ASISTENCIA REMOTA AL MANTENIMIENTO DE BUQUES MEDIANTE WEB

Transcripción

1 ASISTENCIA REMOTA AL MANTENIMIENTO DE BUQUES MEDIANTE WEB R. Ferreiro García, R. Andrade Sanchez Dept. Ingeniería Industrial, Universidade da Coruña Resumen El artículo describe el sistema de asistencia remota ante emergencias en buques para sustituir al operador humano ante fallos de éste o ausencia del mismo, operando sobre plantas, procesos industriales y sistemas domóticos de modo remoto, con eficiencia y a bajo coste. Consiste en una aplicación de tele-control utilizando como medio de gestión de información en la transmisión bidireccional de datos, un dispositivo denominado IPC@CHIP SC12. Los receptores de señal consisten en una serie de PLCs destinados al control y supervisión de planta con diversos procesos industriales. 1. INTRODUCCIÓN A LA GESTION DE INFORMACIÓN BASADA EN WEB El desarrollo de sistemas distribuidos de automatización basados en tecnologías de Internet y Web es una tendencia relativamente novedosa entre las tecnologías de la computación. En general, proporciona un interfaz común al cliente (web browser) y una vía estándar de comunicación entre dispositivos. Estas tecnologías están siendo aplicadas a los sistemas de transferencia de información, especialmente dedicada a la tele-operación. Ejemplos típicos entre los estándares de automatización distribuida basada en tecnologías de red, están la Ethernet Industrial y Ethernet/IP, Ethernet/IDA entre otras. Una interfaz gateway común consiste en una herramienta basada en páginas HTML con contenido dinámico. Esta interfaz fuerza al servidor a ejecutar código y retorna los resultados en lugar de la fuente en URL. Por tanto, utilizando la citada interfaz gateway, el cliente puede monitorizar los estados internos del dispositivo controlado así como enviarle comandos para ser ejecutados. Entre los sistemas de control distribuido comunes, susceptibles de implementación sobre el IPC@CHIP SC12, incluyen entre muchas otras, las siguientes aplicaciones: Control de accesos a lugares públicos del buque (bloqueo o apertura de puertas y/o rampas, escotillas, control de operaciones de emergencia como el bloqueo/habilitación del sistema de contraincendios, cierre de combustible ante incendios, rearme de aparamenta eléctrica, bloqueo etc). Control de tráfico en vías acceso restringido en función de las restricciones de circulación del tráfico marítimo. Redes generales de abastecimiento y distribución (gas, agua, energía eléctrica, etc.) Control de vehículos autónomos de apoyo a la explotación de recursos marinos Activación/desactivación de todo tipo de tareas Tele-control y tele-monitorización de procesos del buque en general Sinopsis del problema de telecomando mediante sistemas empotrados basados en web

2 La panorámica general del problema de intervención remota bien para realizar tareas de control o supervisión se presenta en la figura 1. Se muestran un grupo de ordenadores distribuidos y conectados en red mediante ethernet. A su vez, se halla empotrado en la red un grupo de dispositivos denominados DK40@CHIP, cada uno de los cuales contiene un IPC@CHIP SC12 empotrado en la web. La misión fundamental es la de gestionar información en modo bidireccional (enviar comandos a actuadotes de procesos y recibir el estado de los comandos) desde y hacia lugares remotos bajo invocación del operador por medio de ethernet/wap. El objetivo de esta red es controlar y monitorizar las actividades de los procesos llevados a cabo. 10/100BaseT Oficita técnica DK40 CHIP M Hub Dirección DK40 CHIP GSM GSM Figura 1. Sinopsis del problema de tele-mando y tele-monitorización 1.2. Constitución del dispositivo DK40@CHIP con IPC@CHIP SC Introducción

3 Una de las razones fundamentales por las que el mando remoto se ha hecho muy popular a partir de los medios tecnológicos disponibles es la versatilidad de tales medios tecnológicos. Una gran variedad de aplicaciones industriales están siendo controladas y monitorizadas desde lugares remotos impensables hace tan solo una década. Las razones de mayor peso para justificar la implementación de tales medios obedece a criterios de seguridad y facilidad y/o flexibilidad de actuación que conlleva comodidad en las tareas de telemando y telecontrol a coste efectivo usando dispositivos empotrados en la web, entre los cuales cabe citar el que se describe a continuación. Características del IPC@CHIP Entre varios servidores web empotrados, el IPC@CHIP de la compañía BECK ha sido seleccionado para esta aplicación. Consiste en un servidor web completamente funcional. Sus características esenciales son: CPU MHz 16 Bit 512 Kbytes RAM, 512 Bytes Flash RTOS con Flash File System Suministro de software vía Internet o puerto serie. TCP/IP, PPP, http, FTP, Telnet, POP3, SMTP y DHCP. Ethernot 10/100BaseT con PHY 2 puertos serie rápidos con TTL-RS232. Bus I 2 C, Watchdog, 2 Timer Out, 2 Timer IN. 14 pines IO proghramables El IPC@CHIP está dotado de un sistema operativo de tiempo real (RTOS), el cual está alojado en una memoria flash interna del chip. Dependiendo del tamaño, permite 35 tareas al mismo tiempo. Para comunicar entre el RTOS y el programa de aplicación, se utiliza el API (Application Programmers Interfaces). Los APIs son usados en el programa de aplicación escrito en lenguaje C, Turbo Pascal o Assembler. Consisten en subprogramas, los cuales controlan diferentes grupos de funciones del IPC@CHIP. Los APIs utilizan interrupciones software para parámetros y transferencia de datos. Los APIs del IPC@CHIP comprenden: Hardware API BIOS API API Fósil CGI servidor Web API Bus I 2 C API Disco externo API API DOS API TCP/IP API Ethernet Interface común Gateway (CGI) Para construir una aplicación basada en web, es muy importante el CGI API del IPC@CHIP. CGI es una técnica que permite al usuario construir páginas web dinámicas. Generalmente las páginas web comunes son estáticas, lo cual significa que su contenido está predefinido en in archivo html, lo cual está almacenado en el servidor. Si existe un

4 requerimiento del browser desde un browser web (que es el cliente en este caso) serán cargados desde el servidor al web browser. Si el servidor utiliza CGI, entonces es capaz de construir páginas web propias con un contenido cambiante (páginas web dinámicas). Además opera en la otra dirección: Si se tiene una página web con diversos formatos de campo, el texto que se debería poner en el campo será transmitido al servidor vía CGI y desde allí opera en un programa. El IPC@CHIP soporta esta técnica, la cual es una de las especificaciones clave para los pr0ogramas de control bidireccional. Permite al usuario construir páginas web dinámicas con contenidos de entradas/salidas monitorizables Interface Gráfica Para controlar los PLCs vía internet, se ha utilizado esta función CGI del IPC@CHIP. Se ha desarrollado una página web, la cual permite al usuario manejar las tareas de emergencia (programadas) sobre el PLC local. La información de la página web es proporcionada al programa C vía CGI. Dependiendo de las acciones a llevar a cabo en la página web, el programa debe poner a set o reset las entradas/salidas (pines) digitales del IPC@CHIIP. Estos pines están conectados con las entradas/salidas del los PLCs. El programa de control se denomina PLC. La página web con el programa activado permite que si el vínculo SWITCH PLC es invocado, el programa cambia el estado del del/los PLC y cambia asimismo la imagen de la página web. La dirección de la página es donde el la dirección IP del IPC@CHIP, y PLC es el nombre el programa en C. Si se invoca el vínculo SWITCH PLC las direcciones cambian a El valor debajo del símbolo? es el parámetro dado a la función CGI del programa en C. Esto significa que siempre que se invoque el SWITCH PLC, uno de los parámetros especificados es entregado al programa en C vía CGI. Esta operación causa que al ejecutarse el programa con el nuevos parámetros, cambie el estado de los puertos de entrada/salida del IPC@ CHIP y del retorno de una página web de contenido de los cambios realizados. Este método de proporcionar los parámetros en la cadena después de?, del URL a la función CGI se denomina método http GET. En lugar de utilizar un browser web para tele-operar los PLCs, se puede utilizar un teléfono móvil con WAP (Wireless Application Protocol). En este caso es necesario reemplazar la página dinámica html por una página dinámica wml. 2. APLICACIÓN A LA TELE OPERACION DE PLCS BASADO EN WEB 2.1 Objetivos y Visión General del Problema El objetivo de la aplicación consiste en desarrollar e implementar un sistema de telecomando o ejecución decisiones en tiempo real sin restricciones geográficas en cuanto al lugar de comando o tele-operación. Está enfocado esencialmente a la ejecución de estrategias de actuación a distancia utilizando recursos de web, entre las que cabe destacar: Cambio de secuencias del ciclo de operación

5 Ordenes de comando en sustitución de la orden local Bloqueo de módulos u operaciones de planta y activación de los mismos incluso ante emergencia, etc. Incorporación de habilidades de tele-operación basada en web en plantas con sistemas de control heredados y/o dotados de tecnologías de PLCs obsoletas a coste reducido. El sistema de telemando y telecontrol propuesto consta de los siguientes grupos de dispositivos: Sistema de control remoto basado en web utilizando el IPC@CHIP SC12 Sistema de actuación sobre el sistema de control local, el cual utiliza los PLCs Por control remoto se quiere decir que el sistema de control local está siendo telecomandado remotamente utilizando como soporte de transferencia de información el potencial de comunicación de la red web (internet) por medio del DK40@CHIP, el cual aloja el motor del sistema denominado el IPC@CHIP SC12 y está ubicado en el área de control local. Este medio bien conocido permite el telecontrol desde cualquier parte del mundo partiendo de la existencia de soporte físico web. Alternativamente, un teléfono móvil con acceso a la red (WAP) proporciona el mismo servicio vía iternet/radio/internet. La razón de la utilización de este medio radica en la facilidad de acceso y su bajo coste. En el caso de necesitar múltiples comandos, con unos pocos dispositivos conectados a un HUB se solucionan multitud de problemas que demandan comandos a distancia La estructura del sistema de telecomando y tele-monitorización está descrita en la figura 2. Los puertos del servidor web empotrado pueden ser controlados desde un web browser. La información de los puertos es enviada a los receptores PLC s esclavos. Para la conexión entre Internet y los PLC s de control local, se dispone de un microcontrolador que realiza la función de como servidor Web, el IPC@CHIP SC12. Las ventajas de la utilización de un microcontrolador son evidentes: Bajo coste, tamaño aceptable y bajo consumo de energía. 2.2 Descripción de la innovación En este artículo se aborda el problema que representa la adición de comandos de acción remota o teleoperador a procesos controlados mediante PLCc accediendo mediante web. Pese a que este problema está resuelto para las instalaciones de PLCs de última generación, no es así para los PLCs heredados o de generaciones anteriores (buque de mas de cinco años de antigüedad e incluso buques actuales), los cuales resultan rentables en su aplicación pero no disponen de comunicación web como medio de intervención a distancia. Es aquí donde resulta altamente rentable la implementación del IPC@CHIP SC12, como vínculo entre los operadores remotos de planta y el control local de la planta de proceso con eficacia y coste muy competitivos. En la figura 2 se muestra el esquema general para solucionar el problema de telemando del proceso controlado utilizando un sistema empotrado en la red web y los diversos PLCs capaces de leer por medio de sus entradas las salidas de DK40@CHIP como consecuencia de la invocación de comandos realizados por el operador remoto con la ayuda de una interface del usuario (página web) mostrada en la figura 3. Para establecer el vínculo entre los módulos DK40@CHIP y los PLCs solamente es necesario modificar ligeramente los

6 programas de los PLCs para que éstos puedan leer las salidas de los módulos y ejecutar las órdenes asociadas. 100BaseT HUB 100BaseT GSM Buque GSM HUB COM EXT BaseT BECK Procesos intervenidos del buque Figura. 2. Principio de conexión entre tele-operador y PLCs del buque basada en web 2.3 Descripción de la Interface (página web) La interface necesaria para la comunicación entre el proceso y el operador consiste en una página web cuyo servidor está constituido por el IPC@CHIP SC12. Esta página web debe permitir el diálogo fluido con el proceso para realizar de modo eficiente las tareas para las que ha sido diseñada.

7 Figura 3. Interface del tele-operador basada en web En el ejemplo propuesto se manejan 8 elementos del tipo TON (todo o nada) los cuales sirven de entradas a los PLCs con los que se realiza la tarea de intervención a distancia o supervisión de los proceso encomendados a los PLCs. En esta página se activan y desactivan a voluntad del operador algunos procesos que demandan intervención a distancia. No existen límites restrictivos geográficos para comandar elementos de procesos desde una página web utilizando los medios descritos. En la figura 4 se ilustra el mismo concepto mostrado en la figura 2, con la diferencia de que ha sido extendido a una planta industrial dotada de una serie de procesos con sus respectivos actuadores. Asimismo, el control de los actuadores es realizado por medio del conjunto de PLCs. Finalmente, los PLCs son tele-operados desde algún lugar remoto (la oficina, el hogar, cualquier lugar de la calle utilizando el teléfono móvil etc.) desde donde el operador puede tomar decisiones que puede ejecutar vía web. La comunicación entre los módulos DK40@CHIP y los diversos PLCs se realiza mediante cableado a corta distancia, por lo que no hay pérdidas de carga a efectos de captura de señal por los PLCs.

8 DK40 DK40 HUB DK40 Actuadores de Planta PLCs de Control Local DK40 con 10/100BaseT Figura. 4. Panorama general del equipamiento para tele operación basada en web 3. Conclusiones sobre la innovación Se ha presentado una aplicación útil de un sistema de actuación a distancia (tele-mando, tele-operación y tele monitorización) beneficiosa para resolver tareas de mantenimiento mediante un sistema empotrado de BECK IPC Gmbh denominado IPC@CHIP SC12 enfocado a proporcionar habilidades de gestión de información anteriormente desconocidas en las plantas controladas mediante PLCs locales pertenecientes a generaciones de tecnologías que no disponen de comunicación vía web. Este hecho representa por si solo una gran ventaja puesto que extingue la necesidad de renovación del parque de PLCs ante la necesidad de acceso al sistema o planta tele-operada o tele-controlada mediante web. El coste de la implementación del sistema resulta insignificante frente al gasto que habría que afrontar si se tomase la alternativa de dotar la planta con PLCs que soporten web (última generación). Asimismo la facilidad de realización de tareas desde un lugar remoto supone inherentemente mayor autonomía de los operadores de planta, un gran avance en la facilitación de tareas de mantenimiento y un ahorro importante.

9 Referencias