SCADA BASADO EN LABVIEW PARA EL LABORATORIO DE CONTROL DE ICAI

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1 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERÍA INDUSTRIAL PROYECTO FIN DE CARRERA SCADA BASADO EN LABVIEW PARA EL LABORATORIO DE CONTROL DE ICAI ANA OTÍN MARCOS MADRID, junio de 2007

2 Autorizada la entrega del proyecto al alumno: Ana Otín Marcos EL DIRECTOR DEL PROYECTO José Antonio Rodríguez Mondéjar Ramón Rodríguez Pecharromán Fdo: Fecha: Vº Bº del Coordinador de Proyectos Álvaro Sánchez Miralles Fdo: Fecha:

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4 A mis padres por su apoyo y su ayuda, por la oportunidad que me dieron.

5 Resumen v Resumen La idea de la que parte este proyecto es la de permitir supervisar y controlar dispositivos distribuidos en el Laboratorio de Control de ICAI de forma remota. Ofrece grandes posibilidades, ya que una vez desarrollado sería exportable a otros dispositivos que se quisiesen controlar remotamente. De esta forma se convierte el laboratorio en una planta para la que se quiere desarrollar un sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Los distintos usuarios pueden interactuar con los dispositivos de la planta a través de la red local de la Universidad, mediante una interfaz muy intuitiva que muestra el estado de la planta, con una representación gráfica y dinámica de los elementos que la componen. Figura 1. Interfaz gráfica de la aplicación de supervisión remota Así, mediante la interfaz del sistema de supervisión remota, el usuario puede cambiar parámetros del control, enviar órdenes, visualizar el estado de la planta, almacenar datos históricos y gestionar las alarmas que se producen en la planta.

6 Resumen vi La planta consta de 2 cubas de agua. Mediante un control PID se regula el caudal de forma automática hasta alcanzar el nivel de agua deseado y después se mantiene. También puede trabajar en modo manual, determinando directamente el caudal de agua que se desea. Los controles de la planta están implementados en LabVIEW, al igual que el sistema de supervisión remota, e instalados en ordenadores conectados a los dispositivos de la planta por medio de una tarjeta de adquisición de datos. El ordenador de supervisión remota se comunica con los ordenadores de control local por medio de la red local de la Universidad. Figura 2. Esquema de la aplicación SCADA La principal ventaja de este tipo de sistemas es que se puede conocer el estado de una planta desde un único puesto de supervisión, y modificar parámetros desde el mismo. Esto realmente se aprecia cuando el número de sistemas a controlar es elevado o cuando se encuentran geográficamente distribuidos. Las comunicaciones se realizan por Ethernet, ya que permite comunicarse fácilmente entre máquinas y sistemas corporativos. La mayor parte de las empresas

7 Resumen vii tienen una red de Ethernet existente, típicamente en forma de red de área local, de forma que no es necesaria ningún tipo de infraestructura. De forma más general, sus características son: - Posee un entorno visual que permite interacción del ser humano con los medios tecnológicos implementados. En el caso de un sistema SCADA la interfaz debe ofrecer al operador una recreación de lo que ocurre en la planta. Ofrece imágenes en movimiento que representan el comportamiento del proceso, dando al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. - Puede enviar órdenes a los controles locales mediante la aplicación de supervisión remota, también puede ajustar los parámetros de dichos controles. Representa señales de alarma para lograr alertar al operador cuando tiene lugar una condición perjudicial o fuera de lo aceptable, así como la posibilidad de reconocerlas. Existe la opción de almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse posteriormente en una hoja de cálculo. Hay distintos niveles de usuario, de forma que es preciso identificarse para poder acceder a distintas funciones o modificar los distintos parámetros.

8 Summary viii Summary This Project has the intention to supervise and control distributed devices in ICAI s Remote Control Laboratory. There are many possibilities because once developed it would be implemented to control other devices in remote mode. This way, the laboratory becomes a pilot plant in which a SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) system will be developed. Different users can interact with plant devices by using University local net, just using an intuitive interface that shows plant status, representing a graphic and dynamic display of its elements. Figura 3. Remote supervising system interface Thus, by the remote supervising system interface, the user can change control parameters, send orders, display plant status, store historic data and manage plant alarms. Plant consists on 2 tanks of water. By a PID control mass flow is regulated automatically up to reaching the desired water level and after that the flow is kept in

9 Summary ix this level. Also, it is possible to work in manual mode, fixing directly the water flow that is desired. Plant control system and remote supervising system are implemented in LABVIEW and installed in computers that are connected to plant devices by a data acquisitive card. The remote supervisor computer is communicated to local control computers by University local net. Figura 4. SCADA system. The main advantage of this kind of systems is that plant status can be known from a unique supervise place and parameters can be changed as well. This is really appreciated when the number of systems to be control is high or when they are geographically placed. Communications are made by Ethernet because it allows connection between machines and corporative systems. The higher part of the companies has an existing Ethernet as a Local Area net, so that, it is not required any kind of structure.

10 Summary x Generally, the characteristics of the developed SCADA systems are detailed here in: - It has a visual environment that allows the interaction between human being and technological devices implemented. In SCADA systems, interface should offer the operator a simulation of everything happens on site. - It offers motion pictures that represents process behavior giving the operator the feeling to be on site. - Also it can send orders to local control by implementing remote supervising as well as control of the parameters. - It represents alarm signals to inform and alert the operator when harmful or unacceptable situation takes place and could be distinguished. - There is an option to store acquire data. This information is subsequently analyzed in a data sheet - There are several levels for different users so that everyone needs to identify oneself in order to access and use all the function of the program and modify existing parameters.

11 Índice xi Índice PARTE I - MEMORIA... 1 PRÓLOGO INTRODUCCIÓN Estado del arte SCADA LabVIEW Motivación del proyecto Objetivos Recursos empleados ESPECIFICACIÓN DEL PROYECTO Descripción de la planta Requisitos del Control de la planta Especificación de la aplicación de Control Local Especificación de la aplicación de Control Remoto Especificación de las comunicaciones Privilegios de los distintos usuarios DISEÑO DEL CONTROL LOCAL Interfaz gráfica Implementación del Control en LabVIEW Tarjeta de adquisición de datos Implementación del Control en LabVIEW Indicadores de alarma Herramientas de programación Configuración de los Usuarios COMUNICACIONES Herramientas TCP-IP UDP DataSocket (Marca registrada de Nacional Instruments) La tecnología OPC... 49

12 Índice xii 4.3 Diseño de las comunicaciones Ethernet Diseño de las comunicaciones SUPERVISIÓN REMOTA Interfaz gráfica Supervisión de las cubas Base de datos Alarmas y eventos RESULTADOS Presentación de los resultados Limitaciones del producto final CONCLUSIONES FUTUROS DESARROLLOS AGRADECIMIENTOS BIBLIOGRAFÍA PARTE II ESTUDIO ECONÓMICO PARTE III MANUAL DE USUARIO CÓDIGO DE LABVIEW

13 Índice de Figuras xiii Índice de Figuras Figura 1. Interfaz gráfica de la aplicación de supervisión remota...v Figura 2. Esquema de la aplicación SCADA...vi Figura 3. Remote supervising system interface... viii Figura 4. SCADA system...ix Figura 5. Estructura de un sistema SCADA... 5 Figura 6. Ejemplo de panel frontal Figura 7. Diagrama de bloques del ejemplo anterior Figura 8. Esquema SCADA laboratorio control ICAI Figura 9. Esquema con las partes del sistema SCADA Figura 10. Etapas de un proceso de supervisión Figura 11. Esquema de la supervisión en el proyecto Figura 12. Sistema de control de nivel de un depósito Figura 13. Esquema de funcionamiento Figura 14. Control Cubas Figura 15. Diagrama de bloques de un regulados PID paralelo Figura 16. Esquema que ilustra el paso de manual a automático Figura 17. Interfaz control local Figura 18. Indicadores de alarma cuando el nivel de agua es -93,4% Figura 19. DAQmx example Figura 20. Exp datos VI Figura 21. PID VIs Figura 22. Diagrama de bloques del PID advanced modificado Figura 23. Código correspondiente a la adquisición de datos, control y monitorización del proceso Figura 24. Crear una referencia a un control Figura 25. Propiedades de un control booleano Figura 26. Case estructure para las alarmas Figura 27. Engine Launch VI Figura 28. Tag Configuration Editor Figura 29. Crear una nueva Tag desde HMI Wizard Figura 30. Código generado con HMI Wizard Figura 31. Subpaleta Tags Figura 32. User Account Manager Figura 33. Ventana para autentificarse como usuario Figura 34. Panel Wizard... 43

14 Índice de Figuras xiv Figura 35. Diagrama de bloques de la estructura para leer datos Figura 36.Diagrama de bloques del VI leer TCP Figura 37.Esquema de una comunicación por DataSocket Figura 38. Partes de una aplicación con DSC Module Figura 39. Generación de Tags automáticamente Figura 40. Interfaz principal de la aplicación de supervisión remota Figura 41. Código para mostrar si el sistema está en manual o automático Figura 42. Abrir un panel con HMI Wizard Figura 43. Cerrar un panel con HMI Wizard Figura 44. Acceder a la supervisión de la cuba Figura 45. Lista alarmas Figura 46. Exportar los datos del histórico a una hoja Excel Figura 47. Interfaz para controlar el sistema x de forma remota Figura 48. Trenes Figura 49. HMI Wizard para Real - Time Trend Figura 50. Pasos para crear una base de datos Figura 51. Historical Logging Configuration Figura 52. VI para exportar los datos del histórico a Excel Figura 53. Interfaz para exportar los datos a Excel Figura 54. Configurar alarmas Figura 55. Alarm VI Figura 56. HMI Wizard para reconocer alarmas Figura 57. Código para reconocer alarmas Figura 58. Lista de alarmas Figura 59. Captura de la pantalla de supervisión remota Figura 60. Captura de la pantalla de control local de la cuba Figura 61. Prueba 1 pantalla del sistema de supervisión remota Figura 62. Prueba 1 Remoto tank Figura 63. Prueba Excel Figura 64. Estado de la planta durante la prueba Excel Figura 65. Resultado de la prueba Excel Figura 66. User Account Manager Figura 67. New user account Figura 68. Group Memberships Figura 69. Interfaz Control Local Figura 70. Indicadores de alarma cuando el nivel de agua es -93,4% Figura 71. Interfaz principal de la aplicación de supervisión remota Figura 72. Control remoto de la cuba

15 Índice de Figuras xv Figura 73. Indicador con la última alarma que ha tenido lugar Figura 74. Alarm List Figura 75. Código de colores de las alarmas Figura 76. Panel Save Data Figura 77. Lista desplegable con las variables que se archivan en la base de datos Figura 78. Set Time and Date

16 Índice de Tablas xvi Índice de Tablas Tabla 1. Canales de la tarjeta de adquisición de datos Tabla 2. Usuarios del sistema Tabla 3. Usuarios del sistema... 92

17 PARTE I - MEMORIA

18 Prólogo 2 PRÓLOGO El objetivo de este proyecto es realizar un sistema SCADA para el Laboratorio de ICAI. El sistema tiene una interfaz intuitiva, puede enviar órdenes a los dispositivos de nivel de depósito que se encuentran en el laboratorio, requiere autentificarse como usuario para realizar algunas acciones, posee indicadores luminosos de alarmas y ofrece la posibilidad de exportar datos relevantes de la planta a una hoja de cálculo. Esta memoria comienza describiendo las especificaciones de cada una de las partes que forman el sistema SCADA en el capítulo 2. Una vez descritas las necesidades del sistema se procede a describir el diseño del control local en el capítulo 3, tanto la interfaz gráfica de la aplicación como la implementación del controlador. Realizada la aplicación anterior, hay que hacer la aplicación de supervisión remota: una aplicación que permite enviar órdenes a la planta, visualizar si hay alguna alarma activa o exportar datos del histórico de la base de datos a una hoja Excel. Esto se describirá en el capítulo 5, ya que previamente se hablará de las comunicaciones que permiten la transmisión de datos. Con todo eso ya montado y funcionando, se puede comprobar en el laboratorio cómo se puede cambiar la referencia de nivel de agua de las cubas desde el ordenador alejado de la planta y cómo se puede cambiar a modo manual y regular el caudal de las bombas.

19 1 Introducción

20 1 Introducción 4 1 Introducción 1.1 Estado del arte SCADA Historia Los primeros SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) eran simplemente sistemas de telemetría que proporcionaban informes periódicos de las condiciones de campo vigilando las señales que representaban medidas y/o condiciones de estado en ubicaciones de campo remotas. Estos sistemas ofrecían capacidades muy simples de monitorización y control. La visión del operador en el proceso estaba basada en los contadores y las lámparas detrás de paneles llenos de indicadores. Mientras la tecnología se desarrollaba, los ordenadores asumieron el papel de manejar la adquisición de datos, disponiendo de comandos de control, y presentando la información sobre una pantalla de CRT. Los ordenadores agregaron la capacidad de programar el sistema para realizar funciones de control más complejas. Los primeros sistemas automatizados SCADA fueron modificados con programas de aplicación específicos para atender a requisitos de algún proyecto particular. Hoy, los proveedores de SCADA están diseñando sistemas pensados para resolver las necesidades de distintas industrias con módulos de software específicos. Se puede encontrar software SCADA comercialmente disponible adaptado para procesamiento de papel y celulosa, oleoductos y gaseoductos, hidroeléctricas, distribución de agua, etc. Los sistemas SCADA se están convirtiendo en una parte integral de la gestión corporativa. Estos sistemas ya no son vistos por la gerencia simplemente como herramientas de operación, sino como un recurso importante de información. Continúan sirviendo como centro de responsabilidad en la operación, pero también proporcionan datos a los sistemas y usuarios fuera del ambiente del centro de control que dependen de la información oportuna en la cual basan sus decisiones económicas cotidianas.

21 1 Introducción Conceptos básicos de los sistemas SCADA Los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) son aplicaciones de software, diseñadas con la finalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Permiten a un usuario recoger datos de una o más instalaciones geográficamente distribuidas y/o enviar comandos y órdenes a estas instalaciones. Además, envían 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. Figura 5. Estructura de un sistema SCADA El sistema está compuesto por numerosas unidades (controles locales), geográficamente distribuidas, recogiendo medidas y enviando órdenes a los dispositivos de campo, estas se encuentran conectadas a una o varias estaciones de supervisión remotas por medio de un sistema de comunicaciones. La estación

22 1 Introducción 6 de supervisión remota presenta la información adquirida en pantallas y permite al operador realizar tareas de control a distancia. son: Todo sistema SCADA tiene que cumplir una serie de requisitos básicos, que Tener arquitectura abierta, es decir, debe permitir su crecimiento y expansión, así como tener capacidad de adecuarse a las necesidades futuras del proceso y de la planta. La programación e instalación no debe presentar mayor dificultad, debe contar con interfaces gráficas que muestren un esquema básico y real del proceso. Deben permitir la adquisición de datos de todo tipo de equipos, así como la comunicación a nivel interno y externo (redes locales y de gestión). Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables para el usuario Funciones de un SCADA Las funciones principales son: Supervisión remota de instalaciones y equipos: Permite al operador conocer el estado de los distintos dispositivos que componen la instalación. Control remoto de equipos: Mediante el sistema se pueden enviar órdenes a los controles locales para activar o desactivar los equipos remotamente (por ejemplo abrir válvulas, activar interruptores, etc.), de manera automática y también manual. Además es posible ajustar parámetros, valores de referencia, algoritmos de control, etc. Visualización gráfica: El sistema es capaz de ofrecer imágenes en movimiento que representen el comportamiento del proceso, dando al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. También pueden mostrar gráficos de las señales registradas en el tiempo.

23 1 Introducción 7 Representación de señales de alarma: A través de las señales de alarma se logra alertar al operador cuando tiene lugar una condición perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales como sonoras y se pueden realizar registros de incidencias. Históricos: Se cuenta con la opción de almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse posteriormente, el tiempo de almacenamiento dependerá del operador o del autor del programa Transmisión de la información Los sistemas SCADA necesitan comunicarse vía red, puertos GPIB, telefónica o satélite, es necesario contar con ordenadores que realicen el envió de datos hacia un ordenador remoto, este a su vez será parte de un centro de control y gestión de información. Cada fabricante de equipos para sistemas SCADA emplean diferentes protocolos de comunicación y no existe un estándar para la estructura de los mensajes, sin embargo existen estándares internacionales que regulan el diseño de las interfaces de comunicación entre los equipos del sistema SCADA y equipos de transmisión de datos. Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas y procedimientos que permite a las unidades remotas y central, el intercambio de información. Los sistemas SCADA hacen uso de los protocolos de las redes industriales ELEMENTOS DEL SISTEMA Un sistema SCADA esta conformado por: Interfaz Hombre-Máquina: Permite la interacción del ser humano con los medios tecnológicos implementados. En el caso de un sistema SCADA la interfaz debe ofrecer al operador una recreación de lo que ocurre en la planta. Supervisión Remota: Se encarga de recibir los datos de la planta y enviar órdenes a la misma. También se encarga del almacenamiento y procesado

24 1 Introducción 8 ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. Control Local: Lo constituye todo elemento que envía algún tipo de información a la aplicación de supervisión remota. Ejecuta las acciones del mando (programadas) en base a los valores actuales de las variables. Es parte del proceso productivo y necesariamente se encuentra ubicada en la planta. Sistema de Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de información desde el punto donde se realizan las operaciones hasta el punto donde se supervisa y controla el proceso. Lo conforman los transmisores, receptores y medios de comunicación. Transductores: Son los elementos que permiten la conversión de una señal física en una señal eléctrica (y viceversa) El mercado de los SCADAs En la industria hay una multitud de SCADA funcionando tanto para la supervisión y el control de un pequeño proceso de fabricación como para plantas enteras. Hay muchas empresas distribuidoras de sistemas SCADA, a menudo son proveedores de PLC, que realizan el SCADA que pueda comunicar con sus productos. Para elegir un sistema SCADA hay que tener en cuenta su compatibilidad con el entorno en el cual va a implementarse. Las diferencias que se encuentran entre distintos SCADA, se refieren principalmente al número de variables que el programa puede leer en tiempo real. Así, un SCADA debe elegirse según las características y limitaciones del proceso a controlar. Por ejemplo, la empresa Schneider Electric provee el software VIJEO LOOK para pequeñas y medianas aplicaciones (128, 512, 1024 I/O) y MONITOR PRO para aplicaciones grandes y complejas (256, 1024, o ilimitadas I/O). Otros de los paquetes SCADA más implantados en el mercado son: CIRNET, de CIRCUTOR S.A. SCADA InTouch, de LOGITEK. WinCC, de Siemens.

25 1 Introducción 9 Coros LS-B/Win, de Siemens. SYSMAC SCS, de Omron. FIXDMACS, de Omron-Intellution. RS-VIEW32 de Rockwell GENESIS32 de Iconics LabVIEW LabVIEW es una plataforma estándar en la industria de test y medida, para el desarrollo de sistemas de prueba y control de instrumentación; en el campo de la automatización industrial, para la adquisición de datos, análisis, monitorización y registro, así como para el control y monitorización de procesos; en el área de visión artificial, para el desarrollo de sistemas de inspección en producción o laboratorio. En los últimos años ha crecido en nuevos campos de trabajo como simulación, diseño de control y sistemas embebidos en tiempo real. En este proyecto se ha utilizado el módulo de LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC), para desarrollar interactivamente sistemas de monitorización y control distribuido. DSC Module amplia las aplicaciones de LabVIEW para configurar y administrar alarmas y eventos interactivamente, y crear sistemas de seguridad Programación en LabVIEW LabVIEW de National Instrument, es un lenguaje de programación de propósito general, como es el Lenguaje C o Basic, pero con la característica que es totalmente gráfico. Está basado en la programación modular, lo que permite crear tareas muy complicadas a partir de módulos o sub-módulos mucho más sencillos. Además, estos módulos pueden ser usados en otras tareas. LabVIEW es un lenguaje completamente gráfico, y el resultado de ello es que es totalmente parecido a un instrumento: por ello, a todos los módulos creados con LabVIEW se les llama VI (Instrumento Virtual). Cada VI consta de tres componentes:

26 1 Introducción 10 Un panel frontal (o Front Panel). Es la interfaz de usuario. Un diagrama de bloques (o Block Diagram). Contiene el código fuente gráfico que define la funcionalidad del VI. Icono y conector. Identifica a cada VI, de manera que podemos utilizarlo dentro de otro VI. Un VI dentro de otro VI recibe el nombre de subvi. Sería como una subrutina en un lenguaje de programación basado en texto. Figura 6. Ejemplo de panel frontal

27 1 Introducción 11 Figura 7. Diagrama de bloques del ejemplo anterior El panel frontal se construye a base de controles e indicadores, los cuales no son más que los terminales de entrada y salida, respectivamente, del VI. Como controles podemos tener knobs y dials (botones rotatorios), push buttons (pulsadores) y otros dispositivos de entrada. Como indicadores tenemos graphs (gráficas), LEDs y otros visualizadores. Los controles simulan elementos de entrada al instrumento y proporcionan datos al diagrama de bloques. Los indicadores simulan elementos de salida del instrumento y visualizan los datos que el diagrama de bloques adquiere o genera. Una vez construido el panel frontal, el código se desarrolla usando unas representaciones gráficas de funciones (ver Figura 7) que controlarán los objetos del panel frontal. El diagrama de bloques es quien contiene este código fuente gráfico. Los objetos del panel frontal aparecen como terminales en el diagrama de bloques. 1.2 Motivación del proyecto La finalidad del proyecto es la supervisión y el control remoto de sistemas situados en el Laboratorio de Control del Departamento de Electrónica y Automática. LabVIEW. Para ello se procederá a la construcción de un SCADA con

28 1 Introducción 12 Existen diversas razones que motivan el realizar una aplicación distribuida en lugar de una aplicación concentrada. Las aplicaciones concentradas recogen, analizan, procesan y visualizan los datos en una misma máquina. Pero actualmente la adquisición de datos ya no se realiza únicamente en el PC, sino que existen sensores distribuidos que recogen información y se conectan directamente la red de ethernet convirtiéndose en un punto de medida remoto al cual se puede conectar e importar después esos datos a la aplicación. La planta a controlar por el SCADA está compuesta por dos equipos de control de nivel de un depósito (cubas) que se encuentran en el laboratorio. Una representación del SCADA de control de los dispositivos de control de nivel de depósito se esquematiza en la Figura 8. Figura 8. Esquema SCADA laboratorio control ICAI Estos dispositivos estarán individualmente controlados desde un ordenador al que se encuentran conectados. Se podrán visualizar medidas (nivel cubas) y enviar comandos y órdenes para el control del dispositivo.

29 1 Introducción 13 El ordenador remoto será el encargado de recibir las medidas de los distintos dispositivos de la planta, y enviar comandos u órdenes a la misma. De la misma forma se creará una base de datos para la generación de históricos, un sistema de seguridad para la identificación de usuarios y un sistema que alerta de las alarmas que se producen. Como ya se ha mencionado anteriormente hay muchos sistemas SCADA en el mercado, pero como se comercializan para distintas aplicaciones, sólo se usa una pequeña parte de sus funciones. Así, algunas empresas eligen crear su propio SCADA programándolo con lenguajes de programación estándar. El resultado es una interfaz más optimizada y adaptada al proceso que se está automatizando. Muchos de los sistemas SCADA instalados hoy en día se están convirtiendo en parte integral de la estructura de los Sistemas Gerenciales de información. Estos sistemas no están siendo vistos por los Gerentes como simples herramientas de operación y de Ingeniería, sino como una fuente importante de información. En este rol, estos sistemas continúan sirviendo como el centro de responsabilidades de operación, pero además, proveen información a sistemas y usuarios fuera del ambiente de control, importante para la toma de decisiones de negocio. 1.3 Objetivos El objetivo final del proyecto es desarrollar un SCADA que permita supervisar y controlar remotamente varios equipos de control de nivel de un depósito que se encuentran en el laboratorio de control de ICAI. La aplicación se puede dividir en tres niveles que se consideran objetivos parciales del proyecto. Primer nivel: Control local de la planta: Realización de una aplicación de control para cada uno de los equipos, capaz de controlar los mismos. Segundo nivel: Supervisión remota: Creación de la aplicación de supervisión remota desde el ordenador central. La aplicación deberá generar una base de datos con los históricos de la planta.

30 1 Introducción 14 Tercer nivel: Exportación de datos relevantes: Aplicación que permitirá acceder a la base de datos de la planta y visualizar el estado de la misma, pero no podrá enviar comandos y órdenes. Un último objetivo es desarrollar la documentación de proyecto. La aplicación responde al esquema de la Figura 9. Figura 9. Esquema con las partes del sistema SCADA

31 1 Introducción Recursos empleados Los recursos que se han empleado en este proyecto aquellos que se encuentran en el Laboratorio de Control de ICAI, entre ellos: Tarjeta de adquisición de datos PCI 6014 de National Instruments. 3 PC Planta a controlar (2 cubas) Red de Ethernet El software utilizado es el de National Instruments, concretamente LabVIEW 7.1 con los módulos PID Control Toolkit y DSC Module.

32 2 Especificación del proyecto

33 2 Especificación del proyecto 17 2 Especificación del proyecto Las diferentes etapas necesarias para poder realizar la supervisión y la adquisición de datos de la planta están descritas en la Figura 10. El proceso que se va a supervisar es el nivel de agua de unas cubas que se encuentran en el Laboratorio de Control de ICAI. El sistema de control será un regulador PID implementado en LabVIEW. Figura 10. Etapas de un proceso de supervisión Las comunicaciones se realizarán a través de la red interna de la Universidad. Se realizará una aplicación en LabVIEW para el proceso de supervisión, con una interfaz intuitiva y simple de manejar. Además, esta aplicación mostrará el estado de la planta y guardará datos históricos. La Figura 11 muestra el esquema de la supervisión mediante un PC. Su interfaz gráfica va a permitir la monitorización y el control de las cubas. Esta arquitectura involucra tres elementos: un PC de supervisión, un PC con el sistema de control (en realidad son tantos como cubas contiene el proyecto) y el proceso a supervisar.

34 2 Especificación del proyecto 18 Figura 11. Esquema de la supervisión en el proyecto 2.1 Descripción de la planta Se trata de una planta en la que se controla el nivel de agua de un depósito. Estos sistemas están compuestos por 2 cubas comunicadas por un conducto en su base. Aunque se pueden enviar órdenes a las dos bombas que alimentan las cubas, en este proyecto sólo se van a enviar a la cuba izquierda. Del mismo modo, se puede medir el nivel de agua de cada una de ellas, aunque sólo se medirá el de la cuba izquierda (si de desea, se puede modificar). Tienen dos orificios en la parte inferior, uno que puede ser cerrado mediante una llave de paso y sirve para vaciarlo. El otro está taponado en el izquierdo y abierto en el derecho.

35 2 Especificación del proyecto 19 Figura 12. Sistema de control de nivel de un depósito A continuación se esquematiza el proceso. La bomba de la cuba izquierda suministra agua a esta cuba. El agua pasa por el conducto que une ambas cubas. Por un lado llena la cuba derecha y por otro lado el agua sale de ella por el orificio que está abierto. Figura 13. Esquema de funcionamiento Lo que se pretende controlar es el nivel de la cuba izquierda, echando agua en esta misma cuba. Para ello se puede actuar de dos formas: Modo Automático: El operador de la planta selecciona el nivel de agua (Setpoint) que quiere en la cuba izquierda. Mediante un control PID se regula el caudal de forma automática hasta alcanzar dicho nivel y después se mantiene.

36 2 Especificación del proyecto 20 Modo Manual: Un operador de alto nivel, o el administrador, pueden abrir el lazo de control y determinar directamente el caudal de agua que deseen. Tanto el nivel de depósito, como el voltaje que se puede aplicar a las bombas, vienen dados en porcentaje. En el caso del nivel, vacío corresponde a -100%, 0% a la mitad y 100% al máximo. En el caso de la bomba, se puede regular el caudal desde el 0% hasta el 100% de su capacidad. 2.2 Requisitos del Control de la planta. El control de la planta se va a implementar en LabVIEW. Un ordenador localizado en la planta recibe la medida del nivel de las cubas; en función del nivel de agua que hay y el que se desea, el regulador varía el mando (caudal) a enviar. Figura 14. Control Cubas El control que se usa para mantener el nivel de agua de las cubas deseado es un controlador PID (Proporcional Integral Diferencial). La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y la constante proporcional. La limitación del control proporcional aislado es que se produce un error en régimen permanente. El citado error se elimina con el control integral, que sumado a la parte proporcional consigue una respuesta del sistema sin error en régimen permanente frente a escalones en la referencia y perturbación. Se ha usado la forma paralelo, sin ponderación de la referencia y sin filtrado del error en la parte derivativa. El control responde al esquema de la Figura 15.

37 2 Especificación del proyecto 21 Figura 15. Diagrama de bloques de un regulados PID paralelo Donde: - SP: Set Point, referencia. - PV: Process Value, nivel de agua. - u: Control Output, mando. 1 C( s) = K c 1+ E( s) + Td s PV ( s) Ti s Ecuación 1. Control no interactivo. Suma P+I+D El nivel de depósito se puede controlar también de forma manual, para ello, se abre el lazo de control y el operador varía manualmente el mando. Al volver a pasar a control automático la acción integral ha estado integrando un error, de modo que al volver al control automático, tendrá unas condiciones iniciales no acordes con el estado de la planta. Esto puede producir cambios bruscos en la variable de mando. Para evitar esto, el regulador, cuando está en fase manual, va siguiendo las acciones del operador, ajustándose en todo momento a ellas a través de un parámetro de tracking, que en la figura se ha fijado a 1.

38 2 Especificación del proyecto 22 Figura 16. Esquema que ilustra el paso de manual a automático El mando a aplicar al sistema varía en un margen de valores que no se puede exceder, aunque el regulador lo pudiera pedir. En este caso el mando se queda saturado en el límite correspondiente, dando un mando constante. Este fenómeno puede darse en distintas situaciones, siendo frecuente en los arranques de un proceso, cuando la diferencia entre el valor de referencia y el valor de la salida (error) es grande. Durante el tiempo en que actúa el mando constante, el control integral acumula una considerable integral del error. Al llegar a errores pequeños el mando no disminuye como cabría esperar, porque el regulador intenta compensar la integral del error, y esto produce unas oscilaciones alrededor de la referencia que hacen mucho más lenta la respuesta. Este fenómeno se denomina windup, Para evitar que esto suceda, el regulador lleva un anti-windup. Para eliminar la acción integral hay que hacer Ti=, pero si por confusión el operador introduce Ti=0, se elimina la acción integral también. Las ecuaciones del sistema son: e( k) = SP PV Siendo SP la consigna y PV el nivel de agua en la cuba. Ecuación 2. Error

39 2 Especificación del proyecto 23 u p ( k) = K e( k) c Ecuación 3. Acción proporcional k K c e( i) + e( i 1) u I ( k) = t T i=1 2 i Ecuación 4. Acción integral u d Td ( k) = K c k t [ PV ( k) PV ( 1) ] Ecuación 5. Acción derivativa 2.3 Especificación de la aplicación de Control Local El control local de las cubas tiene que responder a las siguientes especificaciones: - Poder cambiar los parámetros del regulador (Ti, Td y Kc). - Poder elegir el nivel de referencia que se desea (Setpoint). - Mostrar en una gráfica cómo varía en función del tiempo el mando (Control), referencia (Setpoint) y nivel de agua (PV), todo ello en %. - Permitir el paso de manual a automático. Todo ello debe ser posible mediante una interfaz intuitiva y fácil de manejar. 2.4 Especificación de la aplicación de Control Remoto La aplicación de control remoto tiene que responder a las mismas necesidades que el control local, es decir, tiene que ofrecer la posibilidad de cambiar las variables (Ti, Td, Kc, SP y poder pasar de manual a automático). Además de esto, tiene que responder a las siguientes especificaciones:

40 2 Especificación del proyecto 24 - Poseer un entorno visual que ofrezca al operador una recreación de lo que ocurre en la planta, y que permita la interacción del ser humano con los medios tecnológicos implementados. - Poder enviar órdenes a los controles locales, y poder ajustar parámetros. Ofrecer imágenes en movimiento que representen el comportamiento del proceso, dando al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Representar señales de alarma para lograr alertar al operador cuando tiene lugar una condición perjudicial o fuera de lo aceptable, así como la posibilidad de reconocerlas. Hay que contar con la opción de almacenar los datos adquiridos. Esta información puede analizarse posteriormente en una hoja de cálculo. 2.5 Especificación de las comunicaciones Las comunicaciones se tienen que realizar Universidad. a través de la red local de la 2.6 Privilegios de los distintos usuarios No todos los usuarios del sistema deben poder acceder a los mismos parámetros. De esta forma se distinguen 4 grupos de usuarios con las siguientes características: El grupo Operator, con un nivel 5 de seguridad, puede cambiar la consigna (Setpoint), puede reconocer alarmas y acceder a la lista de alarmas, así como exportar datos del histórico a una hoja de Excel. El grupo System Operator, con un nivel 7 de seguridad, tiene acceso a la consigna (Setpoint), también puede cambiar a modo manual y de esta forma variar el mando (control) de forma manual. Al igual que el grupo Operator, puede reconocer alarmas y acceder a la lista de las mismas, así como exportar datos del histórico a una hora de Excel.

41 2 Especificación del proyecto 25 El grupo Administrator posee los mismos privilegios que el grupo System Operator, y además, puede modificar los parámetros del PID (Ti, Td y Kc). El Administrador es el único que puede parar la aplicación para salir de ella. Los grupos Guest y Nobody sólo pueden visualizar el sistema.

42 3 Diseño del Control Local

43 3 Diseño del Control Local 27 3 Diseño del Control Local En este capítulo se van a explicar las medidas adoptadas para responder a las especificaciones del control local de la planta. 3.1 Interfaz gráfica La interfaz es muy simple, sólo se visualizan los controles básicos para el funcionamiento. Se ha escogido una frecuencia de muestreo de 1 muestra/s, y los canales de entrada y salida también se han considerado constantes. Figura 17. Interfaz control local A continuación se detallan los distintos elementos que aparecen en la interfaz del control local. 1. STOP.- Para el programa, sólo puede acceder a él el administrador 2. Login/Logout.- Para identificarse como usuario en el sistema. 3. Modo Manual o Automático.- Moviendo el slide a la derecha el sistema trabaja en automático y hacia la izquierda en manual.

44 3 Diseño del Control Local Setpoint(%).- Control para fijar el nivel de agua que se quiere alcanzar cuando está trabajando en automático 5. Parámetros del controlador.- Controles para modificar los parámetros del controlador que se ha comentado en la sección Manual Control (%).- Control, botón giratorio, para variar el valor del mando cuando se trabaja en modo manual. 7. PV(%).- Nivel de agua de la cuba, -100% vacío, 100% lleno. 8. Gráfica que muestra la referencia (Setpoint), el mando (Control) y el nivel de agua (PV) en función del tiempo. 9. User Group.- Indicador del grupo al que pertenece el usuario que se ha identificado en el sistema. Cuando el nivel de agua se encuentra por debajo del -70%, o por encima de 70%, aparecen unos indicadores para alertar del estado de la planta. Figura 18. Indicadores de alarma cuando el nivel de agua es -93,4% Dependiendo del nivel de agua, pueden aparecer los siguientes indicadores luminosos.

45 3 Diseño del Control Local 29 Nivel de agua por debajo del -70% y por encima del - 90% Nivel de agua por debajo del -90% Nivel de agua por encima del 70% y por debajo del 90% Nivel de agua por encima del 90% Tabla 2. Indicadores de alarma 3.2 Implementación del Control en LabVIEW Como ya se ha comentado, se adquiere la medida del nivel de agua de la tarjeta de adquisición de datos y se envía el voltaje a aplicar en la bomba. Si el control está en automático, el regulador envía el mando que hay que aplicar para llegar al nivel de agua necesario y si está en manual se selecciona el mando deseado con un botón giratorio. Para realizar el código se partió del siguiente ejemplo, obtenido de los ejemplos que proporciona LabVIEW:

46 3 Diseño del Control Local 30 Figura 19. DAQmx example En este ejemplo, el programa adquiere la medida de nivel de agua, y se la pasa al VI PID, cuyas entradas también son los parámetros del controlador. La salida del VI PID es el mando que hay que aplicar a la planta. Este ejemplo se modificó para que respondiese a las especificaciones del control local Tarjeta de adquisición de datos Hoy en día existe una gran variedad de tarjetas de adquisición de datos. En este proyecto se ha usado la tarjeta PCI 6014 de National Instruments, que tiene dos salidas analógicas, 8 líneas de E/S digitales y dos contadores de 24 bits. Tipo Canal Descripción Máximo Mínimo Output ao0 Bomba izquierda 10V 0V ao1 Bomba derecha 10V 0V Input ai0 Depósito izquierdo ai1 Depósito derecho Tabla 1. Canales de la tarjeta de adquisición de datos Para reducir el código, se creó un VI llamado Exp datos, cuyo código se muestra en la Figura 20, que se encarga de la lectura de la tarjeta de adquisición de datos.

47 3 Diseño del Control Local 31 Figura 20. Exp datos VI En este proyecto se está midiendo el nivel de agua de la cuba izquierda y suministrando agua a la cuba izquierda también. Si por cualquier motivo se quisiese modificar esto, habría que modificar las entradas Physical Channels del VI exp datos. Los valores que proporciona la tarjeta de adquisición de datos se dan en Voltios, es más significativo saber que se está aplicando el 50% del mando a decir que se están aplicando 5 Voltios. Por esta razón se transformaron los valores del nivel de agua y del mando a %. A la válvula se le puede aplicar un voltaje de 0 a 10V, para pasarlo a %, se pone el control de 0 a 100 y se divide entre 10 antes de enviarlo a la tarjeta de adquisición de datos. En el caso del nivel de agua se recibe un voltaje de -10V a 10V, por lo que bastaría con multiplicar por 10 la lectura de la tarjeta de adquisición de datos. Se ha determinado que el nivel de vacío (-100%) o lleno (100%) no correspondan con la cuba totalmente vacía o llena, debido al error de medida de los sensores que se produce por debajo de un cierto valor de agua y a que una protección salta antes de que la cuba rebose. Por esta razón se multiplica por 11,5 la lectura de la tarjeta adquisición de datos.

48 3 Diseño del Control Local 32 Para cambiar frecuencia de muestreo, habría que cambiar el valor de Rate en el VI Exp datos Implementación del Control en LabVIEW Inicialmente se realizó el control con el VI PID como venía en el ejemplo que se ha ilustrado en la Figura 19, que se encuentra en el PID toolkit. El problema es que este VI no contemplaba la posibilidad de pasar de manual a automático de modo suave (Bumpless transfer), por lo que se recurrió al PID Advanced, también en la paleta de PID. Figura 21. PID VIs El PID Advanced VI representa un PID en la forma paralelo, con ponderación de la referencia, paso suave de manual a automático, con anti-windup, con la opción de linealizar el error y sin filtrado para la parte derivativa. Debido a la simplicidad del proceso, se modificó el VI, eliminando la ponderación de la referencia y la opción de linealizar. El resultado se muestra en la Figura 20.

49 3 Diseño del Control Local 33 Figura 22. Diagrama de bloques del PID advanced modificado El mando es la misma variable, así cuando el sistema se encuentra en automático, el control que regula el mando en manual también se mueve. De esta forma cuando pasamos de automático a manual, el valor del mando no varía bruscamente y permanece en el último valor que proporcionó el mando automático. La transición también es suave cuando se pasa de modo manual a modo automático.

50 3 Diseño del Control Local 34 Figura 23. Código correspondiente a la adquisición de datos, control y monitorización del proceso Indicadores de alarma Para visualizar los indicadores luminosos de alarma cuando la planta se encuentra en alarma, y no hacerlo mientras el funcionamiento es normal, se ha creado una referencia para cada uno de los indicadores y se cambian las propiedades en función del estado del sistema. Figura 24. Crear una referencia a un control

51 3 Diseño del Control Local 35 Cuando se crea la referencia el control permanece, pero se pueden cambiar todas sus propiedades a través de su referencia. Para hacer esto, clic derecho sobre la referencia y create>>property, aparece un lista con todas las propiedades que se pueden modificar. Figura 25. Propiedades de un control booleano En el caso de las alarmas usamos visible (para visualizar el led) y value (para cambiar de verdadero a falso en función del estado de la planta). A continuación se muestra la estructura case con las distintas opciones en función del estado de la planta, y el caso de LO LO (nivel menor que -90%) y LO (nivel menor que - 70%).

52 3 Diseño del Control Local 36 Figura 26. Case estructure para las alarmas Cuando la planta está en estado normal (no hay alarmas) todos los indicadores se encuentran no visibles. Cuando el estado es LO LO, se fuerza a verdadero el valor del Led LO LO y LO, y se pone en verdadero la opción de visualizar el Led. 3.3 Herramientas de programación Todos los controles introducidos en el panel frontal que generan un Terminal en el diagrama de bloques van a ser variables, identificables por el nombre de la etiqueta. Para utilizar las variables en otros puntos del programa, sin llenarlo de cables, se pueden usar: variables locales, variables globales, Tags, crear una referencia o combinar algunas de las opciones anteriores. En las variables locales los datos se almacenan en algunos de los controles o indicadores existentes en el panel frontal de VI creado; es por eso que estas variables no sirven para intercambiar datos entre VIs. La principal utilidad de estas variables radica en el hecho de que una vez creada la variable local no importa que proceda de un indicador o de un control, ya que se podrá utilizar en

53 3 Diseño del Control Local 37 un mismo diagrama, tanto de entrada como de salida, es decir, se puede leer el valor de la variable o se puede modificar la variable. En este proyecto se han usado variables locales en la aplicación de control local. Las variables globales son un tipo especial de VI, que únicamente dispone de panel frontal, en el cual se define el tipo de dato de la variable y el nombre de identificación imprescindible para poder referirse a ella. Estas variables si sirven para intercambiar datos entre VIs. No se han creado variables globales para ninguna aplicación de este proyecto. Creando una referencia a un control o indicador, se puede acceder a las propiedades de dicho control o indicador, además de poder modificar o mostrar su valor. Se ha usado este método para cambiar o leer el valor de variables y para ocultar y mostrar controles. Una herramienta fundamental en este proyecto son las Tags. Las Tags son muy importantes en el DSC Module, representan la conexión entre cualquier punto real de entrada/salida o cualquier variable. Las Tags se pueden configurar para que se inicialicen en un valor, se muevan en un rango de valores, almacenen sus datos en un histórico o produzcan un mensaje de error si salen de un rango de datos definidos. El Tag Engine es el encargado de mantener todos los valores de las Tags y las alarmas, ejecutándose como un proceso diferente, independientemente de la aplicación de interfaz. Cuando el Tag Engine está funcionando aparece un indicador luminoso de color verde en los controles o indicadores que están asociados a una Tag, y aparece en la barra de tareas el siguiente icono El Tag Engine permite compartir Tags a través de la red. De esta forma el control remoto compartirá las Tags de los controles locales, como se detalla más adelante. Para que el Tag Engine arranque automáticamente cuando se arranca la aplicación con el archivo.scf deseado, se usa el VI Engine Launch.

54 3 Diseño del Control Local 38 Figura 27. Engine Launch VI Las Tags que se van a usar en un programa tienen que estar guardadas en un archivo.scf, estos archivos se gestionan desde Tag Configuration Editor. Figura 28. Tag Configuration Editor En la Figura 28 se muestran las Tags que hay en la aplicación de control local. Estas Tags coinciden con los variables que se van a enviar por la red. Todas son de tipo analógico, aunque el slide de paso de manual a automático debería haber sido de tipo discreto. Debido a que no funcionaba de forma correcta, se realizó con una Tag analógica; una vez adquirido el valor de la Tag se pasa a discreto para poder trabajar con el slide. La Tag del mando, llamada control, está asociada a todos los controles e indicadores asociados con el mando, independientemente de si funciona en manual o en automático. De esta forma el botón giratorio que regula el mando en manual sigue al mando automático cuando la aplicación se está ejecutando en modo automático. De la misma forma, cuando se pasa a manual, el mando

55 3 Diseño del Control Local 39 proporciona el último valor que proporcionó el mando automático, y los indicadores de nivel muestran siempre la misma Tag. Las Tags se pueden crear de diferentes formas: generándolas automáticamente en el Tag Configuration Wizard, creándolas manualmente en el Tag Configuration Editor, o haciendo clic con el botón derecho del ratón sobre el control o indicador al que se quiere asociar la Tag, seleccionar HMI Wizard y crear desde ahí la nueva Tag. En este proyecto se ha optado por la última opción. Figura 29. Crear una nueva Tag desde HMI Wizard Sobre cada uno de los botones o indicadores situados en el panel frontal, se hizo clic derecho sobre ellos y HMI Wizard, se crea la Tag y automáticamente se genera el código necesario para conectar el botón al punto de entrada o salida.

56 3 Diseño del Control Local 40 Figura 30. Código generado con HMI Wizard Para usar posteriormente los las Tags en otros puntos del programa se recurre a la paleta de Tags. Figura 31. Subpaleta Tags Con el VI Read, se lee el valor de la Tag deseada y se muestra el valor en el panel frontal a través de un indicador, o se realizan las operaciones necesarias con él. Para cambiar el valor de una Tag se usa Write.

57 3 Diseño del Control Local Configuración de los Usuarios Para poder hacer uso de la aplicación es necesario identificarse como usuario. Dependiendo del nivel, el usuario podrá tener acceso a los distintos controles del sistema. Hay 4 grupos de usuarios con distintos privilegios. Se ha creado un usuario para cada 3 de ellos a modo de ejemplo. Para añadir más usuarios o grupos de usuarios, cambiar las contraseñas, asignar un nivel a los usuarios y borrar cuentas de usuario o grupos: Tools>> DSC Module>>Security>>Edit User Accounts. Hay que identificarse como administrador para realizar estos cambios. Figura 32. User Account Manager User Group User Name Password Security Level Group Guest - - Operador Operador Ope 5 Non Administrador System operator Engineer Eng 7 Administrator Administrator 9 Administrador Tabla 2. Usuarios del sistema Antes de realizar el Loggin o después de hacer Loggout el usuario es Nobody. El grupo Nobody sólo puede visualizar la los controles, pero no cambiarlos.

58 3 Diseño del Control Local 42 Figura 33. Ventana para autentificarse como usuario El grupo Operator, con un nivel 5 de seguridad puede cambiar la consigna (Setpoint). El grupo System Operator tiene acceso a la consigna (Setpoint), puede cambiar a modo manual y variar el mando (Control). El grupo Administrator tiene acceso a todos los controles: los citados anteriormente más los parámetros del PID (Ti, Td y Kc) y el botón de STOP, que es el que para la aplicación. Para que los controles se puedan manipular o no en función de grupo de usuario, clic derecho del ratón sobre el control en cuestión y elegir Security. Por defecto pone Everybody- Full access, para cambiarlo poner Everybody- Disabled & Grayed Out. Para permitir a algún grupo acceder al control, Add>>grupo de usuarios>> full access.

59 3 Diseño del Control Local 43 Para que aparezca el panel para identificarse como usuario cuando se hace clic en Login/Logout hay que crear un botón, llamarlo Login/Logout, hacer clic derecho sobre él y elegir Panel Wizard. Figura 34. Panel Wizard En Panel Wizard hacer clic en la opción Login prompt y OK.

60 4 Comunicaciones

61 4 Comunicaciones 45 4 Comunicaciones En el proyecto, las comunicaciones son un punto clave ya que el SCADA debe tener acceso al estado de las variables del proceso. En Internet encontramos un estándar a nivel mundial de muy bajo coste por el cual podemos distribuir todo tipo de información. Con LabVIEW, la publicación y distribución de datos que genera nuestra aplicación, se puede llevar a cabo a través de Internet sencilla. forma relativamente 4.1 Herramientas A continuación se presentan algunas de las herramientas que se pueden usar para intercambiar datos a través de la red de área local o a través de Internet TCP-IP Con el protocolo TCP-IP (Transmisión Control Protocol), podemos interconectarnos con equipos que se encuentren fuera de nuestra red local. Es decir, podemos conectarnos con cualquier equipo que también está conectado a Internet y que tenga una dirección IP. Una vez conectado con dicho equipo, se puede transmitir todo tipo de información. TCP-IP es un protocolo de comunicaciones que permite comunicar cualquier sistema que tenga una interfaz TCP-IP, no sólo PCs. De esta forma se puede conectar cualquier instrumento a través de una interfaz TCP-IP a Internet y así poder manipular estos instrumentos desde cualquier parte del planeta sin tener que crear una infraestructura adicional. Como primera solución se optó por usar los VI de TCP que proporciona LabVIEW para realizar las comunicaciones. De esta forma se realizaron 2 estructuras, una para leer datos y otra para escribirlos.

62 4 Comunicaciones 46 Figura 35. Diagrama de bloques de la estructura para leer datos Figura 36.Diagrama de bloques del VI leer TCP La estructura para escribir datos y el VI escribir datos son muy similares a la Figura 35, y a la Figura 36, por lo que no tiene interés representarlos también. Se consiguió desarrollar un programa que mostraba de forma remota un gráfico con las variables PV, Setpoint y Control. El ordenador de control local actuaba de servidor y enviaba los datos, mientras que el ordenador central actuaba de cliente recibiendo los datos. El siguiente paso era que todos los ordenadores trabajasen como cliente y servidor al mismo tiempo, de forma que pudiesen tanto enviar datos como recibirlos. Este método se desestimó porque era poco flexible, y si se paraba el programa u ocurría algún problema en alguno de los 2 ordenadores, el otro paraba también.

63 4 Comunicaciones UDP El protocolo UDP (User Datagram Protocol), al contrario que el TCP-IP, está más enfocado a trabajar con redes de ámbito local. Su filosofía de trabajo es similar a la de TCP_IP, por lo que se desestimó también. La diferencia entre ellos es que UDP no está orientado a conexión, la información se envía a la red y los ordenadores destino se encargan de recogerla DataSocket (Marca registrada de Nacional Instruments) DataSocket, es una nueva tecnología de programación basada en el estándar TCP/IP, simplificando el intercambio de datos entre distintas aplicaciones entre un mismo ordenador o entre ordenadores conectados a la red. Las librerías de DataSocket ahorran programación a la hora de publicar y compartir los datos que genera una aplicación en LabVIEW a través de la red. DataSocket se divide en dos aplicaciones: DataSocket API y DataSocket Server. DataSocket API presenta una interfaz simple para comunicarse con varios tipos de datos de varios lenguajes. DataSocket Server resuelve la programación a bajo nivel sobre TCP/I P y se encarga de servir los datos que se quieren publicar.

64 4 Comunicaciones 48 Figura 37.Esquema de una comunicación por DataSocket En la comunicación mediante DataSocket intervienen tres actores: - El que publica: aplicación donde se generan los datos a compartir. - El que suscribe: aplicación que importa los datos desde otra aplicación. - DataSocket SERVER: aplicación que sirve los datos que son publicados para las aplicaciones que quieren acceder a ellos. Cuando usamos HMI Wizard para generar el código, se genera una URL DataSocket para la Tag asociada con el control del panel frontal.

65 4 Comunicaciones La tecnología OPC El bus OPC (OLE 1 for Process Control) es un estándar de comunicación en el campo del control y supervisión de procesos. Este estándar permite que diferentes fuentes de datos envíen datos a un mismo servidor OPC, al que a su vez podrán conectarse diferentes programas compatibles con dicho estándar. De este modo se elimina la necesidad de que todos los programas cuenten con drivers para dialogar con múltiples fuentes de datos, basta que tengan un driver OPC. Se puede leer y escribir en un servidor de OPC usando DataSocket. El Tag Engine se encarga del OPC, siendo un cliente y un servidor de OPC. Cuando se arranca el Tag Engine, se carga un archivo.scf, donde se puede cargar cualquier servidor que requieran las Tags cargadas en ese archivo. Cuando el Tag Engine actúa como servidor, el software que actúa como cliente ve al Tag Engine como un servidor llamado National Instruments.OPCLabVIEW. 4.3 Diseño de las comunicaciones Cuando se genera un código con el HMI Wizard, éste hace una conexión DataSocket entre el elemento del panel frontal y la Tag. Una aplicación con el DSC Module contiene 3 elementos que trabajan juntos: la interfaz gráfica, el Tag Engine y varios servidores. 1 Tecnología de transferencia y compartición de información entre aplicaciones. Permite insertar un fichero o un programa como un objeto en otro fichero. Los objetos insertados retienen su formato original y se enlazan a la aplicación que los creó. Es una especificación diseñada por Microsoft que funciona en Windows y Macintosh.

66 4 Comunicaciones 50 Figura 38. Partes de una aplicación con DSC Module En el módulo DSC, device servers es una aplicación que se comunica con dispositivos de entrada/salida como PLCs, dispositivos de entrada/salida remotos, Tag Engines remotos y dispositivos de adquisición de datos (DAQ). Estos servidores leen la entrada seleccionada y escriben cuando se requiere. Al ser OPC-compliant, el DSC Module puede aplicarse tanto como cliente como servidor OPC. Cuando una aplicación del DSC Module se está ejecutando, se determina desde el archivo de configuración (.scf) cada servidor que se necesita. 4.4 Ethernet La industria del PC ha estandarizado los buses de comunicación, haciendo fácil diseñar un sistema de medición y control distribuido. En cada ocasión hay que elegir el bus de datos que más se ajuste a las necesidades, ya sea el PCI, PXI, GPIB, USB, FireWire, Ethernet, u otros buses de comunicación futuros. Ethernet se ha convertido en el estándar para sistemas altamente distribuidos. Existen cuatro beneficios básicos al usar Ethernet, lo que ha permitido su adopción en automatización y medición distribuida:

67 4 Comunicaciones 51 - Tecnología presente en todas partes. - Comunicación simplificada entre máquinas. Las compañías se están estandarizando con Ethernet, es posible conectar múltiples dispositivos en un bus físico. Las siete capas de la arquitectura OSI permiten a Ethernet soportar diferentes protocolos simultáneamente en una conexión física común. En un sólo bus Ethernet, puede tener comunicaciones TCP, FTP, HTTP, y Modbus ocurriendo simultáneamente. - Comunicaciones a la empresa. Uno de los principales beneficios del Ethernet es la habilidad para comunicarse fácilmente entre máquinas y sistemas corporativos. La mayor parte de las empresas tienen una red Ethernet existente, típicamente en forma de red de área local. - El ancho de banda Ethernet lo hace adecuado para aplicaciones de medición y control. 4.5 Diseño de las comunicaciones En la aplicación remota no se quieren crear Tags, sino usar las existentes en los controles locales para poder enviar órdenes a través de ellos a las cubas y recibir el nivel de agua. De esta forma, si por ejemplo el valor del mando se modifica en el sistema central, se modificará también en el control local de la cuba en cuestión y se modificarán todos los indicadores que muestren el valor de ese mando. En el panel frontal, sobre los botones de las variables de interés (Kc, Ti, Td, Setpoint, control, PV y automático) se hace clic derecho y se elige HMI Wizard, se elige crear new tag(ver Figura 29) y se selecciona Registered Computers.

68 4 Comunicaciones 52 Figura 39. Generación de Tags automáticamente Aparece una lista con todos los ordenadores que se pueden comunicar con él y las Tags que hay. En este proyecto se usan los ordenadores AILECPC010 para el Tank 1 y el AILECPC005 para el Tank 2. El ordenador donde se ejecuta la aplicación de supervisión remota es el AILECPC007. Las Tags del ordenador de supervisión se archivan en el archivo scada1.scf con el nombre del ordenador donde se encuentran, seguido del nombre del programa y finalmente el nombre de la Tag del lugar de origen. Si en el control local del Tank 1 la Tag del nivel de agua se llamaba PV, en el ordenador central se va a llamar _AILECPC010_LabVIEW_PV. Si se cambiase el o los ordenadores del control local, habría que cambiar el archivo scada1.scf, buscando el nuevo ordenador y sus Tags en Registered Computers.

69 5 Supervisión Remota

70 5 Supervisión Remota 54 5 Supervisión Remota En este apartado se va a explicar la aplicación de Supervisión Remota. Desde ella se podrán variar los parámetros de las 2 cubas que constituyen el sistema y obtener datos relevantes, como la existencia de alarmas o poder exportar los datos del histórico a una hoja de Excel. 5.1 Interfaz gráfica La pantalla principal de la aplicación muestra una representación gráfica de la planta. A medida que el nivel de agua sube o baja en las cubas, también lo hace su representación en al pantalla del ordenador. Figura 40. Interfaz principal de la aplicación de supervisión remota. 1.- STOP.- Para el programa; sólo puede acceder a él el administrador 2.- Login/Logout.- Para identificarse como usuario en el sistema.

71 5 Supervisión Remota Tank x.- Con un clic del ratón sobre este botón se accede a los parámetros de control de la cuba x y a la visualización de las medidas de la misma. 4.- Save Data.- Permite pasar a un Excel los valores de las Tags que se quiera, de cualquiera de las 2 cubas, en un periodo de tiempo determinado por el usuario y con periodo de muestreo estipulado también por el usuario. Por defecto se ha puesto un minuto entre muestra y muestra. 5.- User Group.- Indicador del grupo al que pertenece el usuario que se ha identificado en el sistema. 6.- Representación de la planta. 7.- Level.- PV (%).- Nivel de agua de la cuba, -100% vacío, 100% lleno. 8.- Estado del control.- Si el sistema se encuentra en modo automático, se visualiza Automatic Mode, si por el contrario está en manual aparece Manual Mode. Si está en modo manual se visualiza el mando que se está aplicando, si por el contrario está en automático se visualiza el Setpoint. 9.- Alarm List.- Muestra las alarmas que se han producido en el sistema, las que han sido reconocidas (ack), las que no han sido reconocidas (unack), las que están activas y las que no lo están ACK.- Se usa para reconocer la alarma Alarmas.- En el caso de haber alguna alarma aparece el código de la misma Setpoint.- Aparece sólo cuando el sistema se encuentra en modo automático, permitiendo seleccionar el nivel de agua deseado. Para hacer que el slide que permite cambiar el Setpoint sea visible o no, en función de si el control se encuentra en modo manual o automático, se recurre a crear una referencia para el slide y variar su propiedad visible en función del

72 5 Supervisión Remota 56 estado. Para el texto se ha creado una variable tipo indicador y se pasa una constante en función del estado de la planta. Figura 41. Código para mostrar si el sistema está en manual o automático Como ya se ha comentado antes, para acceder a los distintos paneles desde el panel principal, sólo hay que hace clic con el ratón sobre los botones. La programación se ha realizado de forma simple con el DSC Module. Una vez colocado el botón correspondiente en el panel frontal se hace clic derecho sobre él, y se selecciona Panel Wizard. En el cuadro de diálogo, se selecciona Browse, y se busca la ruta donde se encuentra el VI que se quiere ejecutar al hacer clic sobre el botón. Figura 42. Abrir un panel con HMI Wizard

73 5 Supervisión Remota 57 En cada uno de los subpaneles que se abre hay un botón para cerrarlo llamado CLOSE. Esto también se realiza con el DSC Module, se pone un botón en el panel frontal, clic derecho con el ratón y se selecciona Panel Wizard, ahora se selecciona en With this control Close this panel. Figura 43. Cerrar un panel con HMI Wizard De esta forma se ha dividido la aplicación en distintas ventanas que permiten funciones concretas, de forma que en la ventana principal se recoge el funcionamiento normal de la planta y se accede a las funciones específicas a través del menú superior.

74 5 Supervisión Remota 58 Figura 44. Acceder a la supervisión de la cuba 1 Figura 45. Lista alarmas

75 5 Supervisión Remota 59 Figura 46. Exportar los datos del histórico a una hoja Excel 5.2 Supervisión de las cubas Cuando se hace clic con el ratón sobre Tank 1 o Tank 2 aparece una pantalla muy parecida a la del control local, donde se pueden realizar las mismas acciones sobre el sistema que las que se hacían en el control local.

76 5 Supervisión Remota 60 Figura 47. Interfaz para controlar el sistema x de forma remota En primer lugar se realiza la interfaz y después, en cada uno de los controles, con HMI Wizard, se les asigna la Tag correspondiente. El gráfico se hace con el VI del DSC Module (real-time trend) que se encuentra en la paleta Trends. Figura 48. Trenes

77 5 Supervisión Remota 61 Para elegir las variables que se quieren mostrar en el gráfico, se hace clic derecho sobre él, y se elige HMI Wizard, se escogen las Tags: PV, Setpoint y Control; de una lista desplegable. Figura 49. HMI Wizard para Real - Time Trend 5.3 Base de datos Citadel historical database es una base de datos de National Instruments, que el DSC Module y otros productos de NI usan para almacenar los datos, eventos y alarmas que se deseen. Para crear una base de datos hay que usar el programa Measurement And Automation Explorer, cuyo icono se encuentra en el escritorio, y seguir los siguientes pasos: Configuration>> Historical Data>> Clic derecho Create New>> Historical Data>>Citadel 5 Database.

78 5 Supervisión Remota 62 Figura 50. Pasos para crear una base de datos Los datos procesados por el Tag Engine se encuentran en la memoria y no hay ningún archivo para guardarlos. Cuando el Tag Engine para, retiene el último valor recibido, y no se actualiza hasta que no vuelve a ejecutarse. Citadel toma los valores del Tag Engine, por lo que ningún valor puede almacenarse mientras este último no se está ejecutando. El máximo tamaño de una base de datos de Citadel es de 2GB. Para aprovechar el espacio, por defecto viene configurado para que sólo se guarden datos cuando las Tags cambien de valor, y si en una hora no ha habido ningún cambio se guarda una muestra. El problema es que, con este método, al exportar los datos a Excel, éste interpola entre los valores que toma, por lo que no guarda las situaciones en las que una Tag es constante. Por este motivo se ha cambiado el tiempo máximo entre datos, de 1 hora que venía por defecto a 1 segundo (que corresponde con el ratio para la adquisición de datos, 1 muestra por segundo). Para cambiarlo Tag configuration editor>>configure>historical y cambiar el Maxium time between logs.

79 5 Supervisión Remota 63 Figura 51. Historical Logging Configuration En el Historical Logging Configuration se elige también la ruta de la base de datos donde se quiere guardar el histórico. Las bases de datos de crean en el Measurement & Automation Explorer (MAX). Se ha estimado que en funcionamiento normal de la planta, y a razón de una muestra por segundo, se archivan Bytes/hora. Si el sistema estuviese funcionando durante todo el día, la base de datos alcanzaría su capacidad máxima en 23 años aproximadamente. No es intuitivo cómo acceder a la base de datos, por lo que se ha realizado una aplicación para poder acceder a un periodo de tiempo concreto, y guardar las variables que interesen en una hoja de cálculo. Por defecto el archivo que se guarda lleva como nombre la fecha del día en que se realiza la consulta, pero se puede cambiar.

80 5 Supervisión Remota 64 Para realizar el código, en la paleta del DSC Module>>Historical Data>> Write Traces to Spreadsheet File. Figura 52. VI para exportar los datos del histórico a Excel Figura 53. Interfaz para exportar los datos a Excel Para poder acceder a dicha aplicación, clic en el botón Save to Excel, se eligen las Tags que se quieren guardar, el periodo de tiempo, y el intervalo de tiempo

81 5 Supervisión Remota 65 entre muestra y muestra (por defecto se ha puesto 1 minuto). Después se hace clic en Save to file. Para elegir la Tag que se quiere exportar al Excel, es necesario recordar que las Tags vienen definidas primero por el nombre del sistema donde se encuentran, luego LabVIEW y después el nombre de la Tag en cuestión. Ejemplo: AILECPC005_LabVIEW_control (sería el control de la cuba 2) 5.4 Alarmas y eventos Un evento es algo que pasa dentro del DSC Module. Los eventos se pueden dividir en dos grupos: Tag events que pertenecen a una Tag individual, y system events que pertenecen a todo el sistema del DSC Module. Un ejemplo de un Tag event es un cambio en el estado de una alarma para una Tag. Los system events incluyen el cambio de usuario del sistema, cuando arranca el Tag Engine o cuando comienza el sistema a almacenar datos en la base de datos. En DSC Module, una alarma es un tipo de evento relacionado con el valor de una Tag. Un evento puede ser una actividad instantánea como un clic del ratón, pero una alarma suele tener las siguientes características: -Denota una situación anormal. -Ocurre bajo unas condiciones específicas. -Debe ser reconocida por el usuario (acknowledge) o reconocida automáticamente. Para configurar el valor para el que una Tag se encuentra en alarma, hay que ir a Configure Tags, seleccionar la Tag que se desee, doble clic sobre ella y Alarms.

82 5 Supervisión Remota 66 Figura 54. Configurar alarmas El sistema debería haber incluido un registro de eventos, pero un error en el programa DSC Module no lo ha permitido, por lo que queda pendiente para futuras mejoras del sistema. Para mostrar las alarmas en principio se usó el VI Alarm summary, que muestra todas las alarmas que existen en ese momento en el sistema, además de aquellas que ya no se encuentran en estado de alarma pero no han sido reconocidas. El código se ha creado también con HMI Wizard, eligiendo las Tags que estaban configuradas para dar alarmas: el nivel de agua de las 2 cubas (PV de los ordenadores AILECP005 y AILECP010). Se especificó que debería mostrarse una única línea con la última alarma que hubiese tenido lugar y la posibilidad de reconocer dicha alarma. Para hacer esto se creo un VI, alarm, que trabaja con las referencias al Alarm sumary y ACK,

83 5 Supervisión Remota 67 seleccionando sólo la primera alarma de la lista y mostrándola en pantalla por un string y permitiendo sólo el reconocimiento de la alarma que se muestra. Esto sería el equivalente a trabajar con punteros en C. Figura 55. Alarm VI Para reconocer las alarmas, una vez más se pone un botón en el panel frontal, clic derecho sobre el y HMI Wizard, poner Alarm Acknowledgement en Atach Control to y elegir las Tags cuyas alarmas se quieren reconocer (en este caso AILECPC005_LabVIEW_PV y AILECPC010_LabVIEW_PV).

84 5 Supervisión Remota 68 Figura 56. HMI Wizard para reconocer alarmas El código generado es el siguiente: Figura 57. Código para reconocer alarmas Para poder visualizar todas las alarmas que tienen lugar en el sistema se ha incluido el VI Alarm Summary en un VI nuevo con el botón Close. Haciendo clic sobre List se accede a la lista de las alarmas. En esta lista se pueden reconocer las alarmas una a una haciendo clic derecho con el ratón sobre ellas, y eligiendo la

85 5 Supervisión Remota 69 opción acknowledge. Si se desea, se pueden reconocer todas haciendo acknowledge all. Figura 58. Lista de alarmas.

86 6 Resultados

87 6 Resultados 71 6 Resultados Se ha desarrollado una aplicación para controlar localmente cada una de las cubas, y una aplicación de supervisión remota que ofrece la posibilidad de exportar datos históricos y modificar los parámetros de la planta, así como la visualización de alarmas. Debido a que los valores de las Tags se actualizan cuando pasan del 1% del rango de valores que alcanzan, puede haber un error de un 2% entre el valor medido y el visualizado en la aplicación de supervisión remota. Se podría eliminar el error, pero consumiría mucho tiempo de la CPU. 6.1 Presentación de los resultados A continuación se presenta la pantalla de supervisión remota en un instante y el estado del control local de la cuba 1 en ese mismo instante. Figura 59. Captura de la pantalla de supervisión remota

88 6 Resultados 72 El control de la planta se encuentra en modo automático, con un Setpoint igual a 0 y un nivel de agua igual al 0,2%. Figura 60. Captura de la pantalla de control local de la cuba 1 Se puede comprobar que efectivamente el sistema se encuentra en modo automático, el Setpoint es cero y el nivel de agua es del 0,3%, como ya se ha dicho antes, hay un pequeño error en las medidas. A continuación se muestra como la aplicación de control remoto de la planta responde al control remoto de la cuba 1.

89 6 Resultados 73 Figura 61. Prueba 1 pantalla del sistema de supervisión remota La cuba 1 se encuentra en modo automático, con una referencia de -70% y un nivel de -70,2% de agua. Si hiciésemos clic sobre Tank 1, accederíamos a la siguiente pantalla, donde se puede ver que el nivel de agua es -70,2%, el sistema se encuentra en automático y la referencia es -70%.

90 6 Resultados 74 Figura 62. Prueba 1 Remoto tank 1 A continuación se muestra un proceso de exportación de datos a una hoja de Excel. En primer lugar se establecen las Tags a guardar, el tiempo de comienzo y fin y el periodo entre muestras.

91 6 Resultados 75 Figura 63. Prueba Excel El proceso que tuvo lugar en el periodo escogido se muestra a continuación. Figura 64. Estado de la planta durante la prueba Excel

92 6 Resultados 76 Figura 65. Resultado de la prueba Excel Las variables se guardan en columnas en el mismo orden en el que se han solicitado con el nombre de la ruta de la Tag. De esta forma la primera columna corresponde al modo del control (1=automático). La gráfica muestra unas variaciones de la referencia, comienza en -100%, y luego pasa a -50%, -40% y así sucesivamente hasta -20%, lo que se ve registrado en la hoja de Excel. 6.2 Limitaciones del producto final A medida que se ha añadido código a la aplicación de supervisión remota, ésta ha ido respondiendo de forma más lenta, de forma que la respuesta de la aplicación no es instantánea. Los valores de las Tags, sólo se actualizan en la aplicación remota cuando cambian en un 1% del rango de valores que alcanzan. El error por este motivo, es del 1% en el mando y del 2% en el nivel de agua. El código de colores de las alarmas no se ha podido modificar, porque no se ha conseguido cambiar de la lista de alarmas. Se puede acceder a las propiedades de la tabla y cambiar los colores, pero luego no quedan registrados

93 6 Resultados 77 los cambios. Por esta razón se ha dejado el código de colores que viene por defecto. El problema que no se ha conseguido solventar ha sido poder almacenar los eventos que tienen lugar en el sistema. Se configuró el DSC Module para archivar automáticamente estos eventos, pero el programa no los guarda. Se recurrió a los ejemplos que proporciona National Instruments, pero estos ejemplos tampoco funcionaban. El soporte técnico no ha solventado el problema.

94 7 Conclusiones

95 7 Conclusiones 79 7 Conclusiones El objetivo principal de este proyecto se ha conseguido, es decir, se ha desarrollado un sistema SCADA para el Laboratorio de Control de ICAI. En el apartado 1.3, se dividía la aplicación en tres objetivos parciales: Primer nivel: Control local de la planta. La aplicación se ha realizado y funciona correctamente. Segundo nivel: Supervisión remota. Se ha creado dicha aplicación, se pueden enviar órdenes a la planta y recibir medidas de la misma. También se almacenan las medidas y las órdenes enviadas, en una base de datos. Además, se muestra al operador mediante señales luminosas si hay alguna situación anómala en la planta, pudiendo el operador gestionar las alarmas generadas. Tercer nivel: Exportación de datos relevantes. No se ha realizado una aplicación independiente, aunque si se pueden exportar los datos almacenados en la base de datos a una hoja de Excel. Esto se debe a los problemas que surgieron con el acceso a la base de datos, con la administración de eventos y con el sistema de alarmas. Con respecto al software, DSC Module facilita la programación en muchos aspectos, como a la hora de resolver las comunicaciones y generar código de forma automática. También ha permitido realizar una interfaz intuitiva que ofrece imágenes en movimiento. Sólo tiene un gran inconveniente, y es que es poco flexible a la hora de realizar acciones que no tiene especificadas por defecto. Las Tags discretas presentan problemas: una vez realizado el código no responden a las especificaciones, sin ninguna explicación lógica. Por esa razón se determinó generar una Tag analógica para transformarla después a una variable booleana y así poder usarla para el paso de manual a automático. Citadel, la aplicación donde se almacenan los históricos, permitirá almacenar los datos de la planta durante unos 23 años, a razón de una muestra por segundo y estando en funcionamiento las 24 horas del día. El inconveniente que tiene es

96 7 Conclusiones 80 que no permite acceder directamente a los datos, por lo que es necesario realizar una consulta desde otro programa (por ejemplo Excel) para poder trabajar con ellos. Realizar una consulta externa desde Excel no es intuitivo, por lo que se realizó una aplicación para exportar los datos desde el interior del programa. En general, LabVIEW es una herramienta óptima para desarrollar aplicaciones de supervisión y control. La programación es muy fácil e intuitiva cuando se realizan las operaciones básicas para las que está configurado, los ejemplos son una gran ayuda a la hora de programar y hay muchas funciones (VI) que permiten resolver rápidamente las especificaciones planteadas. Los problemas aparecen cuando no se quiere (o no se puede) recurrir a las funciones predefinidas y el código se complica. Este tipo de programación presenta algunos problemas a la hora de depurar errores.

97 8 Futuros Desarrollos

98 8 Futuros Desarrollos 82 8 Futuros Desarrollos Sería interesante realizar las mejoras que se detallan a continuación: Realizar una aplicación de supervisión para puestos de gestión, que permitiese acceder a los históricos para realizar informes y estadísticas del estado de la planta. Se podría usar como base el sistema de supervisión remoto para realizarlo, y las comunicaciones se realizarían sólo con él, no con los controles locales, ya que no interesa modificar los parámetros de la planta. sistema puramente de supervisón para actividades de gestión. Sería un Se podría ampliar el proyecto a un ámbito geográfico más amplio, es decir, poder realizar el proceso de supervisión fuera de la red local de la universidad. Ahora, cualquier ordenador conectado a la red local, y con el módulo DSC instalado, podría modificar las Tags y así modificar el estado de la planta de forma no deseada. Como mejora se podría buscar un método para proteger las Tags a través de la red. Modificar el regulador para que la parte diferencial tenga filtrado. Cuando la bomba que regula el caudal se calienta, salta una protección y disminuye el caudal. Se podrían modificar las aplicaciones para que registren este suceso. Cuando el nivel de agua llega al máximo, salta una protección, y la bomba está un tiempo sin echar agua; se podría registrar este evento también. Sería muy interesante encontrar una forma de apagar la bomba si la aplicación se para (tanto de forma accidental como deliberada), ya que actualmente se sigue proporcionando el mismo mando que antes de parar el sistema. También habría que limitar el periodo de tiempo que puede escogerse para archivar los datos en el Excel, que el programa calculase en función de las variables seleccionadas y del periodo de tiempo elegido si se pueden archivar, ya que cuando el volumen de datos es muy grande aparece un error de archivo.

99 8 Futuros Desarrollos 83 Crear una plantilla en Excel que gestione los datos almacenados, y permita hacer reportes y gráficas de forma simple, así como mostrar la evolución de los procesos. Hay que resolver el problema del archivo de eventos, se comentó el error al soporte técnico de National Instruments, Error occurred at HIST_RunAlarmQueryCORE.vi, Citadel: (Hex 0x8ABC100D) The given Citadel database is not currently configured to log alarms to a relational database la repuesta fue: mira, te comento las 2 cosas que puedes chequear en tu PC: 1) Entra en el Administrador de tareas (Ctrl+Alt+Supr) en la pestaña de Procesos y mira a ver si esta ejecutándose el sqlservr.exe 2) En Panel de Control>Agregar o Quitar Programas mira a ver si esta el Microsoft SQL Server Desktop Engine instalado. A ver si desinstalando DSC se arregla el problema. Para hacerlo, vete a Panel de Control> agregar o quitar programas>nacional Instruments Software>Cambiar o Quitar>LabVIEW DSC Module 7.1>Quitar Después, vuelve a instalarlo a ver si la instalación se produce sin errores. Después de reiniciar chequea si están los 2 puntos anteriores (sqlservr.exe,..) y ejecuta los ejemplos a ver si vuelve a salir el error. Se realizaron todos los pasos pero el error persiste.

100 9 Agradecimientos

101 9 Agradecimientos 85 9 Agradecimientos Para finalizar quiero agradecer a todos los que han colaborado al buen desarrollo de este proyecto. A José Antonio Rodríguez Mondéjar y a Ramón Rodríguez Pecharromán, directores del proyecto, por su gran ayuda desde el principio, sus consejos y orientaciones que me han dado durante el proyecto. El trabajo realizado ha resultado una experiencia muy positiva para mí y querría darles las gracias por su atención y motivación.

102 Bibliografía

103 Bibliografía 87 Bibliografía [1] MÁNUEL LÁZARO, A., RÍO FERNÁDEZ, J., Programación Gráfica para el Control e Instrumentación, Madrid, España. [2] Dattalogging and Supervisory Control Module Developer Manual 7.1. [3] Getting Started with LabVIEW, April 2003 Edition. [4] Getting Started with the LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module 7.1. [5] [6] https://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/2767 [7] [8] [9] [10]

104 PARTE II - ESTUDIO ECONÓMICO

105 Estudio Económico 89 Estudio Económico Se ha realizado un sistema SCADA didáctico, que puede usarse como herramienta de apoyo en las asignaturas del Área de Control en varias titulaciones para complementar los conceptos teóricos. Este proyecto presenta interesantes perspectivas de futuro, ya no sólo por sus bajos costos, sino también por las amplias posibilidades que ofrece. Por ejemplo, se podría realizar una ampliación del sistema que permitiese controlar todas las cubas del laboratorio, la aplicación de supervisión remota se instalaría en el ordenador del profesor, pudiendo éste ver el desarrollo conjunto de todos los grupos, o pudiendo preparar los dispositivos para los ensayos desde un único ordenador. El único coste que conlleva es el de dejar los ordenadores permanentemente encendidos. Incluso puede usarse para otros fines mientras tanto, puesto que apenas se nota la bajada de rendimiento en los ordenadores.

106 PARTE III - MANUAL DE USUARIO

107 Manual de Usuario 91 Manual de Usuario Este manual rige para la versión 7.1 de LabVIEW, así como para la versión 7.1 de DSC Module, PID Control Toolkit y Citadel 5.0. Para evitar repeticiones, el presente manual describe cómo debe leerse o introducirse la información relativa a una cuba (Tank 1). Para la segunda cuba que se incluye en la instalación (Tank 2), hay que repetir los pasos correspondientes. El manual se refiere con control local, a la aplicación que controla las cubas a través de la tarjeta de adquisición de datos, y con aplicación de supervisión remota, a aquella que envía órdenes a los controles locales y gestiona las alarmas y el histórico de datos. 1 Usuarios Hay 4 grupos de usuarios con distintos privilegios: a. Administrator.- Puede acceder a todos los controles, modificar parámetros y administrar cuentas de usuario. Es el único que puede parar el sistema. b. System Operators.- Pueden operar con la planta en modo automático o manual. En modo automático pueden variar el Setpoint (referencia del nivel de agua que se quiere alcanzar) y en modo manual pueden variar el mando (regular el caudal a suministrar a la cuba) c. Operators.- Pueden variar el Setpoint cuando están trabajando en modo automático. d. Guest.- Sólo pueden visualizar el proceso, tiene los mismos privilegios que cuando no hay ningún usuario identificado (Nobody).

108 Manual de Usuario 92 Para administrar las cuentas de usuario, con el programa parado, el administrador tiene que realizar las siguientes acciones: Tools>> DSC Module>>Security>>Edit User Accounts, así se abre el User Account Manager. Figura 66. User Account Manager Por defecto se han creado los siguientes usuarios: User Group User Name Password Security Level Guest - - Operator Operador Ope 5 System operator Engineer Eng 7 Group Non Administrator Administrator Administrador 9 Administrator Tabla 3. Usuarios del sistema Para añadir o eliminar usuarios, en User Account Manager, user>> new user account.

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