Modelo de Implementación de SCADA mediante LabView

Transcripción

1 Modelo de Implementación de SCADA mediante LabView INTRUMENTACIÓN AVANZADA Trabajo Final FACULTAD DE INGENIERIA - UNMDP 4 de Diciembre de 2013 IRIANI, Matías Iván CORONEL, Martin Leonardo

2 Objetivo El siguiente trabajo tiene como principal objetivo dar a conocer las bases de cómo es posible implementar un sistema de monitoreo y control mediante un entorno amigable como lo es el software LabView, de National Instruments. 1

3 Introducción En nuestro trabajo se presentarán los pasos necesarios para llegar a un básico SCADA, de manera sencilla y sin necesidad de conocer en profundidad todos los software, que, en su conjunto, funcionarán como un sistema de monitoreo y control. Se mostrará el programa en lenguaje Ladder que tendrá cargado el autómata programable, sin entrar en detalle de cómo ha sido programado el mismo y solo se mostrará su configuración dado que no es el objetivo principal del proyecto, aunque si, de cómo configurar el servidor OPC y la creación de la interfaz mediante LabView, y la comunicación entre estos mismos para poder monitorear y controlar al PLC que estará llevando a cabo el proceso de control. 2

4 MÓDULO I Programación del Autómata El autómata programable (PLC) que utilizaremos en nuestro caso, es un Twido, del fabricante Schneider Electric. Para cumplir con la funcion utilizaremos el software para programar llamado Twido Suite, proporcionado libremente por el mismo fabricante. En él, escribiremos en lenguaje ladder un programa basado en el control del llenado de un recipiente que se traslada de un extremo al otro de una cinta transportadora, con la posibilidad de cambiar los parámetros de la cinta, y la velocidad a la que circulará la misma, comunicandolo con un variador de velocidad, en nuestro caso un Altivar 11, que es del mismo fabricante que el PLC y de muy simple comando. Para no entrar mucho en detalle a continuación se vera el programa ladder que se encontrara presente en el PLC y en el cual se pueden identificar las variables en juego. La idea será, comunicar al dispositivo con una computadora personal y luego, mediante esta ultima, crear el interfaz humano. Programa en Ladder: 3

5 De aquí, las variables que comiencen con %MWi.j, corresponden a estados de memorias dentro del PLC y que podrán ser leídas y escritas, utilizando un servidor OPC. Configuración del servidor OPC: Éste último es un protocolo estandarizado que sirve como intermediario a la hora de crear una comunicación entre dispositivos de diferentes fabricantes, facilitando la misma ya que sino uno queda limitado a lo que ofrece un único fabricante. A continuación procederemos a configurar el servidor OPC, que en nuestro caso será el NI OPC Server, de National Instruments, mediante otro protocolo, denominado MODBUS. Una vez creado el programa ladder para el PLC y conocidas las variables que intercambiaremos. Luego ejecutamos el NI OPC Server y nos encontraremos con lo siguiente: 4

6 Haremos click para agregar un nuevo canal, donde es indicado en el rincón izquierdo superior y veremos lo siguiente: Se nos pedirá elegir el driver del dispositivo, como mencionamos antes, será MODBUS, y en nuetro caso, Modbus Serial, dado que al autómata nos comunicaremos mediante un RS 232 (Adaptado a USB mediante un cable Manhattan). Aquí configuramos la red de comunicación, igual a la utilizada para programar al PLC. Para ello, colocaremos en ID, el puerto COM para el cual es reconocido el cable Manhattan, ello puede verificarse en Administrador de Dispositivos del Panel de Control de la PC. Y luego los valores que han sido ingresados en la captura. Es importante no colocar paridad a la comunicación ya que tras sucesivas pruebas, nunca se ha logrado comunicarlo con alguna de ellas. 5

7 Para los fines de nuestro trabajo, ya no es necesario configurar mas el canal y por lo tanto se le darán Next a las sucesivas ventanas hasta volver a la pantalla principal. Lo siguiente es agregar el dispositivo, para ello hacemos click en Add a device, y en nuestro caso lo llamaremos Twido. Y luego, nuevamente damos Next a todas las nuevas ventanas emergentes. Una vez finalizado, es hora de agregar los Tags o variables a comunicar. Para ello, hacemos click en el icono que se muestra a continuación: 6

8 Mediante esta ventana es posible configurar cada una de las variables o etiquetas( Tags ). La dirección o address corresponde al espacio en memoria del PLC, para ello, si la misma es una palabra(word), como lo puede ser un estado de contador, un tiempo, o cualquier dato numérico, será: %WMx en Ladder, y su dirección: 40000x con x=0,1, En el caso de la imagen superior, como la variable Iniciar es de tipo booleana, nos alcanza con solo un bit de memoria, y por lo tanto solo utilizaremos el segundo bit del espacio de memoria de 16 bits(word) %WMx.i en ladder, y su dirección será: 40000x.i con i=0,1,2..15 Una vez agregadas todas las etiquetas, veremos lo siguiente, y si hacemos click en lo remarcado abriremos el NI OPC Quick Client, que nos servirá para observar y modificar los valores de las variables, que, aunque de un modo no muy amigable, nos permite verificar que la comunicación sea correcta. 7

9 Damos click a lo remarcado y veremos: (en este caso sin conexión): Con esto ya se ha finalizado la configuración del programa y ahora podremos proceder a realizar el LabView y configurarlo para comunicarse con este servidor. 8

10 MÓDULO II Creación de la interfaz mediante LabView Creamos a partir del programa, un entorno amigable al usuario de modo tal de simplificar el uso del mismo. Utilizando el programa Graphics proporcionado por la cátedra, realizaremos el esquema que representará el proceso productivo que realizaremos. Para ello, abrimos LabView y creamos un Nuevo Proyecto, ya que será necesario para poder utilizar variables compartidas y realizar el ejecutable. Luego, creamos un nuevo VI y, en nuestro caso, quedo como el que se muestra a continuación: Como podemos ver, el mismo es muy sencillo. Por un lado, en el recuadro de Configuración de Parámetros podremos configurar los tiempos de llenado de frasco y retardo al movimiento de nuestra cinta, y las distancias de la cinta, por un lado, desde su comienzo hasta la tolva, y desde esta última hasta el final de la misma. Además, podremos seleccionar entre 4 velocidades, órdenes que a través del PLC, serán enviadas al variador de velocidad del motor. Mediante el recuadro Comunicación Hardware, se podrá seleccionar el Puerto COM de la placa adquisidora de datos, que será la encargada de recibir los valores de capacidad de la tolva (en nuestro modelo simulado con la carga y descarga de un capacitor), y el canal analógico en el cual estará conectado el mismo. En el recuadro Estado del motor, puede verse un led, que indicará el estado activo o no del mismo, y haciendo click en Ver detalle, accederemos a un nuevo VI que se mostrará a continuación, y que corresponde al mismo realizado durante la práctica de adquisición de datos en la cual se censaba la 9

11 corriente, tensión y potencia de un motor asincrónico trifásico y del cual se podían observar los gráficos de los mismos en tiempo real. Se podrá visualizar también el frasco en su posición de la cinta, y el estado de las válvulas de carga y descarga de la tolva. Además del nivel de llenado de la misma. Por último, mediante los botones Comenzar y Detener, será posible iniciar el proceso de llenado del frasco, detenerlo en cualquier punto, y luego comenzarlo nuevamente. El diagrama de bloques de nuestro programa principal será: A continuación se muestra el panel frontal del VI que permite observar el estado del motor: 10

12 Y su respectivo diagrama de bloques es: Modelo de implementación de SCADA utilizando LabView Finalmente mediante estos dos VI s podremos tener control de lo que ocurre en nuestro proceso de manera muy simple. A continuación mostraremos la parte faltante a como se agregan las variables compartidas que aparecen en el DB del programa principal. Para insertarlas, abrimos la ventana del proyecto del LabView, y hacemos click derecho en My Computer y veremos lo siguiente, haciendo click en I/O Server, agregaremos nuestro cliente OPC. 11

13 Una vez que lo agregamos, veremos en nuestra ventana de proyecto, una librería nueva, y si hacemos click en la misma veremos, (haciendo click derecho en OPC1 ): En este caso veremos todas las variables dado que ya han sido agregadas previamente, al realizarlo por primera vez, solo veremos el OPC1. Haciendo click en Create Bound Variables.., se nos abrirá una nueva ventana: Ahora debemos seleccionar el OPC1, hacer click para desglozarlo y veremos: 12

14 Seleccionamos las variables que queremos incluir en nuestro proyecto y lo hacemos con el Add. Damos click en OK y ya las veremos en la ventana anterior del proyecto. Basta con arrastrarlas desde la ventana de proyectos hasta el diagrama de bloques y ya quedaran insertas en el mismo. Se las conecta mediante cables a donde es deseado y se las configura según si se quiere que sean de lectura o de escritura haciendo click derecho en la misma. Si poseemos el NI OPC Server abierto en nuestra PC, lo cual podemos ver en la barra de tareas de nuestro escritorio, estamos en condiciones de darle RUN al programa para que inmediatamente este intercambiando órdenes con el autómata. 13

15 Conclusión Hemos desarrollado a lo largo del informe lo necesario para interpretar que ocurre en el programa y de qué manera se ha logrado, tratando de indicar paso a paso lo hecho en cuanto a la configuración de la comunicación, base principal del trabajo. Finalmente se ha demostrado personalmente como se puede comandar y monitoreas el estado del proceso, concluyendo en que el software LabView es una herramienta muy poderosa para llevar a cabo la tarea dada, aunque con ciertos retardos dados por los tiempos de comunicación de los dispositivos, lo que consideramos que no es relevante ya que en los procesos industriales los tiempos suelen rondar por los cientos de milisegundos, lo mismo que se ha obtenido aquí. Por lo tanto, concluimos en que es posible llevar a cabo sistemas SCADA de diferentes tipos de complejidad, ahondando siempre en lo demostrado anteriormente. 14