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Tema: Aplicacin de SCADA con Labview. Lugar de ejecucin: Edificio de Electrnica (Laboratorio: Instrumentacin y Control). Tiempo de ejecucin: 2 hrs. Objetivo General

Facultad: Ingeniera. Escuela: Electrnica Asignatura: Supervisin de Instrumentacin y control

Utilizar el LabView para comunicarse dispositivos de instrumentacin y controlObjetivos especficos

Intercambiar datos entre el PLC CP1H y Labview utilizando el servidor de datos CX Server OPC de OMRON y el cliente OPC de Labview. Conocer y configurar el DSC de Labview. Utilizar el programa Labview.

Introduccin Terica

La implementacin de un sistema distribuido de medicin y control permite que los ingenieros optimicen el proceso que se ejecuta en cada mquina y sobre la red, creando un sistema de mayor rendimiento y ms confiable. Los sistemas distribuidos pueden separarse en dos piezas: la infraestructura y los nodos. Al disear un sistema, es importante comprender antes las necesidades a satisfacer: Ser necesario que el sistema haga tanto control como monitoreo?, Qu procesos de negocios nicos necesitan integrarse al sistema, p.ej., una base de datos de compras o de seguimiento de calidad? La identificacin inicial de los procesos es importante para disear la arquitectura del sistema. La eleccin de las herramientas adecuadas ayuda a que los ingenieros construyan caractersticas usadas comnmente y provee la flexibilidad para incorporar procesos personalizados o equipamiento de terceros. LabVIEW, de National Instruments, es un entorno de desarrollo flexible que est diseado para ayudar a que los ingenieros integren fcilmente muchos componentes distintos dentro de un sistema completo de monitoreo y control. Definiendo la estructura Al considerar un sistema distribuido, es una buena idea observar primero todo el sistema. La infraestructura del sistema se halla en el nivel ms alto y puede simplificarse a los servidores crticos y a la red. El software que corre en los servidores crticos debe manejar las transferencias de la red, datos, visualizacin de datos, alarmas, eventos y la seguridad. Una caracterstica crucial de la infraestructura es que debe ser capaz de comunicarse con el resto del hardware mediante un protocolo comn, tal como el TCP/IP. El software usado en cada mquina de la red debe soportar los mismos protocolos de comunicacin. Adems, los servidores crticos deben soportar diversos protocolos de comunicacin de manera que puedan interfacearse con mquinas antiguas y de prxima generacin en el sistema. AlPropiedad de la Universidad Don Bosco Prohibida su reproduccin total o parcial para otros fines 2011

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seleccionar un software, tal como LabVIEW, que soporta numerosos protocolos estndar de la industria, es crucial reducir el tiempo de desarrollo para cada mquina de la red e integrar dispositivos en red con los servidores crticos.

Figura 6.1. Diagrama de un Sistema Distribuido. Red A medida que un sistema de adquisicin de datos crece, stos pueden almacenarse en mltiples computadores y ser monitoreados centralmente o bien pueden almacenarse en un solo servidor central. El desafo ms difcil es comunicarse con datos en vivo. A fin de hacer eso fcilmente, las herramientas de software deben integrarse con la tecnologa nativa de red del sistema operativo y hacerlo lo ms transparente posible. Las herramientas de red deberan disearse para maximizar la transferencia de datos y deberan ser estables y confiables cuando se produzcan interrupciones en la red. El OLE for Process Control (OPC) es una interface industrial normalizada mediante la cual el software y el hardware pueden comunicarse independientemente del fabricante. LabVIEW provee soporte para OPC a travs del Mdulo LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC), aunque el OPC puede no operar al rendimiento requerido para altas velocidades; en este caso el Mdulo DSC tambin incluye un protocolo propio para optimizar el rendimiento. Manejo de datos Los servidores crticos tambin deberan poder hacer registro de datos, que es el proceso de adquirir y almacenar datos en un archivo o base de datos. Cuanto ms complicada sea una aplicacin, ms crtico se torna tener herramientas que hagan bien esta tarea. Pequeas cantidades de datos pueden almacenarse fcilmente en archivos de texto o de base de datos, sin embargo, cantidades mayores de datos aprovechan mejor formatos ms elaborados de almacenamiento de datos. Existen muchas maneras diferentes de almacenar grandes conjuntos de datos, cada una con sus propias ventajas y desventajas. Los dos tipos primarios de base de datos utilizadas son las relacionales y las de escritura continua a disco (streaming). Las bases de datos relacionales son las ms tradicionales y usadas a menudo en aplicaciones comerciales. Si bien son extremadamente flexibles, no son optimizadas en cuanto a espacio en disco y rendimiento. Las bases de datos de escritura continua a disco, por otro lado, estn diseadas para almacenar rpidamente grandes conjuntos de datos en disco. Sin embargo, el ingeniero no puede definir tablas u otras estructuras por lo cual pierde alguna flexibilidad y capacidades de bsqueda. Cuando se construye una base de datos, algunos de los desafos ms comunes son disear una estructura de archivos y datos fcil de usar y escalable. Sin las herramientas apropiadas los ingenieros pueden llegar a gastar horas diseando y modificando sus estructuras de datos. El mdulo DSC poseePropiedad de la Universidad Don Bosco Prohibida su reproduccin total o parcial para otros fines 2011

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una base de datos de escritura continua diseada para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de medicin y control. Al tener una estructura jerrquica y de datos definida, la base de datos provee una mejor utilizacin del espacio y rendimiento. Visualizacin de datos El registro de datos en disco no es el nico desafo que se enfrenta al disear sistemas distribuidos. Los ingenieros y operadores tambin necesitan visualizar los datos, ya sea durante la adquisicin de las seales ya sea luego que se complet la adquisicin. Existen dos maneras diferentes de ver los datos y la primera es visualizar los datos desde el servidor durante la adquisicin, tambin conocida como datos en vivo. Los ingenieros necesitan observar los datos en vivo a fin de monitorear el estado de un sistema en ejecucin. Ver datos en vivo desde una sola mquina es una operacin relativamente simple. Para monitorear datos en vivo los ingenieros pueden crear una interface de usuario, tal como un panel frontal de LabVIEW, y observarlos en un monitor local o embeberlos en una pgina Web usando la herramienta Remote Panels. Ver datos en vivo desde mltiples mquinas es ms difcil ya que cada mquina que visualiza datos debe estar ejecutando un cliente, cuyo trabajo es pedir los datos al ser requeridos. Es importante entender a qu tipo de servidor se estar conectando la aplicacin y elegir el software que ayudar a facilitar la comunicacin. Una de los servidores ms poderosos es el OPC, por lo que encontrar un software con un servidor/cliente OPC incorporado puede ahorrar valioso tiempo de desarrollo. La segunda manera es ver los datos luego de haber sido almacenados en un archivo, lo que se conoce tambin como visualizacin histrica. Estos datos se usan para anlisis y presentaciones postadquisicin. Los desafos asociados con esto son similares a los del registro de datos. Sin las herramientas correctas, los ingenieros deben conocer las estructuras de archivos y datos antes de analizarlos y visualizarlos. Nuevamente, elegir una herramienta de desarrollo de software que haga eso puede ahorrar tiempo. El Mdulo DSC est basado en las funciones de anlisis y presentacin de LabVIEW e incluye conectividad OPC y herramientas de visualizacin para lograr una fcil visin de datos en vivo e histricos desde mltiples mquinas. Manejo de Alarmas y Eventos Cuando se adquieren grandes cantidades de datos durante largos perodos, los ingenieros estn usualmente menos interesados en el valor de cada dato y ms interesados en las variaciones significativas de sus valores. Esas variaciones pueden monitorearse usando alarmas y eventos. Es importante que la historia de esas alarmas y eventos se conserve de modo que puedan ser analizadas con posterioridad. Las caractersticas cruciales requeridas para soportar alarmas incluyen la habilidad de generar una alarma, almacenarla con sus datos asociados y llamarla junto con toda la informacin relevante luego de la adquisicin. Esta informacin relevante puede incluir cundo se dispar la alarma, quin y en qu momento la visualiz. Con el Mdulo DSC, los ingenieros pueden configurar yPropiedad de la Universidad Don Bosco Prohibida su reproduccin total o parcial para otros fines 2011

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monitorear alarmas usando el asistente HMI, permitindoles focalizar en la causa de las alarmas en lugar de programar por s mismos una infraestructura de alarmas.

Figura 6.2. Asistente HMI encapsula configuracin de datos y programacin grfica. Seguridad En el manejo de datos sensibles a menudo surgen cuestiones de seguridad, como ser: quin debera tener acceso a los datos y a qu partes?, o bien cualquier debera ser capaz de modificar el archivo o la base de datos? Probablemente no. El desarrollo de cdigo de seguridad puede tomar tiempo y ser tedioso. Definiendo al inicio las necesidades del sistema, los ingenieros pueden elegir las herramientas que le ayuden a hacerlo. El Mdulo DSC permite a los ingenieros definir perfiles de usuario que limitan el acceso a diferentes y especficos controles de la interface del usuario de la aplicacin, as tambin como a secciones diferentes y sensibles de los datos. Integracin Usualmente, la tarea ms difcil y larga para construir un sistema es la integracin de componentes dentro de una infraestructura existente o nueva. A fin de que la integracin proceda lo ms suavemente posible, es importante reunir los requerimientos al inicio del proceso y elegir herramientas de software que lo hagan ms fcil; buscar herramientas que sean abiertas y flexibles es crucial para lograr ese objetivo. Las herramientas de software abierto usan protocolos industriales, tales como OPC y TCP/IP y trabajan con las de otros fabricantes para facilitar la integracin al usuario final. Las herramientas de software flexibles proveen a los ingenieros la capacidad de agregar fcilmente diferentes componentes a la infraestructura del sistema. Desde el inicio, LabVIEW ha sido desarrollado para trabajar con hardware de terceros. Posee una arquitectura subyacente de un lenguaje de programacin tradicional, lo que permite a los ingenieros trabajar adecuadamente con E/S fsicas, restricciones de tiempo real y configuracin de hardware. Existe tambin una gran comunidad de usuarios que comparten ideas y recursos a fin de ayudar a los ingenieros a desarrollar sus programas.

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Definiendo los nodos Como se puede ver, existen muchas tareas que requieren ser manejadas por los servidores crticos y, cuanto ms se les exige, ms poderosos deben ser los procesadores y ms eficiente debe ser el cdigo. En caso contrario, la computadora puede sobrecargarse fcilmente por esas diferentes aplicaciones y tareas. Aqu es donde el concepto de clculo distribuido entra en escena. Descargando algunas de las tareas, tal como la adquisicin de datos, anlisis y control, a nivel de los nodos, los ingenieros pueden ser capaces de usar ms eficientemente los recursos disponibles. A nivel de los nodos del sistema se halla el hardware con tareas especficas, tal como el controlador de la cinta transportadora o un monitor de cierre de seguridad. En algunos componentes de software se puede incorporar inteligencia a nivel de las E/S. La rutina de control que se ejecuta en cada nodo puede tener un tiempo de respuesta ms rpido ya que se eliminan las dependencias de la red. Adems, descargar de los servidores crticos el procesamiento realizado en los nodos reduce el nmero de tareas que ellos deben ejecutar, liberndolos de monitorear un sistema ms grande. Las ganancias en eficiencia de procesamiento son ms evidentes cuando el sistema de control a nivel de nodos integra y analiza una variedad de E/S, tales como control de movimientos, adquisicin de imgenes, adquisicin de datos analgicos y transferencias de datos seriales. Sistemas Operativos de Tiempo Real Muchos sistemas de control a nivel de nodos se implementan con controladores dedicados usando tecnologa tal como sistemas operativos de tiempo real. Esta plataforma es ideal para control de nodos dado que estos sistemas operativos ofrecen rendimiento determinstico, alta confiabilidad y operacin autnoma. El determinismo es la cualidad de hacer que una tarea siempre se ejecute a un dado tiempo o dentro de un cierto intervalo. La ventaja de esto es un alto nivel de precisin en el lazo de control. Los sistemas operativos de tiempo real son ms confiables que otros sistemas operativos debido a que estn dedicados slo a una aplicacin o proceso por vez. Con menores tareas que distraigan el sistema operativo, el sistema operativo de tiempo real experimentar una operacin ms robusta. Finalmente, estos objetivos dedicados pueden operar como sistemas autnomos o embebidos, lo cual ofrece la ventaja de no requerir un operador para interactuar siempre con el proceso. Existen muchos diferentes sistemas operativos de tiempo real disponible hoy en el mercado. Al considerar cul usar, los ingenieros deberan tener en cuenta cmo desarrollarn el cdigo para correr en ese sistema. Una opcin es usar un lenguaje tradicional basado en texto, lo cual involucra una curva de aprendizaje empinada y habilidades especiales para optimizar el cdigo de control. Otra opcin es usar LabVIEW y su Mdulo Real-Time. Este mdulo extiende el entorno de desarrollo LabVIEW proveyndole la posibilidad de instalar y ejecutar aplicaciones en un objetivo de hardware dedicado que corre un sistema operativo de tiempo real. Las herramientas propias de LabVIEW para sistemas de medicin y control proveen funcionalidad especfica de software y hardware a las aplicaciones de tiempo real, tales como funciones de control PID y capacidades avanzadas de temporizado y sincronizacin. Mediante una aproximacin nica al desarrollo de aplicaciones de tiempo real, LabVIEW brinda una plataforma altamente productiva a los ingenieros para crear sistemas determinsticos y embebidos.



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Figura 6.3. Entorno de desarrollo grfico de LabVIEW. Anlisis de Post Adquisicin y Generacin de Informes Luego de pensar en el diseo del sistema, la prxima cuestin es cmo se utilizarn los datos. Los ingenieros necesitarn extraer datos desde una base de datos central y crear un informe para compartir con colegas, administradores o clientes? Si es ste el caso, entonces es importante elegir un software que se halle fuertemente integrado con el resto del sistema. Un ejemplo es DIAdem de National Instruments, que los ingenieros pueden usar para importar datos desde numerosas diversas fuentes o bases de datos, analizar interactivamente grandes conjuntos de datos y crear fcilmente informes profesionales. Con DIAdem los ingenieros pueden retirar fcilmente datos adquiridos por su aplicacin en LabVIEW. Para elegir un archivo de datos y determinar la mejor manera de visualizarlo y presentar su contenido se usa un asistente, aunque esta tarea tambin puede hacerse programticamente desde adentro de LabVIEW. Retirar datos desde mltiples archivos a la vez tambin es simple y los ingenieros pueden comparar rpidamente resultados y datos obtenidos por diferentes aplicaciones o diferentes ejecuciones de la misma aplicacin. A diferencia de los programas estndar de planillas de clculo, los grandes conjuntos de datos no constituyen un problema para DIAdem. En realidad, DIAdem es capaz de manejar ms de un billn de datos. Los ingenieros no slo pueden fcilmente retirar datos desde la base de datos del Mdulo DSC sino que tambin lo pueden hacer desde bases de datos SQL/ODBC y Microsoft ADO. DIAdem posee un mecanismo itnegrado con el cual los datos pueden guardarse fcilmente a y retirado desde esas bases de datos. Una vez que los datos fueron adquiridos y analizados y obtenidos los resultados deseados, los ingenieros pueden compartir los resultados con colegas y clientes ya que DIAdem torna fcil esta tarea. Con DIAdem, los ingenieros pueden disear plantillas de informes reutilizables totalmente personalizadas. Cualquiera de los objetos del informe puede mostrar datos de los canales adquiridos oPropiedad de la Universidad Don Bosco Prohibida su reproduccin total o parcial para otros fines 2011

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calculados. Una vez satisfecho con el diseo del informe, ste se puede almacenar para ser reutilizado o enviado a imprimir.

Figura 6.4. Informe realizado con DIAdem Mantenimiento del Sistema y Actualizaciones Por ltimo, es extremadamente importante disear un sistema que sea fcilmente de escalar y mantener. Entre las varias cosas a considerar se incluye la minimizacin de diferencias entre el sistema actual y el nuevo tanto como sea posible, as como tambin la automatizacin de la mayora de los pasos posibles. Algo que puede ayudar a los ingenieros a disear un sistema con mnimo mantenimiento es colaborar con los diferentes grupos responsables del mantenimiento al comienzo del proyecto y aprender de sus procesos y expectativas. Una manera de hacer eso es construir interfaces de usuario para procedimientos de mantenimiento y luego automatizarlas siempre que sea posible. Aunque trabajar con un equipo de gente diversa puede causar algunos requerimientos conflictivos, lidiar con ellos lo ms tempranamente posible redundar en un mejor sistema.



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Materiales y equipos

1 Estacin de almacn iCIM3000 1 Autmata programable S 300 CPU 3152PN/DP1 1 Pantalla mvil 177 PN 1 Switch de conexin Ethernet 1 Computadora con el programa Simatic Manager y tarjeta de red 1 Software LabVIEW 2008

Procedimiento

Parte I. Instalacin del sistema (Hardware). 1. Arme la configuracin del PLC CP1H XA con la PC y un Switch Ethernet como se muestra en la figura 1.4.

Figura 2.3. Conexin bsica de la red Ethernet En esta parte de la prctica se intercambiarn datos entre un PLC CP1H y CX-Supervision por medio del servidor de datos OPC de OMRON. Parte II. Configuracin del sistema (Software) 2. Configure la tarjeta Ethernet del PLC CP1H a la que debe asignar la direccin 192.168.1.4. Para ello debe utilizar el cable USB y el CX-Programmer. 3. Configure la tarjeta Ethernet de la PC para que estn en la misma subred, por ejemplo con la direccin 192.168.1.10. 4. Crearemos un nuevo proyecto y al editar este definiremos el tipo de servidor (PLC) con los mismos parmetros que definimos en CX-Programmer (comunicacin ethernet, direccin IP) y los elementos o puntos que podr servir.



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Figura 2.4 Creacin del proyecto en CX-Server OPC. 5. Nombre al archivo de proyecto SCADA_TEMP.cdm.

Figura 2.5 Configuracin del proyecto en CX-Server OPC.Nombre Calor Frio Entrada0 Entrada1 Salida0 Salida1 Temperatura Localizacin 150.03 150.01 0.0 0.1 100.0 100.1 D100 Comentario Activa la Salida 100.1 (Calentador) Activa la Salida 100.0 (Ventilador) Entrada fsica 0.0 Entrada fsica 0.1 Salida fsica 100.0 (Calentador) Salida fsica 100.1 (Ventilador) Guarda el valor actual de temperatura Definido como I/O para poder escribir en l desde el SCADA Tipo Bit Bit Bit Bit Bit Bit Word BCD

Conexin del cliente OPC al servidor OPC a travs de LabVIEW 8.6 6. Confirme si el Mdulo DSC (Datalogging and Supervisory Control) ya est instalado, haga clic sobre [Inicio] [Todos los programas] [National Instruments] [Measurement & Automation]



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7. Arranque LabVIEW 8.6, para ello vaya al men [Inicio] [Todos los programas] [LabVIEW 8.6] [LabVIEWW]



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8. Seleccione la opcin [Empty Project] 9. En la vista del rbol, haga clic derecho sobre [My Computer] y seleccione [New] [I/O Server]



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10. Seleccione OPC Client y haga clic sobre [Continue]

11. Seleccione OMRON.OpenDataServer.1, y haga clic sobre [OK]

Aparecer dentro del rbol el elemento OPC1, el cual es el Servidor OPC que usted ha seleccionado 12. Haga clic derecho sobre [OPC1] y seleccione [Create Bound Variables]



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13. Aada las siete variables del proyecto y presione el botn [OK]

14. Aparecer la ventana del Editor de mltiples variables. Presione sobre el botn [Done].



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15. La variables se presentarn como en la siguiente figura.

16. Haga clic derecho sobre [Untitled Library 1] y seleccione [New] [VI]



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17. Arrastre la Entrada0 desde el Project Explorer hasta la ventana del Front Panel y luego mueva la Salida1 del Project Explorer hacia el Front Panel.

18. Reemplace el indicador de la Entrada0 por un LED redondo.Propiedad de la Universidad Don Bosco Prohibida su reproduccin total o parcial para otros fines 2011

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19. Remplace en control de la Salida1 por un interruptor.



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20. Corra el programa y seleccione [Close] en la ventana del Deployment progress.

Detenga el programa y borre el control e indicador creados. 21. Ahora cree la siguiente pantalla de supervisin con la ayuda de su docente de laboratorio



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22. Realice el siguiente programa para el PLC:Propiedad de la Universidad Don Bosco Prohibida su reproduccin total o parcial para otros fines 2011

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Figura 2.18. Programa a cargar en el PLC CP1H de OMRON. Parte VI. Modificacin del proyecto. 23. Modifique la pantalla de supervisin para colocar una grfica de tendencia.



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24. Salga de los programas y desarme correctamente el equipo.Anlisis de resultado

1. Qu similitudes y diferencias encuentra entre CX-Supervisor , WinCC, LabVIEW y labVIEW? 2. Cmo evala la comunicacin de los tags entre el PLC CP1H y la computadora? 3. Cmo se realiza la configuracin de las alarmas en labVIEW?Bibliografa

Prcticas de automatizacin industrial. Universidad Pontificia Comillas. Madrid. Escuela tcnica superior de ingeniera. D. Jos Antonio Rodrguez Mondjar. Septiembre de 2010. Versin 1.0.



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Hoja de cotejo:

Gua 6: Aplicacin de HMI con labVIEWEstudiante: Docente: GL: Mquina No: Fecha:

EVALUACIO % CO OCIMIE TO 20% 1-4 Conocimiento deficiente de los fundamentos tericos No configur correctamente el software del PLC No configur correctamente el software LabVIEW. No realiz el SCADA del numeral 23 en la pantalla mvil. 5-7 Conocimiento y explicacin incompleta de los fundamentos tericos Necesit ayuda del docente de laboratorio para configurar el software del PLC Necesit ayuda del docente de laboratorio para configurar software LabVIEW. Necesit ayuda del docente de laboratorio para realizar el SCADA del numeral 88. Actitud propositiva y con propuestas no aplicables al contenido de la gua. Solo deja limpia u ordenada su rea de trabajo. 8-10 Conocimiento completo y explicacin clara de los fundamentos tericos Configur correctamente el software del PLC. ota

APLICACI DEL CO OCIMIE TO

15%

15%

Configur correctamente el software LabVIEW.

30%

Realiz el SCADA del numeral 88 en la pantalla mvil.

ACTITUD

10%

No tiene actitud proactiva. No deja limpia ni ordenada su rea de trabajo.

10%

Tiene actitud proactiva y sus propuestas son concretas. Deja limpia y ordenada su rea de trabajo.

TOTAL

100%



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