Unidad 6 Tutorial SCADA y PLC Instructivo basado en una aplicación Automatismos Industriales Mgter. Ing. Alfredo E. Puglesi Docente a cargo de la Cátedra Laboratorio de Control

Qué es Scada P-CIM P-CIM para Windows es una Interfase Hombre Máquina (HMI) de Control Supervisado y Adquisición de Datos (Supervisory Control And Data Adquisition-SCADA) que le permite proporcionar alarmas integradas y monitoreo de eventos así como la adquisición, análisis y presentación de la información de plantas, máquinas y equipos industriales, ahora también factible de extender a la domótica. P-CIM funciona en PC y se conecta generalmente a diferentes controladores lógicos Programables (PLCs) y otros dispositivos como controladores analógicos mono o multilazos como así también a otros periféricos inteligentes. P-CIM para Windows le permite generar aplicaciones que cumplan los requisitos exigidos por los ingenieros de planta, operadores, supervisores y gerentes.

Capacidades: P-CIM parar Windows contribuye a facilitar una eficiente fabricación al aumentar la productividad de la planta de varias maneras: • Adquisición de datos en Tiempo Real, su procesamiento y almacenamiento: Usando PCIM para Windows los operadores de planta conocen instantáneamente el estado de los procesos de la planta. Los datos en Tiempo Real y las tendencias históricas se pueden presentar en pantalla, permitiendo la determinación del estado del proceso al instante. • Diseño de Aplicación: Al utilizar gráficos sofisticados y fáciles de usar, P-CIM para Windows le permite crear , e inmediatamente visualizar en pantalla, representaciones de los datos del proceso en gráficos claros. P-CIM para Windows proporciona una extensa biblioteca de elementos industriales y de procesos (ClipArt) a fin de acelerar el desarrollo de la aplicación.

• Interacción On-Line y toma de decisión: P-CIM para Windows habilita al personal de planta para tomar importantes decisiones operacionales de control y cambios al momento. Además de los gráficos dinámicos, el personal de planta autorizado visualiza la información del tiempo real y tiene una variedad de opciones para controlar el funcionamiento de la planta. • Acciones Automáticas Pre-configuradas (AutoActions): P-CIM para Windows le permite pre-configurar acciones a ser ejecutadas automáticamente como resultado de otras acciones o cuando se alcanzan ciertas condiciones específicas.

• Seguimiento y responsabilidades: P-CIM para Windows le ayuda a mantener el seguimiento de los procesos de la planta y las actividades de los operadores. La descripción detallada de las actividades del operador puede ser almacenada en el Registro Diario de Eventos (Daily Log). Se pueden generar informes referentes a los procesos de la planta. Desde la pantalla se pueden imprimir directamente los gráficos de los procesos de la planta, incluyendo tendencias. • Manejando eficientemente las alarmas: P-CIM para Windows le permite organizar, monitorear, reconocer y analizar alarmas y eventos en toda la extensión de la planta.

P-CIM tiene tres capas básicas: • Capa de Comunicación – Esta capa se encarga de la comunicación con los PLCs y redes. • Capa de Procesamiento de Datos – Esta capa lleva a cabo la mayor parte del procesamiento de datos, registro histórico y manejo de alarmas. • Capa de aplicación – Esta capa presenta la información, interactúa con el operador y realiza los controles de alto nivel y de programación. La interacción entre las tres capas es la siguiente: La capa de comunicación recibe información del campo a través del PLC, la transfiere al Servidor de la Base de Datos (Database Server) que analiza la información, la capa de aplicación la procesa y la envía hacia la pantalla (interfase con el Operador)

Comunicaciones digitales: 1)Especificaciones 1. a) Mecánicas 1 Comunicaciones digitales: 1)Especificaciones 1.a) Mecánicas 1.b) Eléctricas 1.c) Funcionales 2) Protocolos o tramas

1.a) Especificaciones mecánicas En la actualidad se utilizan los conectores tipo D, se utilizan generalmente para conectar computadoras con distintos periféricos. Aunque cuando se crearon eran realmente pequeños, hoy están entre los conectores más grandes y hay paulatina pero firme una migración al conector, también serie, llamado USB (Universal Serial Bus). Descripción y nomenclatura Los conectores D tienen en general dos o tres filas paralelas de contactos (pines), rodeados por un escudo metálico en forma de "D", que proporciona el apoyo mecánico y protección contra las interferencias electromagnéticas. La forma de "D" garantiza la orientación correcta en la conexión. A la parte que contiene a los pines se le llama conector macho, mientras que a la que contiene los orificios se le llama conector hembra. El conector macho se ajusta firmemente en el conector hembra. Los escudos metálicos se conectan a los blindajes de los cables (malla), creando una barrera eléctrica continua que cubre el cable entero y el sistema de conexión, evitando los ruidos electromagnéticos que interfieran en la comunicación. El número que incluye la nomenclatura de los D hace referencia a la cantidad de pines de cada conector.

El RS-232C consiste en un conector tipo DB-25 (de 25 pines), aunque es normal encontrar la versión de 9 pines (DB-9), más barato e incluso más extendido para cierto tipo de periféricos (como el ratón serie del PC).

1.b) Eléctricas Las convenciones eléctricas para la norma RS-232C que se usan son las siguientes: Voltaje Señal Nivel Lógico Control +3 a +15 Espacio On -3 a –15 Marca 1 Off Los valores de voltaje se invierten desde los valores lógicos. Por ejemplo, el valor lógico más positivo corresponde al voltaje más negativo.

1.c) Funcionales

RS-485 o también conocido como EIA-485, que lleva el nombre del comité que lo convirtió en estándar en 1983. Es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física del modelo ISO-OSI Introducción Está definido como un sistema en bus de transmisión multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (35 Mbps hasta 10 metros, y 100 Kbps hasta 1.200 metros y 19.200 bps hasta 4.800 metros) y a través de canales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en la línea de transmisión. El medio físico de transmisión es un par entrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1par de hilos, con una longitud máxima de 4.200 metros operando entre 300 a 19200 bps y la comunicación es del tipo half-duplex (semiduplex). Soporta 32 transmisiones y 32 receptores. La transmisión diferencial permite múltiples drivers dando la posibilidad de una configuración multipunto (multidrop) . Al tratarse de un estándar bastante abierto permite muchas y muy diferentes configuraciones y utilizaciones.

Las Especificaciones para la normativa RS-485 son muy sencillas : 1 Las Especificaciones para la normativa RS-485 son muy sencillas : 1.a y 1.c) Mecánicas y Funcionales : 1 par de conectores trenzados más mallado a tierra. 1.b) Eléctricas : un “0” Lógico cuando el conductor A es + respecto del B y un “1” Lógico cuando el conductor B es + respecto del A. La diferencia de potencial entre ellos es de 5 voltios como valor óptimo no debiendo ser inferior a 3,5 voltios

RS-485: configuración multidrop

Interfaz RS232/RS485

Descripción: Este interfaz digital se utiliza para convertir señales de niveles RS232C a niveles estándar RS485 y viceversa. Debido a que un bus RS485 es de tipo multiusuario (multidrop), las RTU “colgadas” del bus deben estar todos en modo RX, en el momento que requieran transmitir, deberán primero tomar el canal, luego transmitir y por último liberar el canal.

Modbus  es un protocolo  de comunicaciones  situado en el nivel 7 del Modelo ISO- OSI, basado en la arquitectura maestro / esclavo o cliente / servidor, diseñado en1979  por Modicon  para su gama de controladores lógicos programables  (PLC). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de facto  en la industria . Es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos  industriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son: * Es público * Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo ya que maneja bloques de datos sin suponer restricciones Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de control basado en PLC o en controladores analógicos y comunicarlos a un computador. Es el nexo entre un computador corriendo un software SCADA y una o varias unidades remotas.

Cada dispositivo de la red Modbus posee una dirección única Cada dispositivo de la red Modbus posee una dirección única. Cualquier dispositivo puede enviar órdenes , aunque lo habitual es permitirlo sólo a un dispositivo maestro. Cada comando Modbus contiene la dirección del dispositivo destinatario de la orden. Todos los dispositivos reciben la trama pero sólo el destinatario la ejecuta (salvo un modo especial denominado "broadcast“, donde el mestro envía un mensaje y los esclavos no responden , esto no hay confirmación de que hayan recibido el mensaje, este modo, por la razón apuntada no se usa en la industria). Cada uno de los mensajes puede incluir información que asegura su integridad en la recepción, por ejemplo el bit de paridad. Los comandos básicos 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 de módems  que aceptan el protocolo Modbus. Algunos están específicamente diseñados para funcionar con este protocolo. Existen implementaciones para conexión por cable o en forma inalábrica. Por último Modbus Plus (Modbus + o MB +), es una versión extendida del protocolo que permanece propietaria de Modicon. Dada la naturaleza de la red precisa un coprocesador  dedicado para el control de la misma.

Problema propuesto Realizar el control del nivel de un tanque de 500 litros de capacidad, que se llena a través de una bomba centrífuga (10 lts/min) y se vacía a través de una válvula (5 lts/min). De dicho proceso se requiere, que desde el SCADA el operador pueda: Encender o apagar el Sistema, dispondrá de dos pulsadores para ello y un indicador se tornará visible cuando el sistema esté funcionando. El operador podrá optar por control manual o automático.

* El control automático será del tipo todo o nada y el operador podrá variar el valor deseado entre 10 y 490 litros. * El sistema brindará alarmas por alto (470) y muy alto nivel (490) y por bajo (30) y muy bajo nivel (10 litros). * Se deberá implementar una apropiada alarma que tenga en cuenta la velocidad de cambio en el nivel. * La página de operación del operador deberá lucir aproximadamente como la que se muestra a continuación:

Para ello, una vez instalado el software SCADA , la página principal con los íconos y carpetas principales se deben ver como:

Pasos principales a seguir Programar el PLC, teniendo en cuenta: El flujo de señales desde el SCADA hacia el PLC y viceversa, las variables son tanto discretas como analógicas. El control todo o nada. La simulación del tanque. A continuación el programa comentado en cada rótulo

En cuanto al SCADA el alumno deberá: Desde el SETUP instalar el driver de comunicaciones, en nuestro caso MODBUS. Configurar adecuadamente el driver MODBUS de forma tal que se compatibilice con igual configuración en el PLC. A continuación la filmina siguiente muestra a la izquierda la configuración estándar del PLC y a la derecha al abrir el SETUP. La posteriores hacen referencia a la instalación y configuración del driver MODBUS

Nota sobre las comunicaciones A veces no es sencillo lograr que se comuniquen adecuadamente el PLC con el SCADA. Dependiendo de la PC, una vez configurado el driver de comunicaciones en al PLC, es necesario reiniciar la PC y hacer la configuración de comunicaciones sobre el SCADA. Hay una primera herramienta que permite visualizar que las variables están “vivas” esto es, que hay intercambio de información entre el PLC y el SCADA. Se llama Data Scope, se debe ir primero a la página principal del SCADA, hacer el START UP y luego ir a la carpeta TOOLS y elegir la opción DATA SCOPE

Nano: Twido: Modbus: Slave Com:1 Bit/seg: 9600 (preferiblemente) Nota al margen: aunque el protocolo sea el mismo (Modbus en nuestro caso) , las configuraciones suelen ser en apariencia diferentes. Tomemos por ejemplo la configuración del PLC Twido y del PLC Nano un antecesor del Twido. Nano: Modbus: Slave Bit/seg: 9600 (preferiblemente) Slave Address:1 Time Out (char):3 Data bits: 8 RTU Parity: none Stop Bites: 1 Twido: Com:1 Bit/seg: 19200 (preferiblemente) Flow control: none Stop bit 1 Parity: none Mode: RTU Time out: 20 mSeg

A continuación la generación de la base de datos A continuación la generación de la base de datos. Importante: para que se pueda hacer esta tarea el SCADA debe correr (no necesariamente comunicado con el PLC), haciendo uso de la opción STARTUP. Nota: la versión DEMO limita el uso a 58 minutos Para ello ir a la carpeta Development y elegir Data Base Editor

Generación de la pantalla de operación Para ello ir a la carpeta Development y elegir la opción Animation Editor, la pantalla cuenta con una paleta tipo autocad denominada Tools, esta proporciona elementos para dibujar los procesos. Si hacemos en dicha paleta hacemos un click sobre ella en la opción del flechas para abajo y para arriba pasamos a gráficos (clip art) preconfigurados, es aconsejable que cada alumnos inspeccione todas las opciones. Nota: en la versión demos se tiene acceso, por lo general al primer icono de la paleta clip art. Todo elemento depositado o dibujado en la pantalla es posible de animarlo mediante las variables que recibe y manda el PLC hacia campo, como así también las generadas entre PLC y el SCADA. Por ejemplo si un transmisor de nivel está conectado al PLC y este a un SCADA, el operador podrá visualizar en su pantalla los cambios de dicha variable en tiempo real, tomar control sobre él, para y arrancar bombas, etc.

Una vez insertados desde el clip art un elemento (una bomba) o haber dibujado un pulsador, por ejemplo, se debe hacer un click sobre él y elegir la opción de Lista de Propiedades.

Las páginas siguientes muestran la opciones escogidas para cada elemento del problema propuesto, notar la correlación entre el programa del PLC, Modbus, la Base de datos y la pantalla de operación que se está creando.

Para colocar el slider (potenciómetro lineal), cuyo rango por default es de 0 a 100 (de allí la necesidad en el PLC de multiplicar su ingreso por 5), se debe buscar en algunas de las bibliotecas del clip art, copiarlo y pegarlo, no tiene una Lista de propiedades, se debe hacer un click sobre el aparecerá algo como:

CORRIENDO LO REALIZADO Ir a la página principal y elegir la carpeta RUNTIME. Hacer click en el icono Operator Workstation Abrir el archivo gráfico que fue guardado en la etapa de creación mediante el programa Animation Editor. Idem con el de tendencias Ir a Tools y usar al Data Scope para relacionar las variables en la pantalla gráficas y como están entrando y saliendo del SCADA. Inspeccionar las alarmas, ver que las corresponde al sistema aparecen al principio y en negro, es muy importante notar que el PLC y el SCADA se comunican, verificando la leyenda: Las alarmas del proceso, alto nivel, muy alto nivel, bajo nivel, muy bajo nivel y velocidad de variación aparecen en rojo (High alarm, HiHi, Low alarm, LoLo y ROC) respectivamente).

Al haber finalizado este Problema propuesto el alumno habrá: Al haber finalizado este Problema propuesto el alumno habrá: * Conceptualizado lo que es un Sistema SCADA y sus partes principales. * Aprendido a configurar las comunicaciones de las RTU´s con la Estación Maestra usando un protocolo estándar. * Experimentado sobre control en tiempo real realizado por un PLC y supervisado por un Sistema SCADA. * Aprendido a: 1) Generar una base de datos. 2) Crear pantallas vivas de operación. 3) Generar alarmas y gráficos de tendencias. 4) Vincular un programa de PLC apto para enlazar con un SCADA 5) Uso de herramientas auxiliares como el Data Scope …..Y QUE LO HAYAN DISFRUTADO!!!