Entorno único para el acceso a los sistemas de información y control

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1 : Entorno único para el acceso a los sistemas de información y control Joaquín Abril-Martorell Hernández jabril@cepsa.es CEPSA RESUMEN Hoy en día existen distintos fabricantes y productos para los sistemas de control, históricos de proceso, alarmas, sistemas de gestión de laboratorio, sistemas para la reconciliación, balance, movimientos y resto de sistemas en entorno de fabricación. Esta diversidad de sistemas heterogéneos aún utilizando estándares, no garantiza su uniformidad en el uso y explotación de los mismos. CEPSA ha optado tanto por el uso de estándares de mercado así como la adopción de nuevas tecnologías para la simplificación y reducción de costes de integración y gestión de la información en el entorno de los sistemas de fabricación. 1. INTRODUCCION CEPSA dispone de varios centros de fabricación: refinerías en Algeciras, Huelva y Tenerife; centros petroquímicos: ERTISA en Huelva, INTERQUISA en Algeciras y Canadá, PETRESA en Algeciras, Canadá y Brasil. En dichos centros existen diversidad de sistemas de control: Honeywell TDC-3000, TDC-2000, Plant Scape, Yokogawa CS-3000, SCADA Iceberg, DeltaV; aplicaciones/sistemas del entorno de fabricación: históricos de proceso, sistemas de gestión de laboratorio, planificación de crudos, sistemas de gestión medioambiental, sistemas de inventarios, reconciliación, movimientos, balances, etc. Esta diversidad de sistemas aumenta la complejidad y consecuentemente el coste de integración y gestión de la información. CEPSA con objeto de simplificar y consecuentemente abaratar, opta por sistemas estándares de mercado así como tecnologías estándares, por ejemplo OPC (Ole for Process Control) para el acceso a los sistemas de control. Los últimos años han supuesto una revolución en las tecnologías disponibles tanto para el desarrollo como para la integración de sistemas. Tecnologías como SOAP, XML, Web Services, se han convertido en los nuevos estándares. Los fabricantes están adoptando estas nuevas tecnologías para la mejora y extensión de funcionalidades de sus sistemas (acceso vía web, XML, ). -1-

2 No obstante, aunque los sistemas de forma independiente sean estándares de mercado o utilicen tecnología estándar, como puede ser el caso del OPC, SOAP, XML, no garantiza la homogeneidad de uso y explotación en los sistemas de fabricación de CEPSA. CEPSA ha apostado por el uso de las nuevas tecnologías y estándares para disminuir la complejidad en la integración y gestión de la información en el entorno de fabricación. Para ello, tras un estudio y análisis de la situación actual y futura del marco de los sistemas del entorno de fabricación más importantes de CEPSA se concluye que: El acceso, operación, transformación y envío de cualquier dato de todos los sistemas de información y control de los centros de producción de CEPSA debe ser independiente del fabricante de cada sistema, así como único para todo el grupo. Con este objeto se aprueba el proyecto, cuyos objetivos a continuación se describen. 2. OBJETIVOS El proyecto pl@nt@, debe garantizar los siguientes objetivos. - Entorno unificado para el acceso, operación, transformación y envío de cualquier sistema de fabricación. - Independencia de los fabricantes de software. - Abstracción de plataformas, sistemas operativos y lenguajes de los clientes. - Eliminación de clientes particulares para el acceso a aplicaciones. - Independización de la estrategia de sistemas de los productos ha instalar. - Estandarizar el OPC como tecnología única para el acceso a los sistemas de control. - Facilitar los futuros desarrollos. Tras el análisis de diversos productos de mercado y teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, así como una evaluación de viabilidad técnica de las posibles soluciones, se determinó el desarrollo de un producto propio en tecnología.net. -2-

3 3. DESCRIPCION Para el desarrollo de este proyecto, se creó un equipo multidisciplinar (sigue operando hoy en día aunque reducido para las mejoras técnicas y evaluaciones de nuevos proyectos sobre el entorno pl@nt@) compuesto por los responsables de sistemas y control de los distintos centros, así como un equipo de desarrolladores expertos en tecnología.net. El proyecto tuvo una duración de 15 meses (Julio 2001 Septiembre 2002), un total de 7000 horas de desarrollo y un coste de 340k hardware y Software incluido. El ahorro estimado es de: - 60 k /año en nuevas licencias + 10k /año mantenimiento anual. - 6k por aplicación nueva (5 anuales). 30k /año - 30% de reducción de costes de todos los proyectos que impliquen datos de refinería. (75k /año) Con lo que el ROI del proyecto es inferior a 2 años. Todo el desarrollo se ha realizado sobre entorno Microsoft, utilizando tecnologías como,.net remoting, XML, SOAP, OLEDB, ADO.NET, OPC, Web Services, ASP.NET, C#, C+, VB.Net El sistema no sólo permite el acceso a todas las fuentes, la operación y conversión entre los datos, la transformación a cualquier formato y el envio por cualquier medio sino que además puede: - Crear entidades lógicas con su modelo de atributo propios, que obtengan los datos de cualquier otra entidad, atributo. - Establecer la jerarquía de las entidades para su clasificación. - La sincronización de los catálogos de entidades con las fuentes origen (tag s de PHD, Tanques de los sistemas de inventarios, corrientes de los sistemas de reconciliación, etc.) - Crear funciones propias que se asocien a entidades y atributos. - Almacenar como un histórico de proceso información de cualquier formato que provenga de otros sistemas o entradas manuales. - Integrarse con cualquier fuente debido al redimensionamiento de cualquier modelo a entidad, atributo y modificador. El sistema al exponer su funcionalidad como servicios web y tener capacidades de modelado de entidades permite la independencia de la aplicación consumidora (Excel, Word, Explorer, clientes OPC) así como de las fuentes origen respectivamente. Revisemos las distintas partes que lo conforman: A) Fuentes a las que tienen acceso. B) Núcleo del Sistema C) Programas clientes desarrollados. D) Esquema de arquitectura -3-

4 A) FUENTES: Las fuentes sobre las cuales se han desarrollado componentes de acceso son las existentes en los entornos de fabricación de CEPSA. PHD: Process History Database de Honeywell. Es el histórico de proceso. Es el histórico de proceso de Honeywell. El acceso a este sistema se realiza utilizando el API (Aplication Program Interface) del fabricante. Event&Alarm: Eventos y Alarmas de Honeywell. Es el histórico del journal sobre los eventos y alarmas de los sistemas de Honeywell. El acceso a este sistema se realiza mediante OLEDB al modelo de datos de Oracle (Cambios de proceso, Alarmas y Mensajes de Operador) LIMS: Sistema de gestión de laboratorio. El sistema de gestión de laboratorio es de Lab System. El acceso a este sistema se realiza con OLEDB al modelo de datos en Oracle. OPC: Ole for Process Control. El OPC es un estándar para la comunicación con equipos de control. El acceso a estos sistemas se realiza con el wrapper proporcionado por el consorcio OPC foundation. Se pueden acceder a fuentes OPC DA2.0 y OPC HDA 1.0. BDP-RCU: Sistema de reconciliación de unidades. Es el sistema de gestión para la reconciliación de las unidades en las refinerías. Este sistema, propio de CEPSA, está desarrollado en tecnología Natural/Adabas, plataforma OpenVMS. Para el acceso a esta fuente se han creado réplicas en tiempo real sobre entorno SQL Server 2000 y se accede vía ADO.NET. BDP-TK: Sistema de inventarios. Es el sistema de gestión para la generación de inventarios de tanques de las refinerías Este sistema, propio de CEPSA, esta desarrollado en tecnología Natural/Adabas, plataforma OpenVMS. Para el acceso a esta fuente se han creado réplicas en tiempo real sobre entorno SQL Server 2000 y se accede vía ADO.NET. -4-

5 BDP-ACS: Histórico de proceso Es el sistema de gestión del antiguo histórico de proceso. Aunque se reemplaza por el PHD, existen algunos centros que requieren su acceso como histórico. Este sistema, propio de CEPSA, esta desarrollado en tecnología Natural/Adabas, plataforma OpenVMS. Para el acceso a esta fuente se han creado réplicas en tiempo real sobre entorno SQL Server 2000 y se accede vía ADO.NET. : Con objeto de disponer de una fuente independiente para el almacenamiento de información diversa de los centros, se ha creado un repositorio multipropósito para almacenar información del resto de sistemas y que permita su acceso como cualquier otra fuente. Está en SQL Server 2000 y se accede vía ADO.NET. XML PL@NT@ OPC PL@NT@ EXCEL PL@NT@ WEB PL@NT@ DESARROLLO SERVICIOS WEB PL@NT@ GESTOR AVISOS Y EVENTOS MOTOR DE CALCULO UTILIDADES CONVERSION UNIDADES DE MEDIDA RESTO EXPRESIONES COMPONENTES DE ENVIO ACCESO ENTIDADES TDC-3000 (sis.control Honeywell via OPC) CS-3000 (sis.control YOKOGAWA viaopc) ACS ( sis.control avanzado via OPC) EyA (Eventos y alarmas Honeywell) Datawork (Histórico de ICONICS) PHD ( Histórico de proceso) BDP-ILB (Histórico de laboratorio) BDP-ACS (Histórico de proceso BDP) BDP-RCU (Histórico reconciliación BDP) BDP-TK (Inventarios BDP) Repositorio Algeciras no aplica no aplica Rabida no aplica no aplica no aplica Tenerife no aplica no aplica Interquisa no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica Ertisa no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica Madrid no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica no aplica -5-

6 B) NÚCLEO: Es la parte fundamental del sistema. Consta de tres bloques principales, modelo de datos, componentes de ejecución y exposición en servicios web - B.1) Modelo Datos El modelo de datos contiene la información necesaria para el funcionamiento del sistema. El diseño del mismo ha sido clave en el desarrollo del proyecto. La información que contiene permite: - La configuración del acceso a las fuentes de datos. - El modelado de las entidades y sus atributos. - Estructuras organizativas de datos. - Definición de funciones y cálculos. - B.2) Componentes - B.2.1) Componentes a datos: Son los componentes desarrollados para el acceso a las fuentes anteriormente mencionadas. Todos los componentes están diseñados con los mismos parámetros de entrada y con la salida estandarizada. - B.2.2) entidades: Es el componente encargado de resolver las peticiones, instanciando a los distintos componentes individuales de acceso a datos, así como motor de cálculo, conversión unidades de medida, expresiones y cálculos de pl@nt@. - B.2.3) Motor de cálculo: Este módulo es el responsable de resolver todos los cálculos sobre los datos: máximos, mínimos, medias, desviaciones, interpolaciones, - B.2.4) Conversor Unidades Es el responsable de la conversión y relación de las unidades de medida de los datos de los diversos sistemas al sistema internacional y al estándar propio de CEPSA (SDR). - B.2.5) Modulo de Expresiones pl@nt@. -6-

7 Este módulo permite cualquier tipo de ejecución de expresión en el sistema. Se ha utilizado un motor en tecnología.net que dota a las expresiones de toda la flexibilidad y potencia del lenguaje de desarrollo VB.NET. Se ha definido una nomenclatura a la hora de referenciar datos sobre el sistema, el resto de sintaxis es la estándar de VB.NET, con lo que se puede desarrollar cualquier expresión por compleja que esta sea, siempre que esté bien construida en.net. - B.2.6) Componentes de envío Es el componente responsable de todos los envíos del sistema a los usuarios mediantes los suiguientes protocolos: FTP: File Transfer Protocol Mail: Correo electrónico. SMS: Mensajes cortos a móvil MSMQ: Microsoft Message queuing. El componente se soporta sobre infraestructura ya existente en la compañía (plataforma de mensajería SMS, correo) para desarrollar sus funciones. Así mismo permite su instanciamiento síncrono o asíncrono - B.3) Servicios Web Los servicios web son un estándar para el desarrollo de aplicaciones internet, con los protocolos SOAP, HTTP GET y HTTP POST y cuyo resultado es XML (extended Market Language). Con el objeto de independizarse de plataformas, sistemas operativos y lenguajes de los clientes, se exponen las funcionalidades del sistema de una manera transparente, portable y fácilmente escalable mediante servicios web XML. Aunque todos los componentes y módulos intermedios estén abiertos para su instanciamiento externo, se culmina el desarrollo del núcleo con la publicación de unos servicios web que permiten el acceso externo por cualquier mecanismo y tecnología de información existente. Así mismo, se han desarrollado los esquemas de datos XSD, únicos para la información que el sistema devuelve. A continuación, se comentan las distintas aplicaciones / productos que se han desarrollo sobre el núcleo. -7-

8 Subject: Evento 15/01/200312:00:00 HORNO P-H1 Fecha 15/01/200312:00:00 Sección Española C) Productos / Aplicaciones : C.1) Gestor Eventos y Alarmas Esta aplicación con interfaces de configuración web permite la ejecución de cualquier expresión, con una frecuencia determinada y avisa por cualquier medio si cumple determinada condición. Desde: From: Sistema_Planta pl@nt@:salida HORNO P-H1 Fecha Msg:: Evento pl@nt@:salida C.2) Excel: Es un producto para el acceso al sistema Planta desde Excel. Permite mediante acceso a los servicios Web del núcleo todo el acceso a la funcionalidad del sistema. Las funciones básicas son: Búsqueda de entidades, selección de atributos, modificadores, recuperación de datos muestreados, medias, mínimos, máximos, valores brutos, En definitiva, lo necesario para desarrollar informes de fábrica sin necesidad de tener instalados clientes específicos para cada fuente determinada. Actualmente hay 415 usuarios con el producto -8-

9 instalado. C.3) Web Es la aplicación desarrollada para la configuración y mantenimiento del sistema (usuarios, perfiles,entidades,..) así como el entorno sobre el que están soportadas ciertas funcionalidades: navegación, tendencias, informes, esquemáticos, búsqueda y acceso entidades en general. Se ha desarrollado como componentes individuales, con lo que pueden ser instaciados independientemente por otras aplicaciones. C.4) Desarrollo Es un kit de desarrollo con los controles y librerías necesarias para el acceso a. Este kit permite el desarrollo de futuras aplicaciones por parte de CEPSA o terceros. La aplicación pl@nt@ OPC, así como el acceso a datos desde pl@nt@ web, utiliza estos controles o clases para el acceso a datos del sistema. -9-

10 C.5) OPC Esta aplicación dota al sistema planta de compatibilidad OPC DA 2.0 y HDA 1.0. Esto significa que cualquier software OPC cliente es capaz de acceder al sistema. Así mismo, como accede a todas las fuentes de todos los centros, automáticamente la información de estas fuentes es accesible desde cualquier cliente OPC. Para el desarrollo de esta aplicación se ha adquirido un producto para hacer servidores OPC por un importe de 1k y se ha utilizado pl@nt@ desarrollo para la comunicación con el sistema. La utilización que tendrá esta aplicación será enorme en cuanto madure el conocimiento de la tecnología OPC por parte del Grupo. C.6) Planificador: Esta aplicación permite mediante configuración web, la ejecución desatendida de consultas sobre el sistema permitiendo configurar: qué información se pide, en que formato se precisa y por qué medio se envía (FTP, mail o sms). D) Esquema arquitectura: -10-

11 W2000 Advanced Server.Net Framework Todos los sistemas tienen al menos 2 servidores de aplicaciones que tienen capacidad de ejecutar todos los componentes Modelo Datos Repositorio.Net Remoting CENTRO X.Net Remoting CENTRO Y W2000 Advanced Server.Net Framework Modelo Datos W2000 Advanced Server.Net Framework Modelo Datos Repositorio Repositorio Fx Fx Fx Fx Fx Fx Fx Fx 4. CONCLUSIONES De la experiencia extraída en el desarrollo de este proyecto, así como del conocimiento de los entornos de fabricación, podemos concluir los siguientes puntos: 1) La plataforma.net aún siendo joven, es lo suficientemente madura para abordar cualquier proyecto de sistemas. 2) El XML, SOAP y consecuentemente los servicios Web, se consolidan como tecnología clave de presente y futuro. 3) Los servicios web y las tecnologías basadas en XML proporcionan una gran flexibilidad y escalabilidad de los sistemas. 4) El OPC es una tecnología madura. 5) El conocimiento superficial de las nuevas tecnologías será insuficiente para las empresas -11-

12 6) Un conocimiento más profundo y cercano de la nuevas tecnologías permitirá decisiones más acertadas en la evaluación de las compras por parte de las empresas. 7) El uso adecuado de las nuevas tecnologías ahorra costes. 8) La mejor definición para la integración de los sistemas nace desde la propia empresa. 9) Los productos de los proveedores en nuevas tecnologías permiten una mejor integración por los sistemas informáticos de la empresa. 10) No siempre la compra de productos es la mejor opción. Como Corolario : Las medianas y grandes empresas con entornos de fabricación deben adoptar las nuevas tecnologías en primera persona. REFERENCIAS - PWC: Technology Forecast OPC Foundation. - W3C / xml: - WebServices MSDN: