace clic en siguiente y en el cuadro de diálogo que aparece se escoge en Bloques de sistema “estado, duración” y en Bloques de texto de usuario “texto, aviso, pto. avería” y se hace clic en siguiente. En la siguiente ventana se escoge la primera opción de las dos que se dan y se hace clic en siguiente. Luego, se escoge la opción “fichero circulante para 250 avisos” y se hace clic en siguiente. La última ventana nos permite revisar si las opciones que se han dado son las que se desean y para confirmar se hace clic en “Aplicar”. Todo esto se ve en la siguiente figura.
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Figura 34. Asistente de mensajes.
Ya configurados los mensajes se le ajustan las diferentes propiedades que se encuentran en la subventana inferior del editor Alarm Logging. Antes que todo se debe asignar una variable a cada mensaje, se pueden añadir varios mensaje haciendo clic con el botón derecho del ratón en la parte inferior izquierda de la tabal y escogiendo “agregar nueva fila”. La propiedad más importante es “Bit de aviso”, el cual, si cambia, activa el mensaje
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seleccionado. Es decir, si se tiene una variable análoga de 16 bits y se quiere disparar el mensaje si la variable que se escoge llega a un valor de 8, se escoge como “Bit de aviso” el número 4 (8 en decimal =0000000000001000 en binario). Esto se ve claramente en la figura.
Figura 35. Configuración de Mensajes.
El siguiente paso es configurar los colores de los mensajes. Esto se hace haciendo clic con el botón derecho del ratón en cualquiera de los iconos que aparecen en la subventana derecha del editor “Alarm Logging” y escogiendo “Propiedades” como se ve en la siguiente figura.
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Figura 36. Creación de Leyendas.
En la ventana de propiedades se observan tres tipos de aviso:
• Aparecido: Cambia el Bit de aviso, es decir, el sistema detecta un suceso que debe generar un mensaje de falla o advertencia.
• Desaparecido: El Bit de aviso vuelve a su estado inicial, es decir, el sistema detecta que ya no hay falla o advertencia.
• Acusado: Este tipo de aviso aparece cuando el operador se da cuenta del mensaje de falla o advertencia y se lo hace saber al sistema.
Los colores de estos tipos de aviso pueden ser configurados como se desee. Para confirmar la configuración introducida se hace clic en aceptar. Una vez generados, los mensajes se deben visualizar y esto se hace con el editor de imágenes Graphics Designer. Se abre la imagen en donde se quiera introducir la tabla de mensajes y en la Paleta de objeto, se hace clic en la pestaña “Controles” que se encuentra en la parte inferior de esta y se hace doble clic en el elemento “WinCC Alarm Control”; no se cambian las propiedades en Graphics Designer, simplemente se introduce este objeto. Si se desean cambiar propiedades de la tabla se hace doble clic sobre esta. Esto se muestra en la figura.
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Figura 37. Visualización de Mensajes.
En la gráfica se señalan los botones de los que el operador dispone para avisarle al sistema que se dio cuenta del mensaje, es decir, acusar el mensaje. Se pueden introducir tantas visualizaciones de mensajes como se necesiten pero estos serán siempre los mismos que se configuren en el editor “Alarm Logging”. 3.3.3.8 Programación de acciones En el proyecto se pueden crear acciones globales (involucran a todas las estaciones) o acciones que se ejecutaran solo para el equipo en el que se generen. Ya que este es un proyecto que involucra un solo computador no hay diferencia entre las dos. Para generar acciones se debe abrir el editor Global Script haciendo clic con el botón derecho del ratón en el icono “Global Script” en el explorador de WinCC. Una vez abierto aparecerá un cuadro de diálogo como el que se muestra en la figura.
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Figura 38. Creación de acciones.
En la subventana izquierda aparecen Funciones, las cuales se pueden utilizar en cualquier acción o función que se quiera crear (Funciones de proyecto) y existen de varios tipos. Además está el icono de Acciones, las cuales son las que se crean para manipular las variables del proyecto. Para crear una nueva acción se hace clic con el botón derecho del ratón en “Acciones globales” y se escoge “Nuevo”. Esto crea una nueva acción la cual aparecerá en la subventana derecha solo cuando sea grabada. Las acciones se programan usando el lenguaje de programación C. Cada acción debe tener un disparador, el cual define el momento en el que la acción se ejecuta.
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Figura 39. Creación de disparador.
En la anterior figura se señala donde se debe hacer clic para definir el disparador de la función en la que se este trabajando. Existen disparadores por tiempo o por variables, los primeros permiten ejecutar la acción acíclicamente (una vez que se define con fecha y hora) o cíclicamente (cada determinado periodo de tiempo). Los segundos permiten ejecutar una acción cuando se presente un cambio en cualquiera de las variables que se trabajen en el proyecto. Se pueden definir tantos disparadores como se necesiten para una acción haciendo clic sobre el tipo que se desee y luego en agregar. No se debe olvidar guardar la acción antes de salirse de Global Script. Si la acción no ha sido compilada y se da la opción guardar, el sistema dará la opción de compilar, lo cual es recomendable aceptar para corregir errores y evitar advertencias. 3.3.3.9 Puesta en marcha El último paso que se debe hacer es poner en marcha el proyecto para acceder a la ventana de visualización e interactuar con el proceso. Antes que todo se debe configurar el equipo. El nombre de este es el mismo nombre NetBIOS1 del computador. Se debe señalar el icono “Equipo” en la subventana izquierda del explorador de WinCC, en la subventana derecha hacer doble clic en el nombre del equipo, en este caso Dexter. A continuación aparece un
1 El nombre NetBIOS es el que distingue a un ordenador de los demás en una red. Este se puede cambiar en el Panel de Control en la
opción Sistema.
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cuadro de diálogo que permite definir las características que tendrá el proyecto una vez sea activado.
Figura 40. Definición de características.
En la anterior figura se muestra el cuadro de diálogo de las propiedades del equipo. Acá se puede cambiar el nombre a utilizar en el proyecto teniendo en cuenta que se debe cerrar y abrir el proyecto para que este cambio sea efectivo. Teniendo en cuenta esto se procede a definir las demás características.
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Figura 41. Propiedades del equipo.
En la sección de puesta en marcha se definen los subprogramas que va llamar WinCC en el momento de activar el proyecto. Se deben señalar solo los necesarios para no desperdiciar recursos como lo son la memoria RAM y la capacidad del procesador. Para este caso en particular se seleccionan los que se muestran en la anterior figura.
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Figura 42. Runtime de gráficos.
En la sección Runtime de gráficos se selecciona la imagen con la que va a empezar el proyecto y las características de la ventana. Estas son las mismas que tiene una ventana normal de Windows con la diferencia que se pueden activar o desactivar al gusto del diseñador. Una vez configurado el equipo se activa el proceso haciendo clic en el botón “PLAY” como se indica en la siguiente figura.
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Figura 43. activación del proyecto.
Una vez activado el proyecto aparecerá la ventana definida en Runtime de gráficos, con las características definidas en este. En la siguiente figura se muestra las ventanas que se crearon para el proyecto. En primera instancia para este proyecto aparece la ventana de presentación que se observa en la parte superior. En cada una de ellas pueden apreciar dos botones en la parte inferior derecha, los cuales cambia de pantalla dependiendo de lo que se desee observar. Estas son las interfaces finales que va a observar el operador las cuales permiten interactuar con el proceso de una manera amigable. En la figura que se encuentra en la parte inferior izquierda se ven ciertos elementos sombreados, esto se debe a que estos están asociados al PLC y este puede no estar conectado o parado.
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Figura 44. Visualización del proyecto.
3.4 MIS-Light Este es un nuevo programa desarrollado por la Siemens y esta basado en estándares industriales para la adquisición de datos y valores de sistemas a largo plazo. Todos los datos son almacenados en una base de datos externa SQL. Estos datos en tiempo real están disponibles para la observación, reporte y análisis en toda la red LAN de la empresa. Este programa hace copias de seguridad automáticamente y su instalación es rápida y sencilla. MIS-Light es una plataforma independiente de información que está ubicada sobre el nivel de automatización, es decir en el nivel MES. La arquitectura de MIS-Light se divide en tres partes:
• Servidor MIS-Light: Es el servidor central en donde se ejecuta la base de datos. • Cliente MIS-Light: Es cualquier PC que accesa los datos de proceso del servido
MIS-Light para visualización, reportes, etc. • Sistema de automatización: Es el PC que provee los datos de proceso (Servidor
WinCC).
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3.4.1 Servidor MIS-Light El servidor MIS-Light debe ser instalado en un PC independiente que debe cumplir con unos requerimientos mínimos para su correcto funcionamiento. Esta herramienta trabaja con un máximo de cinco clientes por licencia. 3.4.1.1 Requisitos
CPU Procesador 355 MHZ ó mayor. RAM 128 ó mayor. Controlador Grafico XGA (8MB) ó mayor. Espacio libre 2GB ó mayor. Sistema Operativo Windows 2000/NT (Preferible).
3.4.1.2 Instalación Para este proceso se inserta el CD de Instalación de MIS-Light en la unidad de CD-ROM del PC y se siguen las instrucciones que aparecen en pantalla. 3.4.1.3 Configuración Para comenzar se abre el MIS-Explorer del menú de MIS-Light en el menú de programas de Windows como se muestra en la figura siguiente. Este MIS-Explorer es el que controla todo la demás ventanas.
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Figura 45. Ruta de Inicio
Como se observa en la figura anterior, MIS-Explorer contiene los programas básicos para la generación y transmisión de la base de datos a crear. También contiene unos círculos que pueden cambiar e a tres colores:
• Verde: Todo esta funcionando correctamente. • Amarillo: El programa se está preparando para ejecutar. • Rojo: Se ha parado la ejecución.
Para comenzar, en esta misma ventana se pulsa el botón izquierdo del Mouse sobre recuadro de “SHOW” del MIS-Light Controlpanel. Esto hace que se muestre la ventada de MIS-Light Controlpanel. En esta nueva ventana, en el comando “File” se escoge la opción crear proyecto nuevo. Esto abre un cuadro de diálogo donde se especifica el nombre del proyecto y la ubicación de donde se desea crearlo. Esto se muestra en la siguiente figura.
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Figura 46. MIS-Controlpanel
Para confirmar los datos se pulsa guardar. Después de haber creado el nuevo proyecto se especifica el servido de done proviene los datos. El nombre del servidor esta dato por el computador que contiene a WinCC. En la siguiente figura se observa como configurar el Servidor en MIS-Light Server.
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Figura 47. Configuración Servidor
Una vez terminada esta acción la base de datos esta lista y funcionando. Esto se observa en la ventana de MIS-Explorer por medio del círculo que pasa de amarillo a verde. Estos pasos anteriores se deben seguir para los demás programas de MIS-Light:
• MIS-Backup. • MIS-Batch Backup. • MIS-Transfer Tool. • MIS Event Log Export.
Cuando el MIS-Explorer tenga todos los círculos en Verde se ha configurado correctamente el MIS-Light y esta listo para adquirir los datos del proceso procedentes del MIS-Light WinCC Server.
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3.4.2 MIS-Light Viewer El servidor MIS-Light debe ser instalado en un PC independiente que debe cumplir con unos requerimientos mínimos para su correcto funcionamiento. Este PC puede ser el de la oficina administrativa de la empresa o en donde el gerente de esta la necesite. Puede estar alejada de la planta de producción. 3.4.2.1 Requisitos
CPU Procesador 355 MHZ ó mayor. RAM 128 ó mayor. Controlador Grafico XGA (8MB) ó mayor. Espacio libre 5MB ó mayor. Sistema Operativo Windows 2000/NT/XP.
3.4.2.2 Instalación Para este proceso se inserta el CD de Instalación de MIS-Light en la unidad de CD-ROM del PC y se siguen las instrucciones que aparecen en pantalla. 3.4.2.3 Configuración Para comenzar se abre el MIS-Viewer del menú de MIS-Light en el menú de programas de Windows como se muestra en la figura siguiente.
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Figura 48. Ruta MIS-Viewer.
Al abrir MIS-Viewer le pedirá crear un proyecto. Se pulsa el botón crea y se abrirá un cuadro de diálogo donde se especifica el nombre y la ubicación para generar el proyecto.
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Figura 49. Creación del Nuevo proyecto.
Al crear este nuevo proyecto se debe relacionar la base de datos a observar. Esto se hace pulsando el botón de “Add” en la ventana. Al hacer esto se abre un cuadro de diálogo, donde se relaciona y especifica la ubicación de la base de datos a usar. También se selecciona el tipo de servicio y el nombre del servido MIS-Light. Todo esto se pude ver en la siguiente figura.
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Figura 50. Relación hacia la base de datos.
Ahora MIS-Viewer esta listo para obtener los valores de la base de datos. MIS-Viewer posee la capacidad de generar gráficas a partir de los datos recolectados de la BD. Esto se hace al pulsar el botón de gráficas, la cual abre una ventana donde se pueden especificar que variables se desean observar y en que escala. Todas las modificaciones que se generan en este programa se pueden almacenar para que la próxima vez que se use, se carguen las especificaciones usadas anteriormente. Este programa de gráficas sé nuestra en la figura siguiente.
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Figura 51. Generación de Gráficas.
Con la aeración de las gráficas, se puede tener un mayor control de las estadísticas de la producción y por lo tanto mejorando la distribución de recurso hacia el proyecto. Esto mejor no sola la productividad sino también la eficiencia de la empresa. A continuación se muestran unos datos del proceso del proyecto.
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Figura 52. Gráficos.
Mis-Viewer también tiene la capacidad de observar los distintos mensajes generados durante el proceso para un mayor control desde la parte administrativa hacia el nivel de piso de planta.
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3.4.2.1 Requisitos
CPU Procesador 500 MHZ ó mayor. RAM 128 ó mayor. Controlador Grafico XGA (8MB) ó mayor. Espacio libre 15MB ó mayor. Sistema Operativo Windows 2000/NT (Preferible).
3.4.2.2 Instalación Para este proceso se inserta el CD de Instalación de MIS-Light en la unidad de CD-ROM del PC y se siguen las instrucciones que aparecen en pantalla. 3.4.2.3 Configuración Para comenzar se abre el MIS-Explorer del menú de MIS-Light en el menú de programas de Windows como se muestra en la figura siguiente. Este MIS-Explorer es el controlador de todo las demás ventanas, como se muestra en la siguiente figura.
Figura 53. MIS-EXPLOrer Wincc server
Como se observa en la figura anterior, MIS-Explorer contiene los programas básicos para la generación y transmisión de la base de datos a crear. También contiene unos círculos que pueden cambiar e a tres colores:
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• Verde: Todo esta funcionando correctamente. • Amarillo: El programa se está preparando para ejecutar. • Rojo: Se ha parado la ejecución.
Para comenzar, en esta misma ventana se pulsa el botón izquierdo del Mouse sobre recuadro de “SHOW” del MIS-Batch DataBF4. Esto hace que se muestre la ventada de MIS-Batch DataBF4. En esta nueva ventana, en el comando “MIS-Server” se nombra el servido MIS-Light, que para este proyecto se llama LUKE. Esto se muestra en la siguiente figura.
Figura 54. MIS-Batch Databf4
Estos pasos anteriores se deben seguir para los demás programas de MIS-Light, aunque en algunos programas solo es necesario oprimir el circulo amarilla para la puesta en marcha sea realizada. Los programas contenidos en MIS-Explorer son los siguientes:
• MIS-Value ExportRT. • MIS-Message ExportRT. • MIS-Value ExportCS. • MIS-Message ExportCS. • MIS-Message Server.
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• MIS-Maintenance. • MIS-GroupExport. • MIS EventLogExport.
Para que MIS-Light WinCC Server pueda exportar los distintos valores del proceso, se deben seleccionar las variables a exportar dentro del programa MIS-Value ExportCS. También se debe especificar el lugar de donde se exportan los datos. Esto se puede observar en la siguiente figura.
Figura 55. MIS-Message ExportCT.
Los mensajes a exportar son seleccionados en el programa MIS-Message ExportCS. En la ventana de este programa, se determina el Servido Maestro y el servido de MIS-Light. Después en las casillas de tablas se seleccionan los distintos mensajes a exportar. Esto se muestra en la siguiente figura.
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Figura 56. MIS-Message ExportCS.
MIS-Light WinCC Server exporta las variables y mensajes seleccionados por grupos que se definen en la ventana de MIS-GroupExport. En esta ventana se selecciona el comando “Edit” y se selecciona “Configuration”. Esto genera que se abra un cuadro de diálogo donde se escogen los diferentes grupos y se adiciona para que sean exportados por MIS-Light WinCC Server cíclicamente. Esto se muestra en la figura siguiente.
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Figura 57. MIS-GroupExport.
MIS-Light WinCC Server tan bien puede exportar los diferentes eventos que suceden por medio del programa MIS-EventLogExport. Esto genera un registro de eventos y lo exporta al servido de MIS-Light para que sea almacenado y consultado por diferentes usuarios conectados al servidor de MIS-Light. En la siguiente figura se muestra como se configura este programa.
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Figura 58. MIS-EventLogExport.
Si todo se programo y configuró adecuadamente, los círculos de MIS-Explorer estarán en “verde” y estará listo para exportar, cíclicamente, los diferentes datos seleccionados.
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4 Diseño del controlador Para el diseño del controlador del proceso se uso la lógica de control difusa que se programo en un lenguaje en C. 4.1 Regulador El regulador se programó dentro de WinCC por medio del subprograma Global Script que utiliza un lenguaje en C. Este controlador tiene como función tomar la diferencia entre la referencia y el nivel actual del agua del mismo tanque. Dependiendo de la magnitud de esta diferencia se regula la entrada de agua. Para el tanque I se controla la bomba y para el tanque II se controla la Válvula 1_2 (ON-OFF). Esta última tiene una restricción: Si el nivel del tanque I es menor que el nivel del tanque II, la Válvula 1_2 debe permanecer cerrada y se muestra en pantalla un mensaje de advertencia. El algoritmo de esta acción se puede observar en el ANEXO 1. Se utilizó Lógica Difusa para el regulador de ambos tanques. Este regulador se implemento en WinCC, aún así, se utilizo la herramienta Fuzzy de Matlab para mostrar como se diseño más no se simulo nada en este programa. En la siguiente figura se muestran los modelos que se utilizaron para el control de los Tanques. El controlador de lógica difusa recibe el error y actúa en la bomba, la cual cambia el nivel del tanque cuyo nivel de agua se está regulando.
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Figura 59. Modelos Regulación Tanques.
Se utilizó para los dos tanques un controlador tipo Mamdani de una entrada y una salida. Cada uno de los reguladores se describen a continuación. 4.1.1 Control Difuso Tanque I El diagrama de bloques de este control difuso se muestra a continuación.
Figura 60. Diagrama de bloques control difuso Tanque I.
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Las funciones de pertenencia de la entrada (Error) se muestran a continuación.
Figura 61. Funciones de pertenencia entrada.
Son dos funciones de pertenencia de forma cuadrada cada una con una etiqueta lingüística ([60 0], (0 3], (3 4], (4 5], (5 6], (6 7], (7 60] respectivamente) las cuales corresponden a los niveles de error. Las funciones de pertenencia de la salida (Voltaje Bomba) se muestran a continuación.
Figura 62. Funciones de pertenencia Voltaje Bomba.
Son dos funciones de pertenencia cada una con una etiqueta lingüística (0, 3, 4, 5, 6, 7, 8 respectivamente) las cuales corresponde al nivel de voltaje que se le envía a la bomba para que esta actúe.
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Teniendo estás funciones de pertenencia, se generaron siete reglas, las cuales se muestran a continuación.
Figura 63. Reglas.
Las reglas son muy sencillas, a cada valor de error le corresponde un voltaje en la bomba; a un error que este entre los rangos [60 0], (0 3], (3 4], (4 5], (5 6], (6 7], (7 60] le corresponde un voltaje en la bomba de 0, 3, 4, 5, 6, 7, 8 respectivamente. La superficie que genera teniendo estas reglas y estas funciones de transferencia se muestra a continuación.
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Figura 64. Superficie.
De este modo se logra un control suave para el nivel del Tanque I utilizando un control difuso. 4.1.2 Control Difuso Tanque II El diagrama de bloques de este control difuso se muestra a continuación.
Figura 65. Diagrama de bloques control difuso Tanque I.
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Las funciones de pertenencia de la entrada (Error) se muestran a continuación.
Figura 66. Funciones de pertenencia entrada.
Son dos funciones de pertenencia de forma cuadrada cada una con una etiqueta lingüística (Negativo/Nulo y Positivo respectivamente) las cuales corresponden a los niveles de error. Las funciones de pertenencia de la salida (Voltaje Válvula 1_2) se muestran a continuación.
Figura 67. Funciones de pertenencia Voltaje Válvula 1_2.
Son dos funciones de pertenencia cada una con una etiqueta lingüística (OFF y ON respectivamente) las cuales corresponde al nivel de voltaje que se le envía al relé que controla la Válvula 1_2 permitiendo el paso de agua del Tanque I al Tanque II.
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Teniendo estás funciones de pertenencia, se generaron dos reglas, las cuales se muestran a continuación.
Figura 68. Reglas.
Las reglas son muy sencillas, si el nivel del agua está por debajo de la referencia se abre la Válvula 1_2 mandando un voltaje de 24V al relé. De lo contrario, si el nivel del agua es igual a la referencia o es igual a está se cierra la Válvula 1_2 enviando un voltaje de 0V al relé. La superficie que genera teniendo estas reglas y estas funciones de transferencia se muestra a continuación.
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Figura 69. Superficie.
De este modo se logra un control suave para el nivel del Tanque II utilizando un control difuso. 4.2 Detección de fallas Este programa se trabajó teniendo en cuenta tanto la tasa de cambio de los niveles de agua en los diferentes tanques, como el estado de la bomba, la válvula de consumo y la válvula de intercomunicación entre los tanques. Estas tasas se ubican en unos rangos predeterminados, los cuales se obtuvieron por medio de varias pruebas en el laboratorio. Dependiendo de su ubicación dentro de estos y de los estados de la bomba y válvulas se disparan los mensajes de errores y advertencias. El algoritmo de esta acción se puede observar en el ANEXO 2.
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5 ANÁLISIS DE RESULTADOS Al implementar el proceso en la Universidad de los Andes se hicieron las respectivas pruebas tanto del controlador, los mensajes y la generación de la base de datos por medio de MIS-Light. Los resultados fueron satisfactorios. 5.1 Pruebas del controlador Se hicieron pruebas separadas tanto en el tanque I como en el tanque II al igual que una prueba en conjunto, para obtener el error y los tiempos de respuesta de cada controlador. Para la prueba en el Tanque I se estableció la referencia en 20cm y se cerró la Válvula 1_2 para evitar el flujo de agua hacia el Tanque II. En la siguiente Figura se observa el nivel de agua y la magnitud de voltaje que recibe la bomba.
Figura 70. Regulación Tanque I (Azul: Nivel Agua, Rojo: Bomba).
De la figura anterior se obtienen un error máximo de 1.735% y los siguientes tiempos de respuesta del control del Tanque I:
• Tiempo de asentamiento:
o segTS 1841 = .
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• Tiempo de levantamiento: o segTr 1131 = .
Para la prueba en el Tanque II se llenó primero el tanque I hasta un nivel de 50cm. Al alcanzar este nivel, se permitió el flujo de agua hacia el Tanque II. La referencia de este se estableció en 20cm. En la siguiente figura se observa el nivel de agua y el estado de la Válvula 1_2 (0 – Cerrada/1- Abierta).
Figura 71. Regulación Tanque II (Azul: Nivel Agua, Rojo: Válvula 1_2).
De la figura anterior se obtienen un error máximo de 1.215% y los siguientes tiempos de respuesta del control del Tanque I:
• Tiempo de asentamiento:
o segTS 2252 = . • Tiempo de levantamiento:
o segTr 1842 = .
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Para está prueba en conjunto se referenciarón el Tanque I en 20cm y el tanque II en 10cm. En la siguiente figura se observa el nivel de agua de los dos tanques, la magnitud de voltaje que recibe la bomba y el estado de la Válvula 1_2.
Figura 72. Regulación Tanque I y Tanque II (Azul: Nivel Agua T1, Rojo: Nivel Agua T2, Morado:
Bomba, Verde: Válvula 1_2). De la figura anterior se obtienen errores máximos iguales de 1.39% para ambos tanques. Los siguientes tiempos de respuesta del control de los Tanques:
• Tiempos de asentamiento:
o segTS 2891 = o segTS 1672 =
• Tiempos de levantamiento: o segTr 2041 = o segTr 1302 =
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5.2 Pruebas de detección de fallas Pruebas de detección de fallas También se hicieron pruebas para la detección de fallas, simulando fugas con las electroválvulas, permitiendo que el programa de control active las diferentes advertencias y fallas programadas, las cuales pueden ser reconocidas por el supervisor (acuse) o aclaradas por el mismo (falla saliente). En las siguientes figuras se observan las diferencias advertencias y fallas detectadas al simular distintos errores que se pueden presentar durante el funcionamiento del proceso, como fugas en los tanques y falla de la bomba.
Figura 73. Detección fugas en Tanque I y Tanque II.
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En la figura anterior se simularon dos fugas habilitando las electroválvulas de fuga. Como se observa en la parte inferior de la figura, los mensajes de advertencia (naranja) pertinentes a la detección de las fugas en ambos tanques son generados.
Figura 74. Detección fugas en Tanque I y Tanque II y Nivel Insuficiente de Tanque I para suplir
Tanque II. En la figura anterior se el programa reconoció que la bomba estaba funcionando perfectamente y por eso el mensaje es saliente (Verde) También generó un mensaje de advertencia de nivel insuficiente, ya que el nivel del Tanque I es menor que el del Tanque II y por esto cierra la válvula 1_2.
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Figura 75. Detección fuga Tanque I, aclaración fuga Tanque II y aclaración de falla bomba.
En la figura anterior se cierra la válvula de la fuga 2 y se observa que el programa reconoció que no había fuga en el tanque II y por eso el mensaje es saliente (azul).
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6 COSTOS Para lograr la automatización e integración de una empresa hay que incurrir en costos que puedes ser elevados, dependiendo del tamaño de la empresa, ya que los elementos no son muy baratos. Esto puede ser un poco engorroso para la empresa pero si se mira el beneficio costo es muy rentable. Para este proyecto la Universidad de los Andes dotó parte del los programas y elementos para la construcción del proceso. El programa de MIS-Light fue entregado por la SIEMENS, por lo tanto no se incurrió en un gran gasto. Lista de precios:
• Familia SIMATIC • Software Industrial
o Step7: $3250 ó 8’966,023.00 pesos. o WinCC: $3995 ó 11’021,312.00 pesos. o PLC:
S7-300: $1940 ó 5’352,026.00 pesos. • MIS-Light: • Electroválvulas: £28.20 ó 42788.68 pesos. • Bomba: $44.84 ó 123703.69 pesos. • Rele: $20.94 ó 57768.85 pesos. • Sensor: $7.39 ó 20387.38 pesos. • Amplificadores Operacionales: • AD620: $3.27 ó 5751.21 pesos. • LM358: $0.85 ó 2344.96 pesos. Por tener un precio elevado, muchas empresas tanto grandes como medianas optan por adquirir solo una parte pequeña de esta Familia SIMATIC, mas comúnmente se adquieren los PLC’s y STEP7. Esto hace que los ingenieros no tengan una visión general del proceso y deben tener la capacidad de leer los datos pertinentes del PLC.
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7 PERSPECTIVAS Con el proyecto finalizado, se puede buscar ahora la forma de integrar este con aplicaciones WEB y WAP. Por ejemplo, la consulta de la base de datos generada para realizaciones de prácticas de laboratorio de Control o Automatización. También, buscar la forma de complementar, el paquete de programas utilizados en este proyecto, con SAP y ORACLE para integrar aún más los diferentes niveles de la empresa. Integrar más los cursos de Análisis y Control en Tiempo Real y Taller de Control de la Ingeniería Electrónica con los cursos de Fundamentos de Organizaciones y Control de Producción de Ingeniería Industrial. Se podría incluir estas materias dentro del Pensum para complementar cada una de las carreras, ya que para un ingeniero es muy importante conocer todos los niveles de la empresa y sus organizaciones. Esto formaría ingenieros más completos con una mayor capacidad de competir en el área laboral. Teniendo en cuenta los conocimientos adquiridos se podría desarrollar un proyecto enfocado a la industria e implementarlo en una empresa, aportando al desarrollo de esta misma y al sector industrial. Adecuar y mejorar el puesto de trabajo para un el uso en investigaciones futuras de procesos de automatización, de supervisión inteligente, diagnóstico y flexibilidad en tiempo real.
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8 RECOMENDACIONES Se recomienda el estudio y ampliación de este proyecto realizado, ya que es una forma didáctica de aprender el paquete de SIMATIC de la Siemens y demás programas para la formación de un buen ingeniero de producción y automatización. También se recomienda adquirir equipos más modernos y de mayor capacidad para poder ejecutar los programas de manera eficiente y estar al día con la tecnología de punta. También se recomienda construir unos puestos de trabajo para la utilización, desarrollo y programación de procesos industriales de automatización. Tener más contacto con la Ingeniería Industrial para el desarrollo de proyectos conjuntos de automatización y producción. Promover aún más la investigación de automatización de procesos industriales en la Universidad de los Andes.
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9 CONCLUSIONES El software Industrial de la Familia SIMATIC de la empresa Siemens, es muy robusto, completo y eficaz para la automatización de procesos industriales por su calidad y eficiencia al controlar y ejecutar todas las tareas requeridas en este campo industrial. Por tener un costo elevado, este software Industrial de la Familia SIMATIC no es muy accesible para las pequeñas y medianas empresas. WinCC permite visualizar, interactuar, supervisar y controlar el proceso. Esto hace que la interfaz hombre maquina sea mas amigable y eficiente, mejorando la comunicación entre niveles y la eficiencia de la empresa. MIS-Light como herramienta de generación de base de datos es muy útil, ya que por su capacidad de adquisición de datos en tiempo real permite una buena integración entre los niveles de la empresa. También por poseer la característica de poder ingresar abiertamente a los datos, desde cualquier puesto que tenga MIS-Viewer, hace que la calidad de producción no disminuya al supervisar y diagnosticar procesos industriales. La creación de un proyecto de ingeniería de producción y automatización nos aporto conocimiento desde su diseño hasta su implementación. Todo esto aumento enriqueció nuestros conocimientos y aumento nuestro campo de acción dentro del sector industrial. Se lograron los objetivos planteados al inicio del proyecto, complementando así el Sistema Modular de Tanques Acoplados para ayudar al aprendizaje de sistemas de control de la Universidad de los Andes.
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10 REFERENCIAS [1] García, Julián Fabrizzio, Pulgarín, Julián Ayrle, SISTEMAS DE TANQUES
ACOPLADOS PARA AYUDA DEL APRENDIZAJE DE SISTEMAS DE CONTROL, Bogotá, Abril de 2003. Proyecto de Grado (Especialista en Automatización de Procesos Industriales), Universidad de los Andes.
[2] Interactive Catalog Siemens Automation and Drives, © 2001 Siemens, Automation
and Drives, Recuperado el 22 de Septiembre de 2003, en https://mall.ad.siemens.com/WW/guest/index.asp?lang=en&aktprim=0&nodeID=1000000&display=*&foldersopen=-755-754-1-756-910-949-.
[3] SIMATIC S7-300 - For system solutions with emphasis on production engineering,
Siemens, Agosto de 2003, Recuperado el 13 de Octubre de 2003, en https://mall.ad.siemens.com/WW/guest/data/500/en/50000136 K3.PDF.
[4] MIS-Light V2.3 Description, 2000, Siemens.
[5] WinCC Configuration Manual, Septiembre 1999, Siemens.
[6] SIMATIC Lista de instrucciones (AWL) para S7-300/400 Manual de referencia,
parte del paquete de documentación, referencia: 6ES7810-4CA05-8DR0 Edición 08/2000 A5E00068878-02 Siemens AG Bereich Automatisierungs- und Antriebstechnik Geschaeftsgebiet Industrie-Automatisierungsysteme Postfach 4848, D- 90327 Nuernberg © Siemens AG 2000 Sujeto a cambios sin previo aviso.
[7] Tutorial de PROGRAMACIÓN en SIMATIC S7, Manual anónimo de libre
utilización, Recuperado de. www.iespana.es/automatizacion.
[8] Kempowsky, Tatiana, LEARNING METHODOLOGY FOR A SUPERVISIÓN SYSTEM USING LAMDA CLASIFICATION METHOD.
[9] Data Sheet, SELENOID VALVES 2/2-WAY ASSISTED LIFT OPERATED AS
08-2000, Agosto 2000, DANFOSS. [10] SIMATIC HMI, WinCC, Primeros pasos, Agosto de 1999, SIEMENS.
[11] Danfoss EV220B 6 – 22 2/2 way servo operated valve, recuperado el 17 de
septiembre de 2003 de http://www.cse-distributors.co.uk/controlgear/ev220b_6-22b.htm
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11 ANEXOS ANEXO 1: Algoritmo Regulación #include "apdefap.h" int gscAction( void ) //Declaración de variables binarias. static BOOL Falta_Nivel1; static BOOL ini; //Declaración de palabras. float n_t1; float n_t2; float ref_t1; float ref_t2; float error; //Adquisición de variables para procesamiento de datos. n_t1=GetTagFloat("Nivel_T1"); n_t2=GetTagFloat("Nivel_T2"); ref_t1=GetTagFloat("RefT1"); ref_t2=GetTagFloat("RefT2"); ini=GetTagBit("Ini"); //Modo apagado if (ini==FALSE) //Transferencia de datos a campos E/S y variables internas. SetTagFloat("Bomba",0); SetTagFloat("Error_T1",0); SetTagFloat("N_T1",0); SetTagFloat("N_T2",0); SetTagBit("Leak1",FALSE); SetTagBit("Leak2",FALSE); SetTagBit("V_12",FALSE); SetTagBit("V_C",FALSE); //Modo encendido. else SetTagFloat("N_T1",n_t1); SetTagFloat("N_T2",n_t2); //Control Tanque II. if ((n_t1<n_t2)) SetTagBit("V_12",FALSE); SetTagBit("Falta_Nivel1",TRUE); else if(n_t1<ref_t2) //Activar Bit de acuse para mensaje SetTagBit("Falta_Nivel1",TRUE); else //Desactivar Bit de acuse para mensaje SetTagBit("Falta_Nivel1",FALSE); if(n_t2>=ref_t2) SetTagBit("V_12",FALSE); if(n_t2<ref_t2) SetTagBit("V_12",TRUE); //Control Tanque I. error=ref_t1-n_t1; //se calcula el error
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SetTagFloat("Error_T1",error); //Se almacena el error en un valor del proceso //Si se ha alcanzado o pasado la referencia se apaga la bomba. //Se toma el error y se clasifica en una de las diferentes funciones de pertenencia y según las reglas ya establecidas se actúa dando un // nivel de voltaje. Esta es la lógica difusa que debido a las sencillas funciones de pertenencia y reglas se pueden programar con simples //IFs. if(error<=0) //Función de pertenencia 60-0 SetTagFloat("Bomba",0); else if(error>=7) SetTagFloat("Bomba",8); else if((error<7)&&(error>=6)) SetTagFloat("Bomba",7); else if((error<6)&&(error>=5)) SetTagFloat("Bomba",6); else if((error<5)&&(error>=4)) SetTagFloat("Bomba",5); else if((error<4)&&(error>=3)) SetTagFloat("Bomba",4); else if((error<3)&&(error>0)) SetTagFloat("Bomba",3); return 0;
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ANEXO 2: Algoritmo Detección de Fallas #include "apdefap.h" int gscAction( void ) //Inicialización variables binarias. BOOL ini; BOOL Gotera2; BOOL V12; BOOL VC; //Inicialización palabras. float bomba; float CN1; float CN2; float cont; float Dif; float Dif2; float nivel1; float nivel2; float Bomb1; float Bomb2; //Adquisición valores de proceso. ini=GetTagBit("Ini"); V12=GetTagBit("V_12"); VC=GetTagBit("V_C"); bomba=GetTagFloat("Bomba"); cont=GetTagFloat("cont"); //Modo apagado. if (ini==FALSE) SetTagBit("Gotera_Tanque2",FALSE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); SetTagFloat("cont",0); SetTagFloat("CN1",0); SetTagFloat("CN2",0); SetTagFloat("nivel1",0); SetTagFloat("nivel2",0); SetTagFloat("Dif1",0); SetTagFloat("Dif2",0); else //Contador, cambia cada que se dispara la acción. if (cont==0) //Se adquiere el valor anterior y se le resta el actual para mirar el cambio de nivel. nivel1=GetTagFloat("N_T1"); nivel2=GetTagFloat("N_T2"); CN1=GetTagFloat("CN1"); CN2=GetTagFloat("CN2"); Dif=nivel1-CN1; Dif2=nivel2-CN2; SetTagFloat("Dif1",Dif); SetTagFloat("Dif2",Dif2); SetTagFloat("CN1",nivel1); SetTagFloat("CN2",nivel2); SetTagFloat("nivel1",nivel1); SetTagFloat("nivel2",nivel2); Bomb1=GetTagFloat("Bomb1"); Bomb2=GetTagFloat("Bomb2"); SetTagFloat("Bomb1",Bomb2); SetTagFloat("Bomb2",bomba); SetTagFloat("cont",1); else if(cont==1) SetTagFloat("cont",2); else if(cont==2)
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SetTagFloat("cont",3); else if(cont==3) SetTagFloat("cont",4); else if(cont==4) SetTagFloat("cont",5); else if(cont==5) SetTagFloat("cont",6); else if(cont==6) SetTagFloat("cont",7); else if(cont==7) SetTagFloat("cont",8); else if(cont==8) SetTagFloat("cont",9); else if(cont==9) SetTagFloat("cont",10); else if(cont==10) SetTagFloat("cont",0); //Cuando el contador está en cero y dependiendo de las condiciones del sistema //se acivan o desactivan los Bit de aviso de cada mensaje. if((cont==0)&&(Bomb2==Bomb1)) if(bomba==0) if(V12==FALSE) if((Dif<=-0.6)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if(Dif>0.314) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else if((Dif<=-1.1)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE);
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else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if(Dif>-0.38) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); if(bomba==3) if(V12==FALSE) if((Dif<=0)&&(Dif>=-0.77)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>0.88)||(Dif<-0.77)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else if((Dif<=0)&&(Dif>=-1.43)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>0.382)||(Dif<-1.43)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); if(bomba==4) if(V12==FALSE) if((Dif<=0)&&(Dif>=-0.91)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>1.15)||(Dif<-0.91)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else if((Dif<=-0.3)&&(Dif>=-1.78)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE);
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if((Dif>0.58)||(Dif<-1.78)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); if(bomba==5) if(V12==FALSE) if((Dif<=0.8)&&(Dif>=-0.56)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>1.32)||(Dif<-0.56)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else if((Dif<=-0.1)&&(Dif>=-0.8)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>1.08)||(Dif<-0.8)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); if(bomba==6) if(V12==FALSE) if((Dif<=1)&&(Dif>=0.03)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>2.68)||(Dif<0.03)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else if((Dif<=0)&&(Dif>=-1.9)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>1.12)||(Dif<-1.9)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE);
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if(bomba==7) if(V12==FALSE) if((Dif<=1.5)&&(Dif>=0.45)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>2.44)||(Dif<0.45)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else if((Dif<=0.6)&&(Dif>=-0.14)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>2.23)||(Dif<-0.14)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); if(bomba==8) if(V12==FALSE) if((Dif<=2)&&(Dif>=0.78)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if(Dif<0.78) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else if((Dif<=0.85)&&(Dif>=-0.05)) SetTagBit("Gotera_Tanque1",TRUE); SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE); else SetTagBit("Gotera_Tanque1",FALSE); if((Dif>2.23)||(Dif<-0.05)) SetTagBit("Falla_Bomba",TRUE); else SetTagBit("Falla_Bomba",FALSE);
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//Control de Fuga en Tanque2 if(V12==FALSE) if(VC==FALSE) if(Dif2<=-0.4) SetTagBit("Gotera_Tanque2",TRUE); else SetTagBit("Gotera_Tanque2",FALSE); else if(Dif2<=-1.86) SetTagBit("Gotera_Tanque2",TRUE); else SetTagBit("Gotera_Tanque2",FALSE); else if(VC==FALSE) if(Dif2<=0.1) SetTagBit("Gotera_Tanque2",TRUE); else SetTagBit("Gotera_Tanque2",FALSE); else if(Dif2<=-0.9) SetTagBit("Gotera_Tanque2",TRUE); else SetTagBit("Gotera_Tanque2",FALSE); return 0;
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ANEXO 3: Algoritmo Simulación de Fallas #include "apdefap.h" int gscAction( void ) //Inicialización palabras float cont1; float max; //Adquisición valores de proceso cont1=GetTagFloat("cont1"); //Iicio programa if (cont1==0) SetTagFloat("cont1",1); SetTagBit("Leak1",TRUE); else if(cont1==1) SetTagFloat("cont1",2); else if(cont1==2) SetTagFloat("cont1",3); SetTagBit("Leak1",FALSE); else if(cont1==3) SetTagFloat("cont1",4); SetTagBit("Leak2",TRUE); else if(cont1==4) SetTagFloat("cont1",5); else if(cont1==5) SetTagFloat("cont1",6); SetTagBit("Leak2",FALSE); else if(cont1==6) SetTagFloat("cont1",7); SetTagBit("Leak1",TRUE); else if(cont1==7) SetTagFloat("cont1",8); SetTagBit("Leak2",TRUE); else if(cont1==8) SetTagFloat("cont1",9); SetTagBit("Leak1",FALSE); SetTagBit("Leak2",FALSE); else if(cont1==9) SetTagFloat("cont1",10); SetTagBit("Leak2",TRUE); else if(cont1==10) SetTagFloat("cont1",11);
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SetTagBit("Leak1",TRUE);
else if(cont1==11) SetTagFloat("cont1",12); SetTagBit("Leak1",FALSE); SetTagBit("Leak2",FALSE); else if(cont1==12) SetTagFloat("cont1",13); SetTagBit("Leak1",TRUE); SetTagBit("Leak2",TRUE); else if(cont1==13) SetTagFloat("cont1",14); SetTagBit("Leak1",FALSE); else if(cont1==14) SetTagFloat("cont1",15); SetTagBit("Leak2",FALSE); else if(cont1==15) SetTagFloat("cont1",16); SetTagBit("Leak1",TRUE); SetTagBit("Leak2",TRUE); else if(cont1==16) SetTagFloat("cont1",17); SetTagBit("Leak2",FALSE);
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else if(cont1==17) SetTagFloat("cont1",0); SetTagBit("Leak1",FALSE); return 0;