Microsoft Word - tarjetas.docDISEÑO, ESPECIFICICACIÓN Y SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE
INGRESO Y SALIDA DE PERSONAS Y MATERIALES A TRAVES DE LA
BARRERA DE BIOSEGURIDAD DE UN LABORATORIO DE MICROBIOLOGIA
IGOR ANDREI HERNÁNDEZ ROJAS
Ingeniero Electrónico
2004
3
AGRADECIMIENTOS
Fernando Jiménez, Profesor de Planta de la Universidad de los Andes
Ronald Valencia, Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad de los Andes
Andrés Orlando Luna, Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad de los
Andes
Juan Eduardo Vivas, Estudiante de Pregrado de Ingeniería Electrónica de la
Universidad de los Andes
Diego Enrique Díaz, Estudiante de Pregrado de Ingeniería Electrónica de la
Universidad de los Andes
Daniel Sáenz, Estudiante de Pregrado de Ingeniería Electrónica de la
Universidad de los Andes
Paul Hans Kobold, Estudiante de Pregrado de Ingeniería Electrónica de la
Universidad de los Andes
Electrónica de la Universidad de Los Andes.
Luisa Fernanda Romero, Auxiliar del Laboratorio de Ingeniería Eléctrica y
Electrónica.
4.1 CIRCULACIÓN DE PERSONAL Y MATERIALES ........................................16
4.2 SISTEMA DE IDENTICACION........................................................................17
4.5 ESCLUSAS .......................................................................................................20
4.6 AUTOCLAVES .................................................................................................20
5.1.1. Area uno..........................................................................................................23
8.6.2. Programación del Area dos.............................................................................45
IEL2 - 03 - II - 16
8.6.4. Programación de los temporizadores ...............................................................54
8.7. CONTROL DE EMERGENCIAS.........................................................................56
10. COSTOS DEL PROYECTO......................................................................................70
Figura 3. Área uno .................................................................................................24
Figura 4. Área dos.. ...............................................................................................26
Figura 6 PLC Siemens S7 300 CPU 314 IFM.......................................................31
Figura 7. Arquitectura física ...................................................................................33
Figura 9. Programación con Grafcet......................................................................35
Figura 10. Variables de entrada.............................................................................36
Figura 14. Temporizadores....................................................................................39
Figura 16. Programación del área uno...................................................................41
Figura 17. Inhabilitación del área uno....................................................................42
Figura 18. Bloques de programación del area uno. ...............................................43
Figura 19. Ingreso y registro de hombres ..............................................................44
Figura 20. Ingreso y registro de mujeres ...............................................................45
Figura 21. Programación duchas...........................................................................46
Figura 22. Programación proceso de duchado......................................................47
Figura 23. Programación del ingreso a la zona interna del laboratorio. Gráfica 1..48
Figura 24. Programación del ingreso a la zona interna del laboratorio. Gráfica 2 .49
IEL2 - 03 - II - 16
7
Figura 25. Ingreso a la zona interna del laboratorio por la zona de mujeres .........50
Figura 26. Salida a la zona interna del laboratorio por la zona de mujeres ...........51
Figura 27. Ingreso de materiales ...........................................................................53
Figura 28. Salida de materiales .............................................................................54
Figura 29. Programación del temporizador............................................................55
Figura 30. Porgramación del vaporizador..............................................................56
Figura 32. Guía GEMMA (Grafcet) .......................................................................59
Figura 33. Continuación de la Guía GEMMA (Grafcet) .........................................60
Figura 34. Programación de variables en el Wincc................................................61
Figura 35. Interfaz Gráfica 1. ................................................................................62
Figura 36. Interfaz Gráfica 2 .................................................................................63
Figura 37. Interfaz Gráfica 3 .................................................................................64
Figura 38. Interfaz Gráfica 4 .................................................................................65
Figura 39. Interfaz Gráfica 5 .................................................................................65
Figura 40. Interfaz Gráfica 6. ................................................................................66
Figura 41. Interfaz Gráfica 7 .................................................................................67
Figura 42. Interfaz Gráfica 8 .................................................................................67
Figura 43. Interfaz Gráfica 9. ................................................................................68
Figura 44. Interfaz Gráfica 10 ...............................................................................69
Figura 45. PLCSIM ...............................................................................................69
ANEXO 2. PROGRAMA EN STEP 7 (S7Graph) (en cd-rom)
IEL2 - 03 - II - 16
9
RESUMEN
En Colombia existen instituciones que se han enfocado en la investigación,
producción y manipulación de microorganismos, cuyos procesos deben contar
con todas las medidas de bioseguridad pertinentes, para que no se presente
mayor riesgo de contagio de las personas que realizan dichos experimentos o
para el entorno en que se desarrollan tales investigaciones, evitando de esta
manera la propagación de los microorganismos tratados, fuera del entorno de
experimentación.
Por medio del siguiente proyecto, se pretende suplir las crecientes necesidades de
seguridad biológica de las áreas de trabajo, debido al alto riesgo que se presentan
en ellas. Con el ánimo de corregir esas fallas y gracias a la asesoría brindada, por
parte de laboratorios que trabajan en el área de biotecnología, se hizo necesario
implementar un sistema que garantizara un buen manejo de microorganismos
mejorando las condiciones físicas y técnicas de las barreras sanitarias en áreas de
riesgo.
El problema presentado fue básicamente 4 áreas o puntos críticos de frontera que
tiene todo laboratorio microbiológico, en las cuales era necesario diseñar un
sistema que fiscalizara y monitoreara cada una de ellas, para evitar que en
cualquiera de estas se filtrara o contaminara los materiales ó las personas que se
encuentran trabajando en lugar. Una primera área era el acceso al laboratorio, en
el cual era necesario hacer una identificación del personal autorizado para el
ingreso a aquellas áreas de investigación. Este se dividía en dos etapas, en la de
identificación y en la de registro de acceso. La segunda consistía en una serie de
duchas en las cuales los empleados del laboratorio debían realizar las labores de
aseo y de descontaminación corporal antes salir del área. Las dos últimas áreas
consistían en el ingreso y salida de materiales de trabajo los cuales para ingresar
IEL2 - 03 - II - 16
10
debían pasar por una serie de esclusas y para salir, pasarían obligatoriamente por
un proceso de descontaminación. Por tal motivo era pertinente buscar un
mecanismo de control que realizara las tareas anteriormente mencionadas.
Al fortalecer el sistema de contención o de barrera de bioseguridad con la ayuda
de las tecnologías de automatización se pudo llegar a modelo válido y seguro de
control y fiscalización de los procesos de investigación, producción y manipulación
de los productos, mejorando las condiciones de bioseguridad.
IEL2 - 03 - II - 16
11
INTRODUCCIÓN
Las barreras de bioseguridad son mecanismos de control de los riesgos e
impactos, que puedan generar la transferencia, manejo, uso y liberación de
microorganismos, sobre el medio ambiente, la biodiversidad, la salud humana y
los aspectos socioeconómicos. El principal propósito de establecer el nivel de
contención a nivel de los laboratorios manipuladores de microorganismos, es
prevenir el escape de estos, desde los laboratorios a través de materiales y
personal que labora en el área, hacia el medio ambiente.
Para evitar la liberación accidental de cualquier tipo de microorganismo de los
laboratorios, se establecen medidas específicas bajo las cuales los laboratorios
deben manejar los determinados patógenos. Por consiguiente era necesario la
creación y diseño de un sistema de contención o barrera que impida el escape y
dispersión de los distintos patógenos, de los laboratorios que manipularan con
ellos.
Para realizar el proceso de automatización del sistema de contención se realizo
por intermedio de un PLC. El PLC es el autómata programable más utilizado en la
industria. Su función consiste en realizar la parte inteligente del control automático.
El PLC realiza el control del proceso pero no permite la visualización del mismo en
pantallas ni la gestión de datos correspondiente. Para lograr estos objetivos era
necesario la creación de una interfaz gráfica con el usuario, lo que se denomina la
Interfaz Hombre-Máquina (HMI). Lo anterior se hizo a través de una herramienta
SCADA la cual permitía la comunicación de usuario con el PLC.
La razón por la que se realizó el proyecto es por el amplio campo que ofrecen los
sistemas SCADA, y por lo tanto la gran demanda que en el mercado informático y
IEL2 - 03 - II - 16
12
no informático están tomando. Además el estudio del sistema a monitorizar y/o
controlar abre grandes puertas al conocimiento no sólo de informática, sino de
otros campos. Cuando se quiere supervisar un sistema no sólo deben tenerse
conocimientos de informática, sino que además es necesario saber como actúa,
funciona y reacciona dicho sistema, por lo tanto es necesario el estudio del
sistema en sí.
2. OBJETIVOS
• Diseñar una barrera de contención, la cual fuese capaz de separar dos áreas
definidas (área libre y área contaminada).
• Crear un sistema automático de acceso y salida de personas y materiales de las
instalaciones, por medio de las alternativas tecnológicas que existen en la
actualidad.
• Diseñar y simular un sistema de vigilancia, que cumpliera con los requerimientos
específicos de los laboratorios manipuladores de microorganismos, y la
regulación de bioseguridad vigente en el país.
• Investigar acerca de las herramientas de software y hardware que permitieran el
desarrollo del problema planteado.
IEL2 - 03 - II - 16
3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
El principal propósito era establecer y diseñar un sistema de contención de
bioseguridad a nivel de los laboratorios microbiológicos, a fin de prevenir el
escape del patógeno desde el laboratorio, a través de personas, equipos y
herramientas, hacia la población animal susceptible.
Para tal fin, se debía diseñar e implementar una plataforma de monitoreo, la cual
permitiera el control de toda el área de contención, y cualquier falla o rompimiento
de la barrera seria reportada al operador por medio de una indicación visual con la
descripción de la falla en la consola de operación.
Una de las grandes potencialidades de la plataforma ha desarrollar, era mostrarle
al usuario (operador), toda la información del área dinámicamente en tiempo real,
con esta información el operador tendría una visión global del área del monitoreo
desde un solo punto (la sala de control). Esto permitiría mayor seguridad y
operación del sistema y reducción en los tiempos de ejecución de determinadas
maniobras.
.
La plataforma debería tener por función, restringir el acceso a determinadas
funcionalidades del sistema solamente al personal autorizado, debido a que
determinadas tareas, solamente deberían ser maniobradas o modificadas por un
jefe de bioseguridad, como es la del proceso de descontaminación de materiales o
de equipos que salen del área.
El sistema debería cumplir con las siguientes funcionalidades:
• Permitir la circulación de personal autorizado a áreas restringidas.
• Autorizar posibles visitas al área.
IEL2 - 03 - II - 16
• Crear el registro de entrada y salida del personal.
• Controlar los procesos de descontaminación para el personal y los materiales,
cada vez que abandonen el área.
• El proceso de duchado, debe ser no menor a 3 minutos y debe contar con un
sistema de emergencia que inhabilite el proceso.
• Controlar los tiempos de desinfección de materiales salientes del área, fijados
previamente por el jefe de bioseguridad de la planta.
• Elaborar un registro de la persona que autoriza las entradas de material.
IEL2 - 03 - II - 16
4. CARACTERÍSTICAS DE LA BARRERA DE BIOSEGURIDAD
Una vez se han estudiado los requerimientos necesarios que debe tener la
plataforma de monitoreo para el sistema de contención, es necesario establecer
cuales deben ser los componentes que se deben implementar en esta barrera de
bioseguridad con el fin de poder cumplir las funciones para las que la plataforma
fue diseñada.
4.1 CIRCULACIÓN DE PERSONAL Y MATERIALES
El ingreso del personal a las áreas de contaminación con microorganismos, se
hace a través de un vestier en el cual se realiza el cambio completo de ropa y
calzado. La salida del personal se realiza también a través de un vestier, el
uniforme se deposita en bolsas plásticas para su descontaminación en autoclave
antes de llevarlos a la lavandería. Si una persona lleva zapatos, estos los debe
dejar en el área. Asimismo, si usa anteojos, estos se deben lavar y desinfectar.
Toda persona que desee salir debe pasar previamente, por una ducha, para ir a la
zona de vestier.
El ingreso de visitantes debe ser autorizado por el supervisor de bioseguridad. Los
laboratorios microbiológicos, en la actualidad en nuestro país, no son mixtos, lo
que no permite ahorro de espacio y de desplazamientos. Como veremos a
continuación, la entrada a la área interna del laboratorio se divide en dos zonas, la
de hombres y la de mujeres, por ende se deberá hacer un diseño para cada zona,
sobre todo en la parte de registro y de duchado.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 1. Plano del laboratorio
Se debe evitar en cuanto sea posible el ingreso de equipos y materiales ajenos al
área. De ser necesario, se debe hacer a través de una esclusa. La salida de los
equipos se debe hacer por la misma esclusa previa desinfección o esterilización
dependiendo del material o del equipo.
4.2 SISTEMA DE IDENTICACION
Un parámetro fundamental de un sistema de control de acceso es el entorno en el
cual va ser implantado. Si el proyecto cubre la implantación del sistema en un
entorno de gran tamaño, con gran número de dependencias que controlar y con
IEL2 - 03 - II - 16
18
un elevado número de usuarios. Este tipo de instalaciones eliminan cualquier
posibilidad de un control de acceso con manejo descentralizado puesto que seria
problemático su mantenimiento (habilitar usuarios en cada una de las
dependencias a las que vaya a tener acceso puede resultar inviable).
Para esta parte se opto por la utilización de un teclado para realizar el
reconocimiento de usuario, donde primero se ingresa el número de identificación y
posteriormente se ingresa la clave del usuario. Se descarto el uso de tarjetas
identificativas, debido a que como todo material que entra para poder salir debe
pasar por un proceso de descontaminación, lo que conllevaría la eliminación de la
propuesta, debido a su alto grado de contaminación.
Para cada puerta de acceso, es decir, toda puerta que sea un punto de frontera,
para este laboratorio son dos, una de hombres y la otra para la zona de mujeres,
cada una constara de dos teclados, el primero estará ubicado en la parte externa,
el cual servirá para el acceso, y el segundo estará la zona interna, el cual servirá
para realizar la salida. Si una mujer quisiera salir o entrar por la zona de hombres
no lo podrá hacer porque el sistema lo rechazara, lo mismo sucederá para los
hombres que cometan la misma infracción. El ingreso e identificación para
visitantes, no es tan complicado como se puede pensar. Como el jefe de
bioseguridad debe autorizar el ingreso de toda persona ajena al área restringida
por lo menos 3 días antes de su visita, el administrador del sistema podrá ingresar
el nuevo usuario para que cuando llega este ya tenga una identificación y clave de
acceso.
El mecanismo pensado para realizar el barrido y lectura del los datos enviados por
el teclado, se pensó a través, de un microcontrolador programable (PIC), el cual
enviara los datos codificados de los usuarios una vez estos sean digitados a
través del teclado. Este también barrerá el teclado, para que los datos digitados
puedan ser leídos.
4.3 DUCHAS
En las duchas, el piso esta en desnivel o con un dique de contención, y un área
interna, que se considera contaminada. Las puertas de las duchas están
enclavadas. Las puertas cuentan con un sistema de apertura, monitoreado
electrónicamente con un alto grado de cierre por junta pasiva. Para la salida de las
duchas, el accionamiento será controlado por el flujo de agua en las duchas y un
temporizador con un mínimo de tres minutos para la apertura automática de la
puerta externa. El sistema de ducha garantiza el baño completo de la persona.
En la actualidad los laboratorios cuentan para la zona de hombres con cuatro
duchas, por consiguiente para obligar al personal para que se duche, se opto en
restringir la entrada tan solo por una ducha, es decir, se elimino una ducha, donde
por este nuevo lugar se realizará el ingreso a la zona interna al laboratorio. Las
otras tres, servirán para salir del área interna, y únicamente podrán ser utilizadas
por el usuario, únicamente cuando estas estén vacías o habilitadas.
Para la zona de mujeres, en la mayoría de los casos, solo existe una ducha, por
tal motivo, solamente por este lugar se hará el ingreso y salida del personal
femenino. Si la ducha esta ocupada, no podrá ser utilizada. El proceso de ingreso
al área interna o área contaminada, es mucho más rápido debido a que no hay
duchado.
4.4 PUERTAS DE INGRESO AL LABORATORIO
Todas las puertas que tienen conexión con el exterior de área restringida cuentan
con un cierre estanque de 100% a través de junta activa. Presentan visores,
condición de control electrónico y registro de acceso. Para el ingreso la persona
previamente habrá pasado por un proceso de identificación. Las puertas contaran
IEL2 - 03 - II - 16
20
con unos seguros, para este fin se pensó en la utilización de un electroimán de
fuerza electromotriz de 500 libras.
4.5 ESCLUSAS
Consiste en una cámara con dos puertas con cierre estanque 100% a través de
junta activa, enclavadas, con temporizador electrónico, extractor conectado al
sistema de extracción de aire, con presión negativa en su interior. Esta será
monitoreada y tendrá un registro electrónico de operación. Para este punto, se
pensó, en el diseño del temporizador a través del sistema de control ha
implementar, en vez de uno externo, para evitar la compra de un dispositivo lo que
conllevaría al aumento de los costos del proyecto. A su vez las esclusas serian
controladas por intermedio de la plataforma.
4.5 AUTOCLAVES
El equipo cuenta con todas las puertas enclavadas. Este sistema control que se
diseñó, permitirá el monitoreo y registro electrónico de operación desde el interior
del área restringida. Esta autoclave es necesaria para la descontaminación de
residuos sólidos, materiales de desechos eventualmente para la introducción de
materiales de uso interno. La autoclave se encuentra ubicada entre dos esclusas,
y su operación y funcionamiento, se realizará a través de la plataforma.
Adicionalmente, cualquier operario tendrá la capacidad de parar un proceso de
descontaminación gracias a una serie de interruptores que se encuentran cerca de
la zona.
5. MÉTODO DE DISEÑO
Para realizar el sistema de control, con el fin de automatizar y controlar los
componentes de la plataforma de monitoreo era necesario buscar un dispositivo
que tuviera los componentes hardware y software necesarios, para que realizara
las funciones pertinentes del área de contención. Para tal fin se opto por la
utilización de un controlador lógico programable, debido a su gran capacidad de
respuesta en tiempo real y las propiedades de seguridad que se le atribuyen.
El algoritmo de control del sistema de monitoreo será programado en la memoria
central del autómata. De esta forma la función del autómata será recibir las
señales enviadas por las entradas del sistema, las cuales son las provenientes de
los sensores, interruptores y los teclados de acceso y registro del área. Con base
al algoritmo de control, el autómata programable, generará las señales de salida
que se podrán visualizar por medio de la interfaz gráfica. Las salidas están dadas
por las salidas digitales del PLC, como son la apertura de puertas y esclusas, la
de energización de la autoclave y la apertura de regaderas. A su vez el PLC,
realizara la gestión de datos, como son los registros de acceso y salida de
personal autorizado del área. La parte de visualización, se puede hacer con
distintos dispositivos, pero para este punto toca tener en cuenta, el prepuesto que
se tiene. Un computador puede realizar esta tarea, a un bajo costo, por tal motivo
el PLC debe estar conectado en todo momento al computador. Las señales de
salida del autómata programable son enviadas al computador por medio de la
interfaz PG/PC que trae el autómata, el computador recibe las señales y las
incorpora en la interfaz gráfica.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 2. Sistema de control
Una vez escogida la tecnología, se procedió en la etapa de diseño, en esta etapa
inicial, se realizo la definición de necesidades a partir de los requerimientos, se
analizaron y se convirtieron en necesidades técnicas. La siguiente etapa fue la de
conceptualización, en este punto se plantearon posibles ideas y dificultades que
podían repercutir en la programación, como por ejemplo que procesos se debían
controlar y cuales no, para que de esta manera ahorrar costos tanto tecnológicos
como económicos.
Posteriormente se inició el proceso de desarrollo en software. El algoritmo de
control fue trabajado con el estándar internacional IEC-848 a través de programa
S7-Graph. Éste, es un programa que corre bajo una plataforma especial para
PLC’s Siemens llamado Step7 Professional y es usado exclusivamente para
programar en GRAFCET. En este punto se contó con la colaboración de la
Universidad de los Andes, debido a los altos costos de adquisición de este tipo de
programa.
23
La siguiente etapa de diseño es la de definición de las variables de entrada y de
salida del sistema, por intermedio del programa se procedió a asignarles una
dirección específica para el PLC. Este punto hay que tenerlo mucho en cuenta,
debido a las limitantes tecnológicas, ya que los dispositivos autómatas tienen
cierta cantidad de módulos de entrada como de salida, y si uno se excede, es
necesario comprar un modulo adicional. A continuación, se enumeraran la
secuencia de pasos que resultan del proceso.
5.1 DEFINICIÓN DE LA SECUENCIA DE PASOS
Se dividió el problema en dos bloques:
• Circulación e higiene del personal:
Área Uno: Identificación, ingreso, salida y registro del personal por medio
de teclado. Habrá una entrada para hombres y otra para mujeres.
Área Dos: Entrada a la zona interna, y salida a través de las duchas de
descontaminación.
• Circulación y desinfección de los materiales:
Área Tres: Ingreso y salida (previa desinfección) de materiales grandes a
través de esclusas.
pequeños a través de esclusas.
5.1.1 Área uno
El área uno es la zona de ingreso, salida y registro del personal autorizado al
laboratorio, donde ambas acciones (entrar y salir) se realizan por la misma puerta.
A continuación se muestra la secuencia de pasos que se debe realizar para
acceder o salir del área uno:
IEL2 - 03 - II - 16
24
• Ingresar a todos los empleados a la base de datos, dándoles un login y un
password de acceso.
• El empleado que desee ingresar deberá digitar su login y password en el
teclado que se encuentra ubicado cerca a la puerta de entrada. En el momento
que su acceso sea aceptado, la puerta se desenergizara permitiéndole
ingresar a la zona.
• Una vez realizado el paso anterior se deberá hacer un registro respectivo
de la hora de entrada de la persona.
• El empleado que desee salir deberá digitar su login y password en el
teclado que se encuentra ubicado cerca a la puerta de salida. En el momento
que su identificación sea verificada la puerta se desenergizara permitiéndole
evacuar la zona.
• Una vez realizado el paso anterior se deberá hacer un registro respectivo
de la hora de salida de la persona.
Figura 3. Área uno.
IEL2 - 03 - II - 16
5.1.2 Área dos
El área dos o también llamada como área de duchado, la cual se divide en dos, la
de ingreso a la zona interna y la duchado. Esta área consta de los siguientes
pasos de ejecución:
• Se abre la puerta.
• La puerta se cierra después de un periodo de tiempo.
• El usuario permanece entre la puerta por un determinado tiempo.
• Se abre la segunda puerta del área interna.
• Se cierra la puerta del área interna después de un determinado tiempo.
Salida o duchado:
• La persona escoge que ducha quiere ducharse y si esta desocupada, y
procede a oprimir el botón respectivo de la ducha.
• Se abre la puerta de la ducha del área interna.
• Se cierra la puerta por un determinado tiempo.
• Se oprime el botón de la regadera.
• Se abre la regadera por treinta segundos para el proceso de mojado.
• Después de ese tiempo se procede a cerrar la regadera y se procede a
enjabonarse por un período de 30 segundos.
• Después de lo anterior el usuario tiene 2 minutos para terminar con el
proceso de higiene y de descontaminación es decir se vuelve a abrir la
regadera.
26
• Se cierra la ducha y se abre la segunda puerta automáticamente y tiene 10
segundos para desalojar la ducha
• Durante todo el proceso el usuario tiene la posibilidad de interrumpirlo en el
momento en que ocurra cualquier eventualidad o si se siente débil o mareado.
Por lo tanto si oprime el botón de emergencia, el proceso se interrumpe y se abre
únicamente la puerta de la ducha del área interna, debido a que el proceso de
descontaminación debe darse correctamente. Después de cierto tiempo se cerrar
esa la puerta del área interna. Una vez superado los inconvenientes el usuario
podrá volver a realizar el procedimiento de duchado.
Figura 4. Área dos.
IEL2 - 03 - II - 16
5.1.3 Área tres
El área tres o también llamada área de ingreso o salida de materiales grandes y
equipos, la cual se divide en dos, la de ingreso a la zona y la de salida donde pasa
por un proceso de descontaminación. Enseguida se muestran los procedimientos
respectivos:
Ingreso:
• Llega el proveedor y pide autorización para dejar material en el área.
• El administrador procede a la apertura del a esclusa del área libre.
• El proveedor deja el material.
• Se registra la hora del ingreso.
• Se cierra la esclusa del área libre.
• Se procede a abrir la esclusa interna.
• Se retira el material.
Salida:
• El operador procede a dejar el material en la cámara, por ende abre la
cámara siempre y cuando esta se encuentra desocupada.
• Se abre la esclusa interna.
• Se deja el material.
• Se cierra la esclusa.
• Se oprime el botón de inicio del proceso de descontaminación, el cual es un
proceso químico o gaseoso. El tiempo de descontaminación es fijado
anteriormente por el jefe de bioseguridad y solamente él puede cambiarlo.
• El proceso de descontaminación es finalizado.
IEL2 - 03 - II - 16
28
• Cuando llega el proveedor, se le autoriza el retiro del material.
• Se abre la esclusa del área libre.
• Se retira el material.
• Una vez hecho lo anterior se cierra la esclusa del área libre.
Figura 5. Área tres y cuatro.
5.1.4 Área cuatro
El área tres o también llamada área de ingreso o salida de materiales pequeños,
la cual se divide en dos, la de ingreso a la zona y la de salida donde pasa por un
proceso de descontaminación. En seguida se muestran los procedimientos
respectivos:
29
Ingreso
• Llega el proveedor y pide autorización para dejar material en el área.
• El administrador procede a la apertura del a esclusa del área libre.
• El proveedor deja el material.
• Se registra la hora del ingreso.
• Se cierra la esclusa del área libre.
• Se procede a abrir la esclusa interna.
• Se retira el material.
Salida
• El operador procede a dejar el material en la cámara, por ende abre la
cámara siempre y cuando esta se encuentra desocupada.
• Se abre la esclusa interna.
• Se deja el material.
• Se cierra la esclusa.
• Se oprime el botón de inicio del proceso de descontaminación, el cual es un
proceso químico o gaseoso.
• El tiempo de descontaminación es fijado anteriormente por el jefe de
bioseguridad y solamente él puede cambiarlo.
• El proceso de descontaminación es finalizado.
• Cuando llega el proveedor, se le autoriza el retiro del material.
• Se abre la esclusa del área libre.
• Se retira el material.
• Una vez hecho lo anterior se cierra la esclusa del área libre.
IEL2 - 03 - II - 16
30
A lo largo toda el área se encontrara botones de emergencia, para el caso de
cualquier eventualidad por ejemplo un incendio, en este punto se abren las
puertas de las duchas y la puertas de salida para que la evacuación del personal
se realice de una manera rápida y ágil sin obstáculos, porque la prioridad es
salvaguardar la vida humana. En las áreas de los materiales si ocurre una
emergencia, las esclusas del área interna se abrirán para proceder con la
evacuación de los materiales que se encuentren en esas cámaras de
descontaminación
6. SOLUCION TECNOLOGICA
Para la adquisición de datos y para el desarrollo del automatismo, se trabajo con
el controlador lógico programable PLC. Es el autómata programable más utilizado
en la industria. Su función consiste en realizar la parte inteligente del control
automático. En su concepción normal el PLC realiza el control del proceso pero no
permite la visualización del mismo en pantallas ni la gestión de datos
correspondiente. Para lograr estos objetivos el PLC se debe complementar con
terminales gráficas y comunicar con una computadora. En este punto se contó con
la colaboración de la Universidad, para la realización de las pruebas respectivas,
porque se contó con la prestación del PLC SIMATIC serie 300 marca Siemens. A
continuación podemos observar el PLC utilizado:
Figura 6. PLC Siemens S7 300 CPU 314 IFM.
IEL2 - 03 - II - 16
8. ARQUITECTURA FÍSICA
A continuación se mostrara la arquitectura física del sistema, en la parte de arriba
se podrá apreciar las variables de entrada del sistema dividida en sus cuatro
áreas. El sistema se controlara a través de un dispositivo autómata programable,
el cual dependiendo de las variables de entrada, este automáticamente percibirá
y responderá y controlara el área a tratar a través de las variables de salida del
sistema. Estas variables se pueden apreciar en la parte de de abajo de la figura 7.
También el dispositivo nos permitirá la creación de una interfaz grafica con el
usuario del sistema, la Interfaz Hombre-Maquina (HMI), la cual reportará cualquier
anomalía en el área a controlar, donde el usuario tendrá una visión global del área
de virus del departamento de aftosa, donde este podrá realizar acciones a través
de la interfaz grafica para monitorear o corregir cualquier falla que se presente en
el sistema.
El sistema solo maneja entradas y salidas digitales, pero también existen áreas de
memoria llamadas marcas, las cuales se les denomina variables internas. Éstas
son ideales para implementar contadores, temporizadores y hacer habilitaciones
para cambios de etapa (transiciones válidas) o simplemente para economizar
memoria en un PC.
IEL2 - 03 - II - 16
8.1 PROGRAMACIÓN
Gracias a la prestación del SCADA Simatic de la compañía Siemens y de las
licencias respectivas por parte de la Universidad de los Andes, se pudo diseñar y
desarrollar una herramienta que pudiera superar los problemas propuestos. Para
la adquisición de datos se trabajo con el controlador lógico programable S7-314
también de marca Siemens. El algoritmo de programación fue realizado con el
programa S7-GRAPH del SCADA. Este lenguaje de programación consiste en una
sucesión de etapas. Cada etapa tiene sus acciones asociadas de forma que
cuando aquella etapa está activa se realizan las correspondientes acciones; pero
estas acciones no podrán ejecutarse nunca si la etapa no está activa.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 8. Programa SCADA SIMATIC
Para la programación del autómata se realizo con este tipo de lenguaje donde
podemos apreciar a continuación como el token para que pueda pasar de una
etapa a otra debe a verse cumplido una condición, para este caso si no se activa
la parada de emergencia, y adicionalmente el sensor1 es activado, el token pasará
de la etapa S6, a la etapa S91, donde las acciones se ejecutan, por ejemplo la
acción de la etapa S6 DUCHAOPEN1 esta en estado de Set (S), es decir que
durante esa etapa , la variable de salida estará en un valor lógico de uno. Pero por
ejemplo la acción PUERTA_INI esta en estado de Reset (R), quiere decir que
durante esa etapa, la variable de salida estará en un valor lógico de cero.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 9. Programación con Grafcet.
En cuanto a la programación de las transiciones de las etapas, estas debieron ser
programadas en lenguaje ladder1.
8.2 VARIABLES DE ENTRADA
Para la programación del autómata programable las variables de entrada se
programan desde la dirección E-124 en adelante. Las variables de entrada que se
pudieron deducir del sistema son las siguientes:
1 Lenguaje gráfico de nivel más bajo, el cual se puede ejecutar de modo secuencial. En alemán se conoce como lenguaje KOP
IEL2 - 03 - II - 16
8.3 VARIABLES DE SALIDA
Para la programación del autómata programable las variables de salida se
programan desde la dirección A-124 en adelante. Las variables de salida que se
pudieron deducir del sistema son las siguientes:
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 11. Variables de salida.
8.4 VARIABLES INTERNAS Las variables internas, o también llamadas marcas, son ideales para implementar
contadores, temporizadores y hacer habilitaciones para cambios de etapa
(transiciones válidas) o simplemente para economizar memoria en un PC. Por otro
lado sirven para asociar variables, desde el STEP 7 con las variables del WINCC,
para crear pulsadores o interruptores de comando, que funcionen a partir de la
interfaz Hombre-Máquina. Las variables de arranque del sistema se definen y se
declaran este instante, donde se les asigna una dirección específica, la cual pude
ir desde M 0.1, en adelante. En este punto se opto por la implementación de un
pulsador virtual, el cual permitiera la apertura de las puertas de ingreso desde la
plataforma, en el caso que exista una avería en el sistema de ingreso al área.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 12. Variables internas. Grafica 1.
En este punto, se necesitaban la implementación de lámparas de visualización
dentro de la plataforma, por tal motivo, debido a que este tipo de variables, son
internas, se debió crear un asocio de estas con las variables internas que se
programaron en el Wincc. Figura 13. Variables internas. Grafica 2.
IEL2 - 03 - II - 16
8.5 TEMPORIZADORES
A la señal de datos tipo “TIME”, son marcas dobles, que almacenan el tiempo que
dura activa determinada actividad, como por ejemplo, el periodo de activación del
vaporizador o descontaminante. A continuaron se presenta los distintos
temporizadores utilizados.
8.6 ALGORITMO DE CONTROL
Como se había mencionado anteriormente, el proceso se divide en cuatro áreas
independientes, cada una de las cuales puede ser habilitada o inhabilitada sin
afectar la operación o el funcionamiento de las demás. El sistema posee una
variable de arranque la cual se denomino “ON”, en el momento que se active esta
variable, el sistema se encontrará habilitado. Para activar cada área, se debe
IEL2 - 03 - II - 16
40
habilitarlas primero, a través de los arrancadores de área, como son “ON1” “ON2”
“ON3” “ON4”. A continuación se pude observar de una manera general la
programación de las respectivas áreas.
Figura 15. Programación general del proceso.
IEL2 - 03 - II - 16
41
En la etapa de estado inicial, todas las áreas se encuentran inhabilitadas, para
que el token pase de la etapa de inicio hacia las etapas S2, S6, S10 y S14, se
debe activar la variable de entrada “ON”. Abajo podemos ver el ejemplo de la
programación del área uno. Para que el token pase de la etapa S2 a S3, se debe
activar la variable de entrada “ON1”. Cuando esto sucede, el área uno queda
activada, pero si recordamos, el área uno estaba dividida en dos zonas, en la de
hombre y la de mujeres. Por ende ambas zonas también quedaran habilitadas,
para que las distintas personas puedan ingresar o salir de los laboratorios.
Figura 16. Programación área uno.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 17. Inhabilitación del área uno.
Si por alguna razón, ya sea por avería, o daño del sistema de registro, el área
podrá ser inhabilitada, en la grafica anterior podemos observar si se inhabilita el
área uno (NOT(ON1)), el token pasara de inmediato a la etapa S4, pero el sistema
queda en espera hasta que el inconveniente sea solucionado. Si por alguna razón
todo el proceso es parado, el token ira inmediatamente a la etapa S5, para que
desde este punto, se vuelva a la etapa inicial del proceso, pero no sin antes debe
desactivar todas las áreas del proceso. De una manera similar se hace la
programación de las distintas áreas.
8.6.1 Programación del Área uno
El área número uno, tiene que ver con el acceso, salida y registro del personal
autorizado. En la grafica se puede observar que la conforman dos zonas, la de
hombres y la de mujeres.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 18. Bloques programación del área uno.
Para la programación del teclado, este se hará por intermedio de la interfaz
gráfica, que se explicara mas adelante. En las dos siguientes graficas, se podrá
observar, que el administrador podrá abrir o cerrar las puertas de acceso cuando
él lo desee, por intermedio de los interruptores ENTRADA_PERSONA y
ENTRADA _MUJER.
IEL2 - 03 - II - 16
8.6.2 Programación del Área dos
El área dos la conforman, las duchas de los hombres, el ingreso a la zona interna
al laboratorio y la zona de duchas de mujeres.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 21. Programación duchas.
En la gráfica de la parte de arriba, podemos apreciar como se hizo la
programación de la duchas, para este caso es para la ducha 1, pero la
programación para las demás se hace de una manera similar. La etapa S3, la
ducha se encuentra apagada, al igual que las puertas, encuentran cerradas. Al
momento en que un determinado usuario oprima el interruptor de la ducha
(interruptor1), la puerta que da cara al lado interno se abrirá. Posteriormente esta
automáticamente se cerrará, en el momento en que se oprima el interruptor de la
ducha para iniciar el proceso de duchado (sensor1). La puerta se cerrará, y se
inicia el proceso de duchado, el cual dura alrededor de 30 segundos.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 22. Programación proceso de duchado.
Si no se oprime el botón de emergencia, el proceso continuará su curso. La
siguiente etapa (S91), la ducha se cerrará por un periodo de 30 segundos (donde
ocurre la etapa de enjabonado), al cabo de los cuales, se pasará a la siguiente
etapa (S92), donde ocurre el enjuague, el cual dura dos minutos exactos, donde
una vez finalizado este periodo, la puerta que esta en la parte del vestier se abrirá
para permitir la salida. Una vez la persona haya salido del área, la puerta se
cerrará automáticamente. La ducha en este instante quedará habilitada para que
otro empleado tenga la oportunidad de realizar el proceso de duchado. De la
IEL2 - 03 - II - 16
48
etapa S7 salta de nuevo a S3. En cualquier momento, el empleado podrá oprimir
un botón de emergencia, para cancelar el proceso.
Figura 23. Programación del ingreso a la zona interna del laboratorio. Gráfica 1.
Para el proceso de ingreso a la parte interna del laboratorio, por parte de los
hombres, primero se debe haber accionado el interruptor que realiza la apertura
de la puerta (abrir1), esto lo podemos observar en la gráfica interior. La siguiente
etapa (S51), la puerta se cerrará después de un periodo de 5 segundos, para que
el empleado tenga la oportunidad de ingresar a la zona. Se cierra la puerta, y
cuando esto ocurra, se pasará a la siguiente etapa (S52). Si por alguna razón
ocurre alguna eventualidad, y se oprime el botón de emergencia por parte del
administrador de la plataforma creada, las dos puertas de ingreso a la zona de
interna del laboratorio, se abrirán para permitir una rápida evacuación del área.
IEL2 - 03 - II - 16
49
Figura 24. Programación del ingreso a la zona interna del laboratorio. Gráfica 2.
El empleado durara 5 segundos dentro de la zona, al cabo de los cuales, se abrirá
automáticamente, la puerta queda cara al lado interno, Esta etapa es la S53. Se
cierra la puerta y se finaliza el proceso de ingreso al área.
IEL2 - 03 - II - 16
50
Figura 25. Ingreso a la zona interna del laboratorio por la zona de las mujeres.
Para la programación de la ducha de la mujer se hace de una manera muy similar
a la programación de la ducha de los hombres, la única diferencia, es que por la
misma ducha se hace el ingreso al área de interna de los laboratorios. Por ende,
se acciona el botón de ingreso, se abrirá la puerta de la zona de los vestier, pero
si se oprime el otro, el de la salida, se abrirá la otra puerta, la de la zona interna.
IEL2 - 03 - II - 16
51
Figura 26. Salida de la zona interna del laboratorio por la zona de las mujeres.
Al momento en que un determinado usuario oprima el interruptor de la ducha
(interruptormujer), la puerta que da cara al lado interno se abrirá. Posteriormente
esta automáticamente se cerrará, en el momento en que se oprima el interruptor
de la ducha para iniciar el proceso de duchado (sensormujer). La puerta se
cerrará, y se inicia el proceso de duchado, el cual dura alrededor de 30 segundos.
La siguiente etapa (S97), la ducha se cerrará por un periodo de 30 segundos,
donde ocurre el periodo de enjabonado, al cabo de los cuales, se pasará a la
siguiente etapa (S98), donde ocurre el enjuague, el cual dura dos minutos
exactos, al finalizar este periodo, la puerta que esta en la parte del vestier se
abrirá para permitir la salida.
IEL2 - 03 - II - 16
8.6.3 Programación del Área tres y cuatro
Como el área numero tres y cuatros, constan de dos instancias, una de ingreso y
otra de salida de material, entonces es necesario la programación de dos
cadenas, la del lado derecho realiza la función de ingreso y la de la derecha
realiza el de salida y de evaporización, pero las dos cadenas solo poseen un token
para ellas, es decir si una esta activa la otra no lo estará. En la figura se puede
apreciar el proceso de ingreso de un material. Primero, se acciona el interruptor
que da el acceso al área (ON_MATPEQ_IN), inmediatamente la esclusa que está
en el área libre se abrirá. En la siguiente etapa (S24), se cierra la esclusa, se debe
acciona de nuevo el interruptor de acceso. Posteriormente dentro de la cámara, el
material se queda dentro de ella, hasta que se vuelva a oprimir el botón de acceso
para que se abra la ultima esclusa, para el operario pueda tomar el material.
Para la zona de salida de materiales, se oprime el botón (ON_MATPEQ_OUT),
para que se pueda abrir la esclusa del área interna. Se deposita el material, y se
vuelve a oprimir el botón, para que se cierre la esclusa. La siguiente etapa (S71),
ocurre el proceso de vaporización, por tal motivo para iniciar el proceso, se debe
iniciar el sistema, por intermedio del botón de arranque (PLAY-PEQ). El período
de descontaminación ya es previamente fijado por el jefe de bioseguridad. Cuando
este ha finalizado, se acciona el botón de salida, y se abrirá la última esclusa. Se
vuelve a oprimir el interruptor de salida, para cerrar la esclusa.
IEL2 - 03 - II - 16
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 28. Salida de materiales.
8.6.4 Programación de los temporizadores
Para la parte de los temporizadores, la programación no fue tan compleja, debido
a la versatilidad del programa. Estos tienen una serie de comparadores, el tiempo
de duración de la etapa, es decir, mientras está activa, el tiempo se guarda en una
variable interna. En la grafica podemos observar el comparador, el cual tiene tres
entradas. La primera indica que la condición se cumple mientras el interruptor de
emergencia se encuentre inactivo, la segunda es la variable interna donde se esta
guardando el periodo de activación de la etapa, y la tercera, es el tiempo
IEL2 - 03 - II - 16
55
preestablecido por el programador, para este cado es de 30 segundos. Cuando el
periodo de activación supere los 30 segundos, se habrá cumplido la condición y el
token pasará a la siguiente etapa.
Figura 29. Programación del temporizador
Para el temporizador del vaporizador el procedimiento es muy parecido, porque el
jefe de bioseguridad impone un periodo de ejecución, pero el lo ingresa a través
de teclado del computador, por ende, a penas él ingresa el periodo, este se
guarda en una variable interna.
El periodo de activación de la etapa se guarda en otra variable interna, y por
intermedio del comparador, y si están son iguales, el token pasará a la siguiente
etapa. En la grafica siguiente podemos observar que el comprador se encuentra
en paralelo con otra condición, por ende la primera condición que sea cumplida
será la que lleve el token a la siguiente etapa.
IEL2 - 03 - II - 16
8.7 CONTROL DE EMERGENCIAS
En un proceso automatizado, siempre existen problemas y aparecen
contingencias que hacen parar el proceso, como por ejemplo averías, material
defectuoso, falta de piezas, mantenimiento. En los automatismos modernos, estas
contingencias son previsibles, para fijar una forma universal de denominar y definir
los diferentes estados que puede tener un sistema, la ADEPA (Agence nationale
pour le DÉveloppement de la Productique Appliquée à l'industrie, Agencia nacional
francesa para el desarrollo de la prodúctica aplicada a la industria)2 ha preparado
la guía GEMMA (Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêts, Guía de
estudio de los modos de marchas y paradas). La GEMMA es una guía gráfica que
permite presentar, de una forma sencilla y comprensible, los diferentes modos de
marcha de una instalación de producción así como las formas y condiciones para
2 Modos de marcha y parada. La Guia Gemma. http://www.eupm.upc.es/~esaii/assign/ai/tema_4.pdf
IEL2 - 03 - II - 16
57
pasar de un modo a otro. En este proyecto en particular, la Guía GEMMA se utilizó
para definir los procedimientos que se deben seguir en el momento que se
presente una emergencia en el área de los laboratorios, como en caso de un
incendio. Los interruptores de emergencia se encuentran localizados a lo largo del
área de los laboratorios, para que en el momento que se presente cualquier
eventualidad, cualquier empleado, que perciba alguna situación de peligro, tenga
la posibilidad de activar el proceso de emergencia. A su vez en la plataforma
diseñada, el administrador del sistema, también tendrá la opción de activar el
proceso de emergencia a través de la interfaz Hombre-Maquina.
A continuación se muestra el diagrama de bloques de la guía GEMMA para el
problema propuesto.
IEL2 - 03 - II - 16
Partición del grafo:
A1 - Paradas en el estado inicial. Este punto el sistema se encuentra en estado
de reposo hasta que el operario enciendo el proceso. Para este punto todas las
puertas de acceso al área se encuentran inhabilitadas y cerradas, las esclusas
están cerradas, así como su autoclave se encuentra apagada. Las duchas
tampoco se podrán utilizar porque las puertas quedan acceso a ellas estaran
cerradas.
F1 - Producción normal. El proceso opera normalmente siempre y cuando no
ocurra una falla en el sistema. El administrador del sistema, tiene la posibilidad de
.
D1 - Parada de emergencia. Rutina que se leva a cabo o tareas que se realizan
luego de que ocurre una emergencia. Para nuestro caso, todas las puertas se
abren para que exista una rápida evacuación del personal.
A5 – Preparación para la puesta en marcha después de un defecto. Estado en
que se realiza el mantenimiento a los equipos para el bien de un proceso después
de un defecto. Para este punto, el desenclavamiento del estado de emergencia, se
da en el momento en que se supera esta emergencia y se vuelve a oprimir el
interruptor por el personal autorizada para que ejecute esta acción, y
sucesivamente se hayan cerrados todas las puertas de acceso a las áreas de
contención.
A6 – Puesta del sistema en el estado inicial. Estado predecesor del inicial. Se
deben inhabilitar todas las áreas que conforman el proceso, para que pueda volver
al estado inicial. En este punto todas las alarmas ya se han apagado.
IEL2 - 03 - II - 16
59
La GEMMA y el GRAFCET se complementan, una al otro, permitiendo una
descripción progresiva del automatismo de producción. Para nuestro caso
podemos ver en la grafica el proceso de parada de emergencia cuando ocurre una
eventualidad, donde la primera etapa el proceso se desarrolla normalmente hasta
que se oprima el botón de parada.
Figura 32. Guía GEMMA (Grafcet)
Una vez ocurrido lo anterior el proceso se detiene hasta que se pueda corregir el
error o desaparezca la emergencia que activo el proceso, en este punto se activan
IEL2 - 03 - II - 16
60
las alarmas para avisarle al usuario que el proceso no se esta desarrollando
adecuadamente. Adicionalmente, las puertas que están en el área, como las
puertas de las duchas o la misma de registro se abren, para que exista una rápida
evacuación del personal
Una vez superado lo anterior el proceso pasará a un estado de prearranque
durante unos segundos, para que en este punto se puedan desactivar las alarmas
respectivas. Para superar este estado, el administrador del sistema, primero debe
haber desactivado todas las áreas que conforman la barrera (NOT(ON),
NOT(ON1), NOT(ON2), NOT(ON3), NOT(ON4)).
Figura 33. Continuación de la Guía GEMMA (Grafcet)
Una vez finalizado el estado de prearranque, este volverá al estado inicial
(Gemma inicial), donde en este punto el administrador deberá arrancar el sistema
de nuevo (ON), y las áreas que él crea que están listas para operar.
IEL2 - 03 - II - 16
9. SUPERVISIÓN DEL PROCESO Y DESPLIEGUES GRÁFICOS EN WINCC
Para la Interfase Hombre-Maquina (HMI), se realizo con la herramienta Wincc
versión 5.1 que se encuentra actualmente en la universidad, donde se diseño un
programa el cual permitía el monitoreo del área a controlar. La forma en al que se
trabaja en Wincc es similar a la de Step7, se realiza una tabla de símbolos con las
direcciones de las variables que se va a supervisar.
Figura 34. Programación de variables en el Wincc.
Se diseñaron varias ventanas, donde la principal consistía de un panel de control,
donde estaban visualizadas todas las variables de entrada y de salida del sistema
de control donde si se presentaba cualquier anomalía esta podría ser vista a
través del interfaz. En las gráficas que se ven a continuación, se podrá apreciar
parte del interfaz grafico propuesto a la empresa.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 35. Interfaz Gráfica 1.
En este menú se puede observar que existen varias opciones para el usuario,
primero le permite ir a otra ventana donde se encuentra el registro de entrada y
salida de hombres y de mujeres. Otro le permite ir a cambio de clave, es decir, si
por algún momento alguien olvido su clave, únicamente el administrador podrá
hacer el cambio de clave del determinado usuario, también le permitirá el ingreso
de nuevos usuarios.
Figura 36. Interfaz Gráfica 2.
Aquí podemos observar el menú de registro, para este caso el de hombres.
Podemos ver que cada usuario tiene su identificación (I.D), su nombre, el cargo
que actualmente ocupa, sexo, y su edad. Cada vez que haga un ingreso la hora y
la fecha serán registradas al igual que la hora de salida. Todo esto será guardado
enana de datos, para llevar un registro del sistema.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 37. Interfaz Gráfica 3.
Este menú permite el cambio del temporizador de la autoclave, es decir, el periodo
de descontaminación del material. Este menú esta restringido, y solamente tendrá
acceso el jefe de bioseguridad.
Para el control global del sistema se diseño un sistema de panel de control, el cual
estaba dividido en las distintas áreas que conformaban el proceso. A continuación
podemos ver el control master, el se encontraba los interruptores de inicio general,
es decir, para encender el sistema, primero toca oprimir el botón de inicio, una vez
hecho esto, este cambiará de color, de rojo a verde. Posteriormente debe habilitar
cada área, por ende si algún área, esta fuera de servicio, podrá dejarla
inhabilitada. También se encuentra un botón de emergencia, en caso de que
exista alguna eventualidad, el operario podrá ejecutarlo, e inhabilitara todas las
áreas, pero abriendo todas las puertas para que exista una rápida evacuación del
personal que trabaja en el área.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 38. Interfaz Gráfica 4.
Para el ingreso de los hombres al área interna del laboratorio, el operario también
podrá controlar o monitorear esta área, para evitar que ocurra cualquier anomalía.
Existirá un visualizador que le indicara si el área se encuentra habilitada, el
también tendrá la posibilidad de inhabilitarla manualmente. Como esta área la
conforman dos puertas, estas cada vez que sean abiertas, existirá un visualizador
para cada una de ellas indicando el estado en que se encuentra. En el caso de
una emergencia, por ejemplo una puerta mal cerrada, inmediatamente se activara
una alarma indicando el percance. Figura 39. Interfaz Gráfica 5.
IEL2 - 03 - II - 16
66
Así mismo, cada ducha también podrá ser controlada. El operario tiene la
posibilidad de inhabilitar la ducha si esta se encuentra en mal estado. También
estará el visualizador del interruptor queda inicio al sistema, así como también el
temporizador respectivo del proceso de duchado. Este menú también posee un
sistema de alarma.
Figura 40. Interfaz Gráfica 6.
El sistema de duchas también estará dentro del menú del panel de control. El
operario tiene la posibilidad de inhabilitar la ducha si esta se encuentra en mal
estado. También estará el visualizador del interruptor queda inicio al sistema, así
como también el temporizador respectivo del proceso de duchado. Este menú
también posee un sistema de alarma. La única diferencia, es que por la ducha se
hace el ingreso y salida del área internas del laboratorio, por ende el operario
pude conocer con claridad que proceso se esta ejecutando.
IEL2 - 03 - II - 16
Figura 41. Interfaz Gráfica 7.
En la siguiente figura se puede apreciar en su plenitud toda el área numero dos, la
entrada al área interna del laboratorio por parte de los hombres, las duchas de
hombres como también, la ducha de mujeres.
Figura 42. Interfaz Gráfica 8.
IEL2 - 03 - II - 16
68
Para el monitoreo del área numero tres, el operario tendrá la posibilidad de
observar el temporizador del vaporizador, donde arriba encuentra el tiempo
establecido y abajo se encuentra el temporizador. También se encuentra un
visualizador que indicada en que estado se encuentra la cámara de
descontaminación, es decir, si está trabajando estará en verde, sino estará en
rojo. Igualmente tendrá la posibilidad de inhabilitar el área.
Figura 43. Interfaz Gráfica 9.
Para el caso del área numero tres, de una manera muy similar, pero solo hay que
recordar que este es el área de ingreso y salida de materiales y equipos
pequeños, el operario tendrá la posibilidad de observar el temporizador del
vaporizador. Igualmente se encuentra un visualizador que indicada en que estado
se encuentra la cámara de descontaminación, es decir, si está trabajando estará
en verde, sino estará en rojo. Igualmente tendrá la posibilidad de inhabilitar el
área.
Figura 44. Interfaz Gráfica 10.
Para revisar el comportamiento del programa se realizaron pruebas con el
software presente en el paquete del administrador Siemens para simulación S7-
PLCSIM 3 , realizándose pruebas en el orden de simulación de la rutina de
automatización. El simulador permite imitar a la perfección el funcionamiento del
autómata programable.
Figura 45. PLCSIM
3 Siemens S7-PLCSIM- Test de Programme avec CPU S7 simulee - Manual
IEL2 - 03 - II - 16
10. COSTOS DEL PROYECTO
Durante la etapa de diseño de la barrera de contención o barrera de bioseguridad,
se contó con la colaboración de la Universidad de los Andes, quien me facilito
todas las herramientas software y hardware necesarias para implementación de la
plataforma. . El laboratorio de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad
de Los Andes cuenta con un conjunto de autómatas programables, en este caso
se utilizó el PLC S7-314 IFM de Siemens para realizar las pruebas respectivas.
Como era necesario realizar un estudio de costos de implementación de la
barrera, se procedió a la búsqueda de los dispositivos necesarios en el mercado
que cumplieran con los requerimientos.
Como primera medida se busco un autómata programable que se acomodara de
una mejor manera a la programación de nuestro proceso, debido a que el PLC S7-
314 IFM, presenta algunos inconvenientes cuando se realiza la programación con
el S7-GRAPH. En el mercado hay una gran variedad de autómatas programables
los cuales varían en precio, tamaño y capacidades en función del tipo de
aplicación en el que se van a utilizar. Por tal motivo se escogió el PLC de Siemens
S7300 con CPU 3131C. Pero debido a gran cantidad de entradas y salidas
digitales que resultaron del diseño, los cuales excedían los módulos de este PLC,
se hizo necesario incluir dentro de los costos, la adquisición de un módulo de
entrada digital y un módulo de salida digital.
Adicionalmente para la visualización, se pensó en la adquisición de pantallas
Touch scream, pantallas sensibles al tacto, pero debido a sus altos cotos, se
decidió por realizar la visualización de la plataforma a través de un computador.
En la actualidad existen distintas marcas y distintas capacidades de
computadores, pero se eligió un computador marca DELL, reconocida por su gran
capacidad y calidad de sus equipos, y esencialmente por su bajo costo.
IEL2 - 03 - II - 16
71
Adicionalmente el PLC, necesita una serie de cables de conexión para
comunicarse con los periféricos, como son teclados, interruptores, puertas, etc.
Por otro lado, si el PLC está ubicado en una zona de alta humedad, o en una zona
de alto transito de personas, este necesita estar protegido, por consiguiente se
hizo la cotización de un armario que lo soportara, para este punto se eligió una
caja mural metálica cuyo costo es de doscientos ochenta y ocho mil, setecientos
treinta y seis pesos ($288.736).
Los aparatos de mando y señalización, como son los pulsadores y lámparas de
señalización, que son necesarios para el control del proceso, deben ser de una
lata calidad, debido al gran uso que se hace por parte de ellos. Se seleccionó
marca SIEMENS, y un pulsador puede costar alrededor de setenta y nueve mil,
setecientos pesos ($79.700), y una lámpara de visualización alrededor de sesenta
siete mil, cuatrocientos pesos ($67.400). Para el seguro de las puertas, sobretodo
para la puerta de registro, es necesario comprar un electroimán, se hizo un
estudio al respecto en empresas de seguridad, se comprobó que el electroimán
necesario debe tener una fuerza electromotriz de 500 libras aproximadamente, el
cual puede tener un costo de trescientos cincuenta mil pesos ($350.000).
Para la fase de teclado, como se explicó, en el numeral 4.2, se hace necesario
primero en la compra de un microcontrolador, para que realice la parte de control
del teclado. Segundo, la adquisición de un teclado matricial, de buena calidad.
Tercero, será necesario el diseño de una plaqueta donde este tanto el
microcontrolador y todo lo necesario para que se realice el proceso de control
(resistencias, displays, condensadores, etc.). Este enviara las señales al PLC a
través del cable de conexión mencionado anteriormente, el cual tiene un alcance
de 60 metros, el cual se conectara a los módulos de entrada del PLC.
En el Anexo se puede apreciar la descripción de costos de la implementación de
la barrera de bioseguridad, donde se hace especial énfasis, que la adquisición del
IEL2 - 03 - II - 16
72
software es opcional, primero, por altos costos de adquisición de las licencias, el
cual es de treinta dos millones, setecientos noventa y seis mil, trescientos pesos
($32.796.300). Pero en la actualidad existen empresas que realizan la parte de
programación del autómata, así como su interfaz grafica, donde ellas adquieran
las licencias, y solo cobran por la realización de la plataforma, lo que conllevaría a
la disminución de los costos de implementación.
Como se puede ver el costo total de la implementación del proyecto es de trece
millones, cuatrocientos setenta y un mil, ochocientos treinta y seis pesos
($13.471.836); esta cantidad como se menciono anteriormente no incluye el
software de programación lo que incrementaría el costo final.
Para terminar, se puede sacar como conclusión, que los costos de
implementación para este tipo de procesos con este clase de tecnologías son
altos, pero en la actualidad se están implementando barreras de bioseguridad con
estas tecnologías de automatización en los laboratorios que manipulan con
microorganismos a nivel mundial, como es el caso de un laboratorio de Brasil
llamado Merial Saúde Animal Ltda, que opto por la utilización de autómatas
programables, debido a la funcionalidad, a su capacidad de respuesta y la
seguridad que ofrece este tipo de dispositivo.
IEL2 - 03 - II - 16
Se ha podido experimentar las ventajas de utilizar herramientas diseñadas
especialmente para la creación de sistemas SCADA, en particular, la
herramienta Simatic.
Esta herramienta está diseñada específicamente para la creación de estos
sistemas, esto supone un gran ahorro en tiempo y trabajo realizado. Es cierto que
el aplicativo que se ha desarrollado también se hubiera podido hacer con
lenguajes o con otros mecanismos de control y adquisición de datos, pero si se
intenta comparar estos se ve claramente que dichas herramientas ofrecen una
facilidad inmejorable para la creación y manejo de sistemas de supervisión, en
cuanto a la disponibilidad de librerías/drives para la adquisición de datos, la
creación de interfaz con el usuario, gestión de datos en tiempo real, gestión de
datos históricos, conectividad vía red, módulos de simulación y cálculos. Es
obvio, pues, entender estas herramientas como un acercamiento fácil y rápido a
la supervisión de sistemas que pueden llegar a ser muy complicados. Se han
logrado de la mejor manera los objetivos propuestos en el proyecto y en el
aplicativo.
Las conclusiones a las que se ha llegado en este proyecto son las siguientes:
• Se ha podido experimentar las ventajas del uso del SCADA, ya que supone
ahorro de recursos físicos a través de elementos de software.
• Esta herramienta ayuda a un acercamiento fácil y rápido de la supervisión
de sistemas que pueden llegar a ser complicados.
IEL2 - 03 - II - 16
74
• Se puede decir que el PLC es un dispositivo versátil ya que puede cumplir
con tareas completamente diversas.
• En cuanto al acceso, se recomienda el uso de teclados porque:
• Es una solución fácil de implementar a bajo costo.
• Se debe descartar el uso de tarjetas, ya que son una fuente de
contaminación.
• Las medidas biométricas tales como huellas digitales y retina requieren
de más recursos de hardware y software.
• También se recomienda utilizar una cámara de seguridad integrada al
SCADA con el fin de realizar una confirmación visual de las identidades.
• Asimismo sería bueno incluir el uso de un actuador manual o automático
que realice un paro total del sistema en caso de presentarse una
emergencia general en el área.
IEL2 - 03 - II - 16
[1] Colciencias, http://www.colciencias.gov.co
[2] Estudio sobre implementación de lectura de código de barras en cajas
registradoras de supermercados. Santiago Moreno Cely. Tesis Publicación
Uniandes, 1994.
[3] Fernando Jiménez, notas de clase de Diseño de sistemas de control en
Tiempo Real, cap. 2, Universidad de Los Andes, 2003.
[4] Geocities,http://www.geocities.com/gcataneo/tarjetas/conclusiones.htm
[5] Implementación de control integrado de obra utilizando códigos de barra.
Cesar Ricardo Muñoz Arias. Tesis Publicación Uniandes, 1997.
[6] Instituto Colombiano Agropecuario, “Colombia siete meses libre de aftosa”,
boletín de mayo de 2003.
[7] John Soto, Iván Castillo, “Metodología para el desarrollo de diseños de
Ingeniería”, Departamento de Ing. Eléctrica y Electrónica, Universidad de Los
Andes, 2002
[8] Miguel López Aplicación de una metodología de diseño de ingeniería para
la automatización de un proceso de demostración de tanques, bombas y
válvulas, usando GRAFCET (S7 graph), Universidad de los Andes, Enero de
2003.
[10] MARTINEZ, Camilo, Metodología para la realización de un control
automático de tanques, banda, válvulas utilizando Grafcet en tareas
coordinadas. Santa fe de Bogotá, 2003. Trabajo de grado (ingeniero
electrónico) Universidad de los Andes.
[11] Siemens, Manual SIMATIC S7-GRAPH V5.1 para S7-300/400
Programación de Controles secuenciales, Mayo de 2001
[12] Siemens, Software estándar para S7-300 y S7-400 Funciones
estándar Parte 2, Manual de referencia SIMATIC, marzo de 2000, p. 6-12.
IEL2 - 03 - II - 16
[13] Siemens, SIMATIC S7-PLCSIM V5.0 Manual del usuario, junio de
2001.
[14] Universitat Politècnica de Catalunya, “Utilización de la Guía Gemma”,
documento electrónico en línea, 2003.
[15] Vecol, http://www.vecol.com.co
TIPOLOGIA (1) HARDWARE
PLC SIEMENS SIMATIC S7 300 CON CPU 313C 1 4813400 4.813.400$ 1.719$ MODULO DE ENTRADAS DIGITALES PARA PLC S7 300 1 1834300 1.834.300$ 655$ MOULO DE SALIDAS DIGITALES PARA PLC S7 300 1 1024400 1.024.400$ 366$
SUBTOTAL PLCs 7.672.100$ 2.740$
SUBTOTAL SISTEMA DE SUPERVISION 1.619.000$ 578$
-$ -$
IEL2 - 03 - II - 16
80
PERFERICOS FUERZA ELECTROMOTRIZ DE 500 LIBRAS 1 350000 350.000$ 125$ TECLADO MATRICIAL 4 70000 280.000$ 100$
SUBTOTAL PERFERICOS 630.000$ 225$
TIPOLOGIA (3) MONTAJE
CAJAS Y ARMARIOS
CAJA MURAL METALICA 600mm x 600mm x 300mm 1 288736 288.736$ 103$ GRADO DE PROTECCION IP 55
SUBTOTAL CAJAS Y ARMARIOS 288.736$ 103$ BASTIDORES
BASTIDOR METALICO SOPORTE MODULOS 530mm 1 200900 200.900$ 72$
SUBTOTAL BASTIDORES 200.900$ 72$
APARATOS DE MANDO Y SEÑALIZACION PULSADOR LUMINOSO VERDE CON LED 15 79700 1.195.500$ 427$ PULSADOR ROJO DE HONGO CON RETENCION 7 67400 471.800$ 169$ LAMPARA DE SEÑALIZACION AMARILLA CON LED 110AC 2 47600 95.200$ 34$
SUBTOTAL APARATOS DE MANDO Y SEÑALIZACION 1.762.500$ 629$
SUBTOTAL TIPOLOGIA (3) MONTAJE……..………………………………………… 288.736$ 103$
SUBTOTAL TIPOLOGIAS 1 Y 3……………....……………………………………… 10.321.836$ 3.686$
IEL2 - 03 - II - 16
TIPOLOGIA (2) SOFTWARE (OPCIONAL)*
SOFTWARE PARA PROGRAMACION DESDE PC SOFTWARE STEP 7 PARA PROGRAMACION DE PLC S7 300/400 1 10.609.000$ 10.609.000$ 3.789$ CABLE INTERFASE MPI PARA 1 1.860.300$ 1.860.300$ 664$ PROGRAMACION DE S7 300/400 DESDE PC
SUBTOTAL SOFTWARE PARA PROGRAMACION DESDE PC 12.469.300$ 4.453$
SOFTWARE DE VISUALIZACION Y SISTEMAS SCADA SOFTWARE WinCC V. 6,0 PAQ. COMPLETO DE 128 POWER TAGS 1 20.327.000$ 20.327.000$ 7.260$
SUBTOTAL SOFTWARE DE VISUALIZACION Y SISTEMAS SCADA 20.327.000$ 7.260$
SUBTOTAL TIPOLOGIA (2) SOFTWARE………………………………………………… 32.796.300$ $ 11.713