Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

MANUAL DEL SISTEMA SCADA

www.inducontrol.com.pe Tel: (51-1) 440-5225 Fax: (51-1) 221-6787

Copyright Febrero 2010

1

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE NDICE

INDUCONTROL S.A.C

1 1.1 1.2 1.3

INTRODUCTION Acerca de los HMI (Human Machine Interface) Acerca de los Componentes de un sistema SCADA Acerca de la Comunicacin

3 3 3 3

2 2.1 2.2 2.3

FUNDAMENTO TERICO Computador como Supervisor Caractersticas importantes de un Sistema SCADA: Desarrollo de Aplicaciones

4 4 4 5

3 3.1 3.2

SCADA. SCADA CON LABVIEW Uso de variables compartidas tecnologa opc Tecnologa OPC

7 7 9 9 9 10 11

3.2.1 Origen de la especificacin OPC 3.2.2 Arquitectura general y componentes OPC 3.2.3 Arquitectura de un Servidor OPC 3.3 LabVIEW DSC - Datalogging and Supervisory Control Module

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

MANEJO DEL SOFTWARE SCADA DESARROLLADO Descripcin de pantalla principal. ACCESO DIRECTO A SCADAS CLIENTE PANTALLA DE TENDENCIAS EN TIEMPO REAL: SELECCIN DE TIEMPOS: Generacin de reportes mediante NI - MAX (Measurement & Automation Explorer)

12 12 13 15 15 16

2

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE INTRODUCCIN

INDUCONTROL S.A.C

1.1 Acerca de los HMI (Human Machine Interface) Se definen como un panel a travs del cual el operador es capaz de controlar la maquinaria y ver diferentes procesos en una planta 1.2 Los sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): Son sistemas completos que, adems de poseer las funciones de un HMI, son capaces de registrar datos, generar alarmas y administrar un sistema de control distribuido a travs de una red de hardware (usualmente PLCs y PACs)

1.3 Acerca de los Componentes de un sistema SCADA Hardware: Mltiples Unidades de Terminal Remota se conectan al equipo fsico, leen los datos de un interruptor o vlvula, o mediciones como temperatura, flujo, o presin. Pueden realizar control automatizado. Software: HMI/SCADA con LabVIEW Mtodo de comunicacin Configuracin de las etiquetas Configuracin de registro de datos Monitoreo de alarmas y eventos Seguridad y permisos UI e histricos Programacin de funcionalidad adicional

1.4 Acerca de la Comunicacin Un servidor es una aplicacin que se comunica y administra dispositivos de entrada/salida como PLCs, Unidades remotas de E/S, y dispositivos de adquisicin de datos (DAQ). I/O Servers: permite la comunicacin con diferentes dispositivos en la red: Servidores OPC Dispositivos Modbus(maestro o esclavo) Servidores a la medida

3

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE 2 FUNDAMENTO TERICO

INDUCONTROL S.A.C

2.1 El Computador como Supervisor Los sistemas SCADA estn constituidos por el Hardware, que generalmente es una red de controladores, y estaciones remotas de adquisicin de datos. El corazn de un sistema SCADA est en el "Software SCADA", que es el encargado de supervisar y controlar el Proceso a travs del Hardware de control, generalmente el software SCADA trabaja conjuntamente con un PLC o PAC, o una red de PLCs y/o PACs. Este software permite supervisar el proceso desde un microcomputador, as como realizar las acciones de control a travs del PAC controlador o sistema de control. En el mercado existen varios programas que realizan esta funcin, en nuestro caso nos referiremos a un sistema ntegramente orientado a objetos que permite realizar las funciones de un sistema SCADA amigablemente. Tan importante como el 'Hardware' es el 'Software' especializado para el control y la supervisin de procesos. Los niveles de 'software' podran ser escalonados en: (1) Software de manejo a nivel de registros para las interfaces. (2) Programa de usuario en lenguajes de alto nivel, utilizando rutinas suministradas por los fabricantes de 'hardware'. (3) Sistemas de desarrollo y generadores de cdigo fuente dedicados a la adquisicin y procesamiento de data as como el control y supervisin de procesos,. Para nuestro caso, LabVIEW de National Instruments. 4.5.1 (4) Paquetes de control y supervisin de procesos, que permiten administrar el 'hardware' de control de procesos basados en controladores lgicos programables (PLC) o Controladores de automatizacin programables (PAC), supervisar los procesos y administrar redes de microcomputadores y de controladores lgicos programables. El poder del 'software' reside en la capacidad de mostrar el estado de la planta o el proceso en forma grfica con varios niveles de detalle, el manejo de alarmas y la identificacin rpida de fallas. Asimismo, la visualizacin de grficos de tendencias de las variables ms importantes y la generacin y el almacenamiento gran cantidad de informacin para su rpida y ordenada recuperacin. Los Software de alta performance para la Automatizacin Industrial deben proveer una interfaz grfica para su proceso, ya sea como Interfaz Humano Mquina (HMI: Human Machine Interface), o como un sistema de Supervisin, Control y Adquisicin de Datos (SCADA). 2.2 Caractersticas importantes de un Sistema SCADA: Orientado a Objetos - En un sistema de arquitectura totalmente orientada a Objetos, cada objeto tiene su propia data, funcionalidad, y muestra caractersticas ligadas con ello. Manejado por Eventos - Un evento es activado por un cambio en los puntos de la data, presionado un switch o el disparo de un timer. En un sistema inherentemente manejado por eventos, los objetos se ejecutan independientemente unos de otros y se comunican a travs de eventos. Configuracin en Lnea - No requiere que el usuario recompile y/o descargue cambios a la base de datos, cada vez que su aplicacin ha sido modificada. El usuario adiciona, elimina y modifica: PLCs, grficos, lgica de control, RTUs, dispositivos de I/O, etc.; sin tener que interrumpir el proceso. Grficos - Se debe tener una librera completa de grficos y herramientas de animacin. Por ejemplo el objeto de clase: ANIMATOR provee de total movimiento en X-Y, visibilidad y cambios de tamao dinmicos y un secuenciador grfico. Es compatible con archivos grficos de tipo Bitmap (.BMP) y Windows Metafiles (.WMF). Registro de Datos - Los usuarios pueden definir su registro de datos histricos para intervalos regulares de tiempo, por una solicitud, a la ocurrencia de un evento o la combinacin de todos ellos. Se puede capturar datos en disco ya sea delimitado por comas (CSV), en formato ASCII, o en un formato altamente comprimido. Tendencias - La caracterstica ideal de registro de grficos dinmico combine datos histricos con datos en tiempo real, en un solo grfico de tendencias. 4

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

SQL - Es deseable una base de datos de conexin abierta (ODBC); para que de otras aplicaciones activas, recuperar data histrica desde la base de datos , usando un Lenguaje estructurado de consultas (SQL). Con simples consultas el usuario puede extraer data histrica desde aplicaciones como Visual Basic, Access, Excel, y MS Query. Alarmas - El usuario puede fcilmente configurar cada seal de entrada/salida por alarmas para cambios proporcionales: Alto-Alto, Alto, Bajo, Bajo-Bajo. Intercambio de Data Dinmico (DDE) - Se requiere la compatibilidad con el estndar DDE (formato CF_TEXT), fast DDE (formato XlTable) y NetDDE. Seguridad - Los diseadores de sistemas pueden establecer un nmero de cuenta a los usuarios. A cada usuario se le asigna uno de 10 niveles de seguridad. Estos niveles definidos para cada usuario determinan que paneles pueden mostrarse, as como los objetos que pueden controlar. 2.3 Desarrollo de Aplicaciones SCADA. Para hacer una aplicacin de control adquisicin de datos y control de procesos se requiere en primer lugar hacer una evaluacin exhaustiva de la necesidad del usuario, en otras palabras ENTENDER el problema. Normalmente con una evaluacin rpida podemos discernir si la aplicacin requiere el uso de una tecnologa basada en PLCs PACs, PC o DCS. Si la aplicacin requiere de varios controladores, debe definirse la cantidad de controladores as como la arquitectura de comunicaciones. La arquitectura de comunicaciones define como van a enlazarse los controladores, si la aplicacin es sobre una planta nueva, regularmente hay una amplia libertad para elegir la forma de enlazar los controladores, cuando se trata de INTEGRAR una planta ya existente, muchas veces nos encontramos que ya existen los controladores, algunos de los cuales pueden estar ya en una red industrial mientras que otros pueden no estarlo, en este caso la integracin requiere, en primer lugar, que el enlace fsico de los elementos de una misma rama sea entre hardware compatibles y que, en lo posible, el protocolo de comunicaciones entre ellos sea el mismo. Redes pequeas de PACs y PLCs pueden enlazarse a travs de una va de comunicaciones y un protocolo comn para integrar toda la Planta. Adicionalmente se integran la red Industrial o de Planta con el sistema administrativa tal que informacin til entre ambas reas pueden ser intercambiadas. Una vez definida la arquitectura de comunicaciones y programados los controladores, podemos hacer la supervisin. En la mayora de casos, se requiere que el software de control sea diseado teniendo en cuenta las peculiaridades previstas para la aplicacin con el Software SCADA. En un ambiente ntegramente orientado a objetos es posible hacer el programa de aplicacin SCADA en lnea, sin necesidad de parar el proceso. En general, debemos definir a priori cual ser la arquitectura del sistema, es decir la distribucin de las presentaciones en pantalla, as como los clculos adicionales que haya que realizar, la oportunidad en la que deban hacerse y la forma de almacenar la Informacin. Una vez definida la arquitectura de presentaciones, generalmente es bueno tener una imagen como fondo de pantalla sobre la cual pondremos los controles, botones y registros grficos. Debemos recordar que, si bien es cierto resulta muy atractiva, una imagen de fondo no es ms que una figura, por lo que las imgenes de fondo pueden ser hechas utilizando un software especializado de diseo grfico como podra ser Corel Draw por ejemplo.

5

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

Pantalla tpica de una aplicacin SCADA, en este caso de una planta de tratamiento de agua. En los sistemas ntegramente orientado a objetos y manejado por eventos, el procedimiento regular es definir y conectar los objetos e ir desarrollando y viendo los resultados de la aplicacin. Un buen sistema de desarrollo permite hacer una aplicacin en corto tiempo ya que debe tener objetos predeterminados para todas las funciones tpicas de una aplicacin como por ejemplo: Registro de tendencias Generacin automtica de reportes Almacenamiento automtico de datos histricos Fcil recuperacin de los datos histricos Sistema automtico de alarmas Niveles de Seguridad para acceso de Operadores y Supervisores. Capacidad de manejar un gran nmero de variables si la aplicacin es grande.

6

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE 3 SCADA CON LABVIEW

INDUCONTROL S.A.C

3.1 USO DE VARIABLES COMPARTIDAS: Las variables compartidas son una poderosa herramienta, que tiene por objetivo, ofrecer una comunicacin transparente entre los componentes de la red industrial, tanto a nivel de software como de hardware.

Caja de propiedades de la variable compartida

Las variables compartidas pueden adoptar todos los tipos de dato que ofrece Labview (Array, booleano, entero, reales, etc); Adems de ello, se puede obtener de cada variable, lo que se denomina, la estampa de tiempo, que es el indicador del instante en que se escribi la variable en uso.

7

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

Las variables pueden ser de escritura, lectura y ambos; posibilitando de esta manera, el que pueda ser utilizado desde diferentes puntos de la red.

Las variables compartidas deberan ser declaradas en una estacion servidor, sin embargo, muchas veces, no solo la PC, sino tambien el hardwasre utilizado, es quien posee la librera con las variables utilizadas.

8

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE 3.2 TECNOLOGIA OPC

INDUCONTROL S.A.C

3.2.1 Origen de la especificacin OPC OPC se basa en la tecnologa OLE/COM (Object Linking and Embedding / Component Object Model) de Microsoft. Esta es la tecnologa que permite que componentes de software (escritos en C y C++ por expertos en un sector) sean utilizados por una aplicacin (escrita en Delphi o VisualBasic para otro sector). De esta forma se desarrollarn componentes en C y C++ que encapsulen los detalles de acceder a los datos de un dispositivo, de manera que quienes desarrollen aplicaciones empresariales puedan escribir cdigo en VisualBasic que recoja y utilice datos de planta. El diseo de las interfases OPC soportan arquitecturas distribuidas en red. El acceso a servidores OPC remotos se hace empleando la tecnologa DCOM (Distributed COM) de Microsoft.

Integracin de sistemas heterogneos con OPC 3.2.2 Arquitectura general y componentes OPC

La arquitectura informtica para la industria de proceso incluye los siguientes niveles: Gestin de campo: informacin sobre los dispositivos de instrumentacin (estado, constitucin, configuracin, etc.). Gestin de proceso: datos sobre el proceso productivo adquiridos y procesados por sistemas SCADA y DCS. Gestin de negocio: integracin de la informacin de planta en los sistemas que gestionan los aspectos financieros de la fabricacin. Se trata de que en la industria se puedan utilizar herramientas estndar (paquetes SCADA, bases de datos, hojas de clculo) para construir un sistema que responda a sus necesidades de mejora de la productividad. 9

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

Para ello es necesario desarrollar una arquitectura de comunicaciones abierta y efectiva que se centre en el acceso a los datos, no en los tipos de datos. Hay muchas aplicaciones cliente que requieren datos de dispositivos y acceden a ellos desarrollando controladores o drivers de forma independiente. Esto implica: Duplicacin de esfuerzos: todos los programas necesitan un driver para un determinado hardware. Falta de consistencia entre drivers: hay caractersticas del hardware no soportadas por todos los drivers. Cambios en el hardware: hacen que los drivers queden obsoletos. Conflictos de acceso: generalmente, dos programas no pueden acceder simultneamente al mismo dispositivo puesto que poseen drivers independientes. Los fabricantes de hardware no pueden desarrollar un driver eficiente utilizable por todos los clientes debido a las diferencias de protocolos entre clientes. OPC proporciona un mecanismo para extraer datos de una fuente y comunicarlos a cualquier aplicacin cliente de manera estndar. Los fabricantes de hardware pueden desarrollar servidores optimizados para recoger datos de sus dispositivos. Dando al servidor una interfase OPC que permite a cualquier cliente acceder a dichos dispositivos.

3.2.3 Arquitectura de un Servidor OPC Un servidor OPC se compone de varios objetos que se ajustan a la norma COM: - El objeto servidor: contiene informacin sobre la configuracin del servidor OPC y sirve de contenedor para los objetos tipo grupo. - El objeto grupo: sirve para organizar los datos que leen y escriben los clientes (ej.: valores en una pantalla MMI o en un informe de produccin). Se pueden establecer conexiones por excepcin entre los clientes y los elementos de un grupo. Un grupo puede ser pblico, es decir, compartido por varios clientes OPC. - El objeto item: representa conexiones a fuentes de datos en el servidor (no son las fuentes de datos en s). Tiene asociados los atributos Value, Quality y Time Stamp. Los accesos a los items OPC se hacen a travs de los grupos OPC y los clientes pueden definir el ritmo al cual el servidor les informa sobre cambios en los datos. El acceso a los objetos COM se hace a travs de interfases, que son lo nico que ven los clientes OPC. Los objetos descritos son representaciones lgicas que no tienen porqu coincidir con la implementacin que se haga del servidor OPC. En Resumen, OPC ( OLE for Process Control ) es un estndar abierto de la industria para comunicacin con PLCs y otros dispositivos La arquitectura cliente-servidor permite a los paquetes HMI hablar con diferentes PLCs NI OPC Servers permite la comunicacin a una gran variedad de PLCs LabVIEW incluye la opcin de diagnosticar problemas generando logs

10

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE 3.3 LabVIEW DSC - Datalogging and Supervisory Control Module

INDUCONTROL S.A.C

El Mdulo DSC extiende un ambiente de desarrollo grfico sobre LabVIEW, con funcionalidad adicional para el rpido desarrollo de aplicaciones para control, supervisin y medidas distribuidas Asimismo, usa la variable compartida para acceder y pasar los datos entre varias VIs dentro del proyecto creado en LabVIEW o en una red. Una variable compartida puede representar un valor de Entrada o salida. Y con el LabVIEW DSC, se puede registrar los datos de forma automtica, aadir alarmas, escalas y niveles de seguridad. Asimismo, se pueden personalizar las gamas de colores para las alarmas y eventos; crear interfaces de usuario que se asemejen a una planta. Ofrece adems, la posibilidad de usar al Meassurement $ Automation Explorer ,NI MAX, para revisar las grafica de tendencias de las variables previamente declaradas, tanto de manera individual, como agrupadas en libreras.

11

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE 4 MANEJO DEL SOFTWARE SCADA DESARROLLADO

INDUCONTROL S.A.C

A continuacin, se explican los pasos a seguir para el manejo del Software SCADA Desarrollado. 4.1 Descripcin de pantalla principal. La pantalla principal consta, en principio, de una ventana registradora de alarmas y eventos. Asimismo, se pueden observar leds de estado de comunicacin, accesos directo a los Scada cliente de cada proceso (Caudal, Presin, Nivel y Temperatura) y un botn para la visualizacin de graficas de tendencias [Trends] Accesos directos a los SCADA CLIENTE DE CADA MODULO

FIGURA 1 Pantalla principal del sistema SCADA Registrador de eventos y alarmas Accesos directo a Pantalla de tendencias

Botn de salida del programa

12

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

4.2 ACCESO DIRECTO A SCADAS CLIENTE Es similar al SCADA que se encuentra en cada PC cliente, con la nica y gran diferencia que, en esta aplicacin, por ser de mayor jerarqua, se tiene la posibilidad de habilitar y deshabilitar permisos de control para cada PC cliente.

SCADA CLIENTE DEL MODULO DE CONTROL DE CAUDAL

SCADA CLIENTE DEL MODULO DE CONTROL DE PRESIN

13

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

SCADA CLIENTE DEL MODULO DE CONTROL DE NIVEL

SCADA CLIENTE DEL MODULO DE CONTROL DE TEMPERATURA

14

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

4.3 PANTALLA DE TENDENCIAS EN TIEMPO REAL: Para la visualizacin de variables de proceso desde el servidor, se usar como herramienta la pantalla que se muestra a continuacin. Hay una pestaa por procesos, por lo que su manejo el manejo solo consiste en desplazarse a travs de las mismas. Pestaas para seleccin de procesos a visualizar

PANTALLA DE TENDENCIAS EN TIEMPO REAL: 4.4 SELECCIN DE TIEMPOS: irve para marcar los tiempos, inicial y final, de la base de datos a ser almacenada.

15

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

4.5 Generacin de reportes mediante NI - MAX (Measurement & Automation Explorer) Para usar el NIMAX, como herramienta, se debe hacer click sobre el botn de generacin de reportes. Acto seguida, se desplegara la aplicacin mencionada.

Generacin de reportes mediante MAX (Measurement & Automation Explorer) Se aprecia a continuacin, la lista completa de variables compartidas monitoreadas que se guardan constantemente en una base de datos dentro del servidor. Existen tambin en esta pantalla, opciones para guardar reportes en archivos de texto. Aadir y remover variables Boton para Exportar los datos a un archivo de texto

Base de datos actual

Lista de Variables compartidas en el servidor

16

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE Se pueden agregar y eliminar variables compartidas a la base de datos.

INDUCONTROL S.A.C

Seleccin de variables compartidas Asimismo, es posible visualizar las variables compartidas, seleccionando en el lado derecho, las que se requieren.

Visualizacin de Variables compartidas en tiempo real

17

Manual del sistema SCADA UNAC FIEE

INDUCONTROL S.A.C

Para exportar datos, se debe escoger el tiempo inicial y final, as como el archivo de destino y el tiempo o intervalo de actualizacin.

Configuracin de parmetros del archivo de texto a ser guardado

Seleccin del lapso de tiempo a ser guardado

18