5 INTERFAZ SCADA

l presente Capítulo aborda la descripción del interfaz SCADA (acrónimo de Supervisory Control And Data Adquisition; Supervisión, Control y Adquisición de Datos) generado para la gestión en tiempo real de la planta experimental de refrigeración. Se detallan cada una de las pantallas de operador creadas y su

relación con las secciones y variables internas del autómata presentadas en el Capítulo 4. Asimismo, se describe la relación y comunicación establecida entre el interfaz SCADA y el programa Microsoft Excel®, que permite la representación en tiempo real del diagrama p-h del ciclo de refrigeración en una hoja de cálculo del mencionado programa.

El software utilizado para la programación del software SCADA es la aplicación Vijeo Citect, también de la casa Schneider Electric.

5.1 Etiquetas de variables

Se crean en el Proyecto de Vijeo Citect tantas etiquetas de variables (Variable Tags) como variables con prefijo VJ_ en el Proyecto de Unity Pro XL. Todas estas variables tienen una dirección física asociada en el autómata, de forma que se asignan las etiquetas a dichas direcciones físicas, normalmente con el mismo nombre que la variable del autómata, y con esto queda resuelta la transferencia de información entre el autómata y el software SCADA. En la Figura 5.1 se muestra un ejemplo de declaración de una etiqueta asociada a una variable digital, mientras que la Figura 5.2 muestra un ejemplo de la definición de una etiqueta asociada a una variable real.

E

Si piensas que los usuarios de tus programas son idiotas, solo los idiotas usarán tus programas.

- Linus Torvalds -

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Interfaz SCADA

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Figura 5.1. Ejemplo de declaración de una etiqueta de variable digital

Figura 5.2. Ejemplo de declaración de una etiqueta de variable real

Asimismo, se generan algunas variables locales del programa, que son utilizadas por funciones internas. En la Figura 5.3 se muestra la definición de una de ellas, una variable digital que sirve para gestionar la pantalla de operador de OPC.

Figura 5.3. Ejemplo de declaración de una variable local

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5.2 Etiquetas de tendencias

Para la representación de tendencias de variables a lo largo del tiempo en gráficos interactivos dentro de la aplicación de Vijeo Citect es necesario previamente crear etiquetas de tendencias, y conectar las mismas a etiquetas de variables ya creadas. En este caso se generan etiquetas de tendencias para las variables analógicas, tanto de entrada como de salida. En la Figura 5.4 se muestra la definición de una de las etiquetas de tendencias, conectada a la etiqueta de variable VJ_TEMP_LIQUIDO.

Figura 5.4. Ejemplo de declaración de una etiqueta de tendencia

5.3 Alarmas

El programa Vijeo Citect permite la creación de diferentes alarmas que puedan ser monitorizadas por el operador. En esta sección se describen las diferentes alarmas generadas.

5.3.1 Alarmas digitales

Se generan alarmas digitales para las siguientes circunstancias:

• Variadores de frecuencia de los compresores (VL1 y VL2):

- Bobina 33 del código de estado: Control no preparado.

- Bobina 34 del código de estado: Convertidor de frecuencia no listo.

- Bobina 36 del código de estado: Alarma.

- Bobina 40 del código de estado: Advertencia.

- Bobina 42 del código de estado: Modo manual.

- Bobina 43 del código de estado: Fuera de rangos de frecuencia.

- Bobina 46 del código de estado: Advertencia de tensión.

- Bobina 47 del código de estado: Límite de intensidad.

- Bobina 48 del código de estado: Advertencia térmica.

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• Variadores de frecuencia de las bombas de líquido (VL3, VL4 y VL5):

- Bobina 33 del código de estado: Control no preparado.

- Bobina 34 del código de estado: Convertidor de frecuencia no listo.

- Bobina 36 del código de estado: Alarma.

- Bobina 40 del código de estado: Advertencia.

- Bobina 42 del código de estado: Modo manual.

- Bobina 46 del código de estado: Advertencia de tensión.

- Bobina 47 del código de estado: Límite de intensidad.

- Bobina 48 del código de estado: Advertencia térmica.

• Controladores OSAKA (recinto a 5ºC y recinto a -20ºC):

- Bit LOP: Límite inferior de presión.

- Bit MOP: Límite superior de presión.

- Bit High SuperHeating: Límite superior de sobrecalentamiento.

- Bit Low SuperHeating: Límite inferior de sobrecalentamiento.

- Bit Alarm Injection: Alarma de inyección en la válvula de expansión.

- Bit Severe Alarm: Alarma severa en la válvula de expansión.

- Bit Error Pb1: Error en el sensor de temperatura a la salida de la válvula de expansión.

- Bit Error Pb2: Error en el sensor de presión a la salida de la válvula de expansión.

• Caudalímetros de líquido: Límite superior de caudal volumétrico.

• Sensores electrónicos de presión con visualización analógica: Límite superior de presión.

• Ventilador de aire: Fallo en el ventilador.

En la Figura 5.5 se muestra un ejemplo de la definición de una de las alarmas digitales mencionadas.

Figura 5.5. Ejemplo de declaración de una alarma digital

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5.3.2 Alarmas analógicas

Se generan alarmas analógicas para el grado de sobrecalentamiento a la salida de cada una de las válvulas de expansión. La diferencia respecto a las alarmas digitales es que el software Vijeo Citect permite declarar un nivel de pre-aviso (Low), y otro de alarma (Low Low), para una variable real. La Figura 5.6 muestra la definición de una de las alarmas analógicas.

Figura 5.6. Ejemplo de declaración de una alarma analógica

5.3.3 Alarmas avanzadas

Existen también alarmas avanzadas, que permiten evaluar una expresión más compleja para determinar la presencia o no de un estado de alarma. En este caso se ha creado solo una a modo de ejemplo, alarma generada por la existencia de un grado de subenfriamiento del refrigerante a la salida del condensador inferior a 1ºC. Esta misma alarma podría haberse programado como alarma analógica situando el nivel Low o Low Low en 1ºC, pero se ha decidido explorar las posibilidades del programa mediante la creación de una alarma avanzada. En la Figura 5.7 se muestra la definición de la alarma avanzada.

Figura 5.7. Ejemplo de declaración de una alarma avanzada

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5.4 Eventos

El programa Vijeo Citect permite asimismo la definición de eventos a realizar de forma periódica o aperiódica. En esta aplicación se han programado cinco eventos diferentes:

• Eventos periódicos: funciones de lectura y escritura en una hoja de cálculo de Microsoft Excel® de presiones y temperaturas. Periodicidad: 2 segundos.

• Eventos aperiódicos: cambio de pantalla de operador debido a tres posibles circunstancias:

- Alarma media.

- Alarma grave.

- Pérdida de comunicación con plataforma OPC.

En la Figura 5.8 se muestra la definición de uno de los eventos periódicos (escritura de datos en una hoja de cálculo de Microsoft Excel®), mientras que la Figura 5.9 detalla la declaración de uno de los eventos aperiódicos, en concreto el asociado a la pérdida de comunicación con la plataforma OPC.

Figura 5.8. Declaración del evento periódico de escritura de datos en Microsoft Excel®

Figura 5.9. Declaración del evento aperiódico asociado a la pérdida de comunicación con OPC

5.5 Comunicación con Microsoft Excel®

Existen varias formas de trabajar en Vijeo Citect con ficheros de Microsoft Excel®. Se puede trabajar con macros pero es más eficiente trabajar con DDE (intercambio dinámico de datos). Las principales funciones para lectura y escritura de datos desde Vijeo Citect son las funciones de Cicode DDEhPoke y DDEhRequest. Desde Vijeo Citect se puede crear un fichero nuevo de Microsoft Excel® o bien abrir un fichero ya creado, no pudiéndose cerrar un fichero, ya que al pedir cerrar un fichero emerge una ventana preguntado al usuario si desea guardar los cambios o no.

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En la Figura 5.10 se muestra el código de la función de Cicode que permite configurar la ruta del programa Microsoft Excel® y la ruta del fichero con el que el interfaz SCADA interactuará. Esta función se ejecuta únicamente al principio de la ejecución del proyecto en Vijeo Citect.

Figura 5.10. Código de la función de Cicode Q_inicio

En la Figura 5.11 se muestra el código que permite al programa de Vijeo Citect leer el contenido de una celda (en concreto la situada en la fila 23, columna 3) de la hoja de cálculo denominada ExcelCoolProp.xlsm, que debe estar ubicada en la ruta indicada en la función Q_inicio (ver Figura 5.10). El contenido de esta celda se almacena en la variable local real Temp_liquido_sat.

Figura 5.11. Código de la función de Cicode Q_leeExcel

Por su parte, la Figura 5.12 muestra el código que permite al programa de Vijeo Citect escribir en diversas celdas de la hoja de cálculo denominada ExcelCoolProp.xlsm la información contenida en diversas etiquetas de variables. La hoja de cálculo debe estar ubicada en la ruta indicada en la función Q_inicio.

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Figura 5.12. Código de la función de Cicode Q_escExcel

El fichero de Microsoft Excel® se ha preparado de forma que, en función del modo de funcionamiento de la planta de refrigeración, se represente el diagrama p-h del refrigerante en tiempo real, a partir de las variables que se leen desde el SCADA. En la Figura 5.13 se muestra como ejemplo la hoja dedicada al modo 4 de funcionamiento (un solo compresor y los dos recintos).

Figura 5.13. Hoja de Microsoft Excel® para la representación en tiempo real del diagrama p-h

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5.6 Pantallas de operador

Esta sección está dedicada a la descripción de cada una de las pantallas que se han programado para una correcta monitorización y control de la planta de refrigeración. Las pantallas se describirán de forma cronológica, conforme van mostrándose al usuario.

5.6.1 Pantalla de bienvenida

En la Figura 5.14 se muestra la pantalla de bienvenida de la aplicación. En ella se muestran dos pulsadores:

• Configuración de la planta: da paso a las pantallas de configuración de la planta, en cuanto al número de etapas de compresión, número de recintos, modo de control sobre las válvulas, etc.

• Apagar: permite finalizar la aplicación.

Figura 5.14. Pantalla de bienvenida del interfaz SCADA

Se muestra también la denominación de la versión del software SCADA empleada, para evitar el trabajo con versiones no actualizadas.

5.6.2 Pantalla de configuración del número de etapas y tipo de condensador

En la Figura 5.15 se muestra la pantalla de configuración manual del número de etapas de compresión y el tipo de condensador.

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Figura 5.15. Pantalla de configuración del número de etapas y el tipo de condensador

En esta pantalla se muestra la configuración actual de la planta en cuanto a las válvulas manuales de configuración:

• Válvulas de configuración de etapas de compresión: se muestran en color verde si están abiertas y en color rojo si están cerradas. En la tabla mostrada en la pantalla se puede consultar cómo deben estar estas válvulas para que la planta actúe en el modo de funcionamiento deseado. En función de la apertura o cierre de estas válvulas, las tuberías de refrigerante correspondientes estarán visibles o no.

• Válvulas de selección del tipo de condensador: igualmente, se muestran en color verde si están abiertas y en color rojo si están cerradas. Únicamente una de las dos debe estar abierta, en caso contrario el botón Siguiente no estará visible.

En el ejemplo de configuración de la Figura 5.15 se ha seleccionado el ventilador de aire como condensador, mientras que solo se utilizará el compresor principal (configuración con una sola etapa). Si se pulsa el botón Siguiente se pasa a la siguiente pantalla de configuración.

5.6.3 Pantalla de configuración del número de recintos

En la Figura 5.16 se muestra la pantalla de configuración software del número de recintos implicados.

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Figura 5.16. Pantalla de configuración del número de recintos

En este punto de la fase de configuración de la planta se decide el número de recintos con los que se va a trabajar. En función de la selección del número de etapas de compresión realizado en el paso anterior, se restringe el número de modos de funcionamiento mostrados en la tabla. Así, para el ejemplo mostrado en la Figura 5.16 solo está disponible trabajar con los dos recintos (modo 4) o bien solo con el recinto de glicol a -20ºC (modo 6); en caso de que se elija un número de recintos incompatible con la selección del número de etapas de compresión, el botón Siguiente no estará visible y en su lugar aparece un mensaje instando al usuario a ajustar correctamente la configuración según la tabla. Para activar o desactivar un recinto basta con pulsar el botón correspondiente. Asimismo, el botón Anterior permite volver a la pantalla de configuración del número de etapas de compresión.

5.6.4 Pantalla de configuración del tipo de control sobre las válvulas

En la Figura 5.17 se muestra la pantalla de configuración software del tipo de control que se va a implementar sobre las válvulas de expansión.

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Figura 5.17. Pantalla de configuración del tipo de control sobre las válvulas de expansión

Una vez fijado el número de etapas de compresión, el número de recintos y el tipo de condensador a utilizar, en esta última pantalla de configuración se decide el modo de control de las válvulas de expansión: bien mediante los controladores OSAKA (Modo_OSK) o directamente desde el autómata mediante modulación PWM de una señal digital (Modo_PLC). Por defecto el Modo_OSK está activado; puede cambiarse mediante la pulsación del botón correspondiente. El botón Fin de la Configuración finaliza la fase de configuración, la cual es irreversible para un experimento concreto. Por su parte, el botón Anterior permite volver a la pantalla de configuración del número de recintos implicados.

5.6.5 Pantalla de funcionamiento manual

En la Figura 5.18 se muestra la pantalla de funcionamiento manual de la planta. Se representa un mímico de la planta completa, junto con las medidas de todos los sensores y los valores de los actuadores.

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Figura 5.18. Pantalla de funcionamiento manual

Las medidas de temperatura de saturación correspondiente a la presión a la salida de las válvulas de expansión y subenfriamiento a la salida del condensador se representan en cuadro rosa y letras negras, ya que no son medidas directas de sensores. En el caso del ventilador de aire se muestra la velocidad de giro (medida en porcentaje) en dos vertientes: la leída, que se corresponde con la realmente aplicada, y la escrita, que hace referencia al valor deseado por el usuario; ambos valores podrían ser diferentes por cuestiones de seguridad (mínima velocidad de giro del ventilador en caso de presión de descarga del compresor principal excepcionalmente elevada). En el caso de los compresores se muestran sobreimpresionados en el icono bombillas que informan acerca de las señales digitales de los relés de seguridades y funcionamiento.

En el caso de las bombas y los compresores, haciendo clic sobre sus correspondientes iconos se abre una ventana en la cual se puede manipular el permiso de arranque, se observa la velocidad de giro actual y se puede introducir la velocidad deseada. En la Figura 5.19 se muestra una de las ventanas, en concreto la del compresor principal; el resto son análogas. En el caso de las válvulas de expansión, al hacer clic sobre el icono se abre también una ventana, que difiere según el modo de control sobre las mismas: en caso de Modo_OSK, se muestra una bombilla que indica la situación de la demanda de frío y un botón para manipularla, así como el valor del sobrecalentamiento deseado y la posibilidad de modificarlo; en caso de Modo_PLC únicamente se puede modificar la apertura de la válvula. En la Figura 5.19 también se muestra la ventana correspondiente a la válvula de expansión asociada al recinto a -20ºC en el caso de Modo_PLC, mientras que en la Figura 5.20 se observa la ventana correspondiente en el caso de Modo_OSK.

En la parte derecha de la pantalla, se observa la presencia del botón Arranque, que permite iniciar el procedimiento de arranque de la planta (indicado también por la bombilla situada a su lado). El botón Paro está oculto, debido a que en este punto la planta ya está parada (de ahí la bombilla verde a su lado). Finalmente un mensaje indica la ausencia de comunicación correcta entre el autómata y la plataforma de comunicación OPC. En caso de comunicación correcta y si la planta está en condiciones de conmutación a que el control de la misma lo lleve la plataforma OPC (una vez arrancada), aparecerá un botón que permite dar permiso de control a OPC.

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Figura 5.19. Detalle de las ventanas auxiliares para gestión de variadores y válvulas (Modo_PLC)

Figura 5.20. Detalle de la ventana auxiliar para gestión de válvulas (Modo_OSK)

Finalmente, a la derecha se observa la presencia de numerosos pulsadores de tendencias. Estos pulsadores conllevan la apertura de nuevas ventanas interactivas en las que se observan tendencias a lo largo del tiempo de todas las variables analógicas; en la Figura 5.21 se muestra uno de estos gráficos de tendencias, en concreto el asociado a los caudales volumétricos; el resto son análogos.

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Figura 5.21. Detalle de uno de los gráficos de tendencias

En la Figura 5.22 se muestra una vista de la pantalla de funcionamiento manual durante el procedimiento de arranque, en el cual las bombas de glicol están activadas, al igual que el compresor principal, y las válvulas de expansión están abiertas en un 30%. El ventilador de aire gira a un 10% debido a la seguridad, ya que aún no se ha escrito ninguna velocidad. En este proceso no se puede parar la planta (el botón Paro no está visible) ni tampoco conmutar a OPC.

Figura 5.22. Pantalla de funcionamiento manual durante el proceso de arranque

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En la Figura 5.23 se muestra una vista de la pantalla de funcionamiento manual una vez finalizado el procedimiento de arranque, en lazo abierto. El botón Arranque no está visible, pero sí el botón Paro y, si la comunicación con OPC es correcta, el botón Permiso control OPC.

Figura 5.23. Pantalla de funcionamiento manual una vez finalizado el proceso de arranque

En la Figura 5.24 se muestra una vista de la pantalla de funcionamiento manual durante el procedimiento de parada controlada del sistema. Las válvulas de expansión se cierran, y posteriormente el compresor principal se detiene. Ninguno de los botones de control está visible.

Figura 5.24. Pantalla de funcionamiento manual durante el proceso de parada controlada

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5.6.6 Pantalla de funcionamiento con OPC

Estando la planta arrancada y si la comunicación con OPC es correcta, pulsando el botón Permiso control OPC en la pantalla de funcionamiento manual se pasa a la pantalla de funcionamiento con OPC. En la Figura 5.25 se muestra una vista de esta pantalla.

Figura 5.25. Pantalla de funcionamiento con OPC

En esta pantalla no se puede actuar de forma manual sobre las variables sobre las que sí se podía en la pantalla de funcionamiento manual, tales como la velocidad de giro de los compresores y bombas, la apertura de las válvulas, etc., puesto que la plataforma OPC ha tomado el control de la planta en casi todos los aspectos. Esta pantalla sirve para monitorizar lo que está pasando en la planta y observar el desempeño en tiempo real de los controladores implementados en OPC, ya que los gráficos de tendencias también están disponibles. Un botón situado a la derecha permite la cancelación manual del control por parte de OPC y la vuelta a la gestión de la planta desde la pantalla de funcionamiento manual en lazo abierto. Por otra parte, si se perdiese la comunicación con OPC mientras se está en esta pantalla, aparecería un mensaje en la parte derecha y se volvería inmediatamente a la pantalla de funcionamiento manual.

5.6.7 Pantalla de alarma

Tanto si se está trabajando en la pantalla de funcionamiento manual como en la pantalla de OPC, si ocurre alguna alarma (media o grave) se pasa a la pantalla de alarma, posteriormente a la aparición de un mensaje indicando el tipo de alarma en la pantalla en la que se esté trabajando. En la Figura 5.26 se muestra la pantalla de alarma, que es muy parecida a la pantalla de funcionamiento con OPC en el sentido de que no es posible actuar sobre ninguna de las variables: si se trata de una alarma media la planta se para de forma controlada, mientras que si se trata de una alarma grave la planta se para de forma inmediata. En esta pantalla solo se puede monitorizar los valores de los sensores y actuadores.

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Figura 5.26. Pantalla de alarma

Cuando la situación que ha provocado la alarma desaparece o esta se corrige, aparece un botón que permite el reinicio y la vuelta al estado de reposo de la planta en la pantalla de funcionamiento manual (Reinicio).