SCADA para variables que intervienen en el proceso productivo del CIGB de Camagüey

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA. SCADA para variables que intervienen en el proceso productivo del CIGB de Camagüey. Autor: Raúl Alejandro Díaz Pérez Tutores: M.Sc Fidel Hernández Lozano Ing. José Omar Padrón Ramos. Santa Clara 2010 “Año 52 de La Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA SCADA para variables que intervienen en el proceso productivo del CIGB de Camagüey Autor: Raúl Alejandro Díaz Pérez E-Mail: [email protected]. Tutores: M.Sc Fidel Hernández Lozano E-Mail: [email protected]. Ing. José Omar Padrón Ramos E-Mail: [email protected]. Consultantes: M.Sc Ramón Rosa Suárez E-Mail: [email protected]. Ing. José Luis Rodríguez Fernández E-Mail: [email protected]. M.Sc Alberto Gómez Abreu E-Mail: [email protected] Santa Clara 2010 “Año 52 de La Revolución”.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial, como total y que, además, no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “…hombre es algo más que ser torpemente vivo; es entender una misión, ennoblecerla y cumplirla.”. José Martí..

(5) ii. DEDICATORIA. A mi maravillosa familia, principales forjadores de mi personalidad y mi esencia. A ellos, protagonistas imperecederos en mi formación. A ellos, por permitirme estar aquí, por ser mi mayor inspiración, por haberme convertido en el hombre que soy. Especialmente a mis abuelos Mabel López y José Pérez, por tanto esfuerzo, amor y cariño. A nuestro amigo Danilo..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mis fieles compañeros de estudio de la Universidad, por dejar una profunda huella en mí. A Glenn y Nápoles, por ser parte de esta empresa. A mis tutores y consultantes por su incondicionalidad, por responder sin vacilación a los llamados de ayuda. A mis tíos y primos de Cumanayagua, por su respaldo y tantas muestras de cariño. A la vida, por darme la oportunidad de estudiar en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, por darme las fuerzas para seguir luchando por mis sueños y crecer cada día, un tanto más, como ser humano. Nuevamente a mi familia de Camagüey, a los que le estaré eternamente agradecido. A mis tíos Lula y Fernando por su apoyo infinito, a mi primita Annia por su ternura, a mi hermano Leo por su lealtad en todo momento, a Ramón por su oportuna y definitoria ayuda en la culminación de este trabajo. A mi madre, por su ejemplo, por siempre estar ahí, a mi lado, firme e incansable. A mis dos amados abuelos, a los que va dedicado de manera especial este trabajo, resumen de estos años de estudio, que no por largos y llenos de sacrificios, dejan de ser hermosos. A todos los que de una forma u otra, aportaron a mi formación como persona e ingeniero. A todos, Gracias por existir y estar a mi lado..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Las labores a realizar por el diplomante son: •. Familiarización con los equipos y áreas vinculadas al proceso productivo del “Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología” (CIGB) de Camagüey.. •. Diseñar sistema SCADA para variables que intervienen en el proceso productivo.. •. Crear una aplicación para la supervisión.. •. Probar el sistema de supervisión en una cámara fría de productos terminados.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. El Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología (CIGB) de Camagüey, con más de 20 años de experiencia, es un polo científico destacado en el impulso y desarrollo de la ciencia cubana. Debido al ineficiente método de monitoreo de variables que intervienen en su proceso productivo, se corre el riesgo de violar regulaciones de Buenas Prácticas de Fabricación dispuestas para este tipo de productos, así como de desconocer la ocurrencia de fallas oportunamente en equipos, que componen el ciclo investigación-producción, por parte de directivos y personal de mantenimiento. Para dar solución a la problemática vigente, se diseñó un sistema SCADA (tendencia en la industria contemporánea), para supervisar el control de manera centralizada. El mismo es capaz de brindar las potencialidades necesarias y requeridas por los especialistas del Departamento de Ingeniería y Mantenimiento. Este sistema supervisor consta de una PC, donde corre la aplicación SCADA, creada en el sistema EROS, conectada a una red de PLC LG, serie Master-K120S, a los que interrogará periódicamente, para adquirir datos del campo, útiles para la toma de decisiones ante eventualidades. El producto obtenido por esta investigación (SCADA para variables que intervienen en el proceso productivo del CIGB de Camagüey), cumple con su misión fundamental: reducir vulnerabilidades y tiempo de interrupciones en la entidad objeto de estudio, constituyendo el único sistema de su tipo en estas instalaciones..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA............................ 5. 1.1. Buenas Prácticas de Fabricación.............................................................................. 5. 1.2. Características de un sistema SCADA ..................................................................... 6. 1.3. Prestaciones .............................................................................................................. 8. 1.4. Requisitos básicos .................................................................................................... 9. 1.5. Ventajas y desventajas de los sistemas SCADA .................................................... 10. 1.6. Necesidad de un sistema SCADA .......................................................................... 11. 1.7. Componentes de hardware ..................................................................................... 11. 1.8. Comunicación industrial ........................................................................................ 14. 1.8.1. Redes de comunicación industrial ................................................................ 16. 1.8.2. Topologías de las redes industriales ............................................................. 16. 1.8.3. Manejo de fallas de comunicación................................................................ 17. 1.8.4. Buses de campo ............................................................................................ 18.

(10) vii 1.9. Software SCADA ................................................................................................... 19. 1.9.1. Estructura y componentes de un software SCADA ...................................... 19. 1.9.2. Características de los software SCADA y sus principales proveedores ....... 20. 1.9.3. Sistema de Supervisión y Control de Procesos EROS versión 5.5 ............... 22. 1.10. Sistemas SCADA en Cuba ................................................................................. 24. 1.11. Ingeniería económica.......................................................................................... 25. 1.12. Conclusiones parciales ....................................................................................... 25. CAPÍTULO 2.. DISEÑO DEL SISTEMA SUPERVISOR .............................................. 26. 2.1. Descripción de áreas y equipos a supervisar .......................................................... 26. 2.2. Caracterización de variables .................................................................................. 28. 2.2.1. Cámaras Frías ............................................................................................... 29. 2.2.2. Unidades Manejadoras de Aire (UMAs) ...................................................... 30. 2.2.3. Hidroneumático, Fluido, PGD y Caldera...................................................... 31. 2.3. Instrumentos de campo .......................................................................................... 32. 2.3.1. Identificación de sensores y transmisores ..................................................... 32. 2.3.2. Unidad Terminal Remota (RTU) .................................................................. 36. 2.4. Diagrama funcional del sistema supervisor ........................................................... 39. 2.5. Configuración del Sistema de Supervisión y Control EROS ................................. 40. 2.5.1. Configuración de los dispositivos ................................................................. 41. 2.5.2. Configuración de variables ........................................................................... 42. 2.5.3. Configuración de alarmas y recetas .............................................................. 44. 2.5.4. Configuración de registros históricos ........................................................... 45. 2.6. Comprobación del sistema ..................................................................................... 45. 2.7. Evaluación económica ........................................................................................... 46.

(11) viii 2.8. Conclusiones parciales ........................................................................................... 48. CAPÍTULO 3. 3.1. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS .................................. 49. Estructura de la red de PLC ................................................................................... 49. 3.1.1. Conversor de medio RS-232/RS-485 ........................................................... 51. 3.2. Interfaz Hombre-Máquina (HMI) .......................................................................... 52. 3.3. Resultados de la comprobación al sistema ............................................................. 56. 3.4. Factibilidad del proyecto ........................................................................................ 56. 3.5. Conclusiones del capítulo ...................................................................................... 58. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 59 RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 60 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 61 Anexo I. Instalaciones en Cuba del sistema EROS. ................................................. 63. Anexo II. Tabla de productos y precios en CUC. ......................................................... 65. Anexo III. Cálculos del Valor Actual Neto (VAN). ..................................................... 66.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. El desarrollo científico alcanzado en Cuba, sin lugar a dudas, está impulsado fundamentalmente por los estudios biotecnológicos, una de las principales ramas de la ciencia cubana, de la cual son protagonistas los diferentes Centros de Ingeniería Genética y Biotecnología (CIGB) creados en el país. El CIGB de Camagüey, desde su fundación hace ya 20 años, se ha dado a conocer y demostrado ser uno de los polos con resultados más relevantes, contribuyendo de forma sustancial al desarrollo biotecnológico en nuestra nación, ganando reconocimiento en el área y en otras latitudes del Planeta. Atendiendo a la importancia que tiene este renglón, el Estado lo ha ubicado entre sus prioridades fundamentales. Este Centro, en particular, ha llevado a cabo diversos proyectos de investigación y desarrollo, encaminados a lograr productos de vital importancia para la salud pública y el sector agropecuario. Cerrando el ciclo investigativo, en el Centro se encuentra una planta destinada a la producción de vacunas y demás productos biotecnológicos desarrollados en el mismo. Debido a la sensibilidad y elevados requerimientos de los mencionados compuestos, la estabilidad de los diferentes parámetros, que influyen en sus procesos de producción, es de gran importancia para alcanzar la calidad requerida por los mercados nacionales e internacionales. Dicha calidad está determinada, entre otras cosas, por un conjunto de requisitos y actividades relacionadas entre sí, que aseguran que los productos sean consistentemente producidos y controlados, según regulaciones de Buenas Prácticas de Fabricación, establecidas de acuerdo al uso que se le pretende dar a los mismos..

(13) INTRODUCCIÓN. 2. Actualmente, el CIGB de Camagüey monitorea variables del proceso productivo a partir de una pizarra de indicadores, que señaliza lumínicamente solo las fallas de seis equipos de un total de 37. Por otra parte, esta práctica abarca una sola señal por equipo, no proporciona valores de variables y tratamiento de alarmas del resto de los equipos, además de no generar registros históricos de las señales, lo cual dificulta la coordinación con el área de mantenimiento, al no disponer de la información precisa en tiempo real para corregir anormalidades tecnológicas. Lo anteriormente expuesto, no sólo eleva los costos de producción, operación y mantenimiento, sino que dificulta la toma de decisiones operativas. Ante la situación descrita, surgen las siguientes interrogantes: ¿Qué estrategia de supervisión de variables debe implementarse en el CIGB de Camagüey, para elevar la eficacia de los procesos, reduciendo sus vulnerabilidades? ¿Qué sistema permitiría centralizar la información en tiempo real de un número mayor de variables, optimizando, a la vez, la fuerza de trabajo y brindando seguridad a las producciones? Según reporta la literatura especializada (Simón 2005; Castellanos 2008), a partir del desarrollo tecnológico alcanzado en los años 90, los ordenadores empezaron a aplicarse en el control industrial y la supervisión de procesos, pudiendo realizar tareas de recolección y almacenamiento de datos, generación de comandos de control, y una nueva función muy importante: la presentación de la información sobre una pantalla. De esta manera, quedarían desplazados los sistemas supervisores pioneros, que simplemente eran capaces de proporcionar reportes periódicos de las variables de campo, vigilando las señales que representaban medidas y/o condiciones del estado de la planta. En muchos casos, lo que se hacía era imprimir o registrar en papel la información de las variables de la planta. Estos sistemas ofrecían capacidades muy simples de monitoreo y control, sin proveer de funciones de aplicación alguna. La visión del operador del proceso estaba basada en instrumentos y señalizaciones lumínicas montadas en paneles llenos de indicadores. De ahí, que muchas empresas, viendo la necesidad y rápido avance del desarrollo de los ordenadores, comenzaran a realizar programas de aplicación específicas, para atender requisitos de algún proceso en particular..

(14) INTRODUCCIÓN. 3. Hoy día, diversas empresas son las que se encargan de desarrollar software de aplicación, diseñados especialmente para ejecutarse sobre ordenadores, destinados al control de la producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores digitales autónomos, autómatas programables, instrumentación inteligente, etcétera) y, controlando el proceso de forma automática, desde la pantalla del ordenador. A este tipo de sistema de supervisión se le conoce como SCADA, lo cual corresponde a las siglas en inglés de "Supervisory Control And Data Acquisition". Un SCADA permite realizar a distancia operaciones de control, supervisión y registro de datos del proceso industrial. De esta manera, un sistema de este tipo provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto desde el propio nivel de campo, como de otros niveles supervisores superiores, que pueden llegar hasta nivel de empresa, abarcando aspectos tan importantes como el control de calidad, supervisión, mantenimiento, entre otros. Teniendo en cuenta los elementos analizados, el problema de investigación del presente estudio consiste en el diseño de un SCADA para variables que intervienen en el proceso productivo del CIGB de Camagüey. En base a esto, el objetivo general del trabajo es el siguiente: ¨ Diseñar un SCADA para variables que intervienen en el proceso productivo del CIGB de Camagüey.¨ En consecuencia, los objetivos específicos se definen a continuación: Objetivos Específicos: •. Identificar los componentes asociados a la instrumentación de campo.. •. Diseñar la estructura de la red de adquisición de datos.. •. Crear una aplicación SCADA para las variables de interés.. •. Probar el sistema de supervisión en una cámara fría de productos terminados.. •. Analizar la propuesta desde el punto de vista de su factibilidad económica.. Tareas de investigación: 1. Valoración del marco teórico acerca de sistemas SCADAs..

(15) INTRODUCCIÓN. 4. 2. Definición y levantamiento de los componentes asociados a la instrumentación de campo. 3. Clasificación de las señales según su naturaleza, selección de dispositivos de adquisición de datos y definición del modo de comunicación. 4. Selección y configuración de software SCADA. 5. Comprobación del sistema de supervisión diseñado, en una cámara fría de productos terminados. 6. Cálculo de la factibilidad económica de la propuesta. Organización del Informe: El trabajo consta de tres capítulos: Capítulo 1: SCADAs y la supervisión en la industria. Siendo el primer capítulo del trabajo, se encargará de la valoración del marco teórico de los sistemas SCADA y el desarrollo de estos en nuestro país, haciendo un aparte en la comunicación industrial, como uno de los elementos fundamentales para una eficaz supervisión. Se tocarán aspectos a tener en cuenta a la hora de evaluar económicamente la selección de alternativas de inversión. Capítulo 2: Diseño del Sistema Supervisor. Primeramente se hará una descripción de los equipos a supervisar, seguido de la caracterización de las variables de interés para el supervisor, así como de la naturaleza de las señales a tratar. Teniendo en cuenta el estudio anterior, se identificará la instrumentación de campo necesaria para la implementación del sistema. Luego, se presentará el diagrama funcional del sistema supervisor y se creará una aplicación SCADA en el sistema EROS. Se hará una descripción de la comprobación realizada al sistema en una cámara fría de productos terminados. Por último, se evalúa económicamente las alternativas, en busca de seleccionar la más factible. Capítulo 3: Análisis y discusión de resultados. En este último capítulo, se analizarán y discutirán los resultados obtenidos con la culminación del trabajo. Se presentará la estructura de la red de PLC, destinada a la adquisición de datos y el mando. Se mostrarán mímicos del HMI y las potencialidades de la aplicación. Además, se expondrán los resultados obtenidos de las pruebas realizadas al sistema. Por último, se analizará la factibilidad de la propuesta diseñada..

(16) CAPÍTULO 1.. CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 5. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. Este primer capítulo permite la compresión de los conceptos y elementos básicos a tener en cuenta para la realización de un sistema SCADA. Aborda temas relacionados a la comunicación en entornos industriales, que evidencian su importancia para la eficaz aplicación de un sistema de supervisión. Finalmente, se trata la actualidad del tema en nuestro país y se hace una revisión bibliográfica de los aspectos económicos considerados en el análisis de factibilidad del proyecto. 1.1. Buenas Prácticas de Fabricación. Las Buenas Prácticas de Fabricación de Productos Farmacéuticos, al igual que otros documentos. complementarios (Buenas Prácticas para. la. fabricación de productos. estériles, Buenas Prácticas de productos biológicos, etcétera), forman partes esenciales del Sistema de Gestión de la Calidad, que es necesario establecer para obtener productos con la adecuada calidad, seguridad y eficacia. Ellas garantizan que estos sean consistentemente producidos y controlados, de acuerdo con los estándares de calidad, adecuados al uso que se les pretende dar y conforme a las condiciones exigidas para su comercialización (CECMED 2006). Se define como Buenas Prácticas de Fabricación (BPF) lo siguiente: Conjunto de requisitos y actividades relacionadas entre sí, que aseguran que los productos sean consistentemente producidos y controlados, de acuerdo con los estándares de calidad adecuados al uso que se les pretende dar y conforme a las condiciones exigidas para su comercialización (CECMED 2006)..

(17) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 6. A partir de la definición anterior, queda evidenciada la necesidad de implementar un sistema capaz de garantizar la eficiencia de las propias BPF. Como se sabe, el sistema implementado actualmente no brinda la información precisa y suficiente para supervisar el ejercicio de las producciones. Siendo así, la violación o no de la Regulación No. 16-2006 del Ministerio de Salud Pública de la República de Cuba, depende en todo momento de la eficacia de los controladores de los equipos o del incompleto sistema de monitoreo vigente, el que no brinda toda la información requerida. 1.2. Características de un sistema SCADA. Los sistemas de Control Supervisorio y Adquisición de Datos son conocidos por el término SCADA, que proviene de las siglas en inglés "Supervisory Control And Data Acquisition". Un SCADA consiste en un software de aplicación, diseñado especialmente para ejecutarse sobre ordenadores destinados al control de la producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores digitales autónomos, autómatas programables, instrumentación inteligente, etcétera) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador (Castellanos 2008). El mismo, permite realizar a distancia operaciones de control, supervisión y registro de datos del proceso industrial. De esta manera, un sistema de este tipo, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto desde el propio nivel de campo, como de otros niveles supervisores superiores, que pueden llegar hasta nivel de empresa, abarcando aspectos tan importantes como el control de calidad, supervisión, mantenimiento, entre otros. Todos los programas necesarios y, en su caso, el hardware adicional, que evidentemente siempre se necesita, se denomina, en general, sistema SCADA. Estos sistemas mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control, proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas. De igual forma, ya que cuenta con información del proceso de primera mano (alarmas, históricos, paradas, entre otras), permite la integración con otras herramientas, como lo son las bases de datos, estadísticas del proceso, uso de intranets, etcétera. De forma general, los SCADA permiten al cliente conocer en todo momento el estado de una instalación, centralizando toda la información de los emplazamientos remotos en uno o.

(18) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 7. varios Puestos de Control. Los equipos de control situados en las estaciones analizan los parámetros más importantes, recogiendo los valores aportados por los diferentes sensores. Cuando se identifica una situación especial o de alerta, estos equipos realizan la actuación adecuada y advienen del mismo al Puesto de Control, desde donde se procesa la información y se genera de forma automática la señal de mando apropiada. De igual forma, desde el Puesto de Control se puede obtener, en tiempo real, cualquier información relativa a las estaciones remotas. Además de gestionar alarmas y de capturar datos, los sistemas SCADA permiten generar planes de mantenimiento y eficaces procedimientos de actuación para los operadores. Estos facilitan el trabajo del personal de mantenimiento, permitiendo automatizar procesos hasta niveles insospechados por el propio cliente (Castellanos 2008). Para comunicar las estaciones remotas con los puestos de control se utilizan las redes de comunicación. Estas redes pueden ser privadas (PMR, Trunking, Tetra, Wireless Lan, Wireless Wan, etcétera), o redes de operadores públicos (Red telefónica, GSM, GPRS). Los sistemas pueden basar sus comunicaciones en una única red, o permitir una comunicación redundante, que garantice la comunicación en caso de problemas en alguna de las redes. Los sistemas SCADA, en su función de sistemas de control, dan una nueva característica de automatización, que realmente pocos sistemas ofrecen: la de supervisión. Sistemas de control hay muchos y muy variados y todos, bien aplicados, ofrecen soluciones óptimas en entornos industriales. Lo que hace de los sistemas SCADA una herramienta diferenciativa es la característica de control supervisado. De hecho, la parte de control viene definida y supeditada, por el proceso a controlar y, en última instancia, por el hardware e instrumental de control (PLCs, controladores lógicos, armarios de control, etcétera), o los algoritmos lógicos de control aplicados sobre la planta, los cuales pueden existir previamente a la implantación del sistema SCADA, el cual se instalará sobre y en función de estos sistemas de control. Otros sistemas SCADA pueden requerir o aprovechar el hecho de que implantamos un nuevo sistema de automatización en la planta, para cambiar u optimizar los sistemas de control previos (Jaume Romagosa Cabús 2004). Se puede definir la palabra supervisar, como ejercer la inspección superior en determinados casos, ver con atención o cuidado y someter una cosa a un nuevo examen para corregirla o repararla, permitiendo una acción sobre la cosa supervisada. La labor del supervisor.

(19) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 8. representa una tarea delicada y esencial desde el punto de vista normativo y operativo; de esta acción depende, en gran medida, garantizar la calidad y eficiencia del proceso que se desarrolla. Por lo tanto, tenemos una toma de decisiones sobre las acciones últimas de control por parte del supervisor, que en el caso de los sistemas SCADA, recaen sobre el operario. Ver figura 1.1.. Figura 1.1 Estructura básica de un sistema de supervisión y mando.. Un sistema SCADA tiene como característica fundamental el empleo de varios protocolos y vías para establecer la comunicación. El mismo es capaz de comunicarse sobre diversos medios físicos, ya sea líneas telefónicas, sistemas de microondas, transmisión por radio UHF/VHF, cables, fibra óptica y, en los casos más complejos, por sistemas de satélites. 1.3. Prestaciones. Las prestaciones que puede ofrecernos un sistema SCADA eran impensables hace una década y son las siguientes: (Jaume Romagosa Cabús 2004) •. Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia de un ordenador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias.. •. Generación de datos históricos (en lo adelante, históricos) de señales de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.. •. Creación de informes, avisos y documentación en general.. •. Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso el programa total sobre el autómata ( bajo unas ciertas condiciones)..

(20) CAPÍTULO 1.. •. Posibilidad. de. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. programación. numérica,. que. permite. realizar. 9 cálculos. aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador y no sobre la del autómata, menos especializado. A partir de las prestaciones expuestas, se pueden desarrollar aplicaciones para ordenadores (tipo PC, por ejemplo), con captura de datos, análisis de señales, presentaciones en pantalla, envío de resultados a disco e impresora, entre otras. Además, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de funciones, que incluye zonas de programación en un lenguaje de uso general (como C, Pascal, o Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad. Algunos SCADA ofrecen librerías de funciones para lenguajes de uso general, que permiten personalizar de manera muy amplia la aplicación, que desee realizarse con dicho SCADA (Simón 2005). Como se aprecia, y según corrobora (Castellanos 2008), los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control, proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas. De igual forma, ya que cuenta con información del proceso de primera mano (alarmas, históricos, paradas, entre otras), permite la integración con otras herramientas, como lo son las bases de datos, estadísticas del proceso, uso de intranets, etcétera. 1.4. Requisitos básicos. Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalación sea perfectamente aprovechada: (Castellanos 2008) ¾ Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse, según las necesidades cambiantes de la empresa. ¾ Deben comunicar, con total facilidad y de forma transparente, al usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestión). ¾ Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario. Los ordenadores convencionales se utilizan normalmente como soporte hardware de los programas SCADA, desde miniordenadores PC, hasta estaciones de trabajo, e incluso.

(21) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 10. ordenadores personales de sobremesa, con alguna protección adicional para operar en ambientes industriales. Aunque pueden emplearse arquitecturas basadas en ordenadores con sistema operativo DOS Windows y paquetes de software, que incluyen funcionalidades para mejorar sus prestaciones, la disponibilidad de máquinas con sistemas operativos más completos (VAX/VMS, Unix, Windows NT, entre otros) y arquitecturas cliente-servidor, que comparten recursos informáticos, permiten ofertar programas que atienden varios servicios a la vez. En muy grandes aplicaciones, se utilizan estas arquitecturas cliente-servidor para distribuir los datos procesados entre diferentes ordenadores y así, reducir la carga de cada uno de ellos (Castellanos 2008). 1.5. Ventajas y desventajas de los sistemas SCADA. Cuando hablamos de un sistema SCADA, no hay que olvidar que hay algo más que las pantallas que nos informan de cómo van las cosas en la instalación. Tras estas, se encuentran multitud de elementos de regulación y control, sistemas de comunicaciones y múltiples utilidades de software, que pretenden que el sistema funcione de forma eficiente y segura. Las ventajas y desventajas más evidentes de los sistemas de control automatizado y supervisado (SCADA) son mencionadas a continuación: (Castellanos 2008) Ventajas: 1. Reducción de los costos de producción, operación y mantenimiento. 2. Aumento de producción 3. Diversificación de la producción. 4. Mejoramiento de la coordinación con el área de mantenimiento. 5. Se dispone de información precisa para efectos de estudio, análisis y estadística. 6. No se requiere de personal para realizar labores de lectura de las variables, ya que estos son leídos y enviados a centros de cómputos a través de la red. 7. Sistema de medición más rápido y confiable..

(22) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 11. Desventajas: 1. Se requiere de una red industrial fiable, pues resultaría crítico no contar con la misma. 2. Alto costo inicial, por concepto de adquisición de los equipos e implantación del sistema acorde a las necesidades y requisitos exigidos. 3. Se requiere además realizar gastos en conexión a la red de datos. 1.6. Necesidad de un sistema SCADA. Para evaluar si un sistema SCADA es necesario para manejar una instalación dada, el proceso a controlar debe cumplir las siguientes características: (Castellanos 2008) a) El número de variables del proceso que se necesita monitorear es muy alto. b) El proceso está geográficamente disperso. Esta condición no es limitativa, ya que puede instalarse un SCADA para la supervisión y control de un proceso local. c) La información del proceso se necesita en el momento en que los cambios se producen en el mismo, o en otras palabras, la información se requiere en tiempo real. d) La necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la planta, así como la toma de decisiones, tanto gerenciales como operativas. e) Los beneficios obtenidos en el proceso, justifican la inversión en un sistema SCADA. Estos beneficios pueden reflejarse como aumento de la efectividad de la producción, de los niveles de seguridad, etcétera. f) La complejidad y velocidad del proceso permiten que la mayoría de las acciones de control sean iniciadas por un operador. 1.7. Componentes de hardware. Un sistema SCADA, como aplicación de software industrial específica, necesita ciertos componentes inherentes de hardware en su sistema, para poder tratar y gestionar la información captada (Jaume Romagosa Cabús 2004). Ver figura 1.2, donde se muestra la estructura básica de un sistema SCADA, a nivel de hardware..

(23) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 12. Figura 1.2 Estructura básica de un sistema SCADA a nivel de hardware.. A continuación se detallan los componentes fundamentales de hardware, que refiere la literatura consultada: Ordenador Central o MTU (Master Terminal Unit): Se trata del ordenador principal del sistema, el cual supervisa y recoge la información del resto de las subestaciones, bien sean otros ordenadores conectados (en sistemas complejos) a los instrumentos de campo, o directamente sobre dichos instrumentos. Este ordenador suele ser un PC, el cual soporta el HMI. De esto se deriva que el sistema SCADA más sencillo es el compuesto por un único ordenador, el cual es la MTU que supervisa toda la estación. Las funciones principales de la MTU son las siguientes: ¾ Interroga en forma periódica a las RTU’s1, y les transmite consignas; siguiendo usualmente un esquema maestro-esclavo. ¾ Actúa como interfaz al operador, incluyendo la presentación de información de variables en tiempo real, la administración de alarmas, y la recolección y presentación de información historiada. ¾ Puede ejecutar programas especializados, que cumplen funciones específicas asociadas al proceso supervisado por el SCADA.. 1. Unidad terminal remota o Remote Terminal Unit. Ver más adelante..

(24) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 13. Ordenadores Remotos o RTUs (Remote Terminal Unit): Estos ordenadores están situados en los nodos estratégicos del sistema, gestionando y controlando las subestaciones del mismo; reciben las señales de los sensores de campo, y comandan los elementos finales de control, ejecutando el software de la aplicación SCADA. Se encuentran en el nivel intermedio o de automatización. A un nivel superior está la MTU y a un nivel inferior, los distintos instrumentos de campo, que son los que ejercen la automatización física del sistema, control y adquisición de datos. Una tendencia actual es la de dotar a los PLCs (en función de las entradas y salidas (E/S) a gestionar) con la capacidad de funcionar como RTUs, gracias a un nivel de integración mayor y CPUs con mayor potencia de cálculo. Esta solución minimiza costes en sistemas, donde las subestaciones no sean muy complejas, sustituyendo el ordenador industrial mucho más costoso. Ver figura 1.3.. Figura 1.3 Funciones básica de una RTU en sistemas SCADA (Relación E/S).. Red de Comunicación: Este es el nivel que gestiona la información que los instrumentos de campo envían a la red de ordenadores desde el sistema. El tipo de bus utilizado en las comunicaciones puede ser muy variado según las necesidades del sistema y del software escogido para implementar el sistema SCADA, ya que no todos los software (así como los instrumentos de campo como PLCs) pueden trabajar con todos los tipos de bus. Hoy en día, gracias a la estandarización de las comunicaciones con los dispositivos de campo, podemos implementar un sistema SCADA sobre prácticamente cualquier tipo de bus. Podemos encontrar SCADAs sobre formatos estándares como los RS-232, RS-422 y RS-485 a partir de los cuales, y mediante un protocolo TCP/IP, podemos conectar el.

(25) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 14. sistema sobre un bus en configuración DMS ya existente; pasando por todo tipo de buses de campo industriales, hasta formas más modernas de comunicación como Bluetooth (bus de radio), micro-ondas, satélite, cable, etcétera. A parte del tipo de bus, existen interfaces de comunicación especiales para la comunicación en un sistema SCADA, como pueden ser módems para estos sistemas que soportan los protocolos de comunicación SCADA y facilitan la implementación de la aplicación. Otra característica de las comunicaciones de un sistema SCADA es que la mayoría se implementan sobre sistemas WAN de comunicaciones, es decir, los distintos terminales RTU pueden estar deslocalizados geográficamente. Instrumentos de campo: Referido a los instrumentos que permiten, tanto realizar la automatización o control del sistema (PLCs, controladores de procesos industriales, y actuadores en general), como los que se encargan de la captación de información del sistema (sensores y alarmas). Una característica de los sistemas SCADA es que sus componentes son diseñados por distintos proveedores, sin coordinación entre sí. Así, se tienen diferentes proveedores para las RTUs (incluso es posible que un sistema utilice RTUs de más de un proveedor), módems, radios, minicomputadores, software de supervisión e interfaz con el operador, software de detección de pérdidas, entre otros (Jaume Romagosa Cabús 2004). 1.8 Comunicación industrial Desde inicio de los años 60, las redes industriales de comunicación implementadas en sistemas de control han ocupado grandemente el interés de los ingenieros en control, especialistas en computación y por supuesto de los especialistas en comunicación. La transmisión de información desde el más bajo nivel en la pirámide de control, hasta el nivel de empresa, ha sido objeto de constante preocupación e innovación a lo largo de todos estos años y continúa en desarrollo a ritmos acelerados. Las comunicaciones en el entorno industrial constituyen unos de los puntos de mayor importancia a tener en cuenta en un sistema moderno de producción. Las exigencias actuales imponen que sea necesario garantizar niveles adecuados de comunicación desde el.

(26) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 15. más elemental sensor, hasta el más sofisticado nivel informativo, permitiendo la automatización global de la fábrica o empresa. En una instalación fabril existen una gran variedad de equipos y dispositivos dedicados al control; el desarrollo de las redes industriales ha establecido la forma adecuada de unir todos estos elementos, aumentando el rendimiento y proporcionando nuevas posibilidades en la comunicación (Castellanos 2008). Las ventajas que trae consigo el empleo de las redes industriales se pueden resumir en las siguientes: ¾ Intercambio fiable de información entre el proceso e instancias superiores de control y gestión. ¾ Adquisición de datos de la planta de forma rápida y segura. ¾ Visualización y supervisión de todo el proceso productivo, pudiéndose detectar fallas y problemas de procesos remotos desde una estación central de control. ¾ Mejora en el rendimiento, explotación y funcionamiento global del sistema. ¾ Posibilita la programación remota y el control a distancia. ¾ Mayor fiabilidad, productividad y disminución de los costos. ¾ Permiten el trabajo coordinado de varios dispositivos a la vez de forma paralela, reduciendo el tiempo de operación. ¾ Procesamiento de gran cantidad de información, acceso a datos a altas velocidades. ¾ Integración rápida y simple de los diversos subsistemas en una planta. ¾ Facilidad en la expansión del sistema, pudiéndose aumentar nuevos terminales y nuevos procesos. La red o sistema de comunicación se realiza por diferentes medios: línea dedicada, línea telefónica, cable coaxial, fibra óptica, telefonía celular, radio VHF/UHF, microondas, satélites, entre otros. De esta manera los datos son trasferidos hacia una estación central mediante el medio físico más apropiado. La forma en que se envía o se reciben los datos en un proceso, está incorporada como parte esencial dentro de un sistema SCADA. El soporte de la comunicación a tener en cuenta depende del tamaño del sistema SCADA, la distancia de las RTU, la cantidad de datos que se van a transmitir, velocidad y disponibilidad del servicio público de comunicación, características del proceso y tipo de aplicación, entre otras..

(27) CAPÍTULO 1.. 1.8.1. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 16. Redes de comunicación industrial. En la estructura más generalizada para la red industrial, se pueden distinguir claramente tres niveles, ellos son: (Castellanos 2008) Nivel bus de campo. Nivel LAN. Nivel LAN/WAN. Nivel de bus de campo: Nivel de red más próximo al proceso y se encarga de la integración de pequeños automatismos (autómatas compactos, multiplexores de E/S, controladores PID, equipos de medida, etcétera.). Suelen formar células de fabricación. Nivel de LAN: Nivel superior al anterior que enlaza las células de fabricación. Está formado por autómatas de gama alta y ordenadores para control de calidad. Nivel de LAN/WAN: Nivel más próximo al área de gestión, que integra los niveles anteriores en una estructura de fábrica o múltiples factorías. Está formado por ordenadores y redes de ordenadores (Carlos de Castro Lozano). Ver figura 1.4.. Figura 1.4 Estructura básica de las redes industriales.. 1.8.2. Topologías de las redes industriales. La comunicación industrial se puede clasificar en dependencia de diversos parámetros; según su topología, tipo de red, su jerarquía, medio físico, sus especificaciones y niveles. La figura 1.5, muestra diferentes tipos de topologías de redes..

(28) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 17. Figura 1.5 Diferentes tipos de topologías de redes.. Generalmente cualquier aplicación de cierta envergadura utiliza varios de estos métodos de forma simultánea, tanto en medios de transmisión como en topologías. Esto permite su implantación de forma más eficiente, adaptando los recursos técnicos al terreno y optimizando los costes. 1.8.3. Manejo de fallas de comunicación. Los SCADA deben ser confiables, por lo que los sistemas de comunicación para estos se han desarrollado para manejar comunicaciones de una manera predecible. Esto es importante cuando está implicado el control, ya que sería desastroso si las fallas de comunicación causaran que el sistema hiciera funcionar inadvertidamente el sector incorrecto de la planta. La operación normal para un sistema SCADA es esperar siempre que la transmisión sea reconocida. El sistema de interrogación que emplea tiene seguridad incorporada, en la que cada estación externa está controlada y debe responder periódicamente. Si no lo hace, entonces se hará un número predeterminado de recomprobaciones. Las fallas repetidas harán que la RTU en cuestión sea marcada como “fuera de servicio” (en un sistema de interrogación, una falla de comunicación bloquea la red por un período de tiempo relativamente largo, y una vez que se haya detectado una falla, no hay motivo para volver a revisar). Por la importancia de la exactitud de la transmisión de un SCADA, la aplicación toma directamente la responsabilidad sobre ella. Esto se produce en contraste con protocolos de comunicación más generales, donde la posibilidad de transmitir datos confiablemente se deja a los mismos protocolos. A medida que se utilicen protocolos de comunicación más sofisticados, y los proveedores de SCADA comiencen a tomar.

(29) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 18. confianza en ellos, entonces la responsabilidad de manejar errores será transferida al protocolo (Dagoberto Montero 2004). 1.8.4. Buses de campo. El bus de campo, constituye el nivel más simple y próximo al proceso dentro de la estructura de comunicaciones industriales. Los buses de campo más recientes permiten la comunicación con buses jerárquicamente superiores y más potentes (Carlos de Castro Lozano). Las características generales más comunes de los buses de campo son: (Castellanos 2008) ¾ Sus estándares de comunicación cubren sólo una parte del modelo OSI, concretamente los niveles físico (1), enlace (2) y aplicación (7). El resto de niveles no son imprescindibles para una red de tipo muy local, donde los medios de conexión son de uso exclusivo y la estructura lógica es única. Sólo algunas funciones que se podrían considerar propias de los niveles de red y sesión, se añaden a los niveles 2 y 7 para enlazarlos entre sí. ¾ En general, las especificaciones de un determinado bus admiten más de un tipo de conexión física entre las que están normalizadas. Sin embargo, la más común es un bus semiduplex, comunicación en banda base, tipo RS-485. Se encuentran también opciones que trabajan con RS-422 y conexiones en bucle de corriente. ¾ Lo que realmente define el tipo de bus y le da el nombre es el protocolo de acceso al medio (MAC: Medium Access Control) y de enlace (LLC: Logical Link Control). Dicho protocolo suele incluir también un soporte rudimentario para la capa de aplicación, que consiste en la definición de una serie de funciones y servicios de la red, mediante códigos de operación estándar. ¾ El nivel de aplicación, dirigido al usuario, suele ser propio de cada fabricante, apoyándose en las funciones estándar antes mencionadas para crear programas de gestión y presentación casi siempre dedicados a una gama específica de productos. A lo sumo, el software de aplicación es abierto y, permite la programación en un lenguaje estándar para que cada usuario pueda configurar el nivel de presentación a su conveniencia, apoyándose en librerías estándar..

(30) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 19. ¾ Salvo el caso de BITBUS, todos los buses de campo suelen utilizar comunicación serie asíncrona, con velocidades relativamente lentas. ¾ En la mayor parte de los buses de campo, el protocolo está previsto para gestionar una red con estructura lógica de tipo maestro - esclavo, donde el control de red lo tiene siempre el maestro. Existen, sin embargo, algunos buses de creación más reciente que presentan estructura con posibilidad de maestro flotante. Hay diversos buses según fabricantes y agrupaciones de fabricantes, siendo los más extendidos los siguientes: (Carlos de Castro Lozano) Modbus Modicon: Marca registrada de GOULD INC. Define un protocolo de comunicación de topología maestro-esclavo. Su principal inconveniente es que no está reconocido por ninguna norma internacional. BITBUS: Marca registrada por Intel. De bajo coste y altas prestaciones. Intel cedió a dominio público el estándar, por lo que se considera un estándar abierto. Está reconocido por la normativa IEE 1118. Se trata de un bus síncrono, cuyo protocolo se gestiona completamente mediante el microcontrolador 8044. Profibus: Impulsado por los principales fabricantes alemanes. El protocolo es un subjuego de MINIMAP. Está impulsado por ser un estándar abierto y bajo norma DIN 19.245. 1.9. Software SCADA. El corazón de un sistema SCADA está en el "Software SCADA", que es el encargado de supervisar y controlar el proceso a través del hardware de control. Generalmente, el software SCADA trabaja conjuntamente con un PLC o una red de PLC. Este software permite supervisar el proceso desde un microcomputador, así como realizar las acciones de control a través del PLC, controlador o sistema de control. 1.9.1. Estructura y componentes de un software SCADA. Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y control son los siguientes: (Castellanos 2008).

(31) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 20. Configuración: Permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar y los niveles de acceso para los distintos usuarios. Interfaz gráfico del operador: Proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos, almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete. Módulo de proceso: Ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuales de variables leídas. La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (como C++, Basic, etcétera.) Gestión y archivo de datos: Se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre esta y el resto de elementos informáticos de gestión. 1.9.2. Características de los software SCADA y sus principales proveedores. Para obtener las características y prestaciones propias de un sistema SCADA, su software debe presentar las siguientes funciones: •. Manejo del soporte o canal de comunicación.. •. Manejo de uno o varios protocolos de comunicación (Drive).. •. Manejo y actualización de una Base de Datos.. •. Administración de alarmas (Eventos).. •. Generación de archivos históricos.. •. Interfaz con el operador (HMI - Human Machine Inteface).. •. Capacidad de programación (Visual Basic, C, entre otros).. •. Transferencia dinámica de datos (DDE).. •. Conexión a redes..

(32) CAPÍTULO 1.. •. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 21. Debe tener capacidad para comunicarse con múltiples redes de instrumentos, aún siendo de distinta procedencia y fabricantes (Standard IEC 1131.3) (Jaume Romagosa Cabús 2004).. Ver en la figura 1.6, el entorno que presenta un software SCADA.. Figura 1.6 Entorno de un software SCADA.. A continuación se expondrán los principales software SCADA que se encuentran en el mercado, sus fabricantes y distribuidores (Tabla 1.1). Algunos no tan solo proporcionan una solución puramente SCADA, sino que incluyen el registro y gestión de datos software MES (Manufacturing Execution System), para explotación de datos de fabricación. Este tipo de integración de software MES en un sistema SCADA, es una solución cada vez más demandada por los usuarios. Tabla 1.1 Fabricantes y distribuidores de software SCADA.. Producto. Distribuidor y Fabricante. Aimax. Design Instruments S. A.. CUBE. Orsi España S. A. NI Lookout 5.1. National Instruments. LabVIEW DSC. National Instruments. Monitor Pro. Schneider Electric. Cx-SuperVisor. Omron. SYSMAC SCS. Omron. WinCC. Siemens.

(33) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. Coros LS-B/Win. Siemens. CIRNET. CIRCUTOR S.A. RS-VIEW32. Rockwell. GENESIS32. Iconics. 22. Con el objetivo de abaratar los costos por adquisición de software, incrementar la eficiencia y la competitividad de la industria cubana, y entrar al mercado con un producto puramente cubano; en particular, el grupo EROS (grupo de desarrollo de SerCoNi / ISMM) ha venido desarrollando un Sistema de Supervisión y Control de Procesos, que en estos momentos cuenta con la experiencia acumulada de más de 10 años de trabajo y, más de 100 copias instaladas en todo el país, sustituyendo sistemas análogos cuyo costo por copia es mucho mayor (Dr. Rafael Trujillo Codorniú 2006). Un listado de empresas donde ha sido instalado el sistema EROS se presenta en el anexo I. 1.9.3. Sistema de Supervisión y Control de Procesos EROS versión 5.5. EROS es un Sistema de Supervisión y Control de Procesos Industriales. Facilita a los operadores, ingenieros, supervisores, directivos, operar y dirigir cualquier proceso con más eficiencia y productividad. Puede trabajar acoplado con diversos sistemas de colección de datos, como elemento único o formando parte de una red industrial (EROS 2007). EROS tiene en cuenta todas las características de las variables medidas, realiza un potente tratamiento estadístico y determinístico de las mismas con solo configurarlo. Su ambiente de trabajo es amistoso y la presentación agradable. Está soportado en ambiente Windows95/98/NT/2000, lo cual permite utilizar todas las posibilidades de esta plataforma. Facilita el mando a distancia y el control desde la aplicación, que son herramientas que potencian el automatismo del proceso tecnológico. Cumple con la plataforma multiusuario. El EROS es un sistema distribuido, en el cual sus diferentes componentes se interconectan a través de la intranet empresarial. Los componentes que cooperan entre sí son: estaciones de medición, estaciones de visualización, servidores de reportes y servidores de tiempo. Estos componentes pueden estar en ordenadores separados vinculados a través de una Red Ethernet, o en un mismo.

(34) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 23. ordenador. Puede trabajar minimizado, lo que permite sostener el sistema aún cuando temporalmente se necesite hacer uso de otros programas, como Word, Excel, etcétera. A su vez, este software permite configurar de manera sencilla un número prácticamente ilimitado de variables. De tal forma, el EROS compite ventajosamente con otros sistemas similares en cuanto a la facilidad con que se configura. Esto disminuye los costos de puesta en marcha y de operación. En él, los mímicos son configurables por el usuario y usan la herramienta OLE (Acrónimo de Object Linking and Embeding), es decir, vinculación e incrustación de objetos. OLE es una tecnología de integración que puede utilizarse para compartir información gráfica. Su fichero histórico de variables contiene la información de un día completo, lo que facilita el análisis de la operación de manera integral. Además, permite navegar de un día hacia otro con facilidad, pues tanto el registro actual, como el histórico, se encuentran en la misma opción. Cuenta con la opción “Recetas”, que consiste en las recomendaciones que determinados especialistas pueden hacer partiendo de las situaciones que se presenten en el proceso. De igual forma, este software posee otras prestaciones, tales como: 1. Correo interno del sistema para enviar mensajes y/o documentos informativos a los usuarios de la RED que estén trabajando dentro del EROS. 2. Posibilidad de comunicarse con cualquier dispositivo de medición mediante manejadores (drivers) de comunicación u OPC cliente (EROS 2007). 3. Gran ventaja para el análisis, ya que permite el almacenamiento de la historia del proceso, sólo limitada por la capacidad del disco duro de la computadora utilizada. 4. Nuevo Sistema de Reportes, que capta los datos de las estaciones de medición y controla la emisión de reportes periódicos o progresivos. Este sistema permite configurar y emitir reportes periódicos de las variables del EROS. Utiliza toda la potencia de edición de tablas y gráficos que posee el Microsoft Excel y lo combina con la posibilidad de insertar en celdas seleccionadas, los valores que se necesiten de las variables del EROS. En los reportes pueden aparecer tanto, valores puntuales como cálculos estadísticos en un determinado período, tales como valores medios.

(35) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 24. en el intervalo de una hora, turno o día, desviación típica, valores máximos, etcétera. Este sistema no se encuentra incluido dentro del EROS, sino que posee una licencia propia. EROS es totalmente compatible con el WEB y con el Microsoft Office. La capa de Red, permite integrar a los sistemas que están operando en diferentes máquinas, haciendo visibles para cualquier sistema las variables situadas en ordenadores remotos. El sistema usa un protocolo de red múltiple, que incluye TCP/IP, canalizaciones con nombre y otros, lo que facilita la conectividad en diferentes redes y entornos (EROS 2007). El Sistema de Supervisión y Control de Procesos EROS en esta su versión 5.5, reúne disímiles características que lo ubican en una posición a la altura de programas para tales aplicaciones, desarrollados por compañías extranjeras que gozan de elevado prestigio. Su alto grado de flexibilidad, elevadas prestaciones, fácil programación, asequible adquisición de licencia de instalación, son algunos de los motivos que determinan la elección del EROS como soporte de la aplicación para la supervisión en el presente trabajo. 1.10. Sistemas SCADA en Cuba. La necesidad de incrementar la eficiencia y la competitividad de la industria cubana, ha motivado, entre otros factores, el creciente interés hacia sistemas SCADA en nuestro país. Empresas, tales como CEDAI y COPEXTEL, son las encargadas del diseño e implementación en Cuba de este tipo de sistemas y de prestar servicios integrales de automatización. Sus experiencias abarcan diversos sectores de la producción y los servicios. Este tipo de sistemas se ha implementado en fábricas de cemento, termoeléctricas, grupos electrógenos integrados a la red nacional de distribución eléctrica, plantas potabilizadores de agua, hoteles, fábricas licoreras y cerveceras, en la industria del petróleo, refinerías; donde juegan un papel protagónico para garantizar la seguridad. La rama biotecnológica, específicamente el CIGB de Camagüey, está exenta de sus bondades. En estos momentos, existen software encaminados al monitoreo de procesos de fermentación dentro de la planta de producción, tales como el FerMAC y, en desarrollo para sustituir este primero, el FasCON, con potencialidades superiores. Estos sistemas no.

(36) CAPÍTULO 1.. SCADAs Y LA SUPERVISIÓN EN LA INDUSTRIA. 25. son considerados SCADA, debido a que sus facultades de control y adquisición de datos, se enmarcan en una planta, específicamente en el proceso de fermentación. 1.11. Ingeniería económica. La ingeniería económica hace referencia a la determinación de los factores y criterios económicos utilizados cuando se considera una selección entre una o más alternativas. Otra definición de la ingeniería económica plantea, que es una colección de técnicas matemáticas que simplifican las comparaciones económicas. Con estas técnicas, es posible desarrollar un enfoque racional y significativo para evaluar los aspectos económicos de los diferentes métodos (alternativas) empleados en el logro de un objetivo determinado. Las técnicas funcionan igualmente bien para un individuo o para una corporación que se enfrenta con una decisión de tipo económico (Tarquin 1999). Puesto que las decisiones afectan lo que se realizará, el marco de tiempo de la ingeniería económica es generalmente el futuro. Por consiguiente, los números utilizados en un análisis de ingeniería económica son las mejores estimaciones de lo que se espera que ocurra. Autores cubanos (Pascual 2009), han realizado estudios de factibilidad para la implementación de un sistema SCADA a partir de los cálculos del VAN y la TIR, demostrando la rentabilidad de las alternativas propuestas y que la inversión es recuperable en poco más de un año. Además, de evidenciar las ventajas que trae para la empresa la implementación del sistema de supervisión. 1.12. Conclusiones parciales. El análisis de la situación existente en el CIGB de Camagüey, evidencia la necesidad de monitorear un alto número de variables, en equipos que se encuentran geográficamente dispersos. Si a esto se añade la oportunidad de disponer de la información de las variables en el momento en que los cambios se produzcan, así como de optimizar y facilitar las operaciones, en aras de agilizar la toma de decisiones ante cualquier eventualidad; queda evidenciada la necesaria realización de un sistema SCADA en esta entidad..

(37) CAPÍTULO 2.. CAPÍTULO 2.. DISEÑO DEL SISTEMA SUPERVISOR. 26. DISEÑO DEL SISTEMA SUPERVISOR. Conocida ya la estructura y características fundamentales de los sistemas SCADA, tanto a nivel de hardware como de software y los elementos que lo componen, este capítulo se enfoca en el diseño del sistema supervisor. Atendiendo a la propuesta diseñada, se realiza una evaluación económica para establecer un criterio de selección entre la situación sin proyecto y con proyecto. 2.1. Descripción de áreas y equipos a supervisar. Antes de dar los primeros pasos en el diseño del sistema supervisor, se dará una descripción de los diferentes equipos que lo integrarán. Vale puntualizar, que estos no son la totalidad de los equipos que intervienen en el proceso productivo, pero atendiendo al corto tiempo destinado a este trabajo, la ausencia de gran parte de los medios para ejecutarlo y las prioridades de los especialistas del departamento de ingeniería y mantenimiento del CIGB de Camagüey, es que se decide incluir en este estudio sólo los que se muestran a continuación en la tabla 2.1: Tabla 2.1 Áreas y equipos a supervisar.. Área Tecnológica Cámaras Frías Unidades Manejadoras de Aire (UMAs) Hidroneumático Fluido PGD Calderas. Nº de Elementos 9 17 4 4 1 2.

(38) CAPÍTULO 2.. DISEÑO DEL SISTEMA SUPERVISOR. 27. Cada una de estas áreas juega un papel importante en la cadena investigación-producción. A continuación, se describirán a grandes rasgos sus funciones en el proceso y algunas de las partes que las conforman. Cámaras Frías: Son las encargadas de la conservación y almacenamiento de productos que son utilizados en la producción como materia prima, así como productos terminados listos para su comercialización. El CIGB cuenta con nueve cámaras, de las que tres son de sistema simple y las seis restantes, doble sistema. Que sea de sistema simple implica que cuenta con un solo sensor, compresor, evaporador y condensador; a diferencia de las doble sistema, que cuentan con dos de cada uno de los elementos antes mencionados. Estas cámaras son altamente eficaces, pues dependiendo de la carga a que son sometidas, echan a andar su segundo sistema independientemente del primero; contribuyendo al enfriamiento total de la cámara, lo que le da más durabilidad al equipo y proporciona mayor confianza y seguridad en la conservación de los productos ahí almacenados. De ocurrir algún tipo de falla en el sistema primario, entra a suplir el segundo de forma automática. Unidades Manejadoras de Aire (UMAs): De ellas depende la generación de aire frío a humedad y temperatura controlada, para mantener un estado de confort deseado en las diferentes áreas donde están instaladas. El sistema de clima del CIGB es centralizado. A partir del enfriamiento de agua con sistemas enfriadores YORK, firma de alto prestigio internacional, se hace circular el agua fría a través de las UMAs, de la manera que a continuación se explica: Las UMAs están formadas por varios elementos internos que participan en su funcionamiento. Estos elementos son, en una primera etapa, un filtro de media eficiencia encargado del filtraje del aire limpio (llámese aire limpio al que proviene del ambiente exterior). En un primer compartimento se une al aire de retorno, o proveniente del interior de los locales climatizados. En una segunda etapa se encuentra el banco de resistencias, formado por cuatro resistencias en paralelo empleadas en el control de humedad. Luego, está el serpentín de agua fría, que a partir de la regulación de una válvula de tres vías se controla la temperatura de los locales. Como parte de la cuarta etapa del proceso se encuentra un ventilador, que impulsa el aire frío hacia los conductos que se dirigen a los.

(39) CAPÍTULO 2.. DISEÑO DEL SISTEMA SUPERVISOR. 28. locales a climatizar, y un extractor en el de retorno. El aire frío es enviado a los locales, no sin antes pasar el flujo de aire por un filtro absoluto al 99.99 %, de alta eficiencia, el cual permite pasar partículas no mayores de 0.01 micras. Este filtro es de vital importancia, particularmente en las cuatro UMAs de producción, debido que son locales con requisitos estrictos de limpieza y esterilidad. Hidroneumático: Esta área está formada por dos bombas de agua cruda y dos de agua suave. Dígase agua cruda la que es bombeada desde las potabilizadoras municipales que brindan servicio a la población, centros de trabajo, etcétera; y agua suave a la que, luego de un proceso más riguroso de sedimentación y tratamiento químico, es bombeada y utilizada en determinadas plantas y laboratorios del Centro. Fluido: En esta sección es donde se comprime y distribuye el aire que se requiere en las diferentes etapas de la investigación y producción. Se encuentran en ella dos bombas de vacío y dos compresores. PGD: Aquí es donde está el metrocontador central del CIGB. Calderas: Donde se genera el vapor de agua, que es empleado en los distintos niveles de la producción. El Centro cuenta con dos calderas. 2.2. Caracterización de variables. Los equipos que estarán bajo supervisión, cuentan con determinadas y muy específicas particularidades tecnológicas. Existen variables que determinan el buen funcionamiento de estos equipos, las cuales serán caracterizadas a continuación. Luego de identificar en una primera etapa del trabajo, cuáles serían las variables a supervisar, se elaboró un listado por área tecnológica. En la tabla 2.2 se clasifican de acuerdo a su tipo..

(40) CAPÍTULO 2.. DISEÑO DEL SISTEMA SUPERVISOR. 29. Tabla 2.2 Análisis de variables a supervisar.. Área Tecnológica. Nº de Variables. Variables. Variables. Analógicas. Digitales. Cámaras Frías. 18. 9. 9. UMAs Producción. 20. 8. 12. UMAs. 52. 26. 26. Hidroneumático. 8. 0. 8. Fluido. 8. 0. 8. PGD. 1. 0. 1. Caldera. 2. 0. 2. TOTAL. 109. 43. 66. Por la importancia que tiene, a continuación se le dedicará un espacio a cada una de las áreas, señalando elementos a tener en cuenta para el tratamiento de las señales que en cada equipo se manejan y las características de operación de las variables. 2.2.1. Cámaras Frías. En cada una de las nueve cámaras frías se supervisará la temperatura en su interior y la señal de resumen de fallas, generada por el cierre de relés presentes en los distintos elementos de la cámara fría, tales como el compresor, evaporador y condensador. En la tabla 2.3 se muestran las características de fabricación fundamentales de las cámaras. Tabla 2.3 Características técnicas.. Equipo. Especificación. Sistema. Sensor. Cámara Fría 1. -20 ºC. Simple. PT-100. Cámara Fría 2. 4 ºC. Simple. PT-100. Cámara Fría 3. 4 ºC. Doble. PT-100. Cámara Fría 4. -20 ºC. Doble. PT-100. Cámara Fría 5. 4 ºC. Doble. PT-100. Cámara Fría 6. -20 ºC. Doble. PT-100.