Palomino Martínez María de Lourdes-Tarea 1

8/18/2019 Palomino Martínez María de Lourdes-Tarea 1

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ING. EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

MATERIA:

Visualización y Control de Procesos

ALUMNO:

Palomino Martínez María de Lourdes

GRUPO: 1001 “A”

DOCENTE: Ing. Erick Hernández Pulido

Gutiérrez Zamora Ver., a 27 de septiembre de 2015



1. HMI “INTERFAZ HOMBRE-MÁQUINA” El término interfaz de usuario se entiende como "todas las partes de un sistema interactivo

(software o hardware) que proporcionan la información y el control necesarios para que elusuario lleve a cabo una tarea con el sistema interactivo".

La interfaz de usuario / interfaz hombre-máquina (HMI) es el punto en que el usuario entra

en contacto con una máquina. Para que una interfaz hombre-máquina (HMI) sea útil para

las personas debe satisfacer las necesidades y requerimientos de las personas. Una HMI

puede asociarse con una “ventana” en un proceso, dicha ventana puede estar en

dispositivos especiales como paneles para el operador o en una computadora. Los

sistemas HMI en computadoras también pueden llamarse software HMI o de monitoreo y

control de supervisión, las señales del proceso son conducidas a este mismo por medio

de dispositivos como tarjetas de entrada/salida en la computadora, PLC’S, RTU O

DRIVE’S.

1.1 ESTRUCTURA

La hmi interface hombre máquina está compuesto por varia pantallas, las mismas que

presentan varios elementos y opciones a seleccionar y configurar que son:

Pantalla principal

Pantalla inicio de sesión (usuario y contraseña)

Pantalla configuración de parámetros

Pantalla historial



1.2 COMPONENTES

El software HMI está compuestos por un conjunto de programas y archivos. En la anterior

estructura se muestra cómo funcionan algunos de los programas y archivos más

importantes.

Los rectángulos: representan programas y las elipses archivos. Los programas que están

en recuadro simple representan programas de diseño o configuración del sistema; los que

tienen doble recuadro simple representan programas que son el motor del HMI.

Editor de pantallas: se crean moldes de pantallas para la visualización de datos del

proceso.

Archivos de pantalla: en esta parte son guardados los moldes de pantallas en archivos

y almacenan la forma como serán visualizados los datos en las pantallas.

Interfaz Hombre: es un programa que se encarga de intercambiar las variables de la basede datos en la pantalla y actualizarla si así se necesita.

Base de datos: es un lugar de la memoria de la computadora donde se almacenan los

datos requeridos del proceso. Estos datos varían en el según cambien los datos del

proceso, por lo cual también se denomina “base de datos dinámica”.

Editor de base de datos: es este se crean las bases de datos, sus bloques y la relación

entre ellos.

Driver: la conexión entre bloques de la base de datos y las señales del proceso se realiza

por medio de drivers. Estos mismos manejan los protocolos de comunicación entre el HMI

y los distintos dispositivos de campo, por lo cual son entonces la interfaz hacia la máquina.

Bloques (tags): reciben información de los drivers u otros bloques y enviar información

hacia los mismos.



1.2 REQUERIMIENTOS

Para la elección de una HMI se debe tomar en cuenta algunos criterios como:

Tamaño y resolución del display.Robustez del equipo.

Funcionalidades.

Comunicación, que pueda comunicarse con los dispositivos externos y que cuente

con los drivers necesarios.

Software de configuración sin costo y de fácil aprendizaje.

Buen soporte local.

Funcionalidad homogénea.

Seguridad de los datos.

Puesta en marcha desde una segunda tarjeta SD.

Sencilla transferencia de proyectos a través de cable estándar.

Gestión suficiente de energía.

2. DCS “SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO” El sistema de control distribuido (DCS) es un sistema de control de un sistema de

fabricación, de proceso o de cualquier clase de sistema dinámico, en el cual los elementos

del regulador no son centrales en la localización, pero se distribuye a través del sistema

con cada subsistema componente controlado por uno o más reguladores. El sistema

entero de reguladores es conectado por las redes para la comunicación y la supervisión.

2.1 ESTRUCTURA

Un sistema de control distribuido consta de tres elementos fundamentales:

Interfaz al proceso: suele haber dos tipos de equipos para realizar la interfaz con

el proceso. Uno llamado controlador que se encarga del procesamiento de los lazos

de control con entrada procedente de elementos de medida y salida hacia

elementos finales. Mientras que el otro módulo se dedica al procesamiento de

entradas que no necesitan realizar funciones de control, tal como indicaciones.

Interfaz al operador: el sistema proporciona un medio de supervisar y manipular

las unidades de proceso.

Vía de datos: el sistema dispone de una vía principal para comunicación de datos

de otra reserva. Cada vía está compuesta por un cable coaxial y toda la electrónica

asociada por donde fluye la comunicación a lo largo de todos los elementos del

sistema de control.



2.2 COMPONENTES

Los sistemas de control distribuidos incluyen entre otros componentes, estaciones detrabajo (de operación e ingeniería), controladores, tarjetas I/O, buses I/O, una red de

control de alta velocidad, tecnología de control y software (mucho software).

La instrumentación y/o dispositivos inteligentes se encargan de recolectar el

valor de la variable de planta o se enviar las señales de control y tomar acción en

el proceso físico. Aparte estos dispositivos pueden recolectar la amplitud de

variables adicionales como Tag, descripción, fallas, diagnósticos, estado del

equipo, variables secundarios; además de poder configurarlos remotamente desde

una estación de mantenimiento.

Los controladores recogen las señales de dispositivos análogos, digitales o

mediantes de buses de campo. Generalmente todas las señales I/O (provenientede buses de campo) convergen en una red Ethernet (por fibra óptica o cobre) o en

un bus de alta velocidad (como el HDLC – High Level Data Link Control protocol)

para hacer llegar y enviar las señales de campo hasta desde el controlador. Es allí

donde se ejecuta la lógica de control captando y enviando señales de y hacia

campo, ejecutando control tipo continuo, batch, secuencial, ladder, etc.

La red de control (de alta velocidad) contiene los datos de los instrumentos y del

controlador y hace que estén disponibles para las estaciones o servidores dentro

de la red de un DCS como lo son las estaciones de operación, las estaciones de

ingeniería, la base de datos de control, los historiadores, los sistemas de alarmas,

generadores de reportes, entre otros. En estos nodos (estaciones) se ejecutan unavariedad de aplicaciones de software que permiten al operador realizar las tareas

de operación y mantenimiento.

2.3 REQUERIMIENTOS PARA INTEGRA UN DCS EN APLICACIONESINDUSTRIALES

Para integrar un DCS en plantas nuevas o ya existentes se pueden tomar en cuentas

las siguientes consideraciones:

La conectividad e integración de sus componentes para unir las estaciones detrabajo.

Integración de la Instrumentación de Campo: especificar todo el equipamiento

de campo que necesita comunicar información o recibir comandos desde el

sistema DCS sobre las redes.

Integración segura: especificar los requerimientos de la red en términos de las

necesidades de la capacidad física redundante y también en términos del

número y tipo de niveles de red requeridos.



Integración del Mantenimiento y Simulación: establecer los requerimientos de la

interfaz entre los sistemas de control y mantenimiento, decidir las herramientas

de optimización, simulación y entrenamiento que serán usadas y además

necesarias para integrarse dentro de todo el paquete de automatización Integración de la Red y Bus: seleccionar la red a usar.

3. SCADA “SUPERVISIÓN, CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS”

Es un sistema basado en computadores que permites supervisar y controlar variables de

proceso a distancia, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo y

controlando el proceso de forma automática por medio de un software especializado.

Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversosusuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control

de calidad, supervisión, mantenimiento.

3.1 ESTRUCTURA

El SCADA es un sistema para la adquisición de datos, control supervisor remoto y

centralizado de un proceso industrial; debe ser un conjunto de software y hardware en

arquitectura modular, escalable y distribuida. El procesamiento se debe realizar en forma

distribuida entre los diferentes componentes del sistema, que se comunican entre sí a

través de una red de control en tiempo real.

Los componentes de hardware y de aplicaciones del sistema SCADA deben serindependientes entre sí, se puede usar el OPC como herramienta para el intercambio de

datos y propiedades entre dos distancias.

La arquitectura debe de ser de tipo abierta y usar estándares para garantizar una alta

probabilidad de interconexión con otros sistemas y con equipos de diferentes fabricantes.

El diseño SCADA debe proveer redundancia a nivel software hardware y firmware,

incluyendo equipos de telecomunicación y servicios auxiliares. Las necesidades de

redundancia dependerán de la criticidad de cada proceso en particular.



3.2 COMPONENTES

Un SCADA suele tener distintos componentes como lo son:

Estación maestra o master: recibe datos de las condiciones de los equipos en

campo que es enviada por las estaciones remotas (RTU). Procesa la información y

envía comandos a las estaciones remotas para mantener las variables de los

procesos dentro de los parámetros establecidos.

Unidades remotas o RTU: controlan todas las señales de entrada y salida del

campo como válvulas, equipos de medición, motores, entre otras. Monitorean lascondiciones de los dispositivos de campo y almacenan los estados de las alarmas.

Envían los estados y alarmas de los equipos en campo y reciben comandos de la

estación maestra.



Red de telemetría: permite establecer el intercambio de información entre la

estación maestra y las unidades remotas. Refiriéndose básicamente a tres

componentes:

La topología usada: Corresponde al arreglo geométrico de los nodos. Entre losprincipales se tiene el punto a punto, punto a multipunto, entre otros.

Modo de transmisión: Es la forma como viaja la información entre los distintos

nodos de la red. Se puede tener dos modos principales: Full Dúplex y Half Dúplex.

El medio utilizado: Corresponde al tipo de medio utilizado para enviar y recibir la

información. Puede ser una línea física dedicada, a través del medio atmosférico,

a través de las líneas de alta tensión, etc. Estación de supervisión: permite la visualización gráfica del estado del proceso,

es decir proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta.

El proceso se representa mediante sinópticos almacenados en el ordenador de

proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde

otra aplicación durante la configuración del paquete.

3.3 REQUERIMIENTOS PARA INTEGRA UN SCADA EN APLICACIONESINDUSTRIALES

Un SCADA debe cumplir ciertos criterios para poder ser utilizada adecuadamente:

Sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse según las

necesidades cambiantes de la empresa.

Comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el equipo de

planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestión).

Programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fáciles deutilizar, con interfaces amigables con el usuario.

Algunos puntos que se deben analizar son:

Adquisición de datos.

Control.

Manejo de alarma.

Almacenamiento.

Tendencia.

Visualización de datos.

Configuración. Niveles de seguridad.

Diseño, robustez, prestaciones, mantenibilidad y escalabilidad.



4. INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL

La instrumentación virtual se define como la combinación de software capaz y

personalizable con hardware de medición modular los cuales, en conjunto, desempeñanuna tarea específica definida por el usuario. Un instrumento virtual combina tecnologías

comerciales, como una PC o estación de trabajo, con software flexible y una gran variedad

de módulos de hardware de medición y control.

Un instrumento virtual, gracias a que está basado en tecnologías comerciales,

inherentemente aprovecha las ventajas de lo último incorporado en las PC’s, lo que

permite reducir la brecha entre instrumentos independientes y computadoras; algunas de

estas tecnologías son: procesadores poderosos como Pentium 4 o de doble núcleo,

memoria RAM de gran capacidad, o sistemas operativos como Microsoft Windows XP o

Apple Mac OS X. Además, estas plataformas ofrecen herramientas poderosas y abiertas

como Internet. Finalmente, la naturaleza misma de un instrumento tradicional no se presta

para ser portátil, mientras que un instrumento virtual corriendo en una laptop fácilmente

puede ser transportado de un lugar a otro.

4.1 ELEMENTOS

Existen tres componentes principales para un instrumento virtual: software, hardware

modular de E/S, y plataformas comerciales.

Software: es el componente más importante, con la herramienta de software

correcta se pueden crear eficientemente aplicaciones al diseñar e integrar las

rutinas que un proceso en particular requiera. También puede crear la interfaz deusuario apropiada que mejor ilustre y permita interactuar con la aplicación. Con el

software, es posible definir cuándo se adquieren datos, cómo son procesados,

manipulados y almacenados, y cómo se presentan al usuario final. Esto permite

agregar inteligencia y capacidad de decisión al instrumento virtual, de tal forma que

se adapte cuando las señales medidas cambien o cuando sea necesario

procesarlas.

Hardware modular de E/S: diseñado para combinarse en cualquier orden o

cantidad y poder realizar las tareas de adquisición y control necesarias en cualquier

aplicación de medición. Una de las ventajas de contar con hardware modular es

que permite adquirir únicamente aquellos dispositivos necesarios para realizar lasmediciones y que cuenten con las características de resolución, protección de

sobrevoltaje, velocidad de muestreo y número de canales exactos.



Plataforma de tecnologías comerciales: con capacidad de sincronización

avanzada, la cual asegura el aprovechamiento de los últimos avances para contar

con mediciones simultáneas y transferencias de grandes cantidades de datos. Es

esta plataforma permite al instrumento adaptarse a las características del ambientedonde se va a instalar, ya que puede utilizar diferentes buses de comunicación para

transferir los datos con el procesador, como puede ser USB para una fácil

conectividad y portabilidad, Ethernet para tener un sistema distribuido en red,

PCI/PCI Express. Es la combinación de esta plataforma junto con el software y el

hardware modular de medición lo que da a un instrumento virtual la capacidad de

adaptarse rápidamente a las necesidades de las aplicaciones.

5. ADQUISICIÓN DE DATOS

La adquisición de datos (DAQ) es el proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico

o físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Un sistema DAQ consiste

de sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software programable.

Comparados con los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas DAQ basados en

PC aprovechan la potencia del procesamiento, la productividad, la visualización y las

habilidades de conectividad de las PC’s estándares en la industria proporcionando una

solución de medidas más potente, flexible y rentable.

5.1 APLICACIONESLos sistemas de adquisición de datos se utilizan en un gran número de aplicaciones (en

constante aumento), en una variedad de áreas industriales y científicas, como la industria

biomédica, aeroespacial y telemetría. El tipo de sistema de adquisición de datos, analógica

o digital, depende del uso de los datos registrados. En general, los sistemas de datos

analógicos se utilizan cuando se requiere un amplio ancho de banda o cuando se puede

tolerar poca exactitud. Los sistemas digitales se aplican cuando el proceso físico que en

estudio varía poco (ancho de banda angosto) y cuando se necesita una exactitud alta y

bajo costo por canal. Los sistemas digitales varían en complejidad desde sistemas de un

solo un canal para medición y registro de voltajes de CD, hasta sistemas automáticos de

múltiples canales, los cuales miden un gran número de parámetros de entrada, loscomparan con respecto a condiciones o límites preestablecidos y llevan a cabo cálculos y

toman decisiones sobre la señal de entrada. Los sistemas digitales en general son más

complejos que los analógicos, tanto en términos de volumen y complejidad de los datos

de entrada que pueden manejar.



5.2 ELEMENTOS

Las principales partes de la adquisición de datos son:

SensorUn sensor, también llamado un transductor, convierte un fenómeno físico en una señal

eléctrica que se puede medir. Dependiendo del tipo de sensor, su salida eléctrica puede

ser un voltaje, corriente, resistencia u otro atributo eléctrico que varía con el tiempo.

Algunos sensores pueden requerir componentes adicionales y circuitos para producir

correctamente una señal que puede ser leída con precisión y con toda seguridad por un

dispositivo DAQ.

Dispositivo DAQ

Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales analógicas entrantes

para que una PC pueda interpretarlas. Los tres componentes clave de un dispositivo DAQusado para medir una señal son el circuito de acondicionamiento de señales, convertidor

analógico-digital (ADC) y un bus de PC. Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones

para automatizar sistemas de medidas y procesos.

PC en un Sistema DAQ

Una PC con software programable controla la operación del dispositivo DAQ y es usada

para procesar, visualizar y almacenar datos de medida. Diferentes tipos de PC’s son

usadas en diferentes tipos de aplicaciones.



Un sistema de adquisición de datos puede estar compuesto por los siguientes elementos:

SensoresAmplificadores operacionales: se trata de un dispositivo electrónico

(normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y unasalida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G)

(ganancia).

Amplificadores de instrumentación: es un dispositivo creado a partir de

amplificadores operacionales. Está diseñado para tener una alta impedancia de

entrada y un alto rechazo al modo común (CMRR). Se puede construir a base de

componentes discretos o se puede encontrar encapsulado. La operación que

realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Su utilización es

común en aparatos que trabajan con señales muy débiles.

Aisladores: son materiales que pueden soportar el flujo de corriente eléctrica, son

materiales no conductores. Los aisladores son materiales de protección queayudan a prevenir descargas eléctricas o chispas. Explorador o multiplexor: acepta múltiples entradas analógicas y las conecta

secuencialmente a un instrumento de medición. Circuitos Sample and Hold: se utilizan para muestrear durante un breve

intervalo del valor dependiente del tiempo de un voltaje analógico de entrada y

luego retener constante el valor muestreado durante la conversión. Convertidor de señal: transforma la señal analógica en una forma para el

convertidor analógico-digital. Convertidor analógico-digital (ADC): convierte el voltaje analógico a su forma

digital equivalente. La salida del convertidor A/D se puede desplegar visualmente yestar disponible como voltaje en pasos discretos para procesamiento posterior o

grabación en un registrador digital. Microprocesadores: es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema

operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones

programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y

lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y

accesos a memoria. Contadores: es un circuito secuencial construido a partir de biestables y puertas

lógicas capaz de almacenar y contar los impulsos (a menudo relacionados con una

señal de reloj), que recibe en la entrada destinada a tal efecto, asimismo también

actúa como divisor de frecuencia.



Filtros: es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de

frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto

su amplitud como su fase.

Comparadores: son circuitos no lineales que, como su nombre indica, sirven paracomparar dos señales (una de las cuales generalmente es una tensión de

referencia) y determinar cuál de ellas es mayor o menor. Fuentes de potencia: es la encargada de suministrar energía eléctrica a los

distintos elementos que componen nuestro sistema.

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