EVALUACIÓN, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN REMOTA QUE PERMITA LA ADQUISICIÓN, PROCESAMIENTO Y MONITOREO DE LOS

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1 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS-INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES 1 EVALUACIÓN, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN REMOTA QUE PERMITA LA ADQUISICIÓN, PROCESAMIENTO Y MONITOREO DE LOS DATOS DE UNA MÁQUINA SOPLADORA DE BOTELLAS EN IBERPLAST S.A. Enid Yuleida Rodríguez Ramírez-Fernando Delgado Chingate Resumen En este documento se expone la propuesta presentada a la empresa IBERPLAST, que tiene como objetivo evaluar, diseñar e Implementar un sistema de comunicación remota que permita la adquisición, procesamiento y visualización de los datos de una maquina de moldeo por soplado para botellas. El desarrollo de este proyecto le permitirá al personal de producción llevar estadísticas del producto eliminando tareas repetitivas y al personal de mantenimiento reaccionar en forma proactiva y correctiva ante posibles fallos de la maquina y configuraciones fuera de los rangos habituales, además facilitara la asistencia técnica en línea generando una disminución de tiempos muertos en la producción. Esta tipo de sistemas son utilizados para monitorear y controlar procesos industriales independientemente del lugar donde se encuentre, brindandole un grado de libertad al personal encargado de la supervisión de las maquinas y sus procesos. Index Terms Monitoreo Remoto, Control, Internet, Procesos Industriales. I. INTRODUCTION Con la automatización industrial se ha mejorado la continuidad, intensidad y control del proceso de producción, logrando aumentar la calidad del producto, reducir significativamente los errores y rechazos del mismo, y disminuir la cantidad de mano de obra. Sin embargo no significa que los procesos industriales no requieran de una supervisión constante, por esta razón es necesario que un número determinado de personas se dedique a revisar el estado de las maquinas, generando gran importancia al monitoreo remoto de las mismas. Teniendo en cuenta la importancia de esta clase de sistemas y las necesidades presentes en la empresa IBERPLAST S.A. surge la idea de presentar esta propuesta. IBERPLAST S.A. es una empresa dedicada a la fabricación y comercialización de envases plásticos que son utilizados en el empaque de bebidas gaseosas. Para la elaboración de sus productos utiliza máquinas de moldeo por soplado de última tecnología las cuales requieren de un operador para supervisar el funcionamiento de la misma. Cada máquina maneja un numero de variables (Temperatura, Presión, Velocidad, Datos de Producción, Datos de Mantenimiento, etc.... ) las cuales deben ser monitoreadas constantemente por el operario, personal de producción y mantenimiento con el fin de mantener un producto con los estándares de calidad y satisfacer la demanda del cliente. IBERPLAST S.A. tiene como cliente principal la embotelladora POSTOBON S.A. y para ellos es de vital importancia que la fabricación de sus productos se haga en línea, por esta razón actualmente las máquinas sopladoras de botellas administradas por la empresa IBERPLAST S.A. se encuentran fuera de sus instalaciones, generando una serie de problemas para el departamento de producción y mantenimiento cuando requieren conocer el estado de las variables de la maquina. Dentro de las dificultades más importantes se encuentra la demora en el procesamiento de los datos de mantenimiento y estadísticas de producción que permiten tomar las acciones correctivas y preventivas en forma inmediata, ya sea para solucionar problemas que desmejoren la calidad del producto o fallos específicos de la máquina. Teniendo en cuenta que las sopladoras de botellas se encuentran en funcionamiento 24 horas diarias vinculadas a las líneas de producción de la embotelladora, una oportuna intervención frente a cualquier inconveniente puede evitar el paro total o parcial de dicha línea, es decir evita demoras en la salida del producto. El objetivo de esta propuesta es evaluar, diseñar e Implementar un sistema de comunicación remota que permita la adquisición, procesamiento y visualización de los datos de una maquina de moldeo por soplado para botellas en la empresa IBERPLAST S.A., proporcionando un monitoreo constante que provea estadísticas de producción, agilice el tiempo de respuesta frente a un eventual fallo, disminuya los tiempos muertos en la maquina y facilite la asistencia técnica en línea. Para desarrollo del objetivo principal se debe dar cumplimiento a los siguientes objetivos específicos: Recopilar la información de funcionamiento de la máquina sopladora de botellas, para identificar las variables que requiere monitorear el personal de mantenimiento y producción de IBERPLAST. Implementar una interfaz hardware o software que permita la adquisición de las variables de la máquina para transmitirlas al sitio donde van a ser administradas. Realizar el estudio de por lo menos tres opciones de tecnologías de red que permitan la interconexión del sistema desde la maquina hasta el sitio donde va a ser administrada, evaluando parámetros de QoS, seguridad y costo. Desarrollar una aplicación de software que permita la adquisición, procesamiento, almacenamiento y visualización de la información acorde a la necesidad de la empresa. El presente artículo esta distribuido en Siete(7) secciones partiendo desde la introducción, posteriormente el lector encontrara el artículo dividido en capítulos de la siguiente forma: Capitulo dos (2) Marco Teórico, Capitulo tres (3)

2 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS-INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES 2 Antecedentes, Capitulo cuatro (4) Alternativa de Solución, Capitulo cinco (5) Metodología, Capitulo seis (6) Resultados y por último las Conclusiones. II. MARCO TEÓRICO A. MAQUINA DE MOLDEO POR SOPLADO La máquina de moldeo por soplado ha sido diseñada para la producción automatizada de botellas PET. La unidad de mando posibilita el control y la supervisión central de la producción de botellas. La supervisión del usuario se controla mediante el menú y ofrece: Registro de datos de operación. Visualización gráfica de los valores de medición. Medios auxiliares de diagnóstico para fallas de máquina. Numerosas funciones de ayuda.[4] B. SISTEMAS SCADA Los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisición) son aplicaciones de software, diseñadas con la finalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Se basan en la adquisición de datos de los procesos remotos. Se trata de una aplicación de software, especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde una computadora. Además, envía la información generada en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como hacia otros supervisores dentro de la empresa, es decir, que permite la participación de otras áreas como por ejemplo: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. Cada uno de los ítem de SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de datos) involucran muchos subsistemas, por ejemplo, la adquisición de los datos puede estar a cargo de un PLC (Controlador Lógico Programable) el cual toma las señales y las envía a las estaciones remotas usando un protocolo determinado, otra forma podría ser que una computadora realice la adquisición vía un hardware especializado y luego esa información la transmita hacia un equipo de radio vía su puerto serial, y así existen muchas otras alternativas.[7][1] C. SERVIDOR WEB El Protocolo de transferencia de hipertexto (http: Hypertext Transfer Protocol) funciona con la World Wide Web, que es la parte de crecimiento más rápido y más utilizada de Internet. Una de las principales razones de este crecimiento sorprendente de la Web es la facilidad con la que permite acceder a la información. Un navegador de Web es una aplicación cliente/servidor, lo que significa que requiere que haya tanto un componente de cliente como de servidor para que funcione. Un navegador de Web presenta datos en formatos multimediales en las páginas Web que usan texto, gráficos, sonido y vídeo. Las páginas Web se crean con un lenguaje de formato denominado Lenguaje de etiquetas por hipertexto (HTML: Hypertext Markup Language). HTML dirige a un navegador de Web en una página Web en particular para crear el aspecto de la página de forma específica. Además, HTML especifica la colocación del texto, los archivos y objetos que se deben transferir desde el servidor de Web al navegador de Web. Los hipervínculos hacen que la World Wide Web sea fácil de navegar. Un hipervínculo es un objeto, una frase o una imagen en una página Web. Cuando se hace clic en el hipervínculo, transfiere el navegador a otra página Web. La página Web a menudo contiene oculta dentro de su descripción HTML, una ubicación de dirección que se denomina Localizador de Recursos Uniforme (URL: Uniform Resource Locator). En el URL los caracteres " le indican al navegador cuál es el protocolo que debe utilizar. La segunda parte, "www", es el nombre de host o nombre de una máquina determinada con una dirección IP determinada. La última parte identifica la carpeta específica que contiene la página web por defecto en el servidor. El servicio HTTP q está basado en el protocolo de transporte orientado a conexión TCP-IP.[2] D. RED PRIVADA VIRTUAL (VPN) La VPN es un servicio que ofrece conectividad segura y confiable en una infraestructura de red pública compartida, como la Internet. Las VPN conservan las mismas políticas de seguridad y administración que una red privada. Son la forma más económica de establecer una conexión punto-apunto entre usuarios remotos. Los tres principales tipos de VPN: VPN de acceso: Las VPN de acceso brindan acceso remoto a un trabajador móvil y una oficina pequeña/oficina hogareña (SOHO), a la sede de la red interna o externa, mediante una infraestructura compartida. Las VPN de acceso usan tecnologías analógicas, de acceso telefónico, RDSI, línea de suscripción digital (DSL), IP móvil y de cable para brindar conexiones seguras a usuarios móviles, empleados a distancia y sucursales. Redes internas VPN: Las redes internas VPN conectan a las oficinas regionales y remotas a la sede de la red interna mediante una infraestructura compartida, utilizando conexiones dedicadas. Las redes internas VPN difieren de las redes externas VPN, ya que sólo permiten el acceso a empleados de la empresa. Redes externas VPN: Las redes externas VPN conectan a socios comerciales a la sede de la red mediante una infraestructura compartida, utilizando conexiones dedicadas. Las redes externas VPN difieren de las redes internas VPN, ya que permiten el acceso a usuarios que no pertenecen a la empresa.[9] III. ANTECEDENTES Para el desarrollo de este proyecto se hace necesario revisar documentación de proyectos afines con el objeto de generar mayor perspectiva respecto a la solución que se desea generar.

3 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS-INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES 3 A nivel general se encuentran proyectos que permiten el monitoreo remoto de procesos industriales, en los cuales se utiliza metodos como la red telefónica, inalámbricos (WI FI, GSM), e Internet, para la transmisión de los datos. Algunos de estos proyectos se describen a continuación: A. Implementación Y Automatización De Sistema De Monitoreo De Alarmas Ambientales Para Mesa Hermanos. En el año 2007 los estudiantes Carolina Gil Jiménez y Daniel Alexander Núñez Suárez plantearon realizar un proyecto con el nombre Implementación Y Automatización De Sistema De Monitoreo De Alarmas Ambientales Para Mesa Hermanos, en el cual se implementaría y desarrollaría un sistema de monitoreo aplicado a una empresa distribuidora de productos químicos y naturales que requiere controlar los ambientes de almacenamiento de dichos productos; para lo cual se supervisarían variables ambientales como temperatura, humedad, humo/fuego dentro de las instalaciones de la empresa, que incluyen las bodegas ubicadas geográficamente distantes, las cuáles enviarían periódicamente los datos al servidor vía Internet; además se notificaría de manera gráfica en una terminal de monitoreo, en una aplicación Web, mediante alarma audible y correo electrónico cuando alguna de las variables presente un nivel de riesgo.[5] B. Monitoreo de procesos industriales por Internet. En noviembre de 2002 el señor Gustavo Escudero del Centro de Investigación y Desarrollo en Telecomunicaciones, Electrónica e Informática (CITEI) desarrollo un proyecto con el nombre Monitoreo de Procesos Industriales por Internet, en el cual planteo que un proceso industrial requiere no sólo administrar la mano de obra, la materia prima y la maquinaria de la planta, sino también disponer de la información necesaria para la toma de decisiones. El objetivo de este proyecto fue desarrollar un sistema que permitiría monitorear en tiempo real el estado de un proceso industrial vía Internet. Como resultado, se obtuvo un sistema compuesto por una computadora personal (PC) actuando como servidor y tres PC s conectadas en distintos puntos de la red actuando como clientes, el servidor por un lado se comunica con un PLC que realiza el control del proceso industrial vía línea serie RS232/RS485 para obtener información del mismo, y por otro lado se conecta a Internet con una placa ETHERNET. Los clientes interrogan al servidor cada un segundo para obtener el estado de los parámetros del proceso. Una vez concluido el desarrollo del sistema se verificó la factibilidad de realizar monitoreo a distancia a través de Internet, lo cual facilitaría la tarea de análisis del proceso industrial, dada la posibilidad de almacenar la información.[3] C. Telemetría y telegestión en procesos industriales mediante canales inalámbricos Wi Fi utilizando instrumentación virtual y dispositivos PDA (Personal Digital Assitant). Luis Felipe Herrera Quintero del Grupo de Investigación en Teleinformática de la Universidad Nacional de Colombia desarrollo el proyecto con nombre Telemetría Y Telegestión En Procesos Industriales Mediante Canales Inalámbricos Wi- Fi Utilizando Instrumentación Virtual Y Dispositivos PDA (Personal Digital Assitant), con este proyecto busca mostrar como con las tecnologías inalámbricas y los nuevos computadores de bolsillo denominados ayudantes personales digitales PDA se pueden utilizar para la telemetría y telegestión de las distintas variables de los procesos industriales, lo que genera un aumento significativo en la productividad de la compañía. Gracias a la integración de las tecnologías, la instrumentación virtual y a los ayudantes digitales personales (PDA), la gestión de producción se convierte en un proceso activo donde el ingeniero o persona encargada del sistema, puede controlar o monitorear en todo momento el proceso independientemente de donde se encuentre. Como conclusión se llego a que el uso de la instrumentación virtual permite al usuario una mejor compresión acerca del proceso que se está analizando, generando posibilidades de tener un panel gráfico más amigable y más entendible para la simulación real de lo que está pasando en la planta.[8] D. Sistema de Adquisición y Control a través de Internet. En el 2005 Rafael Migueles, Roberto Williams de la Facultad de Ingeniería, Dpto. Electrónica, desarrollaron el proyecto Sistema de Adquisición y Control a través de Internet, el sistema permite recibir datos de un usuario remoto, a través de páginas publicadas en un sitioweb y, en base a los datos recibidos, actuar sobre un proceso. A su vez los cambios en dicho proceso pueden ser monitoreados. EL sistema incluyo un adquisidor de datos que permite registrar determinadas variables del proceso, y un sistema de control que permite modificar parámetros del mismo por medio de un PC. Los datos del proceso, obtenidos automáticamente, son almacenados en una base de datos para luego ser accedidos por el usuario remoto a través del sitio Web. El sistema desarrollado permite su configuración por el usuario sin que éste necesite información acerca de los componentes que lo conforman, presenta un entorno de manejo intuitivo que permite dominarlo por cualquier usuario familiarizado con Internet, puede ser configurado para monitorear una amplia gama de procesos diferentes, asimismo puede expandirse su uso con el agregado de nuevas páginas al sitio Web, gracias al diseño modular del mismo y por último, debido al bajo costo de sus componentes, el sistema se presenta como una alternativa muy versátil y económica, para el monitoreo y control a distancia.[6] IV. ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN La solución planteada busca llevar la información de funcionamiento de una maquina sopladora de botellas ubicada en las instalaciones de la empresa POSTOBON S.A, hasta un equipo remoto en la empresa IBERPLAST S.A, donde va a ser administrada. La solución consta de tres (3) etapas (Figura1). Primera Etapa: es el trabajo correspondiente a la recolección de la información proporcionada por la máquina sopladora de botellas para identificar las variables requeridas por el personal de producción y mantenimiento, las cuales van a ser

4 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS-INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES 4 trasmitidas. En esta etapa es necesario desarrollar una interfaz hardware o software que permita leer y obtener la información de la máquina para ser transmitida, Segunda Etapa: en este punto se va a realizar el estudio, elección e instalación de la tecnología de red que se adecue mejor a los requerimientos de la empresa teniendo en cuenta QoS, Seguridad y Costo, para la interconexión de la maquina y el equipo donde va a ser almacenada la información en el sitio remoto. Tercera Etapa: por último se va a desarrollar una aplicación software que permite recibir la información para su posterior almacenamiento, procesamiento, análisis y visualización. Adquisición de la información: Adecuación de un equipo: Evaluación e instalación de un equipo con las características de procesamiento y almacenamiento adecuadas para el tipo y cantidad de información que va a manejar. Adquisición de la información: Desarrollo de la aplicación software para la recepción, procesamiento, análisis y almacenamiento de la información recibida desde la maquina. Visualización: Desarrollo de la aplicación de gestión para la visualización y monitoreo de la información. Cliente: conexión del equipo con la información recibida de la maquina a la red Internet, permitiendo al cliente (personal autorizado) visualizar y monitorear la información desde cualquier punto con acceso a Internet. VI. RESULTADOS Figura 1. DIAGRAMA DE SOLUCIÓN V. METODOLOGÍA Recolección de la información: Identificar las variables que son requeridas por el personal de mantenimiento y producción que le permiten tener control de las tareas que está realizando la maquina. Interfaz (Hardware ó Software): Desarrollo de un interfaz Hardware ó Software que permita leer y obtener las variables desde la maquina ó PLC ABB Procontic 07 KT 92, para su posterior transmisión. Interconexión: Recolección de información: Realizar un proceso en el que se incluye recolección de información y cotizaciones de diferentes opciones de tecnologías de red suministradas por los proveedores de servicios de red (Tres (3) Opciones), Estudio: a partir de la información recolectada realizar la evaluación de las tres (3) tecnologías teniendo en cuenta los beneficios que puedan brindarle a la empresa a partir de la QoS, seguridad y costo. Interconexión: establecimiento de la comunicación propiamente dicha entre la maquina y el equipo al cual va a llegar la información en el sitio remoto, utilizando la tecnología elegida en el punto anterior Partiendo de las actividades planteadas para el desarrollo del proyecto se ha realizado: La identificación de las variables que requiere el departamento de producción para llevar las estadísticas del producto y el departamento de mantenimiento para controlar la maquina. Se identificaron 35 variables dentro de las cuales se encuentran: Velocidad de la Máquina, Presión de presoplado, Puntos de conexión, Temperatura preforma, Temperatura del Horno, Potencia del Horno, Potencia de Calefacción, Corriente Motor principal, Tiempo de producción, Botellas por hora, Botellas totales, Preformas totales,tiempo de carga, Tiempo de averías, Eficiencia, Productividad, Avisos actuales de Fallos. La máquina esta controlada por un PLC, para la visualización se conecta este a un PC a través de un puerto BNC, utilizando mecanismos OLE for Process Control (OPC), en este caso las aplicación software esta en VisualBasic. Teniendo en cuenta que la máquina esta funcionando 24 horas diarias se encuentra el primer inconveniente al realizar las pruebas, por lo tanto se hizo una copia del disco duro del PC a este se le conecto un PLC con características similares al de la maquina par realizar las pruebas iniciales, en este punto se presentaron problemas para encontrar un PC con las características de hardware que permitiera iniciar el disco duro. Superado este inconveniente se están realizando las primeras pruebas de reconocimiento utilizando el software OPC VISIWIN. En las próximas pruebas se espera empezar a identificar las tramas enviadas por el PLC. VII. CONCLUSIONES Con la implementación de los sistemas de monitoreo remoto se logra que las personas puedan supervisar el

5 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS-INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES 5 estado de las máquinas independientemente del lugar donde se encuentren. Revisando todos los trabajos se observo que existen diferentes metodos que permiten llevar a cabo el monitoreo de los procesos industriales, dentro de los que se encuentra la red telefónica, metodos inalámbricos (WI FI, GSM), e Internet, siendo este el mas usado. El tema común de estos proyectos esta centrado en el control y monitoreo de procesos industriales, el trabajo que se va a desarrollar se diferencia de los mostrados anteriormente en la necesidad especifica que va suplir y en el método y tecnologías que se va a utilizar para el desarrollo de los objetivos. La importancia en la elección de la tecnología para la transmisión radica en las garantías que ofrece en cuanto a calidad del servicio, seguridad y mejor costo de implementación. Implementando un sistema de monitoreo remoto para las maquinas sopladoras de botellas, la empresa IBER- PLAST S.A. se verá beneficiada en la reducción de tiempos de reacción ante fallos de la maquina y configuraciones fuera de los rangos establecidos, además de permitirle al área de producción llevar un control estadístico de la producción de la maquina eliminando tareas repetitivas. AUTOR ENID YULEIDA RODRÍGUEZ RAMÍREZ Estudiante de Ingeniería de Telecomunicaciones de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. REFERENCIAS [1] Josep Balcells and José Luis Romeral. Autómatas programables. Marcombo, [2] Johnny Brochard. Internet information services 6. Ediciones ENI, [3] Gustavo Escudero. Monitoreo de Procesos Industriales por Internet. Centro de Investigación y Desarrollo en Telecomunicaciones, Electrónica e Informática CITEI, November [4] SIG Corpoplast GmbH. Maquina de moldeo por soplado, BLOMAX4 BLOMAX8. [5] Carolina Gil Jimenez and Daniel Nunez Suarez. Implementacion y automatizacion de sistema de monitoreo de alarmas ambientales para mesa hermanos., November [6] Rafael Migueles and Roberto Williams. Sistema de adquisicion y control a traves de internet, [7] Joan Domingo Pena. Diseno y aplicaciones con autómatas programables. Editorial UOC, [8] Luis Felipe Herrera Quintero. Telemetria y telegestion en procesos industriales mediante canales inalambricos wi fi utilizando instrumentacion virtual y dispositivos PDA (Personal digital assitant). Grupo de Investigacion en Teleinformatica de la Universidad Nacional de Colombia, page 11. [9] John F. Roland and Mark J. Newcomb. CCSP Cisco Secure VPN exam certification guide. Cisco Press, April 2003.