ECOSIMPRO: ENTORNO VIRTUAL SOBRE EL QUE DESARROLLAR ...

2ª Reunión de Usuarios de EcosimPro, UNED, Madrid 24-25 Febrero 2003

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ECOSIMPRO: ENTORNO VIRTUAL SOBRE EL QUE DESARROLLARHERRAMIENTAS SCADA PARA PROCESOS QUÍMICOS

Luis Taboada Antelo, Marcos Villafín Martínez, Julio Rodríguez Banga y Antonio Álvarez AlonsoGrupo de Ingeniería de Procesos, IIM-CSICC/Eduardo Cabello 6, 36208- Vigo (España)

Resumen

En este trabajo se pretenden mostrar lasposibilidades que hacen de ECOSIM una baseadecuada para el desarrollo de aplicaciones SCADA,las cuales se pueden emplear, posteriormente, endiversos procesos químicos.

Palabras Clave : EcosimPro, SCADA, Modelo,Aplicación, Servidor, Cliente.

1 INTRODUCCIÓN

La mayor parte de las plantas industriales tienen unCentro de Control donde se encuentra instalada unaaplicación SCADA (Supervisory Control And DataAdquisition) que, como su nombre indica, se encargade la adquisición de datos para la supervisión ycontrol de los procesos industriales.

Actualmente existe una gran oferta de software deadquisición, supervisión y control. La evolución deeste software sigue una triple tendencia:

- Intercomunicación entre aplicaciones.- Estandarización de las comunicaciones con los

dispositivos de campo.- Adopción del entorno de comunicación Internet.

Entre los elementos que caracterizan la oferta actualde software de supervisión y control destaca laprogramación en Visual Basic para Aplicaciones(VBA) que, junto con la tecnología ActiveX,proporciona una manera práctica, rápida y eficaz dedesarrollar un entorno personalizado. Incorporar uncontrol ActiveX en una pantalla supone añadir unobjeto con código asociado que realiza unadeterminada función de forma totalmente integradadentro de la aplicación que estamos tratando.

En este trabajo se realizan 2 tipos de aplicaciones,según se sitúen en el servidor (proveedor de datos) oen un equipo remoto denominado cliente (receptor dedatos):

a. La aplicación SCADA, emplazada en el servidorde planta, ha sido desarrollada sobre la base deun modelo y una simulación en ECOSIMPRO.

b. Con respecto a la aplicación cliente, que permitela monitorización y control remoto, se debe teneren cuenta que debe cumplir una serie derequisitos:

- La interfaz gráfica debe ser lo más parecida ala interfaz gráfica de la aplicación SCADA.

- Debe permitir visualizar el estado del sistemaSCADA así como poder interactuar con élmediante el envío de directivas de control.

- Y, finalmente, debe de ser segura y eficaz enla mayor medida posible.

Se crea una base de datos que actúa de intermediariaentre la aplicación SCADA y la aplicación cliente. Enesta base de datos se irán registrando todos losvalores de los parámetros de la aplicación SCADA y,de esta forma, la aplicación remota podrá obtenerdichos valores en tiempo real, así como enviardirectivas de control que la aplicación servidormonitoriza, leyendo en la base de datos y corrigiendolas posibles variaciones operacionales.

ECOSIMPRO

SERVIDOR

CLIENTES

BASEDE

DATOS

LAN

WAN

WWW

Figura 1: Esquema general del sistema

Todo este entorno se genera gracias a las facilidadesde conectividad con otras aplicaciones que presentaECOSIMPRO, ya que incorpora un ActiveX(EcoViewer.dll) que proporciona al programador unaserie de herramientas que hacen posible la creación


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de cualquier interface donde se muestren losresultados de los experimentos implementados enECOSIMPRO, con la posibilidad de poder manipularlas variables que intervienen en los mismos.

2 MODELADO EN ECOSIMPRO

ECOSIMPRO, como herramienta matemática demodelado y simulación de sistemas dinámicos,permite el estudio de procesos reales, tanto a pequeñacomo a gran escala. Tomando este punto de partida,resulta evidente que es fundamental el disponer de unmodelo matemático lo más adecuado a la realidadcomo sea posible. De esta forma, podrá reproducirsefielmente cualquier planta mediante el lenguaje EL deECOSIMPRO.

Los pasos a seguir serán:

1. Implementación del modelo matemático enECOSIMPRO.

2. Generación de los experimentos de acuerdo conlas necesidades de la aplicación SCADA adesarrollar, teniendo en cuenta tanto los valoresiniciales como los límites de las variablesimplicadas.

La principal necesidad en el modelo radica en lasincronización del tiempo de simulación y el real,porque se plantea como objetivo de este trabajo elhecho de que la aplicación SCADA desempeñe sufunción en tiempo real. Para ello, a la hora deconfigurar los experimentos, en la sección BODY,debe incluirse la siguiente sentencia

BODYFOLLOW_RT= TRUE...END EXPERIMENT

Esto facilita la interactividad entre las aplicacionesservidor y cliente, puesto que si el proceso de cálculose realiza en tiempo computacional, al decidir ejercercualquier acción de regulación, ésta sería muy difícilde ubicar en un momento temporal específico paradicha acción.

Asimismo, es fundamental el proceso deinicialización de las variables principales(controladas, manipuladas y las asociadas aperturbaciones) empleadas en el modelo, puesto queserán el punto de partida para la generación de laaplicación SCADA.

2.1 SISTEMA DE DOS TANQUES EN SERIECON RECIRCULACIÓN

A fin de ejemplificar lo expuesto anteriormente, sedesarrolla un sistema sencillo consistente en dos

tanques de mezcla completa conectados en serie ycon una recirculación del tanque 2 al tanque 1. Enambos tanques se pretende establecer un control delnivel (mediante el control de las alturas h1 y h2) y uncontrol de la temperatura de salida de los tanques (T1s

y T2s), la cual coincide con la temperatura encualquier punto al considerarse mezcla completa.Este tipo de control es representativo del control de lacalidad del producto en muchos procesos químicos.

Un esquema del problema se puede ver en lasiguiente figura:

Figura 2.- Esquema del sistema de tanques enserie

En este sistema se consideran 4 variables controladas(h1, h2, T1s, T2s) y se dispone de 5 variablesmanipuladas, representadas por los grados deapertura de las diferentes válvulas y la bomba dereflujo representadas en la Figura 2.

Como posibles perturbaciones que puedan afectar alas variables controladas, se van a considerarúnicamente las temperaturas de las alimentacionesfrescas de ambos tanques (T1 y T2) y posiblescambios en los puntos de consigna de dichasvariables a controlar (h1r, h2r, T1sr y T2sr).

Para la selección de los lazos de control aimplementar en este sistema multivariable, se realizóun estudio mediante el RGA (Relative Gain Array) omatriz de ganancias relativas, definido en [1].

El RGA se define como una matriz de números . Elelemento ij en la matriz se llama βij. Es la relación dela ganancia en estado estacionario entre la i-ésimavariable controlada y la j-ésima variable manipulada,cuando todas las demás variables manipuladas sonconstantes, dividida por la ganancia en estadoestacionario entre las dos mismas variables cuandotodas las otras variables controladas son constantes:


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[ ][ ]

k

k

xji

mji

ij mx

mx

/

/=β (1)

Los elementos del RGA pueden calcularse, paracualquier sistema, usando la siguiente ecuación:

βij = (elemento ij-ésimo de pK )(elemento ij-ésimo

de T

pK

−1 ) (2)

siendo Kp la matriz de ganancias en estadoestacionario en este sistema.

Cuanto más cerca de 1 estén los valores de βij , menorinteracción habrá (menos diferencia entre el sistemaen lazo abierto y cerrado), de manera que los pares devariables se escogen en función de cuales tengan loselementos en el RGA más próximos a 1.

Para el proceso sometido a estudio, los lazos decontrol obtenidos son:

Tabla 1: Pares de variables seleccionadosNúmero de

lazoVariable

controladaVariable manipulada

Lazo 1 h1 Apertura de la válvulade salida del tanque 1

Lazo 2 h2 Apertura de la válvulade alimentación fresca

al tanque 2 (F2)Lazo 3 T1s Apertura de la válvula

de alimentación frescaal tanque 1 (F1)

Lazo 4 T2s Bombeo de corrientede recirculación

Como resultado de esta selección, la configuracióndel proceso queda como se muestra en la figura 3:

Figura 3: Esquema del sistema considerandolazos de control

Todos los controladores que se utilizan se considerandel tipo PI (Proporcional-Integral), siendo ajustadospor el método de respuesta de frecuencia. Para másinformación sobre las diferentes alternativasexistentes para determinar los parámetros dediferentes tipos de controladores, ver [5].

Una vez desarrollado todo el modelo matemático yseleccionados lazos y parámetros de control, elsiguiente paso es la implementación del mismo enECOSIMPRO

Para ello, se crea un componente, denominadotanques_en_serie, en el cual se reflejan los balancesde materia y energía en ambos tanques junto con lasconsignas de control, de manera que el proceso quedafielmente reflejado. El código completo de estesencillo componente se puede consultar en elAPÉNDICE A.

Mediante una serie de puertos ya predefinidos en loscontroladores que incorpora la librería CONTROL deECOSIMPRO, se interconectan los cuatrocontroladores con el componente tanques_en_serie,generando un nuevo componente, denominadocontrol_tanques _en_serie, sobre el que sedesarrollen los experimentos que servirán de base a laaplicación SCADA.

El código para este componente se muestra acontinuación:

-----------------------------------------------------------------USE CONTROL

COMPONENT control_tanques_en_serie

TOPOLOGYtanques_en_serie TSCntrl_pi PI (k=-0.175, Ti=12.64, u_min=-1)Cntrl_pi PI2(k=-0.109, Ti=11.375, u_min=-1)Cntrl_pi PI3(k=-0.10, Ti=10.554, u_min=-1)Cntrl_pi PI4(k=-0.12, Ti=10.04, u_min=-1)

CONNECT TS.nivel1 TO PI.s_varCONNECT TS.href1 TO PI.s_setCONNECT PI.s_out TO TS.heCONNECT TS.nivel2 TO PI2.s_varCONNECT TS.href2 TO PI2.s_setCONNECT PI2.s_out TO TS.F2eCONNECT TS.T1sal TO PI3.s_varCONNECT TS.T1sref TO PI3.s_setCONNECT PI3.s_out TO TS.F1eCONNECT TS.T2sal TO PI4.s_varCONNECT TS.T2sref TO PI4.s_setCONNECT PI4.s_out TO TS.be

END COMPONENT-----------------------------------------------------------------


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Los valores de las ganancias y los tiempos integralesdefinidos en el componente serán los empleados pordefecto por la aplicación.

El experimento base para el desarrollo de laaplicación SCADA es el siguiente:

----------------------------------------------------------------- EXPERIMENT exp2 ON control_tanques_serie.default

DECLS

INIT -- set initial values for variables -- Dynamic variables TS.h1 = 1.361 TS.h2 = 2.777 TS.x = 110.747 TS.r = 42.682 PI.vi = 0 PI2.vi = 0 PI3.vi = 0 PI4.vi = 0

BOUNDS -- set expressions for boundary variables: v =f(t,...)

TS.T1 = 0 TS.T1sr1 = 0 TS.T2 = 0 TS.T2sr1 = 0 TS.hr1v = 0 TS.hr2v = 0

BODY FOLLOW_RT= TRUE TIME = 0 TSTOP = 360000 CINT = 0.5 INTEG()

END EXPERIMENT-----------------------------------------------------------------

Como principales características de este experimentodestacan:

1. La ya citada sentencia de correspondencia entreel tiempo de simulación y el tiempo real.

2. La ausencia de la orden de generación de uninforme de resultados, puesto que no esnecesario. Los datos se irán guardandoautomáticamente en la base de datos que serviráde centro del sistema SCADA.

3. La duración de la simulación se considerasuficiente a efectos prácticos.

4. El tiempo de muestreo se elige pequeño ante larapidez con el que el sistema responde ante lasperturbaciones, lo que haría que para tiemposmayores, no se observara toda la respuestadinámica del mismo, perdiendo calidad lamonitorización.

Al compilar dicho experimento, se genera un archivoejecutable (exp2.exe), el cual realizará la función dela planta de proceso considerada mediante el envíoy/o lectura de los valores de las variables queintervienen en la simulación.

A partir de este ejecutable y con las herramientasdisponibles en ECOSIMPRO, resulta de fácildesarrollo el sistema de monitorización, control ysupervisión necesario para el proceso considerado.

3 DISEÑO Y DESARROLLO DE LAAPLICACIÓN SCADA

Visual Basic para Aplicaciones es el lenguaje deprogramación incorporado por las aplicaciones deMicrosoft Office y ofrece diversas ventajas:

- Está muy extendido.- Es aceptado por diversos fabricantes, por lo que

se va convirtiendo en un estándar de hecho.- Presenta una muy buena relación entre potencia y

dificultad de aprendizaje y uso.

Para llevar a cabo el proceso de desarrollo, seempleará el entorno de programación MicrosoftVisual Basic 6.0 .

3.1 COMUNICACIÓN ENTRE ECOSIMPROY VISUAL BASIC

Como ya se mostró en la introducción, la tecnologíaActiveX proporciona una manera sencilla de podergenerar una interface en la cual se ejecuten losexperimentos de ECOSIMPRO, facilitando lasherramientas necesarias para que, desde el entorno deprogramación, se pueda interactuar con dichosexperimentos.

En este caso particular, dicho ActiveX vienesuministrado como una DLL (Dynamic Link Library)denominada EcoViewer.dll. Esta librería proporcionalos objetos necesarios para llevar a cabo laprogramación de la aplicación en base al experimentogenerado a partir de un modelo implementado enECOSIMPRO.

Habitualmente, la utilización del EcoViewer serealiza una vez que se ha instalado ECOSIMPRO,porque se necesitan algunas librerías dinámicas yotras que utiliza el Ecoviewer. Las simulaciones sonde modelos realizados en ECOSIMPRO de tal formaque será necesario el ejecutable del modelo y losficheros que necesita dicho ejecutable (.txt) y quedirectamente son obtenidos de la compilación delexperimento. Este archivo .txt es fundamental puesrecoge todas las variables y ecuaciones que definen elmodelo del proceso.


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En este trabajo también se ha contemplado laposibilidad de que la aplicación no tenga dependenciadirecta con ECOSIMPRO, es decir, que en lamáquina no esté instalado el software. Parasolucionar este tema, se suministra un setup.exefacilitado por EA International, que se debe ejecutarpara que se instale en dicha máquina todo lonecesario para que los entornos desarrollados en VBa partir de modelos de ECOSIMPRO funcionencorrectamente.

3.2 DISEÑO DE LA INTERFACE GRÁFICADE LA APLICACIÓN SCADA

El diseño de la interface gráfica de la aplicaciónSCADA está basada en el diseño real del proceso enel que se integra así como en las necesidades realesde supervisión y control de determinadas variables.

En el ejemplo de los tanques en serie, se ha optadopor un gráfico dinámico generado en Visual Basic6.0, tanto para el servidor como para el cliente.

La aplicación servidor se muestra en la figura 6. Enella también se indican las principales acciones que elusuario puede ejerce sobre el entorno gráfico.

Dicha aplicación presenta dos modos de operaciónbásicos, cada uno de los cuales se desarrolla sobre labase de un experimento previamente generado:

a. Modo sin control: Al seleccionar la opción Sincontrol de las Opciones de Control de la ventanagráfica, el usuario puede estudiar la respuestadinámica del sistema frente a perturbacionestanto en los caudales y las temperaturas de lasalimentaciones frescas de los tanques,observando la rapidez con la que el sistemamanifiesta y propaga estas perturbaciones. Es un

Figura 6: Ventana gráfica de la aplicación servidorpaso fundamental para la posterior implantaciónde sistemas de control.

b. Modo con control: Si se escoge el modo ConControl de las Opciones de Control, la ventanagráfica cambia, puesto que se muestran losdiferentes lazos de control implementados.Asimismo, permite la edición y modificación delos parámetros de ajuste de cada uno de loscontroladores.

En cuanto a las perturbaciones, ahora ya no resultaposible el manipular los caudales de alimentaciónfresca, puesto que pasan a ser variables manipuladasde los lazos 2 y 3. Sin embargo, se ofrece laposibilidad de introducir modificaciones en lospuntos de consigna de cada una de las variablescontroladas.

Para más información acerca de los modos deoperación, el programa dispone de un menú de ayuda.


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En ambos modos de operación, resulta de vitalimportancia la parte de monitorización que se ofreceen la interface, en forma de gráficas y tablasdinámicas que se actualizan con el tiempo, puesto quea partir de dicha información se tomarán las posiblesdecisiones de control a ejercer sobre el sistema.

En cuanto al diseño de la interface remota (basado enla aplicación servidor), se ha optado por simplificar elentorno gráfico eliminando el modo SIN CONTROL,puesto que este nivel interesa, fundamentalmente, lamonitorización y control del proceso, no el estudiodinámico del mismo, el cual se supone que es un pasoprevio a la implantación de la aplicación SCADA.

3.3 FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓNDE LA INTERFACE

Como punto de partida para la creación de la interfacese debe, en primer lugar, hacer referencia a la libreríaEcoViewer.dll, que, como antes se indicó, es elcomponente ActiveX encargado de establecer lacomunicación Visual Basic-ECOSIMPRO. Parallevar esto a cabo, dicha DLL debe estar registrada,operación ya realizada si ECOSIMPRO está instaladoo si se ha instalado el setup.exe mencionado conanterioridad.

Partiendo de la premisa de que esta condición secumple, y ya dentro del entorno de programación, sedebe acceder al menú Proyecto > Referencias de VB.En el cuadro de diálogo Referencias es necesarioseleccionar la opción EcoViewer MonitorECOSIMPRO 3.2., como se muestra en la figura 7. Seacepta y, en estos momentos, el programador ya seencuentra en disposición de emplear este objeto.

Figura 7: Cuadro de diálogo para la selección de laDLL

A continuación, se realiza una breve descripción decómo cargar en una variable objeto un experimentorealizado con ECOSIMPRO. Para explicar dichoprocedimiento, se irá ejemplificando con el sistemasencillo de tanques en serie:

1º. Declaración de la variable objeto(Experimento):

Public WithEvents Experimento AsEcoViewer.EcoSimViewer

2º. Creación de una instancia de la variable objetoExperimento (en el Form_Load, evento que sedesencadena al cargar el formulario):

Set Experimento = NewEcoViewer.EcoSimViewer

3º. Asignación de un cuadro de texto (Textbox)para el seguimiento de los experimentos:

Set Experimento.WindowOuput = Text1

4º. Inicialización del experimento:

ArchivoExp = App.Path & "\exp" & Expe &".exe" Experimento.LaunchSimulationFile ExpeFile

Mediante la primera sentencia, en la variableArchivoExp, introducimos la ruta del ejecutabledel experimento. App.Path devuelve la ruta de lacarpeta donde se ubica la aplicación, de formaque se debe situar el experimento en dichacarpeta.

La variable auxiliar Expe se utiliza paradiferenciar el ejecutable empleado en los dosmodos de operación considerados, de maneraque si se elige la opción SIN CONTROL, Expeserá igual a 1 (cargando el archivo exp1.exe) yen el caso CON CONTROL, Expe será igual a 2(exp2.exe).

La segunda sentencia se encarga de enlazar elexperimento con la variable objeto.

Si el experimento se ha cargado de formasatisfactoria, se avanza a la siguiente etapa.

5º. El evento Experimento_Connected:v.Vars.Add Vars.Item(32).NameLoadValores vEnd If

If OptControl(2).Value = True Thenv.Vars.Add Vars.Item(61).Namev.Vars.Add Vars.Item(64).Namev.Vars.Add Vars.Item(69).Namev.Vars.Add Vars.Item(73).Namev.Vars.Add Vars.Item(37).Namev.Vars.Add Vars.Item(52).Namev.Vars.Add Vars.Item(82).Namev.Vars.Add Vars.Item(84).Namev.Vars.Add Vars.Item(132).Name


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v.Vars.Add Vars.Item(133).Name.Vars.Add Vars.Item(89).Namev.Vars.Add Vars.Item(77).Namev.Vars.Add Vars.Item(8).Namev.Vars.Add Vars.Item(22).Namev.Vars.Add Vars.Item(36).Namev.Vars.Add Vars.Item(51).NameLoadValores vv

Set v = Nothing

Set v = Views.Add("CONTROLADORES") v.Vars.Add Vars.Item(7).Namev.Vars.Add Vars.Item(1).Namev.Vars.Add Vars.Item(21).Namev.Vars.Add Vars.Item(15).Namev.Vars.Add Vars.Item(35).Namev.Vars.Add Vars.Item(29).Namev.Vars.Add Vars.Item(50).Namev.

Vars.Add Vars.Item(44).NameLoadParametros v

End If

End Sub

Este evento se desencadena si la conexiónexperimento-objeto se ha realizado con éxito. De serasí, la variable StateConnect toma el valor 4, con locual se está en condiciones de generar las views(vistas), creando entonces variables de objeto quesoporten el contenido de estas vistas (Views ) asícomo de las variables asociadas a cada una de ellas(Vars).

En el caso particular del ejemplo de los tanques, alpoder elegir entre dos modos de operación diferentes,debe añadirse una sentencia que haga distinción entrecada uno de ellos. Al disponer en la interface gráficade un botón de selección de Opciones de Control (verFigura 6), el activar uno u otro caso origina que elcontrol de opción tome el valor verdadero. Porejemplo, OptControl(1).Value = True será cierta si seselecciona la opción SIN CONTROL.

Según el sistema seleccionado, el programa operaasignando una view en la que se cargan los nombresde las variables de interés desde el punto de vista dela aplicación SCADA. Para el caso CON CONTROLes necesaria una segunda vista(CONTROLADORES), en la cual se cargan lasvariables correspondientes a los parámetros de loscontroladores. Esto facilitará el manejo de lasvariables, puesto que se separan las acciones demonitorización de las posibles actuaciones a nivel decontroladores. La otra view (VISTA2) se createniendo en cuenta las variables que van a sernecesarias según el caso (controlado o sin controlar).

La instrucción que permite añadir el nombre de unavariable a la view es

v.Vars.Add Vars.Item(n).Name

donde n es la posición que a dicha variable asignaECOSIMPRO en el modelo. Dichas posicionesvienen reflejadas en el archivo de texto que precisa elejecutable (con la extensión .default ).

Tras añadir las variables deseadas a las views, serealiza una llamada a un procedimiento que asigna elvalor de cada variable de la vista, pasada comoparámetro, a una matriz numérica . El códigoasociado a esta operación, ejemplificando para laVISTA2, se muestra a continuación:

Private Sub LoadValores(v As ecmView)

Dim vVars As ecmViewVarsDim vVar As ecmViewVarSet vVars = v.VarsDim i As Integeri = 1 For Each vVar In vVars NombresVal(i) = vVar.Name ValoresIni(i) = vVar.ExpVar.Value i = i + 1 Next

End Sub

Donde ValoresIni(i) es la matriz numérica quealmacena los valores de las variables deseadas yNombresVal(i) es una matriz donde se guardan losnombres de las variables seleccionadas, la cual seutilizará en la asignación de valores.

Ciertas variables precisan ser inicializadas paraestablecer un punto de partida en el desarrollo de lasimulación. Esta tarea puede realizarse bien en elexperimento o mediante código en el programa. Estasegunda alternativa presenta la ventaja de que sepueden modificar las condiciones iniciales sin tenerque generar nuevamente el experimento, tareaimposible de realizar en una máquina en la cual noesté instalado ECOSIMPRO. La siguiente funciónrealiza la tarea de asignar nuevos valores, de maneraque para inicializar ciertas variables basta con llamara la función pasando como parámetro (i) la posiciónque ocupa dicha variable en la matriz de valores(ValoresIni). Para llevar a cabo dicha asignación espreciso conocer el nombre de las variables amodificar. Este es el motivo por el cual se creó unamatriz que almacene los nombres.

Dim NuevoValorVariable As Variant Dim mVarType As Variant

Dim v As ecmExpVar


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On Error GoTo MiError NuevoValorVariable = ValoresIni(i) Set v = Nothing

mVarNombre = NombresVal(i) AsignarValor = 0 If mVarNombre <> vbNullString Then Set v =Experimento.ecmExpVars (mVarNombre)

mVarType = v.TypeDef Select Case mVarType Case ecmStringAsignarValor = CStr(NuevoValorVariable) Case ecmRealAsignarValor = CDbl(NuevoValorVariable)

Case ecmIntegerAsignarValor = CLng(NuevoValorVariable)

Case ecmBooleanAsignarValor = CBool(NuevoValorVariable)

Case ElseAsignarValor = 0 End Select

End If v.Value = AsignarValor On Error GoTo 0 Exit Function

MiError: If v Is Nothing Then MsgBox "La variable no pertenece al

experimento", vbInformation, "ALERTA" End If AsignarValor = 0 On Error GoTo 0

End Function

El desarrollo de esta función es simple: se almacenanel valor y el nombre de la variable tratada en dosvariables temporales, de manera que mediante sunombre se pueda determinar el tipo de dato a travésde una función de ECOSIMPRO (TypeDef) y, a partirde aquí, asignar un valor conforme a ese tipo.

6º. Arrancada, parada y pausa del experimento:

Alcanzado este punto en el desarrollo de laaplicación, se está en condiciones de iniciar elexperimento. La instrucción que lo permite es lasiguiente:

Lo visto para la VISTA2 sería también aplicable a lasdemás vistas generadas, bien en el ejemplopresentado (CONTROLADORES) bien en otrossistemas estudiados.

Experimento.Run

Esta misma sentencia reanuda el experimento en casode que éste se hubiera pausado previamente.

De igual forma, es posible pausar y/o parar lasimulación de manera sencilla gracias a las siguientessentencias

Experimento.BreakExperimento.EndSimulate

Una manera muy simple de interactuar con estassentencias es asociarla a botones, como es el caso delejemplo mostrado en este trabajo. En el mismo, todoslos deslizadores y ventanas de selección deperturbaciones (ver Figura 6) presentan un patróncomún de funcionamiento basado en la secuencia:

Figura 8: Secuencia lógica del funcionamientode los controles del entorno gráfico

El aspecto novedoso aquí es el proceso de carga denuevos datos al experimento. Es una operaciónsencilla puesto que es muy similar al proceso deinicialización de variables previamente descrito. Lacarga se realiza mediante la asignación del nuevovalor introducido por el usuario en el entorno gráfico(a través de deslizadores, ventanas de selección, etc) ala posición correspondiente de la matriz de valorespreviamente definida. Como el valor ha sidoactualizado en la matriz, se toma la posición de dichovalor y se realiza una llamada a la función de

PAUSA

¿ModificaDatos?SÍ

NOCARGARDATOS

REANUDAR


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asignación, la cual introduce en el modelo el nuevovalor.

3.4 CONECTIVIDAD A TRAVÉS DE LABASE DE DATOS

Una vez llegado hasta aquí, parece lógico elplantearse la posibilidad de la monitorización,supervisión y control remota del proceso. Estanecesidad es la causa que origina el desarrollo de laaplicación cliente.

El funcionamiento de la misma debe ser totalmenteindependiente de ECOSIMPRO, pues su origen dedatos se halla en la aplicación servidor. Es por elloque se hace necesario el uso de una base de datos,que desempeñe las funciones de intermediaria entre elservidor y el cliente.

Para crear la base de datos se opta por emplearMicrosoft Access 2000. Se ha optado por la creaciónde dos tablas, cada una de las cuales registrará demanera continua los valores de las variablespertenecientes a cada una de las vistas anteriormentedefinidas, denominadas respectivamente VISTA2 yCONTROLADORES.

TABLA Parametros

TABLA ValoresIni

Figura 9: Tablas definidas en la base de datos

En estas tablas, los valores se irán almacenando desdeel servidor a partir de los valores generados por elexperimento. El cliente accederá mediante unaconsulta a estos valores y los empleará paramonitorizar el proceso. Asimismo, cuando unadirectiva de control sea implementada en el cliente,

inmediatamente se verá reflejada en la base de datosmediante la actualización de los campos implicadosy, por tanto, el servidor también está obligado amonitorizar la base de datos para detectar cambios encualquier instante.

3.4.1 Interacción servidor-base de datos

Desde el punto de vista del servidor, éste precisatomar una referencia para guardar los resultados de lasimulación. Es por ello que se debe tener en cuentacada cuanto tiempo se refrescan los valores.

El evento Experimento_RefreshView se desencadenacada vez que transcurre el tiempo de integracióndefinido previamente en el cuerpo del experimento enECOSIMPRO (CINT), actualizando los valores de lasvariables. Aprovechando esta circunstancia, es fácilentender que éste es el momento adecuado paracomprobar si se ha actualizado el último registro encada una de las tablas de la base de datos. Esto seconsigue comparando campo a campo los dos últimosregistros. Si estos son distintos, lógicamente, se habráproducido un cambio que habrá que tener en cuenta,asignando los valores del último registro.

El código general de este procedimiento es el que semuestra a continuación:

Private Sub Experimento_RefreshView(sViewNameAs String, dTime As Double, VarValues As Variant) … AdoRs.MoveLast ValorX= AdoRs.Fields(i) AdoRs.MovePreviousIf AdoRs.Fields(i).Value <> ValorX Then ValoresIni(i) = ValorX AsignarValor (i)End If…

Donde se realizan las siguientes tareas:

1. Desplazamiento al último registro de la base dedatos.

2. Asignación del valor del campo i a la variableValorX (variable temporal).

3. Desplazamiento al penúltimo registro de la basede datos.

4. Comparación del valor del campo i en elpenúltimo registro con la variable temporal. Sison distintos (se ha producido un cambio), loasigna a la posición i de la matriz de valores delas variables seleccionadas y llama a la funciónde asignación.


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De acuerdo con esos nuevos valores , se procede a lamodificación de los dispositivos de lectura/escrituraen la ventana gráfica (ventanas de monitorización,deslizadores, etc.).

El proceso de escritura en la base de datos tambiéntiene lugar cuando se desencadena este evento. Acontinuación se detalla brevemente como realizar estaoperación en Visual Basic:

Private Sub Experimento_RefreshView(sViewNameAs String, dTime As Double, VarValues As Variant) …

AdoRs.MoveLast AdoRs.MoveNext

AdoRs.AddNew AdoRs.Fields(i) = VarValues(i) AdoRs.Update...

Con esta serie de comandos tienen lugar lassiguientes acciones:

1. Desplazamiento al último registro de la base dedatos.

2. Posicionamiento en condiciones de poder serinsertado un nuevo registro.

3. Creación de un nuevo registro.

4. Introducción en los campos de los nuevosvalores de las variables.

5. Cerrar la actualización.

Para completar o aclarar cualquier cuestiónrelacionada con la programación de bases de datos enVB, consultar [2], [3] y [4].

3.4.2 Interacción cliente-base de datos

Para simplificar la tarea de desarrollo de laaplicación cliente a partir del servidor se haconsiderado la opción de utilizar un objeto ADO (ver[2] y [3]). De esta manera resulta enormementesencillo el seguimiento de la base de datos por partedel cliente, dado que no hay más que enlazar loscuadros de texto con los campos del objeto ADO quese quieran mostrar y/o controlar. Mediante un controlTimer, que no es más que un evento al que asignamosun intervalo de tiempo, transcurrido el cual sedesencadena, se consigue actualizar los valores. Estaactualización se consigue con el siguiente código:

Adodc1.RefreshAdodc1.Recordset.MoveLast

Para el caso estudiado, se fija este valor del intervalode refresco en 250 milisegundos. Éste será acorde conel tiempo de integración considerado en elexperimento base, puesto que debe ser losuficientemente rápido para detectar posibles cambiosen el modelo.

La asignación de nuevos valores de las variables sehace de forma directa, programando el evento que seconsidere oportuno de los objetos deseados.

Por ejemplo, la sintaxis del código para un deslizadorserá:

Private Sub Slider_MouseUp(Button As Integer, ShiftAs Integer, X As Single, Y As Single)

Adodc1.Recordset.Fields(i) = Slider.ValueAdodc1.Recordset.UpdateAdodc1.RefreshAdodc1.Recordset.MoveLast

End Sub

Donde:

1. Se asigna el valor del deslizador al campocorrespondiente en la tabla de la base de datos.

2. Se aplica la orden de actualización.

3. Se refrescan los valores del objeto para que seencuentren activos.

4. Se desplaza al último registro.

4 CONCLUSIONES

Aprovechando las capacidades de conectividad queofrece ECOSIMPRO, resulta simple y eficaz utilizareste software como base para trabajar en entornos deprogramación orientados al desarrollo de aplicacionesSCADA, utilizando como nexo entre el servidor y losdistintos clientes una base de datos y las posibilidadesde manejo de las mismas que ofrece Visual Basic.

En este trabajo se ha ejemplificado todo el desarrollomediante dos tanques en serie con recirculación. Unejemplo como este podría servir de punto de partidapara:

a. la creación de una serie de aplicaciones a pequeñaescala que representen unidades o procesossimples, los cuales, posteriormente, puedanintegrarse de forma sencilla para formar procesoso plantas de mayor complejidad.

b. el desarrollo de aplicaciones web que permitiríantanto un proceso de aprendizaje de los procesos


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representados como las el desempeño de lasfunciones reales de una aplicación SCADA(monitorización, control y supervisión) víaInternet.

Agradecimientos

Deseamos dar las gracias a Pedro Cobas y a JuanCarlos Arroyo de EA International, por su disposicióna aclararnos cualquier duda surgida durante larealización de este trabajo y por su inestimable ayuda.

Este trabajo ha sido financiado por el proyecto delPlan Nacional de I+D+I PPQ2001-3643.

Referencias

[1] Bristol, E.H. (1966) “On a new measure ofinteractions for multivariable process control” IEEETransactions on Automatic Control, volume CA-11,pp. 133-134.

[2] Havolrson, M. (1999) Aprenda Visual Basic Ya6.0, McGraw-Hill, Madrid.

[3] McManus, J.P. (1999) Bases de datos con VisualBasic 6, Prentice-Hall, Madrid.

[4] Microsoft Press (1998) Microsoft Visual Basic6.0. Manual del programador, McGraw-Hill, Madrid.

[5] Ogunnaike, B.A., Harmon, R. (1994) ProcessDynamics, Modelling and Control, Oxford UniversityPress, New York.

APÉNDICE A CÓDIGO DEL COMPONENTEtanques_en_serie

USE CONTROL

COMPONENT tanques_en_serie

PORTS

IN analog_signal heIN analog_signal F2eIN analog_signal F1eIN analog_signal beOUT analog_signal href1OUT analog_signal nivel1OUT analog_signal href2OUT analog_signal nivel2OUT analog_signal T1srefOUT analog_signal T1salOUT analog_signal T2srefOUT analog_signal T2sal

DATA

--Datos de caudales

REAL F1r=0.05 --Caudal de referencia de lacorriente entrada al tanque 1 (m3/s)

REAL F2r=0.05 --Caudal de referencia de lacorriente entrada al tanque 2 (m3/s)

REAL k1r=0.1 --Constante de proporcionalidad (ene.e.) entre el Fsalida y h en eltanque 1 (m2/s)

REAL k2r=0.1 --Constante de proporcionalidad (ene.e.) entre el Fsalida y h en eltanque 2 (m2/s)

REAL T1r=20 --Temperatura de referencia de F1(ºC)

REAL T2r=60 --Temperatura de referencia de F2(ºC)

REAL T1sr=31.36 --Temperatura de referencia para la salida del tanque 1 (ºC)

REAL T2sr=39.88 --Temperatura de referencia para la salida del tanque 2 (ºC)

REAL br=0.4 --Valores de referencia para ladefinición del reciclo desde la salidadel Tanque 2 al Tanque 1 (m2/s)

REAL gr=0.6

--Datos geométricos de los tanques

REAL At1=0.5 --Área transversal del tanque 1 (m2)REAL At2=0.2 --Área transversaldel tanque 2 (m2)

REAL hr1=1.361 --Altura del tanque 1 en el estadoestacionario (m)

REAL hr2=2.777 --Altura del tanque 2 en el estadoestacionario (m)


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DECLS

REAL F1 --Caudal de la corriente deentrada al tanque 1 (m3/s)

REAL F2 --Caudal de la corriente deentrada al tanque 2 (m3/s)

REAL T1 --Temperatura de F1 (ºC)REAL T2 --Temperatura de F2 (ºC)REAL T1s --Temperatura de salida del

tanque 1 (ºC)REAL T2s --Temperatura de salida del

tanque 2 (ºC)REAL h1 --Altura de líquido en el

tanque 1 (m)REAL h2 --Altura de líquido en el

tanque 2 (m)REAL k1 --Grado de apertura de la

válvula de salida deltanque 1

REAL b --Valores de definición delreciclo

REAL gREAL z --Variable auxiliar para el

control de la altura en eltanque 1

REAL y --Variable auxiliar para elcontrol de la altura en eltanque 2

REAL x --Variable auxiliar para elcálculo de T2s

REAL r --Variable auxiliar para elcálculo de T1s

REAL p --Variable auxiliar para elcontrol de T1s

REAL m --Variable auxiliar para elcálculo de T2s

REAL hr1v --Perturbación en el nivelde referencia del tanque 1(m)

REAL hr2v --Perturbación en el nivelde referencia del tanque 2(m)

REAL T1sr1 --Perturbación en latemperatura de referenciadel tanque 1 (m)

REAL T2sr1 --Perturbación en latemperatura de referenciadel tanque 2 (m)

INIT

CONTINUOUS

h1'=(F1+(b*k2r*sqrt(h2))-(k1*sqrt(h1)))/At1

h2'=(F2+(k1*sqrt(h1))-(b*k2r*sqrt(h2))-(g*k2r*sqrt(h2)))/At2

x'=((T1s*k1*sqrt(h1))+(T2*F2)-(T2s*k2r*sqrt(h2)*b)-(g*k2r*sqrt(h2)*T2s))/(At2*hr2)

T2s=x/h2

r'=((F1*T1)+(b*k2r*sqrt(h2)*T2s)-(k1*sqrt(h1)*T1s))/(At1*hr1)

T1s=r/h1

--Control de la altura en el tanque 1

nivel1.signal=h1href1.signal=hr1vz=he.signalk1=k1r+z

--Control de la altura en el tanque 2

href2.signal=hr2vnivel2.signal=h2y=F2e.signalF2=F2r-y

--Control de la temperatura de salida del tanque 1(T1s)

T1sref.signal=T1sr1T1sal.signal=T1sp=F1e.signalF1=F1r+p

--Control de la temperatura de salida del tanque 2(T2s)

T2sref.signal=T2sr1T2sal.signal=T2sm=be.signalb=br+mg=1-b

END COMPONENT

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