MES/HMI/SCADA para Sistema de Calefacción

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1 MES/HMI/SCADA para Sistema de Calefacción José A. Andrickson Mora, María T. Pabón Morales, Wuilly Vargas Becerra Resumen Este articulo describe el desarrollo de un sistema de supervisión, basado en sistemas inteligentes orientados a objetos e implementado sobre una plataforma industrial de Schneider. La aplicación está orientada en el control de calefacción de un hogar y se consideran aspectos de Sistemas de Ejecución de Manufactura (MES = Manufacturing Execution System) con interfaces de datos e información en redes industriales, permitiendo la evolución de un sistema SCADA (Supervisory, Control and Data Acquisition) flexible, robusto y con estructura funcional dinámica. La orientación a objetos se da a través de las bondades de los scripts de los programas utilizados, que a pesar de ser propietarios permiten el desarrollo de sistemas a medidas. Palabras claves Automatización, MES, SCADA, HMI. I. INTRODUCCIÓN En este artículo se desarrolló un sistema de supervisión y control remoto a través de la implementación de un sistema SCADA en una interfaces humano maquina Magelis industrial, sobre la cual se incorporan los sistemas de información y los sistemas basados en agentes. El propósito de este artículo es proporcionar una guía para los administradores de instalaciones e ingenieros en la selección, diseño, instalación, puesta en marcha y operación y mantenimiento de control de supervisión y adquisición de datos Sistemas (SCADA) de mando, control, comunicaciones, informática, inteligencia, y vigilancia. Sistemas MES/HMI/SCADA proporciona un control y seguimiento de un control de temperatura. También se puede utilizar como referencia para los sistemas que gestionan otra variable física que haga uso de PLC. Dentro de la Inteligencia Artificial Computacional se constituyen los Agentes como la técnica de software en auge para la implementación de sistemas de manufacturas modernos e inteligentes [1-5]. En los últimos años el desarrollo de sistemas industriales con agentes a tomado fuerza [5-6] dado los paradigmas de los sistemas holónicos [7-8] y auto-configurables [9-10] están siendo implementados con sistemas multiagente. Existen diversas formas de desarrollar sistemas inteligentes dentro de los procesos de producción [11-12], que van desde los sistemas inteligentes en tiempo continuo, pasando por los sistemas híbridos, donde se mezclan los procesos continuos con modelos lógicos; hasta llegar a los modelos de inteligencias lógicos computacionales donde se desarrollan los sistemas de agentes [13]. Un agente es todo aquel software capaz de percibir su entorno a través de los sensores y responder o actuar sobre éste a través de sus efectores o elementos finales de control [3]. Usualmente se comparan los agentes, computacionales o industriales, con los seres humanos, debido a que se desea hacer de los agentes la emulación más fiel del comportamiento social e individual del ser humano [14]. Para esto se cuenta con una amplia gama de técnicas computacionales y métodos aplicables que permiten incluir inteligencia a los sistemas de manufactura de tal manear que representen un comportamiento inteligente. Es con esto que los sistemas SCADA y los HMI afrontan el reto de desarrollar sistemas inteligentes a la medida de las necesidades de las empresas modernas. Y la finalidad de este artículo es presentar la posibilidad de implementación de sistemas inteligentes capaces de tomar decisiones de planificación de distribución de funciones, distribución de recursos y sincronización de tareas. Los MES/HMI/SCADA enmarcados dentro de las arquitecturas modernas buscan expresar la mayor inteligencia y autonomía de los procesos y componentes que forman parte de ella. Ayudando a solventar problemas como el manejo de gran cantidad de información y comunicación de los sistemas jerárquicos para procesos productivos complejos, dado que las decisiones son tomadas a altos niveles, lo cual ocasiona retardo en el momento de solventar excepciones del sistema o fallas en los mismos. Otras de las ventajas es la posibilidad de hacer cambios en la línea de producción sin necesidad de detener el proceso. A. Agentes II. DESARROLLO Los agentes inteligentes son vistos como entidades que emulan el proceso mental o simulan un comportamiento racional (Bigus, 2001). entendiendo como sistemas de agentes a la representación de inteligencia dentro de los sistemas computacionales, y todas las áreas que hacen uso de ellos. Artículo recibido el 20 de Diciembre de J.A.A. M, M. T. P. M., W. V. B. y A. M. R. G. están con la Universidad Nacional Experimental del Táchira (UNET), Sector Paramillo, Laboratorio de Instrumentación, Control y Automatización, Decanato de Investigación, San Cristóbal, Estado Táchira, Venezuela, Tlf , La inteligencia de un agente está relacionada con la capacidad de actuar racionalmente bajo las circunstancias captada por el agente. La racionalidad se refiere al proceso de escoger la acción óptima, dada una cantidad de información conocida por el agente. CA-27

2 Al considerar los agentes en los sistemas de información, en la automatización existe una clara necesidad de un diseño sistemático de aplicación de métodos para el manejo de información en un entorno distribuido y dinámico. Las arquitecturas basadas en agentes para funciones de control han sido propuestas por varios investigadores, [4, 12, 15], una demostración industrial se ha presentado [13]. La mayoría de estas arquitecturas utiliza agentes en una capa superior unida al sistema físico. Por otro lado, las aplicaciones de los agentes de información en otros dominios de aplicación tienen varios aspectos en común con las aplicaciones de automatización, por ejemplo, la búsqueda de información a partir de fuentes de datos heterogéneas. Como se ha mencionado anteriormente, un agente es un elemento con puertos de entradas y salidas que le permiten determinar el estado del mundo y actuar sobre este. El agente detecta los cambios del mundo a través de los sensores y actúa sobre éste a través de sus efectores y actuadores. La estructura del agente tiene la posibilidad de incluir elementos vinculados a base de conocimiento, definición de metas y mecanismo para la manipulación del conocimiento del agente, el diagrama lógico del agente planteado por Amaya [2] se presenta en la Figura 1. SCADA requiere atención especial debido a su inherente naturaleza centralizada y características de tiempos real. Agentes y agencias: La implementación de las funciones del sistema de ejecución de manufactura (MES) y SCADA sigue un acuerdo de dos partes, que se da por la distinción entre operaciones centralizadas y descentralizadas. El manejo de materiales y hardware son funciones pertenecientes a los agentes, los cuales necesitan negociar. El agente de productos (PA) y el agente residente (RA) están unidos en la responsabilidad de la realización física del producto, iniciando por la orden de manufactura hasta su completar al final. Las funciones del MES resultan de la cooperación de los agentes son recursos de ubicación, enrutamientos y programación detallada. Este acuerdo se enfoca más en el producto que en el proceso. Las funciones de manejo de datos y proceso de la información son llevadas a cabo por los agentes de manejos de planes (PMA). Estos agentes de información están diseña para la recolección de datos conducida en la red, y presentar la información en un sentido apropiado al administrador de nivel. Los PMA proveen indicadores acerca del proceso de la planta, con un análisis detallado de la planta. C. Programación de HMI FIG. 1. Diagrama Lógico de Agente, fuente. Dentro de los sistemas multiagente la comunicación, cooperación y autonomía son elementos fundamentales. Por tanto, para la comunicación de los agentes debe tomarse en consideración la sintaxis, ontología y conocimiento del contexto. B. MES/SCADA El MES moviliza al nivel 1 (planta) las especificaciones de los equipos, materiales y otras especificaciones locales de recursos para la realización del trabajo en el sistema de producción. El MES realiza el monitoreo abstracto de las variables de proceso y las características de equipos para así asegurar una alta calidad de la producción, teniendo los recursos a mano. Otras de las características del MES es la coordinación del flujo de trabajo dentro del sistema. Las funciones del sistema de ejecución de manufactura (MES) y sistema SCADA son implementadas en PABADIS con agentes, de quien creación y objetivos son correspondientes a la agencia. En particular las funciones de Una HMI (Human Machine Interface), es un dispositivo o sistema que permite la interfaz entre personas y máquinas. Tradicionalmente estos sistemas consisten en paneles compuestos por indicadores y comandos, tales como luces pilotos, indicadores digitales y análogos, registradores, pulsadores, selectores y otros que se interconectaban con la máquina o proceso, de manera virtual que están desarrollados sobre pantallas programadas; en general las HMI poseen puertos de comunicación, que permiten una conexión más sencilla y económica con los procesos o máquinas. Las HMI son Terminal de Operador, generalmente construido para ser instalado en ambientes agresivos, con el fin de generar despliegues numéricos, o alfanuméricos o gráficos. Poseen además pantalla tactil (touch screen). Los HMI poseen softwares de modo de cumplir la función lógicas de supervisión y control. Estos softwares permiten entre otras cosas las siguientes funciones: Interfaces gráfica de modo de poder ver el proceso e interactuar con él, registro en tiempo real e histórico de datos, manejo de alarmas, también es normal que dispongan de otras herramientas. Al igual que en los terminales de operador, se requiere de una herramienta de diseño o desarrollo, la cual se usa para configurar la aplicación deseada, y luego debe quedar corriendo en el HMI un software de ejecución (Run Time).Por otro lado, este software puede comunicarse directamente con los dispositivos externos. CA-28

3 En nuestro caso particular utilizaremos la HMI de Scheider HMISTU655, la cual se muestra en la Figura 2. La alimentación es de 24 V DC y consta con cuatro puestos: un puerto Ethernet de comunicación, un puerto serial COM1 de comunicación y dos puertos USB, uno para almacenamiento y otro de comunicación. Otra información que podemos extraer de [user Manual Vijeo] es: Reutilización de los datos Vijeo Designer utiliza dos tipos de datos: Los datos internos creados en la aplicación del usuario Los datos suministrados por dispositivos externos, como los autómatas y módulos de E/S remotos Los objetos gráficos, las secuencias de comandos y los paneles creados mediante Vijeo Designer se pueden almacenar en Toolchest, por lo que pueden reutilizarse en otros proyectos. La capacidad para reutilizar estos datos le ayuda a optimizar el desarrollo de nuevas aplicaciones y a armonizar pantallas en aplicaciones de desarrollo conjunto. D. Programación FIG. 2. HMI HMISTU655 de Schneider. La HMI seleccionada está diseñada para trabajar con el software de Vijeo Designer 5.1 o versión más actualizada. Este programa permite desarrollar las aplicaciones a ser implementadas en proceso y dispone de un conjunto de herramientas que permiten al programador extraer el mayor provecho informático. La HMI y la computadora donde reside el programa se comunican usualmente a través del puerto Ethernet, que es el medio más común para instalar el programa en la HMI y bajar las aplicaciones desarrolladas. En la Figura 3, se muestra el esquema de conexión de los dispositivos. FIG 3. Conexión de HMI con Vijeo Designer en la PC. Vijeo Designer es una aplicación de software de última generación con la que el usuario puede crear paneles de operadores y configurar parámetros operativos para dispositivos de la interfaz usuario-máquina (HMI). Este programa proporciona todas las herramientas necesarias para el diseño de un proyecto HMI, desde la adquisición de datos hasta la creación y la visualización de sinopsis animadas. [ Conectividad con varios autómatas: Gracias a Vijeo Designer el usuario puede configurar un panel HMI con vistas a comunicarse de forma simultánea con varios dispositivos Telemecanique diferentes y con dispositivos de otros fabricantes. Creación de pantallas HMI: Vijeo Designer le permite crear pantallas dinámicas para el panel HMI. Combina diferentes funciones en una aplicación sencilla, como objetos en movimiento, niveles de zoom, indicadores de nivel, indicadores de inicio/parada y conmutadores. La utilización de símbolos animados puede emplearse para crear y editar una pantalla gráfica de forma sencilla. Secuencias de comandos: Vijeo Designer proporciona la función de secuencias de comandos, de manera que el usuario puede reutilizar componentes o frases completas en otros proyectos a partir de una aplicación. Informes: Vijeo Designer incluye una función avanzada que simplifica la gestión de las variables empleadas en pantallas de animación. Gracias a la ventana Inspector de propiedad, puede configurar o modificar las variables y características de los objetos. Mensajes en varios idiomas: Vijeo Designer puede almacenar, en una misma aplicación, mensajes de alarma u objetos de texto en más de 10 idiomas diferentes. Basta realizar una selección desde la pantalla de animación para cambiar la visualización al idioma seleccionado. Edición de variables a partir de otras aplicaciones: Vijeo Designer puede importar y exportar variables y ajustes como archivos CSV. Asimismo, las variables que se crean en Vijeo Designer pueden exportarse a otras aplicaciones. El usuario puede acceder a las herramientas principales de Vijeo Designer desde la pantalla principal del programa. Seis ventanas de herramientas le permiten desarrollar el proyecto de forma fácil y rápida. Cada ventana proporciona información relacionada con un objeto en particular o con el proyecto. Si lo desea, puede personalizar el entorno de trabajo ajustando o desplazando las ventanas. En la barra de herramientas encontrará iconos asociados a las ventanas. Como se muestra en la Figura 4. CA-29

4 FIG. 5. Resisto para Controlar la Temperatura Interna. A. Descripción: FIG 4. Pantalla Principal de Vijeo Designer, Fuente (User Manual) Dentro del programa se deben seguir un conjunto de pasos para la creación de una aplicación, en resumen se presentan los pasos a seguir: Ejecutar Vijeo Designer Crear el proyecto manuel_v42 Configurar el proyecto Especificar las variables Crear las pantallas y los saltos de pantalla Crear indicadores numéricos y textuales Utilizar objetos gráficos de bibliotecas Crear el ajuste Crear las curvas de tendencia Crear la gestión de alarma Crear una secuencia de comandos Generar y simular un proyecto Considerando el comportamiento de un sistema térmico, se asume que la temperatura se mantiene constante y que la razón de entrada del sistema cambia de H a H+h i donde h i representa la razón de cambio de temperatura, con una salida de la razón de temperatura dada por H como H+h o, considerando a H como el calor en estado estable. Por tanto el flujo de temperatura cambia de Ɵ a Ɵ + Ɵ. Siendo que h o, C y R se obtienen de: h o =G c φ C=M c R= φ h o = 1 G c (1) Por tanto, la ecuación diferencial del sistema está dado: C dφ dt =h i h o La ecuación 3, representa la calefacción de la casa dado solo la acción del sistema de calentamiento y del recinto, y se pude reescribir de la siguiente manera: (2) III. CASO DE ESTUDIO R C dφ dt +φ=r h i (3) El caso de estudio está relacionado con un sistema de calefacción de un hogar (ver la Figura 5), para este se considera que la única perdida de temperatura existente se da por la puerta de acceso al recinto, el resto se encuentra formado por un sistema de aislamiento que impide el intercambio de calor con el exterior. Además, la temperatura es uniforme en todo el recinto, por lo cual se define un sistema de temperatura simple para el proceso. El modelo continuo será considerado del sistema de control de temperatura definido en Simulink de Matlab, haciendo las modificaciones que nos permitan integrar un sistema supervisorio discreto. El sistema equivalente de diagrama de bloques que describe el sistema de calefacción de la casa está dado en la Figura 6. FIG. 5. Diagrama de Bloques del Sistema de Calefacción. El flujo de la temperatura puede variar de acuerdo a la perturbación de la entrada de aire a la casa, por lo tanto, si la tempera varia repentinamente mientras el sistema de calefacción permanece constante la salida del sistema cambia CA-30

5 y la ecuación diferencial que describe el sistema se presenta de la siguiente ecuación: Θ(s) H i (s) = 1 RCs+1 Si el sistema térmico está sujeto a cambios de la temperatura y de la influencia del aire que entra por la ventana, el cambio en Ɵ viene descrito por la ecuación5. R C dφ dt +φ=φ i +R h i B. Sistema Supervisorio de Control de Temperatura En el modelo simple de control de temperatura de una casa, tenemos un conjunto de variables continuas que interaccionan y definen el sistema. Para supervisar el sistema se deben considerar variables discretas que definan condiciones específicas de funcionamiento del sistema, estas variables tienen como función disparar las acciones de encendido del sistema de calefacción, y el control de costo por energía consumida. La función continua que describe el sistema es una función de comportamiento suave, por tanto el sistema discreto actúa de una manera eficiente al realizar la modificación de parámetros sobre el proceso de control supervisorio. Este sistema define un modelo de automatismo híbrido de control de encendido y apagado, que redunda tanto en la banda de histéresis de operación del sistema, como en el consumo por el uso de la energía. El sistema posee dos estados de funcionamiento, uno de encendido del sistema y el otro en apagado. Esto se muestra en la Figura 6. Donde la transición se produce cuando se supera el umbral superior e inferior de temperatura Ɵ, dado entre 65 y 75 F. (4) (5) especificación puede ser apropiada cuando el caso particular del control lo ejerce un humano o cuando el sistema tomo otros valores entre los estados de disparos. Una especificación más detallada puede no ser necesaria dado el caso de la aplicación. Una restricción más fuerte puede ser considerada si cambiamos los rangos máximo y mínimo, permitiendo el sistema posea una zona de transición reducida. IV. RESULTADOS Como caso de uso iniciamos nuestra implementación usando como base el modelo de control térmico de una casa implementado en Matlab. Para esto hacemos uso del modelo cambiando sus condiciones de comportamiento y de regulación de control consumo de energía, a través de un sistema de supervisión. En el sistema se consideran las incidencias de temperatura externa, características térmicas de la casa, y el sistema de calefacción como tal; para este último se considera la temperatura del recinto, el sistema de sensado de la temperatura y la acción del controlador, como se muestra en la Figura 4. El sistema dinámico de calefacción en Matlab, se presenta en la Figura 7. El modelo de comportamiento dinámico de temperatura se modificó y se sometió a algunas restricciones por medio del supervisor, el mismo se desarrolló con funciones de simulink y con Stateflow. Se probó la lógica del sistema con la simulación desarrollada en stateflow, dando como resultado que de acuerdo al sistema de manejo de temperatura se puede variar el control de temperatura dentro del recinto. La temperatura del recinto está relacionada directamente con el control y consumo eléctrico, por lo cual se desarrolla un sistema de control supervisorio para el ahorro de energía vs control de temperatura. En la Figura 8. Se puede apreciar lo descrito. La Figura 8, presenta las acciones del sistema de control supervisorio (grafica inferior, sistema oscilatorio de mayor frecuencia) de temperatura ante el consumo eléctrico (grafica superior que indica el consumo en el tiempo), donde se observan las acciones de control y el consumo de energía en el periodo de tiempo. FIG. 6. Eventos que Disparan el Control Supervisorio El control supervisorio en un proceso continuo necesita de un conjunto de algoritmos que permitan el desarrollo de inteligencia, con lo cual pueda manipular eficientemente el proceso y solventar falla. Permitiendo con esto el desarrollo de un sistema de producción flexible y robusto. Es importante definir el área de transición de estado del sistema de calefacción del autómata, para esto cuando Ɵ en menor a 65 F el sistema se encienda, mientras que cuando alcanza 75 F se apaga. Entre estos valores el sistema se encuentra en transición y el sistema es no determinista. Esta Una vez probado el sistema de calefacción con supervisión discreta, se procedió a la implementación con un sistema real de control de temperatura, y con un sistema de jerarquía dinámica que permite la supervisión y gestión remota del mismo. Para esto se implementó la arquitectura mostrada en la Figura 9. Considerando el estándar ISA-95 [17], se define una interfaces de control de manufactura y otras funciones de empresa, la interfaces considerada está ubicada entre los niveles 3 y 4 del modelo de jerarquía, el modelo de flujo que describe la organización funcional y el flujo de datos. La propuesta provee el modelo de proceso e información en múltiples niveles y abstracción. En la Figura 10, se muestra una visión del contenido de la información en el modelo de objeto y se provee un contexto para el modelo de objeto. CA-31

6 FIG. 7. Simulación de Sistema Dinámico de Control y Supervisión de Temperatura. FIG. 8. Respuesta del Sistema de Control y Supervisión de Temperatura. FIG 9. Arquitectura del Sistema de Supervisión y control de Temperatura. CA-32

7 Planeación de Negocio y Logística Información De Capacidad De Producción Definición De Producto Programación De Producción Desempeño De Producción Información de Control y Operaciones de Manufactura FIG 9. Arquitectura de Información del Sistema de Supervisión y control de Temperatura El sistema de control de temperatura se desarrolla en el controlador industrial mostrado en la Figura 8. Este es el garante de establecer los rangos de temperatura a controlar en el ambiente. El nivel inmediatamente superior en el sistema de control se establece en el PLC Zelio sobre el cual se plantea una dinámica lineal del comportamiento térmico del recinto y sobre el cual se regula el rango de temperatura, considerando con esto el consumo de energía del sistema tal cual se probó en el modelo matemático. El nivel de monitorio y supervisión remota inicia con la conexión del PLC Zelio con el PLC Twido, el cual captura los datos del sistema y lo lleva a la red de datos a través del protocolo de comunicación Modbus. Directamente sobre este nivel en la res de datos se conecta la interfaces humano maquina (HMI) Magelis, de Schneider al igual que el Twido, en la cual se desarrolla el sistema de comportamiento dinámico y su representación gráfica de interacción humana, y sobre la cual se pueden modificar valores de variables y con esto afectar el comportamiento dinámico del sistema. En esta última se desarrolla un sistema de agentes reactivos orientados a objetos en los script disponibles. En la Ffigura 11, se puede observar el planteamiento desarrollado de Vijeo Designer. El PLC Twido actúa como un sistema BPCS [16] mejorando la eficiencia del sistema y agregando un nivel de seguridad al control. FIG. 11. Sistema de Supervisión y Control Desarrollado en HMI. CA-33

8 Dentro de este esquema planteado se distribuyen las funciones del MES que permiten llevar a cabo la gestión de información necesaria para la supervisión del proceso a través de un conjunto de agentes reactivos y tropisticos que mantienen el control de la temperatura en los rangos apropiados según la necesidad y el rango de consumo de energía deseado. El sistema de supervisión y más alto nivel dentro del sistema de control de calefacción se desarrolla en la HMI, Figura 11. Ya que es en esta donde se pueden desarrollar cualquier tipo de agentes con libertad de programación dado que es un sistema de desarrollo SCADA de gestión y monitorio de datos. En la Figura 12, se presenta el sistema de supervisión y gestión de datos, que además tiene la posibilidad de ser gestionado de manera remota y el cual interactua a través de Modbus con el PLC Twido y la HMI Magelis. FIG. 12. Sistema de Manejo de Recetas Script en Vijeo Designer. El sistema de manejo de receta y variables dentro del programa Vijeo Designer, permite el desarrollo de una programación orientada a objetos y con esto la posibilidad del desarrollo de los agentes que permiten el control y la supervisión del proceso de calefacción. Dentro del HMI, a través del programa Vijeo Designer, se desarrollaron tres tipos de agentes tropisticos, dado que podían tener el conocimiento de algunas variables del entorno y con esto establecer la decisión adecuada. Estos agentes controlan las temperaturas, bajo Cold, media Cool y alto Hot como se muestra en la figura 10. Y pueden e acuerdo al conocimiento del comportamiento de la temperatura en el recinto aumentar o disminuir la banda muerta para el control de temperatura. V. CONCLUSIONES En el presente artículo se desarrolló e implementó un sistema control de temperatura, específicamente el control de calefacción de un recinto, a través del uso de sistemas inteligentes. La primera prueba fue la simulación del problema planteado para verificar que se cumplieran las condiciones deseadas, para luego implementar a través del sistema SCADA desarrollado en la HMI las condiciones de un MES que permita manejar eficientemente las variables. La simulación del mismo arrojo buen resultado, verificándose que a través de un sistema de supervisión se puede variar la curva de consumo de energía. De Igual manera y por medio de la implementación de los agentes, por medio de la HMI en su definición de variables y de recetas se puedo llevar a cabo y de manera física la prueba, corroborándose los resultados de la simulación. CA-34

9 Finalmente se puede concluir que la implantación de sistemas inteligentes a través de un sistema MES/SCADA/HMI es factible con el uso de los equipos y programas de Schneider. Los programas permiten el desarrollo de sistemas orientados a objetos y agentes. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] J. Davila. Agents in Logic Programming PhD thesis, Imperial College, London University, London, UK [2] J. Amaya. Agentes en microelectrónica a través de VHDL. Trabajo de ascenso. Universidad Nacional Experimental del Táchira. Táchira, Venezuela., [3] S. Russell, P. Norvig. Artificial Inteligence: A Modern Approach. New Jersey. Prentince-Hall Englewood Cliffs, [4] P. Marik, K. Vrba Rockwell Automation Agents for Manufacturing. Utrecht, Netherlands.2005 [5] T. Pirttioja. Et al. Agent-based architecture for information handling in automation sys-tems. Submitted to the 6th IFIP International Conference on Infor-mation Technology for Balanced Automation Systems in Manufactur-ing and Services. BASYS [6] A. Giret, V. Botti. Grant. Holons and Agents. Journal of Intelligent Manufacturing. IEEE Transactions , [7] A. Koestler. The Ghost in the Machine Hutchinson & Co. London [8] S. M. Deen. A Computacional Model for Holonic Manufacturing Systems. Hms.ifw.unihannover.de/public/hms16open/smdeen_slides.pdf., [9] PABADIS. IST [10] A. Tharumarajah. A self-organizing view of manufacturing enterprises. Computers in Industry, Vol. 51, No. 2, pp [11] P. Wooldridge, An Introduction to Multiagent Systems. Addison- Wesley, Reading. M.A [12] J. Bigus. And J. Bigus. Constructing Intelligent Agents Usin Java. John Wiley and Sons, second edition, [13] N. Jenning, and S. Bussmann. Agent-based control systems. IEEE Control Systems Magazine., [14] D. Voth. Holonics in Manufacturing: Bringing Intelligence Closer to the Machine. IEEE Intelligent Systems [15] JADE. Java Agent Development Framework. Web page [16] J. Coleman Control valves as Final Element. ments/articles_articlesreprints/sis_control_valves_as_final_el.pdf [17] ANSI/ISA 95 (2000). SP www. isa.org. CA-35

10 Supervisión y Control con Raspberry Pi María Pabón, José Andrickson, Leonardo Silva, Juan Scrocchi, Sergio Castro, Byron Medina Resumen Este trabajo presenta el desarrollo de un sistema de supervisión y control basado en el uso de software libre y las potencialidades de los ordenadores de placas reducidas, más específicamente el uso de Raspberry Pi. El sistema se centra en desarrollar una aplicación para el control supervisorio del estampado de piezas; la secuencia del sistema será representada y seguida a través de un sistema Web orientado a servicio. Con gestión remota y variables de proceso a través del puerto GPIO del Raspberry Pi. El beneficio de este tipo aplicaciones son para las PYMES, por su reducida disponibilidad para la inversión en la integración y supervisión de sistemas. Básicamente estos sistemas se fundamentan en el manejo de la tecnología de información, lo cual coloca al alcance de todos sus implementaciones. Palabras claves Control, Supervisión, Software Libre, Raspeberry Pi. I. INTRODUCCIÓN La globalización y las nuevas arquitecturas de automatización, aunado a los nuevos desarrollos tecnológicos de los sistemas industriales, plantean nuevos retos en el desarrollo de los sistemas automatizados [1]. Estos retos se derivan tanto para grandes empresas como para las Pequeñas Y Medianas Empresas (PYMES), dentro de estas últimas con una condición adicional como lo es el reto de desarrollo de sistemas eficientes de bajos costos [10]. Reto que se nos plantea, y que damos una solución a través del uso de ordenadores de placas reducidas y el uso de software libre. El crecimiento de la electrónica en las últimas décadas ha fomentado y financiado un gran avance tecnológico, permitiendo que economía y tecnología progresen simultáneamente [2,10]. El dinamismo del mercado electrónico hace necesario que los nuevos componentes y sistemas puedan ser diseñados de manera rápida y eficiente. Además, el vínculo entre el control de procesos y el desarrollo de la tecnología se ha fortalecido [3,13], permitiendo la evolución del control desde básicos sistemas mecánicos, hasta modernos controladores digitales. En los países de la Unión Europea y de América Latina y el Caribe las pymes representan aproximadamente el 99% del total de empresas, lo que ha motivado a los diferentes gobiernos a colocar en marcha instrumentos y programas de apoyo a las pymes para mejorar su desempeño, fomentar su desarrollo productivo y generar un ambiente de negocios favorable. El sector privado ante este panorama sugiere medidas específicas como modernizar el parque industrial, promoviendo el uso de las TIC; mejorando la innovación gerencial y organizacional mediante la implementación de modalidades de formación-acción y, considerando elementos de gestión tecnológica. En esta investigación se desarrolla una solución tecnológica, que integra un sistema embebido, la gestión de control de proceso a través de puerto de uso general, una aplicación Web orientada a servicio desarrollada en Node.js y una aplicación móvil, aplicado a la automatización de un proceso industrial, utilizando software libre, con el propósito de implementar tecnologías en la industria a un bajo costo. Los sistemas embebidos permiten desarrollar aplicaciones distribuidas lógicamente, dentro de un ordenador de placa reducida, proporcionando ventajas al momento de solventar excepciones y condiciones de fallas dentro del sistema. Los sistemas embebidos tienen tres componentes principales; hardware, software primario o aplicación principal y, sistema operativo. Este último, permite supervisar la aplicación, además de proveer los mecanismos para la ejecución de procesos [4,12]. El proyecto consiste en utilizar Linux corriendo sobre un Raspberry Pi [12] para automatizar un proceso; esto implica llevar a cabo la ejecución y supervisión de métodos, así como enviar señales de control eléctricas a través de los elementos finales de control a la maquinaria y recibir información de los sensores. El proceso será monitoreado y controlado a través de una red wifi privada, creada por el Raspberry Pi [12], por medio del controlador de interfaz WiFi para USB. Un sistema embebido es cualquier dispositivo que incluye un computador dedicado programable, cuya función principal es controlar un proceso integrado. La palabra embebido, implica que se encuentra dentro del sistema general, oculto a la vista, y forma parte de un todo de mayores dimensiones [5]. Artículo recibido el 20 de Diciembre de 2014 II. DESARROLLO M. P., J.A., L. S. y J.S. están con la Universidad Nacional Experimental del Táchira, Sector Paramillo, Laboratorio de Instrumentación, Control y Automatización, Decanato de Investigación, San Cristóbal, Estado Táchira, Venezuela, Tlf , S. C. y B. M. están con la Universidad Francisco de Paula Santander, Av. Gran Colombia N 12E-96 Barrio Colsag, San José de Cucuta, Colombia, Tlf , A. Planteamiento del problema Los requerimiento de las empresas de hardware y software licenciado, implican altos costos de inversión y mantenimiento, dado que tantos los equipos como los protocolos de comunicación son propietarios. Lo cual redunda al momento del desarrollo de una reingeniería; debido a que CA-36

11 todos los equipos y software utilizados deben ser certificados por la empresa y muchos de los casos se debe pagar una licencia anual. Una alternativa para el control y la supervisión de procesos industriales es la integración de aplicaciones Web al control y supervisión tradicional, que permita manipular las variables de manera remota, utilizando servicios móviles. Una vez analizado el objeto de investigación e identificada la necesidad, se listan algunos puntos para el desarrollo: estampado, donde un cabezal se alinea con la pinza para desplazarse y estampar la pieza, luego regresa el cabezal, la pinza retorna a tomar otra pieza y en ese instante un pistón empuja la pieza a almacenamiento, para de esta manera volver a repetir el proceso el número de veces como piezas estén disponibles. El proceso real que se controla y supervisa consta de las siguientes partes: Los constantes avances de la tecnología han llevado a las empresas a integrar los sistemas de información y comunicación a los procesos productivos, mejorando la eficiencia de los mismos con reducido costo de inversión y modificando el ciclo de vida del proceso. Los sistemas embebidos y desarrollados con software libre permiten el uso eficiente de los recursos de los procesos, coordinando la utilización de los mismos, minimizando el tiempo ocioso del recurso. Los sistemas de supervisión y control son desarrollados a medida por lo cual poseen un conjunto de métodos definidos y optimizados que garantizan el cumplimiento adecuado de cada tarea del proceso, reduciendo la posibilidad de fallas y mejorando el consumo de recursos y minimizando las perdidas por uso innecesario de recursos. El utilizar software libre para desarrollar el sistema embebido permite ejecutar, copiar, distribuir, estudiar, cambiar la configuración y mejorar el software libremente. Lo que garantiza una optimización en el desarrollo de sistemas de información y comunicación a medida. El desarrollo de esta investigación se limita a la simulación y control de variables de un proceso de estampado industrial desarrollado físicamente en la Universidad Francisco de Paula Santander [6] B. Descripción de proceso. La propuesta involucra una alternativa para controlar y supervisar las variables de un proceso industrial mediante un ordenador de placa reducida, que integra un sistema de gestión de variables físicas y un sistema de gestión de información vía Web. Asimismo, la investigación explora la integración de métodos y técnicas informáticas en el control y supervisión de procesos industriales a escala o simulado. La automatización del proceso industrial se basa en el modelo de Manufactura Integrada por Computadora (COM = Computer Integrated Manufacturing), también denominada pirámide de automatización [7]. Esta pirámide, establece los niveles de la automatización y jerarquiza los pasos a seguir para realizar la automatización [8]. El proceso consiste en un sistema de estampado de piezas, el cual representa un proceso por lotes, el sistema estampará el total de piezas que tenga disponible a la entrada del proceso. El proceso activa una banda transportadora que lleva las piezas hasta una pinza que la asegura para colocarla en sitio de Sistema Neumático: Las entradas y salidas del sistema neumático para estampar piezas se definen como las variables, las cuales, se identifican como manipuladas y controladas según la funcionalidad establecida en el controlador y su función en el proceso. En la Figura 1, se establece el sistema neumático con las respectivas variables. FIG. 1. Variables del sistema neumático. Las variables manipuladas son siete (7), cinco (5) para las electroválvulas (EV0, EV1, EV2, EV3 y EV4), una (1) para el movimiento de la banda transportadora (MBT) y otra (1) para la presión del suministro de aire (PSA). La variable controlada es la detección de presencia de la pieza (SP), que utiliza dos sensores (SP1 y SP2), según la lógica del sistema. Las variables manipuladas por las electroválvulas (EV0, EV1, EV2, EV3 y EV4), que son señales eléctricas provenientes de la etapa de potencia, dependiendo de la lógica de funcionamiento del controlador. La electroválvula EV0, acciona el actuador tipo pinza para asegurar la pieza; la electroválvula EV1, acciona el actuador de giro de 180 para transportar la pieza; y las electroválvulas EV2, EV3, y EV4, accionan los actuadores lineales de doble efecto, para alinear, estampar y empujar, respectivamente, la pieza al depósito o almacén. En la Tabla I, se presenta una síntesis de las variables del sistema neumático, que contiene el tipo de variable, y la descripción de la función que cumple dentro del funcionamiento del sistema. Finalmente, en la Figura 2, se establece el diagrama de bloques del sistema neumático ubicando los elementos definidos e identificando las variables y su interacción con los elementos. CA-37

12 TIPO VARIABLE TABLA I. VARIABLES DEL SISTEMA NEUMÁTICO DE VARIAB LE DESCRIPCIÓN Controlada SP1 y SP2 Presencia de la pieza Manipulada PSA MBT EV0 EV1 EV2 EV3 EV4 Suministro de aire Movimiento de la banda transportadora Asegura la pieza Distribuye la pieza de un lugar a otro Alinea la pieza para el estampado Estampa el sello a la pieza Empuja la pieza al almacén PIC24F Starter Kit de Microchip. Los parámetros seleccionados según la relevancia para la integración son: el lenguaje de programación, el entorno de desarrollo, los protocolos de comunicación y el costo. En la Tabla 2, se relacionan dichos parámetros. Hardware OPLC V1210 Raspberry Pi TABLA 2. PARÁMETROS DE LOS EQUIPOS DE HARDWARE Lenguaje de programació n Entorno de desarrollo Protocolos de comunicación Ladder Visilogic Ethernet, Canbus, RS485, MODBUS, CANopen,GPR S, TCP-IP, GSM Phyton, C, BASIC OpenEmbedd ed, QUEMU, Scratchbox, Eclipse USB, HDMI, Ethernet Costo (dólare s) ArduinoM ega Wiring based (C++) Arduino IDE, Eclipse UART, USB 30 PIC24F Starter Kit C MPLAB IDE UART, USB, USB OTG 60 FIG. 2. Diagrama de bloques del sistema neumático. La aplicación del método de decisión y selección binaria permite seleccionar al Raspberry Pi como hardware para el sistema embebido según la mayor ponderación obtenida mediante el análisis de los parámetros relevantes con un valor ponderado; con respecto los siguientes dispositivos quedaron en el siguiente orden: El OPLC V1210, el Arduino Mega y en último el PIC24F Starter Kit. Tecnología: En esta fase se hace la elección de tecnologías basadas en software libre, que permitan integrar un instrumento virtual y una aplicación móvil a un sistema embebido, para la supervisión y el control de un proceso industrial. Para seleccionar el hardware se aplica el método de decisión y selección binaria. Este método selecciona y jerarquiza los parámetros relevantes de los equipos, dentro de una matriz de atributos. El método establece que el equipo con el mayor resultado ponderado es el óptimo para la implementación. Partiendo de los equipos de hardware representativos de los fabricantes líderes en el área de control, automatización y afines se establecen cuatro equipos tentativos para la implementación. Los equipos son el controlador lógico programable con interfaz humana de referencia OPLC V1210 de Unitronics [9], el ordenador de placa reducida Raspberry Pi modelo B de la fundación Raspberry, la placa basada en un microcontrolador ATmega1280 Arduino Mega de Arduino, y la placa de inicio en microcontroladores PIC de 16 bits Una vez elegido el ordenador de placa reducida, se selecciona el sistema operativo a instalar, que para nuestro caso el seleccionado es el Raspbian, el cual es recomendado por el fabricante, y el cual está desarrollado sobre una distribución Linux. Este se muestra en la Figura 3. FIG. 3. Sistema Operativo Raspbian CA-38

13 Una vez instalado el sistema operativo, el sistema queda como se muestra en la Figura 4. log-facility local7; subnet netmask { range ; option routers ; interface wlan0; } Se modifica el archivo /etc/default/hostapd para iniciar el punto de acceso WiFi cada vez que encienda el RPI: DAEMON_CONF="/etc/hostapd/hostapd.conf" Se queda configurada la conexión con el dispositivo a través de WiFi y acceder a la página servida por apache. FIG. 4. Sistema Operativo Raspbian. Para configurar la conexión inalámbrica se instala el Hotspot de apache. Instalamos apache2, hostapd y isc-dhcpserver de apt (como root): apt-get install apache2 hostapd iscdhcp-server. Luego, se configuran los parámetros de funcionamiento que en este caso quedan de la siguiente manera: se configura el hostapd en /etc/hostapd/hostapd.conf: interface=wlan0 driver=rtl871xdrv ssid=raspi channel=6 wmm_enabled=1 wpa=1 wpa_passphrase= wpa_key_mgmt=wpa-psk wpa_pairwise=tkip rsn_pairwise=ccmp auth_algs=1 macaddr_acl=0 Luego, se define una subred en /etc/network/interfaces: iface wlan0 inet static address netmask Se configuras el servidor dhcp en /etc/dhcp/dhcpd.conf, nos debemos asegurar que los siguientes parámetros tengan los valores correctos y no estén comentados. Además, se debe configurar la subred que previamente habíamos definido: Para establecer la conexión con los pines del GPIO, se usará un servidor Node.js con una libreria llamada pi-gpio (https://github.com/rakeshpai/pi-gpio). Se crea el servicio usando el generador de express (http://expressjs.com/) con soporte para hogan (hjs). Se agrega el repositorio de node y se procede con la instalación (esto se debe hacer como root): apt-get install curl curl -sl https://deb.nodesource.com/setup bash - apt-get install -y nodejs Se instala el generador de express globalmente y se crea el proyecto en home: npm install express-generator -g cd ~ && express -H servicio Para usar los pin GPIO se debe ser root. Para que el servicio funcione se usa quick2wire-gpio-admin: git clone git://github.com/quick2wire/quick2wire-gpioadmin.git cd quick2wire-gpio-admin make sudo make install sudo adduser $USER gpio Ahora, se debe hacer logout y al logear de nuevo, se instala el paquete pi-gpio (https://github.com/rakeshpai/pigpio) en la raíz de nuestro servicio: cd ~/servicio npm install pi-gpio authoritative; ddns-update-style none; default-lease-time 600; max-lease-time 7200; En este punto, ya para programar el servicio. En este caso, se usará una página io para hacer interfaz con el pin cada vez que se acceda a su ruta con parámetros de maquinaria y valor (e.g.; /io/banda_transportadora/activar). Se debe configurar CA-39

14 la ruta en el archivo app.js de la siguiente forma: var io = require('./routes/io'); Para evitar problemas con el servidor apache, se cambia el puerto del servicio node a 9000 en el archivo bin/www: app.set('port', process.env.port 9000); En io.js (nuestro controlador para esta vista), se debe requerir la librería pi-gpio y subsecuentemente se programan las acciones que llevará a cabo el RPI cuando se accedan a las rutas que se definn. Un extracto del código se presenta a continuación: var express = require('express'); var router = express.router(); var gpio = require('pi-gpio'); var app = express(); var peripheralpins = [7,11,12,13,15,16]; var peripheralnames = ['banda_transportadora','actuador_de_giro','actuador_ horizontal','actuador_vertical','actuador_de_almacenaj e','pinza_cerrada']; var valuenames = ['desactivar','activar']; var statenames = ['apagado','encendido']; /* Dar valor a una maquina (salida) */ router.get('/:condition', function(req, res) { if(req.params.condition == 'open'){ peripheralpins.foreach(function(pin){ gpio.open(pin, "output", function(err1) { console.log(pin+' open'); }); }); Una vez programado el servicio, se puede correr en modo debug desde la raíz del mismo, con el siguiente comando: III. SIMULACIÓN DE PROCESO DE ESTAMPADO El sistema se ejecuta de modo automático donde se implementa el control secuencial para estampar las piezas. En este modo se activa la secuencia de los actuadores cuando se detecta la presencia de la pieza y es donde se desarrolla el método completo de estampado de la pieza; cada pieza llega hasta el final o depósito para así dar por terminado el ciclo de vida del proceso. Se pueden agregar nuevas piezas y el proceso iniciara nuevamente. Al implementar el proyecto, lo ideal sería programar el servidor nodejs para que trabaje la interfaz de usuario, reciba señal de los sensores y manipule la maquinaria debidamente, pero para efectos de ejemplo se hará una pequeña simulación haciendo uso de JS y CSS que corra en nuestro servidor apache y envíe valores a nuestro servicio nodejs. Esta interfaz de usuario/simulación iría en /var/www, ya que esta es la ruta que está sirviendo nuestro servidor apache. Para evitar tener que lidiar con los ajustes de CORS para estos servidores, se usará un workaround al solicitar las rutas que hemos programado en nuestro servicio nodejs como imágenes en nuestro html e.g.; var $newitem = $("<img class='trickimg' src='http:// :9000/io/close/'>"); La simulación consta de varias funciones que corren desde js/proceso.js y hacen llamado a animaciones que se encuentran en css/main.css. En la Figura 5, se puede observar el sistema sobre el cual se desarrolló el trabajo presentado en este artículo, el mismo está formado por el sistema neumático y los sensores y actuadores antes mencionados. cd ~/servicio DEBUG=servicio./bin/www El 'home' lo podemos visitar desde localhost:9000 ( :9000, si está conectado desde WiFi) y para dar valores a los pin. Para este ejemplo, se usarían rutas como localhost:9000/io/actuador_de_giro/activar. Una vez que se esté satisfecho con el servicio, se puede hacer que corra al iniciar el RPI agregando la siguiente línea al archivo /etc/rc.local: su pi -c 'node /home/pi/servicio/bin/www < /dev/null &' FIG. 5. Montaje físico del sistema neumático para estampar piezas. IV. PRUEBA FÍSICA Para la prueba física del sistema se desarrolló e implemento el sistema de estampado con una aplicación móvil de control y CA-40

15 supervisión, similar al caso simulado pero con la aplicación web desarrollada en un app de un dispositivo móvil. Para desarrollar la aplicación móvil se establecieron las herramientas de software y hardware. Las herramientas de software son el sistema operativo móvil, el lenguaje de programación y el entorno de desarrollo integrado. Basado en el software se seleccionó el hardware correspondiente al dispositivo móvil con el soporte técnico requerido. Para el desarrollo de la aplicación móvil se ha seleccionado el sistema operativo Android y el lenguaje de programación Java, se seleccionó el entorno de desarrollo Eclipse IDE. La finalidad del proceso industrial es entregar las piezas estampadas, para ello se define una lógica de funcionamiento para el sistema de control. El sistema neumático inicia con la entrada manual de piezas a la etapa de alimentación, se mueve la banda transportadora, al llegar la pieza al final de la banda se sujeta por la pinza para luego girar 180 y ser estampada, y finalmente llevada al depósito por un sistema de empuje. En la figura 6, se ilustra el diagrama de flujo del proceso industrial. Mientras el sistema embebido seleccionado según el método de decisión y selección binaria aplicado en la etapa de selección de tecnologías, es el ordenador de placa reducida Raspberry Pi modelo B de la fundación Raspberry. Para su implementación se identificaron los componentes, se configura el hardware y se diseñó al algoritmo lógico del funcionamiento. Para el funcionamiento del software se instalaron las librerías WebIOPi, Pi4J necesarias para la integración de la aplicación móvil. La configuración de estos módulos por lo general es un poco tediosa si se hace desde la consola, pero existe un programa Wifi Config que permite de manera muy sencilla configurarlo en la Raspberry Pi, como se muestra en la Figura 6. FIG. 6. Diagrama de flujo del proceso industrial. Proceso industrial para estampar piezas. La aplicación móvil, se desarrolla mediante la metodología para el Desarrollo de Aplicaciones Móviles (DAM), y es denominada MasterMobile y se desarrolla en Java mediante el patrón de diseño Modelo Vista Controlador que se encarga de separar claramente los datos, la lógica de negocio y la presentación. La aplicación MasterMobile permite que el usuario realice control on-off del proceso industrial para estampar piezas en modo manual o automático. Lo anterior, utilizando la librería Webiopi para la comunicación TCP/IP con el sistema embebido e implementando actividades para CA-41

16 identificación de usuario, establecimiento de conexión y para emular e interactuar gráficamente con el proceso industrial. pieza. El modo de operación automático implementa el control secuencial para estampar las piezas. Este modo activa la secuencia de los actuadores automáticamente cuando se detecta la presencia de la pieza. En este modo solo se puede manipular la banda transportadora, los demás actuadores se encuentran deshabilitados. El modo de operación manual permite manipular los actuadores, las electroválvulas y cambiar sus estados para estampar las piezas. Sin embargo, se debe tener en cuenta la lógica de control ya que el proceso debe detectar la presencia de las piezas. En la Figura 7, se observan los modos de operación de la aplicación móvil. FIG. 8. Sistema Web de Estampado de Pieza, vista en un PC. El tercer sector define la cantidad de piezas, el indicador de Estampado que establece cuantas piezas ya han terminado el proceso y el indicador de En Espera que define cuantas piezas están en proceso de estampar. Aquí se indica el número total de piezas que pasan por el sistema, estableciendo el ciclo del sistema por lote. FIG. 7. Selección del modo de operación. V. RESULTADOS El cuarto sector es la simulación del proceso, donde se muestra de forma gráfica la ejecución del sistema. B. De la Prueba Física A. De la Simulación: Como resultado del presente trabajo se obtuvo un sistema automático de control de estampado, el cual consta de la programación de un sistema embebido con software libre y manejo del puerto GPIO. En la Figura 8, se presenta el sistema dividido en cuatro sectores, el primero consta de los tres controles primarios Inicio de Proceso da inicio a la ejecución del sistema de estampado, el botón de Agregar Pieza que es el que agrega piezas a la banda transportadora, y es quien define cuantos ciclos se van a ejecutar, el botón Activar Maquina el cual inicia el proceso de la ejecución de los métodos programados para el control de estampado, y secuencia de sistema. El segundo sector es el monitor de ejecución del método de proceso, el cual inicia con el sensor de pieza en la banda transportadora BT, seguidamente la pinza se coloca en posición Giro 180, luego se cierra la pinza Pinza para sujetar la pieza a colocar en posición para el estampado, luego se coloca el cabezal en posición horizontal Act. Hor colocando el cabezal de estampado sobre la pieza, seguidamente se activa el sistema de estampado Act. Ver. para bajar el cabezal y estampar la pieza, finalmente se retorna el cabezal y se acciona el sistema de almacenamiento Almacén desplazando la pieza para dar paso a la siguiente Esta etapa consiste en verificar el funcionamiento de la aplicación. En primer lugar se comprueba el funcionamiento de cada clase en forma individual. Para esto, se pueden probar los métodos utilizando pruebas de unidad. El modulo de desarrollo para Android apoyado en Eclipse, implementa un emulador virtual de dispositivo móvil Android, el cual se utiliza para verificar el funcionamiento de cada actividad sin necesidad de instalar la aplicación en el dispositivo móvil y, permite fácilmente la corrección de errores. En la Figura 9, se observa la implementación del emulador. En este caso se está comprobando el funcionamiento de la actividad Master_login. Se observa de la prueba física del proceso industrial y sus variables mediante la aplicación Web, que se permite salir y acceder desde el menú de aplicaciones del dispositivo, permitiendo comprobar el icono y el modo de acceso a la aplicación. Asimismo, permite rotar el emulador del dispositivo cuando se está ejecutando la aplicación, siendo un paso básico para consolidar el funcionamiento, ya que esto permite comprobar que al rotar se hace necesario tener en cuenta la perspectiva de orientación de cada actividad para evitar fallas y daños por coordinación de los elementos. El tablero de control se compone de dos detectores de presencia (sensor 1 y 2), controles con indicadores de la CA-42

17 activación del reductor de velocidad de la banda transportadora, cinco (5) electroválvulas. Además tres controles para seleccionar el modo de operación manual, automático o referencia del lazo de control y dos botones (información y salir de la aplicación). ventaja de mejorar las estrategias de control y la complejidad de sus procesos mediante programación directa sin modificar el hardware. La aplicación desarrollada en NODE.JS funcionó de una manera adecuada, permitiendo un correcto comportamiento del sistema de producción por lotes, ya que al terminar se podía cargar el número de lotes deseados y este continuaba la producción, de igual manera existe la posibilidad de poder detener la ejecución del proceso de manera remota y reiniciarla sin perder la secuencia de funcionamiento. La implementación de la Raspberry Pi como controlador de la planta, cumplió satisfactoriamente con las exigencias de los parámetros y atributos (protocolos de comunicación, lenguajes de programación, entornos de desarrollo y costos), comprobando el resultado de aplicar el método de decisión y selección binaria. Basada en las técnicas de control comúnmente usadas como la técnica de control por dispositivo lógico programable, en la solución tecnológica se propone una nueva técnica de control basada en un sistema embebido como controlador utilizando la estrategia de control secuencial (on/off). FIG. 9. Modos de operación de la aplicación móvil. VI. CONCLUSIONES Con el desarrollo del sistema de supervisión y control, unido a la integración del sistemas se demuestra que el desarrollo de aplicaciones a medidas permiten al usuario desarrollar sistemas de bajos consto que benefician a PYMES, además de permitir el control de procesos de manera remota, generando con esto una visión innovadora del desarrollo de sistemas a medidas y de bajos costo; poniendo al alcance los sistemas de información unidos a los sistemas de supervisión y control, gracias al desarrollo de la electrónica y los sistemas de información. Como recuento se establece que en el artículo se desarrolló un sistema de control supervisorio desarrollado completamente sobre un ordenador de placa reducida. Para esto se cuenta con un Raspberry PI, un módulo de WiFi USB para la conexión remota inalámbrica, conectores de los puertos GPIO, y la memoria donde se instalan los programas que se ejecutan. Es posible utilizar tecnologías de código abierto, como solución de bajo costo, para automatizar un proceso industrial, demostrando la posibilidad que tienen las PYMES, de mejorar su nivel de competitividad. Asimismo, las empresas tienen la La Raspberry Pi se puede programar mientras ejecuta la lógica de control del proceso, posibilitando corregir errores y maximizar su rendimiento, en tiempo real, sin interrumpir la producción. Esto aumenta su posibilidad de uso en el área del control. Finalmente se comprobó a través de la implementación la aplicación Web en el control y supervisión del sistema de estampado que el uso de software libre y el desarrollo de aplicaciones a medidas permiten un desarrollo de las PYMES, ofreciendo un producto de calidad a bajos costo y que permiten optimizar sus procesos productivos y elevar sus ganancias. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] R. Chacón. La instrumentación virtual en la enseñanza de la ingeniería electrónica. Acción pedagógica, 1, pp [2] D. Bernstein. Feedback control: an invisible thread in the history of technology. Control System, IEEE, 22(2), pp [3] C. Prada. El futuro del control de procesos. Revista Iberoamericana de automática e informática industrial, CEA-IFAC, 4(1), P.P [4] H. Posadas. Estimación de prestaciones para Exploración de Diseño en Sistemas Embebidos Complejos HW/SW. Tesis Doctoral, Universidad de Cantabria, España. Retrieved February 14, 2013, from nid=f8daf6ef4ba2ead545bdfb4cada17155.tdx2?sequence=1. [5] T. Wilmshurst. An introduction to the design of small-scale embedded systems New York: Palgrave. [6] S. Castro. Sistemas Embebidos, Instrumentación Virtual y Aplicaciones Móviles para Procesos Industriales Universidad Nacional Experimental del Tachira. [7] G. Salvendy. Handbook of industrial engineering: technology and operations management. Wiley, 3rd ed, CA-43

18 [8] J. Andrickson. Instrumentación Electrónica. Retrieved December 15, 2013, from [9] Unitronics - Home. (n.d.). Unitronics - Home. Retrieved December 15, 2013, from [10] Cárdenas, O. Transductores Industriales. Mérida, Venezuela: Fac. de Ingeniería, Ref: , código E [11] Design of Human Automation Interactive Systems. (n.d.). Design of Human Automation Interactive Systems. Retrieved December 16, 2013, from [12] El sistema operativo GNU. (2001, February 1). Qué es Software Libre?. Revisaro November 28, 2013, de [13] Gutiérrez, J., Muros, J., Rodriguez, S., Damas, M., & Holgado, J. Desarrollo de sistemas industriales mediante dispositivos empotrados basados en Java. IV Jornadas de Computación Empotrada (JCE), 1, CA-44

19 Integración de Software Libre con InTouch José Andrickson, María Pabón, Tyson Cardelli, Jessica Ramírez, Alba Ramirez Resumen Este trabajo presenta el desarrollo de un sistema de supervisión y control basado en el uso de InTouch orientado a objeto y con base de datos Mysql. Del desarrollo de este trabajo se deduce que con el uso de la informática sobre software propietarios, pueden rendir por encima de sus expectativas iniciales. El desarrollo de una integración de software libre con sistema propietario como InTouch da una visión de aplicacion de los HMI y SCADA que permite potenciar el programa a niveles por encima de las soluciones convencionales en las empresas. La aplicación resultante involucra el desarrollo de bases de datos libre, páginas web, y sistema propietario. De Igual manera se hace una aplicación de integración de las aplicaciones con un programa de cálculos avanzados como lo es Matlab, lo cual permite probar de forma académica las bondades de las aplicaciones industriales con cálculos avanzados y condiciones de manejo de estados y eventos discretos. Palabras claves Automatización, Integración, InTouch, MySQL. I. INTRODUCCIÓN En este artículo se desarrolla un sistema de supervisión y control remoto a través de la implementación de un sistema integrado entre InTouch y una Páginas Web, dada la importancia de la incorporación de los sistemas de información y los sistemas industriales potenciados con el uso de software libre [3-4]. En la actualidad, son muchos los trabajos haciendo uso de la tecnología de la información y la comunicación (TIC) dada su importancia en el desarrollo de las empresas y del país [2]. Sin embargo la integración de aplicaciones propietarias como Intocuh y Matlab, con sistemas de fuentes y desarrollo libres para las empresas son pocos abordados y mucho menos publicados. La razón primordial de la integración de software libre con sistemas propietarios es la reducción de costos en la implantación, y las ventajas en el desarrollo de aplicaciones para pequeñas y medianas industrias (PYMES). Con lo cual se pretende estimular el uso de esta tendencia y mejorar el rendimiento de los procesos productivos de empresas que no cuentan con un capital elevado para invertir en la automatización e integración de los procesos productivos. En el caso en estudio se desarrollará una aplicación de Artículo recibido el 20 de Diciembre de J.A, M.P, T.C., J.R. y A.R están con la Universidad Nacional Experimental del Táchira, Sector Paramillo, Laboratorio de Instrumentación, Control y Automatización, Decanato de Investigación, San Cristóbal, Estado Táchira, Venezuela, Tlf , integración para un proceso de fabricación de cemento. El trabajo inicia con la implementación del sistema de producción en la Interface Humano Máquina (HMI), desarrollada en InTouch. Y sobre la cual se implementan las etapas de proceso. Seguidamente se prepara la integración del sistema HMI con el sistema de gestión de información o base de datos (MySQL) [1] y se crea la aplicación Web que permite interactuar con el sistema de producción. También se crea un sistema de análisis y gestión de datos en Matlab. Este artículo presenta una aplicación de como los sistemas propietarios y los software afrontan el reto de desarrollar sistemas inteligentes a la medida de las necesidades de las empresas modernas. Aquí se presenta la posibilidad de implementación de sistemas de gestión, supervisión y control de procesos industriales capaces de tomar decisiones de planificación de distribución de funciones por medio del cálculo matemático y la gestión de información en la Web. Por otra parte los sistemas industriales potenciados con el uso de software libre permiten desarrollar sistemas de integración [6] que flexibiliza la producción y robustece los procesos permitiendo que muchas de las fallas del sistema sean superadas sin contratiempo al igual que el software propietario, pero con la ventaja del bajo costo de inversión. II. DESARROLLO A. Automatización en Proceso Industriales El control, supervisión, integración y manejo de la información; constituyen el factor primordial dentro de las empresas modernas. Estas características permiten la instalación de flexibilidad y la agregación de nuevas funcionalidades en la empresa, incrementando la transparencia en el sistema de manejo de ejecución de sistema o SCADA (MES/SCADA). Empresas a nivel mundial ofrecen sistemas de soluciones de automatización e integración, entre las cuales destacan Rockwell Automation, Invensys, Siemens, entre otras. Dentro de ellas existen un grupo multidisciplinario que define desde la arquitectura de implementación hasta la ontología, considerando las ventajas existentes de los sistemas de información y la instrumentación de campo. En el caso de estudio, se hace referencia a la arquitectura ArchestrA de Wonderware perteneciente a Invensys, y en la integración de sistemas a través de unidades de producción. Una de las principales razones para el uso de esta arquitectura es su disponibilidad en los laboratorios de la Universidad, además CA-45

20 de ser uno de los software líderes en el desarrollo de soluciones de automatización. La integración soporta múltiples disciplinas en una arquitectura escalable con sistemas de información que proveen soportes para la implantación de nuevos paradigmas de automatización orientados a servicios de optimización de la producción, en un entorno heterogéneo. La implementación se soporta sobre desarrollo de sistemas ajustados a estándares internacionales de descripción de procesos y manejo de información en tiempo real, además con bases de datos y de conocimiento. En este estudio el desarrollo de los sistemas de integración, manejo de supervisión y control se centran en la utilización del programa InTouch de Wonderware. Por esto se hace una pequeña descripción de la arquitectura ArchestrA y el programa InTouch. B. Arquitectura de Automatización. Con la aparición de los computadores en la década de los 60, los sistemas industriales dieron un giro en su planteamiento de automatismo, se integraron tanto los sistemas distribuidos industriales (DCS) como los sistemas PLC y SCADA a las líneas de producción. Durante los años 90 los paneles representativos de procesos dieron paso a las Interfaces Humano Máquina (HMI) para el monitoreo, supervisión y en algunos casos el control de proceso, sin embargo los sistemas de gestión empresariales o tomas de decisiones gerenciales estaban aislada de los sistemas de producción, ocasionando un retardo y posible errores en las tomas de decisiones empresariales [5]. Este problema se solventó al establecer la integración de los sistemas de producciones y los sistemas de gestión de empresas de automatización. Las soluciones de integración de las grandes empresas de automatización trajeron consigo otro inconveniente, ocasionado por la definición de sistemas propietarios, donde solo los sistemas vendidos por la marca se podían integrar entre sí. Es aquí donde la empresa Invensys, aprovechando la propuesta de estandarización industrial a través de organizaciones como la ISA (Sociedad Internacional de Automatización) y las nuevas tecnologías de programación orientadas a servicios como.net de Microsoft y los servicios web; desarrollan una plataforma sobre una tecnología llamada ArchestrA que permite resolver los problemas planteados. Son cuatro los componentes de esta plataforma. Primero están los drivers de comunicación de la plataforma con los dispositivos de campo. Estos son módulos que convierten de un protocolo propietario de una determinada marca y modelo de PLC, DCS o cualquier dispositivo conocido, a un protocolo estándar como el OPC (OLE para Control de Procesos) o protocolos propios de Wonderware como Message Exchange o SuiteLink. El segundo componente es el Application Server que desarrolla aplicaciones de automatización mediante un ambiente basado en objetos. El historiador es el tercer componente, con adquisición de datos a alta velocidad basado en lenguaje SQL. El último componente es el Information Server, un portal web industrial basado en contenidos para la muestra de datos a los diferentes usuarios en todos los niveles de la compañía. Sobre esta plataforma, múltiples herramientas pueden ser usadas tal como software de visualización para operadores, clientes web para oficinas, herramientas de análisis para las diferentes gerencias, módulos para integración con sistemas de negocios, complementando así una real plataforma de automatización industrial. C. Plataforma de Wonderware Wonderware ofrece una única plataforma para el desarrollo de sistemas SCADA, HMI de supervisor, y sistema de Manejo y Ejecución de Sistemas (MES) para la automatización e integración de sistemas empresariales. El punto central de la plataforma está definido por el modelo de planta, que es la representación lógica del proceso y su supervisor. La plataforma de Wonderware ofrece una tecnología orientada a objeto con configuración, registro, y mantenimiento en tiempo real; además de un sistema de histórico de información de fácil acceso. A través de esta plataforma histórica se alcanza un alto rendimiento en el proceso de producción, una eficiente comprensión de la información sin acudir a duplicar bases de datos. Además ofrece un alto rendimiento en los sistemas de información web, reduciendo dramáticamente la organización y servicios de información a través de la organización. La plataforma de integración permite el manejo completo de la cadena de suministro conectando los sistemas de manufactura y las aplicaciones de negocio. En el mismo sentido ofrece una solución escalable y configurable diseñada para satisfacer los requerimientos de gran cantidad de empresas y sistemas de manufactura. La plataforma de Wonderware ofrece un conjunto de ventajas entre las cuales podemos señalar las siguientes: Estandarización en el desarrollo y la ejecución del entorno de operación, ahorrando a la empresa tiempo y dinero Integración de todos los datos de operación independiente de la fuente. Flexibilidad e intercambiabilidad para la modificación de los aspectos del sistema permitiendo una rápida adaptación a cambios en la producción. A través del software de operación, provee un Manejo y Ejecución de Sistemas (MES) escalable y re-configurable, diseñado para el desarrollo de la manufactura a través de una operación eficiente del sistema y las variables. Reduciendo CA-46

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