METODOLOGÍA MeiA - NIVEL DISEÑO

MeiA

MeiA _{● ●}

M ^ETODOLOGÍA MeiA MeiA _{● ●} - N ^IVEL D ^ISEÑO

Arantza Burgos María Luz Álvarez

Introducción

Introducción MeiA MeiA _{● ●}

Máster (MICAR)

“Diseño de Sistemas de Automatización”

Objetivo principal desarrollo de

Controladores

2008-2009

Software de Control

Automatización de Procesos Industriales

Para

Controladores Lógicos Programables

(PLCs)

Implementado en

MeiA MeiA_●●[[2]

Necesidad de una metodología, para el desarrollo de software de

control de procesos industriales, que incluya todas las fases desde el

análisis, pasando por el diseño, hasta la implementación y explotación

Introducción

Introducción MeiA MeiA _{● ●}

¿Para quién?

alumnos de grado, de máster, de doctorado,

desarrolladores

¿Qué

conocimientos

previos? Análisis

¿Qué métodos y herramientas?

¿Punto de comienzo?

Especificación de requisitos

Metodología

desarrolladores

Otros Trabajos de docencia e investigación

Diseño

¿Qué métodos y herramientas?

¿Estándares?

Estudio de sistemas reales de control de distintos procesos

industriales de automatización

¿Lenguajes?

Introducción

Introducción MeiA MeiA _{● ●}

CONTROLGENERAL

PROCESO S1 SUPERVISIÓN

SISTEMA DE

CONTROL Actuator

Parte de Control - Parte de Mando Parte Operativa - Parte de Potencia

Software de Control

Automatización de Procesos

Panel de Operación

CONTROL

Sensors Actuator

Salidas

Entradas

Salidas

Entradas Salidas

Entradas

Salidas Entradas

MeiA MeiA_●●[[4]

OTROSPROCESOS

Salidas Entradas

Metodología

Metodología MeiA MeiA _{● ●}

Desarrollo de S

C

para la Automatización de Procesos Industriales

ingeniería de software

métodos y estándares del campo de la automatización

industrial

A

- GEMMA y Diagramas de Casos de uso

D

– Lenguaje de modelado GRAFCET

FASE I

FASEIV FASEIII FASEII

PASO1

P 2 PASO1

E

R

Desarrollo de S

C

para la Automatización de Procesos Industriales

I

– IEC 61131-3

FASEVI FASEIV FASE V

PASO2 PASO3 PASO4 PASO5 PASO6 PASO7

PASO1 PASO2 PASO3 PASO4 PASO5 PASO6

E

PASO1

… PASO8 PASO1

PASO2

… PASO5 PASO1

PASO2 PASO3

… PASO8

Metodología

Metodología MeiA MeiA _{● ●}

Métodos y Estándares en la Automatización Industrial Métodos y Estándares de Análisis de Requisitos

Guía GEMMA:

• Generalidad de su ámbito de aplicación

• Proximidad al vocabulario del personal de

Demandas de marcha

PROCEDIMIENTOS DE PARO DE P.O. PROCEDIMIENTOS DE FUNCIONAMIENTO

<Inicialización de la P.O>

A6 A1<Paro en estado inicial>

<Preparación de arranque después de fallo>

A5

<Preposicionamiento en estado intermedio>

A7 <Paro en estado

intermedio>

A4

<Demanda de paro a fin de ciclo>

A2 A

<Diagnóstico y/o tratamiento de fallos>

D2 <Seguir en producción con

fallo>

D3

F

<Marcha de verificación en desorden>

F4

<Marcha de verificación en orden>

F5

<Marcha de test>

F6

<Marcha de prepa- ración>

F2 <Marcha

de finali- zación>

F3

<Producción normal>

F1

<Control sin energía>

Alimentación de energía

Alimentación de energía Corte de

energía Demandas de

paro

Detección de fallos

<Demanda de paro en estado intermedio>

A3

PRODUCCIÓN • Proximidad al vocabulario del personal de

planta

PROCEDIMIENTOS DE FALLO DE P.O. PROCEDIMIENTOS DE FUNCIONAMIENTO

<Paro de emergencia>

D1

D F

Emergencia desde cualquier estado Corte de

energía

GEMMA (ADEPA) ANSI/ISA-88 PackML (OMAC)

Grafchart

Grafcet:

•Sencillez y claridad

•Intuitiva representación gráfica

•Aceptación

Métodos y Estándares de Diseño

Statechart

RdP Grafcet

MeiA MeiA_●●[[6]

Estándares de Codificación

Estándar IEC 61131-3:

• Aceptación

•SFC (Sequential Function Chart) lenguaje del estándar

•SFC basado en Grafcet

IEC-61131-3 IEC-61499

Metodología

Metodología MeiA MeiA _{● ●}

El proyecto de desarrollo del sistema de control de un proceso con un nivel de complejidad media-alta Comienza capturando la información sobre el

funcionamiento del proceso productivo y las operaciones de producción.

Con dicha información se identifican los sub- sistemas y la relación entre los mismos.

Cada sub-sistema se estudia en detalle para establecer las condiciones de arranque, las señales relacionadas con los sensores y actuadores del proceso, y las señales que intercambia con el sistema de supervisión y control.

Tras la implementación del sistema de control de cada uno de los sub-sistemas, se aborda el desarrollo del control general que coordina el funcionamiento conjunto.

que intercambia con el sistema de supervisión y control.

Metodología

Metodología MeiA MeiA _{● ●}

F ^ASE II: M ^ODO M ^ANUAL

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

F ASE III: M ODO DE P RUEBAS

F ^ASE VI: F ^ALLOS

F ^ASE V: P ^{ARO DE} E ^MERGENCIA F ASE VI: P RODUCCIÓN N ORMAL

MeiA MeiA●●[[8]

F ASE VI: P RODUCCIÓN N ORMAL

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

Organización del arranque y parada del Modo Automático

En esta fase se establece la secuencia principal del sistema, que organiza tanto el

arranque del sistema en modo automático como la parada programada del mismo,

arranque del sistema en modo automático como la parada programada del mismo,

generando las señales de mando que informan a producción normal sobre el estado

del sistema en cada momento.

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

P

1 - S

F

M

A

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

3 - M

P

P

4 – S

P

F

C

P

5 – F

P

MeiA MeiA_●●[[10]

P

6 – M

F

P

1 - S

F

M

A

P

2 - C

I

S

– I

P

O

P

2 - C

I

S

– I

P

O

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

Establecer la forma de activar o poner en marcha el sistema en modo automático; por ejemplo, mediante un pulsador de marcha, con un conmutador automático/manual, desde

P

2 - C

I

S

– I

P

O

P

2 - C

I

S

– I

P

O

P

3 - M

P

P

3 - M

P

P

4 – S

P

F

C

P

4 – S

P

F

C

P

5 – F

P

P

5 – F

P

ejemplo, mediante un pulsador de marcha, con un conmutador automático/manual, desde un sistema de supervisión, mediante otro proceso que marca el arranque, etc.

P

6 – M

F

P

6 – M

F

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

1 - S

F

M

A

P

1 - S

F

M

A

• Analizar el efecto de la presencia de alimentación por primera vez en cada uno de los preaccionamientos y accionamientos del proceso, lo cual proporcionará información tanto de los aspectos a tener en cuenta para la seguridad del personal de planta, como de la situación inicial del proceso.

• Determinar la ubicación de todos los elementos en la situación de partida: posición de los

Identificar la situación de partida conocida y segura en la que debe estar el proceso cuando se solicita su funcionamiento automático, así como las acciones a realizar para alcanzar dicha situación. Esto implica el estudio de los elementos del proceso.

P

2 - I

P

O

– C

I

S

MeiA MeiA_●●[[12]

• Determinar la ubicación de todos los elementos en la situación de partida: posición de los elevadores, pinzas o mordazas abiertas o cerradas, cilindros extendidos o recogidos, situación de piezas, etc., prestando especial atención a las posibles situaciones en el arranque que requieran acciones para llevar al sistema a la situación de partida.

• Identificar situaciones no controlables y su resolución: intervención del personal de planta, inclusión de nuevos actuadores, sensores, indicadores, etc.

• Establecer el procedimiento de comprobación que garantice que los componentes del sistema se encuentran en una situación determinada y conocida.

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

1 - S

F

M

A

P

1 - S

F

M

A

P

4 – S

P

F

C

P

4 – S

P

F

C

P

5 – F

P

P

5 – F

P

Analizar la necesidad de realizar determinadas tareas para preparar el sistema antes de comenzar la producción; por ejemplo carga de almacenes, carga de herramientas, preparación de utillajes, llenado de tanques, precalentamiento de equipos, etc.

P

3 - M

P

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

6 – M

F

P

6 – M

F

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

1 - S

F

M

A

P

1 - S

F

M

A

P

5 – F

P

P

5 – F

P

P

4 – S

P

F

C

Determinar la forma de solicitar que se detenga el proceso cuando está en producción normal; por ejemplo, mediante un pulsador de parada a fin de ciclo, por solicitud desde otro proceso, por solicitud tras haberse producido un fallo, al terminar algún tipo de materia

P

3 - M

P

P

3 - M

P

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

MeiA MeiA_●●[[14]

P

6 – M

F

P

6 – M

F

proceso, por solicitud tras haberse producido un fallo, al terminar algún tipo de materia prima, al finalizar el plan de producción, etc.

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

1 - S

F

M

A

P

1 - S

F

M

A

P

5 – F

P

Analizar cuándo se da por finalizado el proceso e identificar las señales que indican que se

P

4 – S

P

F

C

P

4 – S

P

F

C

P

3 - M

P

P

3 - M

P

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

6 – M

F

P

6 – M

F

Analizar cuándo se da por finalizado el proceso e identificar las señales que indican que se ha terminado el último ciclo de producción; por ejemplo, cuando finalizan ciertos procedimientos de producción tras finalizar un lote, al terminar algún tipo de materia prima, etc.

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

1 - S

F

M

A

P

1 - S

F

M

A

P

4 – S

P

F

C

P

4 – S

P

F

C

P

5 – F

P

P

5 – F

P

P

3 - M

P

P

3 - M

P

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

MeiA MeiA●●[[16]

P

6 – M

F

Analizar la necesidad de realizar determinadas acciones al finalizar la producción; por ejemplo, operaciones de vaciado y/o limpieza de alguna máquina, calibración de alguna máquina, cambios de herramientas, medidas de herramientas, etc.

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

P

1 - S

F

M

A

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

2 - I

P

O

– C

I

S

P

3 - M

P

P

4 – S

P

F

C

P

5 – F

P

P

6 – M

F

1.- Establecer COMO se pone en marcha el sistema (QUE-

QUIEN)

Solicitud de Funcionamiento Modo Automático: Establecer la forma de activar o poner en marcha el sistema en modo automático

Paso 1

Fase I - SECUENCIA PRINCIPAL – MODO AUTOMÁTICO

2.- ¿Se necesita llevar al sistema a una situación

conocida?

SI

NO

Inicialización Parte Operativa - Condiciones Iniciales y de Seguridad : Identificar la situación de partida conocida y segura en la que debe estar el sistema cuando se solicita su funcionamiento automático, así como los pasos para alcanzar dicha situación.

Paso 2 Inicialización de la

Parte Operativa

PRODUCCION NORMAL

Marcha de Preparación: Analizar la necesidad de realizar determinadas tareas para preparar el sistema antes de comenzar la producción.

Paso 3

Solicitud de Paro a Fin de Ciclo: Determinar la forma de solicitar que se detenga el sistema cuando está en producción normal.

Paso 4 4.- Establecer COMO se

detiene el sistema (QUE- QUIEN)

3.- ¿Se necesita realizar alguna tarea previa?

SI

NO

Marcha de Preparación

MeiA MeiA_●●[[18]

NO

5.- Identificar QUE marca el final del proceso.

FIN

Fin de Proceso: Analizar cuando se da por finalizado el proceso e identificar las señales que lo indican.

Paso 5

Marcha de Finalización: Analizar la necesidad de realizar determinadas acciones al finalizar la producción.

Paso 6 6.- ¿Se necesita realizar alguna

operación antes de terminar?

SI Marcha de

Finalización

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

R

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

MeiA MeiA●●[[20]

P

D

X22 20

SolMarchaPre

CONDICIONESINICIALES Y DESEGURIDAD

MARCHA DEPREPARACIÓN

F ASE I: S ECUENCIA P RINCIPAL – M ODO A UTOMÁTICO

X20

Acciones previas para preparar el proceso antes de comenzar la producción; por ejemplo, carga de almacenes, preparación de utillajes, llenado de tanques, precalentamiento de equipos, etc.

21

Marcha de Preparación Completada FinMarchaPre

22

SolMarchaPre

M^{ARCHA DE}FINALIZACIÓN

X20

P

D

F ASE II: M ODO M ANUAL

Organización del arranque y parada del Modo Manual

En esta fase se organiza tanto el arranque como la parada del sistema para funcionar manualmente. Se analizará la necesidad de verificar individualmente funcionar manualmente. Se analizará la necesidad de verificar individualmente ciertos movimientos o partes del proceso sin respetar el orden habitual del ciclo, normalmente bajo el control del personal de mantenimiento; por ejemplo, para realizar el reajuste o calibración de ciertos sensores y/o actuadores, para ejecutar ciertas operaciones de mantenimiento preventivo, correcciones por desgaste, para solventar fallos, etc.

En el caso de requerir este modo de funcionamiento será necesario identificar la forma de activar/desactivar este modo de funcionamiento, evaluar la prioridad del

MeiA MeiA_●●[[22]

forma de activar/desactivar este modo de funcionamiento, evaluar la prioridad del

modo manual frente al modo automático, determinar los elementos de control

disponibles para realizar las acciones del proceso de forma manual, y analizar la

situación del proceso al finalizar el modo. Todos estos aspectos tienen gran influencia

tanto en la elección de los controles a incluir en el sistema de supervisión/control,

como en el diseño del panel de operación y de paneles auxiliares.

F ASE II: M ODO M ANUAL

P

1 - S

F

M

M

P

2 - M

P

– P

I

P

2.1 – P

S

P 2.1 – P S

P

2.2 – D

P

A

P

3 – P

M

- C

P

4 – S

P

F

M

M

P

5 – I

P

O

- S

M

P 5 – I P O - S M

P

6 – P

A

- S

M

P

7 – A

M

A

F ASE II: M ODO M ANUAL

P

1 - S

F

M

M

P

2 - M

P

– P

I

P

2.1 – P

S

P 2.1 – P S

P

2.2 – D

P

A

P

3 – P

M

- C

P

4 – S

P

F

M

M

P

5 – I

P

O

- S

M

MeiA MeiA_●●[[24]

P 5 – I P O - S M

P

6 – P

A

- S

M

P

7 – A

M

A

F ASE II: M ODO M ANUAL

P

1 - S

F

M

M

P

2 - M

P

– P

I

P

2 - M

P

– P

I

P

2.1 – P

S

P

2.1 – P

S

Establecer la forma de activar este modo de funcionamiento; por ejemplo, mediante un conmutador automático/manual o un pulsador de modo manual, desde un sistema SCADA u otro proceso, al producirse alguna situación determinada en el proceso como fallo o emergencia, etc.

P P 2.1 – P 2.1 – P S S

P

2.2 – D

P

A

P

2.2 – D

P

A

P

3 – P

M

- C

P

3 – P

M

- C

P

4 – S

P

F

M

M

P

4 – S

P

F

M

M

P

5 – I

P

O

- S

M

P

5 – I

P

O

- S

M

En cualquier caso, será necesario identificar desde que estados puede activarse este modo de funcionamiento: parado en estado inicial y/o en estado de fallo y/o en estado de emergencia, o desde cualquier estado en el caso de manual prioritario.

P 5 – I P O - S M

P 5 – I P O - S M

P

6 – P

A

- S

M

P

6 – P

A

- S

M

P

7 – A

M

A

P

7 – A

M

A

F ASE II: M ODO M ANUAL P

1 - S

F

M

M

P

1 - S

F

M

M

P

2 - M

P

– P

I

P

2 - M

P

– P

I

P

2.1 – P

S

P

2.1 – P

S

P 2.1 – P S

P 2.1 – P S

P

2.2 – D

P

A

P

2.2 – D

P

A

P

3 – P

M

- C

P

4 – S

P

F

M

P

4 – S

P

F

M

P

5 – I

P

O

- S

M

P

5 – I

P

O

- S

M

Identificar los elementos de control disponibles para realizar las acciones del proceso: un conjunto de pulsadores del panel de operador, un conjunto de controles del sistema SCADA, o ambas posibilidades con un conmutador local/remoto que permita realizar la selección.

MeiA MeiA_●●[[26]

P 5 – I P O - S M

P 5 – I P O - S M

P

6 – P

A

- S

M

P

6 – P

A

- S

M

P

7 – A

M

A

P

7 – A

M

A

En cualquier caso, será necesario evaluar cada una de las acciones para determinar si precisan medidas de seguridad; por ejemplo, limitar el recorrido de avance de un cilindro, comprobar que no existen obstáculos al bajar una puerta, etc.

F ASE II: M ODO M ANUAL P

1 - S

F

M

M

P

1 - S

F

M

M

P

2 - M

P

– P

I

P

2 - M

P

– P

I

P

2.1 – P

S

P

2.1 – P

S

P 2.1 – P S

P 2.1 – P S

P

2.2 – D

P

A

P

2.2 – D

P

A

P

3 – P

M

- C

P

3 – P

M

- C

P

4 – S

P

F

M

M

P

5 – I

P

O

- S

M

P

5 – I

P

O

- S

M

Establecer la forma de desactivar este modo de funcionamiento; por ejemplo, mediante un conmutador automático/manual, desde un sistema SCADA u otro proceso, al solventarse un fallo, solucionarse una emergencia, etc.

P 5 – I P O - S M

P 5 – I P O - S M

P

6 – P

A

- S

M

P

6 – P

A

- S

M

P

7 – A

M

A

P

7 – A

M

A

solventarse un fallo, solucionarse una emergencia, etc.

F ASE II: M ODO M ANUAL P

1 - S

F

M

M

P

1 - S

F

M

M

P

2 - M

P

– P

I

P

2 - M

P

– P

I

P

2.1 – P

S

P

2.1 – P

S

P 2.1 – P S

P 2.1 – P S

P

2.2 – D

P

A

P

2.2 – D

P

A

P

3 – P

M

- C

P

3 – P

M

- C

P

4 – S

P

F

M

M

P

4 – S

P

F

M

M

P

5 – I

P

O

- S

M

MeiA MeiA_●●[[28]

P 5 – I P O - S M

P

6 – P

A

- S

M

P

6 – P

A

- S

M

P

7 – A

P

A

P

7 – A

P

A

Determinar la necesidad de realizar acciones específicas para asegurar el estado de ciertos elementos del proceso tras la salida del modo manual.

Si dichas acciones no se contemplan en las condiciones iniciales, se puede o bien enriquecer las Condiciones Iniciales y de Seguridad (FaseI.Paso2) para que se consideren, o bien realizar dichas acciones antes de salir del modo manual (Preposicionamiento de la parte operativa).

F ASE II: M ODO M ANUAL P

1 - S

F

M

M

P

1 - S

F

M

M

P

2 - M

P

– P

I

P

2 - M

P

– P

I

P

2.1 – P

S

P

2.1 – P

S

P 2.1 – P S

P 2.1 – P S

P

2.2 – D

P

A

P

2.2 – D

P

A

P

3 – P

M

- C

P

3 – P

M

- C

P

4 – S

P

F

M

M

P

4 – S

P

F

M

M

P

5 – I

P

O

- S

M

P

5 – I

P

O

- S

M

P 5 – I P O - S M

P 5 – I P O - S M

P

6 – P

A

- S

M

P

7 – A

P

A

P

7 – A

P

A

Analizar la necesidad de realizar determinadas acciones a la salida del modo manual; por ejemplo, operaciones de vaciado y/o limpieza de alguna máquina, calibración, etc.

Determinar si es viable adaptar la Marcha de Finalización para contemplar esta situación (FaseI.Paso6).

F ASE II: M ODO M ANUAL P

1 - S

F

M

M

P

1 - S

F

M

M

P

2 - M

P

– P

I

Si el modo manual es prioritario, su activación implica detener el proceso de forma inmediata. Por tanto, será necesario:

inmediata. Por tanto, será necesario:

P

2.1 – P

S

Analizar si hay algún accionamiento que deba quedar activado o ser activado tras la detención; por ejemplo, algún tipo de manipulador o accionador que sujete una pieza o pueda estar manipulándola (electroimán, ventosa, cilindro, etc.), sistemas de refrigeración o calentamiento, elementos de contención, indicadores luminosos, acústicos, etc.

P

2.2 – D

P

A

MeiA MeiA●●[[30]

P

7 – A

M

A

Determinar los procedimientos que deben ser activados al finalizar el modo

P 2.2 – D P A

Determinar los procedimientos que deben continuar activados al producirse el paso a manual y cuáles serán desactivados; por ejemplo, pueden quedar activados procesos de seguridad, de controles de niveles, temperaturas, etc.