Universidad de Oriente

Ncleo de Monagas

Escuela de Ingeniera y Ciencias Aplicadas

Curso Especial de Grado - rea: ACPI

Estrategias para la Automatizacin Industrial

Maturn Estado Monagas

SUPERVISIN (PARTE I)

Unidad III: Control, Comunicacin, Supervisin y Monitoreo

Profesor: Bachilleres:

Ing. Judith Devia Mata Lpez, Francis Del Valle

C.I. 21.347.654

III Cohorte Automatizacin y Salazar Faras, Luis Germn

Control de Procesos Industriales C.I 20.648.461

Equipo PLC

Maturn, Abril de 2015

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NDICE

Pg.

NDICE .................................................................................................................... 2

INTRODUCCIN .................................................................................................... 3

MARCO TERICO .................................................................................................. 4

1. Qu es la Supervisin? ............................................................................... 4

3. Modelo y conocimiento de Supervisin ......................................................... 5

4. Beneficios de la Supervisin ......................................................................... 5

5. Etapas de la Supervisin ............................................................................... 6

6. Algunas terminologa de Supervisin ............................................................ 7

6.1 Relativo al estado del proceso ................................................................ 7

6.2 Relativo a las seales ............................................................................. 7

6.3 Relativo a las tareas de supervisin ....................................................... 7

7. SCADA comercial. Estructura ........................................................................ 8

DISCUSIN ............................................................................................................ 9

CONCLUSIONES .................................................................................................. 11

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................... 12

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INTRODUCCIN

La tecnologa es un factor que avanza a pasos agigantados a medida que

pasa el tiempo. Son muchas las organizaciones empresariales que a travs de las nuevas tecnologas de informacin han logrado avanzar en materia de desarrollo y procesos productivos, ya que junto al factor humano y de procesos la tecnologa ofrece rendimiento, calidad y seguridad en la uniformidad de las operaciones de las empresas. En las industrias afines a la automatizacin y control de procesos industriales, la tecnologa toma un rol que es decisivo, ya que al ser aplicada de manera eficiente permite la reduccin del nmero de paradas innecesarias, la prediccin de situaciones anmalas o la actuacin rpida y eficaz de forma que se asegure la continuidad y uniformidad de la produccin.

Existe un elemento que es fundamental a la hora de realizar el control de las

operaciones y es la supervisin. La supervisin nace con el fin de evitar situaciones no deseadas en los procesos de planta a travs de la automatizacin de las actividades. En muchas ocasiones, los operadores de planta no pueden estar presentes de manera constante en los procesos de planta y es por tal motivo que se hace necesaria la creacin de sistemas de monitoreo y supervisin que permitan controlar estas operaciones. El operador debe conocer ampliamente estos sistemas y software, ya que, en cualquier situacin que se presente de manera inesperada, este debe saber qu medidas tomar a fin de evitar daos en la planta y en los procesos de produccin.

Por tal motivo, las industrias se han centrado en establecer una relacin entre

el operador de planta (a travs de interfaces grficos y pantallas animadas) y el proceso de adquisicin de datos a travs de los dispositivos ubicados en el campo. Es all cuando nacen los Sistemas de Supervisin y Control de adquisicin de datos, mejor conocidos como SCADA (por sus siglas del ingls Supervisory Control And Data Acquisition). El software SCADA ha sido diseado con el fin de brindarle al operador de planta la informacin que este necesita para hacerle seguimiento a los procesos que se estn ejecutando en la planta.

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MARCO TERICO

1. Qu es la Supervisin?

Se entiende como supervisin de un proceso el conjunto de acciones desempeadas con el propsito de asegurar el correcto funcionamiento del proceso incluso en situaciones anmalas. De hecho, se puede afirmar que la supervisin est presente en cualquier proceso productivo y que se realiza a travs de encargados y operarios especializados, que detectan la presencia de comportamientos anmalos y actan en consecuencia (ajustando parmetros, cambiando consignas y activando accionamientos para prevenir un mal superior o conservar la capacidad operativa del proceso).

El propsito de la supervisin es la automatizacin de estas tareas. Para ello

debe sacarse provecho de toda informacin y conocimiento disponible sobre el proceso. La dificultad de tales sistemas reside en la diversidad de procesos existentes y las diferentes manifestaciones del conocimiento que sobre estos se dispone. Debido a estos y otros inconvenientes, hoy en da no es posible, todava, cerrar el lazo que supone la supervisin sin incluir en l al operario humano.

2. La Automatizacin y la Supervisin

La automatizacin se establece como forma de ordenacin a partir de la

secuenciacin automticas de tareas y regulacin de variables para que sigan las consignas impuestas. El objetivo de la supervisin es asegurar este orden an cuando haya desviaciones no previstas en la automatizacin. Por este motivo se establece la supervisin en un nivel jerrquicamente superior a la automatizacin y con una tarea clara de vigilancia. Para ello deber disponer de las siguientes capacidades: Registrar la evolucin del proceso y detectar desviaciones indeseadas en

las variables. Analizar estas desviaciones y deducir el motivo. Elaborar un diagnstico de

la situacin. Resolver situaciones conflictivas en lnea, en caso de ser posible, o Tomar las medidas adecuadas para que no vuelva a suceder.

Tan importante es detectar con rapidez una situacin anmala, como saber

el por qu de dicha situacin y obrar en consecuencia para que no vuelva a suceder. En este sentido, los sistemas de supervisin sern imprescindibles para la automatizacin de tareas en la implantacin de planes de calidad tipo ISO 9000. Para ello el sistema de supervisin sacar provecho del conocimiento previo disponible sobre el funcionamiento del proceso.

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3. Modelo y conocimiento de Supervisin

Un proyecto de supervisin lleva implcito un profundo conocimiento del proceso y su funcionamiento. Pues bien, la descripcin de este proceso, que aporte un conocimiento a priori sobre sus funcionalidades y caractersticas, constituye un modelo del proceso (o de parte de l). El concepto de modelo equivale al de conocimiento terico del proceso que pueda ser representado en un ordenador. Un modelo puede ser un conjunto de ecuaciones diferenciales que describen la dinmica del sistema, pero tambin el conjunto de restricciones que definen el comportamiento normal del sistema o la descripcin de las funcionalidades del proceso, ya sea a base de reglas, condiciones de operacin o dependencias entre variables.

La importancia de este modelo reside en disponer de informacin adicional

relativa al funcionamiento (correcto o anormal) del proceso que pueda ser comparada con el estado actual de ste obtenido a travs de las seales adquiridas. Como resultado de la comparacin, el sistema de supervisin decidir sobre el correcto funcionamiento del proceso. Se presenta, por lo tanto, el modelo como forma de validar el comportamiento del proceso o, en su caso, la determinacin de discrepancias respecto las condiciones normales de operacin.

4. Beneficios de la Supervisin

El fin ltimo de la supervisin es el de asegurar la calidad y homogeneidad del producto asegurando el adecuado funcionamiento del proceso incluso en presencia de situaciones anormales. Se trata de dar al operador o encargado de control el mximo soporte, liberndolo de la tensin que supone una vigilancia constante y de las tareas rutinarias (elaboracin de informes peridicos, lectura y comparacin de registros que garantizan el orden y la sistematizacin anhelada en los planes de calidad, entre otros).

El correcto aprovechamiento del conocimiento e informacin disponible sobre

el proceso permite la evaluacin automatizada, continuada y en lnea, del proceso de una forma objetiva. Se garantiza de esta forma la uniformidad en la decisin e independencia respecto a apreciaciones subjetivas.

Los sistemas de supervisin reducen el coste de aprendizaje del personal de

planta. Los interfaces grficos facilitan tanto una comprensin rpida del proceso como la localizacin y identificacin rpida de dispositivos o partes del proceso por asociacin grfica y geogrfica entre la representacin y el proceso real. Se garantiza una interaccin simple a travs de pantallas tctiles y cursores, manejables de forma intuitiva. Otra ventaja de los actuales sistemas de supervisin es que permiten una rpida acomodacin del personal, conservando la uniformidad de decisin y disminuyendo los inconvenientes producidos por situaciones eventuales como vacaciones, bajas o cambios de turnos.

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5. Etapas de la Supervisin

Un proyecto de supervisin, debe acometer tres etapas bsicas: deteccin de fallas, diagnstico de fallos y reconfiguracin (Ver Figura 1). Para llevarlas a cabo, es imprescindible disponer de registros de las seales de proceso de forma centralizada en un ordenador de control y por tanto se parte de procesos monitorizados.

Figura 1. Etapas bsicas de la supervisin

El objetivo de la deteccin de fallos, es el de obtener indicios de situaciones

anmalas que puedan llevar al proceso a una situacin de fallo y clasificarlas como tales. Esta tarea consiste bsicamente en la obtencin de indicadores de fallo y su evaluacin continuada seguidos de un proceso de decisin. Se fundamenta, por tanto, en el conocimiento sobre el funcionamiento del proceso (modelo) y la utilizacin de ste de forma automtica y sistemtica para decidir sobre el correcto (o incorrecto) funcionamiento del proceso de forma continua.

A modo de ejemplo, se puede pensar en un sistema de regulacin de nivel

que acta sobre la bomba que alimenta el suministro de lquido. El propsito es mantener un caudal constante a la salida del depsito. Si no se produce ningn cambio en el sistema, una desviacin significativa en el valor del caudal de salida respecto el valor deseado ser indicativo de algn fallo. Por ejemplo una obstruccin en la bomba, o una fuga en los conductos.

El diagnstico de fallas, o simplemente diagnosis, sigue a la deteccin de

fallos con el propsito de averiguar las causas primeras de esta situacin anmala. El diagnstico consiste en un procedimiento deductivo que lleva al origen del fallo. Tomando el ejemplo anterior, si observamos que el nivel corresponde al adecuado y el caudal de salida ha disminuido, deduciremos que hay una fuga en el conducto de salida y este ser el diagnstico.

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Finalmente la reconfiguracin, o propuesta de acciones consistir en las acciones a realizar para mantener el proceso operativo. Siguiendo con el ejemplo, se alertar de la fuga pero podemos conservar el caudal inicial a la salida del depsito elevando la consigna correspondiente al nivel. Este cambio en la consigna es por tanto la reconfiguracin que se debe proponer para la reconfiguracin de dicho sistema.

6. Algunas terminologa de Supervisin

A continuacin se apunta un breve listado relativo a los trminos ms

comunes en supervisin:

6.1 Relativo al estado del proceso Falta (*Fault) o fallo: Desviacin, no permitida de una variable o

caracterstica del sistema. Malfuncionamiento (*Malfunction): Irregularidad intermitente en el

comportamiento normal de un sistema. Fallo (*Failure): Interrupcin permanente, total o parcial, en el

comportamiento normal del sistema. Estado o rgimen transitorio (Transient State): Situacin provocada por un

cambio en las constantes del proceso (cambios de consignas o parmetros o aparicin de perturbaciones) que resulta en una variacin de una o varias de sus variables respecto del que adopta en estado permanente.

6.2 Relativo a las seales

Alarma (Alarm): Alerta de falta provocada por la superacin de un umbral

asociado a una variable. Evento (Event): Sucesos caractersticos que identifican un cambio

significativo en una caracterstica asociada a una variable. La aparicin o desaparicin de una alarma es un evento en s misma.

Error (*Error): Desviacin entre una medida o clculo de una variable y su valor verdadero (o tericamente correcto).

Residuo (*Residual): Diferencia entre la salida de un sistema predicha por un modelo y la medida. Se utiliza como forma de generacin de alarma en la deteccin de fallos.

Sntoma (Symptom): Desviacin de una magnitud observable respecto a su comportamiento normal en ausencia de modelo.

6.3 Relativo a las tareas de supervisin Deteccin de fallos (*Fault Detection): Determinacin de la presencia de

fallos.

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Diagnstico de fallos (*Fault Diagnosis): Determinacin del origen de los fallos (que componente, en qu lugar,...).

Monitorizacin (*Monitoring): Determinacin y representacin grfica de las condiciones de funcionamiento de un sistema real en tiempo real. Sinnimo de seguimiento o vigilancia.

Supervisin (*Supervision): Monitorizacin de un sistema, para detectar los posibles fallos y actuar en consecuencia. Proponer acciones correctoras frente a situaciones detectadas y diagnosticadas.

Supervisin Experta (Expert Supervision): Supervisin que utiliza para sus propsitos mecanismos de abstraccin de informacin y procesado automtico de conocimiento y/o experiencia.

7. SCADA comercial. Estructura La estructura bsica de una

aplicacin SCADA se puede representar mediante el esquema de la Figura 2. En la parte inferior tenemos los dispositivos de campo que proporcionan los datos del proceso y reciben las consignas y seales de mando para su control. La parte central constituye el ncleo de la aplicacin SCADA y est constituido por diversos servidores. Cada producto comercial presenta sus particularidades, pero en lneas generales se puede hablar de los ncleos siguientes:

Figura 2. Estructura de un Sistema

SCADA

Driver de comunicacin, encargado de gestionar las comunicaciones entre los servidores de datos y los dispositivos de campo, y que implementa los protocolos necesarios para efectuar dichas comunicaciones. Servidor de datos del proceso, encargado de detectar y gestionar alarmas y eventos, y de almacenar datos para su anlisis posterior. Con acceso directo a las bases de datos. Servidor de Web, que gestiona la disponibilidad y el acceso a datos mediante Internet. En todos los casos permite recibir, desde equipos remotos, informacin de la planta. Las estaciones remotas tambin permiten, en algunos productos, enviar consignas y seales de mando va Internet. HMI o Interface Hombre Mquina (Human Machine Interface): Interface grfica para la visualizacin del estado del proceso mediante objetos animados, grficos, textos, listados, y ventanas mltiples, entre otras. OLE/ODBC, Open Data Base Compliance Interface: Interface segn estndar de Microsoft para la comunicacin de datos entre distintos tipos de bases de datos.

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DISCUSIN En la actualidad, la supervisin y la tecnologa son dos elementos

fundamentales que inciden directamente en la mayora de los procesos empresariales. Sera impensable para una organizacin establecer su patrn de actividades y no definir los niveles de supervisin y monitoreo que estas deben tener una vez puestas en marcha. Por ejemplo, en una oficina bancaria se necesitan cmaras de seguridad (Tecnologa) de vigilancia, as como tambin de Operarios (Supervisin) que estn atentos a cualquier situacin irregular que sea suscitada dentro de la oficina y vulnere a las personas o las instalaciones fsicas de la misma.

Entonces por qu es importante la supervisin? Su importancia radica en

que permita evitar o reducir situaciones no deseadas que daen o perjudiquen la correcta ejecucin de ciertas actividades que tienen relacin directa con los procesos productivos de la empresa y esta no desea que sucedan. El control es un elemento fundamental en la supervisin de las tareas empresariales, estas necesitan mantener el control permanente y constante a fin de detectar las fallas, realizar un diagnstico profundo y si es necesario reconfigurar la ejecucin de actividades pre-establecidas.

Pero antes de poder llevar a cabo cualquier sistema de supervisin es

necesario contar con un registro de datos que est centralizado. En el rea de automatizacin y control de procesos este paso es fundamental, ya que, su simplicidad reside en la conectividad que ofrecen los actuales sistemas de control. Son los SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) o software de monitorizacin y control que permiten el acceso a datos del proceso y cierta interaccin entre el operador de planta, mediante interfaces grficos y el proceso, a travs de la adquisicin de datos por medio de dispositivos de campo.

En las empresas que trabajan con altos niveles de automatizacin (industrias

petroleras, de gas, elctricas, siderrgicas, manufactureras, entre otras) se puede observar que la implementacin de estos sistemas de supervisin SCADA est ubicadas en las salas de control (sitio donde frecuentemente se encuentran los operadores de planta monitoreando los procesos de produccin) y son visibles a travs de grandes pantallas con objetos animados que representan los procesos que se estn realizando en el campo. El objetivo principal es facilitar la tarea del operario encargado de la vigilancia del proceso y su seguimiento. La incorporacin de dichos sistemas conlleva que el nmero de medidas del proceso registradas aumente considerablemente y el operario deba hacerse cargo de su seguimiento. Por tanto el nuevo reto es dar mayor autonoma a estos sistemas de supervisin.

Ahora bien, las empresas tienen que hacerse de estos sistemas y paquetes

informticos que le permitan mantener el control y comunicacin de los procesos mediante la supervisin y monitoreo de todo lo que sucede en el campo. En otro

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orden de ideas, los protocolos de comunicacin son de gran aporte a este tema, ya que van a permitir conectar remotamente al operador con los procesos que ocurren en la planta que se desea supervisar. A travs de estos sistemas, los operarios obtienen datos como (en el caso de los mltiples de gas y pozos de petrleos) ciertas variables de estado de procesos fsicas, presin, temperatura, nivel de lquido, caudal, a fin de evaluar que el proceso de produccin se est llevando a cabo correctamente de acuerdo a los parmetros de control establecidos.

Siguiendo con la idea anterior, es aqu donde nacen los SCADA comercial.

Un SCADA comercial se dice que es un software comnmente encontrado en el mercado que funciona para controlar y supervisar ciertos procesos comerciales a distancia. Recordemos que si separamos ambos trminos tenemos que SCADA es un software para ordenadores que permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia que provee de toda la informacin que se genera en el proceso productivo (supervisin, control calidad, control de produccin, almacenamiento de datos, etc.) y permite su gestin e intervencin, de igual manera el trmino Comercial se refiere a algo vinculado con el comercio o con las personas que se dedican a comprar y/o vender bienes o servicios.

En sntesis, la aplicacin de la supervisin en los procesos de produccin es

de gran importancia. En el caso de Venezuela, una de las empresas que ha decidido tener altos niveles de supervisin en sus procesos de automatizacin es PDVSA. A modo de referencia y como muestra de lo dicho anteriormente, esta compaa petrolera nacional, en el ao 2014 por medio de un grupo de especialistas instalaron en la subestacin elctrica Cachama de la Faja Petrolfera, la integracin de las tecnologas nacionales de software libre SCADA GALBA y el Controlador Net-DAS v2.0 con el fin de permitir la supervisin y control de estaciones y subestaciones elctricas de PDVSA y del sector elctrico nacional.

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CONCLUSIONES

La supervisin est presente en cualquier proceso productivo y que se realiza a travs de encargados y operarios especializados, que detectan la presencia de comportamientos anmalos, situaciones irregulares y que puedan afectar los procesos de produccin.

Se establece la supervisin en un nivel jerrquicamente superior a la

automatizacin y con una tarea clara de vigilancia, a fin de registrar la evolucin del proceso y detectar desviaciones indeseadas en las variables, analizar estas desviaciones y deducir el motivo, elaborar un diagnstico de la situacin, resolver situaciones conflictivas en lnea, en caso de ser posible, o tomar las medidas adecuadas para que no vuelva a suceder.

Aun con todos los avances que representa la tecnologa para las industrias,

los operarios humanos juegan un papel importante en los procesos de supervisin y monitoreo, ya que existen muchos sistemas complejos y con gran dificultad que reside en la diversidad de procesos existentes y las diferentes manifestaciones del conocimiento que sobre estos se dispone.

Los sistemas de supervisin reducen el coste de aprendizaje del personal

de planta. Los interfaces grficos facilitan tanto una comprensin rpida del proceso como la localizacin y identificacin rpida de dispositivos o partes del proceso por asociacin grfica y geogrfica entre la representacin y el proceso real.

Un software SCADA puede estar orientado a sistemas muy simples con un

solo dispositivo de campo conectado a un computador, como a sistemas muy complejos con variedad de dispositivos y diversos computadores ejerciendo como controladores.

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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

COLOMER Joan, MELNDEZ, Joaquim, JORDI Ayza. SISTEMAS DE

SUPERVISN (Introduccin a la monitorizacin y supervisin experta de

procesos. Mtodos y herramientas). CEA-IFAC [Documento en Lnea]

Disponible en:

http://www.ceautomatica.es/sites/default/files/upload/10/files/sistemas%20d

e%20supervision.pdf

[Consultado el 12 de abril del 2015].

Wikipedia. La Enciclopedia Libre. SCADA [Artculo en Lnea].

Disponible en:

http://es.wikipedia.org/wiki/SCADA

[Consultado el 12 de abril del 2015].

INTRODUCCIN A SCADA. [Documento en Lnea]

Disponible en:

http://www.uco.es/grupos/eatco/automatica/ihm/descargar/scada.pdf

[Consultado el 13 de abril del 2015].