Sistema Integral de Control Automático de Procesos

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1 35 Sistema Integral de Control Automático de Procesos Lobo, Eladio, Diaz, Ivan y Calderón, Elvin. {elobo@orinoco-iron.com,idiaz@orinoco-iron.com, ecalderon@orinoco-iron.com } Orinoco Iron, S.C.S. Resumen En el mundo industrial existe cada vez mayor demanda de datos. Esta demanda se ha incrementado más debido al acceso multitudinario a las redes integradas. En informática se conoce como dato a cualquier elemento informativo que tengarelevancia para un usuario.desde su nacimiento, la informática se ha encargado deproporcionar herramientas que faciliten la gestión de los datos. En Orinoco Iron, S.C.S. el origen de los datos son diversos, partiendo desde los datos generados por proceso industrial, como registro de reportes diarios que requieren registro histórico de actividades, información valiosa en la gestión que necesitan integración del proceso Palabras clave Gestión, Monitoreo, Inteligencia Artificial, OPC, FINMET. I. INTRODUCCIÓN La aplicación de sistemas inteligentes con el objetivo de mejorar la operación de la planta productiva mediante la innovación y mejora de la gestión del proceso FINMET, se logra integrando tecnología de punta en la planeación y control de los procesos, aplicando la investigación, ingeniería y/o reingeniería del proceso industrial con la finalidad de optimizar los recursos de la empresa, que produzcan una mayor calidad, eficiencia y sustentabilidad. Optimizar costos no significa necesariamente utilizar únicamente componentes económicos que afectan directamente al proceso productivo; el detectar cuellos de botella en la cadena, sistemas de bajo rendimiento por etapas, o descubrir procesos ineficientes y de alto impacto económico u organizacional, son la base de la necesidad de desarrollar herramientas fundamentales en el análisis y toma de decisiones para que la planta opere al 100% de su eficientecapacidad. Sólo un sistema integrado de control automático de procesos (SICAP)tiene como objetivo facilitar la gestión de costos, insumos y administración del procesofinmet, permitirá realizar esta tarea de identificar situaciones desviadas de los límites de control y sustentar, planificar actividades de los diferentes usuarios involucrados con el proceso II. ORIGENDELOSDATOS. En los procesos industriales el origen de los datos son diversos, un dato no es solamente la indicación de la variable del proceso, la activación de una alarma o la desviación del punto de control, lo es también la recurrencia de un evento mecánico o eléctrico que pueda originar una interrupción en el proceso productivo, también es un dato el inventario de repuestos versus las partes instaladas, la actualización de la disponibilidad de insumos, la administración del conocimiento del proceso y otros datos más, como algunos mostrados la figura 1. El origen de los datos, transporte, acondicionamiento y presentación depende de las necesidades de aplicación del usuario final. Predictivo Laboratorio Balances Ajustes Presupuesto Desviaciones Mineral Reciclo Flujo de datos Producción Insumos G.Reductor Inventario Briq. Costos Eventos Rutinas Histórico Instrucciones Figura 1: Datos del proceso

2 36 III. SISTEMAS DE MONITOREO Y/O CONTROL DE PROCESOS. Para monitorear y controlar procesos industriales, se requiere elementos de medición primarios y elementos finales de control, que requieren de energía eléctrica para su operación (nivel físico), para controlar el proceso se requiere estrategias automáticas (nivel de control), el nivel donde interviene el ser humano como medio de control es el nivel supervisório y finalmente se tiene el nivel de gestión (Ver figura 2), es este donde se clasifica, se administra la mina de datos y es el punto de convergencia de información requerida por sus usuarios, bien sea datos directamente del proceso o datos para la gerencia del proceso, es en este punto donde encaja la incorporación del SICAP. figura 3,para poder realizar la obtención de datos, emplea unas interfaces especiales que traducen al lenguaje empleado por el sistema de control. Dichas interfaces propietarias honeywell, son llamadas RDI s (Realtime Data Interface) y existe una para cada tipo de sistema, lo que le permite a un solo servidor, colectar datos de sistemas diferentes a un mismo tiempo. PHD utiliza a Oracle como base de datos para el almacenamiento de la configuración de los puntos o señales del proceso e integra una aplicación cliente de la misma que permite cargar la configuración. Intranet Adquisidor 4.- Nivel de Gestión SADP PHD Tecnología de Información y Comunicaciones 3.- Nivel de Supervisión GUS STR Arquitectura TDC3000 Redes de Control Controladores: 1.- Nivel Físico: Automatización y Control de procesos 2.- Nivel de Control HPM PLC FSC Entrada / Salida Elementos Primarios de Medición y Elementos Finales de Control Planta - Proceso Mantenimiento / Electricidad / Instrumentación Figura 3: Arquitectura del adquisidor de datos del proceso, publicado en la LCN. Figura 2: Niveles jerárquicos de la pirámide de automatización Un sistema de control distribuido (DCS), representa la integración de la adquisición de datos, el control y una interfaz de control total sobre el sistema para operar. Este dominio total se realiza mediante una simple ventana sobre la planta, y puede incorporar aplicaciones de control avanzado [1]. En Orinoco Iron, el sistema de control es el TDC3000 (Total Distributed Control) del proveedor la empresa honeywell. IV. INTERFAZ SISTEMAS DE CONTROL VERSUS EL SISTEMA DE GESTION. El historiador de datos PHD-honeywell captura los datos publicados por la red LCN (Local Control Network) del TDC3000, como se aprecia en la OPC, Tecnología aplicada para transferir los datos desde el PHD a la red administrativa de Orinoco Iron. OPC (OLE for Process Control) es un estándar abierto de conectividad industrial más popular, OPC es diferente a los protocolos de comunicación convencionales (a menudo propietarios), OPC ayuda a superar las limitaciones de dichos protocolos nativos. OPC no es un protocolo, sino más bien un estándar para la conectividad de datos que se basa en una serie de especificaciones OPC gestionadas por la OPC Foundation[2]. OPC facilita crear comunicaciones auténticamente independientes del fabricante estriba en que OPC abstrae de los detalles de la implementación de Fuentes de Datos (i.e. PLC) y Clientes de Datos (i.e. HMI/SCADA), con lo que los datos se pueden

3 ADQUISIDOR AppLog AppSettings TinyXML X JORNADAS DE INVESTIGACION 2012 Lobo, Diaz, Calderón. SICAP. 37 intercambiar entre ellos sin que tengan que saber nada de sus respectivos protocolos de comunicación nativos y de la organización interna de sus datos. Esto, en clara oposición a la aproximación basada en crear aplicaciones basadas en protocolos propietarios que por definición, son requeridos para comunicar, de forma nativa, la fuente de datos con el cliente de datos[2]. El adquisidor es un software desarrollado en Visual C++ compuesto por varios módulos entre los que se destaca un Cliente OPC (Ver figura 4). Esto le permite establecer comunicación y solicitar información a cualquier Servidor OPC, como el PHD en el caso de Orinoco Iron. AppUI UI y Lógica de la Aplicación. CAdquisidorDlg DataLogDA Log de datos OPC DA en DB. CDataLogDA OPCClientDA AppUI OPC Core OPCClientDA OPC Core DataLogDA Cliente OPC DA (Tiempo Real) COPCClientDA OPC Core Components de la OPC Foundation AppLog Log de eventos de la Aplicación. CAppLog TinyXML Simple y pequeño, C++ XML Parser Open Source AppSettings Configuración de la Aplicación. CAppSettings Figura 4: Diagrama de capas de configuración del adquisidor El adquisidor desempeña dos tareas principales: Primero, se comunica con el PHD vía OPC para obtener los datos del proceso en tiempo real. Segundo, registra esos datos en una Base de Datos, de manera que estén disponibles para cualquier otro software, como los sistemas de gestión, por ejemplo.esta aplicación desarrollada en Orinoco Iron, S.C.S. cuenta con un avance del 100% del requerimiento de su implementación. V. BONDADES DEL SISTEMA DE GESTION SICAP. En Orinoco Iron, S.C.S. esta instalada una red de datoslan (Local Area Network) con terminales en las oficinas administrativas, en sala de control y en las oficinas; en la red se consigue información referente a los análisis químico de indicadores del proceso no medibles por instrumentos en línea, se consigue además reportes de actividades diarias en formato rígido. La filosofía de automatización es aplicable a este problema y su objetivo es sistematizar el flujo de información, ser un aliado en lagestión del proceso, con un amplioe integrado portafolio quesatisfaga los requerimientosde los usuarios,combinando altos estándaresde calidad, conocimientos,experiencia, responsabilidad ygarantía, con el fin de ofrecer soluciones de automatización que mejore la gestión del usuario [3]. Competencias a desarrollar: Diseñar e implementar sistemas y procesos de gestión del proceso (producción, mantenimiento, optimización de recursos, sustentabilidad, seguridad industrial). Planear y controlar operaciones en el proceso Diseñar y mejorar la supervisión del proceso para optimizar la energía buscando siempre el desarrollo sostenible. Modernización la gestión del productivo y de servicios mejorando la eficiencia de los procesos de la empresa. Líneas de investigación: Gestión y aplicación del conocimiento del proceso Procesos automatizados de la medición de la productividad. Implementar metodologías de aplicación para mejorar la eficiencia de los sistemas de gestión de procesos. Implementar sistemas avanzados de diagnostico. Reingeniería para la modernización del proceso Procesos para la optimización de recursos Optimización de energía. Administración del mantenimiento. Aportes del SICAP: Incremento en 12,5% de la disponibilidad del personal, que puede ser empleado en labores de

4 38 análisis, desarrollo e implementación de mejoras al proceso Integración de los datos del proceso, laboratorio de ensayo y reporte de diferentes áreas operativas, que ha de originar de manera oportuna acciones preventivas y correctivas. Aplicaciones en línea que simulen el proceso, con la finalidad de lograr optimización de recursos, a través de la mejora de modelos predictivos. Incremento de la seguridad y confiabilidad operativa de la planta. según la demanda de las líneas de producción. Mostrado en la figura 6. VI. APLICACIONES DEL SICAP Y AVANCES. 1. Monitoreo del proceso a través de la red administrativa: por la naturaleza de sus funciones existen trabajadores ubicados en el campo o en las oficinas de mantenimiento y/o calidad, que no contaban con un sistema de información en línea, para disminuir la brecha de información en tiempo real, entre los técnicos de sala de control y los demás usuarios, se desarrolló e implementó un sistema de monitoreo del proceso, bajo ambiente web, ver figura 5. Figura 6: Monitoreo de la energía y producción en línea. Esta aplicación cuenta con un avance del 75% del requerimiento de su implementación. Figura 7: Sistema de gestión del proceso a través de la red administrativa. Figura 5: Monitoreo del proceso en línea. Esta aplicación cuenta con un avance del 75% del requerimiento de su implementación. 2. Seguimiento a la productividad y ahorro energético: debido a la problemática relacionada a la energía eléctrica, detectado en el año 2010 se diseñó e implementó un sistema de monitoreo y concientización del uso de la energía eléctrica, 3. Sistema de gestión por turno (Ver figura 7): en los turnos se generan un gran volumen de datos manuales que requieren su clasificación, divulgación y almacenamiento. Estos datos son insumos para los usuarios según sus actividades, debido a que el acceso a esta información es diversa, está en desarrollo un sistema multiusuario que optimizará el tiempo aplicado en la ubicación y uso de la información generada.esta aplicación cuenta con un avance

5 % X JORNADAS DE INVESTIGACION 2012 Lobo, Diaz, Calderón. SICAP. 39 del 25% del requerimiento de su implementación. 4. Balances de masa en línea mostrador en la figura 8: en los procesos industriales existen instalados instrumentos que requieren ajustes rutinarios o eventuales, en el caso del transporte de sólidos, como en el caso del proceso FINMET, se requiere la calibración del sistema de pesaje de mineral preparado entrando al proceso de reducción de mineral (reactor 40) y el sistema de pesaje de mineral reducido compactado en forma de briqueta, ante la necesidad de computar y validar la producción, se implementa un balance de masa en línea, bajo ambiente web que mantendrá informado del desarrollo del proceso, a los técnicos de sala de control y a los usuarios del sistema de gestión de la producción. hierro en el proceso FINMET, generándose un sistema de asistencia al operador y disponibilidad de una herramienta de simulación en línea Mineral al reactor [PPC_(%)] Predicción [PPC_(%)] Muestras Figura 9: Sistema predictivo en línea. Esta aplicación cuenta con un avance del 20% del requerimiento de su implementación. VII. ASPECTO SOCIAL. Figura 8: Balance de masa en línea. Esta aplicación cuenta con un avance del 25% del requerimiento de su implementación. 5. Sistemas predictivos de insumos y calidad, no medibles: existen indicadores de calidad de la producción que no son medibles actualmente por instrumentos en línea con el proceso, ante la presencia de una mina de datos históricos de los análisis realizados en el laboratorio, datos de la variables almacenadas en el PHD y con el desarrollo reciente de la interfaz (adquisidor) red administrativa de Orinoco Iron (LAN) y la red de información del proceso (LCN), están en desarrollo sistemas predictivos de la granulometría, composición del gas reductor y calidad del proceso de reducción del mineral de ElSistema Integral de Control Automático de Procesos (SCAP), persigue cubrir la necesidad optimizar la operación y la adaptabilidad de acuerdo a los objetivos y restricciones. Un sistema de gestión de la información del proceso productivo es útil cuando pasa a tomar parte relevante de las actividades de las personas, la implementación de esta aplicación contribuye a disminuir el estrés e impacto en la salud del operador, ingeniero, gerente al tener a tiempo información confiable, lo que traería su bienestar. El SICAP es una oportunidad para elaborar aplicaciones en el área de informática, dando la posibilidad de ampliar el conocimiento desarrollando software abiertos, en el área de control de procesos aplicando avances tecnológicos de bajo costos, contribuyendo en dar oportunidad de trabajo, desarrollo profesional y bienestar de la familia Guayanesa. VIII. ASPECTO AMBIENTAL. ElSistema Integral de Control Automático de Procesos (SCAP), es un sistema de gestión que incluye en sus objetivos supervisar la eficiencia de la productividad y contabilizar los desperdicios;

6 40 capaz de contribuir en la protección de las personas, el medio ambiente y equipos de planta, la automatización tiene como uno de sus objetivos disminuir el impacto sobre el ambiente, por ejemplo reduce el uso de registro de datos en papel; con el SICAP se requiere contribuir a minimizar el impacto ambiental, suministrando una herramienta de administración. La certificación del sistema de gestión ambiental ISO-14001, en la cláusula sobre, mejoras continuas en los procesos y administración, otorgará un sello verde internacional a la empresa Orinoco Iron, S.C.S., el cual consiste dentro de otros aspectos en estimular el uso de tecnologías más limpias y la generación de productos amigables con el medio ambiente. Los beneficios directos e indirectos que esto genera al medio ambiente son de alta importancia lo cual estaría a favor de la conservación y uso sostenible de los recursos naturales. IX. CONCLUSIONES. En la búsqueda de optimizar operaciones, se implementa un sistema de gestión, utilizando recursos propios y el conocimiento del proceso Los usuarios de información podrán accesar a través de la red privada local (LAN) y/o la red privada virtual (VPM) que posee Orinoco Iron, facilitando el tiempo de repuesta. El SICAP es un sistema de gestión en desarrollo altamente automatizado de lazo abierto, al no generar acción directamente sobre el elemento final de control, como si lo hace el SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). El SICAP en la empresa Orinoco iron, S.C.S. tiene su aporte dos grandes áreas; en la administración del proceso FINMET y en la optimización del control del proceso, uniendo a todos sus trabajadores a través de los avances tecnológicos, en conseguir que su producto sea de calidad y en tener una herramienta predictiva, que permitirá tomar acciones de forma temprana. Además de dar oportunidad de empleo a jóvenes profesionales provenientes de nuestras universidades venezolanas y además fortalecer la aplicación del área de automatización en facilitar el trabajo del usuario. RECONOCIMIENTO Los autores están especialmente agradecidos por la asistencia recibida del personal de la gerencia técnica, producción, planificación industrial, mantenimiento y a la empresa Orinoco Iron, S.C.S. en general por la oportunidad de desarrollar investigación, desarrollo e implementación del Sistema Integral de control Automático de Procesos -SICAP. REFERENCIAS [1] A. M.Garcia, Desarrollo de una aplicación de control para un proceso en un S.C.D, Escuela Técnica Superior Enginyfria-Universitat Rovira/Virgili, Departamento de Ingeniería Electrónica y Automatización, Diciembre pp 1-3. [2] C. C. Lozano y Cristóbal Romero, Introducción a SCADA, [3] Novelys C.A., Servicios de OptimizaciónOperaciones [4] J. A. Castro y F. R. Echeverria, Introducción a las técnicas de computación inteligente, Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela, junio pp [5] Honeywell, Configuration of the PHD, Manual del Participante, UniformancemR200 PHD Administration 5747R200, [6] CISCO SYSTEM, Módulo 2, Aspectos básicos de nerworking, Autores Eladio Lobo, Ingeniero de Sistemas en el área de control de procesos. Maestría en Ing. Electrónica dirigido hacia el área de instrumentación y automatización, amplia experiencia en sistemas de control de procesos industriales y sistemas de gestión de procesos. Iván Díaz Ingeniero electrónico,culminando tesis de grado para obtener titulo de Especialista en Telecomunicaciones Digitales, experiencia en el área de Redes de Datos y Telemática. Elvin Calderón, Ingeniero de Sistemas con amplia experiencia en la programación de interfaz hombre maquina/sistemas de información y gestión de procesos.