SISTEMA PARA LA GESTION DEL MANTENIMIENTO PARA UN CONTROL SUPERVISORIO BASADO EN SOFTWARE LIBRE

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1 SISTEMA PARA LA GESTION DEL MANTENIMIENTO PARA UN CONTROL SUPERVISORIO BASADO EN SOFTWARE LIBRE Velásquez Rodríguez Esther 1 y Custodio Ruiz Ángel 2 1 PDVSA GAS, Anaco, Edo. Anzoátegui, 2 UNEXPO. Centro de Instrumentación y Control velasquez.esther@gmail.com; cicunexpo@gmail.com Resumen: Un SCADA es un sistema basado en computadores que permite supervisar y controlar a distancia una instalación de cualquier tipo. Entre los módulos de un SCADA se encuentra el de Mantenimiento, el cual se encarga de controlar todas operaciones relativas al mantenimiento de los equipos de la planta o empresa. El mantenimiento de la empresa, constituye un elemento clave para el logro de los objetivos de la misma. Sin un adecuado mantenimiento la maquinaria interrumpe su operación con mucha frecuencia, alterando considerablemente los programas de producción y fallándole a los clientes. Por este motivo se diseñó el módulo de mantenimiento preventivo del SCADA AGUA que está siendo desarrollado por la UNEXPO, mediante la utilización de herramientas de programación basadas en software libre como son los programas: HTML, PHP, JAVA, MYSQL, a fin de que éste (el módulo) opere bajo los sistemas operativos Windows y Linux. Este módulo se encontrará dentro del SCADA AGUA y se podrá acceder a él a través de computadores conectados a la red del Centro de Instrumentación y Control (C.I.C) de la Unexpo Puerto Ordaz. La necesidad de este trabajo radica en que actualmente no existen sistemas basados en software libre dedicados exclusivamente a gestionar el mantenimiento de plantas de tratamientos de agua y que estén enlazados en un sistema general de supervisión y control de la planta (SCADA). Normalmente estos sistemas son propietarios y no se adaptan a las necesidades puntuales solicitados por las empresas hidrológicas. Por tanto, normalmente hay que contratar un servicio externo que permita su adaptación, o desarrollar software a medida. Con el presente proyecto se tendrá todo el código fuente ya que está basado en software libre, además que será flexible para su adaptación a las políticas de las empresas hidrológicas públicas. Palabras Clave: SCADA/ Aguas residuales/ Software libre/ Mantenimiento/ Gestión MAINTENANCE MAGNAMENT SYSTEM OF A SCADA BASED IN FREE SOFTWARE Abstract: A SCADA is a computer-based system that allows remote monitoring and control facility of any kind. Modules include a SCADA is the Maintenance, which is responsible for controlling all operations relating to the maintenance of plant equipment or company. The maintenance of the company, is a key element for achieving the same objectives. Without adequate maintenance machinery operation interrupted frequently, significantly altering production schedules and failing to customers. For this reason we designed the preventive maintenance module WATER SCADA is being developed by the UNEXPO, using programming tools based on free software programs such as: HTML, PHP, JAVA, MYSQL, so it (module) to operate under Windows and Linux operating systems. This module will be within the SCADA WATER and it will be accessible through computers connected to the network of Instrumentation and Control Center (CIC) of the UNEXPO Puerto Ordaz. The need for this work is that there are currently no free software based systems dedicated to manage the maintenance of water treatment plants that are linked into a comprehensive system for monitoring and control of the plant (SCADA). Normally these systems are proprietary and are not adapted to the specific needs required by the water companies. Therefore, there is usually to hire an outside service that allows its adaptation, or develop custom software. With the current project will have all the source code as it is based on free software, also to be flexible to adapt to the policies of public water companies. Key words: SCADA/ Black Water/ Free Software/ Maintenance/ Management. Volumen 15, Nº 59, pp

2 Volumen 15, Nº 59. pp I. INTRODUCCIÓN En toda empresa es necesario mantener en buenas condiciones, la maquinaria, herramientas y equipos de trabajo, para lograr un mejor desenvolvimiento y seguridad, evitando así riesgos en el área laboral. El mantenimiento representa una inversión que a mediano y largo plazo acarreará ganancias no sólo para el empresario a quien esta inversión se le revertirá en mejoras en su producción, sino también el ahorro que representa tener trabajadores sanos e índices de accidentes bajos. El mantenimiento puede clasificarse en dos grandes grupos: Mantenimiento preventivo y mantenimiento correctivo [1-2]. El Preventivo es aquel que se realiza periódicamente con la finalidad de prolongar la vida útil de la maquinaria y prevenir fallas accidentales. El correctivo es aquel que se da cuando una maquinaria falla y es necesario repararla para que logre su funcionamiento normal. En la actualidad existen en el mercado una gran variedad de software destinados al mantenimiento, especialmente preventivo, de los equipos de una empresa [3-6]. Con su ayuda se pueden planificar las diferentes labores de mantenimiento, ya sean inspecciones de rutina, limpiezas y revisiones, llevando un control detallado de cada una de estas. El propósito general del mantenimiento preventivo es prever las fallas manteniendo los sistemas de infraestructura, equipos e instalaciones productivas en completa operación a los niveles y eficiencia óptimos; y su principal característica es la de inspeccionar los equipos y detectar las fallas en su fase inicial, y corregirlas en el momento oportuno. En el marco del desarrollo del SCADA AGUA UNEXPO, propuesto por el Centro de Instrumentación y Control de la Unexpo Puerto Ordaz para optimizar el funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales del país, se encuentra el sistema de mantenimiento preventivo [7, 8]. Este proyecto se basa en la utilización de herramientas de programación basadas en software libre, que permitan la operación en computadores en ambiente Windows ó Linux [9]. El proyecto SCADA AGUA UNEXPO es un sistema de adquisición de datos de plantas de tratamiento de agua, para su posterior procesamiento, supervisión y control de esas variables. Y por tanto esta formado por los siguientes módulos: a. Módulo I/O: Sistema interface entre las variables del proceso y el sistema. Basado en diversos tipos de puertos y tarjetas. Así como protocolos de comunicación ModBus y Ethernet. b. Módulo Configurador: En este se configura las políticas de acceso así como la base de datos con todos los instrumentos del proceso. También en este módulo se generan los proyectos, con los cuales se construyen todos los mímicos del sistema y su relación con las bases de datos y los instrumentos reales. Los mímicos son representaciones simbólicas del proceso industrial. c. Módulo Servidor: es el núcleo del sistema, donde el administrador del SCADA configura y genera todo tipo de permisos. Desde allí se observa el comportamiento de toda la planta, se ejecutan los controles, se generan los históricos, las alarmas y las tendencias del sistema. d. Módulo Cliente: es el usado por los usuarios para observar los mímicos del sistema y la evolución de las variables. Esto se puede hacer desde cualquier equipo ubicado en la internet. e. Módulos de Utilidades: Aquí se inserta el módulo de mantenimiento preventivo y correctivo. También hay módulos de registro, facturación y reclamos de usuarios. El objeto del proyecto es elaborar un módulo software para gestionar el mantenimiento de una planta de tratamiento de agua, insertado en el marco del proyecto global SCADA AGUA UNEXPO. Para la elaboración del módulo de mantenimiento del SCADA AGUA UNEXPO se utilizó HTML para la interfaz visual, PHP y JAVA para la lógica de programación y MYSQL para la creación y manejo de la base de datos. Para ello se elaborará un diagrama de flujo del proceso de mantenimiento que se debe seguir en una planta de tratamiento de agua en forma general, pero descrito paso a paso en todas sus etapas. Y luego elaborar el respectivo módulo enlazado con el proyecto general. En este trabajo, a parte de esta introducción, vienen los siguientes apartados: metodología, desarrollo, resultados y conclusiones. II. DESARROLLO 1. Descripción del Proyecto. El propósito de la investigación consiste en conocer el proceso de tratamiento de las aguas residuales y como se debe realizar el mantenimiento de los diversos equipos e instrumentos, y diseñar el software (parte del SCADA AGUA) que automatice dicho proceso, es decir, un software por medio del cual se puedan configurar las diversas rutinas de mantenimiento para cada equipo y/o instrumento y llevar un control de las mismas (Plan de mantenimiento, historial de mantenimiento de cada equipo, etc.). En la Figura 1 se muestra el diagrama general del proyecto, en el cual se puede observar la ubicación del módulo en el servidor web del SCADA AGUA, al cual se podrá acceder a través de un computador cliente conectado a la red. 104

3 Velásquez E., Custodio A. Sistema para la gestión del Mantenimiento para un control Supervisorio Basado en Software Libre. Como se observa en la Figura 2, el primer paso consiste en la elaboración del Diagrama General de la Planta, donde se mostrarán todas las secciones que componen la misma, luego se tendrían los listados de equipos que se encuentran en cada sección de la planta, con sus respectivas fichas técnicas (toda esa información se encuentra almacenada en la base de datos). Por ese medio se le pueden configurar las respectivas órdenes de mantenimiento a cada equipo y almacenarse en la base de datos para luego ser visualizadas en el panel de Plan Anual (Listado de rutinas), al cual se podrá acceder cuando se desee por el menú principal. Figura 1. Diagrama General del Proyecto La estructura del módulo será como muestra el diagrama de bloques de la Figura 2, se contará con una base de datos de la cual se lee y escribe información relacionada con los equipos de la planta de tratamiento. Cada rutina de mantenimiento efectuada será almacenada en la base de datos para construir lo que será la historia de los equipos, en donde se encontrará para cada uno en particular todas las operaciones que se le hayan realizado, junto con la fecha, el responsable, el costo y otros datos de interés para los encargados de la sección de mantenimiento de la planta. 2. Descripción del Software. El diagrama mostrado en la Figura 2 fue implementado utilizando diferentes lenguajes de programación, tanto para realizar las operaciones de configuración de las rutinas de mantenimiento como para la creación de la interfaz visual. En la Figura 3 se muestra un diagrama que representa la arquitectura general del software, con los bloques o secciones más importantes que lo constituyen. Para acceder a las diferentes secciones del módulo se debe contar con el nivel de acceso adecuado; para ello existen tres (3) niveles de acceso: Figura 2. Diagrama de Bloques del Proyecto Nivel de acceso 1: con todos los privilegios. Nivel de acceso 2: no puede ejecutar ni configurar órdenes de mantenimiento, ni borrar o editar datos, pero puede imprimir informes, historiales, fichas técnicas, etc. Nivel de acceso 3: es el de menos privilegios, sólo puede observar la información, no puede realizar ninguna otra actividad. Figura 3.Arquitectura del software 105

4 Volumen 15, Nº 59. pp Inicialmente se muestra el diagrama de la Planta. Una vez ubicado, se pueden seleccionar partes de la planta para ir a sub-páginas más detalladas de esas áreas. Luego se pueden seleccionar los equipos instalados en esas sub-áreas. Cada equipo tiene una ficha técnica donde aparecen diversos datos específicos. Al iniciar el sistema, para cada equipo se debe configurar las tareas de mantenimiento, osea, tipo de mantenimiento, frecuencia y fecha de ejecución. Una vez terminado esto se guarda. Y cada vez que haya que ejecutar el mantenimiento puede revisarse el Historial de Equipos, en el cual se podrá observar los mantenimientos ejecutados por cada equipo y las actividades pendientes o planificadas: esto es el Listado de Tareas. Cada vez que se va a ejecutar las tareas para cada equipo, se abre la opción Ejecución de las Tareas, los cuales son formularios donde se especifica paso a paso las actividades que se deben seguir para realizar el mantenimiento, y el registro del mismo. Finalmente, se pueden imprimir o generar los archivos de reportes de mantenimientos (Informe de Mantenimiento). A continuación se describen brevemente cada una de las secciones del módulo de mantenimiento del SCADA AGUA. 3. Sección Principal En la Figura 4 se muestra la página de inicio: lo primero que hace el programa es revisar en la base de datos si el usuario se encuentra registrado para acceder al módulo de mantenimiento; si es así se le permite el acceso, sino muestra un mensaje de alerta donde indica que no está autorizado a ingresar en esa página. Si el usuario tiene permiso de entrar al módulo pasa a la siguiente fase del programa donde se examina en la base de datos si hay alguna labor de mantenimiento pendiente para ese día. Si es así, muestra un mensaje recordatorio y mientras no se ponga en ejecución esa tarea, el programa sigue mostrando el mensaje; si no hay tareas pendientes entra directamente a la página principal mostrando el diagrama general del proceso (Figura 5). Página de inicio. Es la página inicial que da al usuario la bienvenida al módulo. Figura 4. Página de inicio del módulo Página principal: Diagrama de la Planta. Es la página principal, a donde es redireccionado el usuario luego de entrar al módulo. Una vez en la página principal, el usuario puede acceder a cualquiera de las secciones del módulo (dependiendo de su nivel de acceso) a través del menú y a cualquiera de las secciones de la planta gracias al diagrama general que se encuentra en esta página. 106

5 Velásquez E., Custodio A. Sistema para la gestión del Mantenimiento para un control Supervisorio Basado en Software Libre. Figura 5. Página principal del módulo 4. Secciones del módulo solo aquellos que pertenecen a la sección elegida. Listado de equipos Al hacer clic sobre alguno de los cuadros de la Figura 5 el usuario será redireccionado a una página donde se encuentra el listado de los equipos correspondientes a esa sección. Para mostrar los equipos pertenecientes a la sección seleccionada se realizan consultas a la base de datos, específicamente a la Tabla donde se encuentran almacenados todos los equipos de la planta, y se seleccionan Ficha técnica de equipos Desde el listado de los equipos se puede acceder a su ficha técnica (Figura 6), realizando, igual que en el caso anterior, consultas a la base de datos sobre un equipo en particular, en otra página se muestran todos los datos técnicos del mismo. Desde aquí el usuario podrá dirigirse a la sección de configuración de mantenimientos y/o imprimir los datos del equipo. 107

6 Volumen 15, Nº 59. pp Figura 6. Ficha técnica de equipo Configuración de las rutinas de mantenimiento Para configurar o programar las diferentes rutinas de mantenimiento se procede a insertar a la base de datos toda la información relacionada con los mismos como fecha, frecuencia, encargado, etc. Desde la sección de configuración de las rutinas de mantenimiento el usuario puede acceder al historial del equipo o al plan anual. Si lo que desea es configurar una rutina de mantenimiento al equipo, primero debe tener el nivel de acceso correcto y luego llenar el formulario respectivo. Para poder ingresar la información relativa al mantenimiento de forma correcta, el programa debe realizar una serie de cálculos previos relativos a las fechas en que se realizaran las tareas y el número de orden de las mismas; esto debido a que el módulo se basa en un plan anual de mantenimiento en el cual se tienen diferentes frecuencias para la realización de las tareas: Historial del equipo El historial del equipo se encuentra almacenado en la base de datos; cada vez que se ejecuta una de las rutinas programadas, los datos respectivos son almacenados en una tabla denominada historial (Figura 7). 108

7 Velásquez E., Custodio A. Sistema para la gestión del Mantenimiento para un control Supervisorio Basado en Software Libre. Figura 7. Historial de equipos Plan Anual. Para mostrar el Plan Anual de la planta, lo que se hace es consultar a la base de datos y mostrar todos los equipos a los cuales se les haya programado una rutina de mantenimiento. En el caso del Plan Anual de cada equipo por separado, la consulta se realiza buscando el nombre del equipo en la base de datos, específicamente en la tabla de configuraciones y se muestran todas las filas que contengan ese equipo. Los colores de los cuadros que aparecen en la columna de estado expresan el estado actual de la tarea (Figura 8): Correcto: Ejecutándose: Pendiente: se ejecutó con éxito. la tarea se está ejecutando en estos momentos. la tarea está pendiente, no se ha realizado. 109

8 Volumen 15, Nº 59. pp Figura 8. Plan anual de tareas programadas Ejecución de las tareas programadas Para la ejecución de las tareas programadas, se procede a llenar un formulario el cual es enviado a la base de datos donde queda registrada la información relativa a la ejecución de la tarea. Para la ejecución de las tareas programadas se debe tener el nivel de acceso adecuado y debe hacerse en la fecha indicada. Si trata de ejecutarlo antes de la fecha indicada se mostrará un mensaje, de igual forma si lo trata de ejecutar después de la fecha indicada. Informes de mantenimiento En esta sección se realiza la consulta e impresión de los informes de las diferentes rutinas de mantenimiento ejecutadas a los equipos. 110

9 Velásquez E., Custodio A. Sistema para la gestión del Mantenimiento para un control Supervisorio Basado en Software Libre. Figura 9. Informe de mantenimiento Sección de ayuda. Aquí el usuario encontrará un manual de como utilizar el módulo de mantenimiento del SCADA AGUA, como se realizan las diferentes operaciones y cuál es el nivel de acceso requerido para ello. III. RESULTADOS 1. La prueba del módulo de mantenimiento se realizó en el Centro de Instrumentación y Control usando la red interna. Se escogió una computadora Pentium IV bajo UBUNTU 6.06 como servidor web, donde se alojaba el módulo y se utilizaron 2 computadoras como clientes: 2. Cliente 1: Una PC Pentium IV marca HP bajo Windows XP. Nivel de acceso: Cliente 2: Una Laptop Pentium IV marca HP. Nivel de acceso: Ambas computadoras al igual que el servidor se encontraban unidas a la red del C.I.C. Como navegador web se utilizó mozilla y el resultado se muestra en la Tabla I. 111

10 Volumen 15, Nº 59. pp Tabla I. Resultados de la validación experimental La Tabla I recoge las actividades paso a paso que se fueron ejecutando para validar la operatividad del sistema: Conexión con el módulo servidor, ingreso al módulo, verificación de los niveles de acceso, validación de los mensaje de tareas pendientes, entrada a una sección, selección de equipos y visualización de ficha técnica, impresión de ficha técnica del equipo seleccionado. También se seleccionaron los equipos y se configuraron las tareas de mantenimientos respectivas, se elaboró el plan anual de mantenimiento de los equipos. Otras actividades validadas fueron: edición de datos de los equipos, eliminación de datos. Una de las actividades más importantes validadas tiene que ver con la ejecución de las tareas de mantenimiento. Para ello se seleccionó un equipo, se verificó la actividad de mantenimiento pendiente y se ejecutó de forma simulada, imprimiéndose al final el formulario respectivo de ejecución del mantenimiento. Finalmente se revisaron los históricos de historiales de mantenimiento y la consulta de informes generados. De esta manera, la Tabla I representa la validación de todas las fases posibles a desarrollar con el uso del módulo de mantenimiento. IV. CONCLUSIONES 1. Se desarrolló el sistema de mantenimiento preventivo para una planta de tratamiento de agua utilizando herramientas de programación como HTML, PHP, JAVA y MYSQL que sean capaces de operar bajo software libre. 2. El sistema de mantenimiento desarrollado permite llevar un control de todos los equipos pertenecientes a la planta de tratamiento de agua, ya que los clasifica por ubicación, muestra su ficha técnica con toda la información de relevante de cada uno. 3. Gracias a este sistema se pueden configurar las diferentes rutinas de mantenimiento para los equipos, las cuales quedan almacenadas en la base de datos destinada para 112

11 Velásquez E., Custodio A. Sistema para la gestión del Mantenimiento para un control Supervisorio Basado en Software Libre. dicho fin, y de esta forma se puede mantener a los equipos operando de una manera más óptima. 4. También es posible tener una información más detallada sobre la historia en la planta de cada equipo, debido a que cada vez que se ejecute una de las operaciones programadas, ésta se almacena en la base de datos para mostrar el historial del equipo. 5. El sistema permite la impresión de los datos de la ficha técnica de los equipos, sus historiales, formularios para la realización de la operación programada e informes de cada operación realizada, permitiendo tener también un control manual de los equipos. 6. Este sistema funciona bajo los sistemas operativos. Windows y Linux. Las pruebas se realizaron en Centro de Instrumentación y Control utilizando computadoras bajo Windows XP Profesional sp2 y UBUNTU El módulo desarrollado, al ser realizado con software libre, permite el dominio total de la tecnología, de tal manera de representar una alternativa flexible y adaptable para las plantas de tratamientos de agua, en contraposición a los desarrollos actuales propietarios. V. REFERENCIAS 1. Alpízar, E. (1992). Manual IV mantenimiento. Capítulo 5 [Libro en línea]. Disponible en Consultado el Audisio, A. (2008) Síntesis del mantenimiento industrial. [página web en línea]. Disponible en: Consultada el Abe-Soft, Software Empresarial. [página web en línea]. Disponible en: Consultada el IPYC [página web en línea]. Disponible en: Consultada el WGM Tecnologi Soft [página web en línea]. Disponible en: Consultada el INSOLCA: SysMan [página web en línea]. Disponible en: Consultada el Inserny, V., Aboul, A., Cañas, J., Custodio, A. (2008). Diseño de un sistema de supervisión centralizado para las plantas de tratamiento de agua de CVG GOSH. Ciudad Guayana. Universidad Ciencia y Tecnología, Vol.12, Nº.46, p Sánchez, G., Custodio, Á. (2007). Desarrollo de sistema SCADA para el control de caudal basado en LINUX, Universidad Ciencia y Tecnología, Vol.11, Nº.44, p Plaza, A., Granado, E., Torre, M. (2005). Diseño conceptual de un sistema SCADA basado en software de código abierto, Jornadas de Sistemas de Automatización y Control, Caracas, Venezuela, pp