FUNDAMENTO TEORICO

Sistemas Distribuidos

Sistemas cuyos componentes hardware y software, que estn en ordenadores conectados en red, se comunican y coordinan sus acciones mediante el paso de mensajes, para el logro de un objetivo. Se establece la comunicacin mediante un protocolo prefijado por un esquema cliente-servidor.

Caractersticas:

Concurrencia.- Esta caracterstica de los sistemas distribuidos permite que los recursos disponibles en la red puedan ser utilizados simultneamente por los usuarios y/o agentes que interactan en la red.

Carencia de reloj global.- Las coordinaciones para la transferencia de mensajes entre los diferentes componentes para la realizacin de una tarea, no tienen una temporizacin general, est ms bien distribuida a los componentes.

Fallos independientes de los componentes.- Cada componente del sistema puede fallar independientemente, con lo cual los dems pueden continuar ejecutando sus acciones. Esto permite el logro de las tareas con mayor efectividad, pues el sistema en su conjunto continua trabajando.

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS

Con respecto a Sistemas Centralizados:

Una de las ventajas de los sistemas distribuidos es la economa, pues es mucho ms barato, aadir servidores y clientes cuando se requiere aumentar la potencia de procesamiento.

El trabajo en conjunto. Por ejemplo: en una fbrica de ensamblado, los robots tienen sus CPUs diferentes y realizan acciones en conjunto, dirigidos por un sistema distribuido.

Tienen una mayor confiabilidad. Al estar distribuida la carga de trabajo en muchas mquinas la falla de una de ellas no afecta a las dems, el sistema sobrevive como un todo.

Capacidad de crecimiento incremental. Se puede aadir procesadores al sistema incrementando su potencia en forma gradual segn sus necesidades.

Con respecto a PCs Independientes:

Se pueden compartir recursos, como programas y perifricos, muy costosos. Ejemplo: Impresora Lser, dispositivos de almacenamiento masivo, etc.

1. Al compartir recursos, satisfacen las necesidades de muchos usuarios a la vez. Ejemplo: Sistemas de reservas de aerolneas.

Se logra una mejor comunicacin entre las personas. Ejemplo: el correo electrnico.

Tienen mayor flexibilidad, la carga de trabajo se puede distribuir entre diferentes ordenadores.

DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS

El principal problema es el software, es el diseo, implantacin y uso del software distribuido, pues presenta numerosos inconvenientes. Los principales interrogantes son los siguientes:

Qu tipo de S. O., lenguaje de programacin y aplicaciones son adecuados para estos sistemas?

Cunto deben saber los usuarios de la distribucin?

Qu tanto debe hacer el sistema y qu tanto deben hacer los usuarios?

La respuesta a estos interrogantes no es uniforme entre los especialistas, pues existe una gran diversidad de criterios y de interpretaciones al respecto.

Otro problema tiene que ver con las redes de comunicacin. Por ejemplo: -Perdida de mensajes, saturacin en el trfico, etc.

Un problema que puede surgir al compartir datos es la seguridad de los mismos.

En general se considera que las ventajas superan a las desventajas, si estas ltimas se administran seriamente.

PROTOCOLO

Definicin:

Es un conjunto bien conocido de reglas y formatos que se utilizan para la comunicacin entre procesos que realizan una determinada tarea. Se requieren dos partes:

Especificacin de la secuencia de mensajes que se han de intercambiar.

Especificacin del formato de los datos en los mensajes.

Un protocolo permite que componentes heterogneos de sistemas distribuidos puedan desarrollarse independientemente, y por medio de mdulos de software que componen el protocolo, haya una comunicacin transparente entre ambos componentes. Es conveniente mencionar que estos componentes del protocolo deben estar tanto en el receptor como en el emisor.

Ejemplos de protocolos usados en los sistemas distribuidos:

IP: Protocolo de Internet.- Protocolo de la capa de Red, que permite definir la unidad bsica de transferencia de datos y se encarga del direccionamiento de la informacin, para que llegue a su destino en la red.

TCP: Protocolo de Control de Transmisin.- Protocolo de la capa de Transporte, que permite dividir y ordenar la informacin a transportar en paquetes de menor tamao para su transporte y recepcin.

HTTP: Protocolo de Transferencia de Hipertexto.- Protocolo de la capa de aplicacin, que permite el servicio de transferencia de pginas de hipertexto entre el cliente WEB y los servidores.

SMTP: Protocolo de Transferencia de Correo Simple.- Protocolo de la capa de aplicacin, que permite el envo de correo electrnico por la red.

POP3: Protocolo de Oficina de Correo.- Protocolo de la capa de aplicacin, que permite la gestin de correos en Internet, es decir, le permite a una estacin de trabajo recuperar los correos que estn almacenados en el servidor.

Protocolos de comunicacin industrial.

-Hart:

HART es un acrnimo en ingls para Transductor Remoto Direccionable en Red. El Protocolo HART usa la norma Bell 202 Modulacin por desplazamiento de frecuencia o MDF (FSK en ingls) para empalmar seales digitales de comunicacin a bajo nivel sobre 4 a 20 mA.

Esto permite la comunicacin bidireccional en campo y hace posible la transmisin de informacin adicional ms all de slo las variables normales de proceso comunicadas de y hacia un instrumento inteligente de campo. El Protocolo HART se comunica a 1200 bps sin interrumpir la seal de 4 a 20 mA y permite a la aplicacin central (maestra) obtener dos o ms actualizaciones digitales por segundo de un dispositivo inteligente de campo. Ya que la seal digital MDF es de fase continua no hay interferencia con la seal de 4 a 20 mA.La Tecnologa HART es un protocolo maestro/servidor, lo cual significa que un dispositivo inteligente de campo (servidor) slo habla cuando le habla un maestro. El Protocolo HART se puede utilizar en diversos modos, como punto a punto o multipunto para transmitir informacin hacia y desde los instrumentos inteligentes de campo y el control central o los sistemas de monitoreo.La comunicacin HART se produce entre dos dispositivos habilitados con HART, tpicamente un dispositivo de campo inteligente y un sistema de control o monitoreo. La comunicacin se produce mediante un cable de instrumentacin de calidad estndar y el uso de prcticas de cableado y terminacin estndar.El protocolo HART proporciona dos canales de comunicacin simultneos: la seal analgica de 4 a 20 mA y una seal digital. La seal de 4 a 20 mA comunica el valor primario medido (en el caso de un instrumento de campo) con el circuito de corriente 4 a 20 mA, el estndar ms rpido y ms fiable de la industria. Informacin adicional del dispositivo se comunica mediante una seal digital que se superpone a la seal analgica.La seal digital contiene la informacin del dispositivo incluyendo el estado del dispositivo, diagnstico, valores medidos o calculados adicionales, etc. Juntos, los dos canales de comunicacin proporcionan una solucin completa de comunicacin de campo muy robusta a bajo costo que es fcil de usar y configurar.

Figura 2. Dos canales de comunicacin

El Protocolo HART suministra hasta dos maestros (primario y secundario). Esto permite usar maestros secundarios como comunicadores de mano sin interferir con las comunicaciones desde y hasta el maestro primario, es decir, el sistema de control / monitoreo.

Figura 3. Maestros primarios y secundarios

El protocolo HART permite toda la comunicacin digital con los dispositivos de campo en configuracin de red punto a punto o multipunto:

Figura 4. Configuracin Punto a Punto

Configuracin Multipunto

Tambin hay una opcin de modo de comunicacin "rfaga" donde un solo dispositivo servidor puede transmitir continuamente un mensaje de respuesta estndar HART. Con este modo de comunicacin rfaga opcional son posibles mayores tasas de actualizacin y el uso normalmente se limita a la configuracin punto a punto.

Figura 5. Configuracin Multipunto

Profibuses un estndar de comunicaciones parabus de campo. Deriva de las palabras PROcess FIeld BUS.

Fue un proyecto desarrollado entre los aos 1987-1990 por las empresas alemanas Bosch, Klckner Mller y Siemens, y por otras como ABB,AEG, Honeywell, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP, Sauter-cumulus y Schleicher. En 1989 la norma alemana DIN19245 adopt el estndar Profibus, partes 1 y 2 (la parte 3, Profibus-DP no fue definida hasta 1993). Profibus fue confirmada como norma europea en 1996 como EN50170.

Profibus tiene tres versiones o variantes:

DP-V0. Provee las funcionalidades bsicas incluyendo transferencia cclica de datos, diagnstico de estaciones, mdulos y canales, y soporte de interrupciones

DP-V1. Agrega comunicacin acclica de datos, orientada a transferencia de parmetros, operacin y visualizacin

DP-V2. Permite comunicaciones entre esclavos. Est orientada a tecnologa de drives, permitiendo alta velocidad para sincronizacin entre ejes en aplicaciones complejas.

Profibus tiene, conforme al estndar, cinco diferentes tecnologas de transmisin, que son identificadas como:

RS-485. Utiliza un par de cobre trenzado apantallado, y permite velocidades entre 9.6 kbit/s y 12 Mbit/s. Hasta 32 estaciones, o ms si se utilizan repetidores.

MBP. Manchester Coding y Bus Powered, es transmisin sincrnica con una velocidad fija de 31.25 kbit/s.

RS-485 IS. Las versiones IS son intrnsicamente seguras, utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).

MBP IS

Fibra ptica. Incluye versiones de fibra de vidrio multimodo y monomodo, fibra plstica y fibra HCS.

Terminadores de bus

El terminador es un dispositivo que suministra resistencia elctrica al final de una lnea de transmisin para absorber las seales de la lnea, evitando de este modo que reboten y que vuelvan a ser recibidas por las estaciones de red.

Los terminadores de bus crean la carga que convierte la seal de bus de campo transmitida como un cambio de corriente en una tensin detectada en el cable. Esto acenta la importancia de una terminacin de bus correcta y fiable, que desempea una funcin importante en la disponibilidad del sistema. El terminador de bus debe estar configurado para una disponibilidad muy alta.

Modbus

esunprotocolo de comunicacionessituado en el nivel 7 delModelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseado en1979porModiconpara su gama decontroladores lgicos programables(PLCs). Convertido en un protocolo de comunicacionesestndar de factoen laindustria, es el que goza de mayor disponibilidad para la conexin de dispositivoselectrnicosindustriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son:

1. Es pblico

2. Su implementacin es fcil y requiere poco desarrollo

3. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones

Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a unordenador. Modbus tambin se usa para la conexin de un ordenador de supervisin con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisin adquisicin de datos (SCADA). Existen versiones del protocolo Modbus parapuerto serieyEthernet(Modbus/TCP).

Cada dispositivo de la red Modbus posee una direccin nica. Cualquier dispositivo puede enviar rdenes Modbus, aunque lo habitual es permitirlo slo a un dispositivo maestro. Cada comando Modbus contiene la direccin del dispositivo destinatario de la orden. Todos los dispositivos reciben la trama pero slo el destinatario la ejecuta (salvo un modo especial denominado "Broadcast"). Cada uno de los mensajes incluye informacin redundante que asegura su integridad en la recepcin. Los comandos bsicos Modbus permiten controlar un dispositivo RTU para modificar el valor de alguno de sus registros o bien solicitar el contenido de dichos registros.

Existe gran cantidad demodemsque aceptan el protocolo Modbus. Algunos estn especficamente diseados para funcionar con este protocolo. Existen implementaciones para conexin por cable,wireless,SMSoGPRS. La mayora de problemas presentados hacen referencia a lalatenciay a la sincronizacin.

Variaciones

Todas las implementaciones presentan variaciones respecto al estndar oficial. Algunas de las variaciones ms habituales son:

Tipos de Datos

Coma Flotante IEEE

Entero 32 bits

Datos 8 bits

Tipos de datos mixtos

Campos de bits en enteros

Multiplicadores para cambio de datos a/de entero. 10, 100, 1000, 256...

Extensiones del Protocolo

Direcciones de esclavo de 16 bits

Tamao de datos de 32 bits (1 direccin = 32 bits de datos devueltos.)

Fieldbus

(Busde Campo) es el nombre de unafamiliadeprotocolosindustriales deredesinformticas utilizados para redes decontrolindustrial entiemporeal, estandarizado como norma IEC 61158. Es una manera de conectar los instrumentos en una planta de fabricacin. Fieldbus puede trabajar enestructurasderedque normalmente permite la conexin detopologasde red en cadena, estrella, anillo, ramas,rboles.

Hay dos partes importantes de laarquitecturadelsistemaFieldbus: la interconexin y aplicacin. La interconexin se refiere a la transmisin dedatosdesde un dispositivo a otro, puede ser un dispositivo de campo, operador de consola o un configurador. Esta es la parte del protocolo decomunicacinde bus de campo.

La aplicacin es la funcin de automatizacin que el sistema realiza. Mediante la estandarizacin de parte de la aplicacin, Fieldbus ha ido ms lejos que cualquier otro estndar de comunicacin, garantizando la interoperabilidad entre los productos.

Informacin general

La arquitectura de aplicacin de Fieldbus se apoya en ladistribucinde las tareas de automatizacin a los dispositivos de campo que estn interconectados auna red. Lasfuncionesms bsicas realizadas por un dispositivo se modelan como bloques. Los bloques cooperan y se interconectan entre s, apoyando a la propagacin de parmetros entre los dispositivos, y el operador.

La arquitectura de interconexin Fieldbus se basa en un subconjunto de tres capas de la arquitecturaOSI(interconexin de sistemas abiertos),modelode referencia elaborado por laISO(International Organization for Standardization). Losmodelosde la aplicacin OSI, lagestindel sistema, as como tambin la arquitectura de aplicacin de Fieldbus, se basan en conceptos deProgramacin Orientada a Objetos(POO). Ambas modelos, OSI y OOP se utilizan para simplificar la comprensin de la funcionalidad de fieldbus.

Modelo OSI

El modelo de referencia OSI es un estndar reconocido internacionalmente para arquitecturas de red en la que se basan las redes abiertas. El estndar se ha desarrollado como un modelo para lastelecomunicacionesen todos los niveles. Todas las funciones (tales como: hacer frente a las instalaciones, la comprobacin de errores ycodificaciny decodificacin) de una red se han agrupado enconjuntoslgicos llamados capas, que en total son siete. La parte de la aplicacin realizada por el sistema, se realiza en un dispositivo que se llama elproceso de aplicacin(AP). Una capa de la pila slo interacta con las capas inmediatamente por encima y por debajo.

PLC

Introduccin

Un autmata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrnico, programable en lenguaje no informtico, diseado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales.

Un PLC trabaja en base a la informacin recibida por los captadores y el programa lgico interno, actuando sobre los accionadores de la instalacin.

Campos de aplicacin

El PLC por sus especiales caractersticas de diseo tiene un campo de aplicacin muy extenso. La constante evolucin del hardware y software ampla constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilizacin se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, sealizacin, etc. , por tanto, su aplicacin abarca desde procesos de fabricacin industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rpida utilizacin, la modificacin o alteracin de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

Espacio reducido

Procesos de produccin peridicamente cambiantes

Procesos secuenciales

Maquinaria de procesos variables

Instalaciones de procesos complejos y amplios

Chequeo de programacin centralizada de las partes del proceso

Ejemplos de aplicaciones generales:

Maniobra de mquinas

Maquinaria industrial de plstico

Mquinas transfer

Maquinaria de embalajes

Maniobra de instalaciones:

Instalacin de aire acondicionado, calefaccin...

Instalaciones de seguridad

Sealizacin y control:

Chequeo de programas

Sealizacin del estado de procesos

Ventajas e inconvenientes

No todos los autmatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lgica cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y las innovaciones tcnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones me obligan e referirme a las ventajas que proporciona un autmata de tipo medio.

Ventajas

Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que:

No es necesario dibujar el esquema de contactos

No es necesario simplificar las ecuaciones lgicas, ya que, por lo general la capacidadde almacenamiento del mdulo de memoria es lo suficientemente grande.

La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuestocorrespondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega.

Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni aadir aparatos.

Mnimo espacio de ocupacin.

Menor coste de mano de obra de la instalacin.

Economa de mantenimiento. Adems de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos mviles, los mismos autmatas pueden indicar y detectar averas.

Posibilidad de gobernar varias mquinas con un mismo autmata.

Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo cableado.

Si por alguna razn la mquina queda fuera de servicio, el autmata sigue siendo til para otra mquina o sistema de produccin.

Inconvenientes

Como inconvenientes podramos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido, pero hoy en da ese inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento.

El coste inicial tambin puede ser un inconveniente.

Funciones bsicas de un PLC

Deteccin:

Lectura de la seal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricacin.

Mando:

Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.

Dialogo hombre maquina:

Mantener un dilogo con los operarios de produccin, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

Programacin:

Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicacin del autmata. El dialogo de programacin debe permitir modificar el programa incluso con el autmata controlando la maquina.

Nuevas Funciones

Redes de comunicacin:

Permiten establecer comunicacin con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicacin y el intercambio de datos entre autmatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.

Sistemas de supervisin:

Tambin los autmatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisin industrial. Esta comunicacin se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexin por el puerto serie del ordenador.

Control de procesos continuos:

Adems de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autmatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de mdulos de entrada y salida analgicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que estn programados en el autmata.

Entradas- Salidas distribuidas:

Los mdulos de entrada salida no tienen porqu estar en el armario del autmata. Pueden estar distribuidos por la instalacin, se comunican con la unidad central del autmata mediante un cable de red.

Buses de campo:

Mediante un solo cable de comunicacin se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autmata consulta cclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.

SCADA,acrnimodeSupervisoryControlAndDataAcquisition (Supervisin, Control y Adquisicin de Datos) es unsoftwarepara ordenadores que permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia. Facilita retroalimentacin en tiempo real con los dispositivos de campo (sensores y actuadores), y controla el proceso automticamente. 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.

La realimentacin, tambin denominada retroalimentacin o feedback es, en una organizacin, el proceso de compartir observaciones, preocupaciones y sugerencias, con la intencin de recabar informacin, a nivel individual o colectivo, para mejorar o modificar diversos aspectos del funcionamiento de una organizacin. La realimentacin tiene que ser bidireccional de modo que la mejora continua sea posible, en el escalafn jerrquico, de arriba para abajo y de abajo para arriba.

En la teora de control, la realimentacin es un proceso por el que una cierta proporcin de la seal de salida de un sistema se redirige de nuevo a la entrada. Esto es de uso frecuente para controlar el comportamiento dinmico del sistema

Lazo abierto y lazo cerrado

Existen dos tipos de sistemas principalmente: los de lazo abierto o no realimentados y los de lazo cerrado o realimentados. Los sistemas de lazo cerrado funcionan de tal manera que hacen que la salida vuelva al principio para que se analice la diferencia con un valor de referencia y en una segunda opcin la salida se vaya ajustando, as hasta que el error sea 0. Cualquier sistema que tenga como objeto controlar una cantidad como por ejemplo temperatura, velocidad, presin, caudal, fuerza, posicin, etc. son normalmente de lazo cerrado. Los sistemas de lazo abierto no se comparan a la variable controlada con una entrada de referencia. Cada ajuste de entrada determina una posicin de funcionamiento fijo en los elementos de control (por ejemplo con temporizadores).

Es as que, la realimentacin es un mecanismo o proceso cuya seal se mueve dentro de un sistema y vuelve al principio de ste como en un bucle, que se llama "bucle de realimentacin". En un sistema de control (que tiene entradas y salidas), parte de la seal de salida vuelve de nuevo al sistema como parte de su entrada; a esto se le llama "realimentacin" o retroalimentacin.

La realimentacin comprende todas aquellas soluciones de aplicacin que hacen referencia a la captura de informacin de un proceso o planta, no necesariamente industrial, para que, con esta informacin, sea posible realizar una serie de anlisis o estudios con los que se pueden obtener valiosos indicadores que permitan unaretroalimentacinsobre un operador o sobre el propio proceso, tales como:

Indicadores sin retroalimentacin inherente (no afectan al proceso, slo al operador):

Estado actual del proceso. Valores instantneos;

Desviacin o deriva del proceso. Evolucin histrica y acumulada;

Medicin de los parametros que tu creas necesarios

Indicadores con retroalimentacin inherente (afectan al proceso, despus al operador):

Generacin de alarmas;

HMIHuman Machine Interface (Interfaces hombre-mquina);

Toma de decisiones:

Mediante operatoria humana;

Automtica (mediante la utilizacin de sistemas basados en el conocimiento osistemas expertos).

Esquema de un sistema tpico

Este esquema es un ejemplo de la aplicacin del sistema SCADA en reas industriales.

Un sistema SCADA incluye un hardware de seal de entrada y salida, controladores, interfaz hombre-mquina (HMI), redes, comunicaciones, base de datos y software.

El trmino SCADA usualmente se refiere a un sistema central que monitoriza y controla un sitio completo o una parte de un sitio que nos interesa controlar (el control puede ser sobre mquinas en general, depsitos, bombas, etc.) o finalmente un sistema que se extiende sobre una gran distancia (kilmetros / millas). La mayor parte del control del sitio es en realidad realizada automticamente por unaUnidad Terminal Remota(UTR), por unControlador Lgico Programable(PLC) y ms actualmente por unControlador de Automatizacin Programable(PAC). Las funciones de control del servidor estn casi siempre restringidas a reajustes bsicos del sitio o capacidades de nivel de supervisin. Por ejemplo un PLC puede controlar el flujo de agua fra a travs de un proceso, pero un sistema SCADA puede permitirle a un operador cambiar el punto de consigna (set point) de control para el flujo, y permitir grabar y mostrar cualquier condicin de alarma como la prdida de un flujo o una alta temperatura. La realimentacin del lazo de control es cerrada a travs del RTU o el PLC; el sistema SCADA monitoriza el desempeo general de dicho lazo. El sistema SCADA tambin puede mostrar grficas con histricos, tablas con alarmas y eventos, permisos y accesos de los usuarios...

Necesidades de la supervisin de procesos:

Limitaciones de la visualizacin de los sistemas de adquisicin y control.

Control software. Cierre de lazo del control.

Recoger, almacenar y visualizar la informacin.

Interfaz Humano - Maquina

Una interfaz Hombre - Mquina oHMI("Human Machine Interface") es el aparato que presenta los datos a un operador (humano) y a travs del cual ste controla el proceso.

Los sistemas HMI podemos pensarlos como una "ventana de un proceso". Esta ventana puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en un ordenador. Los sistemas HMI en ordenadores se los conoce tambin como software (o aplicacin) HMI o de monitorizacin y control de supervisin. Las seales del proceso son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de entrada/salida en el ordenador, PLC's (Controladores lgicos programables), PACs (Controlador de automatizacin programable ), RTU (Unidades remotas de I/O) o DRIVER's (Variadores de velocidad de motores). Todos estos dispositivos deben tener una comunicacin que entienda el HMI.

SCADA es popular debido a esta compatibilidad y seguridad. sta se usa desde aplicaciones a pequeas escalas, como controladores de temperatura en un espacio, hasta aplicaciones muy grandes como el control de plantas nucleares.

Componentes Del Sistema

Los tres componentes de un sistema SCADA son:

1. Mltiples Unidades de Terminal Remota (tambin conocida como UTR, RTU o Estaciones Externas).

2. Estacin Maestra y Computador con HMI.

3. Infraestructura deComunicacin.

Unidad de Terminal Remota (RTU

La RTU se conecta al equipo fsicamente y lee los datos de estado como los estados abierto/cerrado desde unavlvulao uninterruptor, lee las medidas como presin, flujo, voltaje o corriente. Por el equipo el RTU puede enviar seales que pueden controlarlo: abrirlo, cerrarlo, intercambiar la vlvula o configurar la velocidad de la bomba, ponerla en marcha, pararla.

La RTU puede leer el estado de los datos digitales o medidas de datos analgicos y enva comandos digitales de salida o puntos de ajuste analgicos.

Estacin Maestra

El trmino "Estacin Maestra" se refiere a los servidores y al software responsable para comunicarse con el equipo del campo (RTUs, PLCs, etc) en estos se encuentra el software HMI corriendo para las estaciones de trabajo en el cuarto de control, o en cualquier otro lado. En un sistema SCADA pequeo, la estacin maestra puede estar en un solo computador, A gran escala, en los sistemas SCADA la estacin maestra puede incluir muchos servidores, aplicaciones de software distribuido, y sitios de recuperacin de desastres.

Caractersticas

Configuracin: permite definir el entorno de trabajo del SCADA, adaptndolo a la aplicacin particular que se desea desarrollar.

Interfaz grfica del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisin de la planta. El proceso se representa mediante sinpticos grficos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicacin durante la configuracin del paquete.

Mdulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuales de variables ledas.

Gestin y archivo de datos: almacenamiento y procesado ordenado de datos, de forma que otra aplicacin o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

Comunicaciones: transferencia de informacin entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y tambin entre sta y el resto de elementos informticos de gestin.

El paquete HMI para el sistema SCADA tpicamente incluye un programa de dibujo con el cual los operadores o el personal de mantenimiento del sistema pueden cambiar la apariencia de la interfaz. Estas representaciones pueden ser tan simples como unas luces de trfico en pantalla, las cuales representan el estado actual de un campo en el trfico actual, o tan complejas como una pantalla de multiproyector representando posiciones de todos los elevadores en un rascacielos o todos los trenes de una va frrea.

TEMPERATURA Y CALOR

Todas las substancias estn compuestas de pequeas partculas denominadas molculas, que se encuentran en continuo movimiento. Cuanto ms rpido es el movimiento de las molculas, mayor es la temperatura del cuerpo. Por lo tanto podemos definir a la temperatura como el grado de agitacin trmica de las molculas. En la prctica, la temperatura se representa segn una escala numrica, cuanto mayor es su valor, mayor es la energa cintica media de los tomos del cuerpo en cuestin. Otros conceptos que a veces se confunden con la temperatura son los de energa trmica y calor. La energa trmica de un cuerpo, es la sumatoria de las energas cinticas de sus tomos y depende, tambin de la masa y tipo de sustancia. Calor es la energa en trnsito o la forma de energa que es transferida a travs de la frontera de un sistema, en virtud de una diferencia de temperaturas. La literatura reconoce tres medios distintos de transmisin de calor. Conduccin: Es un proceso por el cual el calor fluye de una regin de alta temperatura hacia otra regin de temperatura mas baja, dentro de un medio slido, lquido o gaseoso, o entre medios diferentes pero en contacto fsico directo. Radiacin: Es un proceso por el cual fluye de un cuerpo de alta temperatura hacia otro de baja, sin estar en contacto fsico directo. Conveccin: Es un proceso de transporte de energa, por la accin combinada de la conduccin del calor, almacenamiento de energa y movimiento del conjunto.

Existen varias escalas para medir temperaturas, las ms importantes son la escala Celsius, la escala Kelvin y la escala Fahrenheit.

ESCALA CELSIUS

Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullicin y de solidificacin del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100 y 0. Esta unidad de medida se lee grado Celsius y se denota por C.

El grado Celsius, es la unidad creada por Anders Celsius para su escala de temperatura. Se tom para el Kelvin y es la unidad de temperatura ms utilizada internacionalmente.

A partir de su creacin en 1750 fue denominado grado centgrado (se escriba c, en minscula). Pero en 1948 se decidi el cambio en la denominacin oficial para evitar confusiones con la unidad de ngulo tambin denominada grado centgrado (grado geomtrico), aunque la denominacin previa se sigue empleando extensamente en el uso coloquial.

Hasta 1954 se defini asignando el valor 0 a la temperatura de congelacin del agua, el valor 100 a la de temperatura de ebullicin ambas medidas a una atmsfera de presin y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales, cada una de ellas definida como 1 grado. Estos valores de referencia son muy aproximados pero no correctos por lo que, a partir de 1954, se define asignando el valor 0,01C a la temperatura del punto triple del agua y definiendo 1C como la fraccin 1/273,16 de la diferencia con el cero absoluto.

ESCALA KELVIN

En este caso, la escala fue establecida por la escala kelvin, donde el valor de 0 corresponde al cero absoluto, temperatura en la cual las molculas y tomos de un sistema tienen la mnima energa trmica posible. Ningn sistema macroscpico puede tener una temperatura inferior. En escala Celsius esta temperatura corresponde a -273C. Esta unidad de medida se lee Kelvin y se denota por [K]. Esta unidad se llama tambin Escala Absoluta y es tambin la unidad adoptada por el Sistema Internacional de Unidades.

Dado que 0 K corresponden a -273,15C, se puede hallar una frmula de conversin, entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma:

TK = TC + 273.15 C

ESCALA FAHRENHEIT

En esta escala tambin se utilizaron puntos fijos para construirla, pero en este caso fueron los puntos de solidificacin y de ebullicin del cloruro amnico en agua. Estos puntos se marcaron con los valores de 0 y 100 respectivamente. La unidad de esta escala se llama grado Fahrenheit y se denota por F. Dado que en escala Celsius, los valores de 0C y 100C corresponden a 32F y 212F respectivamente, la frmula de conversin de grados Celsius a Fahrenheit es:

Tf = 9/5 Tc + 32 c

ESCALA RANKINE

Es una escala de temperaturas muy utilizada en losEE.UU., y es semejante a la escala Kelvin. Al igual que esta, presenta un cero en el cero absoluto, por lo que tambin es una escala absoluta, con la diferencia de que los intervalos de grado son idnticos al intervalo de grado Fahrenheit.

TR = 9/5 TK = 1.8 Tk

Termmetro de dilatacin de liquido en recipiente metlico En este caso, el lquido llena todo el recipiente y con un aumento de la temperatura se dilata, deformando un elemento extensible (sensor volumtrico). Las caractersticas de los elementos bsicos de este tipo de termmetros son: Bulbo- sus dimensiones varan de acuerdo con el tipo de lquido y principalmente con la sensibilidad deseada.

LIQUIDO RANGO DE UTILIZACIN (C)

Mercurio -35 a 550

Xileno -40 a 400

Tolueno -80 a 100

Alcohol 50 a 150

Capilar- sus dimensiones son variables, aunque el dimetro interno debe ser lo menor posible, a fin de evitar la influencia de la temperatura ambiente, aunque no debe ofrecer resistencia al pasaje del liquido en expansin. Elemento de medicin- el elemento utilizado es el Tubo de Bourdon, pudiendo ser capilar, espiral y capilar o helicoidal y capilar Los materiales mas utilizados son bronce fosforoso, cobre-berilio, acero inoxidable y acero al carbono.

Las aplicaciones de estos termmetros, se encuentran en la industria en general para indicacin y registro siendo los ms precisos de los sistemas J.R. Vignoni Instrumentacin y Comunicaciones Industriales 7 mecnicos. Por otro lado, su tiempo de respuesta relativamente grande no los hace aptos para funciones de control. Termmetro a presin de gas Es fsicamente idntico al termmetro de dilatacin de lquidos, consiste en un bulbo, un elemento de medida y un capilar que los une. El volumen del conjunto es constante y llenado con gas a presin. Con variaciones de temperatura, la presin del gas vara aproximadamente segn la ley de los gases perfectos, y el elemento de medicin opera como medidor de presin. La ley de Gay-Lussac expresa matemticamente este concepto. P1/T1 = P2/T2 =..........= Pn/Tn Las variaciones de presin, son linealmente dependientes de la temperatura, si se mantiene el volumen constante