DESARROLLO DE UN SISTEMA SCADA PARA LA PRODUCCIÓN DE HARINA EN LA EMPRESA MOLINO ELECTRO MODERNO S.A. PÁSTOR ACOSTA ISAAC, Ing. MOLINO ELECTRO MODERNO S.A. RIOBAMBA ECUADOR Resumen En la empresa Molino Electro Morno S.A. se tenían varios inconvenientes en el monitoreo y control la planta producción. Éstos se bían principalmente a la poca información que se podía mostrar en los paneles utilizados en los tableros control. Para solventar estos problemas se procedió a la implementación un sistema SCADA. El sistema se implementó utilizando Visual Basic 6.0 para la programación y PostgreSQL para la creación y manejo la base datos. El intercambio datos entre los computadores y los PLCs se realiza utilizando el protocolo comunicación OPC a través l servidor KEPDIRECT for PLC. Este sistema ha facilitado el trabajo l operador y permite obtener datos históricos funcionamiento. implementación l sistema SCADA (System for Control And Data Adquisition, o en español: Sistema Control y Adquisición datos) la supervisión y el control l proceso se realizaba s tableros control mediante tres paneles con pulsadores, indicadores luminosos y una pantalla LCD (Liquid Crystal Display) dos líneas. Este método supervisión y control presentaba algunos inconvenientes. A continuación se scriben los más importantes: I. INTRODUCCIÓN La empresa Molino Electro Morno S.A. se dica a la molienda trigo para producir harina y subproductos. El grano trigo está formado por el salvado, germen trigo y el endospermo.[1] La harina se obtiene l endospermo mientras el resto l grano se convierte en afrecho, semita y germen trigo[2]. El proceso producción se divi en dos etapas: limpieza y molienda. La limpieza consiste en scargar el trigo los camiones, limpiarlo, almacenarlo y acondicionarlo antes ser molido. El objetivo la etapa molienda es separar el endospermo l resto l grano y comprimirlo hasta obtener el producto final. En la etapa molienda el trigo limpio es molido y cernido varias veces hasta alcanzar el tamaño seado. La siguientes etapas l proceso son: dosificación vitaminas y minerales, homogenización en una tolva mezcladora y empaque l producto terminado.[2] Este proceso es controlado por dos controladores lógicos programables (PLC por sus siglas en inglés) Koyo D4-450. Uno controla la etapa limpieza y el otro la etapa molienda. Antes la No se podía conocer el estado todos los motores bido al reducido número indicadores luminosos. Si varias alarmas estaban activadas manera simultánea en el panel solo se mostraba el código la última alarma que se activó. El proceso para encendido y apagado motores modo manual era morado y requería que el operador conozca el código l motor. No existía un registro histórico eventos ni alarmas. Para solventar estos problemas la empresa solicitó la implementación un sistema SCADA. A. Características l sistema Con el objetivo facilitar la labor l operador durante las operaciones arranque, parada y funcionamiento la planta el sistema implementado bía tener las siguientes características: Pantallas interfase operador para el manejo los silos. Pantallas interfase operador para acondicionamiento materia prima Pantallas interfase operador para molienda que permitan la supervisión y control la producción harina, afrecho, semita y subproductos.
Pantallas interfase operador que permita realizar el arranque y paro l molino manera manual y automática. Almacenamiento datos con información referente a la operación la maquinaria como: horas funcionamiento y registro paradas y arranques con los motivos que los ocasionaron. B. Requerimientos la empresa La empresa requiere que el sistema sea implementado con el menor costo posible y que se utilice el protocolo OPC (OLE for Process Control) para la comunicación entre los PLCs y las computadoras. compuertas neumáticas, tectores nivel producto y protectores térmicos. El PLC la sección limpieza controla 54 salidas encargadas accionar 30 motores y 17 electro válvulas. Para controlar estos actuadores el controlador analiza el estado 64 entradas. En la etapa molienda el PLC controla 96 salidas. Las cuales activan contactores y relés encargados accionar 54 motores, una electro válvula, un vibrador, dos señales para el control un arrancador suave, dos focos señalización, una válvula MAUB y un martillo. El número entradas conectadas al PLC es 75. B. Conexión entre los computadores y los PLCs C. Protocolo OPC[3] El protocolo OPC se creó con el objetivo proveer un mecanismo estándar industrial para comunicar e intercambiar datos entre clientes y servidores utilizando la tecnología OLE (Object Linking and Embedding) Microsoft. OPC fue creado con la intención resolver los problemas l usuario final sobre interoperabilidad entre productos diferentes fabricantes. Este protocolo trabaja con el esquema cliente servidor. Los servidores son programas para computadora que se encargan leer y escribir datos en elementos control como PLCs o RTUs (Remote Terminal Unit). Los clientes se conectan con los servidores e intercambian datos a través la tecnología OLE. Varios clientes se puen conectarse con un único servidor. Para facilitar el trabajo l operador y disminuir la cantidad datos que maneja el servidor OPC, el sistema se implementó utilizando dos computadores. Un computador se conecta con el PLC la etapa limpieza y el otro con el PLC la sección molienda. La comunicación entre los computadores y los PLCs se realiza utilizando los puertos RS-232 estos elementos. El intercambio datos se realiza en grupos ocho bits encapsulados por un bit inicio, un bit parada y un bit paridad. La comunicación se realiza a la máxima velocidad permitida por los PLCs que es 38400 bps. En la Figura 1 se muestra la conexión entre los PLCs y los computadores. En el sistema SCADA implementado se utilizó el servidor OPC KEPDIRECT for PLC. Este software es sarrollado y distribuido por el fabricante los PLCs. El cliente OPC es el software sarrollado en Visual Basic 6.0. II. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA A. Estudio la planta producción Molino Electro Morno S.A. Como se scribió anteriormente la maquinaria l molino es controlada por dos PLCs. Los módulos salidas activan y sactivan contactores y relés que se encargan alimentar a los motores, electroválvulas y otros actuadores. Los módulos entrada se encargan la lectura las señales provenientes sensores giro elevadores, fines carrera Figura 1. Conexión entre los computadores y los PLCs C. Base datos Utilizando PostgresSQL se creó una base datos en la que se guardan datos históricos los eventos y alarmas ocurridas. En esta base datos también se almacena información la maquinaria e información los usuarios y l tipo acceso cada uno. Estos datos se guardan utilizando las siguientes cinco
tablas: usuarios, accesos, elementos_plc, eventos y alarmas. ventanas. La Figura 2 muestra una imagen esta ventana. La comunicación entre el software sarrollado en Visual Basic 6.0 y la base datos se realiza mediante el protocolo ODBC (Open Data Base Connectivity o conectividad abierta bases datos). Antes utilizar esta herramienta es necesario configurarla en las herramientas administrativas ubicadas en el panel control Microsoft Windows. Para realizar la lectura información s el software se utiliza el comando SQL (Standard Query Language) SELECT mientras que para la escritura datos se utilizan los comandos INSERT y UPDATE. D. Modos operación l sistema SCADA En el sistema SCADA se implementaron dos modos operación: modo control y modo supervisión. El modo control permite encenr y apagar actuadores forma manual o automática y eliminar mensajes alarma. En el modo supervisión no se pue realizar ninguna estas operaciones. De este modo se evita que estas operaciones se realicen accintalmente. Figura 2. Ventana administración l programa Las ventanas ingreso clave, agregar usuarios, eliminar usuarios y cambio contraseña cumplen la función indicada por su nombre. Estas ventanas se muestran en las Figuras 3, 4, 5 y 6. E. Ventanas l software l sistema SCADA Con el objetivo que el software sea fácil utilizar y amigable para el usuario final se crearon las siguientes ventanas: Figura 3. Ventana para el ingreso clave Ventana administración l programa, Ventana para el ingreso clave, Ventana para agregar usuarios, Ventana para eliminar usuarios, Ventana para cambio contraseña, Ventanas l proceso, Ventana para ingresar el motivo que ocasionó una alarma, y Ventanas para mostrar registros la base datos. La ventana administración programa es la primera que se muestra cuando arranca el software. Ésta permite sbloquear las funciones l sistema luego ingresar un nombre usuario y una clave válida. Luego ingresar permite accer al resto las Figura 4. Ventana para agregar usuarios
Figura 5. Ventana para eliminar usuarios Figura 7. Ventana proceso para la recepción trigo y manejo silos Figura 6. Ventana para cambio contraseña En el software se crearon cuatro ventanas proceso. En estas ventanas se realizan las operaciones encendido y apagado actuadores y eliminación señales alarma. A continuación se enumera estas ventanas. Ventana proceso para la recepción trigo y manejo silos (Figura 7). Ventana proceso para la primera segunda limpieza (Figura 8). Ventana proceso para la etapa molienda (Figura 9). Ventana proceso para el ensacado producto (Figura 10). Figura 8. Ventana proceso para la primera y segunda limpieza y Figura 9. Ventana proceso para la etapa molienda
Figura 10. Ventana proceso para el ensacado producto Figura 12. Ventana para mostrar registros alarmas La ventana para el ingreso l motivo que ocasionó una alarma aparece luego hacer doble clic sobre la señal gráfica la alarma. En esta ventana se be ingresar el motivo que será escrito en la base datos. La Figura 11 muestra una imagen esta ventana. Figura 13. Ventana para mostrar registros eventos F. Bara herramientas y menú Con el objetivo facilitar el acceso a las ventanas y a las funciones l software se implementó una barra herramientas y un menú. Los cuales funcionan l mismo modo que en cualquier software comercial. La Figura 14 muestra una imagen la barra herramientas y la Figura 15 muestra una imagen l menú. Figura 11. Ventana para ingresar el motivo que ocasionó una alarma En el software l sistema SCADA se crearon dos ventanas para visualizar los registros la base datos. En la una se puen visualizar los registros alarmas y en la otra los registros eventos. En ambas ventanas se pue seleccionar el intervalo tiempo l cual se sea ver información. Amás, en las dos ventas se encuentra un botón que al pulsarlo envía la información a Microsoft Excel. Estas ventanas se muestran en las Figuras 12 y 13. Figura 14. Barra herramientas Figura 15. Menú G. Encendido y apagado motores Todos los motores la planta se puen accionar s el software l sistema SCADA. Esta función se implementó la siguiente manera:
Los motores arranque directo se accionan modificando el valor la salida l PLC que activa el contactor que los energiza. Los motores con arranque estrella triángulo se encienn activando la etapa l software l PLC que se encarga realizar esta acción. Para apagar estos motores se coloca en cero lógico las salidas l PLC que activan los tres contactores. Hay máquinas vibratorias que trabajan con dos motores que se ben encenr y apagar al mismo tiempo. En estos casos se cambia el valor las dos salidas l PLC manera simultánea. El encendido y apagado los motores se realiza pulsando sobre el interruptor colocado a su costado. Este interruptor amás indica el estado l motor. Cuando está en rojo (Figura 16) indica que el motor está apagado y cuando el motor se encien el indicador cambia color a ver (Figura 17). Figura 16. Indicación motor apagado Figura 17. Indicación motor encendido H. Implementación sensores En las pantallas interfase operador los sensores son representados por pequeños círculos que cambian color según su estado. Cuando el sensor se activa el indicador cambia color rojo a ver. La figura 18 muestra la indicación un sensor activado y la Figura 19 muestra un sensor no activado. Figura 20. Indicador estado un motor mostrando la activación l protector térmico Figura 21. Indicación l código l protector térmico activado J. Implementación un cuadro información El cuadro información se utiliza para mostrar información los actuadores. Al hacer clic sobre uno ellos aparece el cuadro en el que se muestra el código, una breve scripción y el número horas funcionamiento. Este cuadro saparece la pantalla al dirigir el puntero l ratón a una nueva ubicación. La información mostrada se lee la base datos utilizando comandos SQL. El cuadro información se muestra en la Figura 22. Figura 18. Sensor activado Figura 19. Sensor sactivado Figura 22. Cuadro información I. Implementación protectores térmicos III. PRUEBAS REALIZADAS AL SISTEMA Cuando un protector térmico se activa en la pantalla interfase operador se muestran dos señales. El indicador estado l motor cambia color a amarillo y en la parte superior recha la pantalla se muestra el código l protector activado. En las figuras 20 y 21 se muestran estos dos indicadores. Con el objetivo comprobar el correcto funcionamiento l sistema SCADA se realizaron pruebas a todas las funciones inpendientemente y luego se realizaron pruebas globales al sistema. Se encendieron y apagaron todos los motores y se activaron las compuertas neumáticas. Se activaron manualmente los sensores y protectores térmicos y se
procedió a borrar las señales alarma. También se realizaron arranques automáticos todas las secciones la planta y paradas parciales y totales. [1] [2] Luego realizar estar pruebas se comprobó que el sistema SCADA trabaja l modo esperado. [3] Conclusiones El sistema SCADA implementado en Molino Electro Morno S.A. cumple todos los requerimientos planteados al inicio l proyecto. La implementación l sistema utilizando Visual Basic 6.0 y PostgreSQL 8.2 resultó bajo costo y buen funcionamiento pero requirió mucho tiempo puración para eliminar todos los errores. La implementación l sistema SCADA ha facilitado el trabajo l operador. El encendido y apagado manual motores y otros actuadores es mucho más sencillo. Amás, ahora se pue visualizar rápidamente el estado la maquinaria la planta. El cuadro información también ha ayudado a los operadores ya que les permite intificar rápidamente el código y ubicación los distintos actuadores y sensores. Referencias bibliográficas SHROYER, Tim. http://www.oznet.ksu.edu/aawf/july/july_3.h tm Información proporcionada por Ing. Wilson Miranda, encargado producción Molino Electro Morno S.A. OPC Task Force. OPC Overview. Versión 1.0. 1998 Biografía l autor Isaac Pástor nació en Riobamba Ecuador en 1984. Realizó sus estudios secundarios en el colegio Santo Tomás Apostol Riobamba y en Mount Nittany Middle School en el estado Pennsylvania en Estados Unidos. Estudió ingeniería en electrónica y control en la Escuela Politécnica Nacional. Sus principales intereses son los sistemas SCADA y la robótica.